乙酸及ABA對田間高溫脅迫下‘摩爾多瓦’葡萄葉片光抑制的影響

高玉錄，仝亞軍，楊興旺，翟衡，杜遠鵬，孫永江*

（1. 山東農業大學園藝科學與工程學院，山東泰安 271018；2. 煙臺張裕集團有限公司，山東煙臺 264000；3. 北京林業大學林學院/森林培育與保護教育部重點實驗室，北京 100083）

高溫是對植物光合作用影響最大的環境因素之一，當環境溫度達到35 ℃及以上時對光合作用過程產生不利影響[1]。高溫直接影響細胞質的結構，在短期內出現癥狀，并可從受熱部位向非受熱部位傳遞蔓延。高溫引起的熱應激嚴重限制植物的生長及生產能力[2]，一方面抑制光合電子傳遞活性以及PSII氧化側的功能，導致氧氣釋放減少，降低花粉活力和籽粒灌漿，導致嚴重的產量損失[3]；另一方面還增加植物的蒸騰作用，進一步促進水分流失[4-5]。

世界農業生產受到高溫壓力的威脅日益嚴重[6]，植物已經進化出許多適應高溫脅迫的策略。例如，植物可以產生改變蛋白質和細胞結構的溶質，通過滲透調節維持細胞膨脹，增加光合系統中的循環電子流，并調節抗氧化系統以重建細胞氧化還原平衡和體內平衡[7-8]。盡管植物進化出這些自我保護功能，但自我調節能力有限，因此，通過噴施外源有效誘導物質是提高植物應對高溫能力的重要農藝措施。

乙酸（CH3COOH），又名醋酸、冰醋酸，是一種有機一元酸，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、食品、紡織、皮革、制藥、橡膠和其他工業的重要化學品，是最重要的有機酸之一。研究發現，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，其機理是外源乙酸促進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通路對植物耐旱性的啟動[9-10]。另外，干旱脅迫可以誘導植物乙酸合成的表達途徑基因的升高，確保擬南芥在干旱脅迫下能長期存活[11-12]，這一研究有望開發出一種更加簡便易行的農作物抗旱技術。植物激素脫落酸（ABA）在植物生長發育過程以及由于受環境刺激而產生的應激反應中起關鍵作用[13-14]。內源ABA是植物對這些脅迫反應的關鍵內源信使，并且ABA信號傳導對于改善植物性能是必不可少的。自從發現ABA作為誘導氣孔關閉的化學物質以來，大量廉價的脫落酸相關產品，如S-誘抗素、ProTone、BioNik等被應用。S-誘抗素以葡萄作為切入點，目前在世界主要的葡萄產地已廣泛推廣。除我國以外，在美國、巴西、智利、澳大利亞、日本以及東南亞等國家，S-誘抗素在改善葡萄著色，縮短葡萄果實的轉色期等方面的優異表現，贏得了市場。

為探索提高田間葡萄抗高溫能力的外源誘導物及作用機制，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，研究其對田間高溫脅迫下葡萄葉片光抑制的影響，為生產上提高葡萄抗高溫能力提供依據。

1 試驗設計及方法

1.1 試驗設計

試驗于2018年7—8月3次高溫期（7月21日氣象預報最高溫度36.2 ℃、7月25日氣象預報最高溫度37.6 ℃及8月1日氣象預報最高溫度37.0 ℃）在山東農業大學南校區葡萄園進行，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。

選擇長勢一致的4個石柱空間的葡萄（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（對照）、10 mmol乙酸、10 μmol ABA及10 mmol乙酸＋10 μmol ABA，共4個處理，噴至葉片滴水為止。于7月21日、7月25日及8月1日高溫時段（14:00左右）進行葉片光合生理指標的測定。

1.2 測定指標及方法

1.2.1 快速葉綠素熒光誘導曲線的測定

使用連續激發式熒光儀（Handy PEA，Hansatech，英國）測定快速葉綠素熒光誘導曲線。當向暗適應30 min后的葉片照射3000 μmol/(m2·s)的紅光時快速葉綠素熒光曲線被誘導。初始記錄速度為每秒鐘10萬次，即100 kHz，能夠捕捉到從O～P上升過程中更多的熒光變化信息，如可以捕捉到O～P變化過程中的另外兩個拐點（J點和I點）。通過JIP-test分析所得到的OJIP曲線，可得到如下參數：

最大光化學效率Fv/Fm＝(Fm-Fo)/Fm；

K點的相對可變熒光WK＝(FK-Fo)/(Fm-Fo)；

K點標準化后的相對可變熒光WK＝(FK-Fo)/(FJ-Fo)；

J點的相對可變熒光VJ＝(FJ-Fo)/(Fm-Fo)；

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

反應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 調制式葉綠素熒光參數的測定

采用英國Hansatech公司的FMS-2型便攜脈沖調制式熒光儀測定。以植物的生長環境光強為作用光，測得葉片實際生長光強下的熒光值（Fs）；再給一個強閃光（5000 μmoL/(m2·s)），脈沖時間0.7 s，熒光上升到能化類囊體最大熒光（Fm'），進行熒光參數日變化測定時采用開放式適配器，利用實際自然光為作用光，測得最大熒光（Fm'）。暗適應幾秒后打開遠紅光，5 s后測最小熒光（Fo'）。實際光化學效率φPSⅡ＝(Fm'－Fs)/Fm'。

圖1 測定當天的環境因子Figure 1 Environmental factors for the day of the assay

1.3 數據統計及處理方法

用Microsoft Excel軟件進行試驗數據處理分析及作圖，用SPSS 24.0軟件進行單因素方差性分析及多重比較。

2 結果及分析

2.1 測定當天的環境因子

從圖1可以看出，3次高溫日均在14:00左右達到最高溫度，高溫值分別為36.2 ℃、37.6 ℃、37.0 ℃，3次的光照強度均在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Fv/Fm及φPSⅡ的影響

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

φPSⅡ表示PSⅡ實際光化學效率。從圖2可以看出，3個處理效果都比較明顯，第一次高溫脅迫以單獨乙酸處理效果顯著，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PSⅡ電子傳遞鏈活性的影響

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

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

圖3 處理對高溫脅迫下葉片快速葉綠素熒光動力學參數的影響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額。從圖3C看出，這3次的量子產額整體以乙酸＋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對光合綜合性能指數的影響

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

3 討論與結論

高溫是嚴重影響植物生長發育的脅迫因子，是葡萄生產面臨的重要逆境脅迫。研究發現，高溫脅迫會抑制光合電子傳遞活性，使PSⅡ功能受阻，導致氧氣釋放量減少，也會導致PSⅡ反應中心失活[2]。植物葉片光抑制產生的原因是由于光系統修復速率低于破壞速率造成[15]，葉綠素熒光動力學是反應植物生理性能的有效探針，能快速、準確地反映植物受抑制程度[16]。本試驗以乙酸及ABA作為噴布材料，在葡萄方面探索乙酸及ABA對高溫脅迫的影響。試驗發現，高溫嚴重抑制葡萄PSⅡ的活性，影響PSⅡ最大光化學效率及實際光化學效率，導致PSⅡ供體側（WK）、反應中心（RC/CSm）受到嚴重抑制。而且WK升高，表明PSⅡ供體側（OEC）受傷害程度大于受體側的傷害程度[17]，這與卞鳳娥等[18]的研究結果一致，高溫還導致葉片的綜合光合性能指數以及PSII的電子傳遞受到明顯抑制。

圖4 處理對光合綜合性能指數的影響Figure 4 Effect of treatment on photosynthetic characteristics and stomatal conductance

本研究發現，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較明顯，噴布乙酸明顯提高PSⅡ最大光化學效率及實際光化學效率，提高綜合光合性能指數，從而提高葉片整體的光合能力，減少PSⅡ供體側、反應中心及受體側的受傷害程度，表明葉面噴施乙酸能保護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有乙酸效果顯著，相比于乙酸而言，ABA在高溫時段氣孔關閉程度更加顯著。在高溫脅迫下，乙酸能保持較高的光化學效率，耗散過多的能量，降低光抑制程度，從而保持葡萄葉片具有較好的耐熱性。大多數情況下熒光參數以復合處理效果較好，且具有加性效應，即隨著高溫次數的增加葉片應對高溫脅迫的能力增加；而且各噴布處理能穩定光合性能，不隨高溫脅迫的持續而波動。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PSⅡ免受高溫傷害。