1、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 (80molm-2s-1) 、L2 (200molm-2s-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 (600molm-2s-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
2、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,
3、 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
4、 13d) , 轻度灾害级 (L1 寡照 23d, L2 寡照 47d) , 中度灾害级 (L1 寡照 47d, L2 寡照 89d) , 重度灾害级 (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: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 Photosynthe
5、tic 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
6、 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, 600mol (photon) m-2s-1 and low irradiation L1, 80mol (photon) m-2s-1; L2, 100mol (photon) m-2s-1.
7、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
8、, 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) , s
9、tomatal 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
10、 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 too
11、k 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) , level (2-3
12、 d under L1, and 4-7 d under L2) , level (4-7 d under L1, and 8-9 d under L2) , and level (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,
13、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
14、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
15、光系统活性下降, 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 (
16、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 18.4gkg, 全氮 0.79gkg, 全磷 0.75gkg, 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 (100molms) 、L2 (200molms) 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、T
17、5、T3、T1。同时设置辐射水平为 L0 (600molms) 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 16d 的恢复处理, 每隔 4d 观测一次。胁迫开始前所有植株均在对照气候箱适应性处理 3d, 试验期间保证水分和养分在适宜水平, 白天平均温度为 251, 晚上 151, 相对湿度设定 75%5%。1.2 光合色素含量测定使用日本产 SPAD-502 型相对叶绿素含量测定仪, 每株选取从顶端向下数第 5-8片功能叶片测量光合色素含量, 每处理 3 株, 重复测量 3 次。测定时间分别在12 月 11 日、15 日、1
18、9 日、23 日、27 日的 8:00-14:00, 下同。1.3 叶片光合参数测定利用便携式光合作用测定系统 LI-6400 (LI-COR Inc, USA) 测定叶片光合参数, 测定时 LI-6400 的叶室内设定温度 25, CO 2浓度为 390molmol, 光合有效辐射设置为1800、1500、1200、1000、800、600、400、200、100、50、20、0molms共 10 个水平, 分别测量不同 PAR 水平下的净光合速率。测量指标包括净光合速率 (Pn, molms) 、蒸腾速率 (Tr, mmolms) 、气孔导度 (Gs, molms) 、大气 CO2浓度 (
19、Ca, molmol) 及胞间 CO2浓度 (Ci, molmol) , 由 Ca 和 Ci 计算得到气孔限制值 Ls, 即水分利用率 (Water Use Efficiency, WUE) 的计算式为191.4 叶绿素荧光参数测定利用 LI-6400 光合作用测定系统的 6400-40 荧光叶室测定荧光参数。在植株暗适应 30min 后, 测定 Fm、Fo 等暗适应荧光参数, 光下活化 2h 后测定光适应荧光参数 Fm、Fo及 Fs 等, 根据以上参数计算得到 PSII 最大量子效率Fv/Fm、光化学猝灭系数 q P、非光化学猝灭系数 q N 及电子传递效率 ETR。光适应测定时光合有效辐射
20、设定为 600molms。1.5 葡萄寡照胁迫指数的确定为了表示不同程度的寡照胁迫对葡萄叶片的胁迫程度, 本研究采用主成分分析方法, 结合所测指标的生物学意义, 筛选能反映植株受胁迫程度的指标及确定指标权重, 定义葡萄叶片的寡照胁迫程度指数 (light stress index, LSI) , 计算方法为式中, A、B、C 分别为筛选出的指标, i 和 ck 分别表示不同处理和同期对照组的实测值。a、b、c 为不同指标的权重, LSI 代表葡萄叶片受寡照胁迫程度, 其值越低表示受胁迫程度越深, 对照组 LSI 值为 10。1.6 数据处理利用 Photosynthesis Work Benc
21、h 程序进行光合作用光响应曲线拟合, 得到光补偿点、光饱和点、最大净光合速率、暗呼吸速率、表观量子效率等参数。采用 DPS 软件及 Microsoft Excel 2013 对试验数据进行 Duncan 多重比较分析、相关性分析、主成分分析与图表绘制。2 结果与分析2.1 寡照胁迫对葡萄叶片相对叶绿素含量的影响由图 1a 可见, 寡照胁迫结束后, 即恢复 0d 时 CK 处理的叶片相对叶绿素含量 (SPAD) 平均为 36.2, 短时寡照处理 T1、T3 的叶片 SPAD 平均值分别为 36.5 和36.3, 略高于 CK (P0.05) , 而寡照处理超过 5d 后叶片 SPAD 则显著降低
22、, T5、T7、T9 叶片 SPAD 平均值分别为 35.2、34.5 和 34.1, 明显可见在 L1 (80molms) 辐射水平条件下, 随寡照时间延长叶片 SPAD 明显递减。在随后的 16d 恢复期中, 短时寡照处理 (T1、T3) 叶片 SPAD 与 CK 处理中一致, 均随恢复时间延长逐渐增加, 且 T1、T3 一直高于 CK;而 T5、T7、T9 处理中叶片SPAD 一直保持较低水平, 且显著低于 CK (P0.05) , 仅在恢复后期 12d 或 16d时 SPAD 才略有提高。图 1b 显示, 在 L2 (200molms) 辐射水平寡照处理结束时, 所测叶片 SPAD 的
23、排列顺序与 L1 水平时相同, 但其变幅更小, T1、T3、T5、T7、T9 处理叶片 SPAD 分别为 36.6、36.7、35.9、35.8、38.4;而且, 在整个恢复期 T1、T3 与 CK 差异不显著, 其它处理则有随恢复时间延长而先降后升。可见, 无论 L1 还是 L2 寡照水平, 历经较短时间 (1d、3d) 寡照的叶片 SPAD 略有提高, 且在恢复阶段保持较高的水平。但随着寡照时间的延长, 叶片 SPAD 明显递减, 辐射水平越低 SPAD 减小幅度越大, 且恢复的越慢, 达不到对照水平。2.2 寡照胁迫对葡萄叶片光响应曲线参数的影响利用 Photosynthesis Wor
24、k Bench 程序进行光合作用光响应曲线拟合, 得到不同辐射水平和持续寡照胁迫天数结束时葡萄叶片的光饱和点 (Light Saturation Point, LSP) 、光补偿点 (Light Compensation Point, LCP) 和表观量子效率 (Apparent Quantum Efficiency, AQE) 的变化情况 (表 1) 。由表 1 可见, 葡萄叶片 LSP 随着胁迫天数的增加呈现下降的趋势, L1 辐射水平下, T1、T3 处理的 LSP 下降幅度较小, 分别为 CK 的 85.1%和 75.8%, T5 处理显著 (P0.05) 降低, 为 CK 的 45.
25、9%。T7、T9 则在同一水平, 分别降至 CK 的37.4%和 36.3%。LCP 表现为先减小后增加的趋势, CK 平均值为39.6molms, T3 处理即显著减小, T5 处理达最小值, 为21.6molms, T9 处理恢复至 32.4molms。AQE 随着寡照天数增加而显著减小, T1、T3、T5、T7、T9 处理的 AQE 分别为 CK 的79.5%、59.8%、51.2%、40.2%、33.9%。L2 辐射水平处理与 L1 处理变化趋势相同, 其 T1 和 T3 处理的 LSP 和 AQE 与 CK 在同一水平, 无显著变化。相同胁迫天数下, L2 处理的 LSP 和 AQE
26、 值高于 L1 处理, 且光合参数对寡照胁迫的响应落后于 L1 处理。可知, 寡照胁迫使葡萄叶片 LSP 降低, AQE 减小, LCP 随胁迫天数增加呈先增加后减小的趋势。短期 (1d、3d) 寡照胁迫对葡萄叶片 LSP 和AQE 影响较弱, 胁迫 5d 时显著减小。LCP 对寡照胁迫响应较为迅速, 胁迫 3d 即显著降低, 之后逐渐恢复。图 1 两种寡照处理持续不同天数后葡萄叶片相对叶绿素含量随恢复时间变化的比较 Fig.1 Comparison of relative chlorophyll content with recovery days under two low irradia
27、tion levels and last different days 下载原图注:L 为辐射水平, T 为持续时间;小写字母表示处理间 Duncan 检验在 0.05 水平上的差异显著性;短线表示均方差。下同 Note:L is the radiation level, T is the duration of stress.Lowercase indicates the difference significance among treatments at 0.05 level by Duncans significant test.The short bars mean square d
28、eviation.The same as below由图 2 可知, 经 L1、L2 辐射水平寡照胁迫后, 葡萄叶片光响应曲线拟合所得最大光合速率 (maximum photosynthetic rate, Pn max) 随胁迫时长的增加而显著减小 (P0.05) 。在 L1 辐射水平处理下, T1、T3、T5、T7、T9 处理的 Pnmax分别降至 CK 的 77.2%、53.8%、36.0%、32.0%、26.5%, 胁迫超 3d 后 Pnmax显著减小, 之后保持稳定在相对较低水平。在 L0 辐射水平下恢复 4d 后, T1 和 T3 处理的 Pnmax分别为 CK 的 95.0%和
29、91.6%, 恢复情况较好, T5、T7、T9 处理较胁迫处理结束时有所好转, 但 Pnmax依然相对较低, 为 CK 的 59.1%、54.6%和 49.0%。随着恢复时间的增加, 各处理 Pnmax比胁迫结束时均有不同程度的提高。恢复16d 后, T1 的 Pnmax组比对照提高了 6.6%, T3 处理接近对照水平, 其余各组处理分别恢复至对照的 87.5%、71.3%、41.6%。在 L2 辐射水平处理下, 胁迫相同天数 Pnmax减小幅度较小于 L1 处理。恢复 16d 后, T1 和 T3 恢复至对照水平, T5、T7、T9 处理恢复至对照的 96.4%、85.7%、54.6%。在
30、恢复光照期间, 各处理的 Pnmax在 04d 迅速恢复, 在 8d 之后保持相对稳定, 变化幅度较小, 经胁迫程度较弱 (L1T1, L2T1, L2T3) 的寡照处理后, 在恢复期 Pnmax会略高于 CK。表 1 两种寡照处理持续不同天数后葡萄叶片光合参数的比较 Table 1 Comparison of photosynthetic parameters with stress days under two low irradiation levels 下载原表 图 2 两种寡照处理持续不同天数后葡萄叶片最大光合速率随恢复时间变化的比较 Fig.2 Comparison of phot
31、osynthetic rate at irradiation saturation with recovery days under two low irradiation levels and last different days 下载原图2.3 寡照胁迫对葡萄叶片气体交换参数的影响不同寡照胁迫处理后植株在各辐射水平下的气体交换参数如图 3 所示, 由图可见, 寡照处理阶段, 随着寡照时间的增加葡萄叶片的气孔导度 (Gs) 和蒸腾速率 (Transpiration rate, Tr) 呈减小的趋势, 相同胁迫天数下 Gs 和 Tr 随光照强度的变化表现为光强越弱降幅越大。寡照处理 5d 以
32、内, Gs 和 Tr 迅速减小, 之后降幅减小趋于平稳。L1 辐射水平下, T1、T3、T5、T7、T9 处理的 Gs 降至CK 的 72.9%、46.7%、24.5%、19.7%、15.5%, Tr 降至 CK 的 Ls 随处理时间呈现出先减小后缓慢回升的趋势, L1 辐射水平寡照处理 1d、5d、9d 后, Ls 分别为0.61、0.43、0.57。葡萄叶片水分利用效率 (WUE) 在寡照处理初期无明显变化规律 (图 3d) , T1、T3、T5 处理与 CK 无明显差异, T7、T9 处理低于 CK。L1辐射水平下 WUE 一直保持在较低水平, L2 辐射水平下表现为先增加后减小。寡照处
33、理 9d 后, L1、L2 辐射水平下的 WUE 分别降至 CK 的 77.4%、57.2%, 表明寡照胁迫 9d 可使葡萄叶片水分利用效率降低。整体上 L2 处理与 L1 处理变化趋势相同, 相同胁迫天数下, 气体交换参数的增减幅度小于 L1。图 3 两种寡照处理及恢复期间叶片气体交换参数的动态变化 Fig.3 The dynamic changes of gas exchange parameters during the stress and recovery treatments under two low irradiation levels 下载原图恢复处理阶段, L1 组 T9
34、处理的 Gs 在 04d 内由 0.0065mmolms 迅速增加至0.0182mmolms, 之后保持相对稳定。恢复 16d 后, L1、L2 处理 Gs 分别为CK 的 86.1%和 50.3%。Ls 在恢复阶段随处理时间持续升高, Tr 则先增加后减小, 恢复 8d 时达最大值。WUE 于恢复 4d 时突增, 后又迅速降低, 恢复期结束时 L1和 L2 组的 WUE 无明显差异, 且均低于 CK。T9 处理在恢复阶段气体交换参数随时间变化情况表明, 08d 为寡照胁迫后葡萄叶片气体参数快速恢复时期, 其后各参数将趋于稳定。2.4 寡照胁迫对葡萄叶片叶绿素荧光参数的影响由图 4a 和 4b
35、 可知, 短期寡照胁迫 (1d, 3d) 对葡萄叶片的 PSII 最大量子效率 (Fv/Fm) 影响较弱, 各处理与 CK 无显著差异。L1 辐射水平下, Fv/Fm 随寡照时间先增加后减小, 在寡照处理 5d 时增至 0.79, 9d 后为 0.76。L2 辐射水平下则随寡照时间递增, 9d 时为 0.80, 辐射水平越低, 葡萄叶片 Fv/Fm 对寡照胁迫的响应越迅速;寡照处理使光化学淬灭系数 (q P) 和光合电子传递速率 (ETR) 显著降低 (图 4c、4g) , L1 辐射水平下处理 1、3、5、7、9d 后 q P 为 CK 的58.5%、37.8%、35.2%、23.2%、22
36、.6%, ETR 为 CK 的62.2%、52.7%、42.9%、28.4%、24.2%;非光化学淬灭 (q N) 随着寡照处理时间的增加而升高, 与光化学淬灭系数 (q P) 变化趋势相反 (图 4e、4f) , L1 辐射水平下, CK 处理均值最小, 为 0.46, 且与各组处理差异显著, T9 最大, 为0.87。T1、T3 组在同一水平, 达到对照的 1.76 倍。T5、T7、T9 组在同一水平, 为 CK 的 1.89 倍。L2 辐射水平下, T1 与 CK 无明显差异, q N 在 T3 时迅速增大, 为 CK 的 1.47 倍。T5、T7、T9 无明显差异, 达到 CK 的 1
37、.59 倍。相同处理天数下, L1 辐射水平下葡萄叶片的 q N 均高于 L2。在恢复阶段, L1 辐射水平处理下的 T1、T3、T5 组, Fv/Fm 在恢复 4d 时达 CK 水平。T7、T9 处理随着恢复天数的增加而减小, 恢复 16d 时 T7、T9 处理分别为CK 的 96.3%和 80% (图 4a、4b) ;q P 恢复较快, L1 辐射水平下除 T9 处理外均恢复至 CK 的 75%以上。恢复 16d 后, L2 辐射水平下各处理均达到 CK 的 90%以上 (图 4c、4d) ;L1 辐射水平下各处理 q N 值随恢复时间有增加的趋势, 仅 T1处理能恢复至 CK 水平。L2
38、 辐射水平下 T1、T3、T5 组恢复 12d 时达 CK 水平。恢复 16d 后 T1、T3、T5 均小于同期 CK 值 (图 4e、4f) , 表明一定程度的寡照刺激使葡萄叶片在适宜光照下热耗散降低;L2 辐射水平处理下各组的 ETR 恢复程度要高于 L1 (图 4g、4h) , 恢复期结束时 L2 辐射水平下各处理均恢复至 CK的 85%以上, L1 辐射水平下 T1 恢复至对照水平, T3、T5、T7、T9 组分别为 CK的 91.3%、85.1%、67.4%、59.1%。2.5 寡照胁迫对葡萄叶片光合参数影响的综合评价对本研究的所有指标进行主成分分析结果表明 (表 2) , 第一主成
39、分以LSP、AQE、Pn max、q P、q N、ETR、Gs、Tr 为主, 特征根向量最大, 贡献率达64.2%。第二主成分中 LCP 和 WUE 具有绝对值较大的特征向量, 贡献率为14.3%。第三主成分主要包括 Fv/Fm 和 Ls, 贡献率为 10.2%。第四主成分中SPAD、Fv/Fm 和 Ls 特征向量绝对值较大, 贡献率为 6.4%。前四主成分累计贡献率达 95.0%, 足够描述所有数据。同时, 由于众指标存在较高的相关性, 所测定数据反映的信息存在一定的重叠性。因此, 对前四个主成分里的信息进行筛选可以得到简化的寡照胁迫指标。叶绿素作为植物光合作用过程中最重要的色素, 是光合作
40、用的物质基础和光敏化剂, 与植被的光能利用及转化效率密切相关, SPAD 在不同寡照处理下差异显著, 恢复期各处理依然保持一定的差异性, 且与其它指标相关性较高, 有一定的代表性, 可作为寡照胁迫的指标;在光合参数中, 光补偿点 LCP 能够反映出植物对弱光的适应能力20, 但因为葡萄叶片对寡照胁迫有一定的适应性, 短期不同寡照处理下葡萄叶片的 LCP 变化规律不明显。同时 LCP 不能直接测量, 需要通过光响应曲线拟合得出, 存在一定误差。其在主成分分析中特征向量较小, 所以不能作为寡照胁迫的指标。光饱和点 LSP 表示植物对强光的适应能力, 表观量子效率 AQE 是光响应曲线 0200mo
41、lms 区间的斜率, 反映对弱光的利用能力。最大光合速率 Pnmax反映植物的光合能力上限, 气孔限制值 Ls 与 Pnmax相关性为-0.22 (未通过显著性检验) , 表明限制光合速率的并不是气孔因素。LSP、AQE、Pn max三者之间相关性极高, 且特征向量近似, 故选择 Pnmax作为寡照胁迫指标, 来表达寡照胁迫对葡萄叶片光合潜能的伤害程度;选择最大量子效率Fv/Fm 作为寡照胁迫指标。战吉宬对葡萄的研究表明11, 弱光环境中的葡萄叶片在强光下光合速率降低与暗适应下的叶绿素荧光参数 Fv/Fm 有密切关系。Fv/Fm 能够反应出植物受胁迫程度, 且在第一主成分和第四主成分有一定的贡
42、献率。光化学淬灭 q P 与非光化学淬灭 q N 极显著相关 (r=-0.88) , q N 反映光系统吸收的光能以热能形式耗散的部分21, 可表征寡照胁迫后葡萄对光能的利用能力, 且特征向量绝对值要高于 q P, 所以选择 q N 作为胁迫指标;ETR 反映实际辐射水平下的表观电子传递效率, 在第一主成分中占到 0.33, 由于其受环境影响波动较大, 且与 Pnmax、Fv/Fm 和 q N 极显著相关 (r=0.91, -0.94, -0.90) 存在重叠, 故不作为胁迫指标。图 4 两种寡照处理持续不同天数后叶片叶绿素荧光参数随恢复天数变化的比较Fig.4 Comparison of c
43、hlorophyll fluorescence parameters with recovery days under two low irradiation levels and last different days 下载原图表 2 葡萄叶片光合参数的主成分分析结果 Table 2 The principal components analysis of photosynthetic parameters in grape leaves 下载原表 综上所述, 筛选出 SPAD、Pn max、Fv/Fm 和 q N 4 个指标来定义葡萄叶片受寡照胁迫程度, 再次对筛选出的 4 个指标进行主成
44、分分析, 根据每个指标的特征向量和贡献率计算得到每个指标在寡照胁迫程度指数 (LSI) 中的贡献度, 代入式 (3) 得到2.6 寡照胁迫程度指数分析由表 3 可知, 胁迫较轻的 L1 (T1、T3) 处理和 L2 (T1、T3、T5、T7) 处理, 其 LSI 随恢复时间表现为增加的趋势, 恢复 8d 后 LSI 趋于稳定, 部分处理 (L1T1、L2T1、L2T3) 在恢复期间 LSI 高于 CK。L1 (T5、T7、T9) 和 L2 (T9) 处理 LSI 随恢复时间先增加后减小, 除受胁迫最严重的 L1T9 处理最大值出现时间为 4d 外, 其余均为 8d。可见, 08d 为寡照胁迫后
45、葡萄叶片快速恢复阶段, 若胁迫程度过于严重, 其 LSI 在快速恢复阶段后持续降低或稳定于较低水平, 不能恢复至 CK。故可推断寡照胁迫后, 葡萄叶片恢复至最佳水平需要 812d。采用恢复生长法22对设施葡萄寡照胁迫程度进行等级划分, 将恢复 12d 时LSI 值大于 9.5 即恢复至 CK 的 95%以上的处理, 称无灾, 8.59.5 为轻度灾害, 68.5 为中度灾害, 小于 6 为重度灾害。为方便实际应用, 按寡照胁迫天数可以划分为无灾 0 级 (L1 寡照 1d, L2 寡照 13d) , 轻度灾害级 (L1 寡照 23d, L2 寡照 47d) , 中度灾害级 (L1 寡照 47d
46、, L2 寡照 89d) , 重度灾害级 (L1 寡照 7d 以上, L2 寡照 9d 以上) 。表 3 两种寡照处理持续不同天数后的胁迫程度指数评价 Table 3 Evaluation of light stress index after different stress days under two low irradiation levels 下载原表 3 结论与讨论设施作物的生长和发育对光照有很强的依赖性, 赵光强23在弱光对葡萄生长发育影响机理的研究中发现, 弱光环境下, 葡萄叶片单位重量叶绿素含量升高, 但单位面积叶绿素含量较对照低。SPAD 在一定程度上代表着单位面积叶绿素含
47、量。本试验中, SPAD 随着寡照时间的增加而降低, 与赵光强研究结果一致。其中, 葡萄叶片 SPAD 对寡照胁迫响应迅速。SPAD 与最大光合速率呈现极显著正相关 (r=0.81) , 与吴月燕17对葡萄的研究结果相互印证。在光照恢复过程中, 短期 (T1, T3) 轻度寡照处理的 SPAD 高于 CK, 原因可能是适宜程度的寡照胁迫锻炼引起植株应激反应, 对葡萄叶片的叶绿素合成产生促进作用。严重寡照胁迫可能对葡萄叶片叶绿素合成系统产生不利影响, L1、L2 分别寡照胁迫5d 和 7d 即可使葡萄叶片 SPAD 在恢复期结束时远低于 CK, 对光响应曲线参数的分析表明, 寡照胁迫使葡萄叶片 LSP 降低, AQE 减小, LCP 随胁迫天数先增加后
