葡萄栽培抗逆岗位
杜远鹏 翟衡
摘要：以5BB、赤霞珠、Frontenac（福克）为试材，用321μg/m3浓度的臭氧进行胁迫处理3h后，采用连续激发式荧光仪测定并分析了葡萄叶片快速叶绿素荧光诱导曲线参数的变化，以期探究臭氧胁迫对葡萄叶片光合原初反应的影响机制。结果显示，经过胁迫以后，三个品种的最大光化学效率Fv/Fm、光合性能指数PIABS、单位面积吸收的光能ABS/CSm、单位面积内反应中心的数量RC/CSm、捕获的激子将电子传递到QA以后的其它电子受体的比率ψO显著降低，2ms时有活性的反应中心的关闭程度Vj和用于热耗散的量子比率φDo显著增大，且福克变化幅度最大，赤霞珠次之，5BB最小。说明臭氧胁迫对葡萄光合原初反应产生了影响，主要表现为减少单位面积吸收的光能，抑制电子从QA向下的电子传递和减少单位面积内有活性的反应中心的数量；在三个试验葡萄品种中，福克对臭氧胁迫最敏感，赤霞珠次之，5BB敏感性较低。
关键词：臭氧；葡萄；叶片光合原初反应；快速叶绿素荧光诱导曲线参数
近年来，随着我国工业进程的加快，尤其是化石燃料和含氮化肥的使用以及汽车尾气的排放，致使近地层大气中的臭氧（O3）浓度剧增。2014年环保部门监测的大气中臭氧浓度1小时均值数据显示，我国长江三角洲、京津冀地区的近地层臭氧浓度已经高于321μg/m3，远远超过了近地层大气自然本底浓度（约为42.8μg/m3）和国家环境监测部门发布的1小时平均臭氧浓度最高限值200μg/m3。
据报道，5～10月份大气中的臭氧污染已经取代PM2.5成为影响人身体健康的首要污染物。根据前人的研究显示，高浓度的臭氧会影响植物的光合作用，臭氧污染可导致农作物减产5%～15％，全世界每年因为臭氧污染造成的农作物经济损失在80亿美元以上。目前，国内外有关高浓度臭氧对植物伤害的研究多集中在冬小麦、水稻、大豆等农作物上，而关于臭氧胁迫对葡萄光合功能影响的研究还比较少。本试验的目的是运用快速叶绿素荧光诱导动力学曲线分析技术来研究臭氧胁迫对葡萄光合机构光化学原初反应的影响机制，并比较5BB、赤霞珠、福克等三个葡萄品种对臭氧胁迫的敏感性差异。
1 材料与方法
1.1 试验设计
本试验于2014年7月在山东农业大学园艺试验站葡萄园进行,试材为二年生的5BB、赤霞珠、福克葡萄植株，栽培容器为高30cm、口径22cm的塑料盆，栽培基质为园土与有机肥按4:1混合后的基质，每盆1株。当葡萄植株的新梢长到15片叶左右时，从3个品种中各选出5株长势一致的葡萄植株放入开顶式气室（OTC）内进行试验。处理为通入人工臭氧和自然大气的混合气体，其臭氧浓度为321±2.14μg/m3（150±10ppb）；对照为自然大气，臭氧浓度为53.5±10.7μg/m3（25±5ppb）。处理时间为7:30-10:30，共3h，处理结束后进行指标测定。
试验用的臭氧熏蒸系统是依据耿春梅的设计改进而成，由开顶式气室（OTC）、臭氧发生系统、布气系统、浓度监测与控制系统等4部分组成。开顶式气室是钢架结构的八棱柱体，并以聚乙烯塑料膜包被。臭氧发生系统为高频臭氧发生器（WJ-HY5，济南三康），其产生的臭氧借助轴流风机（SF2-2型，沈阳沈力牌）在布气系统中与自然大气混合后通入OTC内。气室内的臭氧浓度用监测仪(DR70C-O3型，深圳沃赛特)实时监控，通过调节臭氧发生器的氧气进气量，使气室内臭氧浓度稳定在设置的浓度水平。
1.2 快速叶绿素荧光诱导动力学曲线的测定
用连续激发式荧光仪（PEA，Hansatech ，英国）记录从10μs～1s时间段中的叶绿素荧光强度，将叶绿素荧光随时间的变化的时间坐标改为对数坐标，做出多相上升的曲线，就是快速叶绿素荧光诱导曲线（OJIP）。从OJIP曲线上可以直接获得的参数有：Fo，为最小荧光（20μs）；Fk，K点（300μs）的荧光；Fj，J点（2ms）的荧光；Fi，I点（30ms）的荧光；Fm，0.3-2s之间的最大荧光。按照文献的方法由快速叶绿素荧光诱导曲线可以计算出JIP-测定的参数。
2 结果与分析
2.1 快速叶绿素荧光诱导曲线
图1显示的是，在臭氧胁迫以后，5BB的最小荧光Fo没有显著变化，赤霞珠和福克的最小荧光Fo增大，且福克的增大幅度更大。三个品种的Fj、Fi、Fm都有所降低，且降低程度为5BB＜赤霞珠＜福克。以此可见，在受到同样的臭氧胁迫后，与各自的对照相比，福克的OJIP曲线变化最大，其次是赤霞珠，5BB变化相对较小。
2.2 臭氧胁迫对PSⅡ的Fv/Fm、PIABS的影响
最大光化学效率Fv/Fm是一个反映潜在光化学效率的指标，经常用在逆境研究中用来表示植物受到的光抑制程度。如图2-(A)所示，经过3h321μg/m3浓度的臭氧胁迫以后，和对照相比，5BB的最大光化学效率Fv/Fm降低了6.6％，赤霞珠和福克分别降低了27.8％、47.8％。说明3h321μg/m3浓度的臭氧胁迫导致葡萄叶片的光抑制加重，而且光抑制程度为福克最重，赤霞珠次之，5BB受抑制最轻。
PIABS是以吸收光能为基础的光合性能指数，它由三个独立的参数计算得出：PIABS=(RC/ABS)•[φPo/(1-φPo)]•[ψO/(1-ψO)]。所以PIABS比Fv/Fm能更灵敏的反应光合机构的变化。在臭氧胁迫以后，赤霞珠和福克的PIABS发生极显著下降，分别降低了88.8％和97.6％，5BB受伤害较轻，降低了38.6％，如图2-(B)。
2.3 臭氧胁迫对Wk、ψo、ETo/CSm等参数的影响
Wk的升高通常被认为是PSⅡ电子传递链的供体侧受到伤害的标志。本试验中，臭氧胁迫以后，与各自的对照相比，5BB、赤霞珠和福克的Wk都没有发生显著变化，如图3-（A），说明臭氧胁迫对葡萄PSⅡ电子传递链的供体侧没有影响。ψo表示反应中心捕获的激子中用来推动电子传递到电子传递链中超过QA的其它电子受体的激子，占用来推动QA还原激子的比率。如图3-（B）所示，与对照相比，臭氧胁迫后赤霞珠的ψo降低了52.4％，福克降低了64.4％，都有极显著差异，而5BB只降低了27.6％。ETO/CSm= φEo•(ABS/CSm)，表示单位面积电子传递的量子产额（在t＝tFm时）。臭氧胁迫以后，福克受伤害最严重，ETO/CSm下降幅度最大，下降了89.6％；5BB受伤害最轻，降低了35.1％；赤霞珠居于两者之间，降低了74.4％,如图3-（C）。
2.4 臭氧胁迫对ABS/CSm、RC/CSm和Vj的影响
ABS/CSm表示叶片单位面积吸收的光能，它的大小体现了叶片天线色素捕获光能能力的强弱。经过臭氧胁迫以后，福克和赤霞珠的捕光能力都极显著降低，ABS/CSm分别降低了50.3％和33.2％，5BB降低幅度最小，仅降低了9.1％，如图4-（A）。
RC/CSm代表单位面积内反应中心的数量。如图4-（B）所示，臭氧胁迫以后，福克和赤霞珠受伤害较严重，它们的RC/CSm分别降低了74.6％、55.6％，和对照有极显著差异。5BB受伤害程度最轻，降低了21.6％。
Vj反映了照光2ms时有活性的反应中心的关闭程度。和对照相比，福克和赤霞珠Vj极显著升高，5BB的升高程度较小，分别上升了54.7％、50.3％、23.3％，如图4-（C）。说明臭氧胁迫导致有活性的反应中心的关闭程度提高，且福克受伤害最严重，赤霞珠次之，5BB最小。
2.4 臭氧胁迫对φDo的影响
φDo表示用于热耗散的量子比率（在t=0时）。如图5所示，臭氧胁迫以后，福克的φDo发生极显著升高，升高了204.8％；其次为赤霞珠，升高了94.3％；5BB的升高幅度最小，为24.8％。说明葡萄在受到臭氧胁迫后，通过增加热耗散来减轻过剩光能对光合系统的伤害，这可能是植物的主动防御机制。
3 结论
在321±2.14μg/m3臭氧浓度处理下，三个试验葡萄品种中，福克对臭氧胁迫最敏感，赤霞珠次之，5BB敏感性较低。