胡文海，胡雪華，閆小紅，周升團(tuán)

（井岡山大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院/江西省生物多樣性與生態(tài)工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，吉安 343009）

低溫是許多熱帶和亞熱帶作物生長(zhǎng)發(fā)育的主要限制因子。隨著現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的迅速發(fā)展，設(shè)施園藝得到廣泛應(yīng)用，使得番茄等喜溫蔬菜的周年生產(chǎn)成為可能。但中國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上仍以保溫型設(shè)施為主，其環(huán)境可控性相對(duì)較差，低溫仍然是影響冬春季節(jié)蔬菜設(shè)施栽培的重要環(huán)境因子。光合作用決定了作物的生長(zhǎng)和產(chǎn)量，對(duì)低溫極為敏感[1]。因此，研究低溫及隨后恢復(fù)期作物葉片葉綠素?zé)晒獾淖兓?，以探究光合機(jī)構(gòu)對(duì)低溫的響應(yīng)，對(duì)于制定適宜的蔬菜設(shè)施栽培措施具有實(shí)踐指導(dǎo)意義。

國(guó)內(nèi)外關(guān)于低溫對(duì)番茄等蔬菜作物光合作用的影響已有廣泛研究。研究表明，低溫導(dǎo)致了作物葉片葉綠素含量[2]、光合酶活性[3-4]和PSII 光化學(xué)效率[5]的降低，限制了光合作用的進(jìn)行。光合碳同化能力的降低減少了Calvin 循環(huán)對(duì)還原力（ATP 和NADPH）的需求，從而阻礙了光合電子傳遞的順利進(jìn)行[6]；而電子傳遞鏈的過(guò)度還原促進(jìn)了葉綠體內(nèi)活性氧產(chǎn)率，增加了葉片光抑制甚至光氧化的風(fēng)險(xiǎn)[7-8]。雖然植物低溫光抑制方面有較多研究，但植物PSII 原初光化學(xué)反應(yīng)及光合機(jī)構(gòu)狀態(tài)對(duì)低溫脅迫響應(yīng)方面的研究仍較少。有報(bào)道低溫可以破壞包括類囊體電子傳遞在內(nèi)的光合作用所有主要成分，阻礙了光合電子傳遞的進(jìn)行[1]。低溫可導(dǎo)致辣椒和玉米葉片PSII 反應(yīng)中心失活[9-10]，影響了辣椒葉片PSII的光能吸收、轉(zhuǎn)換和受體側(cè)的電子傳遞[11]，阻礙了丁香屬植物紫丁香（Syringa oblata）和暴馬丁香（Syringa reticulate）葉片PSII 反應(yīng)中心受體側(cè)QA到QB的電子傳遞過(guò)程[12]。

番茄（Solanum lycopersicum）作為重要的喜溫蔬菜，在冬春季節(jié)的設(shè)施栽培中常遭遇低溫脅迫，并嚴(yán)重影響其產(chǎn)量和品質(zhì)[13-14]。低溫可導(dǎo)致番茄葉片PSII 反應(yīng)中心失活，但PSI 側(cè)的電子傳遞鏈被激活[15]。然而，番茄葉片PSII 反應(yīng)中心及其受體側(cè)的電子傳遞對(duì)低溫處理及隨后恢復(fù)期，尤其是低溫處理第1 天和恢復(fù)第1 天這兩個(gè)光溫變化劇烈的轉(zhuǎn)換期，光溫變化的響應(yīng)仍不清楚?？焖偃~綠素?zé)晒庹T導(dǎo)動(dòng)力學(xué)分析（JIP-test）是以生物膜能量流動(dòng)為基礎(chǔ)建立的分析方法，能夠獲得環(huán)境條件對(duì)PSII 反應(yīng)中心光能吸收、轉(zhuǎn)換以及電子傳遞體氧化還原狀態(tài)的影響[16-17]。為此，本研究以番茄為材料，研究低溫脅迫及隨后恢復(fù)期番茄葉片快速葉綠素?zé)晒庹T導(dǎo)動(dòng)力學(xué)特性的動(dòng)態(tài)變化，以期為番茄冬春季節(jié)的設(shè)施栽培和低溫逆境生理研究提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2019年9-11月在井岡山大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行。供試番茄品種為中蔬4 號(hào)（Solanum lycopersicumL.cv Zhongshu No.4）。將番茄種子播種于直徑為10cm 的圓形塑料花盆中，培養(yǎng)基質(zhì)為草碳土，澆灌園試營(yíng)養(yǎng)液進(jìn)行水肥管理，置于人工氣候室內(nèi)培養(yǎng)。長(zhǎng)至6 葉1 心時(shí)，選取長(zhǎng)勢(shì)基本一致的植株開(kāi)展試驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)期間人工氣候室溫度變化范圍在18～28℃，空氣相對(duì)濕度約75%，采用LED 植物生長(zhǎng)燈提供約600μmol·m-2·s-1的光照，光照時(shí)間7：00-19：00。

實(shí)驗(yàn)共設(shè)2 個(gè)處理，（1）對(duì)照（CK）：植株置于人工氣候室內(nèi)生長(zhǎng)；（2）低溫處理（CL）：植株置于人工氣候箱（ZRY-YY1000，寧波）中培養(yǎng)，設(shè)置溫度 8℃，空氣相對(duì)濕度為 75%，光照強(qiáng)度約為200μmol·m-2·s-1，光照時(shí)間7：00-19：00。處理從2019年11月1日7：00 開(kāi)始，將盆栽番茄由人工氣候室移入人工氣候箱進(jìn)行低溫處理，4d 后（11月5日7：00）將低溫處理植株從人工氣候箱轉(zhuǎn)移至人工氣候室內(nèi)恢復(fù)培養(yǎng)4d。

1.2 觀測(cè)項(xiàng)目

葉綠素?zé)晒庹T導(dǎo)動(dòng)力學(xué)曲線（OJIP）采用便攜式植物效率儀Handy-PEA（Hansatech，英國(guó)）測(cè)定。每處理5 株，每株選取頂端第1 片完全展開(kāi)葉為測(cè)定對(duì)象，分別于11月1日（處理第1 天）和5日（恢復(fù)第1 天）的7：00（0h）、8：00（1h）、13：00（6h）和19：00（12h），以及第2、3、4、6、7、8日的7：00 進(jìn)行OJIP 曲線測(cè)定。葉片測(cè)定前暗適應(yīng)30min，OJIP 曲線由1500μmol·m-2·s-1紅光誘導(dǎo)，測(cè)定時(shí)間為2s，將獲得的OJIP 曲線進(jìn)行JIP-test 分析。

測(cè)量可得到以下熒光參數(shù)：最大光化學(xué)效率（Fv/Fm）；潛在光化學(xué)效率（Fv/Fo）；以吸收光能為基礎(chǔ)的性能指數(shù)（PIABS）；綜合性能指數(shù)（PItotal）；OJIP 熒光誘導(dǎo)曲線的初始斜率（Mo）；標(biāo)準(zhǔn)化后的OJIP 熒光誘導(dǎo)曲線及y 軸圍成的面積（Sm）；捕獲的激子將電子傳遞到電子傳遞鏈中超過(guò)QA的其它電子受體的概率（ψo(hù)）；用于電子傳遞的量子產(chǎn)額（φEo）；用于熱耗散的量子比率（φDo）；用于還原PSI 受體側(cè)末端電子受體的量子產(chǎn)額（φRo）；單位面積吸收的光能（ABS/CS）；單位面積捕獲的光能（TRo/CS）；單位面積電子傳遞的量子產(chǎn)額（ETo/CS）；單位面積的熱耗散（DIo/CS）；單位面積有活性的反應(yīng)中心數(shù)量（RC/CS）；單位反應(yīng)中心吸收的光能（ABS/RC）；單位反應(yīng)中心捕獲的用于還原QA的能量（TRo/RC）；單位反應(yīng)中心捕獲的用于電子傳遞的能量（ETo/RC）；單位反應(yīng)中心耗散掉的能量（DIo/RC）[16,18]。

1.3 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)分析及圖表繪制采用Origin8.5 及Microsoft Excel 2010。JIP-test 參數(shù)逐日變化圖由實(shí)驗(yàn)期間11月1-8日7：00 所測(cè)得葉片OJIP 曲線的JIP-test 參數(shù)繪制而成，低溫處理第1 天JIP-test 參數(shù)變化圖由11月1日7：00（0h）、8：00（1h）、13：00（6h）、19：00（12h）和2日7：00（24h）所測(cè)得葉片OJIP曲線的JIP-test 參數(shù)繪制而成，恢復(fù)第1 天JIP-test參數(shù)變化圖由11月5日7：00（0h）、8：00（1h）、13：00（6h）、19：00（12h）和6日7：00（24h）測(cè)得葉片OJIP 曲線的JIP-test 參數(shù)繪制而成。數(shù)據(jù)均為平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤，n=5。

2 結(jié)果與分析

2.1 低溫脅迫及恢復(fù)對(duì)PSII光化學(xué)效率和光合性能指數(shù)的影響

Fv/Fm 和Fv/Fo 分別代表PSII 的最大光化學(xué)效率和潛在光化學(xué)效率，PIABS和PItotal分別代表以吸收光能為基礎(chǔ)的性能指數(shù)和綜合性能指數(shù)。由圖1 可見(jiàn)，與對(duì)照相比，低溫處理1d 導(dǎo)致Fv/Fm 下降了34.0%，處理2d 下降45.0%，隨后兩天Fv/Fm 值維持在0.4左右波動(dòng)；而低溫處理1d即導(dǎo)致Fv/Fo、PIABS和PItotal分別快速下降71.1%、94.7%和96.1%，并一直維持在極低水平。低溫處理第1 天，F(xiàn)v/Fm 與Fv/Fo呈現(xiàn)了相同的變化趨勢(shì)，處理1h 時(shí)Fv/Fm 和Fv/Fo并未發(fā)生明顯變化，6h 后才有明顯下降，但Fv/Fo的下降幅度大于Fv/Fm；而低溫處理1h 即導(dǎo)致PIABS和PItotal下降了48.5%和50.5%，處理6h 持續(xù)下降。說(shuō)明低溫嚴(yán)重抑制了番茄葉片的光化學(xué)效率和光合性能，且光合性能對(duì)低溫極為敏感，先于光抑制顯著降低。

圖1 人工氣候室中對(duì)照處理（CK）和人工氣候箱中低溫處理（CL）番茄葉片PSII 光化學(xué)效率和光合性能指數(shù)的比較Fig.1 Comparison of the quantum efficiency of PSII and photosynthetic performance index in leaves of tomato exposed to control treatment (CK, cultured in artificial climate chamber) and chilling treatment (CL, cultured in artificial climate box)

恢復(fù)期，F(xiàn)v/Fm、Fv/Fo、PIABS和PItotal均隨著恢復(fù)時(shí)間的延長(zhǎng)而得以恢復(fù)。Fv/Fm 和Fv/Fo 的恢復(fù)速率相對(duì)更快，第1 天即可恢復(fù)至對(duì)照的82.5%和49.6%，第4 天時(shí)分別恢復(fù)至對(duì)照的93.3%和73.9%。而PIABS和PItotal恢復(fù)第1 天僅為對(duì)照的21.7%和16.3%，第4 天時(shí)也僅恢復(fù)至對(duì)照的46.3%和55.3%?；謴?fù)的第1 天，光下恢復(fù)1h 仍引起Fv/Fm 小幅下降，但恢復(fù)6h 后Fv/Fm 即恢復(fù)至對(duì)照的67.1%；而PIABS雖然隨著恢復(fù)時(shí)間的延長(zhǎng)而緩慢上升，但一直保持較低水平。

2.2 低溫脅迫及恢復(fù)對(duì)PSII 受體側(cè)的影響

Mo 代表OJIP 熒光誘導(dǎo)曲線的初始斜率，Sm 代表標(biāo)準(zhǔn)化后的OJIP 熒光誘導(dǎo)曲線及y 軸圍成的面積，ψo(hù)代表捕獲的激子將電子傳遞到電子傳遞鏈中超過(guò)QA的其它電子受體的概率，φEo 代表用于電子傳遞的量子產(chǎn)額，φDo 代表用于熱耗散的量子比率，φRo 代表用于還原PSI 受體側(cè)末端電子受體的量子產(chǎn)額。由圖2 可見(jiàn)，低溫處理導(dǎo)致Mo、Sm 和φDo的增加，其中Mo 迅速上升后有所下降，Sm 則是從處理第2 天后才大幅上升，而φDo 在處理前2d 持續(xù)上升后，隨后兩天維持穩(wěn)定狀態(tài)。低溫處理導(dǎo)致Ψo、 φEo 和φRo 的下降，其中Ψo 在快速下降后又有所上升，φEo 和φRo 則在處理1d 時(shí)即大幅下降并一直維持極低水平。恢復(fù)過(guò)程中，Sm 在恢復(fù)第1 天即可迅速恢復(fù)至對(duì)照水平；Ψo、φEo、φDo 和φRo也隨著恢復(fù)時(shí)間延長(zhǎng)而得以大幅恢復(fù)，但第4 天均未達(dá)到對(duì)照水平；而Mo 則在恢復(fù)前2 天還有所上升，隨后才緩慢下降，在恢復(fù)的第4 天仍顯著高于對(duì)照。

圖2 兩處理番茄葉片PSII 受體側(cè)JIP-test 參數(shù)的比較Fig.2 Comparison of the JIP-test parameters for the PSII receptor side in leaves between two treatments

光照條件下低溫處理1h 即引起Mo 和Sm 的上升，且后期基本維持不變，而φDo 在處理1h 時(shí)并未有明顯變化，處理6h 后φDo 大幅上升，隨后維持不變；隨后的黑暗低溫處理12h 又引起Mo 和φDo 大幅上升，而Sm 則稍有下降。Ψo、φEo 和φRo 則均呈現(xiàn)低溫處理1h 即明顯下降，處理6h 仍大幅下降隨后維持不變，而黑暗低溫處理12h 又引起Ψo、φEo和φRo 的下降。

光下恢復(fù)1h 仍引起Mo 迅速大幅上升，暗中恢復(fù)則有利于Mo 的下降；Sm 在恢復(fù)1h 后即下降至低于對(duì)照水平，隨后逐漸恢復(fù)至對(duì)照水平；φDo 在光下恢復(fù)1h 時(shí)仍有所上升，隨著恢復(fù)時(shí)間的延長(zhǎng)而逐漸下降，但始終高于對(duì)照水平。光下恢復(fù)1h 也造成了Ψo、φEo 和φRo 的下降，隨后均隨著恢復(fù)時(shí)間的延長(zhǎng)而緩慢上升，其中Ψo 的恢復(fù)速率最大，但三者在恢復(fù)24h 后均未達(dá)到對(duì)照水平。

2.3 低溫脅迫及恢復(fù)對(duì)PSII 反應(yīng)中心的影響

ABS/CS 代表單位面積吸收的光能，TRo/CS 代表單位面積捕獲的光能，ETo/CS 代表單位面積電子傳遞的量子產(chǎn)額，DIo/CS 代表單位面積的熱耗散。由圖3 可知，低溫處理1d 即導(dǎo)致番茄葉片ABS/CS、TRo/CS、ETo/CS 顯著下降，下降幅度分別為43.7%、62.4%和82.6%，但是低溫1h 僅導(dǎo)致ETo/CS 下降，未引起ABS/CS 和TRo/CS 變化。低溫誘導(dǎo)了DIo/CS的上升，低溫1h 后DIo/CS 上升了24.5%。ABS/CS、TRo/CS、ETo/CS 恢復(fù)1d 即分別達(dá)到對(duì)照的80.9%、67.4%和57.8%。ABS/CS 和TRo/CS 在恢復(fù)第2 天可恢復(fù)至對(duì)照水平，隨后雖稍有下降，但在恢復(fù)第4天分別為對(duì)照的91.0%和85.3%。ETo/CS 在4d 恢復(fù)期內(nèi)不能完全恢復(fù)至對(duì)照水平，僅達(dá)到對(duì)照的77.8%。在恢復(fù)的第1 天，前1h 未引起ABS/CS、TRo/CS、ETo/CS 的恢復(fù)，隨后隨著恢復(fù)時(shí)間延長(zhǎng)而迅速上升。DIo/CS 在恢復(fù)第1 天仍維持低溫處理下的較高水平，第2 天反而大幅增加，隨后又快速下降，在恢復(fù)第4 天時(shí)仍比對(duì)照高16.9%。

圖3 兩處理番茄葉片單位面積比活性參數(shù)的比較Fig.3 Comparison of the specific energy fluxes per cross section(CS) in leaves between two treatments

RC/CS 代表單位面積有活性的反應(yīng)中心數(shù)量，ABS/RC 代表單位反應(yīng)中心吸收的光能，TRo/RC 代表單位反應(yīng)中心捕獲的用于還原QA的能量，ETo/RC代表單位反應(yīng)中心捕獲的用于電子傳遞的能量，DIo/RC 代表單位反應(yīng)中心耗散掉的能量。由圖4 可知，低溫導(dǎo)致番茄葉片RC/CS 顯著下降，但低溫1h反而誘導(dǎo)其小幅上升；由低溫轉(zhuǎn)移至室溫下，雖然RC/CS 能夠快速恢復(fù)，但恢復(fù)4d 仍未達(dá)到對(duì)照水平，并且恢復(fù)1h 時(shí)還稍有下降。低溫處理期，低溫促進(jìn)了ABS/RC 和DIo/RC 增強(qiáng)，導(dǎo)致TRo/RC 和ETo/RC的下降，且ETo/RC 的降低幅度明顯大于TRo/RC。低溫處理第1 天，處理前12h 內(nèi)并未引起ABS/RC的變化，但誘導(dǎo)了DIo/RC 增加，導(dǎo)致TRo/RC 稍有下降，以及ETo/RC 的顯著下降?；謴?fù)期，ABS/RC和DIo/RC 隨著恢復(fù)時(shí)間的延長(zhǎng)而下降，TRo/RC 和ETo/RC 則迅速恢復(fù)至高于對(duì)照水平?；謴?fù)第1 天，前1h 反而導(dǎo)致ABS/RC 和DIo/RC 的大幅上升，隨后又迅速下降；TRo/RC 在恢復(fù)6h 時(shí)即達(dá)到對(duì)照水平隨后又持續(xù)上升，而ETo/RC 則表現(xiàn)為先下降后立即迅速上升至對(duì)照水平。

圖4 兩處理番茄葉片單位面積有活性的PSII 反應(yīng)中心數(shù)目和單位活性反應(yīng)中心比活性參數(shù)的比較Fig.4 Comparison of the numbers of active PSII reaction centers (RCs) per cross section (CS) and specific energy fluxes of RCs in leaves between two treatments

3 結(jié)論與討論

3.1 討論

低溫對(duì)光合機(jī)構(gòu)，尤其是PSII，具有破壞作用[12]。PSII 作為光化學(xué)反應(yīng)中心涉及了光能的吸收、轉(zhuǎn)換與電子傳遞等光合過(guò)程[12,19]。低溫脅迫顯著抑制了番茄葉片PSII 活性[20]，導(dǎo)致PSII 光化學(xué)效率的下降和光抑制的發(fā)生[2,5]，并且光抑制程度隨著溫度的降低和脅迫時(shí)間延長(zhǎng)而加重[21]。本試驗(yàn)結(jié)果顯示低溫處理1h 即引起番茄葉片PSII 光化學(xué)效率的降低和光抑制的發(fā)生，而低溫處理4d 后轉(zhuǎn)入常溫下恢復(fù)1h 時(shí)Fv/Fm 仍下降，這表明低溫處理后恢復(fù)初期較強(qiáng)的光照對(duì)番茄葉片恢復(fù)是不利的。胡文海等研究也表明，低溫后恢復(fù)期弱光有助于番茄葉片光抑制恢復(fù)，而全光照則加劇了光抑制程度[22]。

PIABS是指以吸收光能為基礎(chǔ)的PSII 性能指數(shù)，是捕光色素光能的吸收、PSII 對(duì)光能的捕獲和電子傳遞三方面的綜合反映[23-25]。本實(shí)驗(yàn)中，低溫處理下PIABS先于Fv/Fm 下降，且下降幅度大于Fv/Fm，而其恢復(fù)速率則慢于Fv/Fm。由此可見(jiàn)，PIABS比Fv/Fm 對(duì)低溫更敏感，且PSII 光合性能的恢復(fù)速率慢于光抑制。進(jìn)一步分析可知，低溫處理導(dǎo)致番茄單位面積光能的吸收（ABS/CS）和有活性的PSII 反應(yīng)中心密度（RC/CS）顯著下降，反應(yīng)中心捕獲的激子將電子傳遞到電子傳遞鏈中超過(guò)QA的其它電子受體的概率（Ψo）也下降，即照光2ms 時(shí)有活性的反應(yīng)中心的開(kāi)放程度下降[16]，從而使得反應(yīng)中心對(duì)光能的捕獲能力（TRo/CS）下降，減少了單位面積上進(jìn)入超過(guò)QA-電子傳遞鏈中的還原能（ETo/CS）和用于電子傳遞的量子產(chǎn)額（φEo）。由此可見(jiàn)，低溫下PSII 光合性能的下降是天線色素對(duì)光能的吸收、PSII 對(duì)光能的捕獲以及光合電子傳遞三個(gè)方面均受到抑制的綜合結(jié)果。武輝等[26]采用調(diào)制式葉綠素?zé)晒夂蜌怏w交換技術(shù)在棉花幼苗葉片光合特性對(duì)低溫脅迫的研究也表明，低溫導(dǎo)致棉花幼苗葉片PSII 反應(yīng)中心光能吸收、轉(zhuǎn)化和電子傳遞受到嚴(yán)重阻礙。但在恢復(fù)期，ABS/CS 和TRo/CS 能得到快速恢復(fù)，而ETo/CS 和φEo 的恢復(fù)速率相對(duì)較慢，這意味著天線色素對(duì)光能的吸收和PSII 對(duì)光能的捕獲能力較電子傳遞更易于恢復(fù)。

陳靜等[27]研究表明，低溫弱光（2 ℃，100μmol·m-2·s-1）對(duì)番茄幼苗葉片PSII 具有顯著的抑制作用，但對(duì)PSI 活性影響不大。PItotal反映了光合電子在PSII 和PSI 之間的傳遞及光合系統(tǒng)狀態(tài)的綜合性能指數(shù)[24,28-29]。本實(shí)驗(yàn)中，PIABS和PItotal呈現(xiàn)出相同的變化趨勢(shì)，并且兩個(gè)參數(shù)在低溫處理期的下降幅度和恢復(fù)期的上升幅度也基本一致，這表明低溫對(duì)PSII 的影響大于PSI，PItotal的變化主要受PIABS的影響。同時(shí)，本實(shí)驗(yàn)中還觀察到用于還原PSI受體側(cè)末端電子受體的量子產(chǎn)額（φRo）的變化趨勢(shì)與φEo 一致，這意味著電子向PSI 受體側(cè)電子受體傳遞受阻的主要原因是由于低溫抑制了PSII 受體側(cè)的電子傳遞引起的，這將對(duì)PSI 起到保護(hù)作用。張子山等[30]研究表明，低溫脅迫（2℃）下光強(qiáng)增加的初始階段（0～200μmol·m-2·s-1）黃瓜葉片PSI 對(duì)光強(qiáng)的增加非常敏感，但隨著光強(qiáng)的進(jìn)一步增加（＞200μmol·m-2·s-1），PSII 的光抑制程度持續(xù)加重，限制了電子由PSII 向PSI 的傳遞，保護(hù)了PSI 免受強(qiáng)光的進(jìn)一步破壞。

植物葉片有活性的PSII 反應(yīng)中心可以將葉片捕獲的光能轉(zhuǎn)化為激發(fā)能，其中一部分轉(zhuǎn)化為化學(xué)能用于碳同化，其它部分則以熱或熒光的形式耗散掉。逆境脅迫下PSII 反應(yīng)中心失活分為可逆失活和不可逆破壞兩種類型[31-32]，其中PSII 反應(yīng)中心可逆失活能夠吸收光能但不傳遞給電子傳遞鏈而成為一個(gè)能量陷阱，這種可逆失活的反應(yīng)中心在逆境解除后又可恢復(fù)活性，因此被認(rèn)為是一種保護(hù)機(jī)制[16]。番茄葉片單位面積有活性的反應(yīng)中心數(shù)目（RC/CS）在低溫處理第1 天即顯著下降，并在恢復(fù)第1 天即大幅上升，這表明本實(shí)驗(yàn)的低溫脅迫主要是誘導(dǎo)了PSII反應(yīng)中心的可逆失活。進(jìn)一步分析光合機(jī)構(gòu)的比活性可以確切反映植物光合器官對(duì)光能的吸收、轉(zhuǎn)化和耗散的狀況[24]。低溫處理導(dǎo)致ABS/CS、TRo/CS和ETo/CS 的大幅下降和DIo/CS 增加，這意味著低溫減少了天線色素對(duì)光能的捕獲，進(jìn)而導(dǎo)致番茄葉片單位面積上用來(lái)還原QA的激發(fā)能（TRo/CS）和進(jìn)入超過(guò)QA-電子傳遞鏈中的還原能（ETo/CS）減少，與此同時(shí)，低溫脅迫誘導(dǎo)了單位面積熱耗散（DIo/CS）增加。這說(shuō)明番茄遭受低溫脅迫后立即啟動(dòng)了相應(yīng)的防御機(jī)制，一方面通過(guò)PSII 反應(yīng)中心的可逆失活和減少光能的吸收以防御過(guò)剩光能的吸收與積累，另一方面誘導(dǎo)了熱耗散保護(hù)途徑的增強(qiáng)?；謴?fù)期ABS/CS、TRo/CS 和ETo/CS 均能快速向?qū)φ账交謴?fù)也說(shuō)明低溫并未對(duì)番茄葉片PSII 反應(yīng)中心造成破壞。有研究表明，高溫、低溫和干旱等逆境脅迫下RC/CS 的下降會(huì)迫使作物剩余有活性的反應(yīng)中心效率的提高，表現(xiàn)為ABS/RC、TRo/RC、ETo/RC和DIo/RC 的增加[16,32-33]。本實(shí)驗(yàn)中，低溫促進(jìn)了ABS/RC 和DIo/RC 的提高，但TRo/RC 和ETo/RC 仍下降，尤其是ETo/RC 僅為對(duì)照的39.3%，這說(shuō)明低溫抑制了有活性的PSII 反應(yīng)中心對(duì)光能的捕獲和驅(qū)動(dòng)進(jìn)行電子傳遞的能力，而多余的光能可以通過(guò)提高熱耗散的方式進(jìn)行消耗以減少PSII 過(guò)剩激發(fā)能的積累，這一結(jié)果與Liang 等[34]在低溫處理下麻風(fēng)樹(shù)（Jatropha curcas）幼苗中的結(jié)果相一致。而恢復(fù)期RC/CS、TRo/RC 和ETo/RC 均能隨著恢復(fù)時(shí)間的延長(zhǎng)而快速恢復(fù)，這也說(shuō)明本實(shí)驗(yàn)中低溫處理并未對(duì)PSII 反應(yīng)中心造成破壞，更可能是可逆失活。

Mo、Ψo、Sm 和φEo 等參數(shù)主要反映了PSII 受體側(cè)的變化。Mo 反映了初級(jí)醌受體（QA）被還原的最大速率，當(dāng)反應(yīng)中心活性下降時(shí)，QA被還原速率加快，即Mo 增加[24]，而抑制QA-往下的電子傳遞也會(huì)導(dǎo)致Mo 的上升[16]。本實(shí)驗(yàn)中，Mo 在低溫處理第1 天急劇上升，第2 天則有較大幅度的下降并維持不變，在恢復(fù)期則呈現(xiàn)先上升后下降趨勢(shì)。究其原因，認(rèn)為這是由于低溫處理第1 天既大幅降低了有活性的反應(yīng)中心活性開(kāi)放程度（Ψo），又降低了捕獲的光能把電子傳遞到電子傳遞鏈中超過(guò)QA-的電子受體的概率（φEo），從而使得較多的光能用來(lái)還原QA，QA的還原加速。但低溫處理第1 天即誘導(dǎo)了用于熱耗散的量子比率（φDo）的增大，并在處理第2 天時(shí)達(dá)到最大；而Sm 則較φDo 遲1d 顯著增加，并在第3 天達(dá)到最大。這意味著低溫首先誘導(dǎo)了熱耗散的增強(qiáng)，隨后促進(jìn)了PSII 受體側(cè)電子傳遞體PQ 庫(kù)的增加，這將有利于減輕PSII 的激發(fā)壓，從而使得Mo在低溫處理第2 天有所回落。而當(dāng)番茄移入常溫下恢復(fù)時(shí)，整體上來(lái)看常溫有利于番茄葉片單位面積中有活性的PSII 反應(yīng)中心數(shù)目（RC/CS）和開(kāi)放程度（Ψo）的恢復(fù)，從而促進(jìn)了捕獲的光能更多用于驅(qū)動(dòng)QA-往下的電子傳遞（φEo）。但是，本研究也發(fā)現(xiàn)，當(dāng)番茄由低溫環(huán)境移入常溫光下最初1h，突然增強(qiáng)的光照反而導(dǎo)致了PSII 反應(yīng)中心開(kāi)放程度（Ψo）和PQ 庫(kù)容量（Sm）的大幅下降，從而使得Mo 反而增加，這說(shuō)明光強(qiáng)在低溫脅迫后的恢復(fù)中起著重要作用，強(qiáng)光不利于作物低溫脅迫后的恢復(fù)，這與前期研究結(jié)果相一致[22]。

本研究以番茄為試驗(yàn)材料，對(duì)番茄葉片PSII 功能和受體側(cè)電子傳遞對(duì)短期8℃低溫處理及隨后恢復(fù)階段的響應(yīng)作了詳細(xì)分析，可以為設(shè)施生產(chǎn)中防御番茄苗期低溫弱光脅迫提供一定的科學(xué)依據(jù)。短期8℃低溫脅迫主要引起番茄葉片PSII 反應(yīng)中心的可逆失活，并未造成番茄葉片嚴(yán)重光抑制傷害，而恢復(fù)初期的強(qiáng)光反而會(huì)加重光抑制程度。因此，在番茄設(shè)施生產(chǎn)中遭遇低溫弱光后可考慮適當(dāng)遮蔭，以防止陰雨天后晴天強(qiáng)光加重番茄葉片光抑制傷害。此次實(shí)驗(yàn)中只設(shè)置了8℃低溫處理，未設(shè)置2～4℃重度低溫處理，不能比較番茄葉片PSII 功能和受體側(cè)電子傳遞在重度和中度低溫脅迫下的差異；恢復(fù)期只設(shè)置了600μmol·m-2·s-1強(qiáng)光恢復(fù)，而未設(shè)置100～200μmol·m-2·s-1弱光恢復(fù)，因此只能得出強(qiáng)光會(huì)加重恢復(fù)初期番茄葉片光抑制程度，而未能就弱光是否有利于低溫光抑制恢復(fù)進(jìn)行實(shí)證研究。未來(lái)可以增加番茄葉片JIP-test 參數(shù)對(duì)不同低溫處理和恢復(fù)期不同光強(qiáng)處理響應(yīng)的對(duì)比。

3.2 結(jié)論

（1）低溫主要抑制了PSII 的活性，而對(duì)PSI 的影響相對(duì)較小。低溫脅迫導(dǎo)致番茄葉片有活性的反應(yīng)中心數(shù)目的減少，降低了有活性的反應(yīng)中心的開(kāi)放程度，阻礙了光合電子傳遞的順利進(jìn)行，導(dǎo)致光抑制的發(fā)生。

（2）低溫脅迫下番茄啟動(dòng)了防御機(jī)制，低溫脅迫首先誘導(dǎo)了PSII 反應(yīng)中心的可逆失活、光能吸收的減少和熱耗散途徑的增強(qiáng)以減少對(duì)過(guò)剩光能的吸收與積累，隨后又促進(jìn)了PSII 受體側(cè)電子傳遞體PQ庫(kù)的增大，以防御PSII 過(guò)量激發(fā)壓的積累。

（3）恢復(fù)期番茄葉片天線色素對(duì)光能的吸收和PSII 對(duì)光能的捕獲能力相對(duì)比PSII 受體側(cè)電子傳遞恢復(fù)更快，而恢復(fù)初期的強(qiáng)光反而會(huì)加重光抑制程度。