赤星病脅迫對(duì)不同抗性煙草品種光合作用和葉綠素?zé)晒馓匦缘挠绊?/h1>
2015-02-06 03:54:26楊志曉丁燕芳張小全任學(xué)良任周營(yíng)楊鐵釗
生態(tài)學(xué)報(bào) 2015年12期
楊志曉, 丁燕芳, 張小全, 薛 剛, 王 軼, 任學(xué)良, 任周營(yíng), 楊鐵釗,*
1 河南農(nóng)業(yè)大學(xué)煙草學(xué)院, 鄭州 450002 2 貴州省煙草科學(xué)研究院， 煙草行業(yè)煙草分子遺傳重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 貴陽(yáng) 550081 3 河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院煙草研究所, 許昌 461000 4 江西中煙工業(yè)公司, 南昌 330096
赤星病脅迫對(duì)不同抗性煙草品種光合作用和葉綠素?zé)晒馓匦缘挠绊?/p>
楊志曉1, 2, 丁燕芳3, 張小全1, 薛 剛1, 王 軼2, 任學(xué)良2, 任周營(yíng)4, 楊鐵釗1,*
1 河南農(nóng)業(yè)大學(xué)煙草學(xué)院, 鄭州 450002 2 貴州省煙草科學(xué)研究院， 煙草行業(yè)煙草分子遺傳重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 貴陽(yáng) 550081 3 河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院煙草研究所, 許昌 461000 4 江西中煙工業(yè)公司, 南昌 330096
以不同煙草赤星病抗性品種JYH(抗病品種)和CBH(感病品種)為材料，在盆栽試驗(yàn)條件下，調(diào)查不同煙草赤星病脅迫程度(輕度脅迫、中度脅迫和重度脅迫)對(duì)光合色素含量、光合作用參數(shù)和葉綠素?zé)晒鈩?dòng)力學(xué)特征的影響。結(jié)果顯示：1)煙草赤星病脅迫導(dǎo)致2個(gè)品種的葉綠素a、葉綠素b、總?cè)~綠素和類胡蘿卜素含量均呈下降趨勢(shì)，且JYH的降幅小于CBH。2)除JYH的凈光合速率在輕度脅迫下有所增加外，JYH、CBH的凈光合速率、氣孔導(dǎo)度因煙草赤星病脅迫而降低。2個(gè)品種的胞間CO2濃度、氣孔限制值變化具有明顯差異，煙草赤星病脅迫導(dǎo)致CBH的胞間CO2濃度上升，氣孔限制值則明顯下降，這與JYH在重度脅迫下的變化趨勢(shì)一致。而JYH的胞間CO2濃度在輕度、中度脅迫降低，氣孔限制值則呈上升趨勢(shì)。3)煙草赤星病脅迫下，2個(gè)品種的初始熒光(F0)、非光化學(xué)猝滅系數(shù)(NPQ)均有所增加。重度脅迫下，JYH、CBH的F0分別比對(duì)照增加16.5%、34.48%，NPQ分別上升95.54%、137.45%，差異均達(dá)到顯著水平。而各品種的最大熒光(Fm)、可變熒光(Fv)、PSⅡ最大光化學(xué)效率(Fv/Fm)、PSⅡ潛在活性(Fv/F0)、光化學(xué)淬滅系數(shù)(qp)、PSⅡ?qū)嶋H光化學(xué)效率(ΦPSⅡ)在煙草赤星病脅迫下均呈下降趨勢(shì)，降幅表現(xiàn)為JYH煙草; 煙草赤星病; 光合色素; 光合特性; 葉綠素?zé)晒鈪?shù)
煙草赤星病[Alternariaalternata]是中國(guó)煙葉生產(chǎn)中的主要病害之一，屬于真菌性病害。該病具有潛育期短、流行速度快的特點(diǎn)，煙株現(xiàn)蕾后至成熟期為易感病階段；在環(huán)境條件適宜的情況下，短時(shí)間內(nèi)即可大面積發(fā)生流行。煙草赤星病主要侵染葉片，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)危害莖桿、花梗和蒴果，嚴(yán)重影響煙葉產(chǎn)量和品質(zhì)，不利于優(yōu)質(zhì)煙葉生產(chǎn)，但至今尚無(wú)有效的防治手段[1- 3]。因此，深入研究煙草赤星病的致病機(jī)理，選育抗性較好的優(yōu)質(zhì)煙草品種是目前煙葉生產(chǎn)中亟待解決的問(wèn)題。而現(xiàn)階段關(guān)于煙草赤星病致病機(jī)理的研究報(bào)道較少，主要集中在感病組織形態(tài)結(jié)構(gòu)的描述上。Lioyd[4]認(rèn)為細(xì)嫩組織細(xì)胞壁較厚是煙株苗期較抗赤星病的原因之一。Stavely[5]對(duì)病葉組織的顯微觀察發(fā)現(xiàn)，煙葉組織在侵染點(diǎn)周圍形成瘢痕層，阻止菌絲胞間伸長(zhǎng)，病斑擴(kuò)展受阻。
光合作用是最重要的基礎(chǔ)生理活動(dòng)，為植物生長(zhǎng)發(fā)育提供所需的物質(zhì)和能量，是決定產(chǎn)量和品質(zhì)的主要因素。一些研究發(fā)現(xiàn)，病原菌侵染能夠引起光合作用的改變，導(dǎo)致光合速率明顯下降，葉綠體結(jié)構(gòu)受到破壞，葉綠素含量降低，光合電子傳遞活力減弱，光合磷酸化作用受抑[6- 7]。相關(guān)研究結(jié)果顯示，病原菌抑制光合作用可能是由氣孔導(dǎo)度下降引起的[8]。而同時(shí)大量報(bào)道又表明，光合電子放氧復(fù)合體活性降低、PSⅠ和PSⅡ電子傳遞速率下降等非氣孔限制因素也對(duì)其有著重要影響[9- 10]。因此，病原菌脅迫如何影響植株內(nèi)部的生理活性進(jìn)而抑制光合作用始終是抗病育種研究的重點(diǎn)。
在正常情況下，葉綠體吸收的光能主要通過(guò)光合電子傳遞、葉綠素?zé)晒夂蜔岷纳?種途徑散失，這3種途徑存在此消彼長(zhǎng)的關(guān)系，因此葉綠素?zé)晒獾淖兓梢灾苯臃从持参锕夂舷到y(tǒng)對(duì)光能的吸收和利用情況，病原菌侵染對(duì)光合機(jī)構(gòu)的影響也可通過(guò)它體現(xiàn)出來(lái)[11- 12]。目前，關(guān)于外界逆境對(duì)光合作用和葉綠素?zé)晒馓匦缘挠绊懼饕性谟衩?、大豆等作物上[13- 14]，而關(guān)于煙草赤星病侵染對(duì)煙草葉片光合作用和熒光特性的影響研究較少。因此，本文以2個(gè)不同煙草赤星病抗性品種為材料，從光合色素含量、光合作用參數(shù)以及葉綠素?zé)晒鈩?dòng)力學(xué)特征入手，探討不同煙草赤星病脅迫程度對(duì)光合作用和葉綠素?zé)晒馓匦缘挠绊?，旨在揭示煙草赤星病脅迫與光合作用及相關(guān)指標(biāo)之間的關(guān)系，以期為抗煙草赤星病新品種選育提供理論依據(jù)和參考指標(biāo)。
1 材料與方法
1.1 供試材料
供試煙草(NicotianatabacumL.)品種為抗病品種JYH、感病品種CBH[15- 16]。采用漂浮育苗方式進(jìn)行育苗，挑選生長(zhǎng)整齊一致的壯苗(6葉1心)進(jìn)行盆栽種植，行株距為120 cm50 cm，每盆植煙1株。每盆裝土10 kg，供試土壤為壤質(zhì)潮土(有機(jī)質(zhì)8.50 g/kg、全氮0.89 g/kg、速效氮65.46 mg/kg、速效磷24.42 mg/kg、速效鉀108.00 mg/kg，pH值 7.91)。每盆煙株N、P2O5、K2O的施入量分別為0.13、0.13、0.39 g/kg，肥料分3次施入，施入時(shí)間分別為移栽當(dāng)天、移栽后第一周和第二周，肥量比例為2∶1∶1。煙株進(jìn)入現(xiàn)蕾期進(jìn)行打頂，每株留葉數(shù)均為18片葉，其他管理措施均按照優(yōu)質(zhì)煙葉生產(chǎn)技術(shù)規(guī)程進(jìn)行。試驗(yàn)設(shè)3次重復(fù)，每個(gè)品種每次重復(fù)種植50盆。
以致病力較強(qiáng)的煙草赤星病菌種GM831為供試菌株。將供試菌株在PDA平板上25 ℃培養(yǎng)7 d，待充分產(chǎn)孢后，加1%無(wú)菌葡萄糖溶液10 mL浸泡15 min，用無(wú)菌棉簽洗下孢子和菌絲體，經(jīng)4層無(wú)菌紗布過(guò)濾，除去菌絲體，再用1%無(wú)菌葡萄糖溶液配成孢子懸浮液(濃度為1.0×105個(gè)/mL)待用。
1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)及取樣
當(dāng)下部煙葉變黃成熟時(shí)(移栽后60 d)，開(kāi)始進(jìn)行煙草赤星病菌接種。將孢子懸浮液以懸滴法接種于煙株的第3、4葉位葉片(自下而上數(shù)，下同)，均等距離每葉點(diǎn)12滴，每滴為25 μL，以1%無(wú)菌葡萄糖溶液處理為對(duì)照[17]。根據(jù)在品種、溫度和菌株組成一定的條件下，葉面濕潤(rùn)時(shí)數(shù)與煙草赤星病侵染概率呈線性關(guān)系這一研究結(jié)論[18]，將煙株接種后在人工氣候室中25 ℃分別保濕24、96和168 h，9 d后統(tǒng)計(jì)發(fā)病情況。根據(jù)張明厚的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)[19]，調(diào)查發(fā)病情況，計(jì)算發(fā)病率和病情指數(shù)。根據(jù)病情指數(shù)，把葉片分為正常生長(zhǎng)(CK，病情指數(shù)0，無(wú)病癥)、輕度脅迫(病情指數(shù)25%)、中度脅迫(病情指數(shù)50%)和重度脅迫(病情指數(shù)75%)。選取第10葉位葉片進(jìn)行各項(xiàng)指標(biāo)測(cè)定。
1.3 試驗(yàn)測(cè)定指標(biāo)及方法1.3.1 光合色素含量
采用Arnon[20]的方法測(cè)定，結(jié)果以mg/gFW表示。每處理重復(fù)3次。
1.3.2 光合作用氣體交換參數(shù)
在晴天9:30—11:30，采用LI- 6400便攜式光合儀(Li-Cor Inc.，USA)測(cè)定凈光合速率(Pn，μmol CO2m-2s-1)，氣孔導(dǎo)度(Gs, mmol m-2s-1)，胞間CO2濃度(Ci， μmol/mol)，氣孔限制值(Ls)根據(jù)Berry[21]的方法計(jì)算(Ls=1-Ci/C0)(C0為空氣中CO2濃度)。測(cè)定時(shí)選擇紅藍(lán)光源葉室，使用開(kāi)放式氣路，葉室溫度設(shè)定為25 ℃，空氣相對(duì)濕度為60%—70%，CO2濃度為400 μmol/mol，光照強(qiáng)度為1000 μmol m-2s-1，光量子通量密度800 mol m-2s-1。每株測(cè)1片葉, 每處理重復(fù)5次，取平均值。
1.3.3 葉綠素?zé)晒鈩?dòng)力學(xué)參數(shù)
選擇晴天9:30—11:30利用FMS- 2脈沖調(diào)制式熒光儀(Hansatech, UK), 以葉脈為軸的對(duì)稱點(diǎn)測(cè)量葉綠素?zé)晒鈪?shù)。葉片經(jīng)暗適應(yīng)30 min后用弱測(cè)量光測(cè)定初始熒光(F0)，然后給一個(gè)強(qiáng)閃光(5000 μmol m-2s-1)，脈沖時(shí)間0.7 s，測(cè)得最大熒光(Fm)。然后在自然光下適應(yīng)20 min后，當(dāng)熒光基本穩(wěn)定時(shí)測(cè)得葉片實(shí)際生長(zhǎng)光強(qiáng)下的熒光值(Fs)。再給一個(gè)強(qiáng)閃光(5000 μmol m-2s-1)，脈沖時(shí)間0.7 s，熒光上升到最大熒光(Fm′)。關(guān)閉作用光后，立即打開(kāi)遠(yuǎn)紅光，5 s后測(cè)最小熒光(F0′)。參照Demming-Adams[22]的方法計(jì)算可變熒光Fv、PSⅡ最大光化學(xué)效率Fv/Fm、PSⅡ潛在活性Fv/F0、PSⅡ?qū)嶋H光化學(xué)效率ΦPSⅡ、光化學(xué)淬滅系數(shù)qp和非光化學(xué)猝滅系數(shù)NPQ。其中Fv=Fm-F0，F(xiàn)v/Fm=(Fm-F0)/Fm，ΦPSⅡ=(Fm′-Fs)/Fm′,qp=(Fm′-Fs)/(Fm′-F0′)，NPQ=(Fm-Fm′)/Fm′。每株測(cè)1片葉，每處理重復(fù)5次，取平均值。
1.4 數(shù)據(jù)處理
采用Microsoft Excel 2010和SPSS 16.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，采用Duncan′s新復(fù)極差法檢驗(yàn)顯著性，結(jié)果用平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示。
2 結(jié)果與分析
2.1 煙草赤星病脅迫對(duì)不同抗性煙草品種光合色素含量的影響
如表1所示，煙草赤星病侵染導(dǎo)致CBH的葉綠素和類胡蘿卜素含量有所下降，不同脅迫程度處理與對(duì)照相比，均達(dá)到顯著差異水平。在重度脅迫下，CBH的葉綠素a、葉綠素b、總?cè)~綠素和類胡蘿卜素較對(duì)照分別下降43.92%、22.81%、38.07%和71.92%。而JYH的葉綠素和類胡蘿卜素含量在輕度脅迫下呈上升趨勢(shì)，葉綠素a、葉綠素b、總?cè)~綠素和類胡蘿卜素含量較對(duì)照分別上升1.51%、1.26%、2.35%和1.59%，但無(wú)顯著差異；此后，隨著脅迫程度的加劇，葉綠素和類胡蘿卜素含量均下降，在重度脅迫下，葉綠素a、葉綠素b、總?cè)~綠素和類胡蘿卜素的降幅分別為15.07%、19.93%、16.91%和21.59%，與對(duì)照相比達(dá)到顯著差異水平。
表1 煙草赤星病脅迫對(duì)不同抗性煙草品種光合色素含量的影響Table 1 Effects of tobacco brown spot stress on photosynthetic pigment contents of two tobacco cultivars with different resistance
2.2 煙草赤星病脅迫對(duì)不同抗性煙草品種光合作用參數(shù)的影響
光合作用為植物提供所需的物質(zhì)和能量，是植物生長(zhǎng)發(fā)育的基礎(chǔ)，光合作用參數(shù)的變化可以直接反映煙草赤星病侵染對(duì)煙株的傷害程度。
2.2.1 凈光合速率(Pn)
從表2可以看出， CBH受到煙草赤星病侵染后，Pn呈下降趨勢(shì)，而且隨著脅迫程度的加劇，降幅也隨之增加，重度脅迫下，CBH的Pn較對(duì)照下降31.41%，呈顯著差異。在輕度脅迫下，JYH的Pn較對(duì)照有小幅上升，增幅為1.81%，但差異不顯著，此后下降；重度脅迫下，降幅達(dá)到10.25%，與對(duì)照相比達(dá)到顯著差異水平。
2.2.2 氣孔導(dǎo)度(Gs)
煙草赤星病侵染使不同抗性品種Gs均呈下降趨勢(shì)， CBH的降幅明顯高于JYH(表2)。除輕度、中度脅迫使JYH的Gs降幅未達(dá)到顯著差異外，JYH、CBH的Gs在煙草赤星病脅迫處理下與對(duì)照間均達(dá)到顯著差異水平，重度脅迫下降幅分別為19.23%、48.94%。煙草赤星病脅迫引起Gs下降，導(dǎo)致光合作用所需的CO2向葉肉細(xì)胞的運(yùn)輸受阻，且CBH受阻程度更大。
2.2.3 胞間CO2濃度(Ci)
正常生長(zhǎng)條件下，不同抗性品種的Ci相差不大。如表2所示，在輕度、中度脅迫下，JYH的Ci較對(duì)照降低2.64%、4.53%，但未達(dá)到顯著差異水平, 說(shuō)明經(jīng)氣孔擴(kuò)散進(jìn)入葉肉細(xì)胞的CO2濃度下降, 不能滿足葉片進(jìn)行正常光合作用的需要。而CBH則呈上升趨勢(shì)，增幅為5.17%、9.58%，差異達(dá)到顯著水平。此后，隨著脅迫程度的增加，2個(gè)品種的Ci均升高。在重度脅迫下，JYH、CBH的Ci增幅分別為7.17%、15.13%，均達(dá)到顯著差異水平。Ci升高, 表明葉肉細(xì)胞光合能力下降, 導(dǎo)致CO2過(guò)剩, 同時(shí)光合產(chǎn)物相應(yīng)減少。
2.2.4 氣孔限制值(Ls)
從表2可以看出，在輕度、中度脅迫下，JYH的Ls呈上升趨勢(shì)，較對(duì)照分別升高10.71%、17.86%，但差異不顯著；在重度脅迫下，Ls則呈下降趨勢(shì)，與對(duì)照相比，降幅為39.39%，呈顯著差異水平。而CBH在煙草赤星病侵染下，Ls均呈下降趨勢(shì)，與對(duì)照相比，在輕度、中度和重度脅迫下分別降低22.86%、45.71%和65.71%，差異均達(dá)到顯著水平。
表2 煙草赤星病脅迫對(duì)不同抗性煙草品種光合作用參數(shù)的影響Table 2 Effects of tobacco brown spot stress on photosynthetic parameters of two tobacco cultivars with different resistance
2.3 煙草赤星病脅迫對(duì)不同抗性品種葉綠素?zé)晒鈩?dòng)力學(xué)參數(shù)的影響
葉綠素?zé)晒馐枪夂献饔米兓奶结?，通過(guò)對(duì)各種熒光動(dòng)力學(xué)參數(shù)的分析可以獲知有關(guān)光能利用途徑的信息。
2.3.1 最大光化學(xué)效率
在正常生長(zhǎng)及煙草赤星病脅迫下，CBH的F0均高于JYH(表3)。煙草赤星病侵染導(dǎo)致JYH、CBH的F0升高，且增幅隨著脅迫程度的加劇而增大。與對(duì)照相比，輕度、中度和重度脅迫下，JYH的F0增幅分別為4.85%、9.71%和16.5%，在重度脅迫下達(dá)到顯著差異水平。CBH分別為10.34%、16.38%和34.48%，與對(duì)照相比均達(dá)到顯著差異水平。煙草赤星病導(dǎo)致F0增加，表明PSⅡ反應(yīng)中心破壞或可逆失活。JYH增幅較小，顯示其反應(yīng)中心受破壞程度較低。
如表3所示，在煙草赤星病脅迫下，F(xiàn)m、Fv均呈下降趨勢(shì)。JYH的Fm、Fv在各處理間均未達(dá)到顯著差異水平。而CBH的Fv除輕度脅迫處理與對(duì)照無(wú)顯著差異外，其他處理間Fm、Fv均達(dá)到顯著差異水平。重度脅迫下，JYH的Fm、Fv與對(duì)照相比，分別下降10.88%、13.66%，CBH降幅分別為45.37%、69.39%。JYH的Fm、Fv降幅較小，表明其在煙草赤星病脅迫下具有較高的PSⅡ光化學(xué)活性。
煙草赤星病脅迫使2個(gè)品種的Fv/F0均有所下降，且降幅隨脅迫程度的上升而增加(表3)。與對(duì)照相比，輕度、中度和重度脅迫使JYH的Fv/F0分別減少8.54%、18.09%和25.63%，各處理間無(wú)顯著差異。CBH的Fv/F0分別下降20.12%、47.74%和77%，與對(duì)照相比達(dá)到顯著差異水平。Fv/F0下降，表明PSⅡ受到傷害，抑制光合作用原初反應(yīng)過(guò)程，光合電子由PSⅡ反應(yīng)中心向QA、QB及PQ庫(kù)傳遞過(guò)程受到影響。
從表3可以看出，隨著煙草赤星病脅迫程度的加劇，JYH、CBH的Fv/Fm均呈下降趨勢(shì)，降幅表現(xiàn)為JYH
表3 煙草赤星病脅迫對(duì)不同抗性煙草品種葉綠素?zé)晒鈪?shù)的影響Table 3 Effects of tobacco brown spot stress on chlorophyll fluorescence kinetic parameters of two tobacco cultivars with different resistance
2.3.2 熒光猝滅動(dòng)力學(xué)
正常生長(zhǎng)條件下，JYH和CBH的qp相差不大。煙草赤星病侵染使2個(gè)品種的qp均有所下降，并且隨著脅迫程度的增加，降幅越來(lái)越大(表4)。JYH的qp受煙草赤星病侵染影響小于CBH，只有重度脅迫處理與對(duì)照間達(dá)到顯著差異水平。而CBH各處理間與對(duì)照相比，均達(dá)到顯著差異水平。qP下降說(shuō)明PSⅡ中的QA氧化態(tài)數(shù)量減少，導(dǎo)致PSⅡ反應(yīng)中心開(kāi)放部分比例降低，使QA向QB光合電子傳遞受到抑制。JYH的qP較高，表明在煙草赤星病脅迫下其QA重新氧化的能力較強(qiáng)，煙草赤星病對(duì)PSⅡ受體電子傳遞的破壞程度較輕，也顯示出該品種在煙草赤星病脅迫下具有較強(qiáng)的電子傳遞活性和光氧化速率，從而保持較高的光合速率。
表4 煙草赤星病脅迫對(duì)不同抗性煙草品種qp，NPQ 和ФPSⅡ的影響
Table 4 Effects of tobacco brown spot stress on photochemical quenching coefficient (qp)，non-photochemical quenching(NPQ)and PSⅡ actual quantum yield(ФPSⅡ)of two tobacco cultivars with different resistance
表內(nèi)數(shù)據(jù)為平均值±標(biāo)準(zhǔn)差; 每列數(shù)據(jù)右側(cè)字母相同者表示差異未達(dá)顯著水平(P>0.05); 字母不同者表示差異達(dá)顯著水平(P<0.05)
如表4所示，煙草赤星病脅迫下，JYH和CBH的NPQ均呈上升趨勢(shì)。與對(duì)照相比，JYH的NPQ在輕度、中度和重度脅迫下分別較對(duì)照升高5.94%、41.58%和95.54%，在重度脅迫下與對(duì)照達(dá)到顯著差異水平，CBH分別為16.73%、52.36%和137.45%，與對(duì)照相比均呈顯著差異水平。NPQ上升說(shuō)明PSⅡ反應(yīng)中心耗散過(guò)剩光能的能力增強(qiáng), CBH的NPQ增幅高于JYH，表明其吸收的光能通過(guò)熱量形式耗散較多, 而JYH耗散較少, 光能轉(zhuǎn)化率高。
從表4可以看出，隨著煙草赤星病脅迫程度的增加，2個(gè)品種的ФPSⅡ均呈下降趨勢(shì), 但降幅不同。在輕度、中度脅迫下, JYH的ФPSⅡ與對(duì)照差異不顯著, 而在重度脅迫處理下, 較對(duì)照降低16.92%，達(dá)到顯著差異水平; 而CBH的ФPSⅡ在輕度、中度和重度脅迫處理下, 分別比對(duì)照降低26.93%、52.54%和77.48%，各處理間差異顯著。
3 討論
3.1 煙草赤星病脅迫對(duì)光合色素含量的影響
植物進(jìn)行光合作用的能量主要來(lái)源于光合色素捕獲的光能，所以光合色素含量的高低與光合功能密切相關(guān)[23]。光合色素中葉綠素a是光反應(yīng)的中心色素分子, 而葉綠素b是捕光色素分子。類胡蘿卜素一方面是光合色素，吸收光能并傳遞給反應(yīng)中心, 參與光合作用；又是細(xì)胞內(nèi)源抗氧化劑，能夠吸收剩余光能, 淬滅活性氧, 防止細(xì)胞膜脂過(guò)氧化[24]。在本文中，不同抗性品種的葉綠素和類胡蘿卜素含量在煙草赤星病侵染下均有所下降，說(shuō)明煙草赤星病不僅使光合色素的合成受阻, 也可能促進(jìn)光合色素的降解。其主要原因可能是煙草葉片感染赤星病后，導(dǎo)致葉綠素分解酶活性上升，使葉綠素轉(zhuǎn)化為葉綠素酯和葉綠素醇，因此葉綠素含量降低[25]；也有可能是煙草赤星病侵染破壞葉綠體結(jié)構(gòu)和功能，導(dǎo)致葉綠素含量下降[8]。煙草赤星病侵染導(dǎo)致光合色素含量降低，在一定程度上減少煙株的有效光合面積，限制碳素同化能力，從而抑制光合作用。同時(shí)，由于類胡蘿卜素含量下降，減弱對(duì)活性氧的猝滅，導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)積累較多的活性氧自由基，破壞葉綠體膜結(jié)構(gòu)，加速葉綠素降解，從而降低光合作用中光能的吸收和傳遞[26]。煙草赤星病脅迫下JYH的葉綠素和類胡蘿卜素含量高于CBH，表明抗病品種的光能轉(zhuǎn)換、吸收和傳遞能力較強(qiáng)，在煙草赤星病侵染下仍具有較高的光合速率，從而維持煙株體內(nèi)光合碳素同化活動(dòng)的正常進(jìn)行。而感病品種光合色素含量大幅下降，光合作用減弱，使光合產(chǎn)物積累減少，碳素同化能力受到嚴(yán)重抑制，加速衰老死亡。
3.2 煙草赤星病脅迫對(duì)光合作用的影響
光合作用是植物生長(zhǎng)的生理基礎(chǔ)，反映植株的生長(zhǎng)勢(shì)和抗逆性[27]。導(dǎo)致光合速率降低的因素包括氣孔限制和非氣孔限制。氣孔限制因素是由于氣孔導(dǎo)度的降低導(dǎo)致Ci下降，使葉綠體內(nèi)CO2運(yùn)輸受阻。非氣孔因素則是由于葉肉細(xì)胞使氣孔擴(kuò)散的阻力增加、CO2溶解度下降、Rubisco酶對(duì)CO2的親和力降低和RuBP再生能力下降或光合機(jī)構(gòu)關(guān)鍵成分的穩(wěn)定性因逆境脅迫而降低等原因所致[28- 29]。根據(jù)Farquhar和Sharkey[30]的氣孔限制值分析觀點(diǎn)，判定引起光合速率降低主要因素的依據(jù)是Ci和Ls的變化方向，Ci降低和Ls升高表明氣孔導(dǎo)度降低是主要原因，而Ci增高和Ls降低則表明引起光合速率降低的主要原因是非氣孔因素。
在本文中，JYH在輕度、中度脅迫下，Gs下降，Ls升高，同時(shí)伴隨Ci降低, 導(dǎo)致Pn下降, 表明氣孔導(dǎo)度導(dǎo)致CO2供應(yīng)減少是引起Pn下降的主要原因，這是由于煙草赤星病侵染使葉片氣孔收縮，氣孔導(dǎo)度降低，引起CO2由外界向細(xì)胞內(nèi)擴(kuò)散的阻力增加，光合碳固定的底物減少[31]。此后，JYH的Pn、Gs在重度脅迫下均呈下降趨勢(shì)，但Ci轉(zhuǎn)向升高，Ls下降，這可能是由于隨著脅迫程度的加劇，煙草赤星病脅迫破壞葉片光合機(jī)構(gòu)，造成葉肉細(xì)胞氣孔擴(kuò)散阻力增加，Rubisco酶對(duì)CO2的親和力降低，碳同化能力下降，說(shuō)明此時(shí)非氣孔限制已成為導(dǎo)致光合速率降低的主要因素。而CBH在煙草赤星病侵染下，隨著Gs的下降，Ci上升和Ls降低，表明感病品種光合速率降低主要是由非氣孔限制因素引起。這可能是由于煙草赤星病脅迫破壞葉綠體結(jié)構(gòu)，光合器官受到不可逆?zhèn)?，光合?xì)胞活性降低[32]。CBH的光合參數(shù)受煙草赤星病脅迫影響明顯大于JYH，表現(xiàn)感病特性，而JYH在煙草赤星病脅迫下具有相對(duì)較高的光合速率和氣孔開(kāi)放度，表現(xiàn)出良好的抗病性。在輕度脅迫下，JYH的Pn有小幅上升，表明抗病品種通過(guò)提高凈光合速率以抵抗煙草赤星病侵染，但當(dāng)脅迫程度增強(qiáng)時(shí)，抗病品種的凈光合速率最終還是受到影響。
3.3 煙草赤星病脅迫對(duì)葉綠素?zé)晒馓匦缘挠绊?/p>
葉綠素?zé)晒馓匦猿Ｓ糜跈z測(cè)光合機(jī)構(gòu)對(duì)環(huán)境脅迫的響應(yīng)[33]。本文研究表明，煙草赤星病侵染導(dǎo)致Fm、Fv/F0和Fv/Fm下降，說(shuō)明煙草葉片發(fā)生光抑制[34]。而同時(shí)F0上升，表明PSⅡ受到破壞[35]，傷害部位可能位于PSⅡ氧化側(cè)，或者PSⅡ反應(yīng)中心，或者PSⅡ原初電子受體，也可能3個(gè)部位均受到傷害[36]。但也有研究表明Fv/Fm降低并不是PSⅡ反應(yīng)中心發(fā)生不可逆轉(zhuǎn)的失活或破壞，而是植物保護(hù)反應(yīng)的結(jié)果[37]。JYH的F0增幅較小，顯示煙草赤星病脅迫對(duì)抗病品種PSⅡ破壞程度較輕，光合色素吸收的能量仍主要進(jìn)行光化學(xué)反應(yīng)。不同抗性品種Fm降幅為10.88%—69.39%，表明煙草赤星病脅迫降低PSⅡ反應(yīng)中心QA的氧化態(tài)數(shù)量。抗、感品種的Fv/F0和Fv/Fm均降低，表明煙草赤星病侵染阻礙光合電子傳遞，導(dǎo)致同化力(NADPH、ATP)的合成受阻，進(jìn)而影響暗反應(yīng)階段CO2的固定與同化[38]。JYH在煙草赤星病脅迫下Fv/Fm、Fv/F0降幅較小，表明抗病品種可降低煙草赤星病侵染對(duì)PSⅡ活性中心的損傷，有利于維持PSⅡ較高的光化學(xué)活性和光合電子傳遞正常進(jìn)行。而煙草赤星病脅迫導(dǎo)致感病品種的原初光能轉(zhuǎn)換效率下降比例較大，潛在活性中心受損，嚴(yán)重抑制光合作用原初反應(yīng)。
植物對(duì)光能的利用主要包括光化學(xué)反應(yīng)轉(zhuǎn)化光能、非光化學(xué)熱能耗散和以葉綠素?zé)晒庑问胶纳⑦^(guò)剩的光能。光化學(xué)反應(yīng)和熱耗散的變化會(huì)引起葉綠素?zé)晒忖邕^(guò)程的相應(yīng)變化, 葉綠素?zé)晒忖缬泄饣瘜W(xué)猝滅和非光化學(xué)猝滅兩個(gè)過(guò)程, 光化學(xué)猝滅與PSⅡ電子傳遞和初始電子受體QA的氧化還原有關(guān)[39]。本研究結(jié)果表明，在煙草赤星病脅迫下，不同抗性品種的qP和ΦPSⅡ均有所下降，這進(jìn)一步證實(shí)光合電子傳遞受到抑制, PSⅡ光能轉(zhuǎn)換效率降低, 過(guò)剩激發(fā)能增加[40]。JYH的ΦPSⅡ和qP下降幅度較小, 說(shuō)明抗病品種在煙草赤星病脅迫下光能捕獲與轉(zhuǎn)化能力仍然較強(qiáng), 能夠保持較高的光能利用效率和光合作用潛力，是其對(duì)煙草赤星病具有抗性的光合生理原因。NPQ是衡量過(guò)剩激發(fā)能耗散的指標(biāo)[41], 煙草赤星病侵染后抗、感品種NPQ均不同程度的上升, 導(dǎo)致PSⅡ?qū)⑦^(guò)剩光能以熱能形式耗散，以防止過(guò)剩光能對(duì)光合機(jī)構(gòu)造成進(jìn)一步傷害[42]。JYH的NPQ增幅小于CBH, 說(shuō)明煙草赤星病脅迫下抗病品種熱耗散較少, 碳同化能力和PSⅡ激發(fā)能利用效率較高。在相同脅迫程度下，感病品種葉綠素?zé)晒鈩?dòng)力學(xué)參數(shù)變化幅度明顯高于抗病品種，說(shuō)明煙草赤星病侵染導(dǎo)致其光合機(jī)構(gòu)受損，原初電子受體遭到破壞，熒光產(chǎn)量減少，導(dǎo)致PSⅡ活性下降，光化學(xué)反應(yīng)減弱，無(wú)法耗散過(guò)剩光能，從而使煙株受到光抑制和光破壞。而抗病品種各熒光參數(shù)降幅較小，可能是葉綠體未受損傷部分的光合能力仍較強(qiáng)，或是結(jié)合在光合膜上的一些作用中心色素或電子傳遞體的蛋白質(zhì)復(fù)合體受損程度較輕，從而對(duì)光合電子傳遞速率影響較小，有效保護(hù)光合機(jī)構(gòu)。
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Impacts ofAlternariaalternatastress on characteristics of photosynthesis and chlorophyll fluorescence in two tobacco cultivars with different resistances
YANG Zhixiao1,2, DING Yanfang3, ZHANG Xiaoquan1, XUE Gang1, WANG Yi2, REN Xueliang2, REN Zhouying4, YANG Tiezhao1,*
1CollegeofTobaccoScience,HenanAgriculturalUniversity,Zhengzhou450002,China2KeyLaboratoryofMolecularGenetics,GuizhouAcademyofTobaccoScience,Guiyang550081,China3TobaccoResearchInstituteofHenanAcademyofAgriculturalSciences,Xuchang461000,China4ChinaTobaccoJiangxiProvincialIndustrialCompany,Nanchang330096,China
Tobacco brown spot is one of the most serious diseases in tobacco production in China leading to enormous losses in yield and quality. It is necessary to select resistant tobacco cultivars to meet the demands for high quality tobacco production, but there have only been occasional reports on the pathogenesis of tobacco brown spot in the past. It is therefore very important to study the disease mechanism of tobacco brown spot in order to establish recommendations and a foundation for breeding resistant cultivars. The responses of photosynthetic pigment content, photosynthetic parameters and chlorophyll fluorescence kinetic characteristics were investigated under three different stress levels of tobacco brown spot (mild, moderate and severe stress) at maturity using pot cultures. Two tobacco cultivars with different resistances to tobacco brown spot were selected as experimental materials to determine whether there was a correlation between photosynthetic characteristics and resistance. The cultivars selected were JYH (resistant cultivar) and CBH (sensitive cultivar). The results showed that tobacco brown spot stress could decrease chlorophyll a, chlorophyll b, total chlorophyll and carotenoids in the two cultivars with different resistances. In addition, the decreased range of photosynthetic pigments was less in JYH than in CBH. Tobacco brown spot stress decreased both the net photosynthetic rate and stomatal conductance. However, the net photosynthetic rate of JYH increased under mild stress whereas there was a decrease under moderate and severe stress. In the two cultivars with different resistances, the changes in intercellular CO2concentration and stomatal conductance were divergent. The intercellular CO2concentration in CBH tended to rise under the three different tobacco brown spot stress levels, whereas the stomatal limitation value showed a significant decrease. In JYH under severe stress, the photosynthetic parameters consisting of both intercellular CO2concentration and stomatal conductance showed the same trend as in CBH. However, compared with the rising trend of intercellular CO2concentration under severe stress, the stomatal limitation value of JYH decreased under both mild and moderate stress. With the increasing levels of tobacco brown spot stress, the initial fluorescence (F0) and non-photochemical quenching (NPQ) of the two cultivars with different resistances both increased. Compared with controls (no stress), the increases inF0in JYH and CBH were 16.50% and 34.48%, respectively under severe stress, whereas NPQ increased by 95.54% and 137.45%, respectively, at the same time. For these two parameters, all the differences between severe stress and control conditions were significant for JYH and CBH. However, the chlorophyll fluorescence kinetic parameters including maximal fluorescence (Fm), variable fluorescence (Fv), maximal photochemical efficiency (Fv/Fm), PSⅡ potential efficiency (Fv/F0), photochemical quenching coefficient (qp) and PSⅡ actual quantum yield (ΦPSⅡ) for the two cultivars with different resistances all decreased by varying degrees under the three levels of tobacco brown spot stress, and the decreased range was less in JYH than in CBH. These results indicate that tobacco brown spot disease had a destructive effect on photosynthetic characteristics. The photosynthetic pigments, photosynthesis and chlorophyll fluorescence characteristics of JYH were less influenced by tobacco brown spot stress than CBH. So a higher photosynthetic performance may be a major physiological trait of resistant cultivars in the adaptability to tobacco brown spot infection.
tobacco; tobacco brown spot; photosynthetic pigment; photosynthetic characteristics; chlorophyll fluorescence parameters
中國(guó)煙草總公司科技項(xiàng)目(110201002008, Ts- 01- 2011003); 貴州省煙草專賣局資助項(xiàng)目(中煙黔科〔2012〕11號(hào)); 河南省煙草專賣局科技攻關(guān)項(xiàng)目(hykj200817)
2013- 08- 21;
2014- 07- 02
10.5846/stxb201308212124
*通訊作者Corresponding author.E-mail: yangtiezhao@126.com
楊志曉, 丁燕芳, 張小全, 薛剛, 王軼, 任學(xué)良, 任周營(yíng), 楊鐵釗.赤星病脅迫對(duì)不同抗性煙草品種光合作用和葉綠素?zé)晒馓匦缘挠绊?生態(tài)學(xué)報(bào),2015,35(12):4146- 4154.
Yang Z X, Ding Y F, Zhang X Q, Xue G, Wang Y, Ren X L, Ren Z Y, Yang T Z.Impacts ofAlternariaalternatastress on characteristics of photosynthesis and chlorophyll fluorescence in two tobacco cultivars with different resistances.Acta Ecologica Sinica,2015,35(12):4146- 4154.
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楊志曉, 丁燕芳, 張小全, 薛 剛, 王 軼, 任學(xué)良, 任周營(yíng), 楊鐵釗,*
1 河南農(nóng)業(yè)大學(xué)煙草學(xué)院, 鄭州 450002 2 貴州省煙草科學(xué)研究院， 煙草行業(yè)煙草分子遺傳重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 貴陽(yáng) 550081 3 河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院煙草研究所, 許昌 461000 4 江西中煙工業(yè)公司, 南昌 330096
赤星病脅迫對(duì)不同抗性煙草品種光合作用和葉綠素?zé)晒馓匦缘挠绊?/p>
楊志曉1, 2, 丁燕芳3, 張小全1, 薛 剛1, 王 軼2, 任學(xué)良2, 任周營(yíng)4, 楊鐵釗1,*
1 河南農(nóng)業(yè)大學(xué)煙草學(xué)院, 鄭州 450002 2 貴州省煙草科學(xué)研究院， 煙草行業(yè)煙草分子遺傳重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 貴陽(yáng) 550081 3 河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院煙草研究所, 許昌 461000 4 江西中煙工業(yè)公司, 南昌 330096
以不同煙草赤星病抗性品種JYH(抗病品種)和CBH(感病品種)為材料，在盆栽試驗(yàn)條件下，調(diào)查不同煙草赤星病脅迫程度(輕度脅迫、中度脅迫和重度脅迫)對(duì)光合色素含量、光合作用參數(shù)和葉綠素?zé)晒鈩?dòng)力學(xué)特征的影響。結(jié)果顯示：1)煙草赤星病脅迫導(dǎo)致2個(gè)品種的葉綠素a、葉綠素b、總?cè)~綠素和類胡蘿卜素含量均呈下降趨勢(shì)，且JYH的降幅小于CBH。2)除JYH的凈光合速率在輕度脅迫下有所增加外，JYH、CBH的凈光合速率、氣孔導(dǎo)度因煙草赤星病脅迫而降低。2個(gè)品種的胞間CO2濃度、氣孔限制值變化具有明顯差異，煙草赤星病脅迫導(dǎo)致CBH的胞間CO2濃度上升，氣孔限制值則明顯下降，這與JYH在重度脅迫下的變化趨勢(shì)一致。而JYH的胞間CO2濃度在輕度、中度脅迫降低，氣孔限制值則呈上升趨勢(shì)。3)煙草赤星病脅迫下，2個(gè)品種的初始熒光(F0)、非光化學(xué)猝滅系數(shù)(NPQ)均有所增加。重度脅迫下，JYH、CBH的F0分別比對(duì)照增加16.5%、34.48%，NPQ分別上升95.54%、137.45%，差異均達(dá)到顯著水平。而各品種的最大熒光(Fm)、可變熒光(Fv)、PSⅡ最大光化學(xué)效率(Fv/Fm)、PSⅡ潛在活性(Fv/F0)、光化學(xué)淬滅系數(shù)(qp)、PSⅡ?qū)嶋H光化學(xué)效率(ΦPSⅡ)在煙草赤星病脅迫下均呈下降趨勢(shì)，降幅表現(xiàn)為JYH 煙草; 煙草赤星病; 光合色素; 光合特性; 葉綠素?zé)晒鈪?shù) 煙草赤星病[Alternariaalternata]是中國(guó)煙葉生產(chǎn)中的主要病害之一，屬于真菌性病害。該病具有潛育期短、流行速度快的特點(diǎn)，煙株現(xiàn)蕾后至成熟期為易感病階段；在環(huán)境條件適宜的情況下，短時(shí)間內(nèi)即可大面積發(fā)生流行。煙草赤星病主要侵染葉片，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)危害莖桿、花梗和蒴果，嚴(yán)重影響煙葉產(chǎn)量和品質(zhì)，不利于優(yōu)質(zhì)煙葉生產(chǎn)，但至今尚無(wú)有效的防治手段[1- 3]。因此，深入研究煙草赤星病的致病機(jī)理，選育抗性較好的優(yōu)質(zhì)煙草品種是目前煙葉生產(chǎn)中亟待解決的問(wèn)題。而現(xiàn)階段關(guān)于煙草赤星病致病機(jī)理的研究報(bào)道較少，主要集中在感病組織形態(tài)結(jié)構(gòu)的描述上。Lioyd[4]認(rèn)為細(xì)嫩組織細(xì)胞壁較厚是煙株苗期較抗赤星病的原因之一。Stavely[5]對(duì)病葉組織的顯微觀察發(fā)現(xiàn)，煙葉組織在侵染點(diǎn)周圍形成瘢痕層，阻止菌絲胞間伸長(zhǎng)，病斑擴(kuò)展受阻。 光合作用是最重要的基礎(chǔ)生理活動(dòng)，為植物生長(zhǎng)發(fā)育提供所需的物質(zhì)和能量，是決定產(chǎn)量和品質(zhì)的主要因素。一些研究發(fā)現(xiàn)，病原菌侵染能夠引起光合作用的改變，導(dǎo)致光合速率明顯下降，葉綠體結(jié)構(gòu)受到破壞，葉綠素含量降低，光合電子傳遞活力減弱，光合磷酸化作用受抑[6- 7]。相關(guān)研究結(jié)果顯示，病原菌抑制光合作用可能是由氣孔導(dǎo)度下降引起的[8]。而同時(shí)大量報(bào)道又表明，光合電子放氧復(fù)合體活性降低、PSⅠ和PSⅡ電子傳遞速率下降等非氣孔限制因素也對(duì)其有著重要影響[9- 10]。因此，病原菌脅迫如何影響植株內(nèi)部的生理活性進(jìn)而抑制光合作用始終是抗病育種研究的重點(diǎn)。 在正常情況下，葉綠體吸收的光能主要通過(guò)光合電子傳遞、葉綠素?zé)晒夂蜔岷纳?種途徑散失，這3種途徑存在此消彼長(zhǎng)的關(guān)系，因此葉綠素?zé)晒獾淖兓梢灾苯臃从持参锕夂舷到y(tǒng)對(duì)光能的吸收和利用情況，病原菌侵染對(duì)光合機(jī)構(gòu)的影響也可通過(guò)它體現(xiàn)出來(lái)[11- 12]。目前，關(guān)于外界逆境對(duì)光合作用和葉綠素?zé)晒馓匦缘挠绊懼饕性谟衩?、大豆等作物上[13- 14]，而關(guān)于煙草赤星病侵染對(duì)煙草葉片光合作用和熒光特性的影響研究較少。因此，本文以2個(gè)不同煙草赤星病抗性品種為材料，從光合色素含量、光合作用參數(shù)以及葉綠素?zé)晒鈩?dòng)力學(xué)特征入手，探討不同煙草赤星病脅迫程度對(duì)光合作用和葉綠素?zé)晒馓匦缘挠绊?，旨在揭示煙草赤星病脅迫與光合作用及相關(guān)指標(biāo)之間的關(guān)系，以期為抗煙草赤星病新品種選育提供理論依據(jù)和參考指標(biāo)。 1.1 供試材料 供試煙草(NicotianatabacumL.)品種為抗病品種JYH、感病品種CBH[15- 16]。采用漂浮育苗方式進(jìn)行育苗，挑選生長(zhǎng)整齊一致的壯苗(6葉1心)進(jìn)行盆栽種植，行株距為120 cm50 cm，每盆植煙1株。每盆裝土10 kg，供試土壤為壤質(zhì)潮土(有機(jī)質(zhì)8.50 g/kg、全氮0.89 g/kg、速效氮65.46 mg/kg、速效磷24.42 mg/kg、速效鉀108.00 mg/kg，pH值 7.91)。每盆煙株N、P2O5、K2O的施入量分別為0.13、0.13、0.39 g/kg，肥料分3次施入，施入時(shí)間分別為移栽當(dāng)天、移栽后第一周和第二周，肥量比例為2∶1∶1。煙株進(jìn)入現(xiàn)蕾期進(jìn)行打頂，每株留葉數(shù)均為18片葉，其他管理措施均按照優(yōu)質(zhì)煙葉生產(chǎn)技術(shù)規(guī)程進(jìn)行。試驗(yàn)設(shè)3次重復(fù)，每個(gè)品種每次重復(fù)種植50盆。 以致病力較強(qiáng)的煙草赤星病菌種GM831為供試菌株。將供試菌株在PDA平板上25 ℃培養(yǎng)7 d，待充分產(chǎn)孢后，加1%無(wú)菌葡萄糖溶液10 mL浸泡15 min，用無(wú)菌棉簽洗下孢子和菌絲體，經(jīng)4層無(wú)菌紗布過(guò)濾，除去菌絲體，再用1%無(wú)菌葡萄糖溶液配成孢子懸浮液(濃度為1.0×105個(gè)/mL)待用。 1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)及取樣 當(dāng)下部煙葉變黃成熟時(shí)(移栽后60 d)，開(kāi)始進(jìn)行煙草赤星病菌接種。將孢子懸浮液以懸滴法接種于煙株的第3、4葉位葉片(自下而上數(shù)，下同)，均等距離每葉點(diǎn)12滴，每滴為25 μL，以1%無(wú)菌葡萄糖溶液處理為對(duì)照[17]。根據(jù)在品種、溫度和菌株組成一定的條件下，葉面濕潤(rùn)時(shí)數(shù)與煙草赤星病侵染概率呈線性關(guān)系這一研究結(jié)論[18]，將煙株接種后在人工氣候室中25 ℃分別保濕24、96和168 h，9 d后統(tǒng)計(jì)發(fā)病情況。根據(jù)張明厚的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)[19]，調(diào)查發(fā)病情況，計(jì)算發(fā)病率和病情指數(shù)。根據(jù)病情指數(shù)，把葉片分為正常生長(zhǎng)(CK，病情指數(shù)0，無(wú)病癥)、輕度脅迫(病情指數(shù)25%)、中度脅迫(病情指數(shù)50%)和重度脅迫(病情指數(shù)75%)。選取第10葉位葉片進(jìn)行各項(xiàng)指標(biāo)測(cè)定。 1.3 試驗(yàn)測(cè)定指標(biāo)及方法1.3.1 光合色素含量 采用Arnon[20]的方法測(cè)定，結(jié)果以mg/gFW表示。每處理重復(fù)3次。 1.3.2 光合作用氣體交換參數(shù) 在晴天9:30—11:30，采用LI- 6400便攜式光合儀(Li-Cor Inc.，USA)測(cè)定凈光合速率(Pn，μmol CO2m-2s-1)，氣孔導(dǎo)度(Gs, mmol m-2s-1)，胞間CO2濃度(Ci， μmol/mol)，氣孔限制值(Ls)根據(jù)Berry[21]的方法計(jì)算(Ls=1-Ci/C0)(C0為空氣中CO2濃度)。測(cè)定時(shí)選擇紅藍(lán)光源葉室，使用開(kāi)放式氣路，葉室溫度設(shè)定為25 ℃，空氣相對(duì)濕度為60%—70%，CO2濃度為400 μmol/mol，光照強(qiáng)度為1000 μmol m-2s-1，光量子通量密度800 mol m-2s-1。每株測(cè)1片葉, 每處理重復(fù)5次，取平均值。 1.3.3 葉綠素?zé)晒鈩?dòng)力學(xué)參數(shù) 選擇晴天9:30—11:30利用FMS- 2脈沖調(diào)制式熒光儀(Hansatech, UK), 以葉脈為軸的對(duì)稱點(diǎn)測(cè)量葉綠素?zé)晒鈪?shù)。葉片經(jīng)暗適應(yīng)30 min后用弱測(cè)量光測(cè)定初始熒光(F0)，然后給一個(gè)強(qiáng)閃光(5000 μmol m-2s-1)，脈沖時(shí)間0.7 s，測(cè)得最大熒光(Fm)。然后在自然光下適應(yīng)20 min后，當(dāng)熒光基本穩(wěn)定時(shí)測(cè)得葉片實(shí)際生長(zhǎng)光強(qiáng)下的熒光值(Fs)。再給一個(gè)強(qiáng)閃光(5000 μmol m-2s-1)，脈沖時(shí)間0.7 s，熒光上升到最大熒光(Fm′)。關(guān)閉作用光后，立即打開(kāi)遠(yuǎn)紅光，5 s后測(cè)最小熒光(F0′)。參照Demming-Adams[22]的方法計(jì)算可變熒光Fv、PSⅡ最大光化學(xué)效率Fv/Fm、PSⅡ潛在活性Fv/F0、PSⅡ?qū)嶋H光化學(xué)效率ΦPSⅡ、光化學(xué)淬滅系數(shù)qp和非光化學(xué)猝滅系數(shù)NPQ。其中Fv=Fm-F0，F(xiàn)v/Fm=(Fm-F0)/Fm，ΦPSⅡ=(Fm′-Fs)/Fm′,qp=(Fm′-Fs)/(Fm′-F0′)，NPQ=(Fm-Fm′)/Fm′。每株測(cè)1片葉，每處理重復(fù)5次，取平均值。 1.4 數(shù)據(jù)處理 采用Microsoft Excel 2010和SPSS 16.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，采用Duncan′s新復(fù)極差法檢驗(yàn)顯著性，結(jié)果用平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示。 2.1 煙草赤星病脅迫對(duì)不同抗性煙草品種光合色素含量的影響 如表1所示，煙草赤星病侵染導(dǎo)致CBH的葉綠素和類胡蘿卜素含量有所下降，不同脅迫程度處理與對(duì)照相比，均達(dá)到顯著差異水平。在重度脅迫下，CBH的葉綠素a、葉綠素b、總?cè)~綠素和類胡蘿卜素較對(duì)照分別下降43.92%、22.81%、38.07%和71.92%。而JYH的葉綠素和類胡蘿卜素含量在輕度脅迫下呈上升趨勢(shì)，葉綠素a、葉綠素b、總?cè)~綠素和類胡蘿卜素含量較對(duì)照分別上升1.51%、1.26%、2.35%和1.59%，但無(wú)顯著差異；此后，隨著脅迫程度的加劇，葉綠素和類胡蘿卜素含量均下降，在重度脅迫下，葉綠素a、葉綠素b、總?cè)~綠素和類胡蘿卜素的降幅分別為15.07%、19.93%、16.91%和21.59%，與對(duì)照相比達(dá)到顯著差異水平。 表1 煙草赤星病脅迫對(duì)不同抗性煙草品種光合色素含量的影響Table 1 Effects of tobacco brown spot stress on photosynthetic pigment contents of two tobacco cultivars with different resistance 2.2 煙草赤星病脅迫對(duì)不同抗性煙草品種光合作用參數(shù)的影響 光合作用為植物提供所需的物質(zhì)和能量，是植物生長(zhǎng)發(fā)育的基礎(chǔ)，光合作用參數(shù)的變化可以直接反映煙草赤星病侵染對(duì)煙株的傷害程度。 2.2.1 凈光合速率(Pn) 從表2可以看出， CBH受到煙草赤星病侵染后，Pn呈下降趨勢(shì)，而且隨著脅迫程度的加劇，降幅也隨之增加，重度脅迫下，CBH的Pn較對(duì)照下降31.41%，呈顯著差異。在輕度脅迫下，JYH的Pn較對(duì)照有小幅上升，增幅為1.81%，但差異不顯著，此后下降；重度脅迫下，降幅達(dá)到10.25%，與對(duì)照相比達(dá)到顯著差異水平。 2.2.2 氣孔導(dǎo)度(Gs) 煙草赤星病侵染使不同抗性品種Gs均呈下降趨勢(shì)， CBH的降幅明顯高于JYH(表2)。除輕度、中度脅迫使JYH的Gs降幅未達(dá)到顯著差異外，JYH、CBH的Gs在煙草赤星病脅迫處理下與對(duì)照間均達(dá)到顯著差異水平，重度脅迫下降幅分別為19.23%、48.94%。煙草赤星病脅迫引起Gs下降，導(dǎo)致光合作用所需的CO2向葉肉細(xì)胞的運(yùn)輸受阻，且CBH受阻程度更大。 2.2.3 胞間CO2濃度(Ci) 正常生長(zhǎng)條件下，不同抗性品種的Ci相差不大。如表2所示，在輕度、中度脅迫下，JYH的Ci較對(duì)照降低2.64%、4.53%，但未達(dá)到顯著差異水平, 說(shuō)明經(jīng)氣孔擴(kuò)散進(jìn)入葉肉細(xì)胞的CO2濃度下降, 不能滿足葉片進(jìn)行正常光合作用的需要。而CBH則呈上升趨勢(shì)，增幅為5.17%、9.58%，差異達(dá)到顯著水平。此后，隨著脅迫程度的增加，2個(gè)品種的Ci均升高。在重度脅迫下，JYH、CBH的Ci增幅分別為7.17%、15.13%，均達(dá)到顯著差異水平。Ci升高, 表明葉肉細(xì)胞光合能力下降, 導(dǎo)致CO2過(guò)剩, 同時(shí)光合產(chǎn)物相應(yīng)減少。 2.2.4 氣孔限制值(Ls) 從表2可以看出，在輕度、中度脅迫下，JYH的Ls呈上升趨勢(shì)，較對(duì)照分別升高10.71%、17.86%，但差異不顯著；在重度脅迫下，Ls則呈下降趨勢(shì)，與對(duì)照相比，降幅為39.39%，呈顯著差異水平。而CBH在煙草赤星病侵染下，Ls均呈下降趨勢(shì)，與對(duì)照相比，在輕度、中度和重度脅迫下分別降低22.86%、45.71%和65.71%，差異均達(dá)到顯著水平。 表2 煙草赤星病脅迫對(duì)不同抗性煙草品種光合作用參數(shù)的影響Table 2 Effects of tobacco brown spot stress on photosynthetic parameters of two tobacco cultivars with different resistance 2.3 煙草赤星病脅迫對(duì)不同抗性品種葉綠素?zé)晒鈩?dòng)力學(xué)參數(shù)的影響 葉綠素?zé)晒馐枪夂献饔米兓奶结?，通過(guò)對(duì)各種熒光動(dòng)力學(xué)參數(shù)的分析可以獲知有關(guān)光能利用途徑的信息。 2.3.1 最大光化學(xué)效率 在正常生長(zhǎng)及煙草赤星病脅迫下，CBH的F0均高于JYH(表3)。煙草赤星病侵染導(dǎo)致JYH、CBH的F0升高，且增幅隨著脅迫程度的加劇而增大。與對(duì)照相比，輕度、中度和重度脅迫下，JYH的F0增幅分別為4.85%、9.71%和16.5%，在重度脅迫下達(dá)到顯著差異水平。CBH分別為10.34%、16.38%和34.48%，與對(duì)照相比均達(dá)到顯著差異水平。煙草赤星病導(dǎo)致F0增加，表明PSⅡ反應(yīng)中心破壞或可逆失活。JYH增幅較小，顯示其反應(yīng)中心受破壞程度較低。 如表3所示，在煙草赤星病脅迫下，F(xiàn)m、Fv均呈下降趨勢(shì)。JYH的Fm、Fv在各處理間均未達(dá)到顯著差異水平。而CBH的Fv除輕度脅迫處理與對(duì)照無(wú)顯著差異外，其他處理間Fm、Fv均達(dá)到顯著差異水平。重度脅迫下，JYH的Fm、Fv與對(duì)照相比，分別下降10.88%、13.66%，CBH降幅分別為45.37%、69.39%。JYH的Fm、Fv降幅較小，表明其在煙草赤星病脅迫下具有較高的PSⅡ光化學(xué)活性。 煙草赤星病脅迫使2個(gè)品種的Fv/F0均有所下降，且降幅隨脅迫程度的上升而增加(表3)。與對(duì)照相比，輕度、中度和重度脅迫使JYH的Fv/F0分別減少8.54%、18.09%和25.63%，各處理間無(wú)顯著差異。CBH的Fv/F0分別下降20.12%、47.74%和77%，與對(duì)照相比達(dá)到顯著差異水平。Fv/F0下降，表明PSⅡ受到傷害，抑制光合作用原初反應(yīng)過(guò)程，光合電子由PSⅡ反應(yīng)中心向QA、QB及PQ庫(kù)傳遞過(guò)程受到影響。 從表3可以看出，隨著煙草赤星病脅迫程度的加劇，JYH、CBH的Fv/Fm均呈下降趨勢(shì)，降幅表現(xiàn)為JYH 表3 煙草赤星病脅迫對(duì)不同抗性煙草品種葉綠素?zé)晒鈪?shù)的影響Table 3 Effects of tobacco brown spot stress on chlorophyll fluorescence kinetic parameters of two tobacco cultivars with different resistance 2.3.2 熒光猝滅動(dòng)力學(xué) 正常生長(zhǎng)條件下，JYH和CBH的qp相差不大。煙草赤星病侵染使2個(gè)品種的qp均有所下降，并且隨著脅迫程度的增加，降幅越來(lái)越大(表4)。JYH的qp受煙草赤星病侵染影響小于CBH，只有重度脅迫處理與對(duì)照間達(dá)到顯著差異水平。而CBH各處理間與對(duì)照相比，均達(dá)到顯著差異水平。qP下降說(shuō)明PSⅡ中的QA氧化態(tài)數(shù)量減少，導(dǎo)致PSⅡ反應(yīng)中心開(kāi)放部分比例降低，使QA向QB光合電子傳遞受到抑制。JYH的qP較高，表明在煙草赤星病脅迫下其QA重新氧化的能力較強(qiáng)，煙草赤星病對(duì)PSⅡ受體電子傳遞的破壞程度較輕，也顯示出該品種在煙草赤星病脅迫下具有較強(qiáng)的電子傳遞活性和光氧化速率，從而保持較高的光合速率。 表4 煙草赤星病脅迫對(duì)不同抗性煙草品種qp，NPQ 和ФPSⅡ的影響 Table 4 Effects of tobacco brown spot stress on photochemical quenching coefficient (qp)，non-photochemical quenching(NPQ)and PSⅡ actual quantum yield(ФPSⅡ)of two tobacco cultivars with different resistance 表內(nèi)數(shù)據(jù)為平均值±標(biāo)準(zhǔn)差; 每列數(shù)據(jù)右側(cè)字母相同者表示差異未達(dá)顯著水平(P>0.05); 字母不同者表示差異達(dá)顯著水平(P<0.05) 如表4所示，煙草赤星病脅迫下，JYH和CBH的NPQ均呈上升趨勢(shì)。與對(duì)照相比，JYH的NPQ在輕度、中度和重度脅迫下分別較對(duì)照升高5.94%、41.58%和95.54%，在重度脅迫下與對(duì)照達(dá)到顯著差異水平，CBH分別為16.73%、52.36%和137.45%，與對(duì)照相比均呈顯著差異水平。NPQ上升說(shuō)明PSⅡ反應(yīng)中心耗散過(guò)剩光能的能力增強(qiáng), CBH的NPQ增幅高于JYH，表明其吸收的光能通過(guò)熱量形式耗散較多, 而JYH耗散較少, 光能轉(zhuǎn)化率高。 從表4可以看出，隨著煙草赤星病脅迫程度的增加，2個(gè)品種的ФPSⅡ均呈下降趨勢(shì), 但降幅不同。在輕度、中度脅迫下, JYH的ФPSⅡ與對(duì)照差異不顯著, 而在重度脅迫處理下, 較對(duì)照降低16.92%，達(dá)到顯著差異水平; 而CBH的ФPSⅡ在輕度、中度和重度脅迫處理下, 分別比對(duì)照降低26.93%、52.54%和77.48%，各處理間差異顯著。 3.1 煙草赤星病脅迫對(duì)光合色素含量的影響 植物進(jìn)行光合作用的能量主要來(lái)源于光合色素捕獲的光能，所以光合色素含量的高低與光合功能密切相關(guān)[23]。光合色素中葉綠素a是光反應(yīng)的中心色素分子, 而葉綠素b是捕光色素分子。類胡蘿卜素一方面是光合色素，吸收光能并傳遞給反應(yīng)中心, 參與光合作用；又是細(xì)胞內(nèi)源抗氧化劑，能夠吸收剩余光能, 淬滅活性氧, 防止細(xì)胞膜脂過(guò)氧化[24]。在本文中，不同抗性品種的葉綠素和類胡蘿卜素含量在煙草赤星病侵染下均有所下降，說(shuō)明煙草赤星病不僅使光合色素的合成受阻, 也可能促進(jìn)光合色素的降解。其主要原因可能是煙草葉片感染赤星病后，導(dǎo)致葉綠素分解酶活性上升，使葉綠素轉(zhuǎn)化為葉綠素酯和葉綠素醇，因此葉綠素含量降低[25]；也有可能是煙草赤星病侵染破壞葉綠體結(jié)構(gòu)和功能，導(dǎo)致葉綠素含量下降[8]。煙草赤星病侵染導(dǎo)致光合色素含量降低，在一定程度上減少煙株的有效光合面積，限制碳素同化能力，從而抑制光合作用。同時(shí)，由于類胡蘿卜素含量下降，減弱對(duì)活性氧的猝滅，導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)積累較多的活性氧自由基，破壞葉綠體膜結(jié)構(gòu)，加速葉綠素降解，從而降低光合作用中光能的吸收和傳遞[26]。煙草赤星病脅迫下JYH的葉綠素和類胡蘿卜素含量高于CBH，表明抗病品種的光能轉(zhuǎn)換、吸收和傳遞能力較強(qiáng)，在煙草赤星病侵染下仍具有較高的光合速率，從而維持煙株體內(nèi)光合碳素同化活動(dòng)的正常進(jìn)行。而感病品種光合色素含量大幅下降，光合作用減弱，使光合產(chǎn)物積累減少，碳素同化能力受到嚴(yán)重抑制，加速衰老死亡。 3.2 煙草赤星病脅迫對(duì)光合作用的影響 光合作用是植物生長(zhǎng)的生理基礎(chǔ)，反映植株的生長(zhǎng)勢(shì)和抗逆性[27]。導(dǎo)致光合速率降低的因素包括氣孔限制和非氣孔限制。氣孔限制因素是由于氣孔導(dǎo)度的降低導(dǎo)致Ci下降，使葉綠體內(nèi)CO2運(yùn)輸受阻。非氣孔因素則是由于葉肉細(xì)胞使氣孔擴(kuò)散的阻力增加、CO2溶解度下降、Rubisco酶對(duì)CO2的親和力降低和RuBP再生能力下降或光合機(jī)構(gòu)關(guān)鍵成分的穩(wěn)定性因逆境脅迫而降低等原因所致[28- 29]。根據(jù)Farquhar和Sharkey[30]的氣孔限制值分析觀點(diǎn)，判定引起光合速率降低主要因素的依據(jù)是Ci和Ls的變化方向，Ci降低和Ls升高表明氣孔導(dǎo)度降低是主要原因，而Ci增高和Ls降低則表明引起光合速率降低的主要原因是非氣孔因素。 在本文中，JYH在輕度、中度脅迫下，Gs下降，Ls升高，同時(shí)伴隨Ci降低, 導(dǎo)致Pn下降, 表明氣孔導(dǎo)度導(dǎo)致CO2供應(yīng)減少是引起Pn下降的主要原因，這是由于煙草赤星病侵染使葉片氣孔收縮，氣孔導(dǎo)度降低，引起CO2由外界向細(xì)胞內(nèi)擴(kuò)散的阻力增加，光合碳固定的底物減少[31]。此后，JYH的Pn、Gs在重度脅迫下均呈下降趨勢(shì)，但Ci轉(zhuǎn)向升高，Ls下降，這可能是由于隨著脅迫程度的加劇，煙草赤星病脅迫破壞葉片光合機(jī)構(gòu)，造成葉肉細(xì)胞氣孔擴(kuò)散阻力增加，Rubisco酶對(duì)CO2的親和力降低，碳同化能力下降，說(shuō)明此時(shí)非氣孔限制已成為導(dǎo)致光合速率降低的主要因素。而CBH在煙草赤星病侵染下，隨著Gs的下降，Ci上升和Ls降低，表明感病品種光合速率降低主要是由非氣孔限制因素引起。這可能是由于煙草赤星病脅迫破壞葉綠體結(jié)構(gòu)，光合器官受到不可逆?zhèn)?，光合?xì)胞活性降低[32]。CBH的光合參數(shù)受煙草赤星病脅迫影響明顯大于JYH，表現(xiàn)感病特性，而JYH在煙草赤星病脅迫下具有相對(duì)較高的光合速率和氣孔開(kāi)放度，表現(xiàn)出良好的抗病性。在輕度脅迫下，JYH的Pn有小幅上升，表明抗病品種通過(guò)提高凈光合速率以抵抗煙草赤星病侵染，但當(dāng)脅迫程度增強(qiáng)時(shí)，抗病品種的凈光合速率最終還是受到影響。 3.3 煙草赤星病脅迫對(duì)葉綠素?zé)晒馓匦缘挠绊?/p> 葉綠素?zé)晒馓匦猿Ｓ糜跈z測(cè)光合機(jī)構(gòu)對(duì)環(huán)境脅迫的響應(yīng)[33]。本文研究表明，煙草赤星病侵染導(dǎo)致Fm、Fv/F0和Fv/Fm下降，說(shuō)明煙草葉片發(fā)生光抑制[34]。而同時(shí)F0上升，表明PSⅡ受到破壞[35]，傷害部位可能位于PSⅡ氧化側(cè)，或者PSⅡ反應(yīng)中心，或者PSⅡ原初電子受體，也可能3個(gè)部位均受到傷害[36]。但也有研究表明Fv/Fm降低并不是PSⅡ反應(yīng)中心發(fā)生不可逆轉(zhuǎn)的失活或破壞，而是植物保護(hù)反應(yīng)的結(jié)果[37]。JYH的F0增幅較小，顯示煙草赤星病脅迫對(duì)抗病品種PSⅡ破壞程度較輕，光合色素吸收的能量仍主要進(jìn)行光化學(xué)反應(yīng)。不同抗性品種Fm降幅為10.88%—69.39%，表明煙草赤星病脅迫降低PSⅡ反應(yīng)中心QA的氧化態(tài)數(shù)量。抗、感品種的Fv/F0和Fv/Fm均降低，表明煙草赤星病侵染阻礙光合電子傳遞，導(dǎo)致同化力(NADPH、ATP)的合成受阻，進(jìn)而影響暗反應(yīng)階段CO2的固定與同化[38]。JYH在煙草赤星病脅迫下Fv/Fm、Fv/F0降幅較小，表明抗病品種可降低煙草赤星病侵染對(duì)PSⅡ活性中心的損傷，有利于維持PSⅡ較高的光化學(xué)活性和光合電子傳遞正常進(jìn)行。而煙草赤星病脅迫導(dǎo)致感病品種的原初光能轉(zhuǎn)換效率下降比例較大，潛在活性中心受損，嚴(yán)重抑制光合作用原初反應(yīng)。 植物對(duì)光能的利用主要包括光化學(xué)反應(yīng)轉(zhuǎn)化光能、非光化學(xué)熱能耗散和以葉綠素?zé)晒庑问胶纳⑦^(guò)剩的光能。光化學(xué)反應(yīng)和熱耗散的變化會(huì)引起葉綠素?zé)晒忖邕^(guò)程的相應(yīng)變化, 葉綠素?zé)晒忖缬泄饣瘜W(xué)猝滅和非光化學(xué)猝滅兩個(gè)過(guò)程, 光化學(xué)猝滅與PSⅡ電子傳遞和初始電子受體QA的氧化還原有關(guān)[39]。本研究結(jié)果表明，在煙草赤星病脅迫下，不同抗性品種的qP和ΦPSⅡ均有所下降，這進(jìn)一步證實(shí)光合電子傳遞受到抑制, PSⅡ光能轉(zhuǎn)換效率降低, 過(guò)剩激發(fā)能增加[40]。JYH的ΦPSⅡ和qP下降幅度較小, 說(shuō)明抗病品種在煙草赤星病脅迫下光能捕獲與轉(zhuǎn)化能力仍然較強(qiáng), 能夠保持較高的光能利用效率和光合作用潛力，是其對(duì)煙草赤星病具有抗性的光合生理原因。NPQ是衡量過(guò)剩激發(fā)能耗散的指標(biāo)[41], 煙草赤星病侵染后抗、感品種NPQ均不同程度的上升, 導(dǎo)致PSⅡ?qū)⑦^(guò)剩光能以熱能形式耗散，以防止過(guò)剩光能對(duì)光合機(jī)構(gòu)造成進(jìn)一步傷害[42]。JYH的NPQ增幅小于CBH, 說(shuō)明煙草赤星病脅迫下抗病品種熱耗散較少, 碳同化能力和PSⅡ激發(fā)能利用效率較高。在相同脅迫程度下，感病品種葉綠素?zé)晒鈩?dòng)力學(xué)參數(shù)變化幅度明顯高于抗病品種，說(shuō)明煙草赤星病侵染導(dǎo)致其光合機(jī)構(gòu)受損，原初電子受體遭到破壞，熒光產(chǎn)量減少，導(dǎo)致PSⅡ活性下降，光化學(xué)反應(yīng)減弱，無(wú)法耗散過(guò)剩光能，從而使煙株受到光抑制和光破壞。而抗病品種各熒光參數(shù)降幅較小，可能是葉綠體未受損傷部分的光合能力仍較強(qiáng)，或是結(jié)合在光合膜上的一些作用中心色素或電子傳遞體的蛋白質(zhì)復(fù)合體受損程度較輕，從而對(duì)光合電子傳遞速率影響較小，有效保護(hù)光合機(jī)構(gòu)。 [1] Shew H D, Lucas G B. 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Impacts ofAlternariaalternatastress on characteristics of photosynthesis and chlorophyll fluorescence in two tobacco cultivars with different resistances YANG Zhixiao1,2, DING Yanfang3, ZHANG Xiaoquan1, XUE Gang1, WANG Yi2, REN Xueliang2, REN Zhouying4, YANG Tiezhao1,* 1CollegeofTobaccoScience,HenanAgriculturalUniversity,Zhengzhou450002,China2KeyLaboratoryofMolecularGenetics,GuizhouAcademyofTobaccoScience,Guiyang550081,China3TobaccoResearchInstituteofHenanAcademyofAgriculturalSciences,Xuchang461000,China4ChinaTobaccoJiangxiProvincialIndustrialCompany,Nanchang330096,China Tobacco brown spot is one of the most serious diseases in tobacco production in China leading to enormous losses in yield and quality. It is necessary to select resistant tobacco cultivars to meet the demands for high quality tobacco production, but there have only been occasional reports on the pathogenesis of tobacco brown spot in the past. It is therefore very important to study the disease mechanism of tobacco brown spot in order to establish recommendations and a foundation for breeding resistant cultivars. The responses of photosynthetic pigment content, photosynthetic parameters and chlorophyll fluorescence kinetic characteristics were investigated under three different stress levels of tobacco brown spot (mild, moderate and severe stress) at maturity using pot cultures. Two tobacco cultivars with different resistances to tobacco brown spot were selected as experimental materials to determine whether there was a correlation between photosynthetic characteristics and resistance. The cultivars selected were JYH (resistant cultivar) and CBH (sensitive cultivar). The results showed that tobacco brown spot stress could decrease chlorophyll a, chlorophyll b, total chlorophyll and carotenoids in the two cultivars with different resistances. In addition, the decreased range of photosynthetic pigments was less in JYH than in CBH. Tobacco brown spot stress decreased both the net photosynthetic rate and stomatal conductance. However, the net photosynthetic rate of JYH increased under mild stress whereas there was a decrease under moderate and severe stress. In the two cultivars with different resistances, the changes in intercellular CO2concentration and stomatal conductance were divergent. The intercellular CO2concentration in CBH tended to rise under the three different tobacco brown spot stress levels, whereas the stomatal limitation value showed a significant decrease. In JYH under severe stress, the photosynthetic parameters consisting of both intercellular CO2concentration and stomatal conductance showed the same trend as in CBH. However, compared with the rising trend of intercellular CO2concentration under severe stress, the stomatal limitation value of JYH decreased under both mild and moderate stress. With the increasing levels of tobacco brown spot stress, the initial fluorescence (F0) and non-photochemical quenching (NPQ) of the two cultivars with different resistances both increased. Compared with controls (no stress), the increases inF0in JYH and CBH were 16.50% and 34.48%, respectively under severe stress, whereas NPQ increased by 95.54% and 137.45%, respectively, at the same time. For these two parameters, all the differences between severe stress and control conditions were significant for JYH and CBH. However, the chlorophyll fluorescence kinetic parameters including maximal fluorescence (Fm), variable fluorescence (Fv), maximal photochemical efficiency (Fv/Fm), PSⅡ potential efficiency (Fv/F0), photochemical quenching coefficient (qp) and PSⅡ actual quantum yield (ΦPSⅡ) for the two cultivars with different resistances all decreased by varying degrees under the three levels of tobacco brown spot stress, and the decreased range was less in JYH than in CBH. These results indicate that tobacco brown spot disease had a destructive effect on photosynthetic characteristics. The photosynthetic pigments, photosynthesis and chlorophyll fluorescence characteristics of JYH were less influenced by tobacco brown spot stress than CBH. So a higher photosynthetic performance may be a major physiological trait of resistant cultivars in the adaptability to tobacco brown spot infection. tobacco; tobacco brown spot; photosynthetic pigment; photosynthetic characteristics; chlorophyll fluorescence parameters 中國(guó)煙草總公司科技項(xiàng)目(110201002008, Ts- 01- 2011003); 貴州省煙草專賣局資助項(xiàng)目(中煙黔科〔2012〕11號(hào)); 河南省煙草專賣局科技攻關(guān)項(xiàng)目(hykj200817) 2013- 08- 21; 2014- 07- 02 10.5846/stxb201308212124 *通訊作者Corresponding author.E-mail: yangtiezhao@126.com 楊志曉, 丁燕芳, 張小全, 薛剛, 王軼, 任學(xué)良, 任周營(yíng), 楊鐵釗.赤星病脅迫對(duì)不同抗性煙草品種光合作用和葉綠素?zé)晒馓匦缘挠绊?生態(tài)學(xué)報(bào),2015,35(12):4146- 4154. Yang Z X, Ding Y F, Zhang X Q, Xue G, Wang Y, Ren X L, Ren Z Y, Yang T Z.Impacts ofAlternariaalternatastress on characteristics of photosynthesis and chlorophyll fluorescence in two tobacco cultivars with different resistances.Acta Ecologica Sinica,2015,35(12):4146- 4154.1 材料與方法
2 結(jié)果與分析
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