生态与土壤管理岗位

顾凯迪 万登科 毛作霖 杜远鹏

　　摘　要：为探究天达2116，Vc及亚硫酸氢钠对缓解葡萄O3胁迫的作用，本试验采用一年生‘赤霞珠’(VitisviniferaL. cv.Cabernet Sauvigon)盆栽苗为试材，利用熏蒸室进行臭氧熏蒸，通过测定葡萄叶片荧光以及电导率等指标，分析不同化学制剂对缓解臭氧胁迫的作用。结果表明：三种化学制剂均能显著降低臭氧胁迫后叶片电解质外渗，亚硫酸氢钠对缓解臭氧胁迫对葡萄叶片光系统性能影响效果较好。

　　关键词：葡萄；臭氧胁迫；化学制剂；缓解

　　前　言

　　对流层的臭氧是对生物有极大伤害的污染物，尤其是在光照下与氮氧化物等发生光化学反应产生毒害更大的光化学烟雾。近几十年来，由于化石燃料和含N化肥的大量使用，以及汽车尾气的排放，导致空气中的碳氢化合物和氮氧化物等的含量升高，这些污染物在高温、强光辐射的作用下，发生光化学反应生成臭氧等二次污染物。中国环境监测总站发布的信息显示，2017年，全国臭氧超标率明显增加，峰值浓度出现明显抬升。从2013年以来，三大重点区域(京津冀、长三角、珠三角)中，京津冀和长三角臭氧浓度有显著的逐年上升趋势，特别是2017年上升最为显著，臭氧污染已经超过PM2.5，成为首要污染物，是湛蓝天空下看不见的杀手。太原5至6月臭氧超标天数达42天，已经成为我国环保局重点监测指标。

　　臭氧具有强氧化性，对作物、森林造成极大的伤害。据报道，O3污染可导致农作物减产5％~15％，番茄、西瓜和大豆等作物减产超过20％以上。欧洲地区每年因臭氧污染造成的农作物经济损失高达40亿欧元，美国每年因臭氧污染达20~40亿美元，被认为是造成东欧、西欧和整个美国的大片森林衰退和枯死的主要原因。而我国长江三角洲地区因臭氧浓度过高造成的农业经济损失为14.75亿元人民币。近几年来，发现若干葡萄砧木品种5BB、河岸葡萄系酿酒葡萄福客（Frontenac）等品种的叶片上，随着夏季的到来经常会出现O3伤害的褐斑，影响葡萄光合作用，进而降低葡萄果实品质和产量。本文通研究天达2116，Vc及亚硫酸氢钠对缓解葡萄O3胁迫的作用，为生产上采取防范微环境臭氧胁迫的栽培措施提供理论依据。

　　1　材料与方法

　　1.1　试验材料

　　试材为一年生 ‘ 赤霞珠’(Vitis vinifera L.cv. CabernetSauvigon)盆栽苗，幼苗于2016年3月种植于直径25cm、高35 cm的盆中，土：沙：基质=2：1：1。5月中旬前盆栽苗放在日光温室中培养，一棵幼苗只留一个芽，培养期间昼(14 h)夜(10 h)温度为23~28℃/15~20 ℃，中午最大光强为1200μmol.m-2.s-1左右，大气平均温度达到25 ℃之后搬运到葡萄园避雨棚中，统一5天浇一次水，不留副梢，待长至12~15片完全展开叶时进行试验处理。

　　试验采用的抗氧化药品为Vc，天达2116，亚硫酸氢钠3种不同的制剂，以喷施清水并做臭氧处理作为对照1（ck1），以喷施清水不做臭氧处理为对照2（ck2）。

　　熏蒸系统由开顶式气室（opentop chambers, OTCs）、供气系统、O3发生与浓度控制系统、O3浓度监测系统等四部分组成。OTC的框架由直径3cm的镀锌钢管构成，四周用温室专用的聚乙烯塑料膜包被，外部用遮阳网包裹，内部加装LED冷光源植物灯(SP501-N，405W，上海三澎机电有限公司)，顶部与大气相通。OTC下部是边长为1.1m、高为2.2m的正六棱柱；上部为正六棱台，棱台的上底面积是下底面积的1/3，侧面与竖直方向的夹角是45°。OTC内距试验材料顶部50cm处有“米”字型的布气管。布气管上有一排斜向下与水平呈45°的出气孔，出气孔之间的间距从OTC的中心向四周逐渐减小，以保证OTC内气体浓度的稳定。O3发生器(WJ-HY5型)产生的O3在管道中与空气混合，在轴流风机(SF2-2型)的作用下被通入OTC内。OTC内的O3浓度监测仪(DR70C-臭氧型)可以实时监测OTC内的O3浓度，并把数据传输到电脑上用于观察、保存。通过转子流量计调节O3发生器的进氧量，从而控制OTC内的O3浓度。

　　1.2　实验方法

　　以‘赤霞珠’盆栽葡萄为试材，叶面喷施3种不同的抗氧化剂（抗坏血酸1000倍、亚硫酸氢钠0.01%、天达2116溶液1000倍），清水作为对照，每2天喷施一次，喷两次后选择晴朗上午，将4 组“赤霞珠”葡萄放到气室内。气室内部用LED光源进行补光，光照强度由光强测定仪（Spectrum，美国）测定，环境温度为23-28℃。本实验室前期预实验发现，“赤霞珠”葡萄在110nL· L-1处理3h后，葡萄叶片出现明显O3伤害的斑，1600mol·m-2·s-1的光强能够导致光抑制，因此本实验采用的臭氧浓度为110nL· L-1，光照强度为1600 μmol·m-2· s-1。于上午7: 00-10: 00进行，每个处理选取长势相近的3棵盆栽苗。将3个处理及清水对照于气室内臭氧处理3h，另选3棵放置于另一个OTC内，但不开臭氧发生器。

　　处理结束后立即进行葡萄叶片叶绿素荧光参数的测定。然后取叶圆片进行电导率的测定（每10个直径为0.5cm的叶圆片放入20ml纯水中）。最后，从各个处理的3棵苗子中取长势一致且生长健壮的功能叶，除去叶脉，剪碎混合均匀后测定叶绿素含量，一部分立即放入液氮罐中保存，用于后期测定氧化产物MDA的含量测定。

　　1.3　指标测定

　　1.3.1　荧光参数的测定

　　选择“赤霞珠”第4-6节位的功能叶，每组随机抽取10片叶，采用Dual–AM100荧光仪(Walz，德国) 进行饱和脉冲分析。测定处理前叶片暗适应30 min后的初始荧光产量(Fo)和最大荧光产量(Fm)。处理结束后马上进行荧光光响应曲线的测定，共设置15个光强梯度，从低到高为0、8、12、19、43、77、103、173、270、418、639、788、977、1197和1458μmol·m-2·s-1，每个光强梯度照射样品30s后打开饱和脉冲光进行光下最大荧光产量(Fm’)及光下最大量子产量(Pm’)的测量。按照如下公式进行荧光参数的计算。

　　P S I I 的有效量子产率Y(II)=(Fm’–Fs)/Fm’；非调节能量耗散的量子产率Y(NO)=1/[NPQ+1+qL(Fm/Fo–)]；调节能量耗散的量子产率Y(NPQ)=1–(II)–/[NPQ+1+qL(Fm/ Fo–)]；PSI的有效量子产率Y(I)=1–Y(ND)–(NA)；PSI供体侧限制引起的非光化学能量耗散的量子产量Y(ND)=1–P700 red；P S I 受体侧限制引起的非光化学能量耗散的量子产量Y(NA)=(Pm–Pm’)/Pm

　　1.3.2　叶绿素含量、MDA含量及

　　电导率的测定叶绿素含量、MDA含量采用分光光季度测定，电导率的测定采用电导率仪

　　1.4　数据处理

　　采用Microsoft Excel 2013处理数据和制图， 采用S P S SStatistics17.0软件进行方差分析。

　　2　结果与分析

　　2.1　抗氧化剂对臭氧胁迫葡萄叶片光能分配的影响

　　从荧光光响应曲线可知，反映叶片PSI的实际光化学效率的Y(I)随着光照强度升高而逐渐降低，各处理中亚硫酸氢钠处理后Y(I)降低量最小，缓解O3胁迫对PSI的影响（图1-A）。Y(ND)表示由于PSI供体侧限制引起的非光化学能量耗散的量子产量。臭氧胁迫导致葡萄叶片Y(ND)显著上升(图1-B)，亚硫酸氢钠处理显著缓解了Y(ND)的上升趋势，而Vc和天达2116缓解作用不显著。Y(NA)是由于PSI受体侧限制引起的非光化学能量耗散的量子产量。由图1-C中看出，在PAR高于500μmol·m–2·s–1时，3种化学制剂处理均能缓解Y(NA)的上升趋势。其中Vc和亚硫酸氢钠的效果最显著，处理后Y(NA)的值与CK2相近。Y(II)是PSII的有效量子产率，经过O3处理的葡萄叶片的Y(II)明显下降，从图1-D中可以发现，亚硫酸氢钠能缓解这种下降趋势。

　　Y(NO) 代表非调节能量耗散的量子产率，亚硫酸氢钠处理后Y(NO)值与CK2没有显著差异，而Vc和天达2116处理后Y(NO)值显著升高（图1-E）。

　　Y(NPQ)代表通过非光化学淬灭的调节能量耗散的量子产率，3种化学制剂均能降低Y(NPQ)的值，其中亚硫酸氢钠处理后Y(NPQ)值与CK2水平相当，天达2116和Vc的降低作用更明显（图1-F）。

　　2.2　不同化学制剂对臭氧胁迫葡萄叶片电导率的影响

　　由图2可以看出，不同化学制剂均能显著降低臭氧胁迫对叶片电导率的影响，减弱臭氧对葡萄细胞膜的破坏，从而减少细胞内的电解质外渗。

　　2.3　不同化学制剂对臭氧胁迫葡萄叶片丙二醛的影响

　　由图3可以看出，ck1葡萄叶片丙二醛含量最高，ck2叶片内丙二醛含量最低，不同化学制剂均能降低臭氧胁迫对叶片丙二醛含量的的影响，喷施亚硫酸氢钠的葡萄叶片丙二醛含量相比ck1下降最为明显。

　　3　结论

　　外源亚硫酸氢钠处理对缓解葡萄臭氧伤害效果较好，Vc次之。亚硫酸氢钠能有效缓解由于PSI供体侧限制引起的非光化学能量耗散的量子产量的升高，降低了葡萄叶片PSII的有效量子产率；天达2116，Vc和亚硫酸氢钠均能缓解由于PSI受体侧限制引起的非光化学能量耗散的量子产量的升高。