柴夢(mèng)瀅　馬娟娟　孫西歡　郭向紅

摘要：以6年生長富二號(hào)矮化砧處理蘋果樹為試驗(yàn)材料，研究蓄水坑灌條件下新梢旺長期對(duì)蘋果樹的生長、光合速率、葉綠素?zé)晒鈪?shù)、超氧化物岐化酶（SOD）活性的影響，為蓄水坑灌法的普及提供理論基礎(chǔ)。結(jié)果表明，與普通的地面灌溉相比，蓄水坑灌法果樹新梢和葉水勢(shì)值均大于地面灌溉;增加了蘋果樹葉片的凈光合速率（Pn）、氣孔導(dǎo)度（Gs）和蒸騰速率（Tr）;使蘋果樹葉片的光化學(xué)淬滅系數(shù)（qP）增大，電子傳遞效率（ETR）提高，PSⅡ?qū)嶋H的光化學(xué)量子效率（ΦPSⅡ）增大，提高了葉片的光合效率;超氧化物歧化酶（SOD）活性降低。蓄水坑灌法提高了蘋果樹葉片的光合效率，有利于蘋果樹的生長發(fā)育。

關(guān)鍵詞：蓄水坑灌;蘋果;新梢旺長期;光合速率;葉綠素?zé)晒鈪?shù);超氧化物岐化酶（SOD）

中圖分類號(hào)： S275.9;S661.107? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A? 文章編號(hào)：1002-1302（2019）04-0108-03

光合作用是一系列復(fù)雜的代謝反應(yīng)的總和，是生物界賴以生存的基礎(chǔ)，也是地球碳氧循環(huán)的重要媒介。對(duì)于北方的重要經(jīng)濟(jì)作物——蘋果，其果實(shí)干物質(zhì)中90%以上是由果樹葉片的光合作用形成的，因而果樹光合作用對(duì)于果樹的成長發(fā)育、果實(shí)品質(zhì)的優(yōu)劣以及果實(shí)產(chǎn)量至關(guān)重要。光合作用的能力通常采用凈光合速率表示，隨著科技發(fā)展，葉綠素?zé)晒饧夹g(shù)逐漸應(yīng)用于光合反應(yīng)的測(cè)定，光能以光化學(xué)反應(yīng)、熱能耗散和熒光散失3種形式被植物利用，3種能量相互競(jìng)爭(zhēng)，葉綠素?zé)晒獬蔀檠芯抗夂献饔玫挠行А疤结槨盵1-3]。除此之外，超氧化物岐化酶（SOD）對(duì)果樹光合作用起著重要的作用，能夠清除光合反應(yīng)過程中植物體內(nèi)活性氧的增加，SOD活性成為環(huán)境脅迫下植物應(yīng)激反應(yīng)的重要監(jiān)測(cè)指標(biāo)[4-5] 。

為了適應(yīng)北方干旱氣候，針對(duì)山西中部地區(qū)水資源緊缺、水土流失等嚴(yán)重問題，孫西歡等提出了蓄水坑灌的方法[6]。蓄水坑灌法改變了土壤水分分布[7]，使土壤水分集中在中深層，這種特有的水分分布特征必然會(huì)影響果樹光合作用。前人針對(duì)不同齡期的蘋果樹葉片光合特性進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)在蓄水坑灌條件下，果樹的凈光合速率明顯優(yōu)于地面灌溉[8-9]，但是蓄水坑灌法對(duì)于果樹光合作用影響的研究還未涉足光合反應(yīng)的內(nèi)部機(jī)理，為進(jìn)一步弄清光合反應(yīng)的特性，掌握蓄水坑灌法的光合機(jī)理，本試驗(yàn)對(duì)光合特性、SOD活性及葉綠素?zé)晒鈪?shù)等光合機(jī)理指標(biāo)進(jìn)行研究，為蓄水坑灌法的普及提供理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)情況

試驗(yàn)區(qū)位于山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院果樹研究所，土質(zhì)以壤土為主，土壤容重為 1.47 g/cm3，田間持水量為30%。試驗(yàn)區(qū)為南北向，果樹種植株行距為 2 m×4 m，灌溉水源為地下水，試材為 6 年生長富二號(hào)矮化砧嫁接的蘋果樹。

試驗(yàn)時(shí)期為新梢旺長期（2017年5月15日至2017年6月8日），這個(gè)時(shí)期葉片和枝條充分生長，如果營養(yǎng)不足或遇干旱，就會(huì)嚴(yán)重影響當(dāng)年的生長和產(chǎn)量[10]。選取無病蟲害、樹齡及長勢(shì)基本一致的16棵蘋果樹作為試驗(yàn)用樹，設(shè)4個(gè)處理，4個(gè)重復(fù)，每棵樹下設(shè)4個(gè)蓄水坑，均勻布置于環(huán)狀溝中（東北、東南、西南、西北方向各1個(gè)），坑深40 cm，坑徑 30 cm。處理WSP1參考當(dāng)?shù)靥镩g灌溉定額，根據(jù)土壤含水率和果樹葉片生理確定灌溉時(shí)間，在5月15日灌水量約為 450 m3/hm2，處理WSP2與WSP3灌溉定額設(shè)為WSP1的80%與60%，在5月15日灌水量分別為360 m3/hm2和 270 m3/hm2，以地面灌溉為對(duì)照，與處理WSP1的灌溉定額相同，試驗(yàn)設(shè)計(jì)及灌水量（表1）。

1.2 測(cè)定項(xiàng)目與方法

從各處理中的樹冠外圍中部，東西南北4個(gè)方向取長勢(shì)、葉齡及葉位相一致的鮮活葉片，用于葉水勢(shì)、光合速率、葉綠素?zé)晒鈪?shù)、葉綠素、SOD活性及葉片碳水化合物含量的測(cè)定，每個(gè)處理3組重復(fù)，結(jié)果取平均值。

1.2.1 新梢測(cè)定 用卷尺測(cè)量新梢長度，每棵樹各取3支長勢(shì)良好的長枝、中枝、短枝進(jìn)行測(cè)量。

1.2.2 葉水勢(shì)測(cè)定 在晴天06：00，采用WP4C露點(diǎn)水勢(shì)儀對(duì)各處理葉片的晨間葉水勢(shì)進(jìn)行測(cè)定。

1.2.3 光合速率及相關(guān)參數(shù) 試驗(yàn)采用LI-6400便攜式光合測(cè)定系統(tǒng)進(jìn)行蘋果樹凈光合速率的測(cè)定。光合速率的測(cè)定參數(shù)包括凈光合速率（Pn）、葉片的氣孔導(dǎo)度（Gs）、胞間CO2濃度（Ci）及蒸騰速率（Tr）等。在光合速率測(cè)定中，測(cè)定時(shí)段為09：00—11：00，光強(qiáng)設(shè)定為1 500 μmol/（m2·s），以4個(gè)方向的葉片平均凈光合速率作為整棵樹的凈光合速率進(jìn)行分析。

1.2.4 葉綠素?zé)晒鈪?shù)測(cè)定 試驗(yàn)采用Li-6400XT光合測(cè)定系統(tǒng)進(jìn)行葉綠素?zé)晒鈪?shù)的測(cè)定。葉綠素?zé)晒鈪?shù)包括最小初始熒光（Fo）、最大熒光（Fm）、最小熒光（Fo′）、光下最大熒光（Fm′）、穩(wěn)態(tài)熒光（Fs）、光化學(xué)量子效率（Fv/Fm）、光化學(xué)淬滅系數(shù)（qP）、非光化學(xué)淬滅系數(shù)（NPQ）、電子傳遞效率（ETR）以及作用光存在時(shí)光系統(tǒng)Ⅱ（PSⅡ）實(shí)際的光化學(xué)量子效率（ΦPSⅡ）。

測(cè)定葉綠素?zé)晒鈪?shù)時(shí)，先對(duì)葉片暗適應(yīng)30 min，測(cè)定最小初始熒光Fo與最大熒光Fm，然后對(duì)葉片光適應(yīng)30 min后，測(cè)定光下最小熒光Fo′、光下最大熒光Fm′與穩(wěn)態(tài)熒光Fs，以4個(gè)方向的葉片平均葉綠素?zé)晒鈪?shù)作為整棵樹的葉綠素?zé)晒鈪?shù)。

1.2.5 抗氧化物歧化酶SOD活性測(cè)定 采用氮藍(lán)四唑比色法[9]，準(zhǔn)確稱取新鮮葉片0.1 g，將葉片在磷酸緩沖溶液中研磨，采用高速冷凍離心機(jī)在12 000 r/min、4 ℃下離心，加入顯色劑后在4 000 lx下進(jìn)行光照顯色處理，采用紫外可見分光光度計(jì)在560 nm處測(cè)定吸光度，計(jì)算SOD活性。

1.2.6 數(shù)據(jù)處理 試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel和SPSS軟件進(jìn)行處理和分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 蓄水坑灌對(duì)蘋果樹新梢生長和葉水勢(shì)的影響

研究發(fā)現(xiàn)，在蘋果樹的短、中、長3種新梢類型中，短梢長度集中在8～10 cm之間，中梢長度集中在14～17 cm之間，長梢長度集中在23～25 cm之間。蓄水坑灌下各處理的新梢生長均優(yōu)于地面灌溉，灌水量減少時(shí)，新梢長度呈現(xiàn)遞減，處理WSP2的平均新梢長度相對(duì)于WSP1僅減少了0.4 cm左右。晨間葉水勢(shì)集中-1.6～-2.2 kPa，蓄水坑灌下各處理的葉水勢(shì)均高于地面灌溉，與馬艷榮等的研究結(jié)論[10-11]相一致，與地面灌溉相比，蓄水坑灌具有較強(qiáng)的保水性;蓄水坑灌下灌水量減少時(shí)，葉水勢(shì)呈現(xiàn)遞減，但處理WSP2的灌水量是WSP1的80%，葉水勢(shì)僅降低了0.08 kPa，體現(xiàn)了蓄水坑灌的保水節(jié)水作用（表2）。

2.2 蓄水坑灌對(duì)蘋果樹葉片光合特性的影響

研究發(fā)現(xiàn)，凈光合速率集中在9～13 μmol/（m2·s），蓄水坑灌條件下各處理的凈光合速率均大于地面灌溉的凈光合速率，蓄水坑灌處理果樹凈光合速率大小關(guān)系為WSP1>WSP2>WSP3，與張敏等的研究結(jié)論[9]相一致，可以得出蓄水坑灌有利于提高葉片的凈光合速率。氣孔導(dǎo)度集中在 0.14～0.19 mol/（m2·s），蓄水坑灌下各處理的氣孔導(dǎo)度均高于地面灌溉，灌水量減少時(shí)，氣孔導(dǎo)度減少，但相比處理WSP1，WSP2的氣孔導(dǎo)度并不因灌水量的減少而下降。胞間CO2濃度集中在270～296 μmol/mol，受凈光合速率與氣孔導(dǎo)度的影響，處理WSP1的凈光合速率和氣孔導(dǎo)度均達(dá)到最大，其胞間CO2濃度最小;WSP2氣孔導(dǎo)度與WSP1相同，其凈光合速率小于WSP1，使WSP2的胞間CO2濃度最大;地面灌溉的氣孔導(dǎo)度和凈光合速率均小于WSP3，其胞間CO2濃度與WSP3相近。蒸騰速率集中在4～6 mmol/（m2·s），蓄水坑灌下各處理的蒸騰速率均大于地面灌溉，蒸騰速率受氣孔導(dǎo)度和葉片水勢(shì)的影響，地面灌溉的氣孔導(dǎo)度最小，使其蒸騰速率最小，WSP2氣孔導(dǎo)度與WSP1相同，但葉水勢(shì)較WSP1降低了0.08 kPa，使WSP2的蒸騰速率增大。水分利用效率集中在1.5～2.5 μmol/mmol，它是由凈光合速率除以蒸騰速率計(jì)算得出，WSP1的凈光合速率大，使其水分利用效率高于地面灌溉，處理WSP2與WSP3的凈光合速率小，蒸騰速率大，使其葉片光合作用的水分利用效率下降（表3）。

2.3 蓄水坑灌對(duì)蘋果樹葉片葉綠素?zé)晒鈪?shù)的影響

光化學(xué)量子效率（Fv/Fm）是指沒有遭受任何環(huán)境脅迫并經(jīng)過充分暗反應(yīng)的植物體葉片，其光合機(jī)構(gòu)光系統(tǒng)Ⅱ（PSⅡ）最大的潛在光化學(xué)量子效率，用于光合能力的靈敏的指示，處理WSP1與WSP2的Fv/Fm高于地面灌溉，WSP3的Fv/Fm小于地面灌溉，蓄水坑灌有利于提高光合的潛在光化學(xué)量子效率，灌溉定額為WSP1的60%時(shí)果樹受到環(huán)境脅迫。光化學(xué)淬滅系數(shù)（qP）反映了PSⅡ反應(yīng)中心的開放程度，它的變化是由于飽和光導(dǎo)致的反應(yīng)中心的關(guān)閉，其值集中在 059～070，蓄水坑灌下各處理的qP值均顯著高于地面灌溉，灌水量減少時(shí)，qP值呈現(xiàn)遞減，說明蓄水坑灌有利于葉片光反應(yīng)中心的開放，灌水量減少會(huì)限制光反應(yīng)中心的開放。非光化學(xué)淬滅系數(shù)（NPQ）反映了植物熱耗散能力的變化，通常非光化學(xué)淬滅系數(shù)的增長可能是葉片為免受光破壞的保護(hù)機(jī)制，其值集中在2.40～2.85，WSP1的NPQ值最小，在蓄水坑灌條件下，處理WSP1與WSP2的蘋果葉片受光破壞小，用于熱耗散的能量較低，WSP3的NPQ值驟增，因?yàn)閃SP3的果樹受到脅迫，用于熱耗散的能量多。電子傳遞效率（ETR）與植物體葉片固定CO2存在一定的相關(guān)性，也是研究蘋果樹葉片光合作用的一個(gè)重要指標(biāo)，其值集中在170～226，蓄水坑灌下各處理的ETR值均大于地面灌溉，蓄水坑灌有利于提高光合反應(yīng)過程中電子的傳遞，灌水量減少時(shí)，ETR值呈現(xiàn)遞減，灌水量減少會(huì)降低葉片中電子的傳遞效率。作用光存在時(shí) PSⅡ 實(shí)際的光化學(xué)量子效率，即PSⅡ反應(yīng)中心電荷分離實(shí)際量子效率，反映了被用于光化學(xué)途徑激發(fā)能占進(jìn)入PSⅡ總激發(fā)能的比例，是植物光合能力的一個(gè)重要指標(biāo)，其值集中在0.25～035，蓄水坑灌下各處理的ΦPSⅡ值均高于地面灌溉，灌水量減少時(shí)，ΦPSⅡ值呈現(xiàn)遞減，WSP3的ΦPSⅡ值仍比地面灌溉高0.05，可見，蓄水坑灌有利于提高果樹葉片的真實(shí)光合能力（表4）。

2.4 蓄水坑灌對(duì)蘋果樹葉片SOD活性的影響

超氧化物歧化酶是生物體內(nèi)重要的抗氧化酶[12-13]，它能夠?qū)古c阻斷超氧離子 O-2 ·? 對(duì)葉片細(xì)胞的損壞。研究發(fā)現(xiàn)，超氧化物歧化酶的活性集中在135～151 U/g，WSP1的SOD活性最低，蓄水坑灌下處理WSP1與WSP2的酶活性均低于地面灌溉，灌水量減少時(shí)，SOD活性逐漸增大，相比于WSP1，WSP2的SOD活性僅增加了1.75 U/g，說明WSP2的80%灌水定額對(duì)SOD活性的影響不大。蓄水坑灌條件下，對(duì)SOD需求少，光合反應(yīng)過程產(chǎn)生的超氧離子 O-2 ·? 含量少，對(duì)葉片細(xì)胞的損傷程度?。ū?）。

3 結(jié)論

通過研究蓄水坑灌條件下蘋果樹新梢旺長期光合效率，以傳統(tǒng)的地面灌溉為對(duì)照，分析了蓄水坑灌對(duì)蘋果樹新梢生長、光合特性、SOD活性的影響，以及直接反映光合效率的葉綠素?zé)晒鈪?shù)的影響，得到以下結(jié)論：蓄水坑灌條件下，各處理的短梢和中梢生長均優(yōu)于地面灌溉，灌水量減少時(shí)，新梢長度呈現(xiàn)遞減;蓄水坑灌各處理的葉片晨間葉水勢(shì)多顯著高于對(duì)照，說明蓄水坑灌具有較強(qiáng)的保水性。蓄水坑灌條件下，各處理的凈光合速率、氣孔導(dǎo)度和蒸騰速率均大于地面灌溉，當(dāng)灌水量減少時(shí)，其值呈現(xiàn)遞減。蓄水坑灌條件下，葉片光反應(yīng)中心的開放度大，電子傳遞速率大，作用光存在時(shí)PSⅡ?qū)嶋H的光化學(xué)量子效率均高于地面灌溉，葉綠素?zé)晒鈪?shù)相互關(guān)聯(lián)，表征蓄水坑灌真實(shí)的光合能力強(qiáng)。蓄水坑灌條件下，對(duì)葉片細(xì)胞的損傷程度小，對(duì)SOD需求少。

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