不同氮素水平对黑比诺光合特性和叶绿素荧光特性的影响

2020-08-27王学英刘宁可

生物化工 2020年4期

王学英，刘宁可

（宁夏工商职业技术学院，宁夏银川 750021）

Objective: To explore the best nitrogen level of Pinot Noir grape in the eastern foot of Helan Mountain. Methods: five nitrogen treatments [N0 (0 kg/hm2), N1 (180 kg/hm2), N2 (220 kg/hm2), N3 (260 kg/hm2) and N4 (300 kg/hm2)]were set up to study the effects of different nitrogen levels on photosynthetic parameters, chlorophyll fluorescence parameters and fruit quality of Pinot Noir grape. Results: the net photosynthetic rate, stomatal conductance and transpiration rate did not increase significantly when nitrogen application rate increased from N2 to N3; under N2 treatment, the photosynthetic characteristics were the best; under N2 treatment, PSⅡ had the largest photochemical efficiency, photochemical quenching coefficient and the largest non photochemical quenching coefficient. Conclusion: the sugar acid ratio, soluble solid content, net photosynthetic rate and maximum photochemical efficiency of Pinot nigrum with appropriate amount of nitrogen increased, which was beneficial to improve the photosynthetic efficiency and promote the growth of plants.

在酿酒葡萄的引种栽培过程中合理施肥，满足作物的肥水需求，可以提高其产量和浆果品质。氮素是植物营养生长和生殖生长必需的营养素之一，是植物体内蛋白质、氨基酸、核酸、核苷酸、辅酶以及光合色素等的组成成分，不同氮素水平会影响植物叶片的光合速率和RuBP羧化酶活性，对作物的生理代谢、生长发育和干物质累积有着重要的作用[1]。合理施氮对酿酒葡萄的生长及果实品质的提高具有促进作用。

黑比诺Vitis vinifera L.cv.Pinot Noir为葡萄科葡萄属多年生木质藤本植物，属欧亚种，是世界上最受欢迎的酿酒葡萄之一。

本研究以贺兰山东麓地区种植的酿酒葡萄黑比诺为材料，对其在不同氮素水平下光合特性、叶绿素荧光参数及其生理生化指标进行研究，探讨其对贺兰山东麓地区典型的大陆中温带干旱气候的适应机制，以期提高黑比诺的产量、酿酒葡萄及葡萄酒的品质，并找到最佳氮素水平，为合理施氮、引种栽培提供科学依据，进而推动宁夏地区葡萄产业的可持续发展。

1 材料与方法

1.1 试验地概况与试验材料

酿酒葡萄黑比诺栽植于宁夏回族自治区银川市西夏区葡萄种植基地，该地区属典型的大陆中温带干旱气候，位于葡萄种植的黄金纬度,当地年均气温为8.7℃，年日照时间2 851～3 106 h，昼夜温差大，一般可达12～15 ℃，生长季和收获季（4—10月）的有效积温是3 296.8 ℃，区域干旱少雨，平均年降雨量低于200 mm。该地区土壤主要为灰钙土，土质疏松、透气性好。光温和日照条件有利于有机物的积累，适合葡萄生长。

黑比诺为2016年从法国原产地引进的品种，株行距为3.5 m×1.0 m，南北行向，种植采用常规水肥管理模式。苗龄为3年生。

1.2 试验设计

共设置5个氮素水平，选尿素为氮肥（含氮46.4%），每公顷施用氮肥量分别为0 kg、180 kg、220 kg、260 kg和300 kg，依次用N0、N1、N2、N3和N4表示；1/3作基肥施入，剩余的2/3分别在酿酒葡萄萌芽期、开花期和果实膨大期施入。磷肥（磷酸二铵）、钾肥（硫酸钾）的用量一致，每公顷施用量为200 kg，以基肥形式施入。每一处理的面积为10.5 m×10 m=105 m2，每个处理重复3次，共15个小区。

1.3 试验方法

1.3.1 净光合速率的测定

用Li-6400便携式光合仪（LI-COR公司）测定酿酒葡萄黑比诺叶片的光合参数。取长势良好的植株5株，选取一年生新物叶片测定净光合速率（Pn）、气孔导度（Gs）、蒸腾速率（Tr），测定时间为2019年7月上午8:00—10:00，使用开放式气路，数据为4次重复测定的平均值。

1.3.2 叶绿素荧光参数的测定

用FMS2便携式调制荧光仪（英国Hansatech公司）测定叶绿素荧光参数。测定时间为2019年7月上午8:00—10:00，在葡萄种植基地每个品种选择长势良好、朝向一致的植物叶片，暗适应30 min，测定叶绿素荧光动力学参数，包括初始荧光（Fo）、最大荧光（Fm）、稳态荧光（Fs）和光系统Ⅱ最大光能转换效率（Fv/Fm），并计算非光化学猝灭系数NPQ、光系统Ⅱ潜在活性（Fv/Fo）和实际PSⅡ光化学效率ΦPSⅡ。数据为4次重复测定的平均值。

1.3.3 果实理化指标测定

果实的理化指标测定在果实成熟期9月底进行。每个品种随机取具有代表性的葡萄8穗，每果穗随机取20粒葡萄，组织捣碎机捣碎，纱布过滤后，测定可溶性固形物含量。果实酸度测定参照《食品安全国家标准食品酸度的测定》GB 5009.239-2016，试样经处理后，以酚酞为指示剂，用氢氧化钠标准溶液滴定后，根据消耗氢氧化钠的体积和浓度计算试样的酸度。可溶性糖含量测定采用苯酚法，每个氮素水平重复4次。

1.3.4 统计分析

实验数据用Microsoft Excel 2007进行整理，采用SPSS 22.0软件进行统计分析。用最小显著性差异法LSD进行检验，在0.05水平进行显著性比较。

2 结果与分析

2.1 酿酒葡萄黑比诺叶片的光合参数比较

由表1可知，不同水平氮素条件处理下，酿酒葡萄黑比诺植物叶片的光合参数具有明显差异。其中，净光合速率N4处理最高，N0处理最低，分别为4.994和4.214 ；氮素水平为260 kg/hm2和300 kg/hm2时，净光合速率没有显著性差异。不同氮素水平处理黑比诺后，其植物叶片的气孔导度和蒸腾速率的变化规律相似，气孔导度和蒸腾速率均在N4处理下最高，N4处理下的气孔导度为0.190 mmol/(m2·s)，蒸腾速率为2.786 μmol/(m2·s)；氮素水平为 260 kg/hm2和 300 kg/hm2时，气孔导度和蒸腾速率差异不显著。

2.2 酿酒葡萄黑比诺叶片叶绿素荧光参数

叶绿素荧光动力学技术可以检测自然条件下植物光合系统的运转情况。表2显示，不同氮素水平酿酒葡萄黑比诺叶片叶绿素荧光参数具有显著差异。其中，N3处理时，黑比诺初始荧光（Fo）较强，且暗适应的最大荧光产量（Fm）最高；黑比诺PSⅡ最大光能转换效率（Fv/Fm）在N2时最高，达到0.836，并显著高于其他处理；实际PSⅡ光化学效率（ΦPSII）的变化规律和Fv/Fm相似，在N2处理下最高，达到0.311，不同施氮水平之间的ΦPSII没有显著性差异，都显著高于空白处理；与各处理相比，N3处理的非光化学猝灭系数（NPQ）值最大，为2.235，显著高于其他4个处理。

2.3 酿酒葡萄黑比诺理化指标

表3显示，不同氮素水平条件下黑比诺酿酒葡萄的理化指标具有一定差异。N2处理下可溶性糖含量最高，其次是N1处理，最低的是N0处理；可溶性固形物含量最高的是N4处理，最低的是N0处理；总酸度在不同处理间也有差异，N0处理的总酸度最高，N4处理次之；N2处理后黑比诺的糖酸比最大，N0处理后的糖酸比最低。结果显示，施氮可以有效提高黑比诺酿酒葡萄的可溶性固形物含量。

适量增施氮肥可以满足葡萄生长发育过程中对养分的需求，提高酿酒葡萄的品质和经济效益。试验证实，施用氮肥可以促进葡萄的生长，提高光合效率及酿酒葡萄的品质，这与张晓娟等[2]的研究一致。从肥料的最大效率来看，最佳处理是N2。增施氮肥可以降低浆果的总酸度，在施氮量为180 kg/hm2时，下降幅度最大，高氮肥施用会抑制葡萄生长，使总酸度略有升高，但差异不显著。因此，适量的氮肥可以提高糖酸比，增加酿酒葡萄的特殊香气和风味，这与孙聪等[3]的研究结论相符。

初始荧光Fo表示PSⅡ反应中心都开放时的荧光强度，Fv/Fm表示PSⅡ最大量子效率，反映植物利用光能进行化学反应的潜在能力，一般来说值相对恒定，在0.80～0.85左右。ΦPSII反应植物的光合电子传递能力，N2处理后的值最高。非光化学猝灭系数（NPQ）表示植物叶片吸收的光能后的热耗散，强光下对植物体的光合系统具有保护作用。本研究中，随着氮肥的增加，黑比诺酿酒葡萄的Fo呈现出增长趋势，Fm、Fv/Fm、ΦPSII、NPQ均呈现先增后降的趋势。在确定磷肥和钾肥的含量后，适量增施氮肥可以显著提高黑比诺的光合作用效率。这与张晓娟[3]的研究结果部分相似。产生差异的原因可能与当地的土壤种类、气候特征和葡萄品种有密切关系。