石嘉琦，劉宇慶，王艷玲，楊再?gòu)?qiáng)

(南京信息工程大學(xué) 應(yīng)用氣象學(xué)院，江蘇 南京 210044)

夏季設(shè)施內(nèi)溫度頻繁高于35 ℃嚴(yán)重影響了設(shè)施黃瓜的產(chǎn)量與品質(zhì)[1]。有研究發(fā)現(xiàn)，高溫脅迫下黃瓜花器官發(fā)育不良、蕾期黃化凋萎、化果數(shù)增加而結(jié)實(shí)率下降[2]；而42 ℃高溫處理7 d后黃瓜植株則無(wú)果實(shí)[3]。如何有效緩解高溫脅迫對(duì)設(shè)施黃瓜的損害一直是設(shè)施栽培中關(guān)注的焦點(diǎn)問(wèn)題。高溫脅迫下植物葉片光系統(tǒng)Ⅱ(PSⅡ)反應(yīng)中心最為敏感，而通過(guò)快速葉綠素?zé)晒庹T導(dǎo)曲線分析方法(JIP-test)可有效判斷高溫脅迫下PSⅡ反應(yīng)中心光合作用過(guò)程的變化，因此，常常被用于作物逆境生理的研究[4-5]。徐向東等[6]研究發(fā)現(xiàn)，42 ℃高溫脅迫下，黃瓜葉片PSⅡ的初始熒光(Fo)顯著增加，而最大熒光(Fm)和最大光化學(xué)量子產(chǎn)率(Fv/Fm)則顯著降低，葉片PSⅡ受體側(cè)受傷，電子傳遞能力降低。醌庫(kù)容量(Sm)的大小可以反映電子受體QA完全被還原所需要能量的高低，而高溫脅迫下光葉眼子菜的Sm顯著變小，電子傳遞速率顯著降低[7]。高溫脅迫導(dǎo)致PS Ⅱ供體側(cè)受到傷害后，在極短時(shí)間內(nèi)葉綠素?zé)晒鈴?qiáng)度就會(huì)顯著上升，且在0.3 ms出現(xiàn)拐點(diǎn)K；而植物葉片中放氧復(fù)合體(OEC)活性的變化可以有效表征PS Ⅱ供體側(cè)的損傷程度[8]。有研究發(fā)現(xiàn)，35 ℃高溫脅迫導(dǎo)致番茄葉片OEC的功能受損，使得K點(diǎn)的相對(duì)可變熒光值較25 ℃顯著增大[9]。高溫脅迫下作物葉片的吸收光能(ABS/RC)、捕獲光能(TRo/RC)、電子傳遞的能量(ETo/RC)等光合機(jī)構(gòu)的能量與單位反應(yīng)中心的比值(比活性)也會(huì)明顯下降[10]。

氮是參與葉片葉綠素合成與分解、光合作用、核酮糖-1，5-二磷酸羧化酶(Ru BPCase)活性等光合作用各個(gè)環(huán)節(jié)的重要營(yíng)養(yǎng)元素；氮素供應(yīng)直接或間接地影響著作物的光合作用，調(diào)控著光合電子傳遞鏈蛋白、天線色素蛋白復(fù)合體和光合酶的組成[11]；而作物對(duì)氮素的吸收和利用影響著葉片對(duì)光能的吸收、轉(zhuǎn)換、類(lèi)囊體膜上的電子傳遞及光合磷酸化的能力[12-13]。有研究發(fā)現(xiàn)，高溫脅迫下，氮素添加可以促進(jìn)水稻葉片葉綠素含量的增加，增強(qiáng)葉肉細(xì)胞光合活性及葉片吸光強(qiáng)度，保證光合作用的有序進(jìn)行[14]；而合理的氮素供應(yīng)可以通過(guò)能量調(diào)節(jié)使葉片最大限度利用吸收的光能，在一定程度上減輕高溫導(dǎo)致的過(guò)多激發(fā)能對(duì)光合器官的破壞，從而使PSⅡ的Fv/Fm保持在較高的水平上，提高了作物葉片對(duì)高溫逆境的適應(yīng)性[15-17]?？梢?jiàn)，氮素的合理施用是高溫脅迫下有效減緩作物葉片光合機(jī)構(gòu)功能受損的潛在有效措施之一，而關(guān)于氮素調(diào)控減緩設(shè)施黃瓜高溫迫害的熒光機(jī)制研究鮮有報(bào)道。

因此，本研究基于盆栽試驗(yàn)，分析了高溫脅迫與不同氮素供應(yīng)水平下津優(yōu)101號(hào)黃瓜葉片葉綠素含量、熒光產(chǎn)量、光化學(xué)活性、PSⅡ反應(yīng)中心活性、性能指數(shù)及熒光差異動(dòng)力學(xué)曲線的變化差異與機(jī)制，研究結(jié)果可以為設(shè)施黃瓜高溫災(zāi)害防御及氮素優(yōu)化管理提供科學(xué)依據(jù)及實(shí)踐指導(dǎo)。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2020—2021年在南京信息工程大學(xué)農(nóng)業(yè)氣象試驗(yàn)站(E118°71′，N32°21′)Venlo型試驗(yàn)玻璃溫室和智能人工氣候箱(TPG1260，澳大利亞)中進(jìn)行。在試驗(yàn)站內(nèi)選擇地勢(shì)平坦田塊，按“S”形采集表層土壤(0～10 cm)15～20點(diǎn)，混合均勻后，取約1 500 kg土壤樣品、風(fēng)干，挑揀出大的根系與石礫后，磨細(xì)過(guò)5 mm篩備用。供試品種為黃瓜津優(yōu)101號(hào)(Jinyou 101)，采用盆栽種植，盆上口直徑為24.0 cm，盆底直徑為19.5 cm，高為26.5 cm，每盆裝過(guò)5 mm篩的風(fēng)干土8.0 kg。每盆播種3粒，待黃瓜長(zhǎng)出四葉一心時(shí)，保留一棵壯苗，而后開(kāi)始進(jìn)行施氮處理，試驗(yàn)設(shè)0(N0)，160(N1)，240(N2)，320(N3) kg/hm2等4個(gè)氮素水平，每個(gè)水平重復(fù)3次，整個(gè)生育期P2O5與K2O的用量分別為90，180 kg/hm2。所施氮肥為尿素(N≥46.4%)，磷肥為過(guò)磷酸鈣(P2O5≥12%)，鉀肥為氯化鉀(K2O≥60%)，所有肥料分別在幼苗期(20%)、花期(20%)、果期(60%)水溶解后施入盆中。

待黃瓜第1棵根瓜坐住后，將盆栽放入智能人工氣候箱中進(jìn)行高溫處理，以28 ℃(日最高氣溫)/18 ℃(日最低氣溫)為對(duì)照，設(shè)計(jì)35 ℃/25 ℃、38 ℃/28 ℃、41 ℃/31 ℃共3個(gè)高溫水平，日最高氣溫和逐時(shí)氣溫參考南京地區(qū)高溫季節(jié)日變化設(shè)置[18]，每小時(shí)的溫度通過(guò)程序控制。光合有效輻射6：00—18：00設(shè)定(PAR)為1 000 μmol/(m2·s)，其他時(shí)間段為0 μmol/(m2·s)，空氣濕度均設(shè)定為50%～55%，高溫處理9 d后用植物效率分析儀測(cè)定黃瓜葉片熒光參數(shù)并繪制葉綠素?zé)晒庹T導(dǎo)曲線(OJIP)，高溫處理結(jié)束10 d后統(tǒng)計(jì)黃瓜產(chǎn)量。

1.2 測(cè)定指標(biāo)及方法

1.2.1 土壤理化性質(zhì)和葉綠素含量的測(cè)定 土壤理化性質(zhì)參考魯如坤[19]方法測(cè)定，營(yíng)養(yǎng)土pH值采用1.0 mol/L KCl溶液浸泡，電位法測(cè)定，液土比為2.5∶1.0；有機(jī)質(zhì)采用高溫外熱重鉻酸鉀氧化-容量法測(cè)定；土壤總氮采用H2SO4-H2O2消解后，用全自動(dòng)凱氏定氮儀(K9860)測(cè)定消解液中氮含量；葉綠素含量采用紫外分光光度計(jì)法測(cè)定[20]。

1.2.2 熒光參數(shù)測(cè)定及快速葉綠素?zé)晒庹T導(dǎo)(OJIP)曲線的繪制 葉綠素?zé)晒獠捎弥参镄史治鰞x(Pocket PEA，英國(guó))測(cè)定，每個(gè)處理重復(fù)測(cè)定3株，測(cè)定項(xiàng)目包括初始熒光(Fo)、最大熒光(Fm)、最大光化學(xué)量子產(chǎn)量(Fv/Fm)，光合性能指數(shù)(PIabs)、綜合性能指數(shù)(PItotal)、Fm與熒光曲線圍成的面積(Area)、醌庫(kù)容量(Sm)、單位活性反應(yīng)中心吸收的光能(ABS/RC)、熱耗散的能量(DIo/RC)、捕獲的用于還原QA的光能(TRo/RC)和用于電子傳遞的能量(ETo/RC)，并將熒光強(qiáng)度值與響應(yīng)時(shí)間對(duì)數(shù)值進(jìn)行擬合后，以時(shí)間對(duì)數(shù)值為橫坐標(biāo)繪制OJIP曲線[21]。為了進(jìn)一步比較不同施氮處理下黃瓜葉片葉綠素?zé)晒庹T導(dǎo)曲線的特異性，將不同時(shí)間段內(nèi)的曲線標(biāo)準(zhǔn)化為相對(duì)可變熒光(一般用W表示)，即將O點(diǎn)的相對(duì)熒光強(qiáng)度定義為0，分別將K、J、I和P點(diǎn)的相對(duì)熒光強(qiáng)度定義為1進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，并計(jì)算O-K和O-J的相對(duì)可變熒光的差值(ΔW)[22]。

1.3 數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析采用Microsoft Excel 2016和SPSS 20.0軟件，繪圖采用Origin 2017和GraphPad Prism 8.0軟件。

2 結(jié)果與分析

2.1 果期黃瓜葉片葉綠素含量的變化差異

與對(duì)照溫度相比，果期高溫脅迫下N3處理黃瓜葉片Chla和Chla+Chlb分別顯著增加了25.2%～39.4%和40.5%～51.9%(P<0.05)；35 ℃脅迫下N1處理黃瓜葉片Chla、Chlb和Chla+Chlb分別顯著增加43.5%，67.0%，49.9%(P<0.05)，38，41 ℃脅迫則無(wú)顯著變化；果期高溫脅迫下N2處理黃瓜葉片Chla、Chlb和Chla+Chlb均無(wú)顯著變化。與N0處理相比，施氮可以使果期高溫脅迫下黃瓜葉片Chla、Chlb和Chla+Chlb顯著增加1.1～4.3倍(P<0.05)(圖1)。

不同小字母表示不同施氮處理間差異顯著(P<0.05)；不同大寫(xiě)字母表示不同溫度間差異顯著(P<0.05)。圖2—4，9同。Different lowercase letter means significant difference in different N treatments(P<0.05)；the different uppercase letter mean significant difference in different growth temperatures(P<0.05).The same as Fig 2—4，9.

2.2 果期黃瓜葉片葉綠素?zé)晒鈪?shù)的變化差異

2.2.1 初始熒光(Fo)和最大熒光(Fm) 與對(duì)照溫度相比，果期高溫脅迫下施氮處理的黃瓜葉片F(xiàn)m顯著降低了6.4%～30.7%(P<0.05)；38 ℃脅迫下N0、N1處理的黃瓜葉片F(xiàn)o分別顯著降低了18.7%，18.5%(P<0.05)，41 ℃脅迫下N1處理的黃瓜葉片F(xiàn)o顯著降低了9.8%(P<0.05)，其他處理則無(wú)顯著變化(圖2)。與N0處理相比，N2、N3處理使35 ℃脅迫下黃瓜葉片的Fm和Fo分別顯著提高了49.6%，52.5%，14.6%，17.6%(P<0.05)，但N2、N3處理間差異不顯著；N3處理使38 ℃脅迫下黃瓜葉片的Fm顯著提高了28.8%(P<0.05)，N2處理則使Fo顯著提高了18.4%(P<0.05)，其他處理無(wú)顯著變化；N2、N3處理使41 ℃脅迫下黃瓜葉片的Fm顯著提高了16.0%，14.9%，F(xiàn)o無(wú)顯著變化(圖2)。

圖2 果期高溫脅迫下施氮水平對(duì)黃瓜葉片F(xiàn)o、Fm的影響Fig.2 Effect of nitrogen added on the Fo and Fm of cucumber leaves under high temperature stress in fruit stage

2.2.2 光化學(xué)量子產(chǎn)率(Fv/Fm)和性能指數(shù) 與對(duì)照溫度相比，果期高溫脅迫下N2處理黃瓜葉片的Fv/Fm顯著降低了5.1%～6.7%(P<0.05)；35，41 ℃脅迫下N1處理黃瓜葉片的Fv/Fm分別顯著降低了10.3%，3.9%(P<0.05)；35 ℃脅迫下N3處理黃瓜葉片的Fv/Fm顯著降低了6.2%(P<0.05)，其他處理無(wú)顯著變化(圖3-A)。與N0處理相比，N2、N3處理使35 ℃脅迫下黃瓜葉片F(xiàn)v/Fm顯著提高了10.2%～10.4%(P<0.05)；N3處理使38 ℃脅迫下黃瓜葉片F(xiàn)v/Fm顯著提高了3.2%(P<0.05)；N2與N3處理使41 ℃脅迫下黃瓜葉片F(xiàn)v/Fm分別顯著提高了3.9%，5.1%，其他處理無(wú)顯著變化(圖3-A)。

與對(duì)照溫度相比，果期35 ℃脅迫下N1～N3處理的黃瓜葉片PIabs顯著降低了32.1%～70.2%(P<0.05)，38 ℃脅迫下N2處理和41 ℃脅迫的N1處理的黃瓜葉片PIabs分別顯著降低了9.3%，51.1%(P<0.05)，其他處理無(wú)顯著變化。與N0處理相比，N2、N3處理使35，41 ℃脅迫下黃瓜葉片的PIabs顯著提高了9.3，9.1，3.4，4.9倍，使葉片的PItotal顯著提高了12.0，9.0，4.3，4.2倍(P<0.05)；N3處理使38 ℃脅迫下果期黃瓜葉片的PIabs和PItotal分別顯著提高了0.9，1.2倍(P<0.05)(圖3-B、C)。

圖3 果期高溫脅迫下施氮水平對(duì)黃瓜葉片PSⅡ光化學(xué)活性的影響Fig.3 Effect of nitrogen added on the PSⅡ photochemical activity of cucumber leaves under high temperature stress in fruit stage

2.2.3 PSⅡ反應(yīng)中心活性 與對(duì)照溫度相比，35 ℃脅迫下N1處理的黃瓜葉片ABS/RC、DIo/RC分別顯著提高了16.6%，65.0%，ETo/RC則顯著降低了17.0%(P<0.05)，TRo/RC無(wú)顯著變化；38 ℃脅迫下N2處理的黃瓜葉片ABS/RC、DIo/RC分別顯著提高了19.3%，51.5%(P<0.05)，N3處理的TRo/RC、ETo/RC則分別顯著降低了18.3%，19.8%(P<0.05)；41 ℃脅迫下N1處理的黃瓜葉片僅ETo/RC顯著降低了16.8%(P<0.05)，其他指標(biāo)無(wú)顯著變化。與N0處理相比，N2處理使35，41 ℃脅迫下黃瓜葉片的ABS/RC、DIo/RC、TRo/RC分別顯著降低了46.0%，59.0%，40.4%和18.0%，28.0%，14.4%(P<0.05)，ETo/RC則提高了16.7%，40.9%；N3處理使38 ℃脅迫下黃瓜葉片的ABS/RC、DIo/RC和TRo/RC分別顯著降低了24.0%，33.4%，20.8%(P<0.05)，ETo/RC無(wú)顯著變化(表1)。

表1 果期高溫脅迫下施氮水平對(duì)黃瓜葉片PSⅡ反應(yīng)中心活性參數(shù)的影響Tab.1 Effect of nitrogen added on the PSⅡ photochemical activity in reaction center of cucumber leaves under high temperature stress in fruit stage

2.2.4 PSⅡ受體側(cè)醌庫(kù)容量 與對(duì)照溫度相比，果期高溫脅迫下N1處理的黃瓜葉片Area顯著降低了36.2%～43.2%(P<0.05)，35 ℃脅迫下N3處理和38 ℃脅迫下N2處理的黃瓜葉片Area則分別顯著降低了24.7%，22.6%；38，41 ℃高溫脅迫下N1處理的黃瓜葉片Sm分別顯著降低了16.7%，22.9%(P<0.05)，而35，41 ℃脅迫下N2處理的黃瓜葉片Sm則分別顯著增加了25.1%，27.7%(P<0.05)，其他處理無(wú)顯著變化。與N0處理相比，N2、N3處理使35 ℃脅迫下黃瓜葉片的Area和Sm分別顯著提高了2.8，2.7，1.3，1.2(P<0.05)倍；N3處理使38 ℃脅迫下黃瓜葉片的Area和Sm顯著提高了1.3，0.7(P<0.05)倍；N2、N3處理使41 ℃脅迫下黃瓜葉片的Area和Sm分別顯著提高了1.6，1.7倍和1.1，1.3(P<0.05)倍，且N2和N3處理間差異不顯著(圖4)。

圖4 果期高溫脅迫下施氮水平對(duì)黃瓜葉片Area和Sm的影響Fig.4 Effect of nitrogen added on the Area and Sm of cucumber leaves under high temperature stress in fruit stage

2.3 果期黃瓜葉片葉綠素?zé)晒鈩?dòng)力學(xué)曲線變化

2.3.1葉綠素?zé)晒鈩?dòng)力學(xué)曲線 與對(duì)照溫度相比，果期高溫脅迫下黃瓜葉片I點(diǎn)(30 ms)上升緩慢且P點(diǎn)(200 ms)的葉綠素?zé)晒鈴?qiáng)度(FI)均有不同程度的降低；各溫度下N0處理的黃瓜葉片F(xiàn)J(2 ms處熒光強(qiáng)度)均變大且在0.3 ms處出現(xiàn)拐點(diǎn)K，I點(diǎn)(30 ms)上升緩慢且P點(diǎn)的FI最低，施氮后各溫度處理的黃瓜葉片I點(diǎn)和P點(diǎn)的FI均得到提高，其中35，38 ℃脅迫下N3水平的Ⅰ點(diǎn)上升較快；41 ℃脅迫下N2水平的I點(diǎn)上升較快(圖5)。

圖5 果期高溫脅迫下施氮水平對(duì)黃瓜葉片OJIP曲線的影響Fig.5 Effect of nitrogen added on the OJIP curve of cucumber leaves under high temperature stress in fruit stage

2.3.2 放氧復(fù)合體(OEC) ΔWO-J為正值表明OEC失活，為負(fù)值表明OEC未失活。由圖6可知，對(duì)照溫度和35 ℃脅迫下，各施氮處理的果期黃瓜葉片的ΔWO-J均為負(fù)值，OEC未失活；38 ℃脅迫下N2處理的ΔWO-J在0.05～0.70 ms出現(xiàn)正值，OEC出現(xiàn)失活現(xiàn)象，N1、N3處理的OEC未失活，且N3處理OEC活性最強(qiáng)；41 ℃脅迫下N1處理的黃瓜葉片的ΔWO-J在0.05～ 0.30 ms出現(xiàn)正值，OEC輕微失活，N2和N3處理黃瓜葉片的OEC未失活。

圖6 果期高溫脅迫下施氮水平對(duì)黃瓜葉片OJ相熒光差異動(dòng)力學(xué)的影響Fig.6 Effect of nitrogen added on the fluorescence differential kinetics of OJ phase of cucumber leaves under high temperature stress in fruit stage

2.3.3 類(lèi)囊體間能量傳遞 ΔWO-K為正值說(shuō)明類(lèi)囊體之間的能量傳遞受阻，為負(fù)值說(shuō)明光合膜系統(tǒng)完整，能量傳遞順暢。由圖7可知，對(duì)照溫度下N2處理的果期黃瓜葉片ΔWO-K始終為負(fù)值，類(lèi)囊體之間的能量傳遞順暢，N1和N3處理的黃瓜葉片ΔWO-K在0.05～0.07 ms出現(xiàn)正值，能量傳遞輕微受阻；35 ℃脅迫下N2處理的ΔWO-K總體為負(fù)值且低于N1和N3處理，能量傳遞較為順暢；38，41 ℃脅迫下各施氮處理的果期黃瓜葉片的ΔWO-K整體均為正值，ΔWO-K由低到高排列依次為N3>N1>N2和N2>N1>N3，說(shuō)明果期38，41 ℃脅迫導(dǎo)致PSⅡ能量連接性受到嚴(yán)重阻礙，N3和N2處理分別可以有效增強(qiáng)類(lèi)囊體之間能量的連接性。

圖7 果期高溫脅迫下施氮水平對(duì)黃瓜葉片OK相熒光差異動(dòng)力學(xué)的影響Fig.7 Effect of nitrogen added on the fluorescence differential kinetics of OK phase of cucumber leaves under high temperature stress in fruit stage

2.3.4 PSⅠ末端電子受體 WO-I≥1部分I～P相的振幅反映了PS Ⅰ受體側(cè)末端電子受體庫(kù)的大小，I～P相振幅越小，則表明PSⅠ受體側(cè)末端電子受體庫(kù)所受抑制越強(qiáng)，WI-P=0.5(上升曲線達(dá)到半值)處所需時(shí)間點(diǎn)可用來(lái)反映PSⅠ末端電子受體庫(kù)的還原速率。由圖8可知，對(duì)照溫度下施氮可以提高果期黃瓜葉片WO-I≥1部分I～P相的振幅，減緩PSⅠ受體側(cè)末端電子受體庫(kù)的抑制狀況，加快PSⅠ末端電子受體庫(kù)的還原速率，其中N3處理的I～P相的振幅最大，緩解作用最好，N2處理的PSⅠ末端電子受體庫(kù)的還原速率最快。果期高溫脅迫下施氮可以增大黃瓜葉片WO-I≥1部分I～P相的振幅，減緩PSⅠ受體側(cè)末端電子受體庫(kù)的抑制狀況，其中N2處理效果最好；但各施氮處理均增加了果期高溫脅迫下黃瓜葉片的半衰期，降低了PSⅠ末端電子受體庫(kù)的還原速率。

圖8 果期高溫脅迫下施氮水平對(duì)黃瓜葉片OI和IP相熒光差異動(dòng)力學(xué)的影響Fig.8 Effect of nitrogen on the fluorescence differential kinetics of OI and IP phase of cucumber leaves under high temperature stress in fruit stage

2.4 黃瓜產(chǎn)量對(duì)施氮量及高溫脅迫的響應(yīng)

與對(duì)照溫度相比，果期35 ℃高溫脅迫下N1處理的黃瓜產(chǎn)量降低了38.1%，38 ℃高溫脅迫下N0處理的黃瓜產(chǎn)量降低了31.5%，而N3處理的黃瓜產(chǎn)量顯著增加了35.5%(P<0.05)，41 ℃高溫脅迫下N0～N3處理的黃瓜產(chǎn)量顯著降低了55.5%～71.2%(P<0.05)，其他處理無(wú)顯著變化。與N0處理相比，果期35，38，41 ℃高溫脅迫下施氮處理的黃瓜產(chǎn)量分別顯著增加了87.3%～101.1%，349.2%～422.5%，71.1%～209.6%(P<0.05)。將各溫度下的產(chǎn)量數(shù)據(jù)與施氮量進(jìn)行擬合后發(fā)現(xiàn)黃瓜獲得最高產(chǎn)量時(shí)的施氮量隨著溫度的升高呈先上升后降低趨勢(shì)，28 ℃處理下施氮量為195 kg/hm2，黃瓜獲得最高產(chǎn)量12.5 t/hm2，35 ℃脅迫下施氮量為236 kg/hm2時(shí)，黃瓜獲得最高產(chǎn)量8.6 t/hm2，38 ℃脅迫下施氮量為283 kg/hm2，黃瓜獲得最高產(chǎn)量12.3 t/hm2，41 ℃脅迫下當(dāng)施氮量為177 kg/hm2，黃瓜獲得最高產(chǎn)量4.9 t/hm2(圖9)。

2.5 綜合分析

相關(guān)分析表明，產(chǎn)量與施氮量、Fm、Area、Sm、PIabs、Chla和總?cè)~綠素含量均存在極顯著正相關(guān)關(guān)系(P<0.01)，與Fv/Fm、Chlb存在顯著正相關(guān)關(guān)系(P<0.05)，與溫度(≥28 ℃)存在極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系(P<0.01)，與ABS/RC、DIo/RC、TRo/RC存在顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系(P<0.05)，與Fo、PItotal和ETo/RC無(wú)顯著相關(guān)關(guān)系(表2)。

圖9 果期高溫脅迫下施氮水平對(duì)黃瓜產(chǎn)量的影響Fig.9 Effect of nitrogen added on yield of cucumber under high temperature stress in fruit stage

表2 產(chǎn)量與施氮量、溫度、黃瓜葉片綠素含量、各熒光指標(biāo)間的相關(guān)分析Tab.2 Correlation analysis between yield and nitrogen levels，temperature，chlorophyll content and fluorescence indexes in cucumber leaves

方差分析結(jié)果顯示，施氮量對(duì)黃瓜產(chǎn)量、葉片F(xiàn)m、Fv/Fm、Area、Sm、PIabs、PItotal、ABS/RC、DIo/RC、TRo/RC、Chla、Chlb和Chla+Chlb等影響均達(dá)到極顯著水平(P<0.01)，對(duì)葉片F(xiàn)o的影響顯著(P<0.05)，而對(duì)葉片ETo/RC影響不顯著(P>0.05)。溫度對(duì)黃瓜產(chǎn)量、葉片F(xiàn)o、Fm、Fv/Fm、Area、PIabs、ABS/RC、DIo/RC、TRo/RC、ETo/RC、Chla和Chla+Chlb等影響達(dá)到極顯著水平(P<0.01)，對(duì)葉片PItotal、Chlb影響顯著(P<0.05)，對(duì)Sm影響不顯著。施氮量和溫度的交互作用對(duì)產(chǎn)量、Sm、PIabs、ABS/RC、TRo/RC、ETo/RC的影響均達(dá)到極顯著水平(P<0.01)，對(duì)Fm、Fv/Fm、Area、PItotal、DIo/RC影響顯著(P<0.05)，對(duì)Fo、Chla、Chlb和Chla+Chlb影響不顯著(表3)。

表3 果期高溫脅迫下不同施氮處理的黃瓜產(chǎn)量、葉綠素含量及熒光指標(biāo)間的方差分析Tab.3 Variance analysis of yield，chlorophyll content and fluorescence indexes of cucumber under different nitrogen treatments under high temperature stress in fruit stage

3 結(jié)論與討論

本研究發(fā)現(xiàn)，相同溫度脅迫下施氮可以顯著增加黃瓜葉片的Chla、Chlb和Chla+Chlb，相同施氮水平下35 ℃輕度脅迫也可以顯著增加黃瓜葉片的葉綠素含量，這可能是因?yàn)闇囟扔绊懥巳~綠素合成中的酶促反應(yīng)，輕度高溫和氮肥的施用在一定程度上提高了植物葉片葉綠素合成酶的活性和氮代謝相關(guān)酶活性，從而促進(jìn)葉綠素的合成，增加葉片葉綠素含量[14]。葉綠素?zé)晒鈪?shù)是反映植物葉片光化學(xué)活性的重要指標(biāo)，可以更加具體的表現(xiàn)逆境下植物對(duì)光能的吸收利用與轉(zhuǎn)化程度[23-24]。本研究發(fā)現(xiàn)，果期高溫脅迫下合理施氮可以顯著降低黃瓜葉片的ABS/RC、TRo/RC和DIo/RC，提高ETo/RC、Fm、Fv/Fm、Plabs、Area和Sm。果期高溫脅迫導(dǎo)致了黃瓜葉片PSⅡ受體側(cè)受傷，F(xiàn)m顯著減小，降低了電子傳遞能力，而氮的合理供應(yīng)一方面可以顯著提高黃瓜葉片F(xiàn)m和Sm，增大PSⅡ受體側(cè)電子受體庫(kù)的容量，使得傳遞到電子傳遞鏈的電子超過(guò)QA的電子受體的概率上升，從而提高Fv/Fm[25-26]；另一方面氮的施用可以顯著降低黃瓜葉片DIo/RC，使被捕獲的光能更多地用于光化學(xué)反應(yīng)，而不是用于QA的還原，進(jìn)而利于電子受體QA后的電子傳遞，提高ETo/RC，減緩PSⅡ受體側(cè)損傷，促進(jìn)PSⅡ的能量轉(zhuǎn)化和電子傳遞，本研究結(jié)果與Kalaji等[27]、朱榮等[28]、王木蘭等[29]、何海鋒等[30]的研究結(jié)果相類(lèi)似。在受到高溫脅迫后一些黃瓜葉片的PItotal出現(xiàn)比室溫更高的情況，這可能與植物具有一定的抗逆性有關(guān)，即黃瓜在受到高溫脅迫后，會(huì)激發(fā)體內(nèi)的抗氧化系統(tǒng)，對(duì)環(huán)境產(chǎn)生一定的抵抗能力[31]。

植物葉片生理的變化信息可以通過(guò)熒光參數(shù)反映到OJIP曲線上。本研究發(fā)現(xiàn)，果期高溫脅迫和不施氮處理的黃瓜葉片OJIP曲線中的I點(diǎn)上升緩慢且P點(diǎn)熒光強(qiáng)度降低，這是因?yàn)楦邷孛{迫和不施氮處理的黃瓜葉片PSⅡ反應(yīng)中心出現(xiàn)失活，光電子從電子受體QA到QB的傳遞被抑制，PSⅡ和PSⅠ間電子分配不均、電子傳遞受阻導(dǎo)致的[32]；施氮后各溫度的黃瓜葉片I點(diǎn)和P點(diǎn)的熒光強(qiáng)度得到提高，其中35，38 ℃脅迫下N3水平的I點(diǎn)上升較快，41 ℃脅迫下N2水平的I點(diǎn)上升較快，這說(shuō)明合理施氮可以減輕電子傳遞被抑制狀況，促進(jìn)光系統(tǒng)間電子傳遞均衡。將OJIP曲線標(biāo)準(zhǔn)化為相對(duì)可變熒光后發(fā)現(xiàn)對(duì)照溫度下各施氮水平的果期黃瓜葉片OEC均未失活(ΔWO-J<0)且PSⅡ中心類(lèi)囊體能量傳遞順暢(ΔWO-K<0)，而38，41 ℃脅迫下黃瓜葉片OEC出現(xiàn)失活現(xiàn)象(ΔWO-J>0)，類(lèi)囊體之間的能量連接性降低(ΔWO-K>0)。這可能是由于高溫脅迫下PSⅡ供體側(cè)流向反應(yīng)中心的電子與從反應(yīng)中心流向受體側(cè)的電子失衡導(dǎo)致的，電子流動(dòng)不平衡會(huì)使得PSⅡ反應(yīng)中心被過(guò)剩的電子氧化，破壞PSⅡ供體側(cè)結(jié)構(gòu)的完整性和電子傳遞[33-34]。施氮后黃瓜葉片OEC活性增強(qiáng)，類(lèi)囊體間的能量連接性得到提高，其中41 ℃脅迫下N2處理的OEC整體活性較強(qiáng)，類(lèi)囊體間能量傳遞最順暢，38 ℃脅迫下N3處理的OEC整體活性和類(lèi)囊體間能量連接性最強(qiáng)?？梢?jiàn)，氮素的合理施用有利于提高植物葉片的OEC活性，促進(jìn)PSⅡ中心類(lèi)囊體間的能量傳遞，進(jìn)而促進(jìn)光合作用。此外，果期高溫脅迫下黃瓜葉片PSⅠ受體側(cè)末端電子受體庫(kù)被抑制(WO-I≥1部分I～P相振幅越小，抑制越強(qiáng))，施氮可以增大黃瓜葉片I～P相振幅，減緩電子受體庫(kù)的抑制狀況，其中N2處理效果最好，這可能是因?yàn)楦邷貙?dǎo)致PSⅠ產(chǎn)生光抑制，而氮的合理施用可以提高黃瓜葉片光系統(tǒng)的抗逆性。高溫脅迫加速了黃瓜葉片PSⅠ末端電子受體庫(kù)的還原速率，且溫度越高還原速度越快，試驗(yàn)結(jié)果與徐超等[35]的研究結(jié)果相類(lèi)似，但高溫脅迫下施氮卻降低了PSⅠ末端電子受體庫(kù)的還原速率，具體機(jī)理還有待進(jìn)一步研究。

本試驗(yàn)結(jié)果顯示，果期高溫脅迫顯著降低了各施氮處理的黃瓜產(chǎn)量，其中41 ℃高溫脅迫產(chǎn)量降低幅度最大(減產(chǎn)55.5%～71.2%)，施氮后高溫脅迫處理的黃瓜產(chǎn)量顯著增加了71.1%～422.5%，且將產(chǎn)量數(shù)據(jù)與施氮量進(jìn)行擬合后發(fā)現(xiàn)，黃瓜獲得最高產(chǎn)量時(shí)的施氮量隨著溫度的升高呈先上升后降低趨勢(shì)。高溫會(huì)減弱植物PSⅡ反應(yīng)中心的原初光化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的去激發(fā)能力，導(dǎo)致植物的PSⅡ系統(tǒng)失活或傷害，進(jìn)而降低產(chǎn)量，而不同高溫條件下適宜施氮可以提高作物葉片中光合碳同化的關(guān)鍵酶，有效緩解葉片的衰老，產(chǎn)生更多的光合產(chǎn)物，并且最大化地向果實(shí)轉(zhuǎn)移，從而增加黃瓜的產(chǎn)量[36]。本研究發(fā)現(xiàn)，施氮量和溫度對(duì)設(shè)施黃瓜葉片熒光特性和產(chǎn)量的影響存在交互效應(yīng)，說(shuō)明溫度對(duì)黃瓜葉片熒光特性和產(chǎn)量的影響因施氮處理的不同而有顯著差異，反之亦然。分析其原因，可能是因?yàn)楦邷孛{迫使黃瓜同化物向庫(kù)器官的分配受到阻礙，輸出時(shí)間縮短，輸出速率下降，產(chǎn)量降低，而適量氮肥處理能夠提高同化物轉(zhuǎn)運(yùn)能力，促進(jìn)高溫脅迫下黃瓜營(yíng)養(yǎng)器官向生殖器官的氮素轉(zhuǎn)運(yùn)，從而提高氮素對(duì)黃瓜果實(shí)的貢獻(xiàn)率[37-38]。

果期高溫脅迫顯著導(dǎo)致了黃瓜葉片光系統(tǒng)反應(yīng)中心受損，而合理施氮可以有效增強(qiáng)PSⅡ供體側(cè)OEC活性和類(lèi)囊體之間的能量連接性，減輕PSⅠ受體側(cè)末端電子受體庫(kù)的抑制狀況，緩解果期高溫脅迫對(duì)黃瓜光合器官的損傷。施氮量和溫度對(duì)黃瓜葉片熒光特性和產(chǎn)量存在顯著的交互效應(yīng)，黃瓜獲得最高產(chǎn)量時(shí)的施氮量隨著溫度的升高呈先上升后降低趨勢(shì)，即施氮量為236，283，177 kg/hm2時(shí)可分別有效提高35，38，41 ℃的高溫脅迫下黃瓜葉片光合作用并獲得最高產(chǎn)量。