霍俊偉，張壯飛，秦 棟，張利軍，范 臨，李曙雷，王雪嬌

（東北農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院，哈爾濱 150030）

黑穗醋栗（Ribes nigrum L.）屬于虎耳草科（Saxifragaceae）茶藨子屬（Ribes）多年生落葉叢生灌木果樹，是黑龍江省優(yōu)勢(shì)果樹樹種之一。黑穗醋栗果實(shí)含有較高的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)并具有醫(yī)療保健價(jià)值，適于冷藏、冷凍和加工，已成為世界上主要的經(jīng)濟(jì)作物之一[1]。

溫度是影響植物分布和生長(zhǎng)發(fā)育最主要的環(huán)境因子[2]，近幾年隨著“溫室效應(yīng)”的逐年加劇，全球氣溫不斷升高，哈爾濱地區(qū)高溫天氣時(shí)有出現(xiàn)，影響黑穗醋栗生產(chǎn)。尤其是在果實(shí)成熟期（7月份），高溫致使葉片灼傷，萎蔫，隨后焦枯，早衰、落葉，極易造成二次萌發(fā)，嚴(yán)重影響下一年的生長(zhǎng)、萌發(fā)及產(chǎn)量，這使原本起源于寒帶的黑穗醋栗面臨極大的生存考驗(yàn)，因此研究高溫脅迫對(duì)黑穗醋栗生長(zhǎng)發(fā)育的影響具有重要意義。

高溫脅迫對(duì)植物的光合作用參數(shù)及葉綠素?zé)晒鈪?shù)都有明顯的影響，對(duì)馬鈴薯[3]、葡萄[4]、黃瓜[5]等作物的研究表明，光合作用是植物對(duì)高溫最敏感的生理過程之一[6]。高等植物高溫脅迫使植物葉綠素?zé)晒鈪?shù)Fv/Fm、q P、ETR明顯下降，而NPQ明顯上升，表明高溫脅迫使植物通過降低光能的捕獲及通過PSⅡ的電子傳遞效率來保護(hù)中心系統(tǒng)。因此研究高溫下植物光合作用及葉綠素?zé)晒獾淖兓兄诟昧私馄涓邷剡m應(yīng)性，目前高溫脅迫對(duì)黑穗醋栗葉片光合參數(shù)的影響方面研究未見報(bào)道。本試驗(yàn)以不耐熱品種94-4-13（Ribes nigrum L.94-4-13）和耐熱品種黑豐（Ribes nigrum L.heifeng）為試材，探討不同溫度高溫對(duì)其光合作用和葉綠素?zé)晒鈪?shù)的影響，以期了解黑穗醋栗在高溫脅迫下的光合作用變化規(guī)律，為選育耐高溫黑穗醋栗新品種提供科學(xué)依據(jù)，并為黑穗醋栗優(yōu)質(zhì)安全生產(chǎn)及栽培管理提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

試驗(yàn)于2011年6～10月在東北農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝實(shí)驗(yàn)站進(jìn)行，將黑豐和94-4-13兩品種半木質(zhì)化枝條扦插于15 c m×15 c m的營(yíng)養(yǎng)缽，基質(zhì)為草炭土、河沙、黑土、糞土（4∶4∶3∶1）的混合土。正常管理2個(gè)月，待長(zhǎng)出5～6片功能葉時(shí)，選取整齊一致、生長(zhǎng)健壯幼苗轉(zhuǎn)入光照40μm o l·m-2·s-1濕度為65%的光照培養(yǎng)箱。做如下處理：三批長(zhǎng)勢(shì)一致的小苗，分別放入25℃/22℃（正常溫度）、35℃/25℃（輕度高溫脅迫）、42℃/28℃（重度高溫脅迫）的光照培養(yǎng)箱中，晝/夜（12h/12h），處理當(dāng)天為第1天，以后每隔2d測(cè)定光合作用和葉綠素?zé)晒庀嚓P(guān)參數(shù)。為防止高溫引發(fā)水分脅迫，盆底設(shè)置托盤（水深1～1.5c m）補(bǔ)充基質(zhì)水分保濕。每處理設(shè)3次重復(fù)，每重復(fù)3株。

采用LI-6400(美國(guó)LI-COR公司)便攜式光合作用測(cè)量?jī)x和LI-6400-09熒光葉室測(cè)定黑穗醋栗葉片的凈光合速率（Pn）、細(xì)胞間隙CO2濃度（Ci）、氣孔導(dǎo)度（G s）、蒸騰速率（Tr）、初始熒光（F0）、最大熒光（Fm）、可變熒光（Fv）、PSⅡ的最大光化學(xué)效率（Fv/Fm）及光適應(yīng)樣品的最小熒光（F0'）和最大熒光（Fm'）等光合指標(biāo)和葉綠素?zé)晒鈪?shù)。每個(gè)處理重復(fù)3次，每次重復(fù)測(cè)定3株，計(jì)算平均值及標(biāo)準(zhǔn)誤。測(cè)定時(shí)設(shè)定葉室溫度25℃、光照強(qiáng)度1000μm o l·m-2·s-1、CO2濃度 38 0μL·L-1。

2 結(jié)果與分析

2.1 高溫脅迫對(duì)黑穗醋栗幼苗葉片氣體交換參數(shù)的影響

2.1.1 對(duì)凈光合速率（Pn）和胞間二氧化碳濃度（Ci）的影響

黑穗醋栗幼苗葉片Pn在25℃處理下隨時(shí)間的增加變化不顯著，但在相同的處理時(shí)間下兩品種之間存在差異（見表1）。在35℃下處理3d時(shí)，品種黑豐和94-4-13分別下降13.6%和26.7%；處理5 d時(shí)黑豐和94-4-13分別回升1.7%和7.9%；處理7d時(shí)，94-4-13又下降19.2%而黑豐繼續(xù)上升1.1%。在35℃下黑豐、94-4-13處理1 d和處理7d存在顯著性差異（見表2）。在42℃高溫下處理Pn均隨時(shí)間的增加而持續(xù)下降，在處理7d時(shí)，兩品種Pn值均降低到最低點(diǎn)，分別為4.7和3.6μm o l·m-2·s-1，比對(duì)照（1d）下降78.3%和78.9%（見表3）。

黑穗醋栗葉片Ci在高溫處理下呈先下降后上升趨勢(shì)，在25℃處理下，黑豐和94-4-13都呈現(xiàn)出先降低后升高的總體趨勢(shì)，但是兩品種間存在顯著性差異（見表1）。在35℃處理時(shí)，黑豐表現(xiàn)出先下降而后升高后又繼續(xù)下降然后升高的總體趨勢(shì)；而94-4-13則表現(xiàn)出先下降而后持續(xù)升高的趨勢(shì)。在處理7d時(shí)兩品種存在顯著性差異（見表2）。在42℃下，黑豐在1～5 d內(nèi)持續(xù)上升，而5 d后有所下降。94-4-13則正相反，1～5d內(nèi)迅速下降，5d后有所上升。第1天時(shí)兩品種間差異不顯著，而處理第5天時(shí)兩個(gè)品種存在顯著差異（見表3）。

表1 25℃處理對(duì)黑穗醋栗葉片Pn、Ci、Gs、Tr的影響Table1 Effects of 25℃temperature on Pn,Ci,Gs and Tr of black current leaf

表2 35℃處理對(duì)黑穗醋栗葉片Pn、Ci、Gs、Tr的影響Table2 Effects of 35℃temperature on Pn,Ci,Gs and Tr of black current leaf

表3 42℃處理對(duì)黑穗醋栗葉片Pn、Ci、Gs、Tr的影響Table3 Effects of 42℃temperature on Pn,Ci,Gs and Tr of black current leaf

2.1.2 對(duì)氣孔導(dǎo)度（Gs）和蒸騰速率（Tr）的影響

黑豐和94-4-13的G s在25℃下均表現(xiàn)出“降-升-降”的總體趨勢(shì)，且兩品種間差異不顯著（見表1）。黑豐和94-4-13的G s在高溫35℃處理3 d時(shí)均顯著下降，分別下降40.9%和57.6%，35℃在處理5 d時(shí)均有所回升，分別由0.13和0.11 m o l·m-2·s-1回升至0.22和 0.23m o l·m-2·s-1。處理7d時(shí)又繼續(xù)下降（見表2）。而42℃處理則使黑豐和94-4-13的G s持續(xù)下降，脅迫至7d時(shí)，G s降至最低值0.07和0.09m o l·m-2·s-1，分別為對(duì)照（1 d）的30.4%和39.1%（見表3）。

黑穗醋栗幼苗的Tr在25℃下變化不顯著，且兩品種間無差異（見表1）。黑穗醋栗幼苗黑豐在35℃高溫脅迫下Tr呈現(xiàn)出先迅速下降后稍微上升又繼續(xù)下降的趨勢(shì)；而94-4-13表現(xiàn)出先下降而后持續(xù)上升的趨勢(shì)，處理7d時(shí)94-4-13的Tr顯著高于黑豐（見表2）。而42℃下呈現(xiàn)出持續(xù)下降的趨勢(shì)。與對(duì)照（1 d）相比，高溫35℃處理3d的黑豐和94-4-13的Tr值分別下降46.6%、49.17%；至7d時(shí)黑豐又下降10.3%，而94-4-13則回升54.2%。42℃高溫處理3d黑豐和94-4-13的Tr值分別下降20.4%、13.1%，42℃處理下Tr值持續(xù)下降至7d時(shí)達(dá)到最低點(diǎn)，分別是2.18和1.66m o l·m-2·s-1，分別比對(duì)照（1d）下降62.7%和44.9%（見表3）。

2.2 高溫脅迫對(duì)黑穗醋栗幼苗葉片葉綠素?zé)晒鈪?shù)的影響

2.2.1 對(duì)最大光化學(xué)效率（Fv/Fm）的影響

可變熒光與最大熒光的比值（Fv/Fm）反映PSⅡ的最大光能轉(zhuǎn)化效率以及環(huán)境因素對(duì)PSⅡ電子傳遞系統(tǒng)的影響效應(yīng)。在25℃處理下1～7d內(nèi)，兩個(gè)品種的葉片PSⅡ最大光化學(xué)效率Fv/Fm變化不顯著且兩品種間存在差異，但是不顯著（見表4）。而35與42℃處理則導(dǎo)致兩品種的Fv/Fm均下降，但在不同高溫處理下變化趨勢(shì)有所差異。在35℃處理第3天，F(xiàn)v/Fm分別和對(duì)照（第1天）相比下降3.53%（94-4-13）、4.54%（黑豐）；35℃處理第5天時(shí)，F(xiàn)v/Fm均有所上升，黑豐、94-4-13分別為0.8 5、0.8 2，分別是對(duì)照（第1天）的96.5%和97.6%（見表5）。兩個(gè)品種的Fv/Fm在42℃處理下均持續(xù)下降，在7d時(shí)達(dá)最低值，分別為0.70、0.72，是對(duì)照的79.5%和8 3.7%（見表6）。

2.2.2 對(duì)光化學(xué)猝滅系數(shù)（qP）和非光化學(xué)猝滅系數(shù)（NPQ）的影響

25℃處理下1～7d內(nèi)黑豐和94-4-13葉片的NPQ、q P變化不顯著，品種間無顯著差異（見表4）。在35℃高溫處理下，黑豐和94-4-13葉片的光化學(xué)猝滅系數(shù)q P呈先下降而后升高再下降的總體趨勢(shì)（見表5）；42℃處理下則表現(xiàn)出持續(xù)下降的總體趨勢(shì)（見表6）。35℃下處理3d時(shí)，黑豐和94-4-13分別下降25.0%和11.3%；5 d后分別回升4.08%和15.2%；7d時(shí)降至最低值分別是0.39和0.20。42℃處理時(shí)，至第7天下降至最低值分別是0.26和0.15，為對(duì)照（1 d）的46.4%和28.3%。黑豐葉片的非光化學(xué)淬滅系數(shù)NPQ在35℃處理下呈持續(xù)增加的趨勢(shì)，在7d時(shí)達(dá)到最大值1.93，為對(duì)照（1 d）的135.7%。94-4-13則表現(xiàn)出先增加而后降低在增加的總體趨勢(shì)，在處理3d時(shí)94-4-13葉片的NPQ與對(duì)照相比上升21.7%，而5 d后又下降5.43%，7d后上升1.8 3，為對(duì)照的126.2%（見表5）。黑豐和94-4-13葉片的NPQ在42℃處理下均呈隨處理時(shí)間的增加而顯著持續(xù)上升，在處理第7天時(shí)，黑豐和94-4-13葉片的NPQ分別為2.29和2.57，94-4-13顯著高于黑豐。分別為對(duì)照的44.0%和27.2%。

表4 25℃處理對(duì)黑穗醋栗葉片F(xiàn)v/Fm、qP、NPQ、ETR的影響Table4 Effects of 25℃temperature on Fv/Fm,qP,ETR and NPQ in leaf of black current

2.2.3 對(duì)電子傳遞速率（ETR）的影響

不同品種在高溫脅迫后，其電子傳遞速率ETR均呈下降趨勢(shì)（見表5、6），在25℃下處理1～7d內(nèi)，兩品種變化都不顯著，但品種間存在顯著差異，黑豐顯著高于94-4-13（見表4）。在35、42℃處理下，兩品種都是隨處理時(shí)間延長(zhǎng)而持續(xù)下降。黑豐和94-4-13在35℃處理下7d分別下降28.5%和31.2%；黑豐和94-4-13在42℃處理下7d分別下降73.4%和78.4%，35℃處理下黑豐和94-4-13 1 d的ETR顯著高于處理7d時(shí)的ETR；而42℃處理下黑豐和94-4-131 d的ETR極顯著高于處理7d時(shí)的ETR。

表5 35℃處理對(duì)黑穗醋栗葉片F(xiàn)v/Fm、qP、NPQ、ETR的影響Table5 Effects of 35℃temperature on Fv/Fm,qP,ETR and NPQ in leaf of black current

表6 42℃處理對(duì)黑穗醋栗葉片F(xiàn)v/Fm、qP、NPQ、ETR的影響Table6 Effects of 42℃temperature on Fv/Fm,qP,ETR and NPQ in leaf of black current

3 討論

3.1 高溫脅迫對(duì)氣體交換參數(shù)的影響

本試驗(yàn)中，黑穗醋栗品種黑豐和94-4-13在25℃下處理1～7d內(nèi)，葉片Pn、Tr變化不顯著，在35、42℃高溫下處理7d后，Pn、Tr均顯著下降，表明黑穗醋栗在35和42℃下均受到傷害。而35℃下處理5d時(shí)有所回升，42℃則表現(xiàn)出持續(xù)迅速下降，這表明黑穗醋栗兩個(gè)品種對(duì)高溫具有一定抗性，35℃能通過自身調(diào)節(jié)適應(yīng)高溫脅迫，而42℃對(duì)黑穗醋栗產(chǎn)生嚴(yán)重影響，導(dǎo)致光合作用和蒸騰作用不可逆下降。差異顯著性分析表明兩個(gè)品種中黑豐和94-4-13的耐熱性存在差異，35℃下黑豐表現(xiàn)出平穩(wěn)下降，而94-4-13表現(xiàn)出大幅下降并大幅回升，42℃處理下黑豐Pn、Tr均顯著高于94-4-13，這是由于黑豐比94-4-13更耐熱造成的。

高溫對(duì)光合作用的抑制機(jī)理有兩種觀點(diǎn)，一種氣孔限制，一種是非氣孔限制。氣孔限制是降低G s，使葉綠體內(nèi)CO2供應(yīng)受阻[6]，非氣孔限制是葉肉細(xì)胞氣體擴(kuò)散阻抗增加、CO2溶解度下降、Ru b i s c o對(duì)CO2的親和力降低或光合機(jī)構(gòu)關(guān)鍵成分的熱穩(wěn)定性降低等原因所致[7]。本研究表明，42℃處理下1～5 d黑豐Pn、G s的下降伴隨著Ci的上升，因此非氣孔因素的抑制作用可能占主導(dǎo)地位，5 d后Ci下降表明氣孔因素占主導(dǎo)地位。而94-4-13則正好相反，1～5 d可能是氣孔因素的抑制作用占主導(dǎo)，5d后非氣孔因素占主導(dǎo)。

3.2 高溫脅迫對(duì)葉綠素?zé)晒鈪?shù)的影響

本研究表明，高溫脅迫明顯降低的光合電子傳遞量子效率ETR和光化學(xué)淬滅系數(shù)q P，而提高非光化學(xué)淬滅系數(shù)NPQ，這與前人在椰花菜[8]、菊花[9]、韭菜[10]、菜豆[11]上的試驗(yàn)結(jié)果相一致（見表2）。但是PSⅡ最大的量子效率Fv/Fm雖然有所下降但是不顯著，這與在菊花和韭菜上研究結(jié)果存在一定的差異，這可能與試驗(yàn)試材有關(guān)。葉綠素?zé)晒鈪?shù)Fv/Fm常被用作表明環(huán)境脅迫程度的指標(biāo)和探針[12]。本試驗(yàn)中35℃/25℃處理沒有引起Fv/Fm的明顯變化，42℃/28℃處理則使黑穗醋栗Fv/Fm有所下降，但是下降幅度不是很大。黑穗醋栗葉片的Fv/Fm對(duì)高溫脅迫反映可能并不敏感。

已有結(jié)果表明，高溫脅迫抑制電子傳遞，增強(qiáng)分子態(tài)氧為受體的支路反應(yīng)，導(dǎo)致并增強(qiáng)活性氧積累量，為避免傷害，形成自保護(hù)適應(yīng)機(jī)制，酶促防御系統(tǒng)形成，非光化學(xué)猝滅系數(shù)NPQ增加，散失剩余能量。光化學(xué)猝滅系數(shù)q P反映PSⅡ天線色素吸收的光能用于化學(xué)電子傳遞的份額，是由于QA等再氧化所造成，因而它與電子傳遞、光合氧化等過程直接相關(guān)。q P越大，QA-重新氧化形成QA的量愈大，即PSⅡ的電子傳遞活性越大[13]。本試驗(yàn)結(jié)果表明，在42℃高溫下，黑穗醋栗幼苗葉片q P下降。

本研究表明，高溫脅迫對(duì)黑穗醋栗光合機(jī)構(gòu)的傷害程度與傷害部位均存在明顯的劑量效應(yīng)，35℃/25℃高溫下q P呈先下降后上升的趨勢(shì)，而42℃/28℃下q P一直呈下降趨勢(shì)，說明中度高溫處理35℃/25℃首先抑制QA到QB的電子傳遞，然后電子供體端或天線系統(tǒng)才受到破壞；而短期極端高溫42℃/28℃處理就造成供體端放氧復(fù)合體的失活。

黑穗醋栗品種黑豐和94-4-13耐熱性存在差異，黑豐比94-4-13更耐高溫。不同溫度和不同品種的黑穗醋栗對(duì)高溫的反映有所不同，35℃高溫對(duì)其有一定的影響，但是兩品種可以通過自身的調(diào)整而適應(yīng)35℃高溫，但42℃的高溫時(shí)，無論是黑豐還是94-4-13均會(huì)造成其光合作用和蒸騰作用的不可逆下降，并對(duì)黑穗醋栗PSⅡ造成嚴(yán)重傷害。因此在夏季高溫時(shí)，對(duì)黑穗醋栗要及時(shí)采取相應(yīng)降溫措施。

[1]宋楊,張春雨,張志東.黑穗醋栗品種親緣關(guān)系的ISSR分析[J].園藝學(xué)報(bào),2011,38(9):1747-1752.

[2]陳培琴,郁松林.植物在高溫脅迫下的生理研究進(jìn)展[J].中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào),2006,22(5):223-224.

[3]Wang L X,Jin X,Li J P.Effects of short-term high temperature stress on the photosynthesis of potato in different growth stages[J].Agriculture Science&Technology,2011,12(3):317-321.

[4]鄭秋玲,譚偉,馬寧,等.鈣對(duì)高溫下巨峰葡萄葉片光合作用和葉綠素?zé)晒獾挠绊慬J].中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué),2010,43(9):1963-1968.

[5]孫艷,樊艷麗.草酸對(duì)高溫脅迫下黃瓜葉片光合機(jī)構(gòu)和葉黃素循環(huán)的影響[J].中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué),2005,38(9):1774-1779.

[6]Berry J,Bjorkman O.Photosynthetic response and adaptation to temperature in higher plants[J].Annu Rev Plant Physiol,1980,31:491-500.

[7]許大全,沈允鋼.光合作用的限制因素[M]//余叔文,湯章城.植物生理與分子生物學(xué).北京:科學(xué)出版社,1998:262-276.

[8]汪炳良,徐敏,史慶華.高溫脅迫對(duì)早熟花椰菜葉片抗氧化系統(tǒng)和葉綠素及其熒光參數(shù)的影響[J].中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué),2004,37(8):1245-1250.

[9]孫憲芝,鄭成淑,王秀峰.高溫脅迫對(duì)切花菊‘神馬’光合作用與葉綠素?zé)晒獾挠绊慬J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào),2008,19(10):2150-2154.

[10]楊建婷,柴青,劉玉華.冀西北高原區(qū)高溫脅迫對(duì)韭菜葉綠素?zé)晒獾挠绊慬J].華北農(nóng)學(xué)報(bào),2010,25(5):132-136.

[11]高麗紅,尚慶茂,馬海艷.兩種不同耐熱性菜豆品種在高溫脅迫下葉綠素a熒光參數(shù)的差異[J].中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào),2004,20(1):173-175.

[12]陳貽竹,李曉萍,夏麗.葉綠素?zé)晒饧夹g(shù)在植物環(huán)境脅迫研究中的應(yīng)用[J].熱帶亞熱帶植物學(xué)報(bào),1995,3(4):79-86.

[13]馮建燦,胡秀麗,毛訓(xùn)甲.葉綠素?zé)晒鈩?dòng)力學(xué)在研究植物逆境生理中的應(yīng)用[J].經(jīng)濟(jì)林研究,2002,20(4):14-18.

[14]吳韓英,壽森炎,朱祝軍.高溫脅迫對(duì)甜椒光合作用和葉綠素?zé)晒獾挠绊慬J].園藝學(xué)報(bào),2001,28(6):517-521.

[15]馮立國(guó),俞菊,陶俊.高溫脅迫對(duì)一品紅光合作用與葉綠素?zé)晒獾挠绊慬J].揚(yáng)州大學(xué)學(xué)報(bào),2009,30(3):71-74.