初花期噴鑭對(duì)UV-B輻射增強(qiáng)下紫花苜蓿光合及熒光特性的影響*

王 偉，王 巖，梁變變，趙天宏**，田榮榮，武紅艷

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初花期噴鑭對(duì)UV-B輻射增強(qiáng)下紫花苜蓿光合及熒光特性的影響*

王 偉1，王 巖1，梁變變2，趙天宏1**，田榮榮1，武紅艷1

（1.沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，沈陽 110866；2.西北師范大學(xué)地理與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，蘭州 730070）

在溫室大棚內(nèi)采用樣方法條播和葉面噴施技術(shù)，以紫花苜蓿()為試驗(yàn)材料，UV-B輻射增強(qiáng)設(shè)5%(T1)和10%(T2)2個(gè)梯度，鑭(Lanthanum) 噴施設(shè)30、60和90mg·L-13個(gè)濃度，以植株上方懸掛燈架但不安裝紫外燈管且不噴施鑭的處理為對(duì)照（CK），研究UV-B輻射增強(qiáng)下噴施鑭對(duì)紫花苜蓿光合及熒光特性的影響。結(jié)果表明：（1）在UV-B 輻射增強(qiáng)條件下，紫花苜蓿葉片葉綠素a（Chla）、葉綠素b（Chlb）、凈光合速率（A）、蒸騰速率（E）、氣孔導(dǎo)度（gs）、胞間CO2濃度（Ci）、PSⅡ最大光化學(xué)量子產(chǎn)量（Fv/Fm）、光化學(xué)淬滅（qP）和非光化學(xué)淬滅（NPQ）均低于對(duì)照，表觀光合電子傳遞效率（ETR）則高于對(duì)照（CK），說明UV-B輻射增強(qiáng)會(huì)降低紫花苜蓿葉片的光合特性。（2）噴施鑭后，紫花苜蓿初花期、盛花期和成熟期葉片以上各指標(biāo)均相應(yīng)高于T1和T2處理，其中以在UV-B輻射增強(qiáng)5%條件下噴施30mg·L-1和UV-B輻射增強(qiáng)10%條件下噴施60mg·L-1鑭效果顯著（P＜0.05），說明一定濃度的鑭可以緩解UV-B輻射增強(qiáng)對(duì)紫花苜蓿光合特性造成的傷害，葉片光合作用得以增強(qiáng)；隨著生育期的推進(jìn)，紫花苜蓿葉片可溶性糖和可溶性蛋白含量持續(xù)上升，說明UV-B輻射和鑭的噴施對(duì)紫花苜蓿葉片糖和蛋白的合成有一定促進(jìn)作用。

鑭；UV-B；紫花苜蓿；光合特性；葉綠素?zé)晒馓匦?/p>

地球大氣平流層存在著被譽(yù)為“地球保護(hù)傘”的臭氧層，它能強(qiáng)烈吸收太陽紫外輻射（ultraviolet radiation, UVR），使地球上生物免受其害。近年來由于人類不合理的活動(dòng)，導(dǎo)致平流層臭氧含量減少，使到達(dá)地面的UV-B輻射量增加，臭氧每減少1%，到達(dá)地表的UV-B輻射將增加2%[1]，UV-B輻射量的增加會(huì)對(duì)地球上的生物活動(dòng)產(chǎn)生相應(yīng)影響。UV-B輻射增強(qiáng)對(duì)植物光合作用的影響主要表現(xiàn)在破壞植物光合系統(tǒng)反應(yīng)中心、電子傳遞鏈損傷、光能轉(zhuǎn)換成化學(xué)能的效率下降、希爾反應(yīng)(Hill reaction)活性降低、葉綠體和光合色素的損傷以及氣孔關(guān)閉或阻力增大等方面，從而影響植物凈光合速率[2-6]；紫花苜蓿（）作為多年生的優(yōu)良豆科牧草，素有“牧草之王”的美稱，是中國(guó)乃至世界種植面積最大的人工牧草之一。近年來，有關(guān)紫花苜蓿光合及熒光特性的研究主要集中在鹽脅迫、重金屬脅迫、溫度水分脅迫、增施外源、復(fù)合作用等方面；鑭（Lanthanum, La）作為17種稀土元素中最重要、最活潑的元素之一，對(duì)生物體生命活性起到重要的調(diào)節(jié)作用。鑭對(duì)作物光合作用、膜的穩(wěn)定性、抗氧化系統(tǒng)、營(yíng)養(yǎng)元素吸收等均產(chǎn)生影響[7]。一定濃度的鑭能夠調(diào)控抗氧化酶系統(tǒng)[8]，增強(qiáng)作物光合作用[9]，提高作物產(chǎn)量和品質(zhì)[10]，增強(qiáng)作物的抗逆性，促進(jìn)其生長(zhǎng)，但高濃度鑭會(huì)抑制植株生長(zhǎng)[11]。

以往研究大都集中在植株某一時(shí)期的分析處理上，且主要針對(duì)日變化上，缺少對(duì)植株整個(gè)生育期光合、熒光方面的研究，而關(guān)于UV-B輻射增強(qiáng)下噴施鑭對(duì)紫花苜蓿光合及熒光方面的研究更是鮮有報(bào)道。本研究通過在初花期對(duì)紫花苜蓿葉片噴施氯化鑭，借以觀測(cè)紫花苜蓿葉片在增強(qiáng)UV-B輻射條件下噴施鑭對(duì)其光合熒光特性的影響，旨在揭示鑭對(duì)UV-B輻射增強(qiáng)下光合特性的緩解效應(yīng)，了解噴施鑭下紫花苜蓿的抗逆機(jī)制，以期為紫花苜蓿的栽種提供光合及熒光方面的理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

選用紫花苜蓿品種“金皇后(Golden Empress)”，種子來源遼寧省某公司，該品種喜溫暖半干旱氣候，抗逆性強(qiáng)，適應(yīng)性廣，具有培肥地力的作用。UV-B輻射增強(qiáng)通過紫外燈管實(shí)現(xiàn)，為北京某公司生產(chǎn)（峰值為308nm）；栽培土壤由沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院試驗(yàn)基地提供，土壤pH為7.5，水解氮24.1mg·kg-1，有效磷22.4mg·kg-1，速效鉀67.3mg·kg-1；固體氯化鑭（LaCL3）由上海某集團(tuán)提供。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)地設(shè)在沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，地理位置為41°49′N，123°33′E。該試驗(yàn)區(qū)為溫帶大陸性季風(fēng)氣候，年均氣溫8℃左右，年均降水量600mm左右，全年無霜期180d左右。

試驗(yàn)采用樣方法條播的方式在溫室大棚內(nèi)進(jìn)行紫花苜蓿栽種（2015年4月10日），設(shè)27個(gè)小區(qū)，每個(gè)小區(qū)1.2m2，行距25cm，播深1cm左右，出苗后間苗，保持株距2cm。紫外線輻射處理設(shè)置兩個(gè)水平，T1水平：UV-B輻射強(qiáng)度增加9.3kJ·d-1，相當(dāng)于增加晴空條件下平均UV-B輻射強(qiáng)度的5%～5.2%，T2水平：UV-B輻射強(qiáng)度增加18.6kJ·d-1，相當(dāng)于增加10%～10.2%。采用高度可調(diào)的燈架置于紫花苜蓿植株上方30cm處，測(cè)量期間不斷調(diào)整燈管與植株頂端的距離，以保證植物接受恒定劑量的UV-B輻射，產(chǎn)生的UV-B輻射經(jīng)0.08mm乙酸纖維素膜過濾后照射紫花苜蓿植株。紫外輻射照射從紫花苜蓿分枝期（5月10日）開始，陰雨天停止照射，每日照射時(shí)間在8：00-16：00共8h，直至成熟（7月10日）。

在紫花苜蓿初花期（5月30日）進(jìn)行氯化鑭溶液葉面噴施處理，氯化鑭溶液濃度設(shè)置3個(gè)水平，分別為30、60和90mg·L-1，整個(gè)植株所有葉片正反面全部噴施，以滴液為限。分別在噴施5d后、盛花期（6月29日）和成熟期（7月10日）取植株中部葉片，之后稱樣分包保存至-80℃的超低溫冰箱中待用，試驗(yàn)其它各項(xiàng)生態(tài)因子完全模擬大田栽培。

試驗(yàn)以植株上方懸掛燈架但不安裝燈管且不噴施氯化鑭的處理為對(duì)照（CK），每個(gè)處理設(shè)置3次重復(fù)，故試驗(yàn)共9個(gè)處理，設(shè)27個(gè)小區(qū)，試驗(yàn)處理設(shè)置見表1。

表1 試驗(yàn)處理設(shè)置

1.3 測(cè)定指標(biāo)與方法

1.3.1 葉綠素含量

葉綠素a在很大程度上決定了植物的光合效率和能力，葉綠素b在維持光合機(jī)構(gòu)穩(wěn)定性和提高其適應(yīng)性方面起重要作用，其測(cè)定采用丙酮乙醇法[12]。稱取0.04g新鮮紫花苜蓿葉片，洗滌干凈后剪碎放入具塞試管中，迅速加入丙酮乙醇各5mL，加蓋，放入暗處?kù)o置待葉片完全變白，將提取液在分光光度計(jì)下測(cè)662和644nm值，根據(jù)式（1）和式（2）計(jì)算葉綠素濃度，再根據(jù)稀釋倍數(shù)分別計(jì)算葉片中色素的含量。

Ca=9.784×D662-0.990×D644（1）

Cb=21.426×D644-4.650×D662（2）

式中，Ca為葉綠素a的濃度（mg·g-1）；Cb為葉綠素b的濃度（mg·g-1）；Dn為紫外分光光度計(jì)波段為n的值。

1.3.2 光合指標(biāo)

凈光合速率（A）是指單位時(shí)間、單位葉面積吸收CO2的量或放出O2的量。蒸騰速率（E）是植物對(duì)水分吸收和運(yùn)輸?shù)闹饕獎(jiǎng)恿?，能促進(jìn)植物體對(duì)礦質(zhì)元素和有機(jī)物的吸收和運(yùn)輸；氣孔導(dǎo)度（gs）表示氣孔張開的程度，影響光合作用、呼吸作用及蒸騰作用；胞間CO2濃度（Ci）的變化方向是確定光合速率變化的主要原因和氣孔限制分析中必不可少的依據(jù)。光合指標(biāo)測(cè)定利用CIRAS-3便攜式光合儀(美國(guó)產(chǎn))在紫花苜蓿3個(gè)生育期（每個(gè)生育期取樣1次）選擇典型晴天9：30-11：30，隨機(jī)選取充分受光、葉位一致、生長(zhǎng)健康和代表性強(qiáng)的植株，測(cè)其離地面2/3高度處葉片的A、E、gs、Ci，設(shè)定光強(qiáng)為1000μmol·m-2·s-1，溫度28℃，CO2濃度為390μmol·mol-1。

1.3.3 熒光指標(biāo)

PSⅡ最大光化學(xué)量子產(chǎn)量（Fv/Fm）可作為光抑制和脅迫程度的良好指標(biāo)和探針；光化學(xué)淬滅（qP）在一定程度上反映了PSⅡ反應(yīng)中心的開放程度；非光化學(xué)淬滅（NPQ）反映了葉片吸收的光能不能用于光合電子傳遞而以熱的形式耗散掉的部分；表觀光合電子傳遞效率（ETR）也是光合速率的一種表達(dá)方式，這些葉綠素?zé)晒鈪?shù)均是反映葉片光合性能的重要指標(biāo)。熒光指標(biāo)的測(cè)定采用FMS-2脈沖調(diào)制式熒光儀（英國(guó)產(chǎn)），在初花期（噴鑭后5d）、盛花期和成熟期在光適應(yīng)狀態(tài)下（9：30-11：30，時(shí)間為1min，光強(qiáng)為1000μmol·m-2·s-1）測(cè)定其可變熒光（Fm’）、qP、ETR，葉片暗適應(yīng)20min后測(cè)定其初始熒光產(chǎn)量（F0）、最大熒光產(chǎn)量（Fm）、可變熒光（Fv）和Fv/Fm，根據(jù)公式NPQ= Fm/Fm’-1計(jì)算其NPQ。

1.3.4 可溶性糖和可溶性蛋白

可溶性糖是葉片光合作用最為重要的產(chǎn)物之一，同時(shí)也是植物體內(nèi)重要的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，與抗逆性密切相關(guān)；植物體內(nèi)的可溶性蛋白質(zhì)大多是參與各種代謝的酶類，其中RuBP羧化酶是光合作用碳代謝中重要的調(diào)節(jié)酶?？扇苄蕴堑臏y(cè)定采用苯酚法[12]，可溶性蛋白的測(cè)定采用考馬斯亮藍(lán)G-250染色法[12]。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

實(shí)驗(yàn)結(jié)果均為3次平行數(shù)據(jù)的均值±標(biāo)準(zhǔn)差。利用SPSS 22.0軟件用Duncan法對(duì)測(cè)定數(shù)據(jù)進(jìn)行多重比較，不同處理下的各參數(shù)進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)，利用Origin9.0軟件中的Pearson相關(guān)分析研究光合指標(biāo)間的關(guān)系，P＜0.05為差異顯著，P＜0.01為差異極顯著，用Excel 2010軟件制作圖表。

2 結(jié)果與分析

2.1 鑭對(duì)UV-B輻射增強(qiáng)下紫花苜蓿葉片光合色素含量的影響

由表2可見，從整個(gè)生育期來看，5%左右輻射增強(qiáng)（T1）處理下，紫花苜蓿葉片葉綠素a（Chla）和葉綠素b（Chlb）含量均高于對(duì)照（CK），期間最大增幅分別高達(dá)21.11%和27.88%；而10%左右輻射增強(qiáng)（T2）處理下則均低于對(duì)照，期間最大降幅分別達(dá)31.96%和17.24%?？梢?，5%輻射增強(qiáng)未對(duì)葉片光合色素的合成產(chǎn)生不利影響，10%輻射增強(qiáng)才會(huì)抑制葉綠素的合成。相同輻射增加處理中，5%劑量UV-B輻射處理下噴施不同濃度鑭處理間對(duì)比發(fā)現(xiàn)，噴施30mg·L-1鑭（T13處理）能增加Chla和Chlb含量，與CK和T1相比，增幅分別為30.35%、12.91%和38.41%、11.93%；10%劑量UV-B輻射處理下噴施不同濃度鑭處理間對(duì)比發(fā)現(xiàn)，噴施60mg·L-1鑭（T26處理）能增加Chla和Chlb含量，增幅分別為63.84%、140.81%和83.77%、63.12%，可見，不同劑量UV-B輻射下，鑭的緩解效果明顯不同，5%劑量以噴施30mg·L-1鑭效果最佳，10%劑量以60mg·L-1效果最佳，進(jìn)一步說明鑭在一定程度上可以緩解UV-B輻射增強(qiáng)對(duì)葉片光合色素合成的抑制。

從每個(gè)生育期來看，與CK相比，T1處理下，紫花苜蓿葉片Chla在盛花期和成熟期差異達(dá)到顯著水平（P＜0.05），Chlb在初花期和盛花期差異達(dá)到顯著（P＜0.05），T2處理下，紫花苜蓿葉片Chla在初花期和成熟期差異達(dá)到顯著水平（P＜0.05），Chlb在初花期和盛花期差異達(dá)到顯著水平（P＜0.05），可見，5%輻射增強(qiáng)在盛花期對(duì)葉片光合色素的合成產(chǎn)生明顯的不利影響，10%輻射增強(qiáng)在初花期其抑制作用最明顯。相同輻射增加處理中，與CK和T1相比，5%劑量UV-B輻射處理下，噴施不同濃度鑭處理間對(duì)比發(fā)現(xiàn)，噴施30mg·L-1鑭（T13處理）使Chla在各生育時(shí)期葉片光合色素含量的差異均達(dá)到顯著水平（P＜0.05），Chlb在盛花期和成熟期差異達(dá)到顯著水平（P＜0.05），10%劑量UV-B輻射處理下，噴施不同濃度鑭處理間對(duì)比發(fā)現(xiàn)，噴施60mg·L-1鑭（T26處理）使Chla在各生育時(shí)期差異均達(dá)到顯著水平（P＜0.05），Chlb在盛花期和成熟期差異達(dá)到顯著水平（P＜0.05）。

表2 不同處理紫花苜蓿葉片光合色素含量的比較（平均值±標(biāo)準(zhǔn)差）

注：小寫字母表示相同UV-B輻射增強(qiáng)水平下La處理間在0.05水平上的差異顯著性。下同。

Note：Lowercase indicates the difference significance among treatments at 0.05 level. The same as below.

2.2 鑭對(duì)UV-B輻射增強(qiáng)下紫花苜蓿葉片光合特性的影響

由表3可見，從整個(gè)生育期看，5%輻射增強(qiáng)（T1）處理下，紫花苜蓿葉片凈光合速率（A）、蒸騰速率（E）、氣孔導(dǎo)度（gs）和胞間CO2濃度（Ci）均低于對(duì)照（CK），期間最大降幅分別高達(dá)29.17%、處理下，各項(xiàng)指標(biāo)數(shù)據(jù)也均低于對(duì)照，最大降幅分別達(dá)28.77%、3.45%、42.83%和2.90%，可見，5%和10%輻射增強(qiáng)均會(huì)減低葉片光合速率。相同輻射增加處理中，5%劑量UV-B輻射處理下噴施不同濃度鑭處理間對(duì)比發(fā)現(xiàn)，與T1相比，噴施30mg·L-1（T13處理）鑭能增加A、E、gs和Ci含量，增幅分別達(dá)22.22%、22.25%、96.26%和7.10%；與T2相比，10%劑量UV-B輻射處理下噴施不同濃度鑭處理間對(duì)比發(fā)現(xiàn)，噴施60mg·L-1（T26處理）鑭能增加A、E、gs和Ci含量，增幅分別達(dá)37.90%、22.80%、108.28%和6.08%，可見，不同劑量UV-B輻射下，鑭的緩解效果明顯不同，5%劑量以噴施30mg·L-1鑭效果最佳，10%劑量以60mg·L-1效果最佳，進(jìn)一步說明鑭在一定程度上可以緩解UV-B輻射增強(qiáng)對(duì)葉片光合特性的抑制。

從每個(gè)生育期看，與CK相比，T1和T2處理下，紫花苜蓿葉片A和gs在各生育期差異均達(dá)顯著水平（P＜0.05），可見，UV-B輻射增強(qiáng)對(duì)葉片光合作用產(chǎn)生相應(yīng)的影響。相同輻射增加處理中，5%劑量UV-B輻射處理下噴施不同濃度鑭處理間對(duì)比發(fā)現(xiàn)，噴施30mg·L-1（T13處理）鑭使A在初花期與CK相比差異不顯著，而與T1相比，在各生育時(shí)期差異均達(dá)到顯著（P＜0.05），10%劑量UV-B輻射處理下，噴施不同濃度鑭處理間對(duì)比發(fā)現(xiàn)，噴施60mg·L-1鑭（T26）處理下，A在盛花期和成熟期與CK差異不顯著，而與T1相比在各生育期差異均達(dá)到顯著水平（P＜0.05），進(jìn)一步說明不同劑量UV-B輻射增強(qiáng)條件下，噴施不同濃度鑭對(duì)葉片光合作用的緩解效果不一致。

表3 不同處理紫花苜蓿葉片光合特性的比較（平均值±標(biāo)準(zhǔn)差）

2.3 鑭對(duì)UV-B輻射增強(qiáng)下紫花苜蓿葉片熒光特性的影響

由表4可見，從整個(gè)生育期看，5%輻射增強(qiáng)（T1）處理下，紫花苜蓿葉片PSⅡ最大光化學(xué)量子產(chǎn)量（Fv/Fm）、光化學(xué)淬滅（qP）和非光化學(xué)淬滅（NPQ）均低于對(duì)照（CK），期間最大降幅分別高達(dá)7.89%、13.89%和57.67%，表觀光合電子傳遞效率（ETR）則高于對(duì)照（CK），增幅達(dá)95.49%；10%輻射增強(qiáng)（T2）處理下，各項(xiàng)指標(biāo)數(shù)據(jù)與T1處理下類似，可見，5%和10%輻射增強(qiáng)均會(huì)減弱葉片熒光特性。相同輻射增加處理中，與T1相比，5%劑量UV-B輻射處理下噴施不同濃度鑭處理間對(duì)比發(fā)現(xiàn)，噴施30mg·L-1鑭（T13處理）能增加葉片F(xiàn)v/Fm、qP、NPQ和ETR含量，增幅分別達(dá)12.85%、11.55%、123.66%和19.99%；與T2相比，10%劑量UV-B輻射處理下噴施不同濃度鑭處理間對(duì)比發(fā)現(xiàn)，噴施60mg·L-1鑭（T26處理）能增加Fv/Fm、qP、NPQ和ETR含量，增幅分別達(dá)3.81%、37.95%、199.68%和60.31%，可見，不同劑量UV-B輻射下，鑭的緩解效果明顯不同，5%劑量以噴施30mg·L-1鑭效果最佳，10%劑量以60mg·L-1效果最佳，進(jìn)一步說明鑭在一定程度上可以緩解UV-B輻射增強(qiáng)對(duì)葉片熒光特性的抑制。

從每個(gè)生育期來看，與CK相比，T1處理下，紫花苜蓿葉片F(xiàn)v/Fm在成熟期差異達(dá)到顯著水平（P＜0.05），qP、NPQ和ETR在各生育期差異均達(dá)顯著水平（P＜0.05），T2處理下，F(xiàn)v/Fm在盛花期與CK差異達(dá)到顯著水平（P＜0.05），qP和NPQ在盛花期和成熟期與CK差異達(dá)到顯著水平（P＜0.05），ETR則在各生育期與CK差異均達(dá)顯著水平（P＜0.05），可見，UV-B輻射增強(qiáng)對(duì)葉片熒光特性產(chǎn)生相應(yīng)影響。相同輻射增加處理中，與CK和T1相比，5%劑量UV-B輻射處理下，噴施不同濃度鑭處理間對(duì)比發(fā)現(xiàn)，噴施30mg·L-1鑭（T13處理）使Fv/Fm在初花期和成熟期差異達(dá)到顯著水平（P＜0.05），qP在各生育時(shí)期差異均達(dá)顯著水平（P＜0.05），NPQ和ETR在盛花期和成熟期差異達(dá)顯著水平（P＜0.05）；10%劑量UV-B輻射處理下，噴施不同濃度鑭處理間對(duì)比發(fā)現(xiàn)，噴施60mg·L-1鑭（T26處理）使Fv/Fm在初花期和成熟期差異達(dá)到顯著水平（P＜0.05），qP和ETR在初花期和盛花期差異達(dá)到顯著水平（P＜0.05），NPQ在各生育期差異均達(dá)顯著水平（P＜0.05），進(jìn)一步說明不同劑量UV-B輻射增強(qiáng)條件下，噴施不同濃度鑭對(duì)葉片熒光特性的緩解效果不一致。

表4 不同處理紫花苜蓿葉片熒光特性的比較（平均值±標(biāo)準(zhǔn)差）

2.4 鑭對(duì)UV-B輻射增強(qiáng)下紫花苜蓿品質(zhì)的影響

由表5可見，從整個(gè)生育期看，5%輻射增強(qiáng)（T1）處理下，紫花苜蓿葉片可溶性糖和可溶性蛋白含量均低于對(duì)照（CK），期間最大降幅達(dá)18.24%和26.85%；而10%輻射增強(qiáng)（T2）處理下，各項(xiàng)指標(biāo)均高于對(duì)照，增幅分別達(dá)77.98%和12.04%?？梢?，5%輻射增強(qiáng)會(huì)降低蛋白的合成，減弱葉片的光合作用，不利于糖的合成，10%輻射增強(qiáng)在一定程度上促進(jìn)糖類的合成。相同輻射增加處理中，與CK和T1相比，5%劑量UV-B輻射處理下，噴施不同濃度鑭處理間對(duì)比發(fā)現(xiàn)，噴施30mg·L-1鑭（T13處理）能增加葉片可溶性糖和可溶性蛋白含量，增幅分別為46.82%、69.33%和2.13%、39.62%；與CK和T2相比，10%劑量UV-B輻射處理下，噴施不同濃度鑭處理間對(duì)比發(fā)現(xiàn)，噴施60mg·L-1鑭（T26處理）能增加葉片可溶性糖和可溶性蛋白含量，增幅分別為21.91%、40.61%和17.43%、4.81%，可見，不同劑量UV-B輻射下，鑭的緩解效果明顯不同，5%劑量以噴施30mg·L-1鑭效果最佳，10%劑量以60mg·L-1效果最佳。

從每個(gè)生育期來看，與CK相比，T1處理下，紫花苜蓿葉片可溶性糖和可溶性蛋白在各生育期差異均達(dá)顯著水平（P＜0.05），T2處理下，紫花苜蓿葉片可溶性糖在初花期和盛花期差異達(dá)到顯著水平（P＜0.05），可溶性蛋白在各生育期差異均達(dá)顯著水平（P＜0.05）。相同輻射增加處理中，與CK和T1相比，5%劑量UV-B輻射處理下，噴施不同濃度鑭處理間對(duì)比發(fā)現(xiàn)，噴施30mg·L-1鑭（T13處理）使可溶性糖在初花期和盛花期差異達(dá)到顯著水平（P＜0.05），可溶性蛋白差異不顯著，10%劑量UV-B輻射處理下，噴施不同濃度鑭處理間對(duì)比發(fā)現(xiàn)，噴施60mg·L-1鑭（T26處理）使可溶性糖在盛花期差異達(dá)到顯著水平（P＜0.05），可溶性蛋白在盛花期和成熟期差異達(dá)到顯著水平（P＜0.05）。

2.5 噴施鑭與UV-B輻射增強(qiáng)下紫花苜蓿不同指標(biāo)間相關(guān)系數(shù)分析

由表6可見，紫花苜蓿凈光合速率與葉綠素a含量、PSⅡ最大光化學(xué)量子產(chǎn)量和表觀光合電子傳遞效率均呈顯著正相關(guān)（P＜0.05），與葉綠素b含量、蒸騰速率、氣孔導(dǎo)度和胞間CO2濃度均呈極顯著正相關(guān)（P＜0.01）；熒光參數(shù)PSⅡ最大光化學(xué)量子產(chǎn)量和光化學(xué)淬滅與表觀光合電子傳遞效率呈顯著正相關(guān)（P＜0.05），非光化學(xué)淬滅與表觀光合電子傳遞效率呈負(fù)相關(guān)。相關(guān)分析可知，葉片光合速率的變化與葉片中葉綠素含量和氣孔因素有關(guān)，熒光特性的變化與光合和電子傳遞效率有關(guān)。

表5 不同處理紫花苜蓿葉片可溶性糖和可溶性蛋白含量的比較（平均值±標(biāo)準(zhǔn)差）

表6 紫花苜蓿葉片光合指標(biāo)間的Pearson相關(guān)系數(shù)（n=26）

注：*表示顯著相關(guān)，**表示極顯著相關(guān)。

Note：*is P＜0.05,**is P＜0.01.

3 結(jié)論與討論

3.1 討論

葉綠素是植物進(jìn)行光合作用的物質(zhì)基礎(chǔ)，其含量的高低與組成直接影響葉片光合速率[13]。研究證實(shí)，增強(qiáng)UV-B輻射能降低植株葉綠素含量[14]，也有研究表明，UV-B輻射增強(qiáng)對(duì)葉綠素含量無影響，甚至可提高葉綠素含量[15]?？梢?，不同植物葉綠素對(duì)UV-B輻射的敏感性存在較大差異。本試驗(yàn)中，隨著生育時(shí)期的推進(jìn)，UV-B輻射增強(qiáng)下紫花苜蓿光合色素含量均出現(xiàn)降低的趨勢(shì)，可能是由于UV-B輻射的過量積累，超過紫花苜蓿的耐受范圍，葉片光降解增加，迫使葉綠素合成受阻，其含量降低；而低劑量UV-B下噴施30mg·L-1和高劑量下噴施60mg·L-1氯化鑭溶液后，葉片能夠很好地對(duì)其進(jìn)行吸收，隨著鑭的不斷被吸收，葉片活性進(jìn)一步增強(qiáng)，一定程度上解除了UV-B輻射的限制作用，促進(jìn)葉片光合色素合成，提高葉綠素含量，增強(qiáng)葉片對(duì)光的捕獲能力和對(duì)光能的利用效率，使葉綠素含量均明顯高于對(duì)照，這與Yang等[16]的研究結(jié)果相一致。

光合作用是植物體最重要的物質(zhì)生產(chǎn)基礎(chǔ)和生理過程，植物的生長(zhǎng)發(fā)育與光合能力密切相關(guān)，凈光合速率是顯示光合作用的關(guān)鍵指標(biāo)。在UV-B輻射增強(qiáng)的環(huán)境下，許多植物都表現(xiàn)出凈光合速率降低，生產(chǎn)力下降，少數(shù)植物表現(xiàn)出無明顯抑制和傷害作用[17]。影響植物光合速率的因素有氣孔因素和非氣孔因素。Farquhar等[18]發(fā)現(xiàn)，光合速率的下降，取決于氣孔導(dǎo)度和胞間CO2濃度，當(dāng)凈光合速率下降，氣孔導(dǎo)度和胞間CO2濃度同時(shí)也下降時(shí)，則可認(rèn)為光合速率的下降是由氣孔因素引發(fā)的，而當(dāng)凈光合速率和氣孔導(dǎo)度下降，胞間CO2濃度上升時(shí)，則可認(rèn)為光合速率的下降是由于非氣孔因素引發(fā)的。本試驗(yàn)中，紫花苜蓿A、E、gs和Ci的變化趨勢(shì)基本一致，均表現(xiàn)為先上升后下降，說明其光合速率的下降是由氣孔限制所引發(fā)的，這可能是由于紫花苜蓿在生長(zhǎng)過程中，周圍環(huán)境的溫度逐漸變化，葉片的蒸騰速率增高，失水嚴(yán)重，造成氣孔部分關(guān)閉，使二氧化碳供應(yīng)不足，導(dǎo)致光合速率下降。本試驗(yàn)通過對(duì)紫花苜蓿葉片噴施鑭，葉片凈光合速率明顯升高，這與Wang[9]的研究結(jié)果相一致，但噴施鑭后紫花苜蓿葉片光合特性整體變化趨勢(shì)與UV-B輻射增強(qiáng)下葉片的變化趨勢(shì)一致，說明噴施鑭后紫花苜蓿葉片光合速率下降的原因也是由氣孔因素引起的，這可能也與生育期、光合色素的積累和PSII電子傳遞有關(guān)。

葉綠素?zé)晒鈪?shù)是一組用于描述植物光合作用機(jī)理和光合生理狀況的變量，反映了植物的內(nèi)在性特征，可作為植物光合作用的內(nèi)在探針[19]，通過分析葉綠素?zé)晒鈩?dòng)力學(xué)參數(shù)可以揭示植物光能吸收、轉(zhuǎn)化、傳遞過程的生理狀態(tài)及其光合作用效果。研究表明，UV-B輻射脅迫能作用于葉綠體，破壞類囊體膜結(jié)構(gòu)，降低RuBP羧化酶活性，抑制PSⅡ電子傳遞，失活PSⅡ反應(yīng)中心活性和D1蛋白發(fā)生鈍化[20]等。在本試驗(yàn)中，隨著UV-B輻射的增強(qiáng)，紫花苜蓿各熒光參數(shù)Fv/Fm、qP、NPQ和ETR均表現(xiàn)為降低，說明UV-B輻射增強(qiáng)一方面使光合器官活性降低，紫花苜蓿葉片對(duì)碳的固定和同化減少，進(jìn)而使過剩光能增加；另一方面，PSⅡ的原初光化學(xué)反應(yīng)通過下調(diào)光合電子傳遞來匹配碳代謝對(duì)同化力需求的減少，這與王錦旗等[21]的研究結(jié)果相一致。隨著對(duì)不同劑量UV-B輻射下噴施鑭，紫花苜蓿各熒光參數(shù)Fv/Fm、qP和ETR與對(duì)照相比均出現(xiàn)增長(zhǎng)的趨勢(shì)，說明鑭能夠在一定程度上修復(fù)經(jīng)UV-B輻射后對(duì)紫花苜蓿葉片葉綠素?zé)晒馑斐傻膿p傷，這與馬曉麗等[22]的研究結(jié)果相類似。NPQ即非光化學(xué)淬滅系數(shù)，反映了由熱耗散引起的熒光淬滅，是光照條件下PSII的天線系統(tǒng)將過量的光能熱耗散掉的指標(biāo)，其值的下降說明植物的光合機(jī)構(gòu)開始遭受破壞。在本試驗(yàn)中，隨著UV-B輻射的不斷積累，紫花苜蓿葉片的NPQ逐漸下降，說明UV-B輻射使植株吸收了過量的光能，對(duì)植株P(guān)SII造成一定的傷害。而隨著不同濃度鑭的配施，植株NPQ含量卻處于上升趨勢(shì)，隨著生育期的不斷推進(jìn)，NPQ含量也在穩(wěn)步增長(zhǎng)，說明施用鑭后，紫花苜蓿葉片將過量吸收的光能及時(shí)地耗散掉，減緩了不斷增長(zhǎng)的激發(fā)能對(duì)PSII的進(jìn)一步破壞，進(jìn)一步說明鑭對(duì)UV-B輻射脅迫下的紫花苜蓿有一定的保護(hù)效應(yīng)。

3.2 結(jié)論

在UV-B輻射增強(qiáng)5%條件下，紫花苜蓿葉片Chla、Chlb和ETR均高于對(duì)照，A、E、gs、Ci、Fv/Fm、qP、NPQ、可溶性糖和可溶性蛋白含量均低于對(duì)照，在UV-B 輻射增強(qiáng)10%條件下，ETR、可溶性糖和可溶性蛋白含量均高于對(duì)照，Chla、Chlb、A、E、gs、Ci、Fv/Fm、qP、NPQ均低于對(duì)照，說明UV-B輻射增強(qiáng)會(huì)降低紫花苜蓿葉片的光合特性；在UV-B輻射增強(qiáng)5%條件下噴施30mg·L-1和UV-B輻射增強(qiáng)10%條件下噴施60mg·L-1鑭后，各生育期葉片Chla、Chlb、A、E、gs、Ci、Fv/Fm、qP、NPQ、ETR、可溶性糖和可溶性蛋白含量均相應(yīng)顯著高于T1、T2處理（P<0.05），而在整個(gè)生育期，紫花苜蓿NPQ和可溶性蛋白含量均呈上升趨勢(shì)，其它指標(biāo)均不斷下降，且以UV-B輻射增強(qiáng)5%條件下噴施30mg·L-1鑭和UV-B輻射增強(qiáng)10%條件下噴施60mg·L-1鑭的效果較為明顯，說明一定濃度的鑭在一定程度上可以緩解UV-B輻射增強(qiáng)對(duì)紫花苜蓿造成的傷害，增強(qiáng)葉片光合作用。本試驗(yàn)為UV-B增強(qiáng)下噴施氯化鑭對(duì)紫花苜蓿光合熒光的影響提供了相關(guān)方面的研究，由于試驗(yàn)在溫室大棚內(nèi)進(jìn)行，并不能完全代表大田生產(chǎn)。同時(shí)，有關(guān)最適濃度鑭溶液的選取，也有待進(jìn)一步研究。

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Effects of Spraying Lanthanum in Early Flowering Stage on Photosynthetic Characters and Chlorophyll Fluorescence Parameters ofunder Enhanced UV-B Radiation

WANG Wei1, WANG Yan1, LIANG Bian-bian2, ZHAO Tian-hong1, TIAN Rong-rong1, WU Hong-yan1

(1.College of Agronomy, Shenyang Agricultural University, Shenyang 110866, China;2.College of Geography and Environmental Science, Northwest Normal University, Lanzhou 730070)

Takingas an experimental material, the experiment was implemented in the plastic greenhouse in Shenyang, April-October, 2015. Lanthanum (La) was sprayed in the early flowering stage, conducted nine treatments, which were CK (no UV-B radiation and La treatment), T1(only subjecting to 5% UV-B radiation), T13 (subjecting 5% UV-B radiation and spraying 30mg·L-1La), T16 (subjecting 5% UV-B radiation and spraying 60mg·L-1La ), T19 (subjecting 5% UV-B radiation and spraying 90mg·L-1La), T2(only subjecting to 10% UV-B radiation), T23 (subjecting 10% UV-B radiation and spraying 30mg·L-1La), T26 (subjecting 10% UV-B radiation and spraying 60mg·L-1La ), and T29 (subjecting 10% UV-B radiation and spraying 90mg·L-1La), to reveal the effects of spraying La in early flowering stages on physiological characteristics ofunder enhanced UV-B radiation. The results showed that, with the increased of UV-B radiation, Chla, Chlb, A, E, gs, Ci, Fv/Fm, qP and NPQ declined compared with those of CK, so it was concluded that UV-B radiation can reduce the photosynthetic characters ofleaves; On the contrary, with sprayed the concentrations of La (sprayed the 30mg·L-1of La under UV-B radiation enhanced by 5%, sprayed the 60mg·L-1of La under UV-B radiation enhanced by 10%), the above indicators significantly enhanced by 12.91%, 11.93%, 22.22%, 22.25%, 96.26%, 7.10%, 12.85%, 11.55%, 123.66% and 140.81%, 63.12%, 37.90%, 22.80%, 108.28%, 6.08%, 3.81%, 37.95%, 199.68%, respectively. Results showed that sprayed La can alleviate the damage of photosynthetic characters ofleaves under UV-B radiation. In addition, the content of soluble sugar and soluble protein was also increased in the growth period, it demonstrated that UV-B radiation and La could promote the synthesis of sugar and protein ofleaves.

Lanthanum(III); UV-B radiation;; Photosynthetic characteristics; Chlorophyll fluorescence parameters

10.3969/j.issn.1000-6362.2017.04.004

2016-09-12

。E-mail：zth1999@163.com

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（30970448）

王偉（1988-），碩士生，從事農(nóng)業(yè)生態(tài)研究。E-mail：ww255286@126.com