蕓苔素和植物油混合噴施對(duì)低溫下荔枝和蓮霧光合作用影響

張曉婷,莊 赟,董家輝,易晨歆,周碧燕,2,歐陽(yáng)建忠

(1 華南農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院,廣州,510642;2 農(nóng)業(yè)農(nóng)村部華南地區(qū)園藝作物生物學(xué)與種質(zhì)創(chuàng)制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,廣州,510642;3 廣州市從化區(qū)華隆荔枝產(chǎn)業(yè)研究院,廣州,510925)

荔枝LitchichinensisSonn.是無(wú)患子科荔枝屬亞熱帶熱帶常綠果樹(shù)[1],其花芽分化期需要一定的低溫條件;但當(dāng)氣溫降至4 ℃時(shí)易造成低溫脅迫,-2 ℃以下時(shí)會(huì)發(fā)生凍害,造成植株死亡[2-3]。蓮霧Syzygiumsamarangense(Blume) Merr.et Perry屬桃金娘科蒲桃屬熱帶常綠果樹(shù),原產(chǎn)于馬來(lái)半島及安達(dá)曼群島等熱帶地區(qū),在中國(guó)南部亞熱帶栽培區(qū)常遭受寒潮的襲擊而發(fā)生不同程度寒害[4-5]。近年來(lái),由于極端低溫頻發(fā),不管是蓮霧還是荔枝均受到嚴(yán)重影響,造成產(chǎn)量下降[6-7]。因此,生產(chǎn)中增強(qiáng)植物抗寒性顯得尤為重要,特別是對(duì)于不耐寒的荔枝和蓮霧,有效噴施植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑可以降低不良環(huán)境對(duì)其造成的傷害。

蕓苔素(BR)是一種固醇類激素,已經(jīng)被證明在植物生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中具有重要的調(diào)節(jié)功能,如促進(jìn)植物細(xì)胞生長(zhǎng)、分裂和分化[8]。在植物抗寒性研究中,噴施蕓苔素可以明顯改善植物生長(zhǎng),不僅可以有效減輕低溫給植物帶來(lái)的傷害,還可以促進(jìn)植物根系和植株正常生長(zhǎng);在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上,噴施蕓苔素可以明顯提高作物抗逆性,增加作物產(chǎn)量,減少經(jīng)濟(jì)損失[9]。植物油是一種新型植物源農(nóng)藥,其作用機(jī)理與礦物油相似,以醬油渣為原料進(jìn)行提取,并乳化研制而成,無(wú)毒,故較安全。植物油的展著性和滲透力強(qiáng),具有明顯的增效作用和減量作用[10],生產(chǎn)上多用于防治害蟲(chóng),較少用于植物防寒。

植物油具有較強(qiáng)的附著性和安全性,其在低溫下可以通過(guò)封閉植物氣孔來(lái)提高植物抗寒性[10];同時(shí)植物油可以在一定時(shí)間內(nèi)降解,解除其對(duì)植物氣孔封閉的影響。因此,本研究將植物油與蕓苔素聯(lián)用來(lái)探究其對(duì)植物抗寒性的影響,具體以荔枝和蓮霧為試材,探討蕓苔素+植物油混合噴施對(duì)兩種植物光合作用的影響,為生產(chǎn)上提高荔枝和蓮霧抗寒性提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料

華南農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院試驗(yàn)園的9年生“井崗紅糯”“懷枝”“糯米糍”荔枝,4年生“黑糖芭比”“印度紅”蓮霧供試,均采用滴灌進(jìn)行肥水一體化管理,采用微噴灌調(diào)控濕度,試材生長(zhǎng)發(fā)育良好。植物源甘油酯,簡(jiǎn)稱植物油,93%植物油乳劑,廣州歐聯(lián)生物科技有限公司產(chǎn),廣東省科學(xué)院動(dòng)物研究所監(jiān)制;蕓苔素內(nèi)酯,簡(jiǎn)稱蕓苔素,純度98%,其使用濃度依據(jù)前期研究[11]。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)一:2021年冬在試驗(yàn)園挑選生長(zhǎng)勢(shì)相似且大小一致的“糯米糍”“井崗紅糯”荔枝各12株,在2021年12月24日(低溫脅迫前),分別噴施2 mg/L蕓苔素+植物油150倍液,2 mg/L蕓苔素+植物油300倍液、2 mg/L蕓苔素,噴施等量清水作為對(duì)照,各處理3株,重復(fù)3次。2021年12月24日(低溫脅迫前)和2022年1月1日(低溫脅迫后)分別測(cè)定各處理葉片PSⅡ最大光化學(xué)量子產(chǎn)量(Fv/Fm),并于2022年1月1日對(duì)各處理荔枝葉片進(jìn)行拍攝,觀察比較不同處理的兩個(gè)品種荔枝葉片田間情況。此外,低溫脅迫以出現(xiàn)5 ℃及以下低溫為標(biāo)準(zhǔn),氣溫降至10 ℃時(shí)開(kāi)始處理。

試驗(yàn)二:2021年冬在試驗(yàn)園挑選生長(zhǎng)勢(shì)相似且大小一致的“糯米糍”“懷枝”荔枝各8株,2022年2月17日(低溫脅迫前),噴施2 mg/L蕓苔素+植物油150倍液,等量清水作為對(duì)照,各處理4株,重復(fù)2次;同時(shí),挑選生長(zhǎng)均勻、葉片健康的“黑糖芭比”“印度紅”蓮霧各6株,2022年2月17日(低溫脅迫前),噴施2 mg/L蕓苔素和植物油150倍液,等量清水作為對(duì)照,各處理3株,重復(fù)2次;2022年2月17-25日出現(xiàn)4 ℃低溫,各處理受到低溫脅迫。2022年2月25日(低溫脅迫后)和2022年3月5日(升溫后)分別調(diào)查測(cè)定供試?yán)笾蜕忟F葉片數(shù)、相對(duì)電導(dǎo)率、脯氨酸含量和Fv/Fm等光合相關(guān)指標(biāo)。

1.3 測(cè)定方法

基于RFID的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)系統(tǒng)大致可分為“感知”、“網(wǎng)絡(luò)”、“應(yīng)用”3部分。其中，“感知”部分主要是由各類傳感器及相關(guān)的傳感器網(wǎng)關(guān)構(gòu)成，如濕度傳感器、溫度傳感器、攝像頭、RFID標(biāo)簽與讀寫(xiě)器等終端。在物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中，“感知”部分就像人的眼睛、耳朵、鼻子、皮膚等，發(fā)揮識(shí)別物體與采集信息來(lái)源的作用；“網(wǎng)絡(luò)”部分則是由各種有線或無(wú)線通信網(wǎng)路、互聯(lián)網(wǎng)、私有網(wǎng)絡(luò)、云平臺(tái)等組成，該部分如同人的大腦與神經(jīng)中樞，傳遞與處理由感知系統(tǒng)收集的信息；“應(yīng)用”部分指的是物聯(lián)網(wǎng)與用戶的應(yīng)用接口，通過(guò)與行業(yè)需求結(jié)合起來(lái)，實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的智能化應(yīng)用[2]。

Fv/Fm測(cè)定:取成熟葉片用濕棉花包裹葉柄處令其吸收水分,并用濕紗布包裹,置于黑暗箱中避光,暗適應(yīng)處理20 min以上,用Fluoroskan Ascen FL熒光化學(xué)發(fā)光分析儀(Thermo,美國(guó)產(chǎn))測(cè)定。

葉綠素?zé)晒獬上?初始熒光(Fo)、最大熒光(Fm)和Fv/Fm成像均通過(guò)Fluoroskan Ascen FL熒光化學(xué)發(fā)光分析儀(Thermo,美國(guó)產(chǎn))測(cè)定。

相對(duì)電導(dǎo)率測(cè)定:采用電導(dǎo)法[12],將新鮮葉樣清洗干凈用吸水紙擦干,去除葉脈和葉柄,剪碎稱取0.20 g,蒸餾水沖洗干凈置于250 mL三角瓶中,并加入蒸餾水20 mL,使用SHB-循環(huán)水式多用真空泵抽濾,葉片下沉后抽濾20 min后待測(cè)。將抽濾后的溶液以及葉片置于25 mL燒杯中,玻璃棒攪拌后使用雷磁電導(dǎo)率儀(DDSJ-308A,中國(guó)產(chǎn))測(cè)定溶液的電導(dǎo)率R;將燒杯口用保鮮膜密封后在水浴鍋(HWS28,中國(guó)產(chǎn))中沸水浴15 min,冷卻至室溫,攪拌均勻后測(cè)定溶液的電導(dǎo)率Ro,計(jì)算相對(duì)電導(dǎo)率,相對(duì)電導(dǎo)率(%)=R/Ro×100。

脯氨酸含量測(cè)定:采用磺基水楊酸提取法[13]。將新鮮葉樣清洗干凈并用吸水紙擦干后,去除葉脈和葉柄,剪碎混勻后稱取0.20 g,研磨至勻漿,加入3%磺基水楊酸溶液定容至5 mL加塞試管中,于沸水中提取15 min,冷卻過(guò)濾。取提取液2 mL置于試管中,再加入冰醋酸2 mL和茚三酮試劑2 mL,加塞密封后在水浴鍋中沸水浴15 min;冷卻后各自加甲苯5 mL,充分搖勻萃取,避光靜置4 h待完全分層,用吸管吸取甲苯層到比色杯中,利用紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)(UV-2600/2007,中國(guó)產(chǎn))于520 nm波長(zhǎng)下測(cè)定吸光度值,根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線及公式計(jì)算脯氨酸含量,脯氨酸含量(μg/g)=CV提取液總體積/(W樣品質(zhì)量·V測(cè)定液體積)。

光合指標(biāo)測(cè)定:選擇荔枝不同枝條上第3～6片成熟功能葉,重復(fù)3次,用TARGAS-1型便攜式光合作用儀(PP Systems,美國(guó)產(chǎn))于9:00-11:00測(cè)定荔枝葉片凈光合速率(Pn)、蒸騰速率(Tr)、胞間二氧化碳濃度(Ci)和氣孔導(dǎo)度(Gs)。

蓮霧葉片數(shù)量調(diào)查:每株主軸上標(biāo)記側(cè)枝5枝,調(diào)查統(tǒng)計(jì)其上葉片數(shù),取平均值。

1.4 數(shù)據(jù)處理

利用Excel處理數(shù)據(jù)和計(jì)算,用SPSS 19.0分析數(shù)據(jù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 2021-2022年冬季溫度變化

由圖1看出,2021年12月25日前,試驗(yàn)地田間溫度均較高,最低溫度高于10 ℃,最高溫度大于20 ℃;12月25日最低溫低于10 ℃,之后1周持續(xù)低溫,出現(xiàn)5 ℃。在此期間,對(duì)蕓苔素+不同稀釋倍數(shù)植物油混合進(jìn)行試驗(yàn),獲得合適的蕓苔素+一定稀釋倍數(shù)的植物油。之后開(kāi)展第二次試驗(yàn),2022年2月18-24日持續(xù)低溫,且最低溫度達(dá)到4 ℃,進(jìn)行蕓苔素+植物油混合對(duì)荔枝和蓮霧的抗寒性影響試驗(yàn)。

注:兩次低溫脅迫分別為2021年12月24日至2022年1月1日,2022年2月17-25日。圖1 2021-2022年冬華南農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院試驗(yàn)園氣溫變化

2.2 蕓苔素+不同濃度植物油處理對(duì)荔枝的影響

由圖2看出,經(jīng)歷低溫脅迫后,與低溫脅迫前相比,蕓苔素+不同濃度植物油處理的“井崗紅糯”“糯米糍”葉片F(xiàn)v/Fm均降低。其中,兩個(gè)品種蕓苔素+植物油150倍液處理的Fv/Fm均最高,且該處理“井崗紅糯”的Fv/Fm高于“糯米糍”。說(shuō)明該處理明顯抑制了低溫脅迫導(dǎo)致的PSⅡ最大光化學(xué)量子產(chǎn)量Fv/Fm下降,效果最好,且對(duì)“井崗紅糯”的作用效果更好。

注:不同小寫(xiě)字母表示經(jīng)鄧肯氏檢測(cè)同一時(shí)間上差異顯著(p≤0.05,n=3)。圖2 低溫脅迫前后蕓苔素+植物油混合處理對(duì)兩個(gè)品種荔枝葉片PSⅡ最大光化學(xué)量子產(chǎn)量(Fv/Fm)的影響

圖3看出,與“井崗紅糯”的對(duì)照(清水)相比,蕓苔素+植物油混合處理的“井崗紅糯”荔枝葉片光澤度增加,卷曲葉片較少;與“糯米糍”的對(duì)照(清水)相比,蕓苔素+植物油混合處理的“糯米糍”荔枝葉片具有一定光澤度,葉片卷曲程度輕。說(shuō)明荔枝經(jīng)歷低溫脅迫時(shí),蕓苔素+植物油混合處理可以有效地減輕低溫對(duì)荔枝葉片的傷害,維持葉片正常狀態(tài)。

圖3 低溫脅迫后(2022年1月1日)蕓苔素+植物油混合處理的兩個(gè)荔枝品種葉片外觀變化

2.3 蕓苔素+植物油處理對(duì)荔枝的影響

由圖4看出,經(jīng)歷低溫脅迫(2022年2月25日)后,對(duì)照(清水)的荔枝葉片明顯受到傷害,表現(xiàn)為葉綠素?zé)晒獬上馞v/Fm呈綠色;而蕓苔素+植物油150倍液處理的荔枝葉片卷曲程度較小,且葉綠素?zé)晒獬上馞v/Fm呈藍(lán)綠色。

圖4 低溫脅迫(2022年2月25日)后蕓苔素+植物油150倍液處理的兩個(gè)荔枝品種葉片葉綠素?zé)晒獬上?/p>

由圖5看出,在低溫脅迫(2022年2月25日)后,蕓苔素+植物油150倍液處理的兩個(gè)荔枝品種葉片F(xiàn)v/Fm均顯著高于對(duì)照(清水);氣溫回升(2022年3月5日)后,對(duì)照(清水)和蕓苔素+植物油150倍液處理的兩個(gè)荔枝品種葉片F(xiàn)v/Fm均有升高,且蕓苔素+植物油150倍液處理的“糯米糍”葉片F(xiàn)v/Fm顯著高于其對(duì)照(清水)。

圖5 低溫脅迫后和氣溫回升后蕓苔素+植物油150倍液處理對(duì)兩個(gè)荔枝品種葉片PSⅡ最大光化學(xué)量子產(chǎn)量(Fv/Fm)的影響

由圖6看出,氣溫回升后(2022年3月5日),蕓苔素+植物油150倍液處理的兩個(gè)荔枝品種葉片相對(duì)電導(dǎo)率顯著低于其對(duì)照(清水),蕓苔素+植物油150倍液處理的兩個(gè)荔枝品種葉片脯氨酸含量顯著高于對(duì)照(清水)。說(shuō)明氣溫回升后噴施蕓苔素+植物油150倍液處理的脯氨酸含量更高,而相對(duì)電導(dǎo)率更低,荔枝經(jīng)歷低溫脅迫后恢復(fù)更快。

圖6 低溫脅迫后及氣溫回升后蕓苔素+植物油150倍液處理對(duì)兩個(gè)荔枝品種葉片相對(duì)電導(dǎo)率和脯氨酸含量的影響

由圖7看出,在低溫脅迫(2022年2月25日)后,蕓苔素+植物油150倍液處理的兩個(gè)荔枝品種葉片Pn均顯著低于其對(duì)照(清水);而氣溫回升(2022年3月5日)后,該處理的兩個(gè)荔枝品種葉片Pn均顯著高于其對(duì)照(清水)。說(shuō)明低溫脅迫后蕓苔素+植物油150倍液處理的荔枝葉片的凈光合能力較對(duì)照(清水)弱,而氣溫回升后該處理有助于提升荔枝葉片凈光合能力。低溫脅迫后,蕓苔素+植物油150倍液處理的“懷枝”葉片Tr和Gs均顯著低于對(duì)照(清水);氣溫回升后,該處理的兩個(gè)荔枝品種葉片Tr和Gs均顯著高于其對(duì)照(清水)。低溫脅迫后,蕓苔素+植物油150倍液處理的兩個(gè)荔枝品種葉片Ci顯著高于其對(duì)照(清水);而氣溫回升后,該處理的兩個(gè)荔枝品種葉片Ci均顯著低于其對(duì)照(清水)。說(shuō)明蕓苔素+植物油150倍液處理可以在氣溫回升后有效提高荔枝葉片光合作用。

圖7 低溫脅迫后及氣溫回升后蕓苔素+植物油150倍液處理對(duì)兩個(gè)荔枝品種葉片光合參數(shù)的影響

2.4 蕓苔素+植物油處理對(duì)蓮霧的影響

由圖8可以看出,低溫脅迫(2022年2月25日)后以及氣溫回升(2022年3月5日)后,蕓苔素+植物油150倍液處理的兩個(gè)蓮霧品種葉片F(xiàn)v/Fm均顯著高于其對(duì)照(清水)。低溫脅迫后,蕓苔素+植物油150倍液處理的“黑糖芭比”葉片數(shù)顯著低于其對(duì)照(清水),而“印度紅”葉片數(shù)則顯著高于其對(duì)照(清水)。氣溫回升后,各處理葉片數(shù)均下降,出現(xiàn)一定程度落葉,但蕓苔素+植物油150倍液處理的兩個(gè)蓮霧品種葉片數(shù)均顯著大于其對(duì)照(清水),尤其“印度紅”表現(xiàn)更明顯。

圖8 低溫脅迫后及氣溫回升后蕓苔素+植物油150倍液處理對(duì)兩個(gè)蓮霧品種葉片PSⅡ最大光化學(xué)量子產(chǎn)量的影響

由圖9可以看出,在低溫脅迫(2022年2月25日)后,蕓苔素+植物油150倍液處理的兩個(gè)蓮霧品種葉片Pn顯著降低;氣溫回升(2022年3月5日)后,該處理的兩個(gè)蓮霧品種葉片Pn顯著大于其對(duì)照(清水)。低溫脅迫后,蕓苔素+植物油150倍液處理的“黑糖芭比”葉片Tr顯著低于其對(duì)照(清水),而“印度紅”蓮霧葉片Tr表現(xiàn)相反;氣溫回升后,該處理的兩個(gè)蓮霧品種葉片Tr顯著升高,“黑糖芭比”“印度紅”表現(xiàn)一致。低溫脅迫后,蕓苔素+植物油150倍液處理的兩個(gè)蓮霧品種葉片Ci顯著高于其對(duì)照(清水);而氣溫回升后,該處理的Ci升高幅度較小,均顯著低于其對(duì)照(清水)。低溫脅迫后及氣溫回升后,蕓苔素+植物油150倍液處理的兩個(gè)蓮霧品種葉片Gs與Tr變化趨勢(shì)一致。說(shuō)明蕓苔素+植物油150倍液處理可以在氣溫回升后有效提高蓮霧的光合作用。

圖9 低溫脅迫后及氣溫回升后蕓苔素+植物油150倍液處理對(duì)兩個(gè)蓮霧品種葉片光合參數(shù)的影響

3 討論與結(jié)論

葉綠素?zé)晒鈪?shù)可直接反映光系統(tǒng)對(duì)光能的吸收、傳遞、耗散等特征。Fo表示PSⅡ反應(yīng)中心處于完全“開(kāi)放” 狀態(tài)時(shí)的熒光產(chǎn)量,Fm是PSⅡ反應(yīng)中心處于完全“關(guān)閉”狀態(tài)時(shí)的熒光產(chǎn)量,Fo和Fv是葉綠素?zé)晒鈪?shù)的重要指標(biāo)[14]。通?？梢愿鶕?jù)Fv/Fm的波動(dòng)程度有效評(píng)判植物受光抑制的程度,植物在正常光環(huán)境下的Fv/Fm為0.75～0.85,一般高等植物的Fv/Fm會(huì)大于0.80;而當(dāng)其受到光抑制時(shí),該值會(huì)小于0.75,Fv/Fm越低表明該植物受到的光抑制程度越大[15]。植株遭受低溫脅迫可導(dǎo)致光合器官出現(xiàn)暫時(shí)的光抑制或直接被逆境條件破壞,從而葉綠素?zé)晒鈪?shù)下降[16]。本試驗(yàn)結(jié)果表明,經(jīng)歷低溫脅迫后,荔枝(“懷枝”“糯米糍”“ 井崗紅糯”)和蓮霧(“黑糖芭比”“印度紅”)的Fv/Fm均降低,這與前人研究相似[17-18];而噴施蕓苔素可以提高其抗寒性[11]。與對(duì)照(清水)和單施蕓苔素相比,蕓苔素+植物油混合處理的葉片受傷害程度較低,且蕓苔素+植物油150倍液的處理效果更佳,可能由于噴施蕓苔素+植物油150倍液復(fù)配劑可以在植物組織表面形成一層保護(hù)膜,更有利于提高供試植物抗寒性。

光合參數(shù)主要包括凈光合速率(Pn)、蒸騰速率(Tr)、胞間二氧化碳濃度(Ci)和氣孔導(dǎo)度(Gs)。其中,植物主要依靠氣孔來(lái)實(shí)現(xiàn)和外界CO2、H2O交換,而CO2是植物光合作用的底物,所以Ci和Tr的高低會(huì)被Gs影響,進(jìn)一步關(guān)系到光合作用的強(qiáng)弱[19]。Tr則表示一定時(shí)間內(nèi)植物葉片單位葉面積蒸發(fā)的水量,Tr所產(chǎn)生的蒸騰拉力可以吸收水分并進(jìn)行運(yùn)輸,為植物光合進(jìn)程提供物質(zhì)來(lái)源[20]。逆境脅迫會(huì)影響各個(gè)光合參數(shù)的正常水平,并且受影響程度會(huì)隨著脅迫程度增加而加重[21]。本研究中,荔枝和蓮霧在低溫脅迫后的Pn、Tr和Gs均呈現(xiàn)逐步下降的趨勢(shì),而Ci呈現(xiàn)上升趨勢(shì),這與番茄中的研究相似[22]。本研究測(cè)定相對(duì)電導(dǎo)率和脯氨酸含量證明了噴施蕓苔素+植物油150倍液可以降低低溫脅迫對(duì)荔枝的不利影響;前期研究也發(fā)現(xiàn)低溫脅迫會(huì)造成蓮霧大量葉片脫落,且影響蓮霧營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)[24],本研究發(fā)現(xiàn)蕓苔素+植物油150倍液可以緩解這一現(xiàn)象。本研究還發(fā)現(xiàn),低溫脅迫后蕓苔素+植物油150倍液處理的荔枝和蓮霧葉片Pn均低于對(duì)照(清水),影響其能量轉(zhuǎn)換,但這一現(xiàn)象在氣溫回升后出現(xiàn)逆轉(zhuǎn)。分析其原因可能是蕓苔素+植物油150倍液處理在葉片表面形成一層膜,影響氣孔中氣體進(jìn)出;低溫脅迫后,植物油不能馬上分解導(dǎo)致Pn低于對(duì)照(清水);隨著氣溫回升,植物油逐漸分解,Pn逐漸升高。說(shuō)明蕓苔素+植物油150倍液處理會(huì)帶來(lái)暫時(shí)性的光合速率下降,但并不影響其在整個(gè)低溫脅迫過(guò)程中對(duì)提高植物抗寒性的效果。綜合來(lái)看,噴施2 mg/L蕓苔素+植物油150倍液復(fù)配劑可以有效提高荔枝和蓮霧的抗寒性,在低溫脅迫結(jié)束后仍會(huì)降低植物葉片的光合效率,需要一定時(shí)間恢復(fù)。