根系分區交替滴灌周期對番茄葉綠素熒光動力學參數的影響

盧江海等

摘要：在溫室滴灌條件下，利用葉綠素熒光儀研究了交替滴灌周期對番茄葉綠素熒光動力學參數的影響。結果表明，Fo隨著灌水量的減少呈上升趨勢，同種灌水量條件下，3種交替周期處理的Fo大小呈現6 d>18 d>12 d的趨勢。Fm、Fv隨著灌水量的減少而變小，同種灌水量條件下，12 d交替周期處理的Fm和Fv最大。Fv/Fm與Fv/Fo具有相同的趨勢，在水分脅迫條件下比值顯著降低，同種灌水量條件下都是12 d交替周期處理的比值最大。表明適宜的交替周期能減少對番茄PSⅡ的傷害，減輕水分脅迫對PSⅡ反應中心的電子傳遞的影響，從而達到節水不減產的效果。

關鍵詞：番茄；根系分區交替滴灌；交替周期；葉綠素熒光動力學參數

中圖分類號： S641.207文獻標志碼： A文章編號：1002-1302（2015）02-0150-03

收稿日期：2014-09-22

作者簡介：盧江海（1988—），男，江西宜春人，碩士，助理工程師，從事農村水利研究。 E-mail：787445225@qq.com。

通信作者：李洪任，碩士，高級工程師，從事農村水利研究。葉綠素熒光動力學是以光合作用理論為基礎，利用體內葉綠素a熒光，快速、靈敏、無損傷地研究和探測各種逆境對植物光合生理影響的理想方法。近年來，隨著葉綠素熒光理論和測定技術的進步，對植物體內葉綠素熒光動力學的研究已經比較成熟，并在強光、高溫、低溫、干旱等逆境條件研究中得到廣泛應用[1-2]。水分是植物生長發育的必要條件之一，植物體內葉綠素熒光動力學對植物水分虧缺十分敏感，有關水分脅迫對葉綠素熒光動力學參數的影響已有廣泛研究報道[3-4]，但關于根系分區交替滴灌的研究較少。根系分區交替滴灌（alternate partial root-zone drip irrigation，簡稱APRDI），是利用作物遺傳和生態生理特性以及干旱脅迫信號（ABA）的響應機制，通過水分調控，以達到節水高效、高產優質和提高水分利用效率目的的控制灌溉技術。因此，本研究以溫室番茄為對象，研究根系分區交替滴灌下不同的交替周期對番茄葉綠素熒光參數的影響，以期為根系分區交替滴灌最優模式的分析和確定提供理論依據。

1材料與方法

1.1試驗實施

試驗于2013年2月至2014年8月在位于江蘇省南京市江寧經濟技術開發區的河海大學節水園區連棟玻璃溫室內進行。試驗土壤為原始土壤耕作層，屬于人為土壤后熟土，質地為黏壤土，全氮含量0.612 g/kg，全磷含量10.289 mg/kg，速效磷含量2.927 mg/kg，速效氮含量88.810 mg/kg。番茄品種為金美來，于2013年2月22日在溫室中覆膜育苗，每隔3 d用噴壺補充水分。4月2日移植。每小區種植1行，行距75 cm，株距50 cm，種植密度為 3萬株/hm2。小區長10 m、寬0.75 m。在番茄全生育期進行施肥以滿足番茄的生長需求，分別于4月2日施加復合肥（N、P2O5、K2O的含量均為15%）2.5 kg，6月3日施尿素（全氮含量46%）各2.8 kg。

采用滴灌技術，在滴灌系統支管前分別安裝壓力表和水表，毛管上布設壓力補償內鑲式滴灌管（內徑16 mm），流量16 L/h，滴頭間距50 cm，滴灌管采用分支控制法，在每個毛管前加裝閥門，灌水量由首部的水表控制。系統安裝時將毛管鋪設在距植株15 cm處進行灌溉。溫室內設置水面蒸發計量設備，采用水面蒸發法計算植株騰發量，并根據騰發量確定灌水量。每隔3 d觀測1次水面變化，根據騰發量確定灌水量，通過閥門控制進行灌水，以實現根系分區交替滴灌。

1.2試驗處理

試驗區總面積約為63 m2，布置于溫室內的蔬菜種植區。試驗根據番茄生長規律，將番茄生育期劃分為4個階段，分別為苗期、開花坐果期、結果盛期、結果后期。試驗的灌水方式為根系分區交替滴灌，灌水量分別為100% ET0、75% ET0、50% ET0。試驗共設9個處理，1個對照，每個處理6個重復，對照（AB）灌水方式為傳統的畦灌，每3 d灌水1次，灌水量為100%ET0。ET0為參考作物蒸發蒸騰量，根據每次灌水前的植株騰發量確定。試驗期間溫室內設置水面蒸發計量設備，采用水面蒸發法計算植株騰發量。番茄APRDI下不同交替周期處理設計見表1。

1.3觀測項目

在番茄4個生育階段內選擇典型時期、典型時段（于09：00—10：00晴朗無云天氣）使用便攜式葉綠素熒光儀OS5-FL（Opti-Sciences，Tyngsboro，MA，USA）測定各處理健康生長的第3片完全展開葉，打頂后為頂葉的初始熒光、最大熒光和可變熒光等指標。

2結果與分析

2.1APRDI下交替周期對番茄固定熒光（Fo）的影響

統Ⅱ（PSⅡ）反應中心處于完全開放時的熒光產量，Fo的大小直接可以反映外界不利因素對植物的葉片光系統造成的永久性傷害（圖1）。從總體上來看，Fo隨著灌水量減少呈上升趨勢，表現為50%ET0處理>75%ET0處理>100%ET0處理>對照。從4個生育階段看，50%ET0的3種交替周期處理與對照差異顯著，75%ET0處理中A2B2與對照顯著性差異次數最少，100%ET0處理中A3B2與對照顯著性差異次數最少。每種灌水量條件下的3種交替周期處理之間Fo大小呈現6 d>18 d>12 d 的趨勢，其中A1B1處理的Fo在所有處理中最大，對照則最小，不同處理在番茄生長4個時期內呈現出同樣規律。表明在合理控水范圍內，適宜的交替周期可以減少對番茄PSⅡ的傷害。

2.2APRDI下交替周期對番茄最大熒光（Fm）的影響

Fm為最大熒光，是PSⅡ反應中心處于完全關閉時的熒光產量，反映了通過PSⅡ反應中心的電子傳遞情況。從圖2可以看出，Fm與Fo二者變化趨勢相反，Fm隨著灌水量的減少而變小，同種灌水處理中都是12 d交替周期處理的Fm最大，從4個生育期來看，12 d交替周期處理與對照出現顯著性差異的次數最少，100%ET0處理A3B2的Fo比對照提高。表明在合理的控水范圍內選擇適宜的交替周期，可以減輕水分脅迫對PSⅡ反應中心電子傳遞的影響，與正常灌溉比較，在不減少灌水的情況下合理的交替滴灌周期可以提高PSⅡ反應中心的電子傳遞。endprint

2.3APRDI下交替周期對番茄可變熒光（Fv）的影響

可變熒光（Fv=Fm-Fo）與PSⅡ原初電子受體的氧化還原狀態有關，反映了PSⅡ活性的變化。通過對Fv研究發現，Fv與Fo、Fm之間均存在顯著的高度正相關。Fv與Fm的相關性（r=0.970）遠大于Fv與Fo的相關性（r=0.525）（圖3）。Fv的變化趨勢基本與Fm的一致，總體趨勢上看Fv隨著灌水量的減少而減少，不同處理Fv對水分處理的敏感程度明顯要大于Fm。同種灌水處理下也都是12 d交替周期處理的Fv值最大，從4個生育階段來看，12 d交替周期處理與對照的顯著性差異次數最少，100%ET0處理A3B2的Fv比對照提高。表明在合理的控水范圍內進行適宜的交替周期，可以在一定程度上降低對PSⅡ反應中心的電子傳遞的影響，可把水分虧缺對植物代謝和光合的影響降到最低。

2.4APRDI下交替周期對番茄PSⅡ活性變化的影響

Fv/Fo可代表光系統Ⅱ（PSⅡ）潛在活性，50%ET0的3種交替周期處理在4個生育期內都與對照差異顯著，Fv/Fo

隨著灌水量的減少顯著降低，50%ET0灌水量影響了電子的傳遞過程。在4個生育階段內，75%ET0和100%ET0灌水量處理都是12 d交替周期處理與對照差異顯著次數最少，同種灌水量下都是12 d交替周期處理的值最大（表2）。Fv/Fm是最大光化學量子產量，從Fv/Fm可以看出光能轉換效率的高低，外界環境對植物生長不利的情況下，Fv/Fm會明顯下降，植物的光合會受抑制（表3）。Fv/Fm出現了與Fv/Fo相同的趨勢，在水分脅迫下比值顯著降低，50%ET0灌水量處理與對照差異顯著，Fv/Fm值明顯降低。同種灌水量下都是12 d的交替周期處理的比值最大，在75%ET0和100%ET0灌水處理中與對照出現顯著性差異的次數最少。說明過度的水分虧缺和不適的交替周期都會影響到PSⅡ反應中心的電子傳遞，降低光化學反應活性，最終影響到作物的光合速率。

3結論與討論

試驗研究了根系分區交替滴灌對生理指標葉綠素熒光動力學參數的作用，不同交替周期對番茄葉綠素熒光動力學參數影響不同。研究結果表明，從總體上來看，Fo隨著灌水量的減少呈上升趨勢 同種灌水量下的3種交替周期處理之間Fo大小呈現6 d>18 d>12 d的趨勢。Fm隨著灌水量的減少而降低，同種灌水量下都是12d交替周期處理的Fm最大。

Fv的變化趨勢基本與Fm一致，總體趨勢上看，Fv隨著灌水量的減少而減少，不同處理Fv對水分處理的敏感程度明顯要大于Fm。Fv/Fm與Fv/Fo具有相同的趨勢，在水分脅迫下比值顯著降低，同種灌水量下都是12 d交替周期處理的比值最大。

在合理的控水范圍內，選擇適宜的交替滴灌周期可以減少對番茄PSⅡ的傷害，減輕水分脅迫對PSⅡ反應中心的電子傳遞的影響，從而把水分虧缺對植物代謝和光合作用影響降到最低，達到節水不減產的效果。與正常灌溉比較，在不減少灌水的情況下，適宜的交替滴灌周期可以提高PSⅡ反應中心的電子傳遞，提高光化學反應活性和作物的光合速率。

參考文獻：

[1]邢文剛，俞雙恩，安文鈺，等. 魯北鹽漬土區棉花微咸水滴灌技術研究[J]. 河海大學學報：自然科學版，2003，31（2）：140-143.

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[3]盧江海，邢文剛，華春莉. 時空虧缺滴灌對番茄產量品質及水分利用效率的影響[J]. 節水灌溉，2013（8）：28-31.

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