程祥飛，王 磊，聶林杰，李永華

(河南農(nóng)業(yè)大學 林學院，河南 鄭州 450002)

低溫是影響園林植物觀賞品質(zhì)的重要環(huán)境因子。低溫脅迫會導致植物光合器官受損，植物膜系統(tǒng)受到傷害、活性氧平衡被打破等。光合器官是植物對低溫最敏感的部位之一，低溫脅迫下植物光系統(tǒng)Ⅱ(PSⅡ)受損，光合電子傳遞受到抑制，光化學效率降低，產(chǎn)生過剩光能，破壞光合中心機構[1]。葉綠素熒光分析技術是近年來研究光合作用機制和探測光合生理狀況的一種常用技術，已經(jīng)應用于黃瓜[2](CucumissativusL.) 、方竹[3](Chimonobambusaquadrangularis)、辣椒[4](CapsicumannuumL.)等許多植物的脅迫鑒定中。低溫條件下，活性氧(ROS)的產(chǎn)生不僅破壞植物膜系統(tǒng)結構，還影響植物光合系統(tǒng)功能，導致光抑制的產(chǎn)生[5]。植物的低溫脅迫抗性與活性氧清除能力密切相關，低溫脅迫下較高的抗氧化酶活性可起到保護PSⅡ的作用，在一定程度上減輕過剩光能引起的光抑制。

菊花為多年生草本花卉，在北方地區(qū)秋冬季節(jié)露地生產(chǎn)中經(jīng)常會遭受低溫脅迫，嚴重影響菊花產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。目前在菊花抗寒性研究方面已有較多報道，鄭路等[6]探討了菊花營養(yǎng)特性與抗寒性的關系；許瑛等[7]比較了8個菊花品種的低溫半致死溫度及其抗寒性；王翠麗等[8]對9個菊花品種葉片脂肪酸組成及抗寒性進行評價，確定了9個菊花品種的半致死溫度。有關低溫脅迫下菊花葉綠素熒光動力學特征的研究報道較少。鑒于此,選用秋菊晚花品種金龍騰云為材料，通過不同時間的低溫脅迫處理，探究秋菊葉綠素熒光特性及抗氧化酶活性對低溫脅迫的響應，為菊花抗寒性生理研究提供理論基礎。

1 材料和方法

1.1 材料

試驗材料為秋菊晚花品種金龍騰云，由開封市園林菊花研究所提供。盆栽基質(zhì)配方為V草炭∶V蛭石∶V珍珠巖=1∶1∶1。將生長健壯的菊花幼苗置于人工氣候室中培養(yǎng)，溫度(25±2)℃，空氣濕度50%±5%，光照強度(36±3.6)μmol/(m2·s)，光照時間為10 h/d，常規(guī)管理。待株高為(20±2)cm、葉片數(shù)為(13±1)時，將菊花植株進行低溫處理。

1.2 試驗設計

試驗共設5個溫度處理：16、8、4、-4、-8 ℃(16 ℃為菊花生長適宜溫度，秋菊半致死溫度在-8 ℃左右)。將材料分別置于不同溫度條件下處理3、6、9、12 h，空氣濕度為70%±5%，光照強度(36±3.6)μmol/(m2·s)。0 ℃以上處理的材料置于人工氣候箱中，-4 ℃和-8 ℃處理的材料置于改裝的冰柜(加裝補光燈)中，以16 ℃為對照，重復3次。選取上數(shù)第4～5片健康的功能葉進行各項生理指標及葉綠素熒光參數(shù)的測定。

1.3 測定方法

1.3.1 生理指標的測定 葉綠素含量、可溶性糖含量、丙二醛(MDA)含量和抗氧化酶活性測定均參考李合生的方法[9]。

1.3.2 葉綠素熒光參數(shù)的測定 測定時選取每株受光相同、長勢健康的葉片，用剪刀剪下，放入暗室中進行暗反應20 min。采用熒光成像儀FluorCam(Handy GFPCam FC 1000-H/GFP,Photon System Instuments,Czech)測定以下熒光參數(shù)：PSⅡ最大光能轉換效率(Fv/Fm)、PSⅡ潛在活性(Fv/Fo)、光化學猝滅系數(shù)(qP)和非光化學猝滅系數(shù)(NPQ)。

1.4 數(shù)據(jù)處理

利用Microsoft Excel進行數(shù)據(jù)錄入和作圖，應用SPSS 22.0軟件進行方差分析和相關性分析。

2 結果與分析

2.1 低溫脅迫對菊花葉綠素含量和可溶性糖含量的影響

從表1可知，隨著低溫脅迫時間的延長，菊花葉片葉綠素a、葉綠素b、葉綠素a+b均呈現(xiàn)出下降的趨勢，-4 ℃和-8 ℃低溫處理下葉綠素含量的下降趨勢更加明顯。與對照組相比，低溫下處理12 h 葉綠素a+b含量分別下降了14.6%、23.2%、45.7%和49.9%；8、4 ℃處理下，菊花葉片可溶性糖含量隨處理時間的延長呈現(xiàn)上升的趨勢，-4、-8 ℃處理下可溶性糖含量先升高后降低，處理9 h后達到峰值。與對照相比，低溫下處理12 h菊花葉片可溶性糖含量分別增長16.5%、19.4%、19.7%和23.2%。

表1 低溫脅迫對菊花葉片葉綠素含量和可溶性糖含量的影響

注：同列數(shù)據(jù)后不同小寫字母表示處理間的差異顯著(P<0.05)。

2.2 低溫脅迫對菊花葉綠素熒光參數(shù)的影響

由圖1可知，與對照組相比，菊花葉片F(xiàn)v/Fm隨處理溫度降低呈現(xiàn)下降趨勢，8 ℃和4 ℃處理組Fv/Fm值變化不明顯，而-4 ℃和-8 ℃處理組Fv/Fm顯著下降，處理12 h后降幅分別為17.9%和46.4%。同一時間下，-4 ℃和-8 ℃處理組降低幅度大，與對照差異顯著。

Fv/Fo、qP的變化趨勢與Fv/Fm相似，而NPQ則表現(xiàn)出不同的變化趨勢。同一時間下，隨著處理溫度的降低，NPQ表現(xiàn)出先上升后下降的趨勢，8 ℃處理組最高，隨后明顯下降。經(jīng)過12 h處理，-8 ℃處理組NPQ幾乎為零。隨著處理時間的延長，-4 ℃和-8 ℃處理組NPQ呈顯著下降趨勢。

同一時間下不同小寫字母表示處理間的差異顯著(P<0.05)，下圖同

2.3 低溫脅迫對菊花抗氧酶活性和MDA含量的影響

低溫脅迫會影響菊花葉片SOD活性(圖2A)。低溫處理3 h菊花葉片SOD活性于對照組相比有顯著升高；隨著低溫處理時間的延長，不同溫度對SOD活性的影響出現(xiàn)差異。8 ℃和4 ℃處理組，菊花葉片抗氧化酶活性顯著升高；而在-4 ℃和-8 ℃處理組，酶活性受抑制,處理12 h后酶活性低于對照組。POD活性與SOD活性的變化趨勢相似，CAT活性則表現(xiàn)出不同的變化趨勢。如圖2C所示,8 ℃和4 ℃處理組處理12 h后，POD活性分別增長23.8%和33.8%，與對照相比差異顯著。-4 ℃和-8 ℃處理組處理12 h后,POD活性分別下降17.7%和24.6%。8 ℃和4 ℃處理組處理3 h CAT活性略受抑制，隨后活性逐漸上升；-4 ℃和-8 ℃處理組，CAT活性隨處理時間的延長逐漸降低。由圖2D所示，與對照相比，隨著處理時間的延長菊花葉片MDA含量呈上升趨勢。與16 ℃相比，8、4、-4、-8 ℃下處理12 h時，MDA含量分別增長11.9%、17.3%、54.2%和60.7%。

圖2 低溫脅迫對菊花抗氧化酶活性和MDA含量的影響

3 結論與討論

葉綠素是植物進行光合作用時捕獲光能的重要色素，逆境脅迫下葉綠素含量的高低是衡量植物抗逆性的重要指標[10]。本研究中菊花葉片葉綠素含量隨著低溫脅迫時間的延長呈現(xiàn)出降低的趨勢，且隨著溫度的下降和處理時間的延長，葉綠素含量下降趨勢更加明顯。菊花葉綠素含量下降，捕獲和利用光能能力下降，降低了光合機構遭受光破壞的風險，這可能利于菊花適應低溫脅迫?？扇苄蕴鞘侵参矬w重要的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，逆境脅迫下可溶性糖含量增加可以提高細胞液濃度，增強植物抵抗逆境的能力[11]。本試驗中,在8、4 ℃脅迫下，菊花葉片可溶性糖含量隨處理時間的延長呈現(xiàn)上升的趨勢，而-4、-8 ℃脅迫下可溶性糖含量先升高，在處理9 h后呈現(xiàn)出降低的趨勢，說明輕度低溫脅迫下菊花可通過增加可溶性糖含量提高其抗寒性，而隨著溫度的下降，低溫脅迫使可溶性糖合成受阻，甚至被水解而導致含量降低。PSⅡ活性的降低是植物光合作用降低的重要原因。通過對植物PSⅡ反應中心的熒光動力學測定，可深入細致地分析環(huán)境因子影響下植物葉片光合機構的變化。低溫脅迫下方竹[3]、小麥[12]等葉片F(xiàn)v/Fm、Fv/Fo和qP均呈現(xiàn)下降趨勢，NPQ會增加。本試驗中，8 ℃和4 ℃脅迫下處理3 h菊花葉片NPQ呈現(xiàn)出上升的趨勢，短期低溫脅迫下，菊花PSⅡ功能已受影響，菊花通過增加熱耗散消耗過剩激發(fā)能，保護光合系統(tǒng)免受傷害。而-4、-8 ℃條件下Fv/Fm、Fv/Fo、qP和NPQ都表現(xiàn)出大幅度降低，-8 ℃處理12 h，qP、NPQ幾乎為0，此時菊花葉片光合系統(tǒng)已受到嚴重的傷害，菊花幾乎失去光合作用能力。

低溫脅迫下植物體內(nèi)產(chǎn)生大量的活性氧，破壞PSⅡ反應中心活性，對色素分子、蛋白質(zhì)和類囊體膜有很大的破壞性[13]。王秀田等[12]發(fā)現(xiàn)低溫脅迫會促進冬小麥葉片保持較高的SOD、POD活性,且在活性氧的清除過程中起到關鍵作用，能夠有效減少MDA含量。楊偉等[14]也發(fā)現(xiàn)，0 ℃及其以上的輕度低溫脅迫時，枇杷幼果、種子中的SOD、CAT和POD活性上升，MDA含量較低；但幼果、種子在0 ℃以下重度低溫脅迫時，3種酶活性降低，MDA含量顯著升高。本試驗表明，在8、4 ℃低溫脅迫下，處理3 h菊花葉片SOD、POD活性顯著增加，而CAT活性在處理3 h表現(xiàn)出下降趨勢，隨后逐漸升高，菊花葉片中MDA含量也相對較低；而當菊花經(jīng)過-4、-8 ℃低溫處理后，SOD、POD活性均先上升而后迅速下降，在處理3 h時達到峰值，而CAT活性隨著處理時間的延長呈現(xiàn)下降的趨勢。輕度低溫脅迫時，菊花植株產(chǎn)生應激反應，抗氧化酶活性上升，活性氧清除能力提高；而隨著溫度的降低，植株抗氧化酶活性大幅度下降，植株緩解活性氧傷害的能力喪失。低溫脅迫下菊花通過提高可溶性糖含量和抗氧化酶活性、增加熱耗散等生理響應機制來保護光合系統(tǒng)免受破壞，緩解低溫傷害。隨著溫度的降低，超出了菊花自身耐受能力，自身調(diào)節(jié)能力受到限制，菊花已受到嚴重低溫傷害。

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