淹水條件下紫丁香幼苗葉片的PSⅡ能量分配特點

李冬梅 葛云花

摘要 [目的]為探究淹水條件下紫丁香幼苗葉片PSⅡ能量分配特點。[方法]在盆栽條件下，利用葉綠素快相熒光動力學曲線研究脅迫對紫丁香葉片PSⅡ能量分配的影響。[結果]淹水脅迫下紫丁香幼苗葉片單位反應中心吸收光能ABS/RC增加，其原因可能是由于在淹水脅迫導致紫丁香幼苗有活性PSⅡ反應中心數(shù)量降低的情況下，通過以剩余有活性反應中心的功能增強的方式來維持淹水脅迫下PSⅡ的光能供應。在剩余有活性PSⅡ反應中心吸收光能增強造成PSⅡ反應中心壓力增大的情況下，紫丁香幼苗葉片PSⅡ反應中心的光能分配參數(shù)發(fā)生了明顯的改變，淹水6 d后紫丁香幼苗葉片PSⅡ反應中心吸收光能用于光化學反應的量子產(chǎn)額（ФPSⅡ）明顯降低，而失活PSⅡ反應中心的熱耗散量子產(chǎn)額（ФNF）明顯增加，說明淹水脅迫導致紫丁香幼苗葉片PSⅡ反應中心光化學效率降低，失活反應中心的比例也隨著淹水時間的延長而增加。但在淹水過程中紫丁香幼苗葉片Фf，D呈增加趨勢，而ФNPQ呈先增加后降低趨勢。[結論]紫丁香幼苗不但可以通過熱能和熒光的形式耗散過剩光能，而且可以通過啟動依賴于葉黃素循環(huán)的非輻射能量耗散過程來調(diào)整過量能量的耗散，以降低PSⅡ反應中心過剩光能的壓力，但是在淹水第10天開始ФNPQ卻呈降低趨勢，說明在長期淹水脅迫下這種光保護機制的作用逐漸降低，從而導致光能分配到失活反應中心的比例劇增。

關鍵詞 淹水脅迫；紫丁香；葉綠素熒光動力學曲線；PSⅡ

中圖分類號 S688 文獻標識碼 A 文章編號 0517-6611（2014）16-04964-03

紫丁香（Syringa oblata）為木犀科（Oleaceae）丁香屬（Syringa spp.）灌木。紫丁香不但冠型好、花期長、花香濃郁、花色鮮艷[1]，而且對干旱、低溫、鹽堿等非生物逆境具有極強的耐受性[2-3]。它是我國北方園林綠化中重要的植物[4]。但是，有研究發(fā)現(xiàn)，紫丁香對淹水脅迫耐受性較差[5]，淹水脅迫7 d左右就會導致紫丁香生長受到抑制，甚至死亡[6]。逆境下合理的PSⅡ能量分配是防止光合機構損傷以及植物正常生長的保證。研究逆境下植物葉片PSⅡ能量分配特點也是研究逆境下植物光保護機制的重要方向之一[7]。目前，有關紫丁香幼苗淹水脅迫下的研究多集中在葉片生理響應以及光合能力的降低等方面，而對淹水后紫丁香幼苗葉片PSⅡ能量分配方面的研究較少。為此，筆者研究了紫丁香葉片PSⅡ能量分配特點對淹水脅迫的響應，為深入分析紫丁香的不耐淹水特性提供理論數(shù)據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料與處理 供試材料為一年生紫丁香幼苗，株高約0.3 m，無分枝。在2013年5月將幼苗移植于塑料花盆中，花盆高30 cm、直徑30 cm，以體積比2∶ 1草炭土與蛭石為培養(yǎng)基質(zhì)，移栽5盆，即5次重復，每盆定植5株，共計25株。室外正常光溫環(huán)境下生長，移栽后正常澆水和除草管理。在2013年7月，待幼苗進入旺盛生長期，進行淹水處理。淹水采用“雙套盆法”，澆水后保持水層沒過土層表面2～3 cm，并且在處理期間隨時補水。分別于淹水后第0、2、4、6、8、10和12天進行葉片快速葉綠素熒光動力學曲線（OJIP）和PSⅡ反應中心吸收光能分配參數(shù)的測定。

1.2 測定項目和方法

1.2.1 PSⅡ單位反應中心比活參數(shù)的測定。在處理的第0、2、4、6、8、10和12天上午9：00，利用暗適應夾，將紫丁香幼苗倒數(shù)第3片完全展開葉片進行0.5 h暗適應，然后利用Mini調(diào)制式掌上葉綠素熒光儀（FluorPen FP 100 max，捷克）測定各暗適應后葉片的單位反應中心吸收的光能（ABS/RC）、單位反應中心吸收光能用于還原QA的能量（TRo/RC）、單位反應中心吸收光能用于電子傳遞的能量（ETo/RC）和單位反應中心熱耗散掉的能量（DIo/RC）等。

1.2.2 PSⅡ反應中心吸收光能分配參數(shù)的測定。利用便攜式脈沖調(diào)制熒光儀FMS2（Hansatch公司，英國） 參照Hu等[8]方法測定可變熒光（Fv）、穩(wěn)態(tài)熒光（Fs）以及光適應下的最大熒光（Fm），計算PSⅡ反應中心吸收光能分配參數(shù)，即用于光化學反應的量子產(chǎn)額（ФPSⅡ）、依賴于類囊體膜兩側(cè)質(zhì)子梯度和葉黃素循環(huán)的量子產(chǎn)額（ФNPQ）、基本的熒光量子產(chǎn)額和熱耗散的量子產(chǎn)額（Фf，D）和失活PSⅡ反應中心的熱耗散量子產(chǎn)額（ФNF），其中ФNF+ФPSⅡ+ФNPQ+Фf，D=1[9]。

1.3 數(shù)據(jù)處理方法 運用Excel（2003）和SPSS（7.05）軟件進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析。采用單因素方差分析（Oneway ANOVA）和最小顯著差異法（LSD），比較不同數(shù)據(jù)組間的差異。

2 結果與分析

2.1 淹水脅迫對紫丁香幼苗葉片PSⅡ單位反應中心比活參數(shù)的影響 從圖1可以看出，淹水0～6 d紫丁香幼苗葉片的ABS/RC和DIo/RC沒有發(fā)生明顯變化，而淹水第6天后，隨著淹水時間的延長ABS/RC和DIo/RC在0.05水平顯著增加。紫丁香幼苗葉片的TRo/RC在淹水過程中變化幅度較小，其中淹水前10 d均沒有發(fā)生明顯變化，僅在第12天呈現(xiàn)降低趨勢，但僅與第0天達顯著差異水平（P<0.05），而與其他淹水處理時間之間差異均不顯著。淹水過程中紫丁香幼苗葉片的ETo/RC呈明顯的降低趨勢，并且在淹水第4天較第0天顯著降低，在淹水第12天時ETo/RC較第0天降低了51.71%（P<0.01）。

注：不同大小寫字母分別表示差異在0.01、0.05水平顯著。

2.2 淹水脅迫對紫丁香幼苗葉片PSⅡ反應中心吸收光能分配參數(shù)的影響 從圖2可以看出，淹水前4 d紫丁香幼苗葉片的PSⅡ反應中心吸收光能分配參數(shù)沒有發(fā)生明顯的變化，但淹水4 d后，隨著淹水時間的延長，紫丁香幼苗葉片的ФPSⅡ呈明顯的降低趨勢，ФNF顯著增加，Фf，D有小幅度的增加，ФNPQ呈先增加后降低趨勢。淹水第8天時，ФNPQ達最大值，此時ФNPQ為淹水第0天的3.92倍，而此時ФPSⅡ比淹水第0天降低了57.11%。而在淹水第12天ФNPQ雖明顯高于淹水第0天，但比淹水第8天降低了22.42%，而此時與淹水第0天相比，Фf，D增加了39.18%，ФPSⅡ降低了77.05%，而ФNF為淹水第0天的55.48倍。

3 結論與討論

單位反應中心比活參數(shù)不但可以直接反映植物對光能的吸收和利用情況，而且可以間接反映植物反應中心的活性和數(shù)量[10]。試驗中，隨著淹水時間的延長，單位反應中心吸收的光能ABS/RC呈明顯的增加趨勢，其原因可能與長時間的淹水脅迫導致紫丁香幼苗葉片PSⅡ反應中心失活的比例增加，有活性的反應中心數(shù)量降低，而植物為適應這種逆境迫使剩余的有活性反應中心的功能增強，以保證植物逆境下正常的光能供應。但是，在淹水脅迫下紫丁香幼苗葉片單位反應中心吸收的光能用于電子傳遞的能量比例ETo/RC降低，因此為降低反應中心的過剩光能壓力，紫丁香幼苗將更多的光能以熱能形式耗散（DIo/RC增加）。研究還表明，隨著淹水時間的延長，單位反應中心吸收光能用于還原QA的能量（TRo/RC）變化較小，僅在淹水第12天有小幅度降低。這也說明淹水脅迫對紫丁香幼苗電子由Pheo傳給QA（即QA被還原為QA-）的過程并沒有受到明顯的影響，電子傳遞鏈上電子受阻主要發(fā)生在QA向QB的傳遞過程中。

為保證淹水脅迫下紫丁香幼苗葉片PSⅡ反應中心的光能供應，單位反應中心吸收的光能ABS/RC明顯增加，但在逆境條件下PSⅡ吸收過多的光能會造成PSⅡ反應中心壓力的增加，加劇PSⅡ發(fā)生光抑制的風險[11]。為了適應這種情況，紫丁香幼苗葉片PSⅡ反應中心的光能分配參數(shù)發(fā)生明顯的變化。在淹水第6天，光化學反應的量子產(chǎn)額（ФPSⅡ）明顯降低，而失活PSⅡ反應中心的熱耗散量子產(chǎn)額明顯增加，說明淹水脅迫導致紫丁香幼苗葉片PSⅡ反應中心光化學效率的降低，并且在隨著淹水時間的延長，失活反應中心的比例增加。淹水過程中紫丁香幼苗葉片基本的熒光量子產(chǎn)額和熱耗散的量子產(chǎn)額有小幅度的增加，說明淹水脅迫過程中紫丁香可以通過增加熱能和熒光的形式耗散PSⅡ中的過剩光能。另外，淹水脅迫下紫丁香幼苗葉片依賴于類囊體膜兩側(cè)質(zhì)子梯度葉黃素循環(huán)的量子產(chǎn)額呈先增加后降低趨勢，在淹水第8天ФNPQ達最大值。有研究認為，逆境下當植物葉片中存在過剩光能時，受光激發(fā)產(chǎn)生的三線激發(fā)態(tài)的葉綠素分子可以與基態(tài)的O2分子反應產(chǎn)生單線態(tài)氧，單線態(tài)氧的生成是逆境下導致植物發(fā)生光抑制甚至光氧化破壞的重要原因之一。為了降低單線態(tài)氧的生成，首先要防止葉綠素生成三線態(tài)或?qū)⑷€態(tài)的葉綠素淬滅。有研究表明，葉綠素三線激發(fā)態(tài)的形成以及淬滅與葉黃素循環(huán)之間有明顯的關系[12]。因此，淹水脅迫過程中紫丁香來還可以通過啟動依賴于類囊體膜兩側(cè)質(zhì)子梯度的葉黃素循環(huán)過程來調(diào)整過量能量的耗散，以降低PSⅡ反應中心過剩光能的壓力，保護PSⅡ反應中心免受過剩光能的傷害。但是，在淹水第10天ФNPQ表現(xiàn)為降低趨勢，說明紫丁香幼苗葉片依賴于葉黃素循環(huán)的光破壞防御機制對長期淹水脅迫也比較敏感，淹水第10天這種光破壞防御機制的作用逐漸降低，反應中心大量失活。這種光破壞防御機制對淹水的敏感性較強也可能是紫丁香不耐淹水的重要原因之一。

研究表明，淹水脅迫下紫丁香幼苗葉片吸收光能用于光化學反應的比例降低，紫丁香幼苗不但可以通過熱能和熒光的形式耗散過剩光能，而且可以通過以啟動依賴于葉黃素循環(huán)為主的非輻射能量耗散機制來耗散掉不能用于光合作用的光能，以降低PSⅡ反應中心的壓力。但是，當淹水第10天依賴于葉黃素循環(huán)為主的能量耗散機制的貢獻率降低，導致PSⅡ反應中心的大量失活。

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