沙尘胁迫对山楂光合、荧光特性的影响

发布时间：2020-04-06所属分类：农业论文浏览：1次

摘 要： 提要:以23a生山楂为试验材料，对叶片进行轻度沙尘胁迫(5mg/cm2)和重度沙尘胁迫(12mg/cm2)，无沙尘覆盖为对照，并在10d、20d、30d、40d时测定叶片的光合、叶绿素荧光等参数，为山楂栽培管理提供理论依据。结果表明:随着沙尘胁迫程度的加重，山楂的净光合速率(

　　提要:以23a生山楂为试验材料，对叶片进行轻度沙尘胁迫(5mg/cm2)和重度沙尘胁迫(12mg/cm2)，无沙尘覆盖为对照，并在10d、20d、30d、40d时测定叶片的光合、叶绿素荧光等参数，为山楂栽培管理提供理论依据。结果表明:随着沙尘胁迫程度的加重，山楂的净光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)、气孔导度(Gs)呈下降趋势，重度沙尘胁迫的下降幅度大于轻度沙尘胁迫;但胞间CO2浓度(Ci)呈先升后降的变化趋势，轻度沙尘胁迫的Ci值始终大于重度沙尘胁迫，说明在沙尘胁迫处理前期，非气孔因素是限制山楂叶片光合作用的主要因素，到处理后期气孔因素成为主要限制因素。沙尘胁迫导致最大PSⅡ量子产率(QYmax)呈下降趋势，但在处理后期通过提高PSⅡ的潜在活性(Fv/F0)、稳态下非光化学淬灭系数(qN_Lss)和稳态下PSⅡ的光淬灭系数(qP_Lss)来消耗过剩光能，保护光合机构。

　　关键词:山楂;沙尘;光合特性;荧光特性

　　山楂(Crataegusspp.)属于蔷薇科(Rosaceae)苹果亚科山楂属，是中国特有的药果兼用树种，也是起源于我国的特产果树。山楂适应性强，具有耐寒、耐高温、喜光也能耐荫等特点，在南疆也有广泛种植，是南疆农民增收的重要组成部分。沙尘天气是新疆频发的一种灾害性天气[1]，南疆尤其更甚，因此沙尘成为影响南疆林果光合作用的主要环境因子之一。光合作用是植物生命的发动机，是植物最基本的生理过程[2]。沙尘天气不仅会遮蔽阳光影响植物进行光合作用，还会有部分沙尘颗粒物残留在植物叶片表面，阻塞气孔，降低气孔导度，影响植物呼吸[3，4]。叶绿素荧光测定技术是一种简单、快捷、可靠、无损伤的光合作用研究方法，在测定植物光合作用过程中光系统对光能的吸收、传递、耗散、分配等方面具有独特的作用[5]。到目前为止，国内有关山楂的研究主要集中在种质资源调查、栽培以及山楂的药用价值上[6，7]，关于沙尘胁迫对山楂光合、荧光特性影响的研究较少。文中主要以南疆栽培的山楂为试验材料，通过测定不同程度的沙尘胁迫及不同的胁迫时间下山楂叶片的光合指标、荧光参数的变化，为山楂在南疆广泛栽培提供理论依据。

　　1材料和研究方法

　　1.1试验材料及处理

　　试验材料为新疆维吾尔自治区巴州轮台县轮台果树资源圃栽培的23a生山楂。树体健康，采用常规管理。实验采用人工模拟实验，以无沙尘覆盖为对照，设轻度沙尘胁迫(5mg/cm2)和重度沙尘胁迫(12mg/cm2)2个滞尘量梯度，同时每种滞尘量设有不同的覆沙时间，分别为10d、20d、30d和40d。共8个处理和一个对照。每个处理5个叶片，选择倒三叶进行覆沙。用万深叶面积仪LA-S对选好的山楂叶片进行扫描并计算出每个叶片的叶面积，再根据叶面积计算出每个叶片所需滞尘量。称取沙尘量后均匀的洒在叶片表面。待叶片达到处理日期后一次进行测定。

　　1.2测定指标及方法

　　1.2.1光合参数的测定

　　随机选取3片处理叶片，先将其处理沙尘用清水冲洗干净，在太阳光下晒干(大概15min)，然后采用CIRAS-2型光合作用系统在自然光照射下对处理叶片进行测定，测定项目包括叶片净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、胞间CO2浓度(Ci)、蒸腾速率(Tr)等。

　　1.2.2荧光参数的测

　　叶绿素荧光参数的测定采用FluorCam荧光成像系统，将处理叶片包裹锡箔纸进行15min的暗适应，待暗适应时间结束后直接进行测量。测定指标包括:初始荧光(F0)、最大荧光(Fm)、PSⅡ的潜在活性(Fv/F0)、最大PSⅡ量子产率(QYmax)、稳态下非光化学淬灭系数(qN_Lss)和稳态下PSⅡ的光淬灭系数(qP_Lss)等。

　　1.2.3统计分析

　　利用origin9.0作图，采用统计软件SPSS20.0进行单因素方差分析(one-wayANOVA)和最小显著差异法(LSD)。

　　2结果与分析

　　2.1沙尘胁迫对山楂叶片光合参数的影响

　　如图1-A所示，山楂经过沙尘胁迫后，Pn随处理时间的延长呈下降趋势，且重度沙尘胁迫降幅大于轻度沙尘胁迫;在沙尘处理第10d时，轻度沙尘胁迫和重度沙尘胁迫的Pn值较对照分别下降7.7%和10.1%;沙尘处理第40d时，轻度沙尘胁迫和重度沙尘胁迫的Pn值较对照分别下降27.6%和31.5%;20d和30d的Pn值介于10d和40d之间，说明沙尘胁迫程度和处理时间都影响山楂叶片的Pn值，且随沙尘胁迫程度的加重、处理时间的延长Pn值越低。

　　沙尘处理后，山楂叶片Tr普遍受到抑制(图1-B)。山楂叶片经过轻度沙尘胁迫后，处理时间第10d、20d、30d和40d的Tr值较对照分别下降了5.9%、8.3%、31.4%和13.6%;山楂叶片经过重度沙尘胁迫后，随处理时间的延长，叶片Gs值较对照分别下降了17.2%、10.7%、10.1%和14.8%。

　　山楂叶片在经过沙尘胁迫后，Gs随处理时间的延长整体呈下降趋势(图1-C)。轻度沙尘胁迫中，除10d和20d处理，其余处理与对照差异显著;重度沙尘胁迫中，山楂叶片在处理10d时Gs值就显著下降，且所有处理时间的Gs值与对照差异显著。

　　山楂经过长期沙尘胁迫后，轻度沙尘胁迫和重度沙尘胁迫的Ci值均随处理时间的延长呈先上升后下降的趋势(图1-D)。在处理第10d时，轻度沙尘胁迫和重度沙尘胁迫都略有上升，轻度沙尘胁迫上升幅度大于重度沙尘胁迫;处理30d时，轻度沙尘胁迫和重度沙尘胁迫显著上升达到最大值;处理40d时，轻度沙尘胁迫和重度沙尘胁迫均呈下降趋势，重度沙尘胁迫的降幅大于轻度沙尘胁迫。

　　2.2沙尘胁迫对山楂荧光特性的影响

　　2.2.1沙尘胁迫对初始荧光(F0)和最大荧光(Fm)的影响

　　从图2-A可看出，山楂叶片经过长时间胁迫后，轻度沙尘胁迫和重度沙尘胁迫的F0值均随处理时间的延长呈先下降后上升的变化趋势。轻度沙尘胁迫中，除20d处理，其余处理与对照均无显著差异，重度沙尘胁迫中，只有30d沙尘处理与对照差异显著，轻度沙尘胁迫与重度沙尘胁迫在沙尘处理30d时差异显著。

　　叶片经过沙尘处理后，轻度沙尘胁迫和重度沙尘胁迫的Fm值均随处理时间的延长呈明显下降趋势(图2-B)。沙尘处理第10d时，轻度沙尘胁迫和重度沙尘胁迫的Fm值均有所下降，轻度沙尘胁迫的降幅大于重度沙尘胁迫，降幅与对照相比均无显著差异;此后随处理时间的延长，重度沙尘胁迫的Fm值的降幅均大于轻度沙尘胁迫，且两个沙尘胁迫处理与对照差异显著。

　　2.2.2沙尘胁迫对PSⅡ的潜在活性(Fv/F0)和最大PSⅡ量子产率(QYmax)的影响

　　图3-A表明，山楂经过沙尘胁迫后，Fv/F0随处理时间的延长整体呈先降后升的变化趋势，在处理第30d时，轻度沙尘胁迫和重度沙尘胁迫的降幅与对照差异显著;处理第40d时，轻度沙尘胁迫和重度沙尘胁迫的Fv/F0略有上升。

　　沙尘胁迫后，山楂叶片的QYmax普遍受到抑制(图3-B)。沙尘处理第10d时，轻度沙尘胁迫和度沙尘胁迫的QYmax值均略有下降，轻度沙尘胁迫的降幅大于重度沙尘胁迫，降幅与对照相比均无显著差异;此后又随时间的延长呈缓慢下降趋势，重度沙尘胁迫的降幅大于轻度沙尘胁迫，且所有处理与对照差异显著。

　　2.2.3沙尘胁迫对稳态下非光化学淬灭系数(qN_Lss)和稳态下PSⅡ的光淬灭系数(qP_Lss)

　　由图4-A可知，山楂在经过沙尘胁迫后，轻度沙尘胁迫和重度沙尘胁迫的qN_Lss值均呈先降后升的变化趋势。沙尘处理10d时，轻度沙尘胁迫和重度沙尘胁迫均呈现显著下降趋势，轻度沙尘胁迫的降幅大于重度沙尘胁迫;处理第20d时，轻度沙尘胁迫显著回升，且在此后始终维持在较高水平，重度沙尘胁迫显著下降，降幅与对照差异显著，此后随时间的延长呈上升趋势，且在处理第40d时qN_Lss值与对照无显著差异。

　　试验结果表明(图4-B)，山楂叶片经过沙尘处理后，叶片qP_Lss呈先降后升的变化趋势。沙尘处理第10d时，轻度沙尘胁迫和重度沙尘胁迫显著下降，较对照分别下降46.3%和56.8%，与对照差异显著;此后轻度沙尘胁迫和重度沙尘胁迫均随处理时间的延长呈上升趋势，轻度沙尘胁迫的上升幅度大于重度沙尘胁迫。

　　3讨论

　　逆境环境对植物光合作用的影响一直是学者研究的重点[8-11]。沙尘对植物生长发育的影响是多方面的，尤其是对光合作用的影响最为突出[12，13]。光合作用是植物生理的核心功能，通过其运转情况可知植物是否健康[14]。气孔因素和非气孔因素是影响植物光合作用的两个主要因素，气孔因素是由于沙尘阻塞气孔，导致CO2进入叶片受阻，影响植物进行气体交换，进而导致光合速率下降;非气孔因素是由于沙尘造成叶片光合器官受损，叶肉细胞光合活性下降。具体造成植物光合作用下降的主要因素到底是气孔因素还是非气孔因素，可根据Ci的变化方向来进行判断[15]，若Pn下降的同时，Ci不变或升高，则认为造成植物光合作用下降的主要因素为非气孔因素;反之，若Pn下降的同时伴随着Gs与Ci下降，则说明此时气孔因素为植物光合作用下降的主要限制因素。本实验表明，在沙尘处理第10d时，轻度沙尘胁迫和重度沙尘胁迫Ci值大于对照，处理第20d至30d的Ci值随处理时间的延长呈上升趋势，40d时轻度沙尘胁迫略有下降，而重度沙尘胁迫急剧下降至对照水平以下，说明山楂叶片在沙尘胁迫处理前期受非气孔因素的影响较大，处理后期气孔因素成为主要限制因素。帕提古力·麦麦提等对阿月浑子进行沙尘胁迫发现，沙尘胁迫处理前期非气孔因素是影响阿月浑子光合作用的主要原因，处理后期导致光合速率下降的主要因素是气孔因素[4]，这与本文研究结果一致。

　　相关期刊推荐：《干旱区资源与环境》Journal of Arid Land Resources and Environment(月刊)1987年创刊，是综合性学术刊物。凡研究干旱半干旱甚至季节性干旱区的论文，研究干旱半干旱问题及防治技术的论文，特别是绿洲建设的论文，不论属于社会科学领域或者自然科学领域均可刊用。

　　叶绿素荧光技术是分析各种外界环境对植物影响的一门新型分析技术[14]，其中各个荧光参数对逆境环境十分敏感[16，17]，因此可用来判断植物光合机构是否遭到破坏。王利等研究发现，氯化镉处理会抑制平邑甜茶叶片的PSⅡ最大光化学效率[18];薛惠云等研究发现，随干旱胁迫时间的延长，棉花Fv/Fm、ΦPSⅡ、qP呈下降趋势，NPQ呈上升趋势[19]。最大PSⅡ量子产率(QYmax)反映了PSⅡ反应中心光能转化效率，该参数在非逆境环境下变化极小，但一旦植物处于逆境环境，该参数会明显降低[20-23]。本研究中，沙尘胁迫前期，随处理时间的延长，轻度沙尘胁迫和重度沙尘胁迫的Fm、Fv/F0、QYmax、qP_Lss和qN_Lss均呈现下降趋势，表明此时山楂叶片发生了光抑制，沙尘胁迫导致PSⅡ系统受损，使PSⅡ系统潜在活性下降，限制了光能转换效率，同时抑制了光合电子的传递过程，使PSⅡ反应中心开放程度降低，PSⅡ原初电子受体QA-重新氧化形成QA的量减少;但在沙尘胁迫后期，Fv/F0、qN_Lss和qP_Lss开始上升，表明在处理后期，沙尘胁迫改变了山楂叶片的PSⅡ的激发能分配方式，通过提高PSⅡ反应中心的潜在活性，增加了山楂的电子传递能力，同时依赖叶绿素循环增加热耗散来消耗过剩光能，从而保护光合机构，防止Pn过度下降，这可能是山楂对沙尘环境的一种保护机制。

　　4结论

　　(1)随着沙尘胁迫程度的加重、覆盖持续时间的延长，山楂叶片的Pn、Gs、Tr随之降低，重度沙尘胁迫的降幅大于轻度沙尘胁迫，但Ci表现为先升后降，轻度沙尘胁迫的Ci值大于重度沙尘胁迫，说明在沙尘胁迫处理前期，非气孔因素是限制山楂叶片光合作用的主要因素，到处理后期气孔因素成为主要限制因素。

　　(2)沙尘胁迫导致QYmax呈下降趋势，但在处理后期通过提高Fv/F0、qN_Lss和qP_Lss来消耗过剩光能，保护光合机构。