基于叶绿素荧光参数的百合干旱胁迫诊断

doi:10.16178/j.issn.0528-9017.20240944

摘要/Abstract

摘要：

水分和光合作用是影响植物生长的关键因素，干旱胁迫会导致叶片气孔关闭，影响植物的光合作用。为了明确百合“Sunderland”在干旱胁迫下的叶绿素荧光参数变化，研究分析了不同光合有效辐射与温度条件下的叶绿素荧光参数，校订了光合速率与叶绿素荧光参数之间的函数关系。同时利用干旱胁迫处理期间和解除干旱胁迫后的数据，分析复水前后的叶绿素荧光参数的变化。结果显示，随着光合有效辐射的增加，叶绿体光合系统Ⅱ（PSⅡ）实际光化学量子效率（Φ₂）呈现下降趋势，可调性能量耗散量子产量（Φ_NPQ）呈现上升趋势。非调节性能量耗散量子产量（Φ_NO）在不同温度下基本保持不变，与Φ_NPQ呈现负相关。当光合有效辐射为0时，百合具有最大的Φ₂。Φ₂预测值和实测值之间的决定系数（R²）为0.95，精准度（r_RMSE）为3.15%。PSⅡ反应中心开放比率（qL）预测值和实测值之间的（R²）为0.86，r_RMSE为6.15%。Φ_NPQ预测值和实测值之间的R²为0.95，r_RMSE为9.58%。随着干旱胁迫程度的增加，Φ_NO和Φ_NPQ增加，饱和光强下的叶片净光合速率（P_n，max）、Φ₂、qL以及光系统Ⅱ最大光化学量子效率（F_v/F_m）值减少，单位电子的碳同化能力和暗呼吸速率（R_d）均有所降低。复水处理10 d后，-20～-15 kPa水势时，百合的P_n，max和Φ₂与-10～-4 kPa时的基本一致。研究结果为百合在干旱胁迫下的生长评估提供了一定的参考。

关键词: 百合, 干旱胁迫, 叶绿素荧光参数, 诊断, 水势

Abstract:

Water and photosynthesis are key factors regulating plant growth，and drought stress induces stomatal closure in leaves，thereby impairing plant photosynthetic performance. To clarify the changes in chlorophyll fluorescence parameters of lily ‘Sunderland’ under drought stress，this study analyzed chlorophyll fluorescence parameters under varying photosynthetically active radiations and temperatures，and calibrated the functional relationship between photosynthetic rate and chlorophyll fluorescence parameters. Additionally，data collected during drought stress and after stress relief were used to examine changes in chlorophyll fluorescence parameters before and after rewatering. The results showed that with an increase in photosynthetically active radiation，the quantum yield of chloroplast photosystem Ⅱ（PSⅡ） photochemistry（Φ₂）exhibited a decreasing trend，while the quantum yield of regulated energy dissipation（Φ_NPQ）showed an increasing trend. The quantum yield of non-regulated energy dissipation（Φ_NO）remained essentially unchanged across different temperatures and was negatively correlated with Φ_NPQ. Lily plants achieved the maximum Φ? when photosynthetically active radiation was 0. The coefficient of determination （R²） between predicted and actual values of Φ? was 0.95，with a relative root mean square error（r_RMSE）of 3.15%. For the fraction of open PSII reaction centers（qL），the R2 was 0.86 and the r_RMSE was 6.15%. For Φ_NPQ，the R2 was 0.95 and the r_RMSE was 9.58%. With increasing drought stress intensity，Φ_NO and Φ_NPQ increased，while the net photosynthetic rate at saturating light（P_n，max），Φ₂，qL，and the maximum photochemical efficiency of PSII（F_v/F_m）decreased. Furthermore，the carbon assimilation capacity per electron（s）and dark respiration rate（R_d）were also reduced. After 10 days of rewatering，P_n，max and $Φ ?$ of lily plants under a soil water potential of -20 to -15 kPa were essentially consistent with those under -10 to -4 kPa. These findings provide a reference for evaluating the growth of lily under drought stress.

Key words: lily, drought stress, chlorophyll fluorescence parameter, diagnosis, water potential

中图分类号:

S644.1

蒋沅均, 杨一平, 付曼曼, 吴超. 基于叶绿素荧光参数的百合干旱胁迫诊断[J]. 浙江农业科学, 2026, 67(7): 1725-1733.

JIANG Yuanjun, YANG Yiping, FU Manman, WU Chao. Diagnosis of drought stress in lilies based on chlorophyll fluorescence parameters[J]. Journal of Zhejiang Agricultural Sciences, 2026, 67(7): 1725-1733.

图/表 11

表1 叶绿素荧光参数的定义

Table 1 Definition of common chlorophyll fluorescence parameters

叶绿素荧光参数	定义
F_v/F_m	光系统Ⅱ最大光化学量子效率
Φ₂	光适应下PSⅡ实际最大光化学量子效率
qL	PSⅡ反应中心开放比率
Φ_NO	非调节性能量耗散量子产量 μmol?mol^-1
Φ_NPQ	可调性能量耗散量子产量 μmol?mol^-1

图1 不同光合有效辐射下的参数配置Φ2代表光适应下PSⅡ实际最大光化学量子效率；ΦNPQ代表调节性能量耗散的量子产量；ΦNO代表非调节性能量耗散的量子产量。

Fig.1 Parameter allocation under different photosynthetically active radiations

图2 不同温度下叶绿素荧光参数的变化Φ2代表光适应下PSⅡ实际最大光化学量子效率；ΦNPQ代表调节性能量耗散的量子产量；ΦNO代表非调节性能量耗散的量子产量；qL代表PSⅡ反应中心开放比例。

Fig.2 Changes in chlorophyll fluorescence parameters at different temperatures

图3 不同光合有效辐射（PAR）下的量子利用效率

Fig.3 Quantum utilization efficiency under different photosynthetically active radiations（PAR）

图4 适宜温度下生长的最大与最小量子利用效率曲线橙色曲线（Φ2，T0）与蓝色曲线（Φ2，base）分别代表最大量子利用效率和最小量子利用效率。

Fig.4 Maximum and minimum quantum utilization efficiency curves for growth at appropriate temperatures

图5 不同参数的拟合曲线（a）为PSⅡ实际光化学量子效率（Φ2）的拟合曲线；（b）为PSⅡ反应中心开放比例（qL）的拟合曲线；（c）为调节性能量耗散量子产量（ΦNPQ）的拟合曲线。

Fig.5 Fitting curves for different parameters

图6 干旱胁迫下叶绿素荧光参数的变化

Fig.6 Changes in chlorophyll fluorescence parameters under drought stres

图7 旱情解除后叶绿素荧光参数的变化

Fig.7 Changes in chlorophyll fluorescence parameters after drought relief

图8 光合速率与电子传递速率的关系

Fig.8 Relationship between photosynthetic rate and electron transfer rate

表2 复水后各斜率及呼吸作用效应的拟合值

Table 2 Fitting values of various slopes and respiratory effects after rehydration

水势/kPa	斜率（s）	暗呼吸速率
-4～-10	0.185	0.655
-10～-15	0.205	0.643
-15～-20	0.189	0.586
-20～-30	0.175	0.531
-30～-40	0.152	0.465

图9 各参数间的拟合曲线DW=植株干重，FL=花苞长度，FD=花苞直径；（a）fFL与fDW的拟合曲线；（b）fFD与fDW的拟合曲线；（c）fDW与fAj的拟合曲线；（d）fAj与PSⅡ实际光化学效率（Φ2）的拟合曲线；（e）fAj与PSII最大光化学效率（Fv/Fm）的拟合曲线；（f）fAj与非调节性能量耗散量子产额（ΦNO）的拟合曲线。

Fig.9 Fitting curves between various parameters

参考文献 24

[1]	Zhang X Y， Xue L， Wu Z J，et al. Insight into the effects of drying methods on Lanzhou lily rehydration［J］. Foods，2023，12（9）：1817.
[2]	柯明丽. 观赏百合种质资源综合评价及香气成分分析［D］. 福州：福建农林大学，2025.
[3]	党昕，沙晓蓉，靳磊. 干旱胁迫对兰州百合农艺性状及其鳞茎品质的影响［J］. 首都师范大学学报（自然科学版），2025，46（3）：41-52.
[4]	齐凤坤，麦任娣，黄晶，等. 干旱胁迫对百合植株生理功能和切花品质的影响［J］. 安徽农业科学，2023，51（15）：39-43.
[5]	Swoczyna T， Mojski J， Baczewska-Dąbrowska A H，et al. Special issue in honour of Prof. Reto J. Strasser-Can we predict winter survival in plants using chlorophyll a fluorescence？［J］. Photosynthetica，2020，58：433-442.
[6]	Cui G X， Tian F P， Hu Y，et al. Photosynthesis，fluorescence，and nutrition of Zhonglan No. 2，a new alfalfa cultivar［J］. Journal of the Science of Food and Agriculture，2021，101（15）：6434-6442.
[7]	Chiango H， Figueiredo A， Sousa L，et al. Assessing drought tolerance of traditional maize genotypes of Mozambique using chlorophyll fluorescence parameters［J］. South African Journal of Botany，2021，138：311-317.
[8]	Li Y， Makino Y， Duan Z N，et al. Nondestructive detection of decay in vegetable soybeans stored at different temperatures using chlorophyll fluorescence imaging［J］. Environment Control in Biology，2020，58（3）：51-57.
[9]	Herppich W B. Chlorophyll fluorescence imaging for process optimisation in horticulture and fresh food production［J］. Photosynthetica，2021，59：422-437.
[10]	Sherstneva O， Khlopkov A， Gromova E，et al. Analysis of chlorophyll fluorescence parameters as predictors of biomass accumulation and tolerance to heat and drought stress of wheat（Triticum aestivum）plants［J］. Functional Plant Biology，2022，49（2）：155-169.
[11]	Rasouli F， Amini T， Skrovankova S，et al. Influence of drought stress and mycorrhizal（Funneliformis mosseae）symbiosis on growth parameters，chlorophyll fluorescence，antioxidant activity，and essential oil composition of summer savory（Satureja hortensis L.）plants［J］. Frontiers in Plant Science，2023，14：1151467.
[12]	Arief M A A， Kim H， Kurniawan H，et al. Chlorophyll fluorescence imaging for early detection of drought and heat stress in strawberry plants［J］. Plants，2023，12（6）：1387.
[13]	黄伊宁，孟令煜，孙尔勤，等. 复合微生物种球包衣剂对兰州百合枯萎病的防效及促生作用［J］. 江苏农业科学，2025，53（23）：193-202.
[14]	沙凤霞，周梓晗，官振丹，等. 盐、碱胁迫对“宁杞菜1号”生理特性的影响［J］. 北方园艺，2026（3）：43-51.
[15]	孙德智. 盐胁迫下番茄幼苗对外源水杨酸、一氧化氮应答的光合生理研究［D］. 沈阳：沈阳农业大学，2016.
[16]	马靖然，王亚楠，常璐，等. 冠层光谱组成对红松和蒙古栎幼苗生长和光合荧光特性的影响［J］. 应用生态学报，2022，33（9）：2314-2320.
[17]	靳红磊，明宇，王宏斌. 阴生和阳生植物在光合结构及功能中的差异概述［J］. 中山大学学报（自然科学版），2021，60（6）：1-8.
[18]	师生波，师瑞，周党卫，等. 低温对高山嵩草叶片光化学和非光化学能量耗散特征的影响［J］. 植物生态学报，2023，47（10）：1441-1452.
[19]	胡文河，马梦瑶，洪春祥，等. 密度胁迫对高粱全生育期叶绿素荧光特性的影响［J/OL］. 吉林农业大学学报，2024-09-13.
[20]	Meneses-Lazo R， Garruña R， Echevarría-Machado I，et al. Growth，chlorophyll fluorescence and gas exchange of pepper（Capsicum chinense Jacq.）plants in response to uptake and partitioning of nutrients［J］. Chilean Journal of Agricultural Research，2020，80（4）：585-597.
[21]	Sher A， Mudassir Maqbool M， Iqbal J，et al. The growth，physiological and biochemical response of foxtail millet to atrazine herbicide［J］. Saudi Journal of Biological Sciences，2021，28（11）：6471-6479.
[22]	李静，王洪章，刘鹏，等. 夏玉米不同栽培模式花后叶片光合性能的差异［J］. 作物学报，2021，47（7）：1351-1359.
[23]	Bashir S S， Hussain A， Hussain S J，et al. Plant drought stress tolerance：understanding its physiological，biochemical and molecular mechanisms［J］. Biotechnology Biotechnological Equipment，2021，35（1）：1912-1925.
[24]	Hu Y F， Chen X L， Shen X L. Regulatory network established by transcription factors transmits drought stress signals in plant［J］. Stress Biology，2022，2（1）：26.