不同葡萄品種葉片對(duì)溫光脅迫的生理響應(yīng)*

李中瀚，張成超，翟 衡，高 振，杜遠(yuǎn)鵬

（山東農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝科學(xué)與工程學(xué)院，作物生物學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)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）

葡萄屬葡萄科（Vitaceae）葡萄屬（VitisL.）[1]，在全球范圍內(nèi)廣泛栽培，是一種經(jīng)濟(jì)價(jià)值較高的植物[2]。近年來(lái)，全球氣候變暖，高溫、強(qiáng)光等極端天氣的頻繁發(fā)生，給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成了巨大損失[3-4]。光合作用是植物在逆境下生長(zhǎng)發(fā)育的基礎(chǔ)，對(duì)環(huán)境條件極其敏感，其中光強(qiáng)和溫度是主要的影響因素，光系統(tǒng)Ⅱ（PSⅡ）是光合機(jī)構(gòu)中最易受傷害的部位[5]。光照是光合作用的來(lái)源[6]，但是光照過(guò)強(qiáng)會(huì)導(dǎo)致過(guò)剩光能，如果不能及時(shí)耗散或利用，就會(huì)對(duì)胡蘿卜素、葉綠素和Dl 蛋白等造成傷害，從而抑制PSⅡ[7]。高溫脅迫主要通過(guò)產(chǎn)生過(guò)量活性氧，損傷生物膜結(jié)構(gòu)和功能[8]。高溫往往都伴隨著強(qiáng)光，二者對(duì)植物造成復(fù)合傷害，強(qiáng)光對(duì)高溫脅迫具有加劇作用，高溫強(qiáng)光協(xié)同脅迫較高溫或者強(qiáng)光單一脅迫對(duì)植物造成的傷害更大[9-10]。夏季持續(xù)的高溫和強(qiáng)光，會(huì)造成葡萄葉片卷枯和果實(shí)日灼、氣灼，影響果實(shí)的產(chǎn)量和品質(zhì)[11]。

熒光參數(shù)是研究植物抵御逆境的探針，能反映出植物受損傷的程度，在研究高溫和強(qiáng)光復(fù)合脅迫方面具有重要作用，能明確損傷主導(dǎo)因素，為葡萄栽培提供依據(jù)。孫永江等研究發(fā)現(xiàn)，光強(qiáng)適宜時(shí)，溫度超過(guò)37 ℃ PSⅡ就會(huì)受到傷害，發(fā)生光抑制，但是強(qiáng)光脅迫時(shí)，溫度超過(guò)28 ℃就會(huì)損傷PSⅡ，隨溫度升高損傷加劇[12]；高溫強(qiáng)光（40 ℃，1 600 μmol·m-2·s-1）處理會(huì)使單位面積有活性反應(yīng)中心數(shù)量（RC/CSm）受到較大的抑制且恢復(fù)程度較低，但是弱光可以緩解高溫脅迫[13]。耿慶偉等發(fā)現(xiàn)，高溫和強(qiáng)光增加了PSⅡ活性對(duì)臭氧脅迫的敏感性，當(dāng)高溫和強(qiáng)光復(fù)合脅迫時(shí)，臭氧對(duì)PSⅡ活性抑制程度最大[14]。本文在前人研究的基礎(chǔ)上，對(duì)不同葡萄品種抵御高溫強(qiáng)光的能力進(jìn)行比較，以期為篩選抗高溫強(qiáng)光品種提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

美樂(lè)（Vitis viniferacv.Merlot）、品麗珠（Vitis viniferacv.Cabernet Franc）、摩爾多瓦（Moldova，Guzali Kala×SV.12-375）、夏黑（Summer Black，V.labrusca×V.vinifera）、福克（Frontenac，V.riparia89×Landot 4511）、香百川（Vitisspp.Chambourcin）等6 個(gè)葡萄品種。

1.2 葉綠素?zé)晒鈪?shù)的測(cè)定

在長(zhǎng)勢(shì)大致相同的各個(gè)品種相同節(jié)位上各取3片葉，在葉片上隨機(jī)打取葉圓片，每個(gè)品種各取20片，葉背朝下放入培養(yǎng)皿中，利用水浴鍋與LED 冷光源控制溫度與光強(qiáng)，利用不同的溫度（34、40.5、47 ℃）及光強(qiáng)（800、1 200、1 600 μmol·m-2·s-1）交叉處理1 h。參照王輝等[15]的方法，隨機(jī)取7 片葉使用Dual-PAM-100 葉綠素?zé)晒鈨x（Walz，德國(guó)）進(jìn)行飽和脈沖分析，在測(cè)量之前將植株暗適應(yīng)30 min。暗適應(yīng)完成后開(kāi)遠(yuǎn)紅光照射測(cè)定最小熒光（Fo），之后打開(kāi)飽和脈沖測(cè)定PSⅡ最大熒光產(chǎn)量（Fm）以及P700 中最大氧化量子產(chǎn)量（Pm），然后打開(kāi)光化光（300 μmol·m-2·s-1），每60 s 打開(kāi)1次飽和脈沖對(duì)其他熒光參數(shù)進(jìn)行測(cè)定，待參數(shù)變化趨于穩(wěn)定后對(duì)熒光參數(shù)進(jìn)行記錄。

另隨機(jī)取7 片葉參照卞鳳娥等[16]的方法利用連續(xù)激發(fā)式熒光儀（Handy PEA，Hansatech，英國(guó)）測(cè)定快速葉綠素?zé)晒庹T導(dǎo)曲線(xiàn)，通過(guò)JIP-test 分析得到熒光參數(shù)。

1.3 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)使用Excel 2016 進(jìn)行處理并繪圖，使用SPSS 26 進(jìn)行單因素方差分析（鄧肯氏多極差檢驗(yàn)，P＜0.05）。

2 結(jié)果與分析

2.1 溫光脅迫對(duì)不同葡萄品種葉片Y（Ⅱ）的影響

由圖1 可見(jiàn)，在適光（800 μmol·m-2·s-1）和 中強(qiáng)光（1 200 μmol·m-2·s-1）條件下，隨著溫度的升高，各葡萄品種葉片的Y（Ⅱ）（PSⅡ有效量子效率）均逐漸降低。在強(qiáng)光（1 600 μmol·m-2·s-1）條件下，隨溫度的升高，?？巳~片的Y（Ⅱ）先升高后降低，其他品種均逐漸降低。在同一溫度下，隨著光強(qiáng)的升高，Y（Ⅱ）逐漸降低。在適光條件下，溫度為34 ℃時(shí)，歐亞種（美樂(lè)、品麗珠）的Y（Ⅱ）顯著高于其他品種，歐美雜交種（夏黑）次之，種間雜交種（香百川）最低；溫度為40.5 ℃時(shí)，歐亞種（美樂(lè)、品麗珠）的Y（Ⅱ）顯著高于其他品種，歐美雜交種（夏黑）次之，種間雜交種（福克、香百川）最低；溫度為47 ℃時(shí)，歐亞種（美樂(lè)、品麗珠）的Y（Ⅱ）高于其他品種，歐美雜交種（夏黑）次之，種間雜交種（摩爾多瓦、香百川）最低。中強(qiáng)光和強(qiáng)光與各溫度組合時(shí)，基本表現(xiàn)為歐亞種（美樂(lè)、品麗珠）的Y（Ⅱ）顯著高于其他品種，歐美雜交種（夏黑）次之，種間雜交種（福克、摩爾多瓦、香百川）最低。

圖1 溫光脅迫對(duì)不同葡萄品種葉片Y（Ⅱ）的影響

2.2 溫光脅迫對(duì)不同葡萄品種葉片NPQ 的影響

在適光（800 μmol·m-2·s-1）、中強(qiáng)光（1 200 μmol·m-2·s-1）和強(qiáng)光（1 600 μmol·m-2·s-1）條件下，隨著溫度的升高，各葡萄品種葉片的NPQ（非光化學(xué)淬滅系數(shù)）逐漸升高（圖2）。在各溫度條件下，隨著光強(qiáng)的升高，各葡萄品種葉片的NPQ 也逐漸升高。在適光和中強(qiáng)光條件下，溫度為34 ℃和40.5 ℃時(shí)，種間雜交種（摩爾多瓦、?？?、香百川）NPQ 顯著高于其他品種，歐美雜交種（夏黑）次之，歐亞種（美樂(lè)、品麗珠）最低；溫度為47 ℃時(shí)，夏黑的NPQ 顯著高于其他品種。強(qiáng)光與各溫度組合時(shí)，香百川的NPQ 顯著高于其他品種，美樂(lè)最低。

圖2 溫光脅迫對(duì)不同葡萄品種葉片NPQ 的影響

2.3 溫光脅迫對(duì)不同葡萄品種葉片Pm 的影響

在適光（800 μmol·m-2·s-1）、中強(qiáng)光（1 200 μmol·m-2·s-1）和強(qiáng)光（1 600 μmol·m-2·s-1）條件下，隨著溫度的升高，各葡萄品種葉片的Pm（光系統(tǒng)Ⅰ最大量子產(chǎn)額）逐漸降低（圖3）。在各溫度條件下，隨著光強(qiáng)的升高，各葡萄品種葉片的Pm也逐漸降低。在各光照條件下，溫度為34 ℃和40.5 ℃時(shí)，夏黑的Pm 高于其他品種，美樂(lè)次之，摩爾多瓦最低；溫度為47 ℃時(shí)，美樂(lè)的Pm 高于其他品種，夏黑次之，摩爾多瓦最低。

圖3 溫光脅迫對(duì)不同葡萄品種葉片Pm 的影響

2.4 溫光脅迫對(duì)不同葡萄品種葉片ETR（Ⅰ）-ETR（Ⅱ）的影響

由圖4 可見(jiàn)，在適光（800 μmol·m-2·s-1）條件下，隨著溫度的升高，?？?、美樂(lè)、品麗珠的ETR（Ⅰ）-ETR（Ⅱ）（環(huán)式電子傳遞）先上升后下降，摩爾多瓦、夏黑逐漸下降，而香百川先略下降而后上升。在中強(qiáng)光（1 200 μmol·m-2·s-1）條件下，隨溫度的升高，?？?、摩爾多瓦和夏黑的ETR（Ⅰ）-ETR（Ⅱ）先上升后下降，香百川和品麗珠逐漸下降，而美樂(lè)先略下降而后上升。在強(qiáng)光（1 600 μmol·m-2·s-1）條件下，隨溫度的升高，福克和香百川的ETR（Ⅰ）-ETR（Ⅱ）先上升后下降，美樂(lè)、摩爾多瓦、品麗珠和夏黑逐漸下降。在相同溫度條件下，隨光強(qiáng)的升高，?？?、品麗珠和夏黑的ETR（Ⅰ）-ETR（Ⅱ）逐漸升高。在各光照條件下，溫度為34 ℃和40.5 ℃時(shí)，夏黑的ETR（Ⅰ）-ETR（Ⅱ）均顯著高于其他品種。溫度為47 ℃時(shí)，在適光條件下，香百川的ETR（Ⅰ）-ETR（Ⅱ）顯著高于其他品種；在中強(qiáng)光和強(qiáng)光條件下，摩爾多瓦的ETR（Ⅰ）-ETR（Ⅱ）均顯著高于其他品種。

圖4 溫光脅迫對(duì)不同葡萄品種葉片ETR（Ⅰ）-ETR（Ⅱ）的影響

2.5 溫光脅迫對(duì)不同葡萄品種葉片ETo/CSo、VJ、Plabs、ΨEo、φPo 的影響

圖 5 表示各葡萄品種在不同溫光處理下ETo/CSo（單位面積葉面積上吸收的光能用于電子傳遞的能量）、VJ（J 點(diǎn)的相對(duì)可變熒光）、Plabs（光合性能指數(shù)）、ΨEo（吸收光能用于電子傳遞的量子產(chǎn)額）、φPo（PSⅡ最大光化學(xué)效率）等葉綠素?zé)晒鈪?shù)的變化，對(duì)照的溫度和光強(qiáng)分別為25 ℃、800 μmol·m-2·s-1。與對(duì)照相比，在相同光照條件下，隨溫度的升高，各葡萄品種的ETo/CSo、Plabs、φPo 和ΨEo 均表現(xiàn)出下降的趨勢(shì)；當(dāng)溫度相同時(shí)，隨著光強(qiáng)的升高，各品種的ETo/CSo、Plabs、φPo和ΨEo 也均表現(xiàn)出下降的趨勢(shì)。在各高溫與光照組合下，歐亞種（美樂(lè)、品麗珠）的ETO/CSo、Plabs、φPo 和ΨEo 均顯著高于其他品種。與對(duì)照相比，在相同光照條件下，隨著溫度的升高，各品種的VJ均表現(xiàn)出上升的趨勢(shì)；當(dāng)溫度相同時(shí)，隨光強(qiáng)的升高，各品種的VJ 也均表現(xiàn)出上升的趨勢(shì)。在各高溫與光照組合下，歐美雜交種（夏黑）的VJ 均顯著高于其他品種。

圖5 溫光脅迫對(duì)不同葡萄品種葉片ETo/CSo、VJ、Plabs、ΨEo、φPo 等熒光參數(shù)的影響

3 討 論

植物在受到脅迫時(shí)最先做出反應(yīng)的部位是原初光合反應(yīng)的中心PSⅡ，其對(duì)應(yīng)的熒光參數(shù)被稱(chēng)為研究植物光合生理的探針[17]，本研究通過(guò)測(cè)定不同葡萄品種的熒光參數(shù)來(lái)評(píng)價(jià)不同品種葉片抵御高溫強(qiáng)光的能力。當(dāng)葡萄葉片受到溫光脅迫時(shí)，捕光色素、類(lèi)囊體膜蛋白以及放氧復(fù)合體（OEC）被破壞，降解了葉綠素[18]，從而降低了實(shí)際光化學(xué)效率數(shù)值Y（Ⅱ）。歐亞種（美樂(lè)、品麗珠）的Y（Ⅱ）顯著高于其他品種，表明歐亞種受破壞程度較輕，對(duì)溫光脅迫的抗性較強(qiáng)。NPQ 表示依賴(lài)于葉黃素循環(huán)的非輻射能量耗散，反映植物的光保護(hù)能力[19]。當(dāng)植物受到高溫強(qiáng)光脅迫時(shí)，捕獲的光能主要以熱能的形式耗散，轉(zhuǎn)化成光合同化力的光能減少[20-21]。種間雜交種（摩爾多瓦、福克、香百川）的NPQ 顯著高于其他品種，歐美雜交種（夏黑）次之，歐亞種（美樂(lè)、品麗珠）最低，表明歐亞種（美樂(lè)、品麗珠）用于熱耗散的能量較少，轉(zhuǎn)化成光合同化力的能量較多。Pm 表示PSⅠ反應(yīng)中心P700 最大量子產(chǎn)額，其數(shù)值大小反映了PSⅠ受脅迫的程度。歐亞種（美樂(lè)）的Pm 顯著高于其他品種，表明歐亞種PSⅠ受脅迫程度較輕，對(duì)溫光脅迫的抗性較強(qiáng)。ETR（Ⅰ）-ETR（Ⅱ）在一定程度上可以表示PSⅠ光修復(fù)能力的大小，隨著溫度的升高，適光和中強(qiáng)光條件下，ETR（Ⅰ）-ETR（Ⅱ）有先升高后下降的趨勢(shì)，而強(qiáng)光條件下，ETR（Ⅰ）-ETR（Ⅱ）逐漸下降，說(shuō)明47 ℃的高溫嚴(yán)重阻礙了其光修復(fù)能力，強(qiáng)光更易導(dǎo)致ETR（Ⅰ）-ETR（Ⅱ）下降。溫度為47 ℃時(shí)，在中強(qiáng)光和強(qiáng)光條件下，摩爾多瓦的ETR（Ⅰ）-ETR（Ⅱ）顯著高于其他品種，說(shuō)明摩爾多瓦PSⅡ與PSⅠ的電子傳遞效率較高，PSⅠ光修復(fù)能力較強(qiáng)。

高溫強(qiáng)光脅迫會(huì)影響PSⅡ電子傳遞鏈活性和光合綜合性能指數(shù)，光合性能指數(shù)（Plabs）能準(zhǔn)確地反映脅迫對(duì)光合機(jī)構(gòu)的影響。高溫強(qiáng)光條件下，各葡萄品種葉片的Plabs（光合性能指數(shù)）、φPo（PSⅡ最大光化學(xué)效率）和ΨEo（吸收光能用于電子傳遞的量子產(chǎn)額）顯著降低，VJ（J 點(diǎn)的相對(duì)可變熒光）升高，同時(shí)破壞了葉片中的葉綠素，從而降低了ETo/CSo（單位面積葉面積上吸收的光能用于電子傳遞的能量）。在各個(gè)溫光組合下，歐亞種（美樂(lè)、品麗珠）的Plabs、ETo/CSo、φPo 和ΨEo均顯著高于其他品種，說(shuō)明歐亞種的PSⅡ電子傳遞鏈活性較高，耐高溫強(qiáng)光；歐美雜交種（夏黑）的VJ 均顯著高于其他品種，VJ 表示受脅迫的程度，說(shuō)明夏黑不耐高溫強(qiáng)光。

4 結(jié) 論

歐亞種（美樂(lè)、品麗珠）對(duì)溫光脅迫適應(yīng)性強(qiáng)，種間雜交種（?？?、香百川、摩爾多瓦）對(duì)溫光脅迫適應(yīng)性較弱，歐美雜交種（夏黑）對(duì)于高溫強(qiáng)光的適應(yīng)性則介于二者之間。