王 明，張成超，杜遠(yuǎn)鵬

（山東農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝科學(xué)與工程學(xué)院，作物生物學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東果蔬優(yōu)質(zhì)高效生產(chǎn)協(xié)同創(chuàng)新中心，泰安 271018）

葡萄是我國(guó)重要的水果之一，但夏季高溫、強(qiáng)光脅迫造成的日灼現(xiàn)象較普遍，表現(xiàn)為葉片焦枯[1]，果實(shí)出現(xiàn)壞死斑塊[2]，嚴(yán)重影響葡萄正常生長(zhǎng)發(fā)育。有研究表明，當(dāng)植物受到高溫、強(qiáng)光的復(fù)合脅迫時(shí)，會(huì)發(fā)生光抑制現(xiàn)象[3]，植株體內(nèi)活性氧代謝失調(diào)，超氧陰離子及過(guò)氧化氫含量上升[4-5]；過(guò)多的活性氧會(huì)氧化質(zhì)膜，破壞膜結(jié)構(gòu)，植株體內(nèi)丙二醛含量隨之升高[6]；膜結(jié)構(gòu)被破壞后，許多依賴于葉綠體膜的光合相關(guān)酶（Fd-PQ 氧化還原酶、ATP 合酶等）喪失活性及功能，葉綠體基質(zhì)內(nèi)容物（葉綠素、類胡蘿卜素、細(xì)胞色素等）被破壞分解[7-8]，導(dǎo)致植株光合能力降低[9]。

光合作用作為植物生長(zhǎng)發(fā)育最基礎(chǔ)的生理過(guò)程之一[10]，它對(duì)高溫、強(qiáng)光等逆境脅迫較為敏感[11]，可以用作反映逆境脅迫的重要指標(biāo)。光合作用通過(guò)光反應(yīng)將光能轉(zhuǎn)化成化學(xué)能，這個(gè)過(guò)程離不開(kāi)PSⅡ及PSⅠ的參與，而在響應(yīng)脅迫過(guò)程中PSⅡ發(fā)揮著更重要的作用。有研究表明，在高溫、強(qiáng)光復(fù)合脅迫下，PSⅡ功能之所以受到嚴(yán)重傷害，是因?yàn)槿~片2 個(gè)光系統(tǒng)激發(fā)能分配嚴(yán)重偏離平衡狀態(tài)[12]，過(guò)多的激發(fā)能分配給PSⅡ，導(dǎo)致PSⅡ激發(fā)壓（1-qP）增大，加劇了PSⅡ受傷害程度[13]。另有研究表明，高溫強(qiáng)光下，光合電子傳遞鏈的反應(yīng)中心發(fā)生降解，單位面積有活性的反應(yīng)中心的密度（RC/CSM）降低[14]，最大光化學(xué)效率（Fv/Fm）及實(shí)際光化學(xué)效率（ФPSⅡ）下降[15]。光合系統(tǒng)Ⅱ發(fā)生損傷后，光合電子傳遞效率下降，葉片光合速率也隨之下降[16]，最終導(dǎo)致?tīng)I(yíng)養(yǎng)物質(zhì)積累不足，樹(shù)勢(shì)衰弱。因此，尋找能有效緩解高溫強(qiáng)光脅迫而又不傷害植物葉片的緩解劑迫在眉睫。

高嶺土是一種以高嶺石族黏土礦物為主的黏土和黏土巖，其粉末白色、細(xì)膩，噴施于葉片可增強(qiáng)光的反射，減少光的吸收[17]。許多研究表明，在芒果[18]、蘋(píng)果[19]及橄欖[20]葉片上施用高嶺土可有效隔離高照輻射，降低葉溫，從而增加葉片的凈光合速率和氣孔導(dǎo)度。雖然噴施高嶺土可以減少葉片在高溫、強(qiáng)光脅迫下受到的損傷，但其是如何影響葉片對(duì)光能的捕獲，葉片吸收的光能又是如何分配和利用還未見(jiàn)報(bào)道。因此，本文以2 年生?？似咸褳樵嚥?，研究葉面噴施9‰高嶺土對(duì)高溫、強(qiáng)光脅迫下葡萄葉片葉綠素?zé)晒饧肮夂咸匦缘挠绊懀云跒楸Ｗo(hù)葡萄葉片光系統(tǒng)功能，減輕葉片所受脅迫提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

以葡萄園盆栽2 年生?？舜筇锩鐬樵嚥模瑖娛w積濃度為9‰的高嶺土為試驗(yàn)處理，以噴施清水作為對(duì)照。每個(gè)處理選10 株樹(shù)進(jìn)行噴施，分別根據(jù)高溫氣象預(yù)報(bào)在7 月15、16 日下午進(jìn)行葉片噴施，噴施量以達(dá)到有液滴沿著葉片流下為止。

1.2 光合作用氣體交換參數(shù)的測(cè)定

分別于7 月20 日和7 月26 日每天14：00 采用CIRAS-3 便攜式光合系統(tǒng)（PP-Systems，美國(guó)），選擇各處理葡萄苗第6 節(jié)位長(zhǎng)勢(shì)一致的葉片，測(cè)定凈光合速率（Pn）、胞間CO2濃度（Ci）、氣孔導(dǎo)度（Gs），測(cè)定時(shí)的光強(qiáng)為1 200 μmol·m-2·s-1，CO2濃度設(shè)定為（360±20）μL/L，葉室溫度為25 ℃。

1.3 葉綠體熒光參數(shù)的測(cè)定

參照孫永江等[12]的測(cè)定方法，利用連續(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；采用英國(guó)Hansatech 公司的FMS-2 型便攜脈沖調(diào)制式熒光儀對(duì)葉綠素?zé)晒膺M(jìn)行淬滅分析。

1.4 數(shù)據(jù)分析

用Microsoft Excel 2019 軟件處理數(shù)據(jù)和作圖，用SPSS 26.0 軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行單因素方差分析及多重比較。數(shù)據(jù)以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示。

2 結(jié)果與分析

2.1 試驗(yàn)期間溫度及光強(qiáng)變化曲線

于試驗(yàn)期間每天14：00 監(jiān)測(cè)葡萄園的氣溫與光照情況，由圖1 可知，試驗(yàn)測(cè)量期間的光強(qiáng)均高于1 700 μmol·m-2·s-1，最高光強(qiáng)可達(dá)到1 865 μmol·m-2·s-1；溫度不低于34 ℃，最高達(dá)到37 ℃。因此，試驗(yàn)測(cè)量期間福克葡萄葉片始終處于高溫、強(qiáng)光的復(fù)合脅迫狀態(tài)。

圖1 試驗(yàn)期間葡萄園氣象變化情況

2.2 高嶺土對(duì)高溫強(qiáng)光下?？似咸讶~片PSⅡ供體側(cè)的影響

由圖2 可知，處理4 d 后的7 月20 日，各個(gè)處理的PSⅡ供體側(cè)受傷害程度（WK）沒(méi)有顯著差異；但是處理10 d 后的7 月26 日，9‰高嶺土處理顯著降低了WK的數(shù)值，較噴施清水（對(duì)照）下降了22.61%。說(shuō)明高嶺土能減輕?？似咸讶~片在高溫強(qiáng)光下PSⅡ供體側(cè)受傷害程度。

圖2 9‰高嶺土對(duì)高溫強(qiáng)光下?？似咸讶~片WK的影響

2.3 高嶺土對(duì)高溫強(qiáng)光下福克葡萄葉片PSⅡ受體側(cè)的影響

由圖3 可知，7 月20 日與7 月26 日的葡萄葉片PSⅡ受體側(cè)電子傳遞的量子產(chǎn)額（φEo）均為9‰高嶺土處理顯著大于對(duì)照。在7 月20 日，9‰高嶺土處理的φEo較對(duì)照上升40.18%；在7 月26 日，9‰高嶺土處理有效緩解了高溫強(qiáng)光脅迫下葡萄葉片φEo的降低，且與對(duì)照差異顯著，與對(duì)照相比9‰高嶺土處理的φEo上升212.51%。由此說(shuō)明，高嶺土處理可以顯著提高高溫強(qiáng)光下葡萄葉片PSⅡ受體側(cè)電子傳遞量子產(chǎn)額。

圖3 9‰高嶺土對(duì)高溫強(qiáng)光下福克葡萄葉片φEo的影響

2.4 高嶺土對(duì)高溫強(qiáng)光下?？似咸讶~片PSⅡ反應(yīng)中心的影響

由圖4 可以看出，在7 月20 日，9‰高嶺土處理的葡萄葉片PSⅡ中單位反應(yīng)中心吸收的光能（ABS/RC）與對(duì)照相比降低了14.94%，差異顯著；9‰高嶺土處理的葡萄葉片PSⅡ單位反應(yīng)中心的熱耗散（DIO/RC）與對(duì)照相比降低了30.38%，差異顯著；9‰高嶺土處理的單位反應(yīng)中心的電子傳遞量子產(chǎn)額（ETO/RC）較對(duì)照下降了12.65%，差異顯著；但單位面積捕獲的光能用于還原 QA-的能量 （TRO/RC）無(wú)顯著差異。隨著處理時(shí)間的延長(zhǎng)，在7月26 日，9‰高嶺土處理的ABS/RC、DIO/RC、TRO/RC較對(duì)照顯著下降，分別降低了45.79%、63.52%和20.58%。在7 月20 日，9‰高嶺土處理單位葉面積上有活性反應(yīng)中心的數(shù)量（RC/CSM）與對(duì)照相比高出了39.37%；在7 月26 日，9‰高嶺土處理的RC/CSM比對(duì)照提高了130.58%。說(shuō)明高嶺土通過(guò)吸收與反射光能，減少了捕光色素對(duì)光能的吸收，降低了PSⅡ單位反應(yīng)中心荷載的能量，從而保護(hù)了葡萄葉片PSⅡ反應(yīng)中心，提高了活性反應(yīng)中心的數(shù)量。

圖4 9‰高嶺土對(duì)高溫強(qiáng)光下?？似咸讶~片PSⅡ反應(yīng)中心的影響

2.5 高嶺土對(duì)高溫強(qiáng)光下福克葡萄葉片F(xiàn)v/Fm 和PIABS的影響

由圖5 可知，在高溫強(qiáng)光下，9‰高嶺土處理的最大光化學(xué)效率（Fv/Fm）相比對(duì)照有顯著提高。在7 月20 日，9‰高嶺土處理較對(duì)照提高了8.30%；在7 月26 日，9‰高嶺土處理較對(duì)照提高了46.25%。同時(shí)，9‰高嶺土處理的光合性能指數(shù)（PIABS）與對(duì)照相比也有顯著提高，在7 月20 日，9‰高嶺土處理較對(duì)照提高了195.49%；在7 月26 日，9‰高嶺土處理與對(duì)照相比提高了485.56%。總體來(lái)看，噴施10 d 后（7 月26 日）較噴施4 d 后（7 月20 日）效果更好。

圖5 9‰高嶺土對(duì)高溫強(qiáng)光下?？似咸讶~片F(xiàn)v/Fm、PIABS的影響

2.6 高嶺土對(duì)高溫強(qiáng)光下?？似咸讶~片熒光淬滅動(dòng)力學(xué)的影響

由表1 可知，9‰高嶺土處理的光下最大光化學(xué)效率（Fv′/Fm′）顯著大于對(duì)照，7 月20 日與7 月26 日9‰高嶺土處理較對(duì)照分別提高21.05%、16.07%；在7 月20 日和7 月26 日9‰高嶺土處理實(shí)際光化學(xué)效率（ФPSⅡ）較對(duì)照分別提高13.64%、14.63%；9‰高嶺土處理的光化學(xué)猝滅系數(shù)（qP）在7 月20 日、7 月26 日與對(duì)照相比雖有降低但差異不顯著。這表明，噴施高嶺土可以提高葡萄葉片在高溫強(qiáng)光下的原初光合作用的光化學(xué)效率，且不影響電子從PSⅡ向外傳遞的速率。

表1 9‰高嶺土對(duì)高溫強(qiáng)光下?？似咸讶~片F(xiàn)v′/Fm′、ФPSⅡ、qP 的影響

2.7 高嶺土對(duì)高溫強(qiáng)光下?？似咸讶~片光合氣體交換參數(shù)的影響

由表2 可知，在7 月20 日，9‰高嶺土處理由于其反射光能的特性，其凈光合速率（Pn）與對(duì)照相比有所降低，降低了7.98%；而在7 月26 日，9‰高嶺土處理的葉片Pn 較對(duì)照提高34.48%，且差異顯著。氣孔導(dǎo)度（Gs）與Pn 有著相同的趨勢(shì)，在7月20 日，9‰高嶺土處理的Gs 與對(duì)照相比降低了11.22%，而在7 月26 日，9‰高嶺土處理的Gs 與對(duì)照相比顯著上升了54.93%。而9‰高嶺土處理對(duì)于?？似咸讶~片的胞間二氧化碳濃度（Ci）并無(wú)顯著的影響。

表2 9‰高嶺土處理對(duì)高溫強(qiáng)光下?？似咸讶~片光合氣體交換參數(shù)的影響

3 討論與結(jié)論

葉片作為植物最主要的光合器官，其光合能力的高低受到多種生物因素及非生物因素的影響。眾多研究表明，高溫、強(qiáng)光不僅會(huì)導(dǎo)致葉片葉綠體被破壞，使葉綠素含量下降[21]，還會(huì)使光合系統(tǒng)電子傳遞相關(guān)酶的活性下降[22]；同時(shí)，過(guò)多的光能無(wú)法被快速利用，會(huì)產(chǎn)生光抑制現(xiàn)象，降低葉片的凈光合速率[23-24]。

本研究發(fā)現(xiàn)，噴施9‰高嶺土能夠緩解自然環(huán)境下高溫強(qiáng)光脅迫對(duì)葡萄的影響。在噴施高嶺土4 d 后（7 月20 日），對(duì)照與處理之間的WK以及TRO/RC、ФPSⅡ等參數(shù)差異不顯著，但是光合性能指數(shù)（PIABS）已經(jīng)出現(xiàn)了顯著的差異。這說(shuō)明，高嶺土可以緩解短時(shí)間高溫強(qiáng)光脅迫對(duì)植物葉片的傷害程度。由噴施10 d（7 月26 日）的試驗(yàn)結(jié)果可知，各處理組單位反應(yīng)中心吸收的光能（ABS/RC）和單位反應(yīng)捕獲的光能（TRO/RC）較對(duì)照顯著降低，進(jìn)而使得處理組單位反應(yīng)中心的熱耗散（DIO/RC）顯著降低，這是由于高嶺土具有反射光能的作用[25]，減少了色素對(duì)光能的捕獲。因此，處理組PSⅡ供體側(cè)受到的傷害程度（WK）較對(duì)照顯著下降，而單位面積有活性反應(yīng)中心的數(shù)量（RC/CSM）顯著提高，從而在一定程度上保護(hù)了PSⅡ。由于PSⅡ供體側(cè)、受體側(cè)的電子傳遞得到有效保護(hù)，因此葉片原初光化學(xué)反應(yīng)的效率也有所改善，9‰高嶺土處理不管是暗適應(yīng)下的最大光化學(xué)效率（Fv/Fm）還是光下的實(shí)際光化學(xué)效率（ФPSⅡ）都較對(duì)照有顯著提高。這與張彥坤等[26]的研究結(jié)果較為一致。

葉片光合速率的高低與電子傳遞系統(tǒng)受到的抑制輕重程度緊密相關(guān)[27-28]。葉面噴施高嶺土后，由于其對(duì)光能的反射，使得葉綠素所捕獲的光能減少，導(dǎo)致短時(shí)間內(nèi)處理組抑制了葡萄葉片的光合作用。而隨著處理時(shí)間的延長(zhǎng)，高溫與強(qiáng)光對(duì)葉片的抑制作用占據(jù)了主導(dǎo)地位，在噴施9‰高嶺土處理10 d 之后，不管是凈光合速率還是氣孔導(dǎo)度均較對(duì)照有顯著提高，而胞間二氧化碳濃度卻無(wú)顯著的變化，這說(shuō)明二氧化碳與高嶺土可以通過(guò)緩解高溫、強(qiáng)光下由于氣孔因素造成的植物光合碳同化的下降[29]。

綜上所述，噴施高嶺土能夠保護(hù)在高溫、強(qiáng)光脅迫下葡萄葉片的電子傳遞系統(tǒng)，減輕PSⅡ受到的傷害，提高光合電子傳遞效率，提高光合碳同化能力。所以，高嶺土作為保護(hù)性噴劑對(duì)緩解高溫、強(qiáng)光脅迫具有一定的可行性。