乙酸及ABA对田间高温胁迫下‘摩尔多瓦’葡萄叶片光抑制的影响

高玉录，仝亚军，杨兴旺，翟衡，杜远鹏，孙永江*

（1. 山东农业大学园艺科学与工程学院，山东泰安 271018；2. 烟台张裕集团有限公司，山东烟台 264000；3. 北京林业大学林学院/森林培育与保护教育部重点实验室，北京 100083）

高温是对植物光合作用影响最大的环境因素之一，当环境温度达到35 ℃及以上时对光合作用过程产生不利影响[1]。高温直接影响细胞质的结构，在短期内出现症状，并可从受热部位向非受热部位传递蔓延。高温引起的热应激严重限制植物的生长及生产能力[2]，一方面抑制光合电子传递活性以及PSII氧化侧的功能，导致氧气释放减少，降低花粉活力和籽粒灌浆，导致严重的产量损失[3]；另一方面还增加植物的蒸腾作用，进一步促进水分流失[4-5]。

世界农业生产受到高温压力的威胁日益严重[6]，植物已经进化出许多适应高温胁迫的策略。例如，植物可以产生改变蛋白质和细胞结构的溶质，通过渗透调节维持细胞膨胀，增加光合系统中的循环电子流，并调节抗氧化系统以重建细胞氧化还原平衡和体内平衡[7-8]。尽管植物进化出这些自我保护功能，但自我调节能力有限，因此，通过喷施外源有效诱导物质是提高植物应对高温能力的重要农艺措施。

乙酸（CH3COOH），又名醋酸、冰醋酸，是一种有机一元酸，为食醋主要成分，在自然界分布很广，例如在水果或者植物油中，主要以酯的形式存在。乙酸广泛用于化学、食品、纺织、皮革、制药、橡胶和其他工业的重要化学品，是最重要的有机酸之一。研究发现，施加外源乙酸可提高拟南芥、油菜、玉米、水稻和小麦植株的耐旱性，其机理是外源乙酸促进茉莉酸合成和组蛋白H4乙酰化的富集，从而影响茉莉酸信号通路对植物耐旱性的启动[9-10]。另外，干旱胁迫可以诱导植物乙酸合成的表达途径基因的升高，确保拟南芥在干旱胁迫下能长期存活[11-12]，这一研究有望开发出一种更加简便易行的农作物抗旱技术。植物激素脱落酸（ABA）在植物生长发育过程以及由于受环境刺激而产生的应激反应中起关键作用[13-14]。内源ABA是植物对这些胁迫反应的关键内源信使，并且ABA信号传导对于改善植物性能是必不可少的。自从发现ABA作为诱导气孔关闭的化学物质以来，大量廉价的脱落酸相关产品，如S-诱抗素、ProTone、BioNik等被应用。S-诱抗素以葡萄作为切入点，目前在世界主要的葡萄产地已广泛推广。除我国以外，在美国、巴西、智利、澳大利亚、日本以及东南亚等国家，S-诱抗素在改善葡萄着色，缩短葡萄果实的转色期等方面的优异表现，赢得了市场。

为探索提高田间葡萄抗高温能力的外源诱导物及作用机制，本研究以田间5年生‘摩尔多瓦’（Moldova）为试材，以乙酸及ABA作为喷施材料，研究其对田间高温胁迫下葡萄叶片光抑制的影响，为生产上提高葡萄抗高温能力提供依据。

1 试验设计及方法

1.1 试验设计

试验于2018年7—8月3次高温期（7月21日气象预报最高温度36.2 ℃、7月25日气象预报最高温度37.6 ℃及8月1日气象预报最高温度37.0 ℃）在山东农业大学南校区葡萄园进行，黄壤土，正常肥水管理，试材为5年生篱架栽培的‘摩尔多瓦’，株行距为1.5 m×2 m。

选择长势一致的4个石柱空间的葡萄（每空7～8株），于7月20日、7月24日及7月31日16:00分别喷布清水（对照）、10 mmol乙酸、10 μmol ABA及10 mmol乙酸＋10 μmol ABA，共4个处理，喷至叶片滴水为止。于7月21日、7月25日及8月1日高温时段（14:00左右）进行叶片光合生理指标的测定。

1.2 测定指标及方法

1.2.1 快速叶绿素荧光诱导曲线的测定

使用连续激发式荧光仪（Handy PEA，Hansatech，英国）测定快速叶绿素荧光诱导曲线。当向暗适应30 min后的叶片照射3000 μmol/(m2·s)的红光时快速叶绿素荧光曲线被诱导。初始记录速度为每秒钟10万次，即100 kHz，能够捕捉到从O～P上升过程中更多的荧光变化信息，如可以捕捉到O～P变化过程中的另外两个拐点（J点和I点）。通过JIP-test分析所得到的OJIP曲线，可得到如下参数：

最大光化学效率Fv/Fm＝(Fm-Fo)/Fm；

K点的相对可变荧光WK＝(FK-Fo)/(Fm-Fo)；

K点标准化后的相对可变荧光WK＝(FK-Fo)/(FJ-Fo)；

J点的相对可变荧光VJ＝(FJ-Fo)/(Fm-Fo)；

单位面积具有活性的反应中心的数量RC/CSm＝φPo·(VJ/Mo)·(ABS/CSm)；

反应中心捕获的激子将电子传递到QA以后的效率Ψo＝ETo/TRo；

吸收的光量子用于电子传递的效率ΨEo＝ETo/ABS

1.2.2 调制式叶绿素荧光参数的测定

采用英国Hansatech公司的FMS-2型便携脉冲调制式荧光仪测定。以植物的生长环境光强为作用光，测得叶片实际生长光强下的荧光值（Fs）；再给一个强闪光（5000 μmoL/(m2·s)），脉冲时间0.7 s，荧光上升到能化类囊体最大荧光（Fm'），进行荧光参数日变化测定时采用开放式适配器，利用实际自然光为作用光，测得最大荧光（Fm'）。暗适应几秒后打开远红光，5 s后测最小荧光（Fo'）。实际光化学效率φPSⅡ＝(Fm'－Fs)/Fm'。

图1 测定当天的环境因子Figure 1 Environmental factors for the day of the assay

1.3 数据统计及处理方法

用Microsoft Excel软件进行试验数据处理分析及作图，用SPSS 24.0软件进行单因素方差性分析及多重比较。

2 结果及分析

2.1 测定当天的环境因子

从图1可以看出，3次高温日均在14:00左右达到最高温度，高温值分别为36.2 ℃、37.6 ℃、37.0 ℃，3次的光照强度均在1300 μmol/(m2·s)左右，空气湿度均约66%左右。属于典型的夏季高温、适光、中等湿度天气条件。

2.2 喷布乙酸及ABA对Fv/Fm及φPSⅡ的影响

从图2中可以看出，在3次高温胁迫日，无论喷乙酸还是ABA及其组合，对维持最大光化学效率都有明显作用，尤其是在第1次和第3次高温胁迫日，各处理与对照有显著差异。不同处理中，单独喷布乙酸的效果与单独喷布ABA的效果类似，二者没有显著差异；而乙酸＋ABA具有加性效应，3次高温胁迫后测定Fv/Fm平均比对照提高14.03%，比单独乙酸处理平均提高4.43%，比单独ABA处理平均提高4.37%。

φPSⅡ表示PSⅡ实际光化学效率。从图2可以看出，3个处理效果都比较明显，第一次高温胁迫以单独乙酸处理效果显著，第3次以乙酸＋ABA组合处理效果显著，ABA以第1次和第3次高温胁迫日有效果，但不显著。

图2 处理对Fv/Fm及φPSⅡ的影响Figure 2 The effect of treatment on Fv/Fm andφPSⅡ

2.3 喷布乙酸及ABA对PSⅡ电子传递链活性的影响

K点荧光的相对变化值（WK）表示PSⅡ供体侧放氧复合体（oxygen evolution complex，OEC）受伤害程度，WK升高表示PSⅡ供体侧受到伤害。图3A中可以看出，各处理对缓解高温胁迫后WK的下降有一定作用，但仅以第3次高温胁迫处理的WK与对照有显著差异。

RC/CSm表示单位面积有活性的反应中心的比例。3次高温胁迫后各处理的RC/CSm与对照相比均有上升趋势（图3B)，但以乙酸＋ABA组合效果显著，其次以乙酸效果稍好。

图3 处理对高温胁迫下叶片快速叶绿素荧光动力学参数的影响Figure 3 Effects of treatment on Rapid chlorophyll fluorescence kinetic parameters of leaves under high temperature stress

ΨEo表示电子传递的量子产额。从图3C看出，这3次的量子产额整体以乙酸＋ABA组合处理效果显著，且有显著性差异。乙酸处理效果也较为明显，第2次有显著性差异，第3次有差异但不显著。ABA处理以第2次最为明显。

2.4 喷布乙酸及ABA对光合综合性能指数的影响

光合性能指数（Plabs）能更准确地反映植物光合机构的状态，更好地反映胁迫对光合机构的影响。从图4中可以看出，整体光合指数较高，其中乙酸＋ABA组合处理3次高温日对综合Plabs表现效果明显，乙酸处理与对照有显著差异，后面2次ABA处理的高温日差异显著。

3 讨论与结论

高温是严重影响植物生长发育的胁迫因子，是葡萄生产面临的重要逆境胁迫。研究发现，高温胁迫会抑制光合电子传递活性，使PSⅡ功能受阻，导致氧气释放量减少，也会导致PSⅡ反应中心失活[2]。植物叶片光抑制产生的原因是由于光系统修复速率低于破坏速率造成[15]，叶绿素荧光动力学是反应植物生理性能的有效探针，能快速、准确地反映植物受抑制程度[16]。本试验以乙酸及ABA作为喷布材料，在葡萄方面探索乙酸及ABA对高温胁迫的影响。试验发现，高温严重抑制葡萄PSⅡ的活性，影响PSⅡ最大光化学效率及实际光化学效率，导致PSⅡ供体侧（WK）、反应中心（RC/CSm）受到严重抑制。而且WK升高，表明PSⅡ供体侧（OEC）受伤害程度大于受体侧的伤害程度[17]，这与卞凤娥等[18]的研究结果一致，高温还导致叶片的综合光合性能指数以及PSII的电子传递受到明显抑制。

图4 处理对光合综合性能指数的影响Figure 4 Effect of treatment on photosynthetic characteristics and stomatal conductance

本研究发现，叶片喷布乙酸及ABA后明显缓解高温胁迫的危害，其中乙酸及两者混合效果相对较明显，喷布乙酸明显提高PSⅡ最大光化学效率及实际光化学效率，提高综合光合性能指数，从而提高叶片整体的光合能力，减少PSⅡ供体侧、反应中心及受体侧的受伤害程度，表明叶面喷施乙酸能保护PSⅡ免受高温胁迫的伤害，能提高PSⅡ的电子传递[19]。ABA的效果与乙酸的效果类似但没有乙酸效果显著，相比于乙酸而言，ABA在高温时段气孔关闭程度更加显著。在高温胁迫下，乙酸能保持较高的光化学效率，耗散过多的能量，降低光抑制程度，从而保持葡萄叶片具有较好的耐热性。大多数情况下荧光参数以复合处理效果较好，且具有加性效应，即随着高温次数的增加叶片应对高温胁迫的能力增加；而且各喷布处理能稳定光合性能，不随高温胁迫的持续而波动。综上所述，乙酸及ABA能较好的缓解高温胁迫，其中以乙酸与ABA混合作用效果较为显著，能有效保护PSⅡ免受高温伤害。