喷施高岭土对高温和强光胁迫下福克葡萄叶片光合特性的影响*

王 明，张成超，杜远鹏

（山东农业大学园艺科学与工程学院，作物生物学国家重点实验室，山东果蔬优质高效生产协同创新中心，泰安 271018）

葡萄是我国重要的水果之一，但夏季高温、强光胁迫造成的日灼现象较普遍，表现为叶片焦枯[1]，果实出现坏死斑块[2]，严重影响葡萄正常生长发育。有研究表明，当植物受到高温、强光的复合胁迫时，会发生光抑制现象[3]，植株体内活性氧代谢失调，超氧阴离子及过氧化氢含量上升[4-5]；过多的活性氧会氧化质膜，破坏膜结构，植株体内丙二醛含量随之升高[6]；膜结构被破坏后，许多依赖于叶绿体膜的光合相关酶（Fd-PQ 氧化还原酶、ATP 合酶等）丧失活性及功能，叶绿体基质内容物（叶绿素、类胡萝卜素、细胞色素等）被破坏分解[7-8]，导致植株光合能力降低[9]。

光合作用作为植物生长发育最基础的生理过程之一[10]，它对高温、强光等逆境胁迫较为敏感[11]，可以用作反映逆境胁迫的重要指标。光合作用通过光反应将光能转化成化学能，这个过程离不开PSⅡ及PSⅠ的参与，而在响应胁迫过程中PSⅡ发挥着更重要的作用。有研究表明，在高温、强光复合胁迫下，PSⅡ功能之所以受到严重伤害，是因为叶片2 个光系统激发能分配严重偏离平衡状态[12]，过多的激发能分配给PSⅡ，导致PSⅡ激发压（1-qP）增大，加剧了PSⅡ受伤害程度[13]。另有研究表明，高温强光下，光合电子传递链的反应中心发生降解，单位面积有活性的反应中心的密度（RC/CSM）降低[14]，最大光化学效率（Fv/Fm）及实际光化学效率（ФPSⅡ）下降[15]。光合系统Ⅱ发生损伤后，光合电子传递效率下降，叶片光合速率也随之下降[16]，最终导致营养物质积累不足，树势衰弱。因此，寻找能有效缓解高温强光胁迫而又不伤害植物叶片的缓解剂迫在眉睫。

高岭土是一种以高岭石族黏土矿物为主的黏土和黏土岩，其粉末白色、细腻，喷施于叶片可增强光的反射，减少光的吸收[17]。许多研究表明，在芒果[18]、苹果[19]及橄榄[20]叶片上施用高岭土可有效隔离高照辐射，降低叶温，从而增加叶片的净光合速率和气孔导度。虽然喷施高岭土可以减少叶片在高温、强光胁迫下受到的损伤，但其是如何影响叶片对光能的捕获，叶片吸收的光能又是如何分配和利用还未见报道。因此，本文以2 年生福克葡萄为试材，研究叶面喷施9‰高岭土对高温、强光胁迫下葡萄叶片叶绿素荧光及光合特性的影响，以期为保护葡萄叶片光系统功能，减轻叶片所受胁迫提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验设计

以葡萄园盆栽2 年生福克大田苗为试材，喷施体积浓度为9‰的高岭土为试验处理，以喷施清水作为对照。每个处理选10 株树进行喷施，分别根据高温气象预报在7 月15、16 日下午进行叶片喷施，喷施量以达到有液滴沿着叶片流下为止。

1.2 光合作用气体交换参数的测定

分别于7 月20 日和7 月26 日每天14：00 采用CIRAS-3 便携式光合系统（PP-Systems，美国），选择各处理葡萄苗第6 节位长势一致的叶片，测定净光合速率（Pn）、胞间CO2浓度（Ci）、气孔导度（Gs），测定时的光强为1 200 µmol·m-2·s-1，CO2浓度设定为（360±20）µL/L，叶室温度为25 ℃。

1.3 叶绿体荧光参数的测定

参照孙永江等[12]的测定方法，利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；采用英国Hansatech 公司的FMS-2 型便携脉冲调制式荧光仪对叶绿素荧光进行淬灭分析。

1.4 数据分析

用Microsoft Excel 2019 软件处理数据和作图，用SPSS 26.0 软件对数据进行单因素方差分析及多重比较。数据以平均值±标准差表示。

2 结果与分析

2.1 试验期间温度及光强变化曲线

于试验期间每天14：00 监测葡萄园的气温与光照情况，由图1 可知，试验测量期间的光强均高于1 700 μmol·m-2·s-1，最高光强可达到1 865 μmol·m-2·s-1；温度不低于34 ℃，最高达到37 ℃。因此，试验测量期间福克葡萄叶片始终处于高温、强光的复合胁迫状态。

图1 试验期间葡萄园气象变化情况

2.2 高岭土对高温强光下福克葡萄叶片PSⅡ供体侧的影响

由图2 可知，处理4 d 后的7 月20 日，各个处理的PSⅡ供体侧受伤害程度（WK）没有显著差异；但是处理10 d 后的7 月26 日，9‰高岭土处理显著降低了WK的数值，较喷施清水（对照）下降了22.61%。说明高岭土能减轻福克葡萄叶片在高温强光下PSⅡ供体侧受伤害程度。

图2 9‰高岭土对高温强光下福克葡萄叶片WK的影响

2.3 高岭土对高温强光下福克葡萄叶片PSⅡ受体侧的影响

由图3 可知，7 月20 日与7 月26 日的葡萄叶片PSⅡ受体侧电子传递的量子产额（φEo）均为9‰高岭土处理显著大于对照。在7 月20 日，9‰高岭土处理的φEo较对照上升40.18%；在7 月26 日，9‰高岭土处理有效缓解了高温强光胁迫下葡萄叶片φEo的降低，且与对照差异显著，与对照相比9‰高岭土处理的φEo上升212.51%。由此说明，高岭土处理可以显著提高高温强光下葡萄叶片PSⅡ受体侧电子传递量子产额。

图3 9‰高岭土对高温强光下福克葡萄叶片φEo的影响

2.4 高岭土对高温强光下福克葡萄叶片PSⅡ反应中心的影响

由图4 可以看出，在7 月20 日，9‰高岭土处理的葡萄叶片PSⅡ中单位反应中心吸收的光能（ABS/RC）与对照相比降低了14.94%，差异显著；9‰高岭土处理的葡萄叶片PSⅡ单位反应中心的热耗散（DIO/RC）与对照相比降低了30.38%，差异显著；9‰高岭土处理的单位反应中心的电子传递量子产额（ETO/RC）较对照下降了12.65%，差异显著；但单位面积捕获的光能用于还原 QA-的能量 （TRO/RC）无显著差异。随着处理时间的延长，在7月26 日，9‰高岭土处理的ABS/RC、DIO/RC、TRO/RC较对照显著下降，分别降低了45.79%、63.52%和20.58%。在7 月20 日，9‰高岭土处理单位叶面积上有活性反应中心的数量（RC/CSM）与对照相比高出了39.37%；在7 月26 日，9‰高岭土处理的RC/CSM比对照提高了130.58%。说明高岭土通过吸收与反射光能，减少了捕光色素对光能的吸收，降低了PSⅡ单位反应中心荷载的能量，从而保护了葡萄叶片PSⅡ反应中心，提高了活性反应中心的数量。

图4 9‰高岭土对高温强光下福克葡萄叶片PSⅡ反应中心的影响

2.5 高岭土对高温强光下福克葡萄叶片Fv/Fm 和PIABS的影响

由图5 可知，在高温强光下，9‰高岭土处理的最大光化学效率（Fv/Fm）相比对照有显著提高。在7 月20 日，9‰高岭土处理较对照提高了8.30%；在7 月26 日，9‰高岭土处理较对照提高了46.25%。同时，9‰高岭土处理的光合性能指数（PIABS）与对照相比也有显著提高，在7 月20 日，9‰高岭土处理较对照提高了195.49%；在7 月26 日，9‰高岭土处理与对照相比提高了485.56%。总体来看，喷施10 d 后（7 月26 日）较喷施4 d 后（7 月20 日）效果更好。

图5 9‰高岭土对高温强光下福克葡萄叶片Fv/Fm、PIABS的影响

2.6 高岭土对高温强光下福克葡萄叶片荧光淬灭动力学的影响

由表1 可知，9‰高岭土处理的光下最大光化学效率（Fv′/Fm′）显著大于对照，7 月20 日与7 月26 日9‰高岭土处理较对照分别提高21.05%、16.07%；在7 月20 日和7 月26 日9‰高岭土处理实际光化学效率（ФPSⅡ）较对照分别提高13.64%、14.63%；9‰高岭土处理的光化学猝灭系数（qP）在7 月20 日、7 月26 日与对照相比虽有降低但差异不显著。这表明，喷施高岭土可以提高葡萄叶片在高温强光下的原初光合作用的光化学效率，且不影响电子从PSⅡ向外传递的速率。

表1 9‰高岭土对高温强光下福克葡萄叶片Fv′/Fm′、ФPSⅡ、qP 的影响

2.7 高岭土对高温强光下福克葡萄叶片光合气体交换参数的影响

由表2 可知，在7 月20 日，9‰高岭土处理由于其反射光能的特性，其净光合速率（Pn）与对照相比有所降低，降低了7.98%；而在7 月26 日，9‰高岭土处理的叶片Pn 较对照提高34.48%，且差异显著。气孔导度（Gs）与Pn 有着相同的趋势，在7月20 日，9‰高岭土处理的Gs 与对照相比降低了11.22%，而在7 月26 日，9‰高岭土处理的Gs 与对照相比显著上升了54.93%。而9‰高岭土处理对于福克葡萄叶片的胞间二氧化碳浓度（Ci）并无显著的影响。

表2 9‰高岭土处理对高温强光下福克葡萄叶片光合气体交换参数的影响

3 讨论与结论

叶片作为植物最主要的光合器官，其光合能力的高低受到多种生物因素及非生物因素的影响。众多研究表明，高温、强光不仅会导致叶片叶绿体被破坏，使叶绿素含量下降[21]，还会使光合系统电子传递相关酶的活性下降[22]；同时，过多的光能无法被快速利用，会产生光抑制现象，降低叶片的净光合速率[23-24]。

本研究发现，喷施9‰高岭土能够缓解自然环境下高温强光胁迫对葡萄的影响。在喷施高岭土4 d 后（7 月20 日），对照与处理之间的WK以及TRO/RC、ФPSⅡ等参数差异不显著，但是光合性能指数（PIABS）已经出现了显著的差异。这说明，高岭土可以缓解短时间高温强光胁迫对植物叶片的伤害程度。由喷施10 d（7 月26 日）的试验结果可知，各处理组单位反应中心吸收的光能（ABS/RC）和单位反应捕获的光能（TRO/RC）较对照显著降低，进而使得处理组单位反应中心的热耗散（DIO/RC）显著降低，这是由于高岭土具有反射光能的作用[25]，减少了色素对光能的捕获。因此，处理组PSⅡ供体侧受到的伤害程度（WK）较对照显著下降，而单位面积有活性反应中心的数量（RC/CSM）显著提高，从而在一定程度上保护了PSⅡ。由于PSⅡ供体侧、受体侧的电子传递得到有效保护，因此叶片原初光化学反应的效率也有所改善，9‰高岭土处理不管是暗适应下的最大光化学效率（Fv/Fm）还是光下的实际光化学效率（ФPSⅡ）都较对照有显著提高。这与张彦坤等[26]的研究结果较为一致。

叶片光合速率的高低与电子传递系统受到的抑制轻重程度紧密相关[27-28]。叶面喷施高岭土后，由于其对光能的反射，使得叶绿素所捕获的光能减少，导致短时间内处理组抑制了葡萄叶片的光合作用。而随着处理时间的延长，高温与强光对叶片的抑制作用占据了主导地位，在喷施9‰高岭土处理10 d 之后，不管是净光合速率还是气孔导度均较对照有显著提高，而胞间二氧化碳浓度却无显著的变化，这说明二氧化碳与高岭土可以通过缓解高温、强光下由于气孔因素造成的植物光合碳同化的下降[29]。

综上所述，喷施高岭土能够保护在高温、强光胁迫下葡萄叶片的电子传递系统，减轻PSⅡ受到的伤害，提高光合电子传递效率，提高光合碳同化能力。所以，高岭土作为保护性喷剂对缓解高温、强光胁迫具有一定的可行性。