黃化對吐魯番葡萄葉片光合及葉綠素熒光特性的影響

（1.新疆農業大學 林學與園藝學院，新疆 烏魯木齊 830052；2.吐魯番現代農業科技開發中心，新疆 吐魯番 838000）

葡萄Vitis viniferaL.是葡萄科葡萄屬植物，它是世界上重要的鮮食果品和加工原料，深受人們的歡迎，葡萄果實產量和品質一直是葡萄加工生產和科學研究的重點[1-2]。葉幕微氣候作用于葡萄的整體生產過程中，對葡萄的生長發育和果實產量有著直接的影響[3]。近年來新疆吐魯番地區無核葡萄出現大面積葉片黃化現象，黃化輕微時葉片淡黃，嚴重時葡萄不僅整株葉片黃化，甚至還會造成樹體死亡。葉片作為光合作用的主要器官，光系統Ⅱ（PSⅡ）起著至關重要的作用，光合速率的變化與光合電子傳遞有關。葉綠素熒光參數早已成為衡量植物抗逆的重要指標[4]。因此，研究葡萄植株在黃化狀態下葉片光合及葉綠素熒光參數的變化，對研究葡萄葉片生長發育規律起到重要指導作用。光合作用與葉綠素熒光相結合可以更系統、更全面地反映出逆境脅迫對植物葉片光合的損傷機理[5]。近年來，國內外學者對葡萄的光合特性及熒光參數進行了許多探討。王振興等[6]研究不同鹽脅迫程度對2種山葡萄品種光合特性及PSⅡ活性的影響，結果表明鹽堿脅迫對山葡萄‘雙優’的葉片凈光合速率、PSⅡ對光能的吸收和傳遞效率均大于‘左山一’，而‘左山一’的耐鹽堿性更強。賈楊等[7]研究比較6個葡萄品種在高溫強光下光合及熒光參數的變化，認為‘無核白’和‘淑女紅’對高溫和強光的適應性較強，而對高溫強光適應性較弱的卻是‘巨峰’和‘紅地球’。黎冰等[8]通過研究不同配比的硝態氮和銨態氮對‘赤霞珠’葡萄新梢生長和葉片光合特性的影響，發現配施能提高‘赤霞珠’葡萄葉片光合特性。新疆葡萄黃化病的發生主要分布在北疆及吐魯番地區，早在1993年吐魯番勝金鄉‘無核白’葡萄就開始發生黃化病并逐漸蔓延。目前，對葉片生長發育、光合特性及葉綠素熒光參數等研究機理主要集中在文冠果[9]、棗[10]、銀杏[11]等植物上，而在葡萄方面的研究相對較少[12-13]。本試驗以葡萄正常株和黃化株‘無核白’（Thompsons seedless）和‘無核白雞心’（Centennial seedless）為研究對象，研究不同黃化程度對葡萄園小氣候、葉片光合特性及葉綠素熒光參數的影響，以期為今后葡萄優質生產提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

以吐魯番市高昌區勝金鄉色格孜庫勒村的葡萄黃化園生長的‘無核白’和‘無核白雞心’為試材，葡萄園樹齡8 a，傾斜式小棚架栽培，株行距為4 m×4.5 m（見圖1）。

圖1 吐魯番葡萄黃化園與正常園Fig.1 Yellowing and normal orchard of Turpan grape

1.2 葡萄黃化程度的劃分

葡萄黃化病的程度劃分參考晁無疾[12]的方法，根據試驗地葡萄新梢葉片的黃化程度依次劃分為正常葉（CK）、輕度黃化葉、中度黃化葉和重度黃化葉4個等級。

1.3 方 法

1.3.1 葡萄園小氣候觀測方法

于2017年7月，采用手持式農業環境檢測儀對‘無核白’和‘無核白雞心’葡萄黃化園和正常園進行田間小氣候觀測，采用定點定位觀測方法，在棚架下植株行間中線上布設5個測量點，于各點處選擇植株長勢一致的葡萄5株，記錄時間為10:00—12:00。測定pH值、光合有效輻射（μmol·m-2s-1）、土壤溫度（℃）、土壤水分含量（%）和空氣溫度（℃）、相對濕度（%）、CO2濃度（μmol·mol-1）等，并計算其平均值。

1.3.2 光合參數測定方法

于2017年7月16日上午10:00—12:00，采用美國LI-6400便攜式光合儀對葡萄正常株和黃化株葉片光合特性進行了測定。選取供試品種‘無核白’和‘無核白雞心’生長中庸、無病蟲害且生長勢基本一致的植株5株，每樣株隨機選取5個結果枝，從每個結果枝的向陽處各選取5片葉測定，每葉片重復3次。測定光合參數包括凈光合速率（Pn）、光合有效輻射（PAR）、氣孔導度（Gs）、蒸騰速率（Tr）和胞間CO2濃度（Ci）等。

1.3.3 熒光參數測定方法

測定光合參數的同時測定葉綠素熒光參數，采用FMS-2便攜脈沖調制式熒光儀進行熒光參數的測定。將選好的葉片經過充足自然光適應，并用暗適應夾夾好，測定自然光下葉片葉綠素熒光參數的變化，并算出實際光化學效率（ΦPSⅡ）。葉片被暗適應30 min后，測定暗適應下葉片初始熒光值（Fo）、最大熒光值（Fm）、PSⅡ最大光能轉化效率（Fv/Fm）等熒光參數，并計算其非光化學猝滅系數（NPQ）。

1.4 數據處理

試驗數據處理和繪圖采用Excel軟件完成，采用SPSS19.0軟件進行單因素方差分析（One-way ANOVA）。

2 結果與分析

2.1 黃化對葡萄園小氣候的影響

植株的生長發育與氣候變化有著密切的聯系，見表1。由表1可知，2種葡萄正常園的光合有效輻射、土壤水分和CO2濃度均顯著大于黃化園，而土壤溫度之間差異不顯著。無核白和無核白雞心葡萄正常園土壤水分含量分別是黃化園的1.08、1.16倍。無核白黃化園田間溫度、相對濕度分別是正常園的1.05、1.15倍，顯著大于正常園。關于田間CO2濃度，2種葡萄品種正常園均顯著大于黃化園，分別是黃化園的1.07、1.27倍。

表1 黃化對葡萄園小氣候的影響?Table 1 Effects of yellowing on the microclimate of vineyards

2.2 不同黃化程度對葡萄葉片光合特性的影響

對不同黃化程度葡萄葉片光合特性變化進行分析，見圖2。由圖2可知，隨著黃化程度的不斷加深，2種葡萄黃化株葉片凈光合速率（Pn）均顯著低于正常株，無核白和無核白雞心Pn均是正常株的95.71%和96.45%；葉片黃化還引起植株葉片氣孔導度（Gs）、蒸騰速率（Tr）顯著降低，而胞間CO2濃度（Ci）則顯著上升。隨著黃化程度的不斷增加，無核白不同黃化程度葉片Gs值分別比正常株降低了23.80%、71.42%、85.71%，差異達到極顯著水平；2種葡萄重度黃化葉片Tr值均顯著低于正常葉片，達到極顯著差異水平，但輕度黃化和中度黃化之間無顯著差異；無核白和無核白雞心重度黃化株葉片Ci分別比正常株提高了20.74%和9.23%，達到顯著差異水平。

2.3 不同黃化程度對葡萄葉片葉綠素熒光參數的影響

隨著黃化程度的不斷加重，2種葡萄的最大光化學轉化效率（Fv/Fm）、最大熒光（Fm）及非光化學猝滅（NPQ）均顯著降低，而初始熒光（Fo）顯著高于正常株，見圖3。由圖3可知，無核白和無核白雞心正常株Fv/Fm分別比重度黃化葉高97.62%和164.29%，輕度黃化與中度黃化葉之間則無顯著差異；葡萄正常株葉片Fo值顯著低于重度黃化葉，而Fm值則相反，兩者均達到極顯著差異水平。

非光化學猝滅系數(NPQ)＝(Fm-Fm′)/Fm′是反映PSⅡ吸收的光被用于光合電子傳遞而以熱耗散的形式釋放出來的光能部分，是光合機構的一種保護機制[14]。無核白不同黃化程度葉片NPQ值之間差異不顯著，而無核白雞心植株正常葉NPQ值降幅卻大于黃化葉，正常葉NPQ值分別比輕度黃化葉、中度黃化葉和重度黃化葉大0.45、1.46和1.57，差異達到顯著水平。

圖2 不同黃化程度對葡萄葉片光合特性的影響Fig.2 Effect of different yellowing degree on photosynthetic characteristics of grape leaf

2.4 環境因子與葡萄黃化葉片光合和熒光參數間的相關性研究

葡萄園各環境因子與葉片光合和熒光參數的相關性分析見表 2。由表2可知，葡萄各環境因子與黃化葉片光合及熒光參數均呈一定的相關性。光合有效輻射、CO2濃度、土壤溫度與葡萄黃化株Fo、Fm、NPQ呈極顯著正相關；而CO2濃度與黃化株Tr、Fv/Fm呈顯著負相關，相關系數分別為-0.645、-0.732；土壤水分與葉片Fm、NPQ呈顯著正相關，相關系數分別為0.700、0.641；土壤溫度、pH值分別與黃化株葉片Gs、Tr呈顯著負相關，相關系數分別為-0.897、-0.892和-0.782、-0.741；pH值與葉片Fo、Fm、NPQ呈顯著正相關，而空氣溫度、空氣濕度與其他光合及熒光參數間無顯著相關。

3 討 論

3.1 黃化與葡萄葉片光合及葉綠素熒光參數的關系

光合特性與葉綠素熒光特性緊密相關，任何環境因素的變化對光合作用的影響都可以通過葉綠素熒光特性反映出來[15]。葉綠素熒光參數中Fv/Fm（PSⅡ最大光能轉化效率）是衡量植物沒有受到光抑制的重要指標，是一種非常良好的探針[16-17]。而非光化學猝滅系數（NPQ）是植物光合機構的一種自我保護機制。前人對黃化病的研究多集中在香梨、桃樹、檳榔等果樹上，本研究發現無核白葡萄重度黃化葉Fv/Fm、Fm及NPQ均顯著低于正常株，分別比正常株降低了49.40%、17.54%和20.77%。關于這一方面，王志軍等[18]研究黃化對水稻劍葉葉綠素熒光參數的影響時發現正常劍葉的Fv/Fm、Fm、qP（光化學速率）等值均顯著高于黃綠、綠黃葉片。熊博等[19]通過分析柑橘幼苗葉片光合及葉綠素熒光參數的關系時也發現柑橘黃化苗的Fv/Fm、qP和NPQ均顯著低于綠葉苗。這些論斷和本研究一致。分析認為試驗地吐魯番作為無核白葡萄之鄉，葡萄發生黃化易導致葉片光合速率降低，PSⅡ反應中心部分失活，光合電子的傳遞受到影響，從而阻礙葉片進行正常的光合作用。葡萄黃化病是多因子復合疊加產生的后果，如何通過研究和對比分析確定吐魯番地區葡萄黃化病的主要致病因子，從而有針對性地制定矯正措施是本研究后期努力的方向。

圖3 不同黃化程度對葡萄葉片葉綠素熒光參數的影響Fig.3 Effect of different degrees of etiolation on chlorophyll fluorescence parameters of grape leaves

表2 各環境因子與葡萄葉片光合和熒光參數間的相關性?Table 2 Correlation of environmental factors with grape leaf photosynthetic and fluorescent parameters

3.2 各環境因子與光合及熒光參數的相關分析

植株的光合特性不僅受遺傳控制，還受環境因子的影響，然而影響光合速率的因子又是復雜多樣的。孟凡超等[20]研究表明，大氣CO2濃度升高可提高玉米的最大凈光合速率、光飽和點和干物質積累量，增加植株產量。而王慧等[21]通過研究大氣CO2濃度與短花針茅光合特性的關系發現，大氣CO2濃度升高可引起葉片Pn上升，Gs和Tr下降。本研究發現大氣CO2濃度與葡萄黃化株Fo、Fm、NPQ、Tr呈顯著相關，相關系數分別為0.937、0.925、0.884、-0.645。初步分析認為CO2是植物進行光合作用的底物，然而由于植株黃化后光合能力降低，導致葉片吸收大氣CO2減少。此外研究還發現，環境因子中溫度與這些參數變化也相關，土壤溫度與Fo、Fm、NPQ呈極顯著正相關，相關系數分別為0.937、0.881、0.857。關于這一方面，趙爽等[15]通過分析‘綠嶺’核桃葉片光合和熒光參數的相關性發現，葉片Tr與PAR、空氣溫度、Fo呈顯著正相關；匡經舸等[22]研究冬櫻花和日本晚櫻光合特性與環境因子的關系時也發現，光合有效輻射、大氣溫度、空氣相對濕度與冬櫻花Pn均呈顯著相關性。究其原因可能是吐魯番夏季（6—8月）氣溫高于40 ℃，而植株光合作用是由酶系統參與的生物化學過程，酶的活性受到外界高溫影響，加大了酶活性催化效率，使植株光合速率得到有效提升[23]。

4 結 論

通過對吐魯番葡萄黃化園、正常園環境因子與葉片光合特性及葉綠素熒光參數的相關性分析發現，各指標之間關系密切，環境因子中大氣CO2濃度、PAR、土壤溫度與葡萄葉片Fo、Fm、NPQ呈極顯著相關關系，而空氣溫度、空氣濕度與其他光合及熒光參數無顯著相關。光合及熒光參數分析表明：隨著黃化程度的不斷加深，2種葡萄葉片Pn、Gs、Fv/Fm、Fm、NPQ值均顯著降低，正常株顯著大于黃化株，而Ci則顯著增加。

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