连作对平邑甜茶幼苗叶片光系...活性氧及抗氧化酶活性的影响_吕毅.pdf

12中国果树，2023（3）：12-17本文于 2022-08-24 收到，2022-11-09 收到修改稿。*山东省果品产业技术体系项目（SDAIT-06-19）。吕毅电话：18963120868，E-mail：。试验研究 DOI：10.16626/ki.issn1000-8047.2023.03.003连作对平邑甜茶幼苗叶片光系统、活性氧及抗氧化酶活性的影响*吕毅（威海市农业科学院，山东 264200）摘要以盆栽平邑甜茶（Malus hupehensis）幼苗为试材，探讨连作对叶片光系统功能的伤害机制及对活性氧含量、抗氧化酶活性的影响。结果表明，连作条件下，平邑甜茶幼苗生物量减少，叶片净光合速率降低，PS受到损伤，其响应机制是：PS供体侧放氧复合体受到损伤，QA被过度还原，光合电子传递链中的 QA-大量积累，PS反应中心和受体侧均受到显著性伤害，受体侧由 QA向 QB的传递受阻，电子传递链受到损害，大量能量积累导致光能过剩及活性氧浓度上升，对光系统造成氧化破坏，抑制光合作用。同时，以吸收光能为基础的性能指数降低，实际光化学效率减弱，PS激发能分配方式发生改变，植株叶片通过增加热耗散等消耗过多激发能来适应连作带来的胁迫环境。连作条件下，平邑甜茶幼苗叶片抗氧化酶系统与活性氧之间动态平衡被打破，加剧了脂膜过氧化程度，加重了对叶片的伤害。关键词连作；平邑甜茶；幼苗；光系统；活性氧；抗氧化酶中图分类号：S661.1文献标志码：A文章编号：1000-8047(2023)03-0012-06S St tr re es ss s o of f c co on nt ti in nu uo ou us s c cr ro op pp pi in ng g o on n P PS S,r re ea ac ct ti iv ve e o ox xy yg ge en n s sp pe ec ci ie es s a an nd d p pr ro ot te ec ct ti iv ve ee en nz zy ym me es s a ac ct ti iv vi it ty y o of fM Ma al lu us s h hu up pe eh he en ns si is sR Re eh hd d.s se ee ed dl li in ng gs sL Yi(Weihai Academy of Agricultural Sciences,Shandong 264200)A Ab bs st tr ra ac ct tTheMalus hupehensisRehd.seedlings were selected as the tested materials.The purpose of this study wasto investigate the effects of continuous cropping stress on photosynthetic activities and reactive oxygen species and protectiveenzymes activities.The results showed that under continuous cropping conditions,the biomass ofMalus hupehensisRehd.seedlings decreased,the net photosynthetic rate of leaves decreased,and the PSwas damaged.The response mechanismwas that the oxygen-evolving complex(OEC)of the PSwas damaged,QAwas over-reduced,QA-in the photosyntheticelectron transfer chain was accumulated,the reaction center and accepter side of PSwere significantly damaged,thetransfer from QAto QBat the accepter side was blocked,and the electron transfer chain was damaged,a large amount ofenergy accumulation leads to the excess of light energy and the increase of reactive oxygen concentration,which causesoxidative damage to the light system and inhibits photosynthesis.At the same time,the performance index based onabsorption of light energy decreased,the actual photochemical efficiency weakened,the distribution mode of PSexcitationenergy changed,and the plant leaves adapted to the stress environment brought by continuous cropping by increasing heatdissipation and consuming too much excitation energy.Under continuous cropping conditions,the dynamic balance betweenprotective enzyme system and reactive oxygen species in leaves ofMalus hupehensisRehd.seedlings was broken,whichaggravated the degree of lipid membrane peroxidation and aggravated the damage to leaves.K Ke ey y w wo or rd ds scontinuous cropping;Malus hupehensisRehd.;seedlings;PS;reactive oxygen species;protectiveenzymes13吕毅：连作对平邑甜茶幼苗叶片光系统、活性氧及抗氧化酶活性的影响我国苹果生产占世界总量的1/2，居世界首位1。连作障碍是制约苹果产业可持续发展的瓶颈，世界各地苹果产区均存在连作障碍，表现为根尖坏死、树体矮小、生长势弱、果实色泽变劣、硬度增加、可溶性糖含量降低、可滴定酸含量增加、风味变淡，产量降低等2-4。叶片光合作用是植物物质积累的重要过程，是影响苹果产量及品质的关键因素之一5，明确连作对苹果植株光合性能影响的作用机理至关重要。快速叶绿素荧光诱导动力学是研究光合原初反应的无损伤探针，能够反映胁迫条件下植物光合机构防御机制的受害程度和抗逆性，并且应用于多个研究方面6-7。如在土壤氮含量较低时相同物种之间会出现营养胁迫现象，具体表现为初级醌受体（QA）快速减少，光系统（PS）供体位点的能力降低和以吸收光能为基础的性能指数（PLABS）降低8。尹赜鹏等9研究表明，盐胁迫会导致 PS电子供体侧放氧复合体（OEC）的活性降低及 PS电子受体侧电子由初级醌受体 QA向次级醌受体 QB的传递过程受阻。在环境物理因素方面，强光会造成植物叶片光系统功能的抑制。水分状况对光合系统也有影响，如长期淹水胁迫会导致紫丁香幼苗有活性PS反应中心数量降低，叶片 PS电子受体侧由QA向 QB的传递受阻，QA被过度还原，QA-大量积累，导致紫丁香幼苗叶片 PS发生明显的光抑制。研究表明，连作条件下苹果叶片光合效率显著下降。植株光合能力的强弱可以反映在多种参数的改变上，其中，利用叶绿素荧光动力学可以细致深入地分析植物叶片光合系统特别是 PS的原始光化学反应。有研究表明，PS是光抑制的主要位点，高温胁迫会对细胞质膜和光合电子传递链造成伤害，造成光抑制，甚至光破坏；光是植物光合作用的启动因子和能量来源，当叶片吸收的光能不能及时转化成化学能时，容易导致活性氧的产生，对光系统造成氧化破坏，抑制光合作用。有关连作对苹果叶片光合作用、植株生长及果实产量品质的研究已有报道，但对连作条件下光合作用复杂的调节过程尚不完全了解。本试验探讨了连作条件下平邑甜茶幼苗叶片光系统响应机制，叶片活性氧含量及抗氧化系统等生理指标，为苹果连作障碍问题的认识及深入研究提供依据。1材料与方法1.1试验地点和材料试验于 2019 年在山东农业大学园艺科学与工程学院南校区试验站进行。供试材料为平邑甜茶（Malus hupehensisRehd.）幼苗，选取长势一致的 6片真叶幼苗，移栽至装有 7.0 kg 苹果连作土的泥瓦盆（外径 29 cm，内径 25 cm，深 20 cm）中。试验所用重茬土取自泰安市岱岳区夏张镇王小庄村 25 年生苹果园，棕壤土，有机质含量 5.94g/kg，速效磷含量 95.68 mg/kg，速效钾含量 41.33mg/kg，铵态氮含量 2.46 mg/kg，硝态氮含量 12.77mg/kg，pH 值 6.17。收集距树干 1 m、深 540 cm 范围内的连作土壤，多点取样混匀使用。邻近 25 年生苹果园选取麦田园土壤作正茬土，棕壤土，有机质含量 9.60 g/kg，速效磷含量 48.00 mg/kg，速效钾含量 54.12 mg/kg，铵态氮含量 3.80 mg/kg，硝态氮含量 8.17 mg/kg，pH 值 6.38，多点取样混匀使用。1.2试验方法试验设 3 个处理：重茬土种植幼苗；对照1，重茬土用棉隆熏蒸10后种植幼苗；对照 2，正茬土种植幼苗。每个处理15盆，每盆定植幼苗2 株。78 月进行相关指标测定，3 个生物学重复。（1）气体交换参数的测定。采用 CIRAS-3 便携式光合仪（PP System，英国）于 8 月 14 日（晴天，无风）9：0011：00 选取 3 株长势一致的植株，选健康功能叶（自上向下第 35 片展开叶）测定其净光合速率（Pn）、气孔导度（Gs）、胞间CO2浓度（Ci）、蒸腾速率（Tr）等光合参数。（2）叶绿素荧光参数的测定。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，获得相关参数。采用便携脉冲调制式荧光仪（FMS-2，Hansatech，英国）测定并获取相关参数。（3）生理指标测定。按照 Wang 等11方法提取叶片超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）、过氧化氢酶（CAT）和抗坏血酸过氧化物酶（APX），并测定其活性；丙二醛（MDA）含量采用硫代巴比妥酸法12测定；采用 Bai 等13方法利用紫外分光光度计测定 H2O2含量；采用羟胺反应法测定超氧阴离子产生速率14；采用 Irigoyen 等15方法测定叶片可溶性糖含量；采用酸性茚三酮显色法测定脯氨酸含量12；叶绿素含量采用乙醇浸提法测定12；用直尺、游标卡尺和电子秤分别测定幼苗株高、地径、干鲜重。14吕毅：连作对平邑甜茶幼苗叶片光系统、活性氧及抗氧化酶活性的影响1.3数据整理采用 Microsoft Excel 2003 进行数据整理，SPSS19.0 软件进行方差和显著性检测分析。2结果与分析2.1连作对平邑甜茶幼苗生物量的影响由表 1 可知，与对照 1、对照 2 相比，连作的平邑甜茶幼苗（即重茬土处理，下同）株高、地径、干鲜重均显著降低。与对照 2 相比，连作的平邑甜茶幼苗株高、地径、地上鲜重、地下鲜重、地上干重、地下干重分别减少了 46.3%、37.0%、62.