高尚，蔡莉萍,2，單長(zhǎng)卷*

（1.河南科技學(xué)院，河南新鄉(xiāng) 453003；2.漯河食品職業(yè)學(xué)院，河南漯河 462000）

0 引言

【研究意義】硒（Se）是人體必需的微量元素，亦會(huì)對(duì)植物生長(zhǎng)發(fā)育起到促進(jìn)作用[1]。外源施用硒元素能夠提高植物抗氧化及拮抗重金屬的能力，同時(shí)對(duì)植物果實(shí)品質(zhì)提升有顯著效果[2-3]。研究硒元素的應(yīng)用對(duì)提高農(nóng)業(yè)種植效率及作物經(jīng)濟(jì)效益具有重要意義。光合作用作為植物重要的生理活動(dòng)之一，其不僅為植物生命活動(dòng)提供必要能量，同時(shí)在物質(zhì)代謝過(guò)程中起到重要作用[4]?！狙芯窟M(jìn)展】耶興元[5]、胡旭雅等[6]、張楊楊等[7]研究表明，外源施硒能夠顯著提升獼猴桃、山核桃、甜瓜等植物光合能力，進(jìn)而提升其果實(shí)中蛋白質(zhì)、可溶性糖、游離氨基酸及維生素C 等物質(zhì)量，以達(dá)到提升果實(shí)品質(zhì)的目的。在草莓方面，許真等[8]、張海英等[9]研究表明，外源施加適量硒能夠顯著提升草莓果實(shí)中維生素、可溶性糖、花色苷及總酚等重要營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)量?！厩腥朦c(diǎn)】近年來(lái)，對(duì)硒應(yīng)用于草莓種植的相關(guān)研究，已取得一定進(jìn)展，但外源硒對(duì)草莓光合特性影響的相關(guān)研究較少，且前人研究多以無(wú)機(jī)硒為手段，對(duì)于有機(jī)態(tài)硒的研究較少。因此，研究草莓光合特性對(duì)有機(jī)態(tài)硒的響應(yīng)，對(duì)生產(chǎn)中草莓光合效率及有機(jī)物積累能力的提升具有較大意義。

【擬解決的關(guān)鍵問(wèn)題】本研究通過(guò)盆栽試驗(yàn)并以不同添加量硒代蛋氨酸（SeMet）溶液進(jìn)行葉面噴施處理，旨在研究外源SeMet對(duì)草莓光合作用相關(guān)指標(biāo)及有機(jī)物質(zhì)積累的影響，并篩選出最佳應(yīng)用添加量，以期為研究有機(jī)硒調(diào)控草莓果實(shí)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)積累及在生產(chǎn)中草莓栽培措施改進(jìn)和植株光合效率提升提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試材料為甜查理草莓苗。該品種由美國(guó)引入，具有休眠淺、產(chǎn)量高、抗逆性強(qiáng)、生長(zhǎng)勢(shì)強(qiáng)、大果型、品質(zhì)好和耐儲(chǔ)存等優(yōu)良特性，因此得以在我國(guó)廣泛種植和銷售[10]。選用植株生長(zhǎng)狀況良好且大小相近的草莓苗，定植于制式塑料盆中，盆高14 cm，直徑15 cm。每盆裝培養(yǎng)土2 kg，培養(yǎng)土由泥炭和園土按7∶3的比例混合而成。培養(yǎng)土體積質(zhì)量為1.10 g/cm3，有機(jī)質(zhì)量為19.2 g/kg，速效氮、速效磷和速效鉀量分別為150.31、167.62 和240.23 mg/kg，土壤pH值為6.9。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2019年4月5日進(jìn)行，地點(diǎn)位于河南科技學(xué)院植物生理生化實(shí)驗(yàn)室。每盆澆水200 mL，置于室內(nèi)進(jìn)行緩苗處理，3日后選取長(zhǎng)勢(shì)良好草莓苗置于培養(yǎng)箱中培養(yǎng)，培養(yǎng)箱規(guī)格為680 cm×620 cm×1 800 cm，有效容積為300 L。設(shè)置晝夜溫度25℃/15℃，日間光強(qiáng)600 μmol/（m2·s），夜間光強(qiáng)0 μmol/（m2·s），光周期12 h，相對(duì)濕度60%。其間利用稱質(zhì)量法控制含水率在70%～75%之間。待現(xiàn)蕾期開始，每6 天1次，采取葉面噴施的方法，對(duì)草莓苗進(jìn)行不同添加量的硒代蛋氨酸處理，每盆植株每次噴施溶液50 mL。參照鞠明岫等[11]、孫麗[12]的研究，同時(shí)結(jié)合前期預(yù)試驗(yàn)的結(jié)果，本次研究共設(shè)5個(gè)處理，分別為T1 處理（10 mg/L）、T2 處理（30 mg/L）、T3 處理（60 mg/L）、T4 處理（90 mg/L）共4個(gè)SeMet添加量處理，對(duì)照（CK）僅采用等量清水噴施葉片，直至果實(shí)成熟，每個(gè)處理3個(gè)重復(fù)，共計(jì)15 盆。

1.3 測(cè)定方法

分別在草莓大果期（約花后18 d，果實(shí)整體呈全綠色且顯著膨大）、轉(zhuǎn)色期（約花后23 d，果實(shí)膨大過(guò)程基本結(jié)束且著色面積達(dá)20%～50%）、成熟期（約花后28 d，果實(shí)著色面積達(dá)80%以上），選取大小、葉齡相近，無(wú)損傷、病害及黃葉且葉片完全展開的各處理草莓葉片進(jìn)行測(cè)定。

光合色素量采用丙酮比色法[13]進(jìn)行測(cè)定。光合生理參數(shù)測(cè)定采用LI-6400 便攜光合儀進(jìn)行測(cè)定，時(shí)間選擇在08:00—16:00之間進(jìn)行，每2 h測(cè)定1次。測(cè)定凈光合速率（net photosynthetic rate，Pn）、氣孔導(dǎo)度（stomatal conductance，Gs）、蒸騰速率（transpiration rate，Tr）、胞間CO2摩爾分?jǐn)?shù)（intercellular CO2concentration，Ci）、大氣CO2摩爾分?jǐn)?shù)（atmospheric CO2concentration，Ca）。氣孔限制值（stomatal limitation value，Ls）及水分利用率（water use efficiency，WUE）計(jì)算式為：

綠素?zé)晒鈪?shù)采用PAM-2500 便攜式調(diào)制葉綠素?zé)晒鈨x進(jìn)行測(cè)定，測(cè)定參數(shù)意義及計(jì)算式如下：

式中：Y(II)為PSII實(shí)際光化學(xué)效率；Fv/Fm為PSII最大光化學(xué)量子產(chǎn)量；Fv'/Fm'為PSII有效光化學(xué)量子產(chǎn)量；ETR為表觀電子傳遞速率；NPQ為非光化學(xué)淬滅系數(shù)；qP為光化學(xué)淬滅系數(shù)。

植株總生物量采用烘干法進(jìn)行測(cè)定、果實(shí)糖度采用WYZ型手持折光儀測(cè)定。每次測(cè)定均避開噴施試劑，每個(gè)指標(biāo)重復(fù)測(cè)定3次，所得數(shù)據(jù)以WPS XLSX軟件進(jìn)行計(jì)算及制圖，并以SPSS Stastitics 25 進(jìn)行差異顯著性及相關(guān)性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 外源SeMet對(duì)草莓葉片光合色素量的影響

表1為3個(gè)時(shí)期各處理草莓葉片光合色素量。與CK相比，不同添加量處理下各時(shí)期草莓葉片中葉綠素a（Chla）、葉綠素b（Chlb）、葉綠素總量（Chla+b）及類胡蘿卜素（Car）量均有所提高，且變化形式較為相近，隨著硒添加量的增加，總體上呈先高后低的單峰變化趨勢(shì)，均在T3 處理處達(dá)到最高點(diǎn)且達(dá)顯著水平，隨后開始下降。此外，在草莓轉(zhuǎn)色期，與CK相比，各處理Chla/b的值顯著提高。說(shuō)明SeMet 能夠顯著提升各時(shí)期草莓葉片中Chla、Chlb、Chla+b及Car 量，且以T3 處理為最佳，同時(shí)顯著改變轉(zhuǎn)色期草莓葉片中葉綠素分配情況，但該值對(duì)硒添加量的變化響應(yīng)并不明顯。

2.2 外源SeMet對(duì)草莓葉片光合生理參數(shù)的影響

表2為外源SeMet 對(duì)草莓葉片光合生理參數(shù)的影響。由表2可知，各處理草莓大果期、轉(zhuǎn)色期以及成熟期Pn、Gs、Tr以及WUE值變化趨勢(shì)相對(duì)一致，隨SeMet 添加量升高而增加，T3 處理達(dá)到最高，在T4處理呈下降趨勢(shì)。說(shuō)明外源SeMet 能夠增加各時(shí)期草莓葉片光合速率、氣孔導(dǎo)度、蒸騰速率以及水分利用效率，且均以T3 處理效果最佳。

表1 各時(shí)期草莓葉片光合色素量Table1 Photosyntheticpigment content in strawberry leaves in each period

表2 各時(shí)期草莓葉片中光合生理參數(shù)Table2 Photosynthetic physiological parameters in strawberry leaves in each period

在草莓大果期和成熟期，葉片中Ci值均呈先高后低的變化趨勢(shì)，且均在T3 處理達(dá)到最高，結(jié)合上文對(duì)應(yīng)時(shí)期光合速率變化趨勢(shì)，可以判定在草莓大果期和成熟期，外源SeMet主要通過(guò)改變氣孔因素進(jìn)而達(dá)到提升光合速率的效果，而在草莓轉(zhuǎn)色期，各組處理Ci值呈先低后高變化趨勢(shì)，這與該時(shí)期光合速率變化趨勢(shì)相反，說(shuō)明該時(shí)期，雖然各處理光合速率增強(qiáng)，但此時(shí)非氣孔因素的影響程度較其他2個(gè)時(shí)期有所增強(qiáng)，且通過(guò)Ls值的變化方向可以證實(shí)。Ls代表葉片氣孔限制值，其變化方向通常用以輔助判斷光合速率變化的影響因素[14]，草莓大果期及成熟期Ls值與同時(shí)期光合速率變化趨勢(shì)呈負(fù)相關(guān)，說(shuō)明這2個(gè)時(shí)期外源SeMet通過(guò)降低葉片氣孔限制，增加CO2通量，進(jìn)而增強(qiáng)光合作用，而轉(zhuǎn)色期則相反，氣孔限制值與光合速率共同增加，說(shuō)明SeMet在該時(shí)期并不是主要通過(guò)調(diào)節(jié)氣孔限制達(dá)到增強(qiáng)光合速率的目的。

2.3 外源SeMet對(duì)草莓各葉片葉綠素?zé)晒鈪?shù)的影響

由表3可知，不同添加量SeMet處理下草莓葉片Y（II）、Fv/Fm、Fv'/Fm'、ETR及qP值均有所提升。其中，Y（II）、ETR、qP數(shù)值變化規(guī)律基本一致，各時(shí)期均呈先高后低的變化趨勢(shì)，且均在T3 處理達(dá)到最高。Fv/Fm在大果期及轉(zhuǎn)色期均以T3 處理最高，而成熟期則以T2 處理最為顯著。Fv'/Fm'值在大果期以T3處理為最高，而轉(zhuǎn)色期各添加量處理間差異縮小，在成熟期又呈先高后低的單峰變化趨勢(shì)，亦以T3 處理為最高。此外，與CK相比，各添加量SeMet處理下NPQ值均有所降低，且3個(gè)時(shí)期均以T3 處理減小最為顯著。說(shuō)明外源施用SeMet會(huì)對(duì)草莓不同時(shí)期葉片光合熒光參數(shù)產(chǎn)生較為積極的影響，在一定程度上提高光能捕獲效率、電子傳遞速率以及葉片光能轉(zhuǎn)化能力，同時(shí)降低葉片非光化學(xué)損耗，進(jìn)而達(dá)到提高光合作用能力的目的，且總體上以60 mg/L SeMet處理表現(xiàn)最優(yōu)。

2.4 外源SeMet對(duì)草莓植株總生物量及果實(shí)糖度影響

表4為3個(gè)時(shí)期草莓植株總生物量及果實(shí)糖度，各時(shí)期糖度及相應(yīng)時(shí)期植株總生物量變化趨勢(shì)基本一致，均隨SeMet添加量上升呈先高后低變化趨勢(shì)，在各時(shí)期均于T3 處理達(dá)到峰值，隨后開始下降。經(jīng)過(guò)各時(shí)期光合速率、植株總生物量及果實(shí)糖度間相關(guān)性分析（表5）可以得知，在草莓大果期、轉(zhuǎn)色期、成熟期3個(gè)時(shí)期中，其葉片光合速率與植株生物量、果實(shí)糖度間均存在較高相關(guān)性，其中在草莓轉(zhuǎn)色期，各因素間相關(guān)性較其他時(shí)期尤為顯著。說(shuō)明外源施加SeMet能夠顯著增加各時(shí)期草莓植株總生物量同時(shí)改善果實(shí)糖度，且各時(shí)期均以60 mg/L SeMet處理為最佳。此外各時(shí)期草莓光合速率與植株總生物量及果實(shí)糖度之間存在密切聯(lián)系，且在草莓轉(zhuǎn)色期表現(xiàn)最為顯著。

表3 各時(shí)期草莓葉片中葉綠素?zé)晒鈪?shù)Table3 Chlorophyll fluorescence parameters in strawberry leaves in each period

表4 各時(shí)期草莓植株總生物量及果實(shí)糖度Table4 Total biomass and fruit sugar degree of strawberry plants in each period

表5 各時(shí)期草莓植株總生物量、果實(shí)糖度及光合速率間相關(guān)性分析結(jié)果Table5 The correlation analysis result of total biomass,fruit sugar and photosynthetic rate of strawberry in each period

3 討論

光合色素是植物進(jìn)行光合作用的物質(zhì)基礎(chǔ)。本研究發(fā)現(xiàn)，外源SeMet能夠提高草莓各時(shí)期葉片Chla、Chlb及Car量，這與薛原等[15]、王華等[16]、胡萬(wàn)行等[17]研究結(jié)果基本一致。Li等[18]研究表明，硒可以促進(jìn)植物對(duì)Ca、Mg、Mn、Zn、P、K等元素的吸收，這些元素在促進(jìn)及參與光合色素形成的過(guò)程中通常起到重要作用，同時(shí)有研究表明硒能夠通過(guò)影響輔酶因子的吸收和分布對(duì)葉綠素合成相關(guān)酶的活性起到一定促進(jìn)作用[19]。硒是否是植物必需微量元素這一觀點(diǎn)尚存爭(zhēng)議，但硒對(duì)草莓生長(zhǎng)相關(guān)指標(biāo)的作用符合一般微量元素的生物效應(yīng)規(guī)律，即低添加量硒會(huì)對(duì)植物產(chǎn)生促進(jìn)作用，但高水平硒作用會(huì)抑制植物生長(zhǎng)。

本研究中高添加量硒處理下，草莓葉片光合色素量均呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，這可能由于硒能取代了葉綠素合成的關(guān)鍵酶中巰基鍵的硫原子，破壞了酶蛋白的構(gòu)型，使酶的活性降低，從而阻礙了葉綠素的合成過(guò)程[20]。硒對(duì)大果期及成熟期草莓葉片綠素影響不大，而對(duì)轉(zhuǎn)色期葉綠素比例影響較大。作為天線色素的大部分Chla分子和全部Chlb分子在光合作用中主要起捕捉和傳遞光能的聚光作用，僅有部分剩余的Chla作為中心色素承擔(dān)捕捉聚光色素傳遞的光能并轉(zhuǎn)換電化學(xué)能的作用，Chla/b的值提高說(shuō)明葉片中的光反應(yīng)系統(tǒng)對(duì)光能的轉(zhuǎn)化效率有所提高，且Chla/b的值可以反映葉綠體中類囊體薄膜的垛疊程度，比值提高則表明膜垛疊增加，提高了植物對(duì)光子的有效吸收、傳遞和利用，進(jìn)而促進(jìn)了光能向生物化學(xué)能的轉(zhuǎn)化效率[21,17]這點(diǎn)在該時(shí)期光合速率參數(shù)中亦可得到支撐。

本研究發(fā)現(xiàn)，外源SeMet對(duì)各時(shí)期草莓光合速率、氣孔導(dǎo)度、蒸騰速率及水分利用效率均有積極促進(jìn)作用，這與王孝娣等[22]、閆帥等[23]研究結(jié)果保持一致，研究表明硒能夠增進(jìn)植物體內(nèi)抗氧化酶的活性，有效減緩葉片衰老。同時(shí)調(diào)整植物葉層分布，增加光能利用效率，改善葉片內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)[24-25]。光合速率的主要影響因素分為氣孔因素和非氣孔因素，且該2種因素通常同時(shí)發(fā)揮作用，其主要是根據(jù)Ci值與光合速率變化方向進(jìn)行判定[26]。通過(guò)結(jié)合相應(yīng)時(shí)期胞間CO2摩爾分?jǐn)?shù)及氣孔限制值分析發(fā)現(xiàn)，硒對(duì)草莓果實(shí)不同發(fā)育時(shí)期葉片光合速率變化的影響因素并不完全相同，在草莓大果期和成熟期主要以影響氣孔限制因素為主，進(jìn)而促進(jìn)草莓葉片光合速率提升。研究表明，適宜添加量的硒可以通過(guò)控制植物葉片氣孔導(dǎo)度，減少氣孔阻力，進(jìn)而提高CO2通量，達(dá)到提升植物光合速率的效果[21,27]；而在草莓轉(zhuǎn)色期，葉片光合速率變化的影響因素則主要以非氣孔限制因素為主，造成上述限制因素差異的原因可能是由于草莓各生育時(shí)期主要生理活動(dòng)不同導(dǎo)致的。硒處理下草莓各時(shí)期蒸騰素率變化幅度與氣孔導(dǎo)度變化基本一致，氣孔的蒸騰作用作為植物水分吸收與運(yùn)輸?shù)闹饕獎(jiǎng)恿Γ瑫r(shí)承擔(dān)著礦質(zhì)元素營(yíng)養(yǎng)的運(yùn)輸與吸收以及保持植物體溫的重要作用，在一定程度上影響著植物葉片的氣體交換，間接地對(duì)光合作用起到促進(jìn)作用。

葉綠素?zé)晒鈪?shù)對(duì)判定植物葉片光合過(guò)程中對(duì)光能的吸收、傳遞、耗散、分配等具有重要的作用[28-29]。本研究發(fā)現(xiàn)，外源SeMet能夠提高草莓果實(shí)各時(shí)期葉片中Y（II）、Fv/Fm、Fv'/Fm'、ETR及qP的值，同時(shí)一定程度上降低葉片NPQ值，這與李亞敏等[30]研究結(jié)果基本一致。另外，雖然經(jīng)過(guò)分析草莓轉(zhuǎn)色期光合速率主要影響因素是非氣孔因素，但部分葉綠素?zé)晒鈪?shù)與光合速率變化趨勢(shì)并不完全一致，這可能是由于外源硒處理對(duì)光合作用中相關(guān)酶系統(tǒng)及膜系統(tǒng)機(jī)構(gòu)的影響造成的。說(shuō)明外源施硒不僅對(duì)草莓葉片光合作用中色素系統(tǒng)及和光反應(yīng)系統(tǒng)造成一定影響，還對(duì)其他光合機(jī)構(gòu)產(chǎn)生著一定的作用，硒對(duì)草莓光合作用過(guò)程產(chǎn)生的影響是這些光合機(jī)構(gòu)共同作用的結(jié)果。

研究發(fā)現(xiàn)，外源SeMet能夠提高各時(shí)期草莓植株生物總量及果實(shí)中糖度，這與李樂(lè)等[31]、王孝娣等[32]的研究結(jié)果一致。同時(shí)，草莓各時(shí)期葉片光合速率與果實(shí)糖度、植株總生物量之間存在較強(qiáng)相關(guān)性，且在轉(zhuǎn)色期最為顯著。說(shuō)明草莓光合作用與植株干物質(zhì)及果實(shí)含量之間存在密切關(guān)系，同時(shí)外源SeMet能夠通過(guò)提升草莓光合作用能力進(jìn)而促進(jìn)植株良性生長(zhǎng)并達(dá)到提升果實(shí)品質(zhì)的效果

4 結(jié)論

1）不同添加量SeMet能夠提高草莓大果期、轉(zhuǎn)色期、成熟期3個(gè)時(shí)期葉綠素及類胡蘿卜素量，且在轉(zhuǎn)色期顯著影響葉綠素成分間的分配。

2）外源SeMet能夠提升草莓各時(shí)期光合速率、氣孔導(dǎo)度、蒸騰速率及水分利用效率。同時(shí)SeMet對(duì)草莓轉(zhuǎn)色期光合速率的影響機(jī)制較其他2個(gè)時(shí)期存在明顯不同。

3）外源SeMet能夠改善各時(shí)期草莓葉片對(duì)光能的捕獲及傳遞能力，進(jìn)而提升光合作用效率，一定程度上降低非光化學(xué)損耗。

4）外源SeMet能夠?qū)Ω鲿r(shí)期草莓植株總生物量及果實(shí)糖度產(chǎn)生積極影響，同時(shí)果實(shí)糖度及植株生物量與光合速率間存在密切聯(lián)系。

5）60 mg/L SeMet能提升草莓光能轉(zhuǎn)化、水分利用效率及果實(shí)品質(zhì)的作用