噴施高嶺土對高溫和強光脅迫下福克葡萄葉片光合特性的影響*

王 明，張成超，杜遠鵬

（山東農(nóng)業(yè)大學園藝科學與工程學院，作物生物學國家重點實驗室，山東果蔬優(yōu)質(zhì)高效生產(chǎn)協(xié)同創(chuàng)新中心，泰安 271018）

葡萄是我國重要的水果之一，但夏季高溫、強光脅迫造成的日灼現(xiàn)象較普遍，表現(xiàn)為葉片焦枯[1]，果實出現(xiàn)壞死斑塊[2]，嚴重影響葡萄正常生長發(fā)育。有研究表明，當植物受到高溫、強光的復合脅迫時，會發(fā)生光抑制現(xiàn)象[3]，植株體內(nèi)活性氧代謝失調(diào)，超氧陰離子及過氧化氫含量上升[4-5]；過多的活性氧會氧化質(zhì)膜，破壞膜結(jié)構，植株體內(nèi)丙二醛含量隨之升高[6]；膜結(jié)構被破壞后，許多依賴于葉綠體膜的光合相關酶（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、細胞色素等）被破壞分解[7-8]，導致植株光合能力降低[9]。

光合作用作為植物生長發(fā)育最基礎的生理過程之一[10]，它對高溫、強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。光合作用通過光反應將光能轉(zhuǎn)化成化學能，這個過程離不開PSⅡ及PSⅠ的參與，而在響應脅迫過程中PSⅡ發(fā)揮著更重要的作用。有研究表明，在高溫、強光復合脅迫下，PSⅡ功能之所以受到嚴重傷害，是因為葉片2 個光系統(tǒng)激發(fā)能分配嚴重偏離平衡狀態(tài)[12]，過多的激發(fā)能分配給PSⅡ，導致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，高溫強光下，光合電子傳遞鏈的反應中心發(fā)生降解，單位面積有活性的反應中心的密度（RC/CSM）降低[14]，最大光化學效率（Fv/Fm）及實際光化學效率（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]，最終導致營養(yǎng)物質(zhì)積累不足，樹勢衰弱。因此，尋找能有效緩解高溫強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、細膩，噴施于葉片可增強光的反射，減少光的吸收[17]。許多研究表明，在芒果[18]、蘋果[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度。雖然噴施高嶺土可以減少葉片在高溫、強光脅迫下受到的損傷，但其是如何影響葉片對光能的捕獲，葉片吸收的光能又是如何分配和利用還未見報道。因此，本文以2 年生福克葡萄為試材，研究葉面噴施9‰高嶺土對高溫、強光脅迫下葡萄葉片葉綠素熒光及光合特性的影響，以期為保護葡萄葉片光系統(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 試驗設計

以葡萄園盆栽2 年生福克大田苗為試材，噴施體積濃度為9‰的高嶺土為試驗處理，以噴施清水作為對照。每個處理選10 株樹進行噴施，分別根據(jù)高溫氣象預報在7 月15、16 日下午進行葉片噴施，噴施量以達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），選擇各處理葡萄苗第6 節(jié)位長勢一致的葉片，測定凈光合速率（Pn）、胞間CO2濃度（Ci）、氣孔導度（Gs），測定時的光強為1 200 μmol·m-2·s-1，CO2濃度設定為（360±20）μL/L，葉室溫度為25 ℃。

1.3 葉綠體熒光參數(shù)的測定

參照孫永江等[12]的測定方法，利用連續(xù)激發(fā)式熒光儀（Handy PEA，Hansatech，英國）測定快速葉綠素熒光誘導曲線；采用英國Hansatech 公司的FMS-2 型便攜脈沖調(diào)制式熒光儀對葉綠素熒光進行淬滅分析。

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 軟件對數(shù)據(jù)進行單因素方差分析及多重比較。數(shù)據(jù)以平均值±標準差表示。

2 結(jié)果與分析

2.1 試驗期間溫度及光強變化曲線

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

圖1 試驗期間葡萄園氣象變化情況

2.2 高嶺土對高溫強光下福克葡萄葉片PSⅡ供體側(cè)的影響

由圖2 可知，處理4 d 后的7 月20 日，各個處理的PSⅡ供體側(cè)受傷害程度（WK）沒有顯著差異；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（對照）下降了22.61%。說明高嶺土能減輕福克葡萄葉片在高溫強光下PSⅡ供體側(cè)受傷害程度。

圖2 9‰高嶺土對高溫強光下福克葡萄葉片WK的影響

2.3 高嶺土對高溫強光下福克葡萄葉片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照。在7 月20 日，9‰高嶺土處理的φEo較對照上升40.18%；在7 月26 日，9‰高嶺土處理有效緩解了高溫強光脅迫下葡萄葉片φEo的降低，且與對照差異顯著，與對照相比9‰高嶺土處理的φEo上升212.51%。由此說明，高嶺土處理可以顯著提高高溫強光下葡萄葉片PSⅡ受體側(cè)電子傳遞量子產(chǎn)額。

圖3 9‰高嶺土對高溫強光下福克葡萄葉片φEo的影響

2.4 高嶺土對高溫強光下福克葡萄葉片PSⅡ反應中心的影響

由圖4 可以看出，在7 月20 日，9‰高嶺土處理的葡萄葉片PSⅡ中單位反應中心吸收的光能（ABS/RC）與對照相比降低了14.94%，差異顯著；9‰高嶺土處理的葡萄葉片PSⅡ單位反應中心的熱耗散（DIO/RC）與對照相比降低了30.38%，差異顯著；9‰高嶺土處理的單位反應中心的電子傳遞量子產(chǎn)額（ETO/RC）較對照下降了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）無顯著差異。隨著處理時間的延長，在7月26 日，9‰高嶺土處理的ABS/RC、DIO/RC、TRO/RC較對照顯著下降，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中心的數(shù)量（RC/CSM）與對照相比高出了39.37%；在7 月26 日，9‰高嶺土處理的RC/CSM比對照提高了130.58%。說明高嶺土通過吸收與反射光能，減少了捕光色素對光能的吸收，降低了PSⅡ單位反應中心荷載的能量，從而保護了葡萄葉片PSⅡ反應中心，提高了活性反應中心的數(shù)量。

圖4 9‰高嶺土對高溫強光下福克葡萄葉片PSⅡ反應中心的影響

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

由圖5 可知，在高溫強光下，9‰高嶺土處理的最大光化學效率（Fv/Fm）相比對照有顯著提高。在7 月20 日，9‰高嶺土處理較對照提高了8.30%；在7 月26 日，9‰高嶺土處理較對照提高了46.25%。同時，9‰高嶺土處理的光合性能指數(shù)（PIABS）與對照相比也有顯著提高，在7 月20 日，9‰高嶺土處理較對照提高了195.49%；在7 月26 日，9‰高嶺土處理與對照相比提高了485.56%。總體來看，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‰高嶺土對高溫強光下福克葡萄葉片F(xiàn)v/Fm、PIABS的影響

2.6 高嶺土對高溫強光下福克葡萄葉片熒光淬滅動力學的影響

由表1 可知，9‰高嶺土處理的光下最大光化學效率（Fv′/Fm′）顯著大于對照，7 月20 日與7 月26 日9‰高嶺土處理較對照分別提高21.05%、16.07%；在7 月20 日和7 月26 日9‰高嶺土處理實際光化學效率（ФPSⅡ）較對照分別提高13.64%、14.63%；9‰高嶺土處理的光化學猝滅系數(shù)（qP）在7 月20 日、7 月26 日與對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光下的原初光合作用的光化學效率，且不影響電子從PSⅡ向外傳遞的速率。

表1 9‰高嶺土對高溫強光下福克葡萄葉片F(xiàn)v′/Fm′、ФPSⅡ、qP 的影響

2.7 高嶺土對高溫強光下福克葡萄葉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 較對照提高34.48%，且差異顯著。氣孔導度（Gs）與Pn 有著相同的趨勢，在7月20 日，9‰高嶺土處理的Gs 與對照相比降低了11.22%，而在7 月26 日，9‰高嶺土處理的Gs 與對照相比顯著上升了54.93%。而9‰高嶺土處理對于福克葡萄葉片的胞間二氧化碳濃度（Ci）并無顯著的影響。

表2 9‰高嶺土處理對高溫強光下福克葡萄葉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、強光不僅會導致葉片葉綠體被破壞，使葉綠素含量下降[21]，還會使光合系統(tǒng)電子傳遞相關酶的活性下降[22]；同時，過多的光能無法被快速利用，會產(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)境下高溫強光脅迫對葡萄的影響。在噴施高嶺土4 d 后（7 月20 日），對照與處理之間的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。這說明，高嶺土可以緩解短時間高溫強光脅迫對植物葉片的傷害程度。由噴施10 d（7 月26 日）的試驗結(jié)果可知，各處理組單位反應中心吸收的光能（ABS/RC）和單位反應捕獲的光能（TRO/RC）較對照顯著降低，進而使得處理組單位反應中心的熱耗散（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）較對照顯著下降，而單位面積有活性反應中心的數(shù)量（RC/CSM）顯著提高，從而在一定程度上保護了PSⅡ。由于PSⅡ供體側(cè)、受體側(cè)的電子傳遞得到有效保護，因此葉片原初光化學反應的效率也有所改善，9‰高嶺土處理不管是暗適應下的最大光化學效率（Fv/Fm）還是光下的實際光化學效率（ФPSⅡ）都較對照有顯著提高。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[27-28]。葉面噴施高嶺土后，由于其對光能的反射，使得葉綠素所捕獲的光能減少，導致短時間內(nèi)處理組抑制了葡萄葉片的光合作用。而隨著處理時間的延長，高溫與強光對葉片的抑制作用占據(jù)了主導地位，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度均較對照有顯著提高，而胞間二氧化碳濃度卻無顯著的變化，這說明二氧化碳與高嶺土可以通過緩解高溫、強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在高溫、強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，高嶺土作為保護性噴劑對緩解高溫、強光脅迫具有一定的可行性。