干旱脅迫下氣溫對甘蔗葉綠素?zé)晒鈩恿W(xué)參數(shù)的影響

劉家勇，陳學(xué)寬，夏紅明，趙 俊，昝逢剛，覃 偉，蔡 青，楊 昆，趙麗萍，姚 麗，趙培方，朱建榮，范源洪

(1.云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院甘蔗研究所，云南 開遠 661699；2.云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院生物技術(shù)與種質(zhì)資源研究所，云南 昆明 650223；3.云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院，云南 昆明 650205)

【研究意義】甘蔗是中國的主要糖料作物，旱地蔗面積大是中國甘蔗生產(chǎn)的突出特點。抗旱甘蔗品種的培育和應(yīng)用是提高種蔗效益的關(guān)鍵技術(shù)，抗旱育種指標(biāo)的評價和篩選對提高抗旱品種培育效率意義重大?！厩叭搜芯窟M展】葉綠素?zé)晒鈩恿W(xué)技術(shù)是以光合作用理論為基礎(chǔ)，利用植物體內(nèi)葉綠素a熒光作為天然探針，研究和探測植物光合生理狀況及各種外界因子對其影響的新型植物活體測定的診斷技術(shù)[1-2]，被稱為探測和分析植物光合生理與逆境脅迫關(guān)系的理想技術(shù)[3-4]。羅俊等[5]研究了干旱脅迫下Fv/Fm、Fv/Fo的變化情況，認(rèn)為可利用葉綠素a熒光分析技術(shù)來評價甘蔗品種的抗逆性能和豐產(chǎn)性，實現(xiàn)抗逆育種的早期選擇。高三基等[6]研究了有關(guān)生理生化指標(biāo)與甘蔗品種抗旱性的關(guān)系，認(rèn)為Fv/Fm和Fv/Fo與甘蔗品種抗旱性關(guān)系密切，可在甘蔗抗旱育種上加以應(yīng)用。相關(guān)研究[4,7-9]表明：干旱脅迫可對Fv/Fm、Fv/Fo產(chǎn)生顯著影響，并可作為作物品種或種質(zhì)抗旱性評價指標(biāo)?！颈狙芯壳腥朦c】田間試驗是在開放的自然條件下進行的，大田試驗的處理效應(yīng)容易受到其它因素影響，進而影響對處理效應(yīng)的客觀評價。試驗過程中，如何獲得準(zhǔn)確的試驗數(shù)據(jù)對處理效應(yīng)的評價至關(guān)重要?！緮M解決的關(guān)鍵問題】文章分析了干旱脅迫下，氣溫對甘蔗葉綠素?zé)晒鈩恿W(xué)參數(shù)的影響，旨在為測量甘蔗葉綠素?zé)晒鈩恿W(xué)參數(shù)對干旱脅迫的響應(yīng)提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗概況及材料

材料由“甘蔗抗旱育種技術(shù)研究與種質(zhì)改良”項目組提供，試驗在云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院甘蔗研究所育種試驗基地(開遠市冷水溝村)進行。主要研究目標(biāo)是甘蔗抗旱育種指標(biāo)的評價與篩選，葉綠素?zé)晒鈩恿W(xué)參數(shù)是評價的主要指標(biāo)之一。

采用裂區(qū)試驗設(shè)計，主處理為水分處理(正常供水和自然干旱，中間以2 m的緩沖帶隔開)，副處理為品種(共計22個品種材料)，3次重復(fù)。試驗共計2個處理×22個品種×3次重復(fù)=132個小區(qū)(每小區(qū)面積40 m2)。2014年3月25日開始進行干旱脅迫處理。

為了合理安排測量工作，獲得理想的測量數(shù)據(jù)，針對試驗期間晴天氣溫上升快的特點，充分了解干旱脅迫下氣溫對葉綠素?zé)晒鈩恿W(xué)參數(shù)的影響，于2014年5月17-18日，進行了2次測量試驗，為整個試驗(132個小區(qū))制定合理的大規(guī)模測量方案提供依據(jù)。

第1次測量：2014年5月17日，選擇3個品種：新臺糖10號、新臺糖25號和云蔗01-1413，2個處理，3次重復(fù)，共計18個小區(qū)。第2次測量：2014年5月18日，選擇3個品種：云蔗03-258、新臺糖22號和Q208(引自于澳大利亞)，2個處理，3次重復(fù)，共計18個小區(qū)。2次測量過程中均采用DAVIS氣象工作站記錄氣溫變化，氣溫記錄間隔時間設(shè)置為10 min。

1.2 測量方法

從9:00-19:40時連續(xù)測量葉綠素?zé)晒鈩恿W(xué)參數(shù)。每小區(qū)選擇3株健康植株固定，選擇+1葉并標(biāo)記測量位置，采用植物效率分析儀(Handy PEA)測量Fo、Fm等參數(shù)，并計算Fv、Fv/Fm和Fv/Fo等參數(shù)[10]。每次測量共計3個品種×2個處理×3次重復(fù)×3個樣品=54個測量值。測量前對葉片進行15 min暗適應(yīng)處理。

Fo：固定熒光，初始熒光(minimal fluorescence)，也稱基礎(chǔ)熒光，是光系統(tǒng)Ⅱ(PSⅡ)反應(yīng)中心處于完全開放時的熒光產(chǎn)量；Fm：最大熒光產(chǎn)量(maximalfluorescence)，是PSⅡ反應(yīng)中心處于完全關(guān)閉時的熒光產(chǎn)量；Fv=Fm-Fo：為可變熒光(variablefluorescence)，反映了QA的還原情況；Fv/Fm：PSⅡ原初光能轉(zhuǎn)換效率；Fv/Fo：PSⅡ潛在活性。

1.3 數(shù)據(jù)分析

采用Excel2010和DPS數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)軟件對數(shù)據(jù)進行處理和統(tǒng)計分析。文章重點討論氣溫對Fv/Fm和Fv/Fo的影響情況。

2 結(jié)果與分析

2.1 氣溫日變化

圖1反映了2014年5月17日和5月18日的氣溫日變化，從圖中可看出2 d的氣溫變化基本相似。2014年5月17日平均氣溫29.3 ℃，最高氣溫35.7 ℃，出現(xiàn)在16:40 時；5月18日平均氣溫29.9 ℃，最高溫35.9 ℃，出現(xiàn)在16:20 時。

2.2 干旱脅迫下氣溫對葉綠素?zé)晒鈩恿W(xué)參數(shù)的影響

2014年5月17-18日共計測量18次(每天9次)，對每次測量的Fv/Fm和Fv/Fo平均值和測量時間段內(nèi)的平均氣溫進行回歸分析(表1)。結(jié)果顯示，所有品種的Fv/Fm和Fv/Fo值與氣溫之間呈線性關(guān)系顯著下降。

測量時間分為9:00-12:00時、13:00-17:00時和19:00-19:40時3個時段經(jīng)統(tǒng)計分析。平均氣溫以13:00-17:00時段最高，9:00-12:00時段最低，19:00-19:40時段居中(表2)。

圖1 2014年5月17-18日氣溫變化情況Fig.1 Change of air temperature on 17-18 May, 2014

測量日期Measuringdate品種Variety處理TreatmentFv/FmFv/Fo回歸方程RegressionequationR2r回歸方程RegressionequationR2r5月17日云蔗1-1413干旱脅迫y=0.932-0.010x0.50-0.71*y=3.624-0.063x0.54-0.73*5月17日新臺糖10干旱脅迫y=0.940-0.011x0.52-0.72*y=3.445-0.056x0.42-0.65*5月17日新臺糖25干旱脅迫y=0.975-0.009x0.67-0.82**y=5.031-0.089x0.67-0.82**5月18日云蔗03-258干旱脅迫y=0.915-0.010x0.91-0.95**y=3.535-0.060x0.93-0.96**5月18日Q208干旱脅迫y=0.982-0.011x0.93-0.96**y=4.147-0.076x0.94-0.97**5月18日新臺糖22干旱脅迫y=1.607-0.032x0.79-0.89**y=6.646-0.162x0.85-0.92**

對3個時段Fv/Fm和Fv/Fo的均值t測驗結(jié)果，對于9:00-12:00時段，F(xiàn)v/Fm和Fv/Fo值均顯著高于13:00-17:00時段；5月17日19:00-19:40時段Fv/Fm和Fv/Fo值均顯著高于13:00-17:00時段，5月18日大部分測量值差異雖然不顯著(除云蔗03-258的Fv/Fm值外)，但其他2個時段均高于13:00-17:00時段的測量值(表2)。

表2 不同測量時段氣溫對Fv/Fm和Fv/Fo的影響

注：*為顯著；**為極顯著。

Note:* meant significant difference; ** meant highly significant difference.

表3 不同測量時段ΔFv/Fm和ΔFv/Fo的變化情況

表3反映了不同測量時段，ΔFv/Fm(正常供水下Fv/Fm-干旱脅迫處理Fv/Fm)和ΔFv/Fo(正常供水下Fv/Fo-干旱脅迫處理Fv/Fo)的變化情況。ΔFv/Fm和ΔFv/Fo，13:00-17:00時段的變化均大于其它2個時段。反映出：隨著氣溫的升高，不僅導(dǎo)致Fv/Fm和Fv/Fo值下降，且加劇了干旱脅迫處理下Fv/Fm和Fv/Fo值的下降幅度。

3 討 論

干旱脅迫下，隨著氣溫的升高，不僅降低了Fv/Fm和Fv/Fo值，且加劇了Fv/Fm和Fv/Fo的下降幅度。田間試驗是在開放的自然條件下進行的，因此除了試驗處理的主效應(yīng)外，其它非處理因子也可能會影響試驗結(jié)果，從而干擾試驗處理的主效應(yīng)。許多研究表明，除干旱[11-14]外，水漬[15-16]、氣溫(高溫[17-18]或低溫[19-21])和營養(yǎng)虧缺[22-25]等非生物脅迫因子均會對Fv/Fm或Fv/Fo等葉綠素?zé)晒鈩恿W(xué)參數(shù)產(chǎn)生影響。多種脅迫因子的存在，必然產(chǎn)生交互作用，如不對其它非處理脅迫因子加以控制或消除，勢必會加劇或削弱處理效應(yīng)，進而影響對處理效應(yīng)的客觀評價。

根據(jù)研究結(jié)果，與本文所述相類似的田間試驗，測量葉綠素?zé)晒鈩恿W(xué)參數(shù)，建議測量工作盡量安排在同一時段內(nèi)完成；如果試驗規(guī)模較大，需要跨時段測量時，要詳細記錄測量過程中的氣溫變化，并將氣溫作為協(xié)變量進行數(shù)據(jù)分析。

4 結(jié) 論

干旱脅迫下，隨著氣溫的升高，F(xiàn)v/Fm和Fv/Fo的測量值顯著降低。選擇適宜的測量時段和制定合理的測量方案，可減少氣溫變化對測量葉綠素?zé)晒鈩恿W(xué)參數(shù)的影響，從而準(zhǔn)確反映干旱脅迫效應(yīng)。

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