高玉錄，仝亞軍，楊興旺，翟衡，杜遠(yuǎn)鵬，孫永江*

（1. 山東農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝科學(xué)與工程學(xué)院，山東泰安 271018；2. 煙臺(tái)張?jiān)＜瘓F(tuán)有限公司，山東煙臺(tái) 264000；3. 北京林業(yè)大學(xué)林學(xué)院/森林培育與保護(hù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100083）

高溫是對(duì)植物光合作用影響最大的環(huán)境因素之一，當(dāng)環(huán)境溫度達(dá)到35 ℃及以上時(shí)對(duì)光合作用過(guò)程產(chǎn)生不利影響[1]。高溫直接影響細(xì)胞質(zhì)的結(jié)構(gòu)，在短期內(nèi)出現(xiàn)癥狀，并可從受熱部位向非受熱部位傳遞蔓延。高溫引起的熱應(yīng)激嚴(yán)重限制植物的生長(zhǎng)及生產(chǎn)能力[2]，一方面抑制光合電子傳遞活性以及PSII氧化側(cè)的功能，導(dǎo)致氧氣釋放減少，降低花粉活力和籽粒灌漿，導(dǎo)致嚴(yán)重的產(chǎn)量損失[3]；另一方面還增加植物的蒸騰作用，進(jìn)一步促進(jìn)水分流失[4-5]。

世界農(nóng)業(yè)生產(chǎn)受到高溫壓力的威脅日益嚴(yán)重[6]，植物已經(jīng)進(jìn)化出許多適應(yīng)高溫脅迫的策略。例如，植物可以產(chǎn)生改變蛋白質(zhì)和細(xì)胞結(jié)構(gòu)的溶質(zhì)，通過(guò)滲透調(diào)節(jié)維持細(xì)胞膨脹，增加光合系統(tǒng)中的循環(huán)電子流，并調(diào)節(jié)抗氧化系統(tǒng)以重建細(xì)胞氧化還原平衡和體內(nèi)平衡[7-8]。盡管植物進(jìn)化出這些自我保護(hù)功能，但自我調(diào)節(jié)能力有限，因此，通過(guò)噴施外源有效誘導(dǎo)物質(zhì)是提高植物應(yīng)對(duì)高溫能力的重要農(nóng)藝措施。

乙酸（CH3COOH），又名醋酸、冰醋酸，是一種有機(jī)一元酸，為食醋主要成分，在自然界分布很廣，例如在水果或者植物油中，主要以酯的形式存在。乙酸廣泛用于化學(xué)、食品、紡織、皮革、制藥、橡膠和其他工業(yè)的重要化學(xué)品，是最重要的有機(jī)酸之一。研究發(fā)現(xiàn)，施加外源乙酸可提高擬南芥、油菜、玉米、水稻和小麥植株的耐旱性，其機(jī)理是外源乙酸促進(jìn)茉莉酸合成和組蛋白H4乙酰化的富集，從而影響茉莉酸信號(hào)通路對(duì)植物耐旱性的啟動(dòng)[9-10]。另外，干旱脅迫可以誘導(dǎo)植物乙酸合成的表達(dá)途徑基因的升高，確保擬南芥在干旱脅迫下能長(zhǎng)期存活[11-12]，這一研究有望開(kāi)發(fā)出一種更加簡(jiǎn)便易行的農(nóng)作物抗旱技術(shù)。植物激素脫落酸（ABA）在植物生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程以及由于受環(huán)境刺激而產(chǎn)生的應(yīng)激反應(yīng)中起關(guān)鍵作用[13-14]。內(nèi)源ABA是植物對(duì)這些脅迫反應(yīng)的關(guān)鍵內(nèi)源信使，并且ABA信號(hào)傳導(dǎo)對(duì)于改善植物性能是必不可少的。自從發(fā)現(xiàn)ABA作為誘導(dǎo)氣孔關(guān)閉的化學(xué)物質(zhì)以來(lái)，大量廉價(jià)的脫落酸相關(guān)產(chǎn)品，如S-誘抗素、ProTone、BioNik等被應(yīng)用。S-誘抗素以葡萄作為切入點(diǎn)，目前在世界主要的葡萄產(chǎn)地已廣泛推廣。除我國(guó)以外，在美國(guó)、巴西、智利、澳大利亞、日本以及東南亞等國(guó)家，S-誘抗素在改善葡萄著色，縮短葡萄果實(shí)的轉(zhuǎn)色期等方面的優(yōu)異表現(xiàn)，贏得了市場(chǎng)。

為探索提高田間葡萄抗高溫能力的外源誘導(dǎo)物及作用機(jī)制，本研究以田間5年生‘摩爾多瓦’（Moldova）為試材，以乙酸及ABA作為噴施材料，研究其對(duì)田間高溫脅迫下葡萄葉片光抑制的影響，為生產(chǎn)上提高葡萄抗高溫能力提供依據(jù)。

1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)及方法

1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2018年7—8月3次高溫期（7月21日氣象預(yù)報(bào)最高溫度36.2 ℃、7月25日氣象預(yù)報(bào)最高溫度37.6 ℃及8月1日氣象預(yù)報(bào)最高溫度37.0 ℃）在山東農(nóng)業(yè)大學(xué)南校區(qū)葡萄園進(jìn)行，黃壤土，正常肥水管理，試材為5年生籬架栽培的‘摩爾多瓦’，株行距為1.5 m×2 m。

選擇長(zhǎng)勢(shì)一致的4個(gè)石柱空間的葡萄（每空7～8株），于7月20日、7月24日及7月31日16:00分別噴布清水（對(duì)照）、10 mmol乙酸、10 μmol ABA及10 mmol乙酸＋10 μmol ABA，共4個(gè)處理，噴至葉片滴水為止。于7月21日、7月25日及8月1日高溫時(shí)段（14:00左右）進(jìn)行葉片光合生理指標(biāo)的測(cè)定。

1.2 測(cè)定指標(biāo)及方法

1.2.1 快速葉綠素?zé)晒庹T導(dǎo)曲線的測(cè)定

使用連續(xù)激發(fā)式熒光儀（Handy PEA，Hansatech，英國(guó)）測(cè)定快速葉綠素?zé)晒庹T導(dǎo)曲線。當(dāng)向暗適應(yīng)30 min后的葉片照射3000 μmol/(m2·s)的紅光時(shí)快速葉綠素?zé)晒馇€被誘導(dǎo)。初始記錄速度為每秒鐘10萬(wàn)次，即100 kHz，能夠捕捉到從O～P上升過(guò)程中更多的熒光變化信息，如可以捕捉到O～P變化過(guò)程中的另外兩個(gè)拐點(diǎn)（J點(diǎn)和I點(diǎn)）。通過(guò)JIP-test分析所得到的OJIP曲線，可得到如下參數(shù)：

最大光化學(xué)效率Fv/Fm＝(Fm-Fo)/Fm；

K點(diǎn)的相對(duì)可變熒光WK＝(FK-Fo)/(Fm-Fo)；

K點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)化后的相對(duì)可變熒光WK＝(FK-Fo)/(FJ-Fo)；

J點(diǎn)的相對(duì)可變熒光VJ＝(FJ-Fo)/(Fm-Fo)；

單位面積具有活性的反應(yīng)中心的數(shù)量RC/CSm＝φPo·(VJ/Mo)·(ABS/CSm)；

反應(yīng)中心捕獲的激子將電子傳遞到QA以后的效率Ψo＝ETo/TRo；

吸收的光量子用于電子傳遞的效率ΨEo＝ETo/ABS

1.2.2 調(diào)制式葉綠素?zé)晒鈪?shù)的測(cè)定

采用英國(guó)Hansatech公司的FMS-2型便攜脈沖調(diào)制式熒光儀測(cè)定。以植物的生長(zhǎng)環(huán)境光強(qiáng)為作用光，測(cè)得葉片實(shí)際生長(zhǎng)光強(qiáng)下的熒光值（Fs）；再給一個(gè)強(qiáng)閃光（5000 μmoL/(m2·s)），脈沖時(shí)間0.7 s，熒光上升到能化類囊體最大熒光（Fm'），進(jìn)行熒光參數(shù)日變化測(cè)定時(shí)采用開(kāi)放式適配器，利用實(shí)際自然光為作用光，測(cè)得最大熒光（Fm'）。暗適應(yīng)幾秒后打開(kāi)遠(yuǎn)紅光，5 s后測(cè)最小熒光（Fo'）。實(shí)際光化學(xué)效率φPSⅡ＝(Fm'－Fs)/Fm'。

圖1 測(cè)定當(dāng)天的環(huán)境因子Figure 1 Environmental factors for the day of the assay

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)及處理方法

用Microsoft Excel軟件進(jìn)行試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理分析及作圖，用SPSS 24.0軟件進(jìn)行單因素方差性分析及多重比較。

2 結(jié)果及分析

2.1 測(cè)定當(dāng)天的環(huán)境因子

從圖1可以看出，3次高溫日均在14:00左右達(dá)到最高溫度，高溫值分別為36.2 ℃、37.6 ℃、37.0 ℃，3次的光照強(qiáng)度均在1300 μmol/(m2·s)左右，空氣濕度均約66%左右。屬于典型的夏季高溫、適光、中等濕度天氣條件。

2.2 噴布乙酸及ABA對(duì)Fv/Fm及φPSⅡ的影響

從圖2中可以看出，在3次高溫脅迫日，無(wú)論噴乙酸還是ABA及其組合，對(duì)維持最大光化學(xué)效率都有明顯作用，尤其是在第1次和第3次高溫脅迫日，各處理與對(duì)照有顯著差異。不同處理中，單獨(dú)噴布乙酸的效果與單獨(dú)噴布ABA的效果類似，二者沒(méi)有顯著差異；而乙酸＋ABA具有加性效應(yīng)，3次高溫脅迫后測(cè)定Fv/Fm平均比對(duì)照提高14.03%，比單獨(dú)乙酸處理平均提高4.43%，比單獨(dú)ABA處理平均提高4.37%。

φPSⅡ表示PSⅡ?qū)嶋H光化學(xué)效率。從圖2可以看出，3個(gè)處理效果都比較明顯，第一次高溫脅迫以單獨(dú)乙酸處理效果顯著，第3次以乙酸＋ABA組合處理效果顯著，ABA以第1次和第3次高溫脅迫日有效果，但不顯著。

圖2 處理對(duì)Fv/Fm及φPSⅡ的影響Figure 2 The effect of treatment on Fv/Fm andφPSⅡ

2.3 噴布乙酸及ABA對(duì)PSⅡ電子傳遞鏈活性的影響

K點(diǎn)熒光的相對(duì)變化值（WK）表示PSⅡ供體側(cè)放氧復(fù)合體（oxygen evolution complex，OEC）受傷害程度，WK升高表示PSⅡ供體側(cè)受到傷害。圖3A中可以看出，各處理對(duì)緩解高溫脅迫后WK的下降有一定作用，但僅以第3次高溫脅迫處理的WK與對(duì)照有顯著差異。

RC/CSm表示單位面積有活性的反應(yīng)中心的比例。3次高溫脅迫后各處理的RC/CSm與對(duì)照相比均有上升趨勢(shì)（圖3B)，但以乙酸＋ABA組合效果顯著，其次以乙酸效果稍好。

圖3 處理對(duì)高溫脅迫下葉片快速葉綠素?zé)晒鈩?dòng)力學(xué)參數(shù)的影響Figure 3 Effects of treatment on Rapid chlorophyll fluorescence kinetic parameters of leaves under high temperature stress

ΨEo表示電子傳遞的量子產(chǎn)額。從圖3C看出，這3次的量子產(chǎn)額整體以乙酸＋ABA組合處理效果顯著，且有顯著性差異。乙酸處理效果也較為明顯，第2次有顯著性差異，第3次有差異但不顯著。ABA處理以第2次最為明顯。

2.4 噴布乙酸及ABA對(duì)光合綜合性能指數(shù)的影響

光合性能指數(shù)（Plabs）能更準(zhǔn)確地反映植物光合機(jī)構(gòu)的狀態(tài)，更好地反映脅迫對(duì)光合機(jī)構(gòu)的影響。從圖4中可以看出，整體光合指數(shù)較高，其中乙酸＋ABA組合處理3次高溫日對(duì)綜合Plabs表現(xiàn)效果明顯，乙酸處理與對(duì)照有顯著差異，后面2次ABA處理的高溫日差異顯著。

3 討論與結(jié)論

高溫是嚴(yán)重影響植物生長(zhǎng)發(fā)育的脅迫因子，是葡萄生產(chǎn)面臨的重要逆境脅迫。研究發(fā)現(xiàn)，高溫脅迫會(huì)抑制光合電子傳遞活性，使PSⅡ功能受阻，導(dǎo)致氧氣釋放量減少，也會(huì)導(dǎo)致PSⅡ反應(yīng)中心失活[2]。植物葉片光抑制產(chǎn)生的原因是由于光系統(tǒng)修復(fù)速率低于破壞速率造成[15]，葉綠素?zé)晒鈩?dòng)力學(xué)是反應(yīng)植物生理性能的有效探針，能快速、準(zhǔn)確地反映植物受抑制程度[16]。本試驗(yàn)以乙酸及ABA作為噴布材料，在葡萄方面探索乙酸及ABA對(duì)高溫脅迫的影響。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，高溫嚴(yán)重抑制葡萄PSⅡ的活性，影響PSⅡ最大光化學(xué)效率及實(shí)際光化學(xué)效率，導(dǎo)致PSⅡ供體側(cè)（WK）、反應(yīng)中心（RC/CSm）受到嚴(yán)重抑制。而且WK升高，表明PSⅡ供體側(cè)（OEC）受傷害程度大于受體側(cè)的傷害程度[17]，這與卞鳳娥等[18]的研究結(jié)果一致，高溫還導(dǎo)致葉片的綜合光合性能指數(shù)以及PSII的電子傳遞受到明顯抑制。

圖4 處理對(duì)光合綜合性能指數(shù)的影響Figure 4 Effect of treatment on photosynthetic characteristics and stomatal conductance

本研究發(fā)現(xiàn)，葉片噴布乙酸及ABA后明顯緩解高溫脅迫的危害，其中乙酸及兩者混合效果相對(duì)較明顯，噴布乙酸明顯提高PSⅡ最大光化學(xué)效率及實(shí)際光化學(xué)效率，提高綜合光合性能指數(shù)，從而提高葉片整體的光合能力，減少PSⅡ供體側(cè)、反應(yīng)中心及受體側(cè)的受傷害程度，表明葉面噴施乙酸能保護(hù)PSⅡ免受高溫脅迫的傷害，能提高PSⅡ的電子傳遞[19]。ABA的效果與乙酸的效果類似但沒(méi)有乙酸效果顯著，相比于乙酸而言，ABA在高溫時(shí)段氣孔關(guān)閉程度更加顯著。在高溫脅迫下，乙酸能保持較高的光化學(xué)效率，耗散過(guò)多的能量，降低光抑制程度，從而保持葡萄葉片具有較好的耐熱性。大多數(shù)情況下熒光參數(shù)以復(fù)合處理效果較好，且具有加性效應(yīng)，即隨著高溫次數(shù)的增加葉片應(yīng)對(duì)高溫脅迫的能力增加；而且各噴布處理能穩(wěn)定光合性能，不隨高溫脅迫的持續(xù)而波動(dòng)。綜上所述，乙酸及ABA能較好的緩解高溫脅迫，其中以乙酸與ABA混合作用效果較為顯著，能有效保護(hù)PSⅡ免受高溫傷害。