热旱胁迫下大豆绿籽的叶绿素荧光特性、耗氧速率与萌发机制研究及其生理意义

这篇研究揭示了热旱胁迫(HDS)对大豆(Glycine max)种子成熟期叶绿素(Chl)降解的抑制作用，通过叶绿素荧光(f0/fm)、单籽粒耗氧分析仪(SRA)等技术证实：绿籽(GS)较黄籽(YS)和对照(CS)表现出显著更高的Chl荧光信号(703.6 vs 381.8/415.1)，更低的起始代谢率(SMR 0.50% O2·h-1·g-1)和萌发率(11.1% vs 65.4%/83.3%)，且耗氧50%时间(R50)延长至45.9小时。研究为胁迫环境下种子质量评估提供了新型生理指标。

　　

热旱胁迫下大豆绿籽的形成机制与生理特性

ABSTRACT

热旱胁迫会阻碍大豆(Glycine max [L.] Merr.)种子成熟期的叶绿素降解，导致绿籽(GS)产生并降低生理品质。研究通过叶绿素荧光、单籽粒耗氧速率和萌发特性分析，发现GS的叶绿素荧光最高(f0=703.6±114.4)，但代谢活性最低，耗氧50%需45.90小时(YS为25.54小时，CS为19.63小时)。GS萌发率仅11.1%，胚胎轴长度0.59 cm，显著低于YS(65.4%，1.04 cm)和CS(83.3%，1.44 cm)。

1 引言

大豆绿籽现象与R5.5-R7阶段的高温(>32°C)和干旱胁迫相关，导致叶绿素降解酶活性受阻。研究采用非破坏性叶绿素荧光技术(波长670nm激发，720nm检测)和种子呼吸分析仪(SRA)，首次系统揭示了GS的代谢缺陷与萌发障碍的关联机制。

2 材料与方法

2.1 植物材料与培养条件

选用易感品种SRM 3410，在温室设置HDS组(日均温26.6±4.6°C)和对照组(NS，24.8±3.6°C)。HDS组82%种子呈现绿色，NS组仅0.01%。

2.2 四唑活力测试

GS的活力(58%)和活力(22%)显著低于YS(85%，75%)和CS(87%，78%)，证实HDS导致种子质量下降。

2.3 叶绿素含量与荧光

分光光度法测定显示GS叶绿素a(20.61 mg·L^-1)、b(11.36 mg·L^-1)和总量(27.49 mg·L^-1)显著高于其他组，a:b比值保持1.81:1。荧光检测发现GS的f0/fm值(703.6/944.2)远超YS(381.8/601.7)，但光合效率(fv/fm=0.248)最低。

2.3.1 单籽粒耗氧分析

SRA检测显示GS的SMR(0.50% O₂·h^-1·g^-1)和OMR(3.27%)均滞后，R50时间(45.9h)是CS(19.63h)的2.3倍。萌发后胚胎轴长度仅0.59 cm，显著短于其他组。

3 结果与讨论

3.1 叶绿素滞留机制

HDS导致R5.5-R8阶段种子脱水加速，叶绿素降解途径受阻。温室条件下GS占比达82%，显著高于田间试验的39.3%(2017/2018季)，表明胁迫强度与绿籽率正相关。

3.3 代谢活性特征

GS的耗氧曲线呈现典型延迟模式：初始20小时代谢停滞，45-55小时才出现耗氧高峰(3.27% O₂·h^-1·g^-1)，而CS在4小时内即达1.39%的SMR。这种代谢迟滞与萌发率下降直接相关。

3.5 多参数关联分析

PCA分析显示PC1(83.9%方差)中f0/fm与R50/RGT强正相关，与SMR/AL负相关。证实叶绿素滞留程度可预测种子萌发性能：每增加100单位f0值，萌发时间延长约15小时。

4 最终结论

研究建立了叶绿素荧光强度与种子生理质量的定量关系，为育种筛选抗逆品种和种子质量分级提供了新指标。发现GS代谢缺陷主要源于呼吸链激活延迟，而非单纯能量储备不足，这为改善胁迫条件下种子活力提供了理论依据。