第一章 前言
1.1 卡特兰研究概述
卡特兰（Cattleya hybrid）是兰科（Orchideceae）卡特兰属（Cattleya）植物的总称。卡特兰种类丰富，花期较长，花色丰富多变，花姿美丽，部分带有芳香气味，被称为“洋兰之王”[1-2]，更是作为多国的国花被广泛赞誉。卡特兰原产于热带美洲，广泛栽培于世界各地，我国卡特兰栽培主要集中沿海一带气候较温暖的地区。近年来随着国内兰花产业的快速发展，卡特兰也逐渐风靡兰花市场。
卡特兰大致分为两类，一类为花朵较大、花瓣较宽的单叶种；另一类为花朵较小、花瓣较窄，但有花色明艳、有多花特性的双叶种。园艺学家常常通过杂交的方式获得品种优良、丰富多彩的杂交卡特兰品种。世界上第一个人工杂交的卡特兰在 1856 年于英国育成，被命名为杂种卡特兰，由斑花卡特兰（C. guttata）和罗氏卡特兰（C. loddigesii）杂交而来[3]。卡特兰的原生种有 60 多个，但杂交品种则数以千计，现常见的栽培品种多通过与其近缘属，如 Brassavol、Laelia、Sophronitis 不断杂交选育而获得优良杂交种，也有见与 Epidendrum、Encylia 、Prosthechea、Barkeria 等属杂交而来的杂交品种[4-5]。
卡特兰生长的适宜环境为较温暖的气候条件，最适生长温度为昼夜20~30 ℃/15~20 ℃，较高的空气湿度，较好的光照条件，栽培中一般需要50%~60%的遮光，在 160 μmol/m2·s 光照强度下生长良好[6]，空气湿度宜保持在65%左右，但根部环境不能过湿，否则易造成根系腐烂。卡特兰为 CAM 植物，夜间吸收 CO2，光合作用大部分在晚上进行，因此夜间温度不能过低[7]。研究表明，25 ℃/20 ℃的昼夜温差能显著促进卡特兰花芽分化，花期提前，但对花芽质量和花数有一定影响；而 35 ℃/30 ℃的高温处理会抑制花芽分化并延迟开花，这主要是温度影响内源激素的含量，从而影响植株开花情况[8-9]。卡特兰不耐夏季高温，在 38 ℃及以上高温环境下会导致卡特兰休眠，而低于 10 ℃的冬季则会引起花芽凋落[10]。当环境温度降至 12 ℃以下时，植株就可能遭受低温伤害，需通过各类措施或设施设备及时加温，这使得卡特兰在寒冷地区的栽培应用变得困难，限制了卡特兰在我国低温地区和低温季节的广泛生产应用，因此选育具有较强抗寒性的卡特兰品种则显得十分重要。
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1.2 叶绿素含量及叶绿素荧光动力学参数与植物抗寒性
1.2.1 叶绿素含量与植物抗寒性
光合作用是植物生长发育必不可少的重要生命活动之一，而叶绿素是植物进行光合作用的主要色素，在光能吸收和利用过程中起核心作用[25]。叶绿素含量的变化直接影响光合作用的效率[26]，间接影响植物对逆境的适应能力。多数研究证明，随着低温胁迫温度下降及胁迫时间延长，低温胁迫可使植物细胞膜系统受损，使叶绿体包膜降解，结构受到严重破坏，植物叶绿素含量逐渐减少，抑制光合作用的有效进行[27-28]。不同品种叶绿素含量变化不尽相同，抗寒性强的品种叶绿素含量降幅更低[29]。但也有一些研究发现，低温胁迫过程中叶绿素含量上升，烟苗在低温胁迫 24 h 内叶绿素含量逐渐增加，48 h 后含量下降[30]；4℃连续处理海滨雀稗 28 天的过程中，其叶绿素含量总体呈现持续上升趋势[31]。低温胁迫下叶绿素含量的变化与低温胁迫程度和植物本身也有重要关系。
1.2.1 叶绿素含量与植物抗寒性
光合作用是植物生长发育必不可少的重要生命活动之一，而叶绿素是植物进行光合作用的主要色素，在光能吸收和利用过程中起核心作用[25]。叶绿素含量的变化直接影响光合作用的效率[26]，间接影响植物对逆境的适应能力。多数研究证明，随着低温胁迫温度下降及胁迫时间延长，低温胁迫可使植物细胞膜系统受损，使叶绿体包膜降解，结构受到严重破坏，植物叶绿素含量逐渐减少，抑制光合作用的有效进行[27-28]。不同品种叶绿素含量变化不尽相同，抗寒性强的品种叶绿素含量降幅更低[29]。但也有一些研究发现，低温胁迫过程中叶绿素含量上升，烟苗在低温胁迫 24 h 内叶绿素含量逐渐增加，48 h 后含量下降[30]；4℃连续处理海滨雀稗 28 天的过程中，其叶绿素含量总体呈现持续上升趋势[31]。低温胁迫下叶绿素含量的变化与低温胁迫程度和植物本身也有重要关系。
1.2.2 叶绿素荧光动力学参数与植物抗寒性
叶绿素荧光动力学包括 F0、Fm、Fv/Fm、NPQ 和 qP 等多个参数，随着科学仪器的不断发展，现通过叶绿素荧光仪测定植物叶绿素荧光动力学曲线被广泛应用于科学试验研究中。通过这种简便、高效且可不损耗植物材料的方式，科研试验者可以判断植物在各种逆境下的适应能力及其光合系统的变化情况，获得许多具有实际意义的研究结果。F0 指植物最小的荧光产量，它的大小与激发光的强度和叶片叶绿素含量有关，与光合作用光反应过程无关，可反映植物光合系统在低温等胁迫环境下受到的伤害程度。Fv/Fm 在逆境下的变化情况可反应植物潜在最大光合作用能力，通常胁迫越严重，其值下降越多[32]。
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第二章 材料与方法
2.1 研究材料
试验材料为‘圣诞玫瑰’（Sophrolaeliocattleya Doris and Byron ‘Christmasrose’）、‘红苹果’（Cattleya (Chien Ya Ruby x Mini Purple) 'Forever Red'）和‘金满意’（Rhyncattleanthe Young-Min Orange ‘Golden Satisfaction’）三个市场上具有一定规模化生产的卡特兰品种，均为从园艺公司直接购买的组培移栽苗，以盆栽形式养护在温室内，每盆 3~4 株，盆器规格为 10*12 cm，栽培基质为树皮和珍珠岩（5:1）混合基质，苗整齐均匀，生长健壮，大小一致，无病虫害。试验处理取材均选择同一时期萌发生长的一年生健壮叶片进行相关指标的测定。
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3.1 低温胁迫下三个卡特兰品种叶绿素含量及其荧光动力学参数的变化
3.1.1 低温胁迫下三个卡特兰品种叶绿素含量的变化
叶绿素荧光动力学包括 F0、Fm、Fv/Fm、NPQ 和 qP 等多个参数，随着科学仪器的不断发展，现通过叶绿素荧光仪测定植物叶绿素荧光动力学曲线被广泛应用于科学试验研究中。通过这种简便、高效且可不损耗植物材料的方式，科研试验者可以判断植物在各种逆境下的适应能力及其光合系统的变化情况，获得许多具有实际意义的研究结果。F0 指植物最小的荧光产量，它的大小与激发光的强度和叶片叶绿素含量有关，与光合作用光反应过程无关，可反映植物光合系统在低温等胁迫环境下受到的伤害程度。Fv/Fm 在逆境下的变化情况可反应植物潜在最大光合作用能力，通常胁迫越严重，其值下降越多[32]。
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第二章 材料与方法
2.1 研究材料
试验材料为‘圣诞玫瑰’（Sophrolaeliocattleya Doris and Byron ‘Christmasrose’）、‘红苹果’（Cattleya (Chien Ya Ruby x Mini Purple) 'Forever Red'）和‘金满意’（Rhyncattleanthe Young-Min Orange ‘Golden Satisfaction’）三个市场上具有一定规模化生产的卡特兰品种，均为从园艺公司直接购买的组培移栽苗，以盆栽形式养护在温室内，每盆 3~4 株，盆器规格为 10*12 cm，栽培基质为树皮和珍珠岩（5:1）混合基质，苗整齐均匀，生长健壮，大小一致，无病虫害。试验处理取材均选择同一时期萌发生长的一年生健壮叶片进行相关指标的测定。
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2.2 研究方法
2.2.1 试验处理
预处理：低温处理前，将 3 个卡特兰品种苗置于人工气候培养箱中预处理 5d，光照强度 3 000 lx，光照时间 12 h，相对湿度 65%，昼夜温度 28 ℃/18 ℃。
低温处理：将经过预处理的兰花苗，分别置于 5 ℃、10 ℃、15 ℃气候培养箱中放置处理 48 h 后，各个品种均选择部分植株用于叶绿素荧光动力学参数（Fv/Fm、Y(II)、NPQ、qP）和相对电导率（REC）的测定，同时分别取材于液氮速冻后，保存至-80 ℃超低温冰箱中暂存，用于测定丙二醛（MDA）含量、游离脯氨酸（Pro）含量、可溶性糖（SS）含量、可溶性蛋白质（SP）含量、游离氨基酸（AA）含量、超氧化物酶（SOD）活性、过氧化物酶（POD）活性以及过氧化氢酶（CAT）活性，重复 3 次。以常温处理（预处理之后、低温处理之前）的测定值作对照。降温及升温速率均为 3 ℃/h；低温处理期间，光照强度 3 000 lx，光照 23 h，暗适应 1 h（以便测定叶绿素荧光参数），相对湿度 65%。
2.2.1 试验处理
预处理：低温处理前，将 3 个卡特兰品种苗置于人工气候培养箱中预处理 5d，光照强度 3 000 lx，光照时间 12 h，相对湿度 65%，昼夜温度 28 ℃/18 ℃。
低温处理：将经过预处理的兰花苗，分别置于 5 ℃、10 ℃、15 ℃气候培养箱中放置处理 48 h 后，各个品种均选择部分植株用于叶绿素荧光动力学参数（Fv/Fm、Y(II)、NPQ、qP）和相对电导率（REC）的测定，同时分别取材于液氮速冻后，保存至-80 ℃超低温冰箱中暂存，用于测定丙二醛（MDA）含量、游离脯氨酸（Pro）含量、可溶性糖（SS）含量、可溶性蛋白质（SP）含量、游离氨基酸（AA）含量、超氧化物酶（SOD）活性、过氧化物酶（POD）活性以及过氧化氢酶（CAT）活性，重复 3 次。以常温处理（预处理之后、低温处理之前）的测定值作对照。降温及升温速率均为 3 ℃/h；低温处理期间，光照强度 3 000 lx，光照 23 h，暗适应 1 h（以便测定叶绿素荧光参数），相对湿度 65%。
2.2.2 测定方法
叶绿素含量、MDA、SS、Pro、SP、AA、SOD、POD 和 CAT 均采用苏州科铭生物技术有限公司的植物生理生化检测试剂盒进行测定。
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第三章 结果与分析..............................14
3.1 低温胁迫下三个卡特兰品种叶绿素含量及其荧光动力学参数的变化..............................14
3.1.1 低温胁迫下三个卡特兰品种叶绿素含量的变化....................14
3.1.2 低温胁迫下三个卡特兰品种 Fv/Fm 的变化........................... 15
第四章 结论与讨论.................................32
4.1 结论............................32
4.1.1 低温胁迫下三个卡特兰叶绿素含量及其荧光参数的变化....32
4.1.2 低温胁迫下三个卡特兰品种细胞膜的变化............................32
第三章 结果与分析叶绿素含量、MDA、SS、Pro、SP、AA、SOD、POD 和 CAT 均采用苏州科铭生物技术有限公司的植物生理生化检测试剂盒进行测定。
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第三章 结果与分析..............................14
3.1 低温胁迫下三个卡特兰品种叶绿素含量及其荧光动力学参数的变化..............................14
3.1.1 低温胁迫下三个卡特兰品种叶绿素含量的变化....................14
3.1.2 低温胁迫下三个卡特兰品种 Fv/Fm 的变化........................... 15
第四章 结论与讨论.................................32
4.1 结论............................32
4.1.1 低温胁迫下三个卡特兰叶绿素含量及其荧光参数的变化....32
4.1.2 低温胁迫下三个卡特兰品种细胞膜的变化............................32
3.1 低温胁迫下三个卡特兰品种叶绿素含量及其荧光动力学参数的变化
3.1.1 低温胁迫下三个卡特兰品种叶绿素含量的变化
由图 3-1 可知，不同低温胁迫下，三个卡特兰品种的叶绿素含量变化各不一致。随着低温胁迫温度的降低：‘圣诞玫瑰’叶绿素 a、叶绿素 b 和叶绿素总含量均显著下降，且变化趋势一致，呈现先降低后升高的趋势，但不同胁迫温度间差异较小；‘红苹果’叶绿素 a、叶绿素 b 和叶绿素总含量呈现“升-降-升”趋势，在 15 ℃和 5 ℃低温胁迫下极显著高于 CK 和 10 ℃低温胁迫。‘金满意’叶绿素 a 和叶绿素总含量变化趋势与‘圣诞玫瑰’一致，叶绿素 b 含量变化则与‘红苹果’一致。‘红苹果’和‘金满意’叶绿素 a、叶绿素 b 和叶绿素总含量在 10 ℃低温胁迫下总体上呈下降趋势，在 5 ℃低温胁迫下则极显著升高，说明5 ℃温度胁迫可能是其低温响应机制发生变化的一个节点。叶绿素 a/b 值的变化在一定程度上也能反映植物在逆境下的叶绿素变化情况，‘圣诞玫瑰’叶绿素a/b 值在低温胁迫下均增大，但叶绿素总含量下降，说明其叶绿素 b 的分解速度比叶绿素 a 更快；‘红苹果’和‘金满意’叶绿素 a/b 值总体上均减小，但随着温度降低，叶绿素 a/b 值逐渐增大，而不同胁迫温度下叶绿素总含量增减也不同，说明这两个品种的叶绿素 a 和叶绿素 b 含量在不同低温胁迫下的相对变化速度各不一致。低温胁迫下，‘圣诞玫瑰’叶绿素被分解，显著低于 CK，但叶绿素总含量保持较高水平；‘红苹果’和‘金满意’叶绿素总含量相对较低，但与 CK差异不显著或者显著高于 CK，且均在 5 ℃低温胁迫下大量合成叶绿素，说明‘红苹果’和‘金满意’对低温胁迫响应更积极，而‘圣诞玫瑰’则相反。根据低温胁迫下叶绿素含量的变化，三个卡特兰品种对低温胁迫的抵御能力为：‘红苹果’>‘金满意’>‘圣诞玫瑰’。
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第四章 结论与讨论
4.1 结论
4.1.1 低温胁迫下三个卡特兰叶绿素含量及其荧光参数的变化
4.1.1.1 低温胁迫下三个卡特兰品种叶绿素含量的变化不同
低温胁迫下，三个卡特兰品种的叶绿素含量变化各不相同。低温胁迫使‘圣诞玫瑰’叶绿素被分解，而‘红苹果’和‘金满意’叶绿素大量合成。‘圣诞玫瑰’叶绿素 a、叶绿素 b 和叶绿素总含量均显著下降，‘红苹果’叶绿素 a、叶绿素 b 和叶绿素总含量在 15 ℃和 5 ℃低温胁迫下极显著升高，在 10 ℃低温胁迫下则变化不显著，‘金满意’叶绿素 a 含量在 15 ℃和 10 ℃低温胁迫下显著降低，在 5 ℃低温胁迫下则显著升高，而叶绿素 b 含量均显著上升，叶绿素总含量的变化与叶绿素 a 含量变化一致。低温胁迫下三种叶绿素含量在不同胁迫温度和不同品种之间的变化差异显著。叶绿素 a/b 值总体上会随着胁迫温度的降低而逐渐增大，但由于三个卡特兰品种在低温胁迫下叶绿素 a 和叶绿素 b 含量的变化趋势不同，叶绿素 a/b 值所代表的含义也有所不同。
4.1.1.2 低温胁迫下三个卡特兰品种叶绿素荧光参数的变化
不同低温胁迫下，三个卡特兰品种的叶绿素荧光参数变化各不相同，但其光合作用均受到不同程度的负向影响。‘圣诞玫瑰’PSII 反应中心受到低温胁迫的影响较大，在不同低温胁迫下 Fv/Fm、Y(II)、NPQ 和 qP 均降低，除 Fv/Fm 和NPQ 之外，Y(II)和 qP 均与 CK 之间无显著差异。‘红苹果’在低温胁迫下能较好将过剩光能以热形式散失以保护自身，但其 PSII 反应中心仍然受到低温胁迫的负向影响，光合效率下降，其 NPQ 在不同低温胁迫下均升高，Fv/Fm、Y(II)和 qP 则相反；‘红苹果’Y(II)、NPQ 和 qP 在 15 ℃和 10 ℃低温胁迫下与 CK差异显著，Fv/Fm 则在 15 ℃和 10 ℃低温胁迫下与 CK 差异显著。‘金满意’在不同低温胁迫下光合效率降低，Fv/Fm 和 Y(II)均下降，但其热耗散功能及 PSII反应中心开放程度均较好，NPQ 和 qP 仅在 5 ℃低温胁迫下稍有降低。
参考文献（略）