薄膜覆盖对葡萄生长和生理特性的影响

来源:用户上传      作者: 吴月燕 崔 鹏 李波

　　摘 要： 为了研究不同覆盖层次薄膜对葡萄生长、光合和相关酶活性的影响，为我国南方葡萄的早熟栽培提供参考。以夏黑和醉金香1 a生苗为试材，通过田间试验研究无膜（对照）、1层膜（处理I）、2层膜（处理II）和3层膜（处理III）覆盖对其生长和生理特性的影响。试验表明，2个品种株高、根茎粗度和平均单叶面积均受薄膜覆盖影响，除处理I与对照无显著差异外，处理II和处理III分别达显著和极显著水平；随着薄膜覆盖量增加，净光合速率（Pn）、蒸腾速率（Tr）、气孔导度（Gs）、胞间CO2浓度（Ci）和水分利用率（WUE）均降低，叶绿素a（Chl a）和叶绿素b（Chl b）升高，叶绿素a/b值（Chl a/b）降低，丙二醛（MDA）含量升高；另外，薄膜覆盖对还原性谷胱甘肽（GSH）含量、超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）、过氧化氢酶（CAT）活性的影响为处理I >处理II >对照>处理III；夏黑的耐弱光性高于醉金香。结果表明，夏黑和醉金香1层膜下能生长发育，2层膜受到一定影响，3层膜则不利于其生长。
　　关键词： 葡萄叶片； 薄膜覆盖； 生理特性； 抗氧化酶活性
　　中图分类号：Ｓ６６3．1 文献标识码：Ａ 文章编号：１００９－９９８０?穴２０11?雪０6－991－０7
　　
　　Effect of plastic films on growth and leaf physiological characteristics of grapevine
　　WU Yue-yan1， CUI Peng1，2， LI Bo1，2
　　（1College of Biology and Environment， Zhejiang Wanli University， Ningbo， Zhejiang 315100 China； 2College of Agriculture and Biotechnology， Zhejiang University， Hangzhou， Zhejiang 310029 China）
　　Abstract: The effects of plastic filming under different covering layers on the growth， photosynthesis and related enzymes of grapevine were studied to provide guidance for early maturing cultivation in the Southern China. The experiments investigated the influences of no plastic cover （control）， single plastic film （treatment I）， double plastic films （treatment II）， and triple plastic films （treatment III） on the growth and physiological characteristics of Summer Black and Zuijinxiang. The significant differences in average stem height， rhizome diameter and leaf size were observed between the treatment II/III and the control， and the treatment III had the strongest effect， while the differences between treatment I and the control were not obvious. The increase in the layers of plastic film resulted in the decrease of net photosynthetic rate， transpiration rate， stomatal conductance， intercellular CO2 concentrations and water use efficiency. The level of chlorophyll a and chlorophyll b increased in respond to the additional layers， with a decline of the ratio of chlorophyll a and chlorophyll b. The concentration of MDA also increased. In addition， plastic filming influenced the concentration of reduced glutathione as well as the activities of superoxide dismutase， peroxidase and catalase of grapevine leaves. The intensity of these impacts was higher in treatment I， followed by treatment II， the control group and treatment III in decreasing order. Summer Black also showed higher tolerance to weak light compared to Zuijinxiang. In conclusion， normal growth and development of Summer Black and Zuijinxiang could be achieved under single layer plastic filming， while two-layer plastic filming may result in certain degree of the impact. Plastic filming with three layers can severely influence the growth of the two cultivars.
　　Key words: Grape leaves； Plastic film； Physiological characteristics； Antioxidant enzyme activities
　　葡萄属葡萄科（Vitaceae）葡萄属（Vitis L.）植物，起源于黑海和地中海沿岸，品种繁多，分布广泛[1]。多数葡萄品种比较适应系干气候，而我国南方地区降水主要集中在3―7月，年均雨量达1 000～2 000 mm，占全年降雨量的70%左右，属典型的夏湿地带，露地栽培条件下葡萄易感病、树势难以控制。设施栽培能有效地控制葡萄生长发育所需的生态环境因素，有利于控制病虫害、调节葡萄生育期以及提高产量和品质等。目前我国南方设施大棚葡萄栽培主要有单、双层膜2种覆膜方式，其中以单层膜为主。一些中早熟葡萄品种为了提早成熟，采用多层薄膜覆盖。由于薄膜覆盖后光照条件受到影响，因此多层膜覆盖宜选择耐弱光的品种。研究表明，欧美杂交种葡萄一般较欧亚种葡萄耐弱光，不同品种之间耐弱光性存在较大的差异[2]。夏黑（Summer Black）和醉金香（Zuijinxiang）属欧美杂交品种（V. vinifera L.×V. labrusca L.），为我国南方栽培的中早熟优良葡萄品种，目前国内外对它们在多层膜覆盖条件下的生长和生理反应研究甚少。我们采用田间试验研究不同薄膜覆盖层次对夏黑和醉金香葡萄的生长和生理特性影响，探讨它们对弱光环境的适应性，以期为其早熟栽培提供科学依据。

　　1 材料和方法
　　1.1 试验材料与设计
　　以取自浙江万里学院葡萄试验基地的夏黑和醉金香品种1 a生苗木为试材。2009年2月20日，在试验基地随机选取生长健壮、形态基本一致的夏黑和醉金香1 a生苗木各720株，平均株高20～25 cm，根颈粗度约0.5 cm。选用直径为20.5 cm，高度30 cm的泥瓦容器单株定植，基质为泥炭和谷壳混合物（体积比为6∶4），盆土量550 g，有机质38 g・kg-1，碱解氮110 mg・kg-1，速效磷 87 mg・kg-1，速效钾 237 mg・kg-1，pH 6.3。定植时先一次性施入可控性缓释肥（N∶P∶K为18∶18∶8）1.0 kg・m-3。定植后定干，高度为10 cm左右；顶端留饱满芽，萌芽后留顶芽生长，去除其下枝梢，生长期顶端留2个副梢并留3叶摘心，摘除其余副梢。试验期间水分管理同常规栽培。
　　葡萄恢复正常生长后，即2009年4月1日开始，将葡萄盆栽苗置于连栋大棚内，无裙膜，雨天大棚顶部覆盖无色聚氯乙烯无滴膜，晴天揭顶膜，以保持田间湿度基本一致。连栋大棚内再建小拱棚，顶高1.2 m，宽1.5 m，覆盖无色聚氯乙烯无滴膜，无裙膜。试验设4个处理：无膜覆盖为对照，处理I为 1层膜，处理II为 2层膜，处理III为 3层膜。每个品种每个处理180株，重复3次。于处理当日（4月1日）、处理后30 d（5月1日）、处理后60 d（5月31日）、处理后90 d（6月30日）观测植株形态特征，测定植株枝条中部功能叶片的光合特性指标，采集植株枝条中部功能叶测定生理生化指标。每次随机取样。叶片采集后装入塑料袋并扎口，立即置于-80 ℃冰箱保存。
　　1.2 测定方法
　　1.2.1 形态特征的观测 用米尺测量株高，游标卡尺测量植株离土壤表面1 cm处的根茎粗度。采用万深LA-S植物图像分析仪测定平均单叶面积，方法为每个品种的每个处理随机取10株，将整株叶片采下平铺于扫描仪，得出每片叶面积及其平均值。
　　1.2.2 光合和生理指标的测定 采用CB-1102便携式光合蒸腾仪（北京渠道科学器材有限公司）于10:00～12:00测定植株中部功能叶的光合速率、蒸腾速率、气孔导度、胞间CO2浓度和水分利用率，每个处理测5株，重复3次。
　　叶绿素含量采用丙酮提取分光光度法；丙二醛（MDA）含量采用硫代巴比妥酸（TBA）法[3]；还原型谷胱甘肽（GSH）采用间接分光光度法[3]；超氧化物歧化酶（SOD）采用氮蓝四唑（NBT）法[3]；过氧化物酶（POD）采用愈创木酚法[4]，以每min内A470变化0.01的酶量为1个酶活性单位U；过氧化氢酶（CAT）参照Aebi H法[5]，3 mL反应体系中含50 mmol・L-1 pH 7. 0磷酸缓冲液1.9 mL， 45 mmol・L-1 H2O2 1.0 mL， 0.1 mL酶液，以每min内A240变化0.01的酶量为1个酶活性单位U。
　　2 结果与分析
　　2.1 薄膜覆盖对葡萄形态特征的影响
　　由表1可以看出，株高、根茎粗度和平均叶面积均受薄膜覆盖影响，处理I略小于对照，无显著差异；90 d时，夏黑的处理II分别比对照下降25.80%、21.20%和15.80%，处理III下降52.16%、60.87%和55.33%，分别达显著和极显著水平。相同处理下，醉金香的株高、根茎粗度和平均叶面积均略低于夏黑；至90天时，处理Ⅱ分别比对照下降30.47%、36.48%和39.42%，除根茎粗度外，株高和平均叶面积均达显著水平；处理III分别下降60.17%、61.64%和59.66%，达极显著水平。表明薄膜覆盖对夏黑和醉金香葡萄生长的影响为3层膜>2层膜>1层膜，且夏黑耐弱光性优于醉金香。
　　2.2 薄膜覆盖对葡萄叶绿素含量的影响
　　图1和图2显示，随着薄膜覆盖量增加，叶绿素a（Chl a）和叶绿素b（Chl b）含量均呈上升趋势，90 d时，夏黑的3层膜分别比对照增加20.84%和96.02%，醉金香增加19.81%和100.96%；2个品种各处理的叶绿素a/b值（Chl a/b）均随时间延长而降低，且对照>处理I>处理II >处理III；夏黑在各处理条件下的叶绿素a、叶绿素b含量和叶绿素a/b值均略高于醉金香。
　　2.3 薄膜覆盖对葡萄叶片光合特性指标的影响
　　光照是植物光合作用的重要影响因素。随着薄膜覆盖量增加，夏黑和醉金香的净光合速率（Pn）、蒸腾速率（Tr）、气孔导度（Gs）、胞间CO2浓度（Ci）和水分利用率（WUE）均降低，即对照>处理I>处理II >处理III，与对照相比，3层膜覆盖处理90 d时，Pn降幅为32.34%、35.23%，Tr为34.21%、34.78%，Gs为34.68%、35.86%，Ci为40.81%、62.11%，WUE为71.31%、72.96%；除对照外，2个品种的Tr均呈先下降后上升趋势，WUE在对照和处理I下随时间延长而升高，处理Ⅱ和处理III下降低；除Ci外，夏黑各处理的Pn、Tr、Gs和WUE均高于醉金香，表明弱光处理下，夏黑的光合效率高于醉金香（图3、4）。
　　2.4 薄膜覆盖对葡萄叶片丙二醛含量的影响
　　图5和图6显示，随着处理时间延长，夏黑和醉金香各处理的丙二醛（MDA）含量均呈上升趋势，且均高于对照，即处理III>处理II>处理I>对照；3层膜处理90 d时，2个品种的MDA含量分别比对照提高了6倍和7倍，因此，MDA含量受光照条件影响较大。
　　2.5 薄膜覆盖对葡萄叶片酶活性的影响
　　光照强度能显著影响植物保护酶的活性。在对照、处理I和处理II条件下，夏黑和醉金香叶片内还原性谷胱甘肽（GSH）含量、超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）、过氧化氢酶（CAT）活性均呈上升趋势，处理III则先上升后下降；薄膜覆盖对GSH含量、SOD 、POD和CAT活性的影响为处理I >处理II>对照>处理III；1层膜处理90 d时，2个品种的相关酶活性分别比对照提高了1.5、1.25、1.16、1.17倍和1.15、1.11、1.21、1.18倍，而3层膜则降低了1.16、1.42、1.07、1.47倍和1.41、1.92、1.09、1.58倍；同时，夏黑在各处理条件下的酶活性均略高于醉金香（图7、8）。表明适当的光照胁迫能诱导GSH、SOD、POD和CAT等保护酶活性，但光照胁迫强度增强时其活性将不可恢复。
　　3 讨 论
　　同一物种在不同光照条件下常常会表现出不同的形态和生理特征，是物种本身对于不同光照条件做出的适应性变化，如植物叶片的适光变态（helioplasti）[6]。Ellsworth等[7]通过研究发现，同一树冠层上部的阳生叶叶面积通常低于下部阴生叶。武高林等[8]发现，4种风毛菊属物种幼苗的单叶面积对光照条件反应均随光照减弱而增加。薄膜覆盖量的增加减弱了光照强度，使得植物生长发育减慢，株高和根茎粗度随着遮阴程度的增加而减小，叶面积增大。
　　王家保等[9]对番荔枝的研究表明，随着光照强度减弱，净光合速率、蒸腾速率和气孔导度均降低，而且伴随着胞间CO2浓度的降低；吴月燕[10]在对无核白鸡心（Centennial Seedless）葡萄的光合特性研究中表明，净光合速率与气孔导度和胞间CO2浓度呈显著正相关。本试验中，夏黑和醉金香在自然条件下，叶片表明温度较高，蒸腾强烈，而在薄膜覆盖下呈先降低后上升趋势，冠幕微气候显著改善，温度下降，湿度上升，叶片光合作用“午休”现象消除，蒸腾速率也逐渐下降，之后随着处理时间延长，叶片适应了弱光环境，抗逆性增强，蒸腾速率随之上升。

　　叶绿素是捕获光能的物质基础， 遮光条件下其含量增加和Chl a/b下降，意味着Chl b较高，不仅有利于对光能的捕获和吸收， 而且有利于对弱光的利用，许多耐荫植物在遮光条件下表现出这一特征[11-12]。本试验中，覆膜后的葡萄叶绿素含量以及叶绿素a/b值（Chl a/b）与光照强度呈负相关，但品种之间并没有差异。
　　研究表明遮阴处理使MDA含量增加，是植物在光照胁迫下的一种逆境响应[13-14]。试验中以单层覆膜逆境对植株的生长产生较大影响，适合于南方葡萄栽培方式。光照对还原性谷胱甘肽含量有重要影响。本试验中，1层膜遮阴下其含量最高，无遮阴其次，3层膜最低。与周曙光等[15]对牡丹的研究结果相似，可以推断，1层膜覆盖为夏黑和醉金香提供了一个较适合的光照强度，而2层膜和3层膜则达到过度避光的程度。
　　超氧化物歧化酶（SOD）是植物体内自由基的清除剂，一定程度上可以保护植物细胞[16]；过氧化物酶（POD）能够清除自由基、控制膜脂过氧化和保护细胞膜正常代谢[17]，过氧化氢酶（CAT）则在氧胁迫及高光照胁迫时承担重要作用[18]。本试验中，SOD、POD和CAT活性均是1层膜下含量最高，呈上升趋势，3层膜最低，且先上升后下降。这些结果表明在一定光强条件下，活性氧的产生和清除处于动态平衡，SOD、POD和CAT活性会随着光照强度的减弱而升高，但在光照胁迫程度加深的情况下，植物体内活性氧大量积累，平衡被打破，使抗氧化酶系统对H2O2、O2-和OH-等无机的活性氧自由基及对有机自由基的清除能力的减弱，导致酶活性降低。
　　4 结 论
　　通过对夏黑和醉金香在不同薄膜覆盖下光合生理特性变化的研究，表明光照对植物生长发育及代谢有着重要影响。随着薄膜覆盖量的增加，光照强度的减弱，植株叶片面积增加、株高和根茎粗度减小，这种形态特征的改变使其能够吸收更多的太阳能，满足自身的生理代谢需要；同时，光照胁迫使夏黑和醉金香葡萄叶片叶绿素a和叶绿素b含量增加，叶绿素a/b值下降；净光合速率、蒸腾速率、气孔导度、胞间CO2浓度和水分利用率下降，丙二醛含量上升，SOD、POD和CAT活性先上升后下降。综上所述，夏黑和醉金香1层膜下能生长发育，2层膜受到一定影响，3层膜则不利于其生长。
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