寡照胁迫对设施葡萄叶片光合特性的影响及评价.doc

寡照胁迫对设施葡萄叶片光合特性的影响及评价 李凯伟 杨再强 肖芳 王琳 杨世琼 南京信息工程大学气象灾害预报预警与评估协同创新中心 南京信息工程大学江苏省农业气象重点实验室 摘 要： 以“红提”葡萄 (Vitis vinifera L.) 为试材, 于人工气候箱设置 L1 (80μmol·m-2·s-1) 、L2 (200μmol·m-2·s-1) 两种辐射水平, 分T1、T3、T5、T7、T9 (持续胁迫 1、3、5、7、9d) 5 种胁迫天数对试材进行寡照处理, 以 L0 (600μmol·m-2·s-1) 为对照 (CK) , 胁迫结束后统一以 L0辐射水平进行 16d 的恢复试验测定葡萄叶片相对叶绿素含量、光合参数和叶绿素荧光动力参数等指标, 利用主成分分析方法筛选所测指标定义胁迫程度指数 (Light stress index, LSI) , 结合恢复生长法划分寡照胁迫等级结果表明: (1) 寡照胁迫使葡萄叶片光合作用受到抑制, 随着寡照胁迫程度加深, 葡萄叶片的相对叶绿素含量 (SPAD) 、光饱和点 (LSP) 、最大光合速率 (Pnmax) 、表观量子效率 (AQE) 、气孔导度 (Gs) 、蒸腾速率 (Tr) 、光化学淬灭系数 (q P) 、光合电子传递速率 (ETR) 均表现为降低的趋势, 非光化学淬灭系数 (q N) 呈上升趋势。

L1 处理的各指标变化幅度大于 L2 处理, 胁迫 9d 时, Pnmax 降至 CK 的 26.5%, q N 增至 CK 的 1.89 倍Fv/Fm 随胁迫时间表现为先增大后减小的趋势, L1T5 处理达最大为 0.79; (2) 寡照胁迫后, 0 8d 为葡萄叶片光合参数快速恢复阶段, 恢复至相对稳定状态需要 12d 左右短时轻度寡照胁迫对葡萄叶片光合作用无明显抑制, 甚至在恢复光照后表现出一定的刺激作用长时重度寡照胁迫会对葡萄叶片光合系统造成不可逆损伤 (3) 综合不同水平胁迫后葡萄叶片光合参数的恢复情况, 结合恢复 12d 时葡萄叶片的 LSI 值, 将设施葡萄寡照灾害分为无灾 0 级 (L1 寡照 1d, L2 寡照 13d) , 轻度灾害Ⅰ级 (L1 寡照 23d, L2 寡照 47d) , 中度灾害Ⅱ级 (L1 寡照 47d, L2 寡照 89d) , 重度灾害Ⅲ级 (L1 寡照 7d 以上, L2 寡照 9d 以上) 4 个等级关键词： 寡照胁迫及恢复; 胁迫程度指数; 恢复生长法; 作者简介：李凯伟 (1993-) , 硕士生, 主要从事设施葡萄气象灾害机理分析监测预警及服务技术应用。

E-mail:564143539@.com收稿日期：2017-04-27基金：江苏省科技支撑项目 (BE2015693) Effects and Evaluation of Low Irradiation Stress on Photosynthetic Characteristics of Grapevine Leaves in GreenhouseLI Kai-wei YANG Zai-qiang XIAO Fang WANG Lin YANG Shi-qiong Collaborative Innovation Center on Forecast and Evaluation of Meteorological Disasters, Nanjing University of Information Science Abstract： To study the effects of low irradiation (LI) on grape (Vitis vinifera L., cv Hongti) growth, a controlled experiment was carried out in growth chambers. Three levels of photosynthetic active radiation (PAR) were set for grapes:normal irradiation [L0, 600μmol (photon) ·m-2·s-1] and low irradiation [L1, 80μmol (photon) ·m-2·s-1; L2, 100μmol (photon) ·m-2·s-1].The experiment lasted for 9 d, then all groups of grapes were transferred to L0 to recover for 16 d. The principal component analysis was used to screen the relative chlorophyll content, photosynthetic parameters, and chlorophyll fluorescence dynamics parameters; light stress index (LSI) was defined, and the stress level was classified combined with recovery growth. The results showed that, (1) the photosynthesis was inhibited by LI, relative chlorophyll content (SPAD) , light saturation point (LSP) , photosynthetic rate at irradiation saturation (Pnmax) , apparent quantum efficiency (AQE) , stomatal conductance (Gs) , transpiration rate (Tr) , photochemical quenching coefficient (q P) , and electron transport rate (ETR) decreased under LI, while the non-photochemical quenching coefficient (q N) was opposite. The change of all indices under L1 was bigger than that of L2, after 9 d, Pnmax decreased to 26.5%, while q N increased to 189%, compared to CK. Maximal photochemical efficiency of PSII (Fv/Fm) increased at first, and then decreased with an increase of stress time, it peaked on the 5 th d under L1. (2) The quick recovery stage of photosynthetic parameters was 0-8 d, and it took about 12 d to resume to CK or a relatively stable state. (3) Taking the recovery state of photosynthetic parameters into consideration, and combining with the LSI at 12 d of recovery, the LI disaster level was divided into four grade, that is level 0 (1 d under L1, and 1-3 d under L2) , levelⅠ (2-3 d under L1, and 4-7 d under L2) , level Ⅱ (4-7 d under L1, and 8-9 d under L2) , and level Ⅲ (more than 7 d under L1, and more than 9 d under L2) .Keyword： Low irradiation stress and recovery; Light stress index; Regrowth method; Received： 2017-04-27李凯伟, 杨再强, 肖芳, 等.寡照胁迫对设施葡萄叶片光合特性的影响及评价[J].中国农业气象, 2017, 38 (12) :801-811葡萄 (Vitis vinifera L.) 属葡萄科, 是落叶藤本植物, 设施葡萄栽培是经济效益高、发展前景广阔的高效林果产业[1]。

近年来, 中国设施葡萄发展迅速, 截至 2013 年, 设施葡萄栽培面积超过 13.3 万 hm, 居世界第一[2]设施栽培的发展, 扩大了栽培区域, 延长了果品上市供应期, 显著提高了葡萄产业的经济效益寡照是设施环境中比较突出的一个环境问题, 葡萄植株的生长发育对寡照胁迫较为敏感[3], 而光合和荧光动力参数是植株叶片生理活动对寡照胁迫反应的主要探针, 因此, 研究寡照对葡萄叶片光合特性的影响对揭示设施葡萄寡照致灾规律具有重要意义国内外关于寡照对设施果树生长发育的影响有一定报道, 对设施葡萄逆境生理的研究主要集中在干旱[4]、低温[5]、高湿[6]、盐分[7]胁迫等, 前人的研究表明, 寡照胁迫使苹果[8]、桃[9]、葡萄[10]的植株叶片变大变薄, 叶色变淡, 角度平展;弱光环境中的葡萄叶片对环境产生了一系列的生理适应, 比叶面积、比茎增加, 根冠比增加, 遮阳 90%时葡萄植株出现黄化现象[11-12];一般来说, 短期寡照胁迫下, 光饱和点、补偿点降低, 气孔导度减小, 蒸腾减弱, 水分利用率增大, 有利于植物在弱光下维持碳平衡光照强度减弱使用于光合作用的能量减少, 使得净光合速率降低[13-15]。

关于叶绿素荧光参数, 一些研究表明, 遮光条件下光系统Ⅱ活性下降, 遮光时间越长、强度越大, q P 下降的幅度越大[16-17]弱光处理可使脐橙[18]的最大光能转换效率 Fv/Fm 和 Fm 增加, 并且始终高于对照, 表明弱光环境下植物可以通过提高光化学效率来捕获更多的光能迄今为止, 关于寡照对葡萄光合特性的影响缺乏系统性的研究, 特别是对葡萄叶片在不同程度寡照胁迫处理后恢复水平的研究少有报道本研究通过人工气候箱试验, 系统研究葡萄叶片光合特性、荧光参数对寡照胁迫的响应并对胁迫等级进行划分, 以期为设施葡萄寡照灾害防御及小气候环境优化调控提供依据1 材料与方法1.1 试验设计试验于 2015 年 12 月在南京信息工程大学人工气候箱 (TPG1260, Australian) 中进行以 1a 生葡萄品种“红提”设施盆栽植株为试材盆的规格为 28cm (高) ×34cm (上口径) ×18cm (底径) 供试土壤为中壤土, p H7.4, 有机质含量 18.4g·kg, 全氮 0.79g·kg, 全磷 0.75g·kg, 土壤体积含水量为32.5%待植株叶片超过 20 叶后, 于 12 月 2 日 7:00 起, 每隔 2d 各放入 3 盆长势相同的植株在辐射水平为 L1 (100μmol·m·s) 、L2 (200μmol·m·s) 人工气候箱内进行寡照处理, 最后一次于 12 月 10 日放入, 各处理按放入时间分别记为 T9、T7、T5、T3、T1。

同时设置辐射水平为 L0 (600μmol·m·s) 的气候箱为对照 (CK) , 在 12 月 11 日对所有处理进行测定随后统一设置气候箱辐射水平为 L0 进行 16。