农药胁迫对生菜叶片叶绿素荧光图像参数的影响

摘要：对生菜（lactuca sativa）分别均匀喷洒浓度为70、140、280 μg/l的杀虫剂氰戊菊酯，以清水为对照，以意大利全年耐抽薹生菜为试材，结果表明，随着农药浓度的增加，光系统ⅱ的最大光化学效率、实际光化学效率、光化学淬灭系数和相对电子传递速率均下降，非光化学淬灭系数、非调节性能量耗散的量子产额和调节性能量耗散的量子产额上升，综合影响造成光系统ⅱ的中心活性区域缩小、光合速率下降。

另外生菜叶片自身的光化合保护机制能在一定程度上减轻农药的胁迫作用。

与对照相比，光系统ⅱ的实际光化学效率受农药影响最大，喷洒浓度为280 μg/l的杀虫剂会对生菜光合作用过程产生持续性的、不可逆转的影响。

关键词：农药;生菜（lactuca sativa）叶片;叶绿素荧光参数
中图分类号：s636.2 文献标识码：a 文章编号：0439-8114（2014）12-2827-05 effects of pesticides on chlorophyll fluorescence image parameters of lettuce leaves
sun juna，song cai-huia，mao han-pingb，jin xia-minga，fang mina，zhang mei-xiaa （a.school of electrical and information engineering，boratory venlo of modern agricultural equipment，jiangsu university，
zhenjiang 212013， jiangsu， china）
喷施农药是防治蔬菜病虫害的一种有效方法，但是农药会对作物内部生理生化[1]、光合作用[2]产生影响，严重时会对蔬菜品质带来破坏。

植物生长过程中的叶绿素动态荧光参数是植物进行光合作用中的重要参考数据，是植物进行光能吸收、转换、耗散、分配等光合作用过程的重要外部表现[3]。

在植物生长过程中，温度、湿度、土壤质地、空气成分等众多外部环境因素胁迫都会影响植物的光合作用过程，并通过叶绿素荧光参数表现出来。

叶绿素荧光参数是作物内部生理信息的天然探针，因此通过叶绿素荧光参数及时了解农药对农作物的生理影响具有现实意义。

近年来，已有许多关于农药对植物生理影响的研究，如夏玉荣等[4]用光谱脉冲式荧光仪检测了农药对小麦的叶绿素荧光参数的影响，得出农药对小麦旗叶光合作用和叶绿素荧光特性表现出剂量效应，过量多次施加农药均会造成小麦光合速率下降，光合作用累积产量下降;侯博等[5]研究了农药对干旱胁迫下小麦生理生化特征的影响，得出农药的施加将加剧小麦的干旱胁迫，造成叶绿素含量下降，影响光合作用过程;罗时石等[6]、吴进才等[7]、袁树忠等[8]研究表明，农药的施用会影响水稻的光合作用过程，使水稻叶片的同化物输出受阻，造成植物对害虫的抗性下降;王正贵等[9]研究了除草剂对小麦光合特性的影响，认为除草剂胁迫下小麦叶片发生光抑制。

综上所述，前人基本上集中于对水稻、小麦等作物进行农药胁迫研究，但是关于农药对蔬菜系列作物的叶绿素荧光参数影响的研究鲜有报道。

本研究以意大利全年耐抽薹生菜（lactuca sativa）作为样本，分析了不同浓度的杀虫剂氰戊菊酯对生菜叶绿素荧光图像参数的影响，讨论不同农药浓度对生菜光合作用的负效应，以期为生菜生产过程的农药施用浓度提供科学指导，也为后续基于生菜叶绿素荧光参数的农药残留无损检测提供一定的理论依据。

1 材料与方法
1.1 栽培及农药喷洒试验方案
栽培试验选在江苏大学玻璃温室内进行。

温室东西长100 m，南北宽50 m，顶高5.0 m。

温室内温度、湿度、光照度、co2等条件由计算机自动控制。

供试生菜品种为意大利全年耐抽薹抗热生菜，试验采用穴盘育苗，在两叶一心期进行移栽。

2012年9月20日进行育苗，10月6日选择长势、大小比较一致的生菜苗移栽到塑料盆中，每盆一株，盆高11 cm，口径16 cm，采用珍珠岩栽培，营养液采用山崎营养液。

农药喷洒试验于2012年11月4日15：00进行，将生菜样本分为4组，每组15盆，供试农药选用蔬菜杀虫常用的杀虫剂氰戊菊酯。

第一组生菜不喷洒任何浓度农药，喷洒少量清水，第二、三、四组采用常用喷雾法分别喷施
浓度为70、140、280 μg/l的杀虫剂氰戊菊酯。

分别用y0、y1、y2、y3表示这4个试验组，其中y0表示不使用农药（对照），y1表示喷洒浓度为70 μg/l的氰戊菊酯（轻微剂量），y2表示喷洒浓度为140 μg/l的氰戊菊酯（推荐剂量），y3表示喷洒浓度为280 μg/l的氰戊菊酯（严重超量）。

1.2 叶绿素荧光参数的检测方法
叶绿素荧光参数的测定采用德国m系列调制叶绿素图像荧光仪imaging-pam，具有简便、快速、灵敏、可靠、活体测量、对样品无干扰等特点，还可以检测叶片面积上每个像素的光合活性，通过荧光成像来反映叶片生理状态的异质性。

在喷施农药后的连续15 d内，测定叶位相同、生长方向一致、光照条件相似的新鲜生菜叶片的叶绿素荧光图像。

测定时间为每天上午9：00～11：00，每个农药水平3次重复测定，取平均值。

2 结果与分析
2.1 不同浓度农药胁迫对光系统ⅱ最大光化学效率（fv/fm）的影响
fv/fm是光系统ⅱ的最大光化学效率，是植物进行光合作用时利用光能有效量的重要参数，是逆境胁迫条件下植物发生光抑制的敏感指标[10]，是衡量原初光能捕获的最大能力指标[11]，反映植物光合作用的最大能力。

对生菜进行20 min的暗适应并使光系统ⅱ反应中心完全打开后进行测量。

由图1可知，与对照y0对比，y1处理的fv/fm与y0差异不显著;y2对生菜fv/fm参数的影响明显，总体上与对照差异达到极显著水平;y3处理对生菜的fv/fm 参数影响非常大，从第6天开始，最大光化学效率fv/fm开始快速下降，且在后续测试时间没有任何上升迹象，总体上与对照差异极显著。

由以上分析可知，农药的施用对生菜fv/fm 参数产生较大影响，农药的施用浓度越大，对fv/fm影响越大，而且无法恢复，影响时间较长。

2.2 不同浓度农药胁迫对光系统ⅱ实际光化学效率（yⅱ）的影响
yⅱ是实际光化学效率，表明植物在一段时间内持续地对光能的有效转换能力[12，13]。

由图2可知，对于无农药胁迫的y0，生菜叶片yⅱ在第7天开始下降，在第11天开始回升;对于y1、y2、y3，从施药第1天起yⅱ开始呈现非线性快速下降，在第8天左右下降到最低水平，然后yⅱ开始回升，但在第15天时处于对照生菜的光化学效率水平之下。

农药的施用将会直接造成生菜的实际光化学效率快速下降，在下降到一定水平之后开始回升，严重超量和推荐剂量下的农药施用造成生菜实际光化学效率保持在较低水平，这表明农药过量的施用对生菜的实际光化学效率具有持续性的影响。

2.3 不同浓度农药胁迫对调节性能量耗散的量子产额（ynpq）的影响
参数ynpq是光系统ⅱ的调节性能量耗散的量子产额，反映光系统ⅱ耗散过剩光能进行自我保护的下调作用[14]。

由图3可知，对于无农药胁迫的y0，ynpq在0.3～0.5的范围内波动;对于y1、y2、y3，ynpq呈现先升后降的趋势，整体平均值都高于未施加农药的y0处理，到第6天时，y2的ynpq达最大，在第9天时y3的ynpq最大，接近于0.6，所有处理的ynpq 最终稳定在0.4或0.5。

由以上分析可知，农药的施用将会造成生菜的参数ynpq升高，之后随着农药残留的降解开始缓慢下降。

2.4 不同浓度农药胁迫对非调节性能量耗散的量子产额（yno）的影响
yno为非调节性能量耗散的量子产量，参数yno过大，一方面反映光化学能量转换和自我保护调节机制比较脆弱[15]，另一方面反映植物已经无法耗散过多的光能[16]，可以由此参数判断植物受到伤害的程度[17]。