低温胁迫对不同品种草莓叶片叶绿素荧光成像特性的影响.pdf

草莓属蔷薇科草莓属多年生草本植物，对低温较敏感1。低温会抑制草莓叶片的光系统活性，降低光化学效率，导致过量激发能积累而产生光抑制2，3。叶绿素荧光成像技术可以快速、无损地评价植株光合特性及其空间分布异质性4-6。研究不同草莓品种叶片叶绿素荧光成像特征将有助于揭示品种间抵抗低温能力的差异，为筛选低温耐受性品种和调控草莓生产提供理论依据。已有研究表明，不同品种对低温敏感性存在差异7-8，但对低温胁迫下不同品种草莓进行荧光成像分析少有报道。本研究选择三种不同品种，在一定低温条件下进行处理，定期采用叶绿素荧光成像系统对品种间叶片荧光响应进行比较分析，揭示不同品种抵御低温的能力及机制差异，为筛选低温耐受性草莓品种提供新方法。1材料与方法1.1试验材料：选择粉玉 2 号、越秀和天使 8 号 3 个草莓品种作为试验材料。选取生长健壮、发育相近的盆栽植株，在吉林省蔬菜花卉研究院日光温室内进行正常管理。1.2低温处理：选取生长相近目标品种草莓苗各 15 株，在夜间（18颐008颐00）移入 3益冰箱中进行低温处理，白天（8颐0018颐00）移入日光温室内进行正常管理。在处理前（T0d）、低温处理的第 1d、5d、10d（分别记为 T1d、T5d、T10d）及恢复 1d（R1d），分别在各品种中随机选出 3 株草莓苗的心叶向外的第 4 片发育完整的叶片进行荧光成像测定。1.3叶绿素荧光成像：使用叶绿素荧光成像系统（IMAGIN-PAM，Heinz Waltz，Germany）进行叶绿素荧光测量。光化学光强度设置为 180滋mol m-2 s-1。对各处理的植株进行荧光诱导曲线测定，记录 Fv/Fm、Y域、NPQ、qP 等图像。1.4数据处理：利用荧光成像分析软件，提取各品种每期处理的荧光参数数值。采用 SPSS 统计软件对不同品种间各时期的荧光参数进行方差分析。2结果与分析2.1低温胁迫对 Fv/Fm 的影响由图 2 可知，低温处理导致粉玉 2 号 Fv/Fm 值的显著下降，T0d 为 0.80，而 T10d 仅为 0.45。表现为代表 Fv/Fm 值大小的颜色由深蓝色向绿色和黄色转变，且靠近叶片边缘位置的荧光值低于叶片中心位置，可能意味着低温导致叶片边缘处的植物细胞光系统 II 受到损伤，说明低温对叶片边缘处影响严重。低温处理后常温下恢复 1d，Fv/Fm 荧光成像仍呈现黄绿色，Fv/Fm 值没有恢复，仅为 0.46。越秀的 Fv/Fm 缓慢下降，T10d 较T0d 下降 9%，低温处理的第 5d 叶片边缘才略微呈现绿色，仅常温下恢复 1d 便恢复至深蓝色。而天使在低温下的 Fv/Fm 基本无明显变化，维持在 0.8 左右。这表明天使 8 号对低温胁迫的抵抗能力和恢复能力最强，越秀次之，粉玉最弱。2.2低温胁迫对 Y域的影响由图 4 可知，低温处理导致粉玉 Y域值显著下降，在第 10d降至最低，仅为 0.18，常温下恢复 1d 仍没有变化。越秀的 Y域缓慢下降，在第 10d 降至最低，为 0.24，常温下恢复 1d 基本恢复至处理前水平，而天使在低温下 Y域基本无明显变化。这表明天使在低温胁迫下 PS域反应中心实际量子效率较高，越秀次之，但恢复至室温后可恢复较高效率，粉玉最弱，恢复至室温后仍未恢复。低温胁迫对不同品种草莓叶片叶绿素荧光成像特性的影响崔洪博韩青妍刘燕妮王秀峰王剑锋*（吉林省蔬菜花卉科学研究院长春130119）摘要：草莓对低温较为敏感，低温会抑制光合作用。叶绿素荧光成像技术可以评价植物对低温的响应。选取粉玉 2 号、越秀和天使 8 号 3 个草莓品种进行低温处理，利用叶绿素荧光成像系统比较了低温胁迫下这 3 个品种的荧光参数 Fv/Fm、YII、NPQ 和 qP 的变化。结果显示，低温处理对不同品种草莓的影响差异较大。其中粉玉 2 号受损最严重，越秀次之，天使 8 号受损最小。综合分析，天使 8 号对低温的抵抗力最强。关键词：草莓；品种；低温；荧光成像Abstract：Strawberry is sensitive to low temperatures，which inhibit photosynthesis.Chlorophyll fluorescence imaging technology can evaluate the response ofplants to low temperature.Three strawberry varieties，Fenyu，Yuexiu and Tianshi，were selected for low temperature treatment，and the changes of fluorescenceparameters Fv/Fm，YII，NPQ and qP in these three varieties under low temperature stress were compared using chlorophyll fluorescence imaging system.Theresults showed that the effects of low-temperature treatment on different strawberry varieties varied greatly.Among them，Fenyu was the most seriouslydamaged，Yuexiu was the second，and Tianshi was the least damaged.In the comprehensive analysis，Tianshi had the strongest resistance to low temperature.Keywords：Strawberry；Variety；Low temperature；Fluorescence imaging基金项目：吉林省财政专项-吉林省设施草莓新品种引进及高效生产技术研究（20231019）；国家现代农业产业技术体系-特色蔬菜产业技术体系（CARS24）。作者简介：崔洪博，研究实习员；研究方向：设施农业。E-mail：*通讯作者：王剑锋，副研究员；研究方向：设施农业。E-mail：T0dT1dT5dT10dR1d天使粉玉越秀图 2低温胁迫对不同品种草莓叶片 Fv/Fm 的影响Fig.2Effect of low-temperature stress on Fv/Fm in leaves of different strawberry varieties图 1低温胁迫 15d 和恢复 1d 期间不同品种草莓叶片 Fv/Fm 的荧光成像Fig.1Fluorescence imaging of Fv/Fm in leaves of different strawberry varieties during 15d of low-temperature stress and 1d of recovery10.16627/22-1215/s.2023.04.092专家论坛欢迎刊发广告，欢迎种业界商家朋友赞助、协办。116蔬菜科技服务新农村致富百姓T0dT1dT5dT10dR1d天使粉玉越秀图 3低温胁迫 15d 和恢复 1d 期间不同品种草莓叶片 Y(II)的荧光成像Fig.3Fluorescence imaging of Y(II)in leaves of different strawberry varieties during 15d and 1dof recovery from low-temperature stress天使粉玉越秀图 4低温胁迫对不同品种草莓叶片 Y(II)的影响Fig.4Effect of low temperature stress on leaf Y(II)of different strawberry varieties图 6低温胁迫对不同品种草莓叶片 NPQ 的影响Fig.6Effect of low temperature stress on leaf NPQ of different strawberry varietiesT0dT1dT5dT10dR1d天使粉玉越秀图 8低温胁迫对不同品种草莓叶片 qP 的影响Fig.8Effect of low temperature stress on leaf qPof different strawberry varieties2.3低温胁迫对 NPQ 的影响由图 6 可知，粉玉呈现先缓慢上升，然后下降趋势，恢复至室温仍维持较低 NPQ 值。这可能是因为低温初期，植株为适应低温环境，会诱导热能消耗途径,提高叶片热散发效率，使 NPQ 短期内上升。随着低温时间延长，光合作用进一步受损，ATP 和 NADPH的供应下降,无法提供能量驱动热散发过程，导致 NPQ 下降。越秀呈现缓慢上升趋势，T10d 较 T0d 升高 23.6%，恢复至室温后，NPQ值降至处理前水平。而天使在低温下的 NPQ 基本无明显变化。2.4低温胁迫对 qP 的影响由图 8 可知，低温处理导致粉 qP 值的显著下降，T10d 较 T0d下降 59.3%，常温下恢复 1d 仍没有变化。越秀的 Y域缓慢下降，在第 10d 降至最低，为 0.36，常温下恢复 1d 基本恢复至处理前水平。而天使的 qP 呈先下降后上升再下降的变化趋势，常温下恢复1d 后，基本恢复至处理前水平。可能是因为初期低温时，光系统 II的活性受抑，反应中心关闭的比例增加，导致 qP 下降。随后植株启动一些保护机制，使 qP 回升。如果低温胁迫持续，光合电子传递链严重受损，大量反应中心持续关闭，此时 qP 再次下降。3结论本研究对 3 个不同草莓品种进行了低温处理，比较叶绿素荧光成像参数的变化。结果显示，低温处理导致草莓叶片的荧光参数出现不同程度的变化，抑制了光合作用。其中粉玉 2 号各参数下降幅度最大，对低温最敏感，且在恢复期仍不能恢复，光合系统受到不可逆损伤。低温对越秀影响次之，在恢复至常温后，这些参数基本恢复。低温下，天使 8 号受损最小，各项荧光参数基本保持稳定。综合来看，天使 8 号对低温抵抗力最强，越秀次之，粉玉 2 号最弱。本研究为利用荧光成像技术筛选草莓抗寒性品种提供了理论参考。参考文献1Tiffany L.Maughan，Brent L.Black，Daniel Drost，et al.Criticaltemperature forsub-lethal cold injury of strawberry leavesJ.ScientiaHorticulturae，2015，183：8-12.2张云婷，宋霞，叶云天，等.光质对低温胁迫下草莓叶片生理生化特性的影响J.浙江农业学报，2016，28（05）：790-796.3杨馥霞，汤玲，贺欢，等.利用叶绿素荧光技术分析 2 个草莓品种的低温适应性J.中国果树，2021（03）：13-19.4印志同，孟凡凡，宋海娜,等.大豆开花盛期快速叶绿素荧光参数的 QTL 分析J.中国农业科学，2011，44（24）：4980-4987.5刘卫琴，汪良驹，刘晖，等.遮荫对丰香草莓光合作用及叶绿素荧光特性的影响J.果树学报，2006，23（2):209-213.6Rachid F,Fatima A,Oudou I A,et al.Physiological and photosyntheticresponse ofquinoa to drought stressJ.Chilean Journal of Agricultural Research,2015,75（2）：174.7Mirahmadi F,Qorban M,Hanafi,et 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