高玉錄，仝亞軍，楊興旺，翟衡，杜遠鵬，孫永江*

（1. 山東農(nóng)業(yè)大學園藝科學與工程學院，山東泰安 271018；2. 煙臺張裕集團有限公司，山東煙臺 264000；3. 北京林業(yè)大學林學院/森林培育與保護教育部重點實驗室，北京 100083）

高溫是對植物光合作用影響最大的環(huán)境因素之一，當環(huán)境溫度達到35 ℃及以上時對光合作用過程產(chǎn)生不利影響[1]。高溫直接影響細胞質(zhì)的結(jié)構(gòu)，在短期內(nèi)出現(xiàn)癥狀，并可從受熱部位向非受熱部位傳遞蔓延。高溫引起的熱應激嚴重限制植物的生長及生產(chǎn)能力[2]，一方面抑制光合電子傳遞活性以及PSII氧化側(cè)的功能，導致氧氣釋放減少，降低花粉活力和籽粒灌漿，導致嚴重的產(chǎn)量損失[3]；另一方面還增加植物的蒸騰作用，進一步促進水分流失[4-5]。

世界農(nóng)業(yè)生產(chǎn)受到高溫壓力的威脅日益嚴重[6]，植物已經(jīng)進化出許多適應高溫脅迫的策略。例如，植物可以產(chǎn)生改變蛋白質(zhì)和細胞結(jié)構(gòu)的溶質(zhì)，通過滲透調(diào)節(jié)維持細胞膨脹，增加光合系統(tǒng)中的循環(huán)電子流，并調(diào)節(jié)抗氧化系統(tǒng)以重建細胞氧化還原平衡和體內(nèi)平衡[7-8]。盡管植物進化出這些自我保護功能，但自我調(diào)節(jié)能力有限，因此，通過噴施外源有效誘導物質(zhì)是提高植物應對高溫能力的重要農(nóng)藝措施。

乙酸（CH3COOH），又名醋酸、冰醋酸，是一種有機一元酸，為食醋主要成分，在自然界分布很廣，例如在水果或者植物油中，主要以酯的形式存在。乙酸廣泛用于化學、食品、紡織、皮革、制藥、橡膠和其他工業(yè)的重要化學品，是最重要的有機酸之一。研究發(fā)現(xiàn)，施加外源乙酸可提高擬南芥、油菜、玉米、水稻和小麥植株的耐旱性，其機理是外源乙酸促進茉莉酸合成和組蛋白H4乙酰化的富集，從而影響茉莉酸信號通路對植物耐旱性的啟動[9-10]。另外，干旱脅迫可以誘導植物乙酸合成的表達途徑基因的升高，確保擬南芥在干旱脅迫下能長期存活[11-12]，這一研究有望開發(fā)出一種更加簡便易行的農(nóng)作物抗旱技術(shù)。植物激素脫落酸（ABA）在植物生長發(fā)育過程以及由于受環(huán)境刺激而產(chǎn)生的應激反應中起關(guān)鍵作用[13-14]。內(nèi)源ABA是植物對這些脅迫反應的關(guān)鍵內(nèi)源信使，并且ABA信號傳導對于改善植物性能是必不可少的。自從發(fā)現(xiàn)ABA作為誘導氣孔關(guān)閉的化學物質(zhì)以來，大量廉價的脫落酸相關(guān)產(chǎn)品，如S-誘抗素、ProTone、BioNik等被應用。S-誘抗素以葡萄作為切入點，目前在世界主要的葡萄產(chǎn)地已廣泛推廣。除我國以外，在美國、巴西、智利、澳大利亞、日本以及東南亞等國家，S-誘抗素在改善葡萄著色，縮短葡萄果實的轉(zhuǎn)色期等方面的優(yōu)異表現(xiàn)，贏得了市場。

為探索提高田間葡萄抗高溫能力的外源誘導物及作用機制，本研究以田間5年生‘摩爾多瓦’（Moldova）為試材，以乙酸及ABA作為噴施材料，研究其對田間高溫脅迫下葡萄葉片光抑制的影響，為生產(chǎn)上提高葡萄抗高溫能力提供依據(jù)。

1 試驗設計及方法

1.1 試驗設計

試驗于2018年7—8月3次高溫期（7月21日氣象預報最高溫度36.2 ℃、7月25日氣象預報最高溫度37.6 ℃及8月1日氣象預報最高溫度37.0 ℃）在山東農(nóng)業(yè)大學南校區(qū)葡萄園進行，黃壤土，正常肥水管理，試材為5年生籬架栽培的‘摩爾多瓦’，株行距為1.5 m×2 m。

選擇長勢一致的4個石柱空間的葡萄（每空7～8株），于7月20日、7月24日及7月31日16:00分別噴布清水（對照）、10 mmol乙酸、10 μmol ABA及10 mmol乙酸＋10 μmol ABA，共4個處理，噴至葉片滴水為止。于7月21日、7月25日及8月1日高溫時段（14:00左右）進行葉片光合生理指標的測定。

1.2 測定指標及方法

1.2.1 快速葉綠素熒光誘導曲線的測定

使用連續(xù)激發(fā)式熒光儀（Handy PEA，Hansatech，英國）測定快速葉綠素熒光誘導曲線。當向暗適應30 min后的葉片照射3000 μmol/(m2·s)的紅光時快速葉綠素熒光曲線被誘導。初始記錄速度為每秒鐘10萬次，即100 kHz，能夠捕捉到從O～P上升過程中更多的熒光變化信息，如可以捕捉到O～P變化過程中的另外兩個拐點（J點和I點）。通過JIP-test分析所得到的OJIP曲線，可得到如下參數(shù)：

最大光化學效率Fv/Fm＝(Fm-Fo)/Fm；

K點的相對可變熒光WK＝(FK-Fo)/(Fm-Fo)；

K點標準化后的相對可變熒光WK＝(FK-Fo)/(FJ-Fo)；

J點的相對可變熒光VJ＝(FJ-Fo)/(Fm-Fo)；

單位面積具有活性的反應中心的數(shù)量RC/CSm＝φPo·(VJ/Mo)·(ABS/CSm)；

反應中心捕獲的激子將電子傳遞到QA以后的效率Ψo＝ETo/TRo；

吸收的光量子用于電子傳遞的效率ΨEo＝ETo/ABS

1.2.2 調(diào)制式葉綠素熒光參數(shù)的測定

采用英國Hansatech公司的FMS-2型便攜脈沖調(diào)制式熒光儀測定。以植物的生長環(huán)境光強為作用光，測得葉片實際生長光強下的熒光值（Fs）；再給一個強閃光（5000 μmoL/(m2·s)），脈沖時間0.7 s，熒光上升到能化類囊體最大熒光（Fm'），進行熒光參數(shù)日變化測定時采用開放式適配器，利用實際自然光為作用光，測得最大熒光（Fm'）。暗適應幾秒后打開遠紅光，5 s后測最小熒光（Fo'）。實際光化學效率φPSⅡ＝(Fm'－Fs)/Fm'。

圖1 測定當天的環(huán)境因子Figure 1 Environmental factors for the day of the assay

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計及處理方法

用Microsoft Excel軟件進行試驗數(shù)據(jù)處理分析及作圖，用SPSS 24.0軟件進行單因素方差性分析及多重比較。

2 結(jié)果及分析

2.1 測定當天的環(huán)境因子

從圖1可以看出，3次高溫日均在14:00左右達到最高溫度，高溫值分別為36.2 ℃、37.6 ℃、37.0 ℃，3次的光照強度均在1300 μmol/(m2·s)左右，空氣濕度均約66%左右。屬于典型的夏季高溫、適光、中等濕度天氣條件。

2.2 噴布乙酸及ABA對Fv/Fm及φPSⅡ的影響

從圖2中可以看出，在3次高溫脅迫日，無論噴乙酸還是ABA及其組合，對維持最大光化學效率都有明顯作用，尤其是在第1次和第3次高溫脅迫日，各處理與對照有顯著差異。不同處理中，單獨噴布乙酸的效果與單獨噴布ABA的效果類似，二者沒有顯著差異；而乙酸＋ABA具有加性效應，3次高溫脅迫后測定Fv/Fm平均比對照提高14.03%，比單獨乙酸處理平均提高4.43%，比單獨ABA處理平均提高4.37%。

φPSⅡ表示PSⅡ?qū)嶋H光化學效率。從圖2可以看出，3個處理效果都比較明顯，第一次高溫脅迫以單獨乙酸處理效果顯著，第3次以乙酸＋ABA組合處理效果顯著，ABA以第1次和第3次高溫脅迫日有效果，但不顯著。

圖2 處理對Fv/Fm及φPSⅡ的影響Figure 2 The effect of treatment on Fv/Fm andφPSⅡ

2.3 噴布乙酸及ABA對PSⅡ電子傳遞鏈活性的影響

K點熒光的相對變化值（WK）表示PSⅡ供體側(cè)放氧復合體（oxygen evolution complex，OEC）受傷害程度，WK升高表示PSⅡ供體側(cè)受到傷害。圖3A中可以看出，各處理對緩解高溫脅迫后WK的下降有一定作用，但僅以第3次高溫脅迫處理的WK與對照有顯著差異。

RC/CSm表示單位面積有活性的反應中心的比例。3次高溫脅迫后各處理的RC/CSm與對照相比均有上升趨勢（圖3B)，但以乙酸＋ABA組合效果顯著，其次以乙酸效果稍好。

圖3 處理對高溫脅迫下葉片快速葉綠素熒光動力學參數(shù)的影響Figure 3 Effects of treatment on Rapid chlorophyll fluorescence kinetic parameters of leaves under high temperature stress

ΨEo表示電子傳遞的量子產(chǎn)額。從圖3C看出，這3次的量子產(chǎn)額整體以乙酸＋ABA組合處理效果顯著，且有顯著性差異。乙酸處理效果也較為明顯，第2次有顯著性差異，第3次有差異但不顯著。ABA處理以第2次最為明顯。

2.4 噴布乙酸及ABA對光合綜合性能指數(shù)的影響

光合性能指數(shù)（Plabs）能更準確地反映植物光合機構(gòu)的狀態(tài)，更好地反映脅迫對光合機構(gòu)的影響。從圖4中可以看出，整體光合指數(shù)較高，其中乙酸＋ABA組合處理3次高溫日對綜合Plabs表現(xiàn)效果明顯，乙酸處理與對照有顯著差異，后面2次ABA處理的高溫日差異顯著。

3 討論與結(jié)論

高溫是嚴重影響植物生長發(fā)育的脅迫因子，是葡萄生產(chǎn)面臨的重要逆境脅迫。研究發(fā)現(xiàn)，高溫脅迫會抑制光合電子傳遞活性，使PSⅡ功能受阻，導致氧氣釋放量減少，也會導致PSⅡ反應中心失活[2]。植物葉片光抑制產(chǎn)生的原因是由于光系統(tǒng)修復速率低于破壞速率造成[15]，葉綠素熒光動力學是反應植物生理性能的有效探針，能快速、準確地反映植物受抑制程度[16]。本試驗以乙酸及ABA作為噴布材料，在葡萄方面探索乙酸及ABA對高溫脅迫的影響。試驗發(fā)現(xiàn)，高溫嚴重抑制葡萄PSⅡ的活性，影響PSⅡ最大光化學效率及實際光化學效率，導致PSⅡ供體側(cè)（WK）、反應中心（RC/CSm）受到嚴重抑制。而且WK升高，表明PSⅡ供體側(cè)（OEC）受傷害程度大于受體側(cè)的傷害程度[17]，這與卞鳳娥等[18]的研究結(jié)果一致，高溫還導致葉片的綜合光合性能指數(shù)以及PSII的電子傳遞受到明顯抑制。

圖4 處理對光合綜合性能指數(shù)的影響Figure 4 Effect of treatment on photosynthetic characteristics and stomatal conductance

本研究發(fā)現(xiàn)，葉片噴布乙酸及ABA后明顯緩解高溫脅迫的危害，其中乙酸及兩者混合效果相對較明顯，噴布乙酸明顯提高PSⅡ最大光化學效率及實際光化學效率，提高綜合光合性能指數(shù)，從而提高葉片整體的光合能力，減少PSⅡ供體側(cè)、反應中心及受體側(cè)的受傷害程度，表明葉面噴施乙酸能保護PSⅡ免受高溫脅迫的傷害，能提高PSⅡ的電子傳遞[19]。ABA的效果與乙酸的效果類似但沒有乙酸效果顯著，相比于乙酸而言，ABA在高溫時段氣孔關(guān)閉程度更加顯著。在高溫脅迫下，乙酸能保持較高的光化學效率，耗散過多的能量，降低光抑制程度，從而保持葡萄葉片具有較好的耐熱性。大多數(shù)情況下熒光參數(shù)以復合處理效果較好，且具有加性效應，即隨著高溫次數(shù)的增加葉片應對高溫脅迫的能力增加；而且各噴布處理能穩(wěn)定光合性能，不隨高溫脅迫的持續(xù)而波動。綜上所述，乙酸及ABA能較好的緩解高溫脅迫，其中以乙酸與ABA混合作用效果較為顯著，能有效保護PSⅡ免受高溫傷害。