硒代蛋氨酸對草莓光合特性及葉綠素熒光參數(shù)的影響

高尚，蔡莉萍,2，單長卷*

（1.河南科技學院，河南新鄉(xiāng) 453003；2.漯河食品職業(yè)學院，河南漯河 462000）

0 引言

【研究意義】硒（Se）是人體必需的微量元素，亦會對植物生長發(fā)育起到促進作用[1]。外源施用硒元素能夠提高植物抗氧化及拮抗重金屬的能力，同時對植物果實品質(zhì)提升有顯著效果[2-3]。研究硒元素的應用對提高農(nóng)業(yè)種植效率及作物經(jīng)濟效益具有重要意義。光合作用作為植物重要的生理活動之一，其不僅為植物生命活動提供必要能量，同時在物質(zhì)代謝過程中起到重要作用[4]?！狙芯窟M展】耶興元[5]、胡旭雅等[6]、張楊楊等[7]研究表明，外源施硒能夠顯著提升獼猴桃、山核桃、甜瓜等植物光合能力，進而提升其果實中蛋白質(zhì)、可溶性糖、游離氨基酸及維生素C 等物質(zhì)量，以達到提升果實品質(zhì)的目的。在草莓方面，許真等[8]、張海英等[9]研究表明，外源施加適量硒能夠顯著提升草莓果實中維生素、可溶性糖、花色苷及總酚等重要營養(yǎng)物質(zhì)量?！厩腥朦c】近年來，對硒應用于草莓種植的相關研究，已取得一定進展，但外源硒對草莓光合特性影響的相關研究較少，且前人研究多以無機硒為手段，對于有機態(tài)硒的研究較少。因此，研究草莓光合特性對有機態(tài)硒的響應，對生產(chǎn)中草莓光合效率及有機物積累能力的提升具有較大意義。

【擬解決的關鍵問題】本研究通過盆栽試驗并以不同添加量硒代蛋氨酸（SeMet）溶液進行葉面噴施處理，旨在研究外源SeMet對草莓光合作用相關指標及有機物質(zhì)積累的影響，并篩選出最佳應用添加量，以期為研究有機硒調(diào)控草莓果實營養(yǎng)物質(zhì)積累及在生產(chǎn)中草莓栽培措施改進和植株光合效率提升提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試材料為甜查理草莓苗。該品種由美國引入，具有休眠淺、產(chǎn)量高、抗逆性強、生長勢強、大果型、品質(zhì)好和耐儲存等優(yōu)良特性，因此得以在我國廣泛種植和銷售[10]。選用植株生長狀況良好且大小相近的草莓苗，定植于制式塑料盆中，盆高14 cm，直徑15 cm。每盆裝培養(yǎng)土2 kg，培養(yǎng)土由泥炭和園土按7∶3的比例混合而成。培養(yǎng)土體積質(zhì)量為1.10 g/cm3，有機質(zhì)量為19.2 g/kg，速效氮、速效磷和速效鉀量分別為150.31、167.62 和240.23 mg/kg，土壤pH值為6.9。

1.2 試驗設計

試驗于2019年4月5日進行，地點位于河南科技學院植物生理生化實驗室。每盆澆水200 mL，置于室內(nèi)進行緩苗處理，3日后選取長勢良好草莓苗置于培養(yǎng)箱中培養(yǎng)，培養(yǎng)箱規(guī)格為680 cm×620 cm×1 800 cm，有效容積為300 L。設置晝夜溫度25℃/15℃，日間光強600 μmol/（m2·s），夜間光強0 μmol/（m2·s），光周期12 h，相對濕度60%。其間利用稱質(zhì)量法控制含水率在70%～75%之間。待現(xiàn)蕾期開始，每6 天1次，采取葉面噴施的方法，對草莓苗進行不同添加量的硒代蛋氨酸處理，每盆植株每次噴施溶液50 mL。參照鞠明岫等[11]、孫麗[12]的研究，同時結合前期預試驗的結果，本次研究共設5個處理，分別為T1 處理（10 mg/L）、T2 處理（30 mg/L）、T3 處理（60 mg/L）、T4 處理（90 mg/L）共4個SeMet添加量處理，對照（CK）僅采用等量清水噴施葉片，直至果實成熟，每個處理3個重復，共計15 盆。

1.3 測定方法

分別在草莓大果期（約花后18 d，果實整體呈全綠色且顯著膨大）、轉色期（約花后23 d，果實膨大過程基本結束且著色面積達20%～50%）、成熟期（約花后28 d，果實著色面積達80%以上），選取大小、葉齡相近，無損傷、病害及黃葉且葉片完全展開的各處理草莓葉片進行測定。

光合色素量采用丙酮比色法[13]進行測定。光合生理參數(shù)測定采用LI-6400 便攜光合儀進行測定，時間選擇在08:00—16:00之間進行，每2 h測定1次。測定凈光合速率（net photosynthetic rate，Pn）、氣孔導度（stomatal conductance，Gs）、蒸騰速率（transpiration rate，Tr）、胞間CO2摩爾分數(shù)（intercellular CO2concentration，Ci）、大氣CO2摩爾分數(shù)（atmospheric CO2concentration，Ca）。氣孔限制值（stomatal limitation value，Ls）及水分利用率（water use efficiency，WUE）計算式為：

綠素熒光參數(shù)采用PAM-2500 便攜式調(diào)制葉綠素熒光儀進行測定，測定參數(shù)意義及計算式如下：

式中：Y(II)為PSII實際光化學效率；Fv/Fm為PSII最大光化學量子產(chǎn)量；Fv'/Fm'為PSII有效光化學量子產(chǎn)量；ETR為表觀電子傳遞速率；NPQ為非光化學淬滅系數(shù)；qP為光化學淬滅系數(shù)。

植株總生物量采用烘干法進行測定、果實糖度采用WYZ型手持折光儀測定。每次測定均避開噴施試劑，每個指標重復測定3次，所得數(shù)據(jù)以WPS XLSX軟件進行計算及制圖，并以SPSS Stastitics 25 進行差異顯著性及相關性分析。

2 結果與分析

2.1 外源SeMet對草莓葉片光合色素量的影響

表1為3個時期各處理草莓葉片光合色素量。與CK相比，不同添加量處理下各時期草莓葉片中葉綠素a（Chla）、葉綠素b（Chlb）、葉綠素總量（Chla+b）及類胡蘿卜素（Car）量均有所提高，且變化形式較為相近，隨著硒添加量的增加，總體上呈先高后低的單峰變化趨勢，均在T3 處理處達到最高點且達顯著水平，隨后開始下降。此外，在草莓轉色期，與CK相比，各處理Chla/b的值顯著提高。說明SeMet 能夠顯著提升各時期草莓葉片中Chla、Chlb、Chla+b及Car 量，且以T3 處理為最佳，同時顯著改變轉色期草莓葉片中葉綠素分配情況，但該值對硒添加量的變化響應并不明顯。

2.2 外源SeMet對草莓葉片光合生理參數(shù)的影響

表2為外源SeMet 對草莓葉片光合生理參數(shù)的影響。由表2可知，各處理草莓大果期、轉色期以及成熟期Pn、Gs、Tr以及WUE值變化趨勢相對一致，隨SeMet 添加量升高而增加，T3 處理達到最高，在T4處理呈下降趨勢。說明外源SeMet 能夠增加各時期草莓葉片光合速率、氣孔導度、蒸騰速率以及水分利用效率，且均以T3 處理效果最佳。

表1 各時期草莓葉片光合色素量Table1 Photosyntheticpigment content in strawberry leaves in each period

表2 各時期草莓葉片中光合生理參數(shù)Table2 Photosynthetic physiological parameters in strawberry leaves in each period

在草莓大果期和成熟期，葉片中Ci值均呈先高后低的變化趨勢，且均在T3 處理達到最高，結合上文對應時期光合速率變化趨勢，可以判定在草莓大果期和成熟期，外源SeMet主要通過改變氣孔因素進而達到提升光合速率的效果，而在草莓轉色期，各組處理Ci值呈先低后高變化趨勢，這與該時期光合速率變化趨勢相反，說明該時期，雖然各處理光合速率增強，但此時非氣孔因素的影響程度較其他2個時期有所增強，且通過Ls值的變化方向可以證實。Ls代表葉片氣孔限制值，其變化方向通常用以輔助判斷光合速率變化的影響因素[14]，草莓大果期及成熟期Ls值與同時期光合速率變化趨勢呈負相關，說明這2個時期外源SeMet通過降低葉片氣孔限制，增加CO2通量，進而增強光合作用，而轉色期則相反，氣孔限制值與光合速率共同增加，說明SeMet在該時期并不是主要通過調(diào)節(jié)氣孔限制達到增強光合速率的目的。

2.3 外源SeMet對草莓各葉片葉綠素熒光參數(shù)的影響

由表3可知，不同添加量SeMet處理下草莓葉片Y（II）、Fv/Fm、Fv'/Fm'、ETR及qP值均有所提升。其中，Y（II）、ETR、qP數(shù)值變化規(guī)律基本一致，各時期均呈先高后低的變化趨勢，且均在T3 處理達到最高。Fv/Fm在大果期及轉色期均以T3 處理最高，而成熟期則以T2 處理最為顯著。Fv'/Fm'值在大果期以T3處理為最高，而轉色期各添加量處理間差異縮小，在成熟期又呈先高后低的單峰變化趨勢，亦以T3 處理為最高。此外，與CK相比，各添加量SeMet處理下NPQ值均有所降低，且3個時期均以T3 處理減小最為顯著。說明外源施用SeMet會對草莓不同時期葉片光合熒光參數(shù)產(chǎn)生較為積極的影響，在一定程度上提高光能捕獲效率、電子傳遞速率以及葉片光能轉化能力，同時降低葉片非光化學損耗，進而達到提高光合作用能力的目的，且總體上以60 mg/L SeMet處理表現(xiàn)最優(yōu)。

2.4 外源SeMet對草莓植株總生物量及果實糖度影響

表4為3個時期草莓植株總生物量及果實糖度，各時期糖度及相應時期植株總生物量變化趨勢基本一致，均隨SeMet添加量上升呈先高后低變化趨勢，在各時期均于T3 處理達到峰值，隨后開始下降。經(jīng)過各時期光合速率、植株總生物量及果實糖度間相關性分析（表5）可以得知，在草莓大果期、轉色期、成熟期3個時期中，其葉片光合速率與植株生物量、果實糖度間均存在較高相關性，其中在草莓轉色期，各因素間相關性較其他時期尤為顯著。說明外源施加SeMet能夠顯著增加各時期草莓植株總生物量同時改善果實糖度，且各時期均以60 mg/L SeMet處理為最佳。此外各時期草莓光合速率與植株總生物量及果實糖度之間存在密切聯(lián)系，且在草莓轉色期表現(xiàn)最為顯著。

表3 各時期草莓葉片中葉綠素熒光參數(shù)Table3 Chlorophyll fluorescence parameters in strawberry leaves in each period

表4 各時期草莓植株總生物量及果實糖度Table4 Total biomass and fruit sugar degree of strawberry plants in each period

表5 各時期草莓植株總生物量、果實糖度及光合速率間相關性分析結果Table5 The correlation analysis result of total biomass,fruit sugar and photosynthetic rate of strawberry in each period

3 討論

光合色素是植物進行光合作用的物質(zhì)基礎。本研究發(fā)現(xiàn)，外源SeMet能夠提高草莓各時期葉片Chla、Chlb及Car量，這與薛原等[15]、王華等[16]、胡萬行等[17]研究結果基本一致。Li等[18]研究表明，硒可以促進植物對Ca、Mg、Mn、Zn、P、K等元素的吸收，這些元素在促進及參與光合色素形成的過程中通常起到重要作用，同時有研究表明硒能夠通過影響輔酶因子的吸收和分布對葉綠素合成相關酶的活性起到一定促進作用[19]。硒是否是植物必需微量元素這一觀點尚存爭議，但硒對草莓生長相關指標的作用符合一般微量元素的生物效應規(guī)律，即低添加量硒會對植物產(chǎn)生促進作用，但高水平硒作用會抑制植物生長。

本研究中高添加量硒處理下，草莓葉片光合色素量均呈現(xiàn)下降趨勢，這可能由于硒能取代了葉綠素合成的關鍵酶中巰基鍵的硫原子，破壞了酶蛋白的構型，使酶的活性降低，從而阻礙了葉綠素的合成過程[20]。硒對大果期及成熟期草莓葉片綠素影響不大，而對轉色期葉綠素比例影響較大。作為天線色素的大部分Chla分子和全部Chlb分子在光合作用中主要起捕捉和傳遞光能的聚光作用，僅有部分剩余的Chla作為中心色素承擔捕捉聚光色素傳遞的光能并轉換電化學能的作用，Chla/b的值提高說明葉片中的光反應系統(tǒng)對光能的轉化效率有所提高，且Chla/b的值可以反映葉綠體中類囊體薄膜的垛疊程度，比值提高則表明膜垛疊增加，提高了植物對光子的有效吸收、傳遞和利用，進而促進了光能向生物化學能的轉化效率[21,17]這點在該時期光合速率參數(shù)中亦可得到支撐。

本研究發(fā)現(xiàn)，外源SeMet對各時期草莓光合速率、氣孔導度、蒸騰速率及水分利用效率均有積極促進作用，這與王孝娣等[22]、閆帥等[23]研究結果保持一致，研究表明硒能夠增進植物體內(nèi)抗氧化酶的活性，有效減緩葉片衰老。同時調(diào)整植物葉層分布，增加光能利用效率，改善葉片內(nèi)部組織結構[24-25]。光合速率的主要影響因素分為氣孔因素和非氣孔因素，且該2種因素通常同時發(fā)揮作用，其主要是根據(jù)Ci值與光合速率變化方向進行判定[26]。通過結合相應時期胞間CO2摩爾分數(shù)及氣孔限制值分析發(fā)現(xiàn)，硒對草莓果實不同發(fā)育時期葉片光合速率變化的影響因素并不完全相同，在草莓大果期和成熟期主要以影響氣孔限制因素為主，進而促進草莓葉片光合速率提升。研究表明，適宜添加量的硒可以通過控制植物葉片氣孔導度，減少氣孔阻力，進而提高CO2通量，達到提升植物光合速率的效果[21,27]；而在草莓轉色期，葉片光合速率變化的影響因素則主要以非氣孔限制因素為主，造成上述限制因素差異的原因可能是由于草莓各生育時期主要生理活動不同導致的。硒處理下草莓各時期蒸騰素率變化幅度與氣孔導度變化基本一致，氣孔的蒸騰作用作為植物水分吸收與運輸?shù)闹饕獎恿?，同時承擔著礦質(zhì)元素營養(yǎng)的運輸與吸收以及保持植物體溫的重要作用，在一定程度上影響著植物葉片的氣體交換，間接地對光合作用起到促進作用。

葉綠素熒光參數(shù)對判定植物葉片光合過程中對光能的吸收、傳遞、耗散、分配等具有重要的作用[28-29]。本研究發(fā)現(xiàn)，外源SeMet能夠提高草莓果實各時期葉片中Y（II）、Fv/Fm、Fv'/Fm'、ETR及qP的值，同時一定程度上降低葉片NPQ值，這與李亞敏等[30]研究結果基本一致。另外，雖然經(jīng)過分析草莓轉色期光合速率主要影響因素是非氣孔因素，但部分葉綠素熒光參數(shù)與光合速率變化趨勢并不完全一致，這可能是由于外源硒處理對光合作用中相關酶系統(tǒng)及膜系統(tǒng)機構的影響造成的。說明外源施硒不僅對草莓葉片光合作用中色素系統(tǒng)及和光反應系統(tǒng)造成一定影響，還對其他光合機構產(chǎn)生著一定的作用，硒對草莓光合作用過程產(chǎn)生的影響是這些光合機構共同作用的結果。

研究發(fā)現(xiàn)，外源SeMet能夠提高各時期草莓植株生物總量及果實中糖度，這與李樂等[31]、王孝娣等[32]的研究結果一致。同時，草莓各時期葉片光合速率與果實糖度、植株總生物量之間存在較強相關性，且在轉色期最為顯著。說明草莓光合作用與植株干物質(zhì)及果實含量之間存在密切關系，同時外源SeMet能夠通過提升草莓光合作用能力進而促進植株良性生長并達到提升果實品質(zhì)的效果

4 結論

1）不同添加量SeMet能夠提高草莓大果期、轉色期、成熟期3個時期葉綠素及類胡蘿卜素量，且在轉色期顯著影響葉綠素成分間的分配。

2）外源SeMet能夠提升草莓各時期光合速率、氣孔導度、蒸騰速率及水分利用效率。同時SeMet對草莓轉色期光合速率的影響機制較其他2個時期存在明顯不同。

3）外源SeMet能夠改善各時期草莓葉片對光能的捕獲及傳遞能力，進而提升光合作用效率，一定程度上降低非光化學損耗。

4）外源SeMet能夠對各時期草莓植株總生物量及果實糖度產(chǎn)生積極影響，同時果實糖度及植株生物量與光合速率間存在密切聯(lián)系。

5）60 mg/L SeMet能提升草莓光能轉化、水分利用效率及果實品質(zhì)的作用