臭氧脅迫下不同光強與溫度處理對‘赤霞珠’葡萄葉片PSII光化學活性的影響

耿慶偉，邢浩，翟衡，蔣恩順，杜遠鵬

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臭氧脅迫下不同光強與溫度處理對‘赤霞珠’葡萄葉片PSII光化學活性的影響

耿慶偉1,2，邢浩1，翟衡1，蔣恩順3，杜遠鵬1

（1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，山東泰安 271018；2曲阜市吳村鎮(zhèn)人民政府，山東曲阜 273100；3山東省果樹研究所，山東泰安 271018）

【目的】自然界中臭氧與強光和高溫逆境因素往往同時存在，探討光強和溫度及臭氧的交叉脅迫對葡萄葉片光系統(tǒng)功能的傷害機制，為生產(chǎn)上通過調(diào)控光照、溫度緩解臭氧對葡萄的危害提供理論依據(jù)。【方法】以盆栽‘赤霞珠’葡萄為試驗材料，利用葉綠素熒光動力學技術(shù)，研究（120±20）nL?L-1的臭氧濃度下，不同光強（800、1 600 μmol?m-2?s-1）與溫度（26℃、40℃）處理對光系統(tǒng)II光化學活性的影響。【結(jié)果】臭氧脅迫下40℃的高溫和1 600 μmol?m-2?s-1的強光均可以顯著降低葉片最大光化學效率（Fv/Fm）、線性電子傳遞速率（ETR）、單位面積有活性反應(yīng)中心的數(shù)量（RC/CSm）以及光化學淬滅系數(shù)（qP），同時降低了光系統(tǒng)I激發(fā)能分配系數(shù)（α），增大了光系統(tǒng)II激發(fā)能分配系數(shù)（β），導致兩個光系統(tǒng)之間的激發(fā)能分配嚴重偏離平衡，造成了光系統(tǒng)II的傷害，1 600 μmol?m-2?s-1的強光影響大于40℃的高溫影響，強光、高溫與臭氧復合脅迫對葡萄葉片影響最為嚴重。其中臭氧、適光、高溫（T2）和臭氧、強光、適溫（T3）處理后的葉片PSⅡ最大光化學量子產(chǎn)量Fv/Fm值分別比臭氧、適光、適溫處理（T1）降低了10.3%和38.8%，臭氧、強光、高溫（T4）處理后Fv/Fm降幅最大，達到54.8%。T2、T3和T4處理后葉片PSII的潛在活性Fv/Fo分別比T1降低了30.4%、69.6%和80.3%。與T1相比，T2、T3和T4處理后的葉片單位面積內(nèi)有活性反應(yīng)中心的數(shù)量RC/CSm值分別降低了26.8%、68.4%和70.2%，T2、T3和T4處理后的葉片Ψo值分別比T1降低了11.2%、21.6%、40.8%。T2、T3及T4處理葡萄葉片實際光化學效率Fv'/Fm'值分別比T1降低了7.9%、22.1%和42.3%；同時，各處理顯著降低了植物葉片線性電子傳遞速率ETR，T4處理降幅最大，比T1降低了62.5%，T2和T3處理分別降低了17.6%和37.5%。T2、T3和T4的葉片光化學淬滅qP值分別比T1降低了10.7%和19.8%和39.5%。T2、T3和T4處理后葡萄葉片吸收的光能用于光化學反應(yīng)的比例均有所下降，分別比T1處理降低18.8%和38.8%和62.0%。與T1相比，T2、T3和T4處理吸收的光能用于熱耗散的比例均增加，增幅分別為15.9%、36.2%和60.5%，同時，過剩光能分別增加12.5%、19.1%和25.2%。不同處理顯著降低了葉片PSI激發(fā)能分配系數(shù)（α），與T1相比，T2、T3和T4分別下降了6.6%和12.8%和25.1%;同時，不同處理后葉片PSII激發(fā)能分配系數(shù)（β）均顯著上升，T2、T3、T4分別比T1升高了4.5%、8.7%、17.1%。光系統(tǒng)間激發(fā)能分配不平衡偏離系數(shù)（β/α–1）變化趨勢與PSII激發(fā)能分配系數(shù)一致，T2、T3處理的β/α–1分別比T1升高37.7%和78.3%，T4升高幅度最大，達到187.8%?！窘Y(jié)論】溫度、光照逆境增加了PSII活性對臭氧脅迫的敏感性，以強光脅迫的作用效果更顯著，而高溫、強光脅迫下臭氧對PSII活性抑制程度最大。

葡萄；臭氧；光照；溫度；葉綠素熒光參數(shù)

0 引言

【研究意義】近幾十年來O3污染已經(jīng)成為對流層中首要污染物，對作物生長和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成很大影響，全球近1/4的國家或地區(qū)面臨O3濃度超出60 nL·L-1的威脅[1-2]。由于人類活動和生物源排放，O3濃度仍以每年約0.5%—2.5%的速率增長[3]，預計2015—2050年全球地表O3濃度將在現(xiàn)有基礎(chǔ)上增加20%—25%，21世紀末將增加40%—60%。O3具有強氧化性，可對植物產(chǎn)生氧化傷害[4]。臭氧污染往往發(fā)生在特定的時間段內(nèi)，不同季節(jié)以夏季最強，一天之中又以10：00—14：00最強，臭氧污染與強光和高溫同時存在，3個生態(tài)逆境因素存在協(xié)同脅迫作用。因此，本研究開展3個生態(tài)逆境因素協(xié)同脅迫對葡萄光化學活性的影響，旨在為生產(chǎn)上采取相應(yīng)措施緩解臭氧傷害提供理論依據(jù)。【前人研究進展】氣孔是植物與外界進行氣體交換的主要通道，是臭氧進入植物體的主要途徑[5]，O3通過氣孔進入葉片后導致葉片光下最大光化學效率（ΦPSII）和PSII開放程度（qP）受到抑制[6]，孫永江等[7]研究發(fā)現(xiàn)，隨著O3濃度升高，葉片凈光合速率（Pn）、氣孔導度（Gs）、PSII的實際光化學效率（ΦPSII）、光下最大光化學效率（Fv′/Fm′）、捕獲光能用于QA以后的電子傳遞的概率（Eo）、單位面積有活性反應(yīng)中心的數(shù)量（RC/CSm）均呈下降趨勢；在低O3濃度條件下（25—55 nL?L-1），Pn的下降主要是由于氣孔限制引起的，O3濃度達到并超過80 nL·L-1時，葉綠素含量顯著降低，非氣孔限制占主導因素，葡萄葉片可以在短時間內(nèi)（8 h）忍受一定濃度（不超過55 nL·L-1）的O3脅迫，O3濃度達到或超過80 nL·L-1時，PSII功能受到較嚴重的抑制[7]，嚴重影響植物的蒸騰、光合、呼吸等重要生理過程[8-9]。光是植物進行光合作用所必需的環(huán)境因子，但在強光下，當光合機構(gòu)吸收的光能超過光合作用的利用量時，即出現(xiàn)光抑制，若植物不能及時有效地利用或耗散，就會產(chǎn)生過量的活性氧[10]，破壞光合色素和Dl蛋白等，引起PSⅡ的損傷[11-12]。高溫脅迫會破壞葉片PSⅡ，導致植物葉片不能有效利用吸收的光能[13-14]，最終會降低植物的光合作用、損壞細胞膜并打破活性氧平衡[15-16]。【本研究切入點】自然條件下，夏季強光和高溫往往同時出現(xiàn)，伴隨著臭氧的污染，植物遭受臭氧、強光、高溫等3種逆境因子的交叉脅迫。但目前研究多從單一或兩個脅迫因素開展研究，尚缺乏3個生態(tài)逆境因素協(xié)同脅迫影響機制研究?！緮M解決的關(guān)鍵問題】以廣泛栽培的釀酒葡萄品種‘赤霞珠’為試材，利用葉綠素熒光技術(shù)，在對植物葉片不造成傷害的前提下，探究光合機構(gòu)的運轉(zhuǎn)狀況，探測和分析植物的光合功能，了解臭氧脅迫下強光、高溫脅迫對葡萄葉片PSⅡ活性的影響，以期探尋減輕光抑制和提高逆境光合能力的有效途徑，保證大田葡萄植株的生長和果實發(fā)育。

1 材料與方法

1.1 試驗時間、地點

本試驗于2016年7月—9月在山東農(nóng)業(yè)大學葡萄核心試驗園內(nèi)進行。

1.2 試驗材料和處理

試材為長勢一致的‘赤霞珠’（L. Cabernet Sauvigon）一年生扦插苗，種植于直徑25 cm、高35 cm的花盆中。基質(zhì)﹕沙=1﹕1。待植株長至10—12片完全展開葉時進行試驗處理。

處理分為5組，分別在自然大氣臭氧濃度條件下正常光照與適溫（35 nL?L-1，800 μmol·m-2·s-1，26℃）、臭氧脅迫下正常光照與適溫（（120±20）nL?L-1，800 μmol·m-2·s-1，26℃）、臭氧脅迫下正常光照與高溫（（120± 20）nL?L-1，800 μmol·m-2·s-1，40℃）、臭氧脅迫下強光與適溫（（120±20）nL?L-1，1 600 μmol·m-2·s-1，26℃）和臭氧脅迫下強光與高溫（120±20 nL?L-1，1 600 μmol·m-2·s-1，40℃）條件下處理3 h（5個處理分別表示為對照Control、T1、T2、T3、T4），臭氧濃度的選定依據(jù)前期試驗確定[17]。處理結(jié)束后進行相關(guān)參數(shù)測定，每個處理重復5次，單株小區(qū)。

用于O3熏蒸的OTC[17]的框架由直徑3 cm的鍍鋅鋼管構(gòu)成，四周用溫室專用的聚乙烯塑料膜包被，頂部與大氣相通。OTC內(nèi)距離試驗材料頂部50 cm有布氣管，布氣管上有一排斜向下與水平面呈45°的出氣孔，O3發(fā)生器（WJ-HY5型）產(chǎn)生的O3在管道中與空氣混合，在鼓風機（SF2-2型）的作用下被通入OTC內(nèi)布氣管。OTC內(nèi)的O3濃度監(jiān)測儀（DR70C-臭氧型）可以實時監(jiān)測OTC內(nèi)的O3濃度，并把數(shù)據(jù)傳輸?shù)诫娔X上用于觀察、保存。通過轉(zhuǎn)子流量計調(diào)節(jié)O3發(fā)生器的進氧量，從而控制OTC內(nèi)的O3濃度。在OTC氣室內(nèi)通過溫度控制系統(tǒng)（Plant System，上海菲探儀器科技有限公司）調(diào)節(jié)葉片周圍溫度，用LED冷光源燈控制達到葉片表面光強。

1.3 測定項目和方法

采用英國Hansatech公司的FMS-2型便攜脈沖調(diào)制式熒光儀測定熒光參數(shù)，測定程序如下：首先對葉片進行30 min暗適應(yīng)，用飽和脈沖光（12 000 μmol·m-2·s-1）測定暗適應(yīng)30 min后最大熒光（Fm）。對光適應(yīng)下的葉片先用60 s作用光（1 000 μmol·m-2·s-1），然后用極弱的測量光（＜0.05 μmol·m-2·s-1）測得葉片最小熒光（Fo'），再用飽和脈沖光（12 000 μmol·m-2·s-1）測定光適應(yīng)下的最大熒光值Fm'，打開作用光測定光下穩(wěn)態(tài)熒光Ft。包括：天線轉(zhuǎn)化效率：Fv'/Fm'=（Fm'-Fo'）/Fm'；線性電子傳遞速率：ETR=（ФPSII）×PFD×0.84× 0.5，其中PFD是被吸收的光通量密度（μmol·m-2·s-1），0.5代表光能在兩個光系統(tǒng)間的分配系數(shù)，0.84指入射到葉片表面的光能平均有84%被葉片吸收；光化學淬滅：qP=（Fm'-Fs）/（Fm'-Fo'），其中Fs表示光適應(yīng)下的穩(wěn)態(tài)熒光。兩個光系統(tǒng)之間的激發(fā)能分配系數(shù)按Braun等[18]的公式計算：光系統(tǒng)Ⅰ激發(fā)能分配系數(shù)α=f/（1+f），光系統(tǒng)Ⅱ激發(fā)能分配系數(shù)β=1/（1+f），f=（Fm'-Fs）/（Fm'-Fo'）；光系統(tǒng)Ⅰ和Ⅱ間激發(fā)能分配的不平衡性可用β/α-1表示。根據(jù)Demmig-Adams等[19]提出的公式計算光合機構(gòu)吸收的光能用于光化學反應(yīng)的份額P=Fv'/Fm'×qP，用于天線熱耗散的份額D=1-Fv'/Fm'，用于反應(yīng)中心由非光化學反應(yīng)耗散的份額（過剩光能，X耗散）Ex=Fv'/Fm'×（1-qP）。

用連續(xù)激發(fā)式熒光儀（Handy PEA，Hansatech，英國）測量熒光誘導動力學曲線，參考李鵬民等[20]的計算方法，獲得如下參數(shù)：PSII最大光化學效率Fv/Fm，PSII的潛在活性Fv/Fo，單位面積有活性反應(yīng)中心數(shù)目（RC/CSm）=Fm·φPo·（Vj/Mo），Vj表示j點相對可變熒光，Mo表示QA被還原的最大速率。捕獲的激子將電子傳遞到QA以后的其他電子受體的概率（Ψo）=ETo/TRo=（1–Vj），ETo/CSo表示用于電子傳遞的能量，TRo/CSo表示還原QA的激發(fā)能。

1.4 數(shù)據(jù)處理及統(tǒng)計分析

采用Microsoft Excel軟件處理數(shù)據(jù)和制圖，采用DPS軟件的LSD法進行差異顯著性檢驗。

2 結(jié)果

2.1 對葡萄葉片F(xiàn)v/Fm、Fv/F0、RC/CSm、Ψ0的影響

Fv/Fm是PSⅡ最大光化學量子產(chǎn)量，或稱最大PSⅡ的光能轉(zhuǎn)換效率，代表了光合機構(gòu)把吸收的光能用于光化學反應(yīng)的最大效率，反映光能吸收轉(zhuǎn)化機構(gòu)的完整性，非脅迫條件下該參數(shù)的變化極小，不受物種和生長條件的影響，常用Fv/Fm下降程度來反映光抑制程度的大小[21-22]。從圖1可以看出，與對照相比，不同處理顯著降低葉片的Fv/Fm值，與T1相比，T2、T3分別降低了10.3%和38.8% ，T4降幅最大，達到54.8%。Fv/Fo表示的是PSII的潛在活性，與T1相比，T2、T3和T4分別降低了和30.4%、69.6%和80.3%。RC/CSm反映了葉片單位面積內(nèi)有活性反應(yīng)中心的數(shù)量，o表示捕獲的激子將電子傳遞到QA以后的其他電子受體的概率。與對照相比，不同處理均降低了葉片的RC/CSm值和Ψo值，與T1相比，T2、T3和T4處理分別降低了26.8%、68.4%、70.2%和11.2%、21.6%、40.8%。表明臭氧脅迫下，1 600 μmol·m-2·s-1的強光和40℃高溫均可加劇PSII最大光化學效率和潛在活性的降低，但1 600 μmol·m-2·s-1的強光影響程度更大；當強光和高溫同時出現(xiàn)時，抑制程度最大。

不同小寫字母表示不同處理在0.05水平上的差異顯著性。下同

2.2 對葡萄葉片F(xiàn)v'/Fm'、ETR、qp的影響

Fv'/Fm'是PSⅡ有效光化學量子產(chǎn)量，為光條件下PSⅡ天線轉(zhuǎn)化效率，可以用來反映開放的PSII反應(yīng)中心的激發(fā)能捕獲效率[23]。從圖2可以看出，與對照相比，T1處理降低了植物葉片實際光化學效率，與T1相比，T2、T3分別降低了7.9%、22.1%，T4下降最顯著，降幅為42.3%。ETR可以表示從PSⅡ到PSⅠ的電子傳遞情況[24]，與對照相比，T1處理顯著降低了植物葉片線性電子傳遞速率，與T1相比，T4處理降幅最大，達到62.5%，T2和T3處理分別降低了17.6%和37.5%。qP表示熒光淬滅中的光化學淬滅，從圖2可知，與對照相比，不同處理顯著降低了葡萄葉片的光化學淬滅，與T1相比，T2、T3的qP值分別降低了10.7%和19.8%，T4變化最顯著，降低了39.5%。這表明臭氧脅迫下1 600 μmol·m-2·s-1的強光和40℃高溫均可降低PSII激發(fā)能捕獲效率、線性電子傳遞速率和光化學淬滅，導致葉片吸收的光能更多的以熱耗散形式消耗，被用來進行碳固定的能量顯著減少，但1 600 μmol·m-2·s-1的強光影響程度更顯著；當強光和高溫同時出現(xiàn)時，F(xiàn)v'/Fm'、ETR和qP降幅最大，影響更顯著。

2.3 對葡萄葉片吸收光能分配的影響

植物葉片吸收的光能有三條去路，一是在天線色素上進行熱耗散（D），二是用于光化學反應(yīng)（P），三是反應(yīng)中心的過剩激發(fā)能（E）。圖3反映了不同處理下吸收光能向光化學反應(yīng)、熱耗散及過剩光能分配的情況，由圖可知，與對照相比，不同處理下吸收的光能用于光化學反應(yīng)的比例均有所下降，與T1相比，T2、T3分別降低18.8%和38.8%，T4下降最明顯，降幅為62.0%。與T1相比，T2、T3和T4處理吸收的光能用于熱耗散的比例均增加，增幅分別為15.9%、36.2%和60.5%；過剩光能分別增加12.5%、19.1%和25.2%。這表明臭氧脅迫下1 600 μmol·m-2·s-1的強光和40℃高溫均可增加吸收的光能用于熱耗散和過剩光能的份額，降低用于光化學反應(yīng)的比例，但1 600 μmol·m-2·s-1的強光造成過剩光能的份額更大。當強光和高溫同時出現(xiàn)時，過剩光能的比例最大，這部分既沒有被捕光天線色素耗散掉，也沒有被光化學反應(yīng)利用的過剩光能必然會導致葡萄葉片活性氧含量增加，進而對光合機構(gòu)造成損傷。

圖2 臭氧脅迫下不同光強與溫度處理對‘赤霞珠’葡萄葉片F(xiàn)v'/Fm'、ETR、qP的影響

Fig. 2 Effect of light and temperature on Fv'/Fm', ETR and qPin ‘cabernet sauvignon’ grape leaf under ozone stress

圖3 臭氧脅迫下不同光強與溫度處理對‘赤霞珠’葡萄葉片吸收光能分配的影響

2.4 對葡萄葉片光系統(tǒng)I、光系統(tǒng)II間激發(fā)能分配的影響

由圖4可知，與對照相比，不同處理顯著降低葉片PSI激發(fā)能分配系數(shù)（α）。與T1相比，T2、T3分別下降了6.6%和12.8%，T4下降幅度最大，降幅為25.1%；與之相反，不同處理后葉片PSII激發(fā)能分配系數(shù)（β）均顯著上升，與T1相比，T2、T3、T4分別升高了4.5%、8.7%、17.1%。雙光系統(tǒng)間激發(fā)能分配不平衡偏離系數(shù)（β/α–1）變化趨勢與PSII激發(fā)能分配系數(shù)一致，與T1相比，T2、T3分別升高37.7%和78.3%，T4升高幅度最大，達到187.8%。這表明臭氧脅迫下強光、高溫嚴重影響激發(fā)能在兩個系統(tǒng)之間的均勻分配，導致光系統(tǒng)之間激發(fā)能分配的不平衡，但強光的影響更為嚴重；當強光、高溫同時出現(xiàn)時激發(fā)能在兩個光系統(tǒng)間分配偏離最嚴重。

圖4 臭氧脅迫下不同光強與溫度處理對‘赤霞珠’葡萄葉片光系統(tǒng)I、光系統(tǒng)II間激發(fā)能分配的影響

3 討論

快速葉綠素熒光誘導動力學技術(shù)被認為是探測植物光合生理的無損探針，植物快速葉綠素熒光誘導曲線中包含著大量有關(guān)PSⅡ反應(yīng)中心原初光化學反應(yīng)的信息，其參數(shù)反映了植物原初反應(yīng)和光合生理狀況，常用來研究各種外界逆境因子對植物的影響[20]。大量研究表明，臭氧、強光和高溫等非生物逆境因子跟農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和作物產(chǎn)量的有著緊密的聯(lián)系。臭氧可以誘導植物體產(chǎn)生大量活性氧，造成過高的活性氧（ROS）積累，影響光抑制修復過程，從而導致葉片光抑制發(fā)生[25]；強光可以使葉片發(fā)生光抑制，而且當光抑制達到一定程度時，光合機構(gòu)中的D1蛋白發(fā)生降解，產(chǎn)生光破壞[26]；在葡萄生長季節(jié)當氣溫高于40℃時會抑制新梢的生長；而當溫度超過40℃時，由于細胞酶系統(tǒng)被鈍化，葡萄體內(nèi)的各種生理代謝活動受到嚴重阻礙，同時會造成PSII的結(jié)構(gòu)和功能發(fā)生變化甚至損害，致使新梢停止生長、葉片發(fā)黃、果實日燒，最終導致葡萄減產(chǎn)并影響翌年葡萄生長發(fā)育。

在自然條件下，特別是夏季晴天，高溫往往伴隨強光發(fā)生，同時高輻射會造成對流層形成大量O3[27]，因此，在葡萄生長的旺季—夏季，葡萄葉片通常要遭受高溫、強光和O33種脅迫因子。本研究中發(fā)現(xiàn)臭氧脅迫下葡萄葉片最大光化學效率（Fv/Fm）、單位面積有活性反應(yīng)中心的數(shù)量（RC/CSm）以及捕獲光能用于向QA以后的電子傳遞的能量比例（ΨEo）顯著降低，這表明葉片PSII的反應(yīng)中心和受體側(cè)出現(xiàn)光抑制[28]。光系統(tǒng)I激發(fā)能分配系數(shù)（α）大幅降低，光系統(tǒng)II激發(fā)能分配系數(shù)（β）顯著增大，兩個光系統(tǒng)之間的激發(fā)能分配嚴重偏離平衡。光化學淬滅系數(shù)（qP）下降的同時非光化學淬滅系數(shù)（NPQ）升高，這表明葉綠素吸收的光能用于光化學反應(yīng)的比例降低，葉片過剩的光能通過熱耗散的形式散失以保護葉片光合結(jié)構(gòu)，雖然葉片熱耗散能力增加，但是由于PSII實際光化學效率（ФPSII）的下降，葉片通過光化學反應(yīng)對激發(fā)能的利用率大幅下降，熱耗散途徑不足以清除大量的過剩光能，最終造成光系統(tǒng)II的傷害，這與前人研究結(jié)果一致。

強光和高溫均對臭氧脅迫有加劇作用，1 000 μmol·m-2·s-1光強下的臭氧脅迫對菜豆葉片的影響顯著大于單一臭氧或光照脅迫處理[29]，說明高光強可以加劇臭氧對光合作用的抑制。筆者課題組前期試驗通過響應(yīng)面試驗設(shè)計不同光照與臭氧組合也發(fā)現(xiàn)光照強度和O3濃度存在交互作用，強光不僅可以加劇O3對植物葉片PSII的傷害，并且隨著光強的增加傷害程度在逐漸升高[30]。本研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)40℃的高溫、1 600 μmol·m-2·s-1的強光均加劇了臭氧脅迫對PSII造成的傷害，但1 600 μmol·m-2·s-1的強光影響程度顯著大于40℃的高溫；當強光和高溫同時存在時，O3脅迫對PSII的傷害最明顯，不僅加大了強光因素引起的光系統(tǒng)II傷害，也加大了高溫因素引起的光系統(tǒng)II傷害。這是由于強光產(chǎn)生的過剩光能導致ROS的積累，本身加劇了O3對植物的ROS傷害，造成光抑制的出現(xiàn)，加之高溫通過傷害細胞質(zhì)膜和光合電子傳遞鏈[31]，破壞PSII反應(yīng)中心的D1蛋白，同時降低暗反應(yīng)相關(guān)的酶活性[32]，進一步導致植物葉片Pn降低[33]。雖然葉片通過熱耗散的形式散失/疏散過剩光能以保護葉片光合結(jié)構(gòu)，但是ROS和高溫對光合機構(gòu)、細胞質(zhì)膜和光合電子傳遞鏈的氧化傷害，導致葉綠素吸收的光能用于光化學反應(yīng)的比例大幅降低，大量的過剩光能積聚在光合結(jié)構(gòu)，熱耗散途徑不足以及時有效清除的情況下過剩光能繼續(xù)積累，ROS物質(zhì)繼續(xù)傷害抗氧化系統(tǒng)和光合機構(gòu)，并最終造成了PSII的嚴重傷害。

生產(chǎn)中高溫和強光天氣往往同時發(fā)生，本研究結(jié)果提示臭氧脅迫下強光的傷害高于高溫，由此提示可以通過降低光強緩解臭氧傷害。葉幕結(jié)構(gòu)與植物光合作用聯(lián)系密切，成果等[34]比較了新疆地區(qū)多主蔓扇形和“廠”字形等方式對‘赤霞珠’葡萄光合特性的影響，研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)不同整形方式改變?nèi)~幕光照透射率以及果際周圍光合有效輻射，影響葉片光合速率及果實品質(zhì)。本研究團隊前期在田間觀察也發(fā)現(xiàn)棚架‘摩爾多瓦’葡萄葉片受臭氧傷害癥狀弱于籬架，由此提示可以通過架式調(diào)整或鋪設(shè)遮陽網(wǎng)降低光強來緩解臭氧傷害。

4 結(jié)論

溫、光逆境增加了PSII活性對臭氧脅迫的敏感性，40℃的高溫、1 600 μmol·m-2·s-1的強光均可以顯著降低葉片最大光化學效率（Fv/Fm）、線性電子傳遞速率（ETR）、單位面積有活性反應(yīng)中心的數(shù)量（RC/CSm）以及光化學淬滅系數(shù)（qP），導致兩個光系統(tǒng)之間的激發(fā)能分配嚴重偏離平衡，造成光系統(tǒng)II的傷害。1 600 μmol·m-2·s-1的強光影響程度顯著大于40℃的高溫，而高溫、強光脅迫下過剩光能的比例最大，導致葡萄葉片活性氧含量增加，進而對光合機構(gòu)造成損傷。

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Effects of Different Light Intensity and Temperature on PSII Photochemical Activity in ‘Cabernet Sauvignon’ Grape Leaves Under Ozone Stress

Geng QingWei1,2, Xing Hao1, Zhai Heng1, Jiang EnShun3, DU YuanPeng1

(1College of Horticulture Science and Engineering, Shandong Agricultural University/State Key Laboratory of Crop Biology, Tai’an 271018, Shandong;2Town government of Wucun, Qufu 273100, Shandong;3Shandong Institute of Pomology, Tai’an 271018, Shandong)

【Objective】Ozone stress, high light and high temperature usually exist simultaneously in nature, but little is known about the effect of the combination of three stress factors on plants. So the combined effects of different temperature (26, 40℃), light (800, 1 600 μmol?m-2?s-1) and ozone treatments on the operation of photosynthetic apparatus were investigated to reveal the mechanism of inhibition of photosynthesis, which provided a theoretical basis for reducing ozone injury by regulating the light and temperature. 【Method】Potted Cabernet Sauvignon grapes were used as materials to be treated with different temperatures (26, 40℃), two kinds of light intensities (800, 1 600 μmol?m-2?s-1) combined with (120±20) nL?L-1ozone. Chlorophyll a fluorescence parameters were analyzed to investigate the effects of different treatments on the PSII function. 【Result】40℃and 1 600 μmol·m-2·s-1both significantly decreased the maximal photochemical efficiency (Fv/Fm), linear electron transport rate (ETR), the unit area number of reactive centers (RC/CSm) and photochemical quenching coefficient (qP) of leaf under ozone stress. At the same time, the decreased excitation energy partition coefficient (α) of PSI and increased excitation energy partition coefficient (β) of PSII induced a serious imbalance of excitation energy distribution between the two photosystems and caused the damage of photosystem II, and the influence of strong light intensity (1 600 μmol·m-2·s-1) was more significant. The maximal photochemical efficiency (Fv/Fm) under T2 and T3 treatment decreased 10.3% and 38.8% than that under T1 treatment, Fv/Fmunder T4 treatment decreased most for 54.8%. PSII quantum efficiency Fv/Founder T2, T3 and T4 treatment decreased 30.4%, 69.6% and 80.3% than that of T1 treatment, respectively. The number of reaction centers per unit area (RC/CSm) under T2, T3 and T4 treatment decreased 30.4%, 69.6% and 80.3% than that of T1 treatment, respectively, and the probability of that a trapped exciton the moves an electron further than QAby trapped exciton (Ψo) under T2, T3 and T4 treatment decreased 11.2%, 21.6% and 40.8% than that of T1 treatment, respectively. The effective photochemical efficiency Fv'/Fm' under T2, T3 and T4 treatment decreased 7.9%, 22.1% and 42.3% than that under T1 treatment, respectively. Linear electron transport rate (ETR) of T4 decreased most (decreased 62.5% than that under T1 treatment), and ETR under T2 and T3 treatment decreased 17.6% and 37.5% than that of T1 treatment, respectively. The photochemical quenching coefficient (qP) under T2, T3 and T4 treatment decreased 10.7%, 19.8% and 39.5%than that of T1 treatment, respectively. The photochemical reactions share under T2, T3 and T4 treatment decreased 18.8%, 38.8% and 62.0% than that of T1 treatment, respectively. While the antennal heat dissipation share under T2, T3 and T4 treatment increased 15.9%, 36.2% and 60.5% than that of T1 treatment, respectively, and the excess light energy share of T2, T3 and T4 treatment increased 12.5%, 19.1% and 25.2% than that of T1 treatment, respectively, the excitation energy partition coefficient (α) of PSI under T2, T3 and T4 treatment decreased 6.6%, 12.8% and 25.1% than that under T1 treatment, respectively, and the excitation energy partition coefficient (β) of PSII under T2, T3 and T4 treatment increased 4.5%, 8.7% and 17.1% than that under T1 treatment, respectively, and the change trend of imbalance of partitioning of excitation energy between PSⅠand PSⅡ(β/α-1) wasconsistentwiththechangeofthe excitation energy partition coefficient, β/α-1 under T2, T3 and T4 increased 37.7%, 78.3% and 187.8% than that under T1 treatment.【Conclusion】Temperature and light stress increased the sensitivity of PSII activity to ozone stress, and the influence of light stress was more significant, while high temperature and high light stress causedto

grape; ozone; light; temperature; chlorophyll fluorescence parameters

10.3864/j.issn.0578-1752.2019.07.006

2018-07-09；

2019-01-03

國家自然科學基金（31572084）、國家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)專項資金（CARS-29）、長江學者和創(chuàng)新團隊發(fā)展計劃項目（IRT15R42）

耿慶偉，E-mail：841295333@qq.com。通信作者蔣恩順，E-mail：enshunjiang@163.com。通信作者杜遠鵬，E-mail：duyuanpeng 001@163.com

（責任編輯 趙伶俐）