摘要：以多頭菊品種“金背大紅”幼苗為試材，在大型人工氣候室中設(shè)置日最低氣溫/最高氣溫分別為25℃/35℃、30℃/40℃，處理3、6、9、12d，晝夜分別恒溫處理12h，并于處理后在20℃/30℃下恢復(fù)5、10、15d，以20℃/30℃為對照處理(CK)，測定不同處理下菊花幼苗葉片的光合參數(shù)及光合色素含量，以期揭示高溫脅迫及恢復(fù)對設(shè)施菊花葉片光合特性、光合色素含量的影響。結(jié)果表明：在日最高溫度35℃以上，隨著溫度升高和脅迫時(shí)間增加，菊花葉片光飽和點(diǎn)(LSP)、表觀量子效率(AQE)、凈光合速率(Pn)、氣孔導(dǎo)度(Gs)、蒸騰速率(Tr)、氣孔限制值(Ls)、水分利用率(WUE)、葉綠素含量、類胡蘿卜素含量均有所降低，日最高氣溫為40℃時(shí)各參數(shù)分別比CK降低了56.42%、41.22%、78.54%、90.33%、54.55%、31.29%、54.09%、42.44%、40.26%，恢復(fù)后，各項(xiàng)指標(biāo)有不同程度增加，但趨于穩(wěn)定后仍無法恢復(fù)到CK水平，恢復(fù)15d時(shí)，各參數(shù)分別比CK低47.04%、35.88%、50.56%、76.52%、33.84%、19.45%、32.75%、23.90%、23.07%。研究表明，高溫脅迫嚴(yán)重抑制了菊花幼苗的生長，對菊花幼苗光系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能造成了不可逆的傷害。

　　關(guān)鍵詞：高溫脅迫;菊花;光合特性;光合色素含量

　　菊花(chrysanthemum)是古今名花，但是切花菊卻是這個(gè)傳統(tǒng)名花中的新分支。雖然目前國內(nèi)具有一定生產(chǎn)規(guī)模，但是仍舊沒有形成質(zhì)量穩(wěn)定、品種優(yōu)良的產(chǎn)業(yè)能力。品種基本靠進(jìn)口、產(chǎn)品質(zhì)量基本靠天氣的局面沒有根本改變，主要表現(xiàn)在基因資源、高技術(shù)育種和現(xiàn)代集約栽培技術(shù)等方面[1]，日本是我國切花菊的主要目標(biāo)市場，在8—9月出現(xiàn)消費(fèi)高峰，每月消費(fèi)量為9000萬至1億枝左右，但夏季高溫使切花菊的產(chǎn)量、質(zhì)量及其經(jīng)濟(jì)效益大大降低[2]，因此加強(qiáng)高溫下菊花的光合作用特點(diǎn)及其機(jī)理研究對菊花的周年工廠化生產(chǎn)與抗熱品種培育均具有重要意義。

　　光合作用是植物將光能轉(zhuǎn)換為可用于生命過程的化學(xué)能并進(jìn)行有機(jī)物合成的生物過程[3]。已有的研究表明，光合作用下降與葉片的胞間CO2濃度(Ci)、氣孔導(dǎo)度(Gs)、氣孔限制值(Ls)等密切相關(guān)[4]。高溫條件下葉片氣孔逐漸關(guān)閉，氣孔導(dǎo)度降低，導(dǎo)致凈光合速率減小[5]。

　　趙和麗等[6]發(fā)現(xiàn)，在日最高溫度32～41℃范圍內(nèi)，隨著溫度升高，植物光飽和點(diǎn)(LSP)、表觀量子效率(AQE)、最大凈光合速率(Pnmax)、最大光化學(xué)效率(Fv/Fm)、光合性能指數(shù)(PIabs)、綜合性能指數(shù)(PItotal)、用于電子傳遞的量子產(chǎn)額(φEo)、用于還原PSI受體側(cè)末端電子受體的量子產(chǎn)額(φRo)、用于電子傳遞的光能(ETo/CSm)和有活性的反應(yīng)中心數(shù)量(RC/CSm)均有所降低，主要是由于高溫脅迫破壞了植物幼苗光系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能。

　　張富存等[7]研究表明，在30～36℃范圍內(nèi)，隨著溫度升高，葉片最大凈光合速率(Pnmax)、氣孔導(dǎo)度(Gs)、蒸騰速率(Tr)、胞間CO2濃度(Ci)等有所降低，葉片光合速率與光合有效輻射(PAR)、氣孔導(dǎo)度(Gs)、蒸騰速率(Tr)等參數(shù)呈極顯著正相關(guān)(P<0.01)，而與溫度呈顯著負(fù)相關(guān)。葉綠素是綠色植物進(jìn)行光合作用的主要場所[8]，而光合色素含量的多少可以用來反映植物光合能力的強(qiáng)弱[9]，有研究表明，高溫處理后植物葉綠素含量下降顯著，且溫度越高，下降幅度越大，表明高溫促進(jìn)了植物的衰老[10]。

　　目前國內(nèi)外關(guān)于高溫脅迫及處理天數(shù)對多頭菊光合特性、光合色素的影響機(jī)理方面鮮有報(bào)道，研究高溫對設(shè)施菊花光合特性及光合色素含量的影響是揭示高溫危害機(jī)理和確定設(shè)施菊花災(zāi)害指標(biāo)的前提，對設(shè)施環(huán)境優(yōu)化調(diào)控及高溫災(zāi)害防御具有重要意義[11]。為此，該研究以多頭菊品種“金 背大紅”為材料，設(shè)置不同的高溫水平和持續(xù)時(shí)間，研究菊花光合作用對高溫脅迫及恢復(fù)的響應(yīng)，以期了解高溫脅迫對設(shè)施菊花的傷害機(jī)理，為設(shè)施菊花的越夏生產(chǎn)及耐熱性研究提供參考依據(jù)。

　　1材料與方法

　　1.1試驗(yàn)地概況

　　試驗(yàn)于2019年6—8月在南京信息工程大學(xué)農(nóng)業(yè)氣象實(shí)驗(yàn)站人工智能玻璃溫室(Venlo型)內(nèi)進(jìn)行，該試驗(yàn)地位于東經(jīng)118°51′、北緯32°03′，處于長江以北地區(qū)，海拔約22m，屬亞熱帶季風(fēng)氣候，多年平均降水量約為1100mm，多年平均氣溫約為15.6℃。溫室呈南北走向，長30.0m，寬9.6m，頂高5.0m，肩高4.5m。

　　1.2試驗(yàn)材料

　　供試菊花品種為“金背大紅”。

　　1.3試驗(yàn)方法

　　于6月6日在溫室內(nèi)的苗床上開始育苗，土壤質(zhì)地為中壤土，當(dāng)苗長至三葉一心或四葉一心時(shí)，將菊花苗定植到規(guī)格為12.0cm(高)×21.0cm(上口徑)×11.5cm(底徑)的花盆中，盆栽土壤pH6.7，土壤中有機(jī)碳、氮、速效磷、速效鉀含量分別為11500、1185、28.7、94.6mg·kg-1，每盆種植1株，花盆底部放置塑料托盤以防重力水下滲。

　　放置于陰涼通風(fēng)處緩苗1周左右，期間每天18：00給菊花苗澆灑適量水，試驗(yàn)設(shè)計(jì)為溫度控制試驗(yàn)，溫度設(shè)置2個(gè)水平(夜溫/晝溫)，為25℃/35℃、30℃/40℃，晝夜分別恒溫處理12h，相對濕度設(shè)置為60%±5%，以溫度20℃/30℃、相對濕度60%±5%環(huán)境下處理的菊花幼苗為對照組(CK)，試驗(yàn)設(shè)計(jì)見表1，試驗(yàn)期內(nèi)設(shè)置光周期為12h(06：00—18：00)，期間每個(gè)處理組光合有效輻射(PAR)均設(shè)定為800μmol·m-2·s-1。同時(shí)采用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的方法模擬夏季南京地區(qū)玻璃溫室內(nèi)的氣溫日變化[12]，并以此作為人工氣候箱逐時(shí)氣溫的設(shè)置依據(jù)。

　　每個(gè)處理組均分別處理3、6、9、12d，各處理結(jié)束后再分別恢復(fù)5、10、15d。處理前調(diào)節(jié)校準(zhǔn)步入式人工氣候箱(CON-VIRONBDW40)溫度、濕度及光照強(qiáng)度，在試驗(yàn)開始的第1天06：00，選取生長發(fā)育較好、長勢相近、形態(tài)差異較小的菊花苗，放入步入式人工氣候箱內(nèi)進(jìn)行高溫處理，每處理3次重復(fù)，共12盆，花盆用地膜覆蓋防止土面蒸發(fā)，處理試驗(yàn)期間每天18：00向各盆菊花苗中澆灑等量清水，使土壤水分及養(yǎng)分含量保持在正常水平范圍內(nèi)。

　　1.4項(xiàng)目測定

　　1.4.1光合參數(shù)的測定

　　利用便攜式光合作用測定系統(tǒng)LI-6400(LI-CORBiosciencesInc.，USA)于每次測定當(dāng)天09：00—11：00對菊花葉片進(jìn)行光合參數(shù)測定，每個(gè)處理選取3株，每株選取從上至下的第3～5片健康無病蟲害的向陽功能葉作為測定葉片，測定的葉面積為6cm2，測定時(shí)LI-6400光合儀的光合有效輻射(PAR)設(shè)定為0、50、100、200、300、400、600、800、1000、1200、1400、1600、1800、2000μmol·m-2·s-1，每次測定前采用2000μmol·m-2·s-1光合有效輻射對待測葉片進(jìn)行光適應(yīng)20min，葉室溫度為25℃，二氧化碳濃度為400μmol·m-2·s-1，測定不同光合有效輻射對應(yīng)的凈光合速率(Pn)，并將其繪制成光響應(yīng)曲線，應(yīng)用光響應(yīng)曲線模型對曲線進(jìn)行擬合，得到不同高溫環(huán)境下光飽和點(diǎn)(LSP)、光補(bǔ)償點(diǎn)(LCP)、表觀量子效率(AQE)以及最大凈光合速率(Pnmax)。

　　另外，通過人工控制LI-6400光合儀的光合有效輻射為1200μmol·m-2·s-1，測定菊花葉片的凈光合速率(Pn)、氣孔導(dǎo)度(Gs)、胞間CO2濃度(Ci)、大氣CO2濃度(Ca)、蒸騰速率(Tr)，并利用公式WUE=Pn/Tr計(jì)算水分利用率(WUE)，利用公式Ls=1-Ci/Ca計(jì)算氣孔限制值(Ls)，測定時(shí)每個(gè)處理選取3株，每株選取3片葉片進(jìn)行測定，以其平均值作為最終結(jié)果。

　　2結(jié)果與分析

　　2.1高溫脅迫對菊花幼苗葉片光合參數(shù)的影響

　　從溫度處理來看，光飽和點(diǎn)為CK>35℃>40℃，CK處理下的光飽和點(diǎn)(LSP)、表觀量子效率(AQE)以及最大凈光合速率(Pnmax)均為最大值，而其光補(bǔ)償點(diǎn)(LCP)為所有處理中的最小值。

　　2個(gè)高溫處理中，35℃處理下的光飽和點(diǎn)(LSP)、表觀量子效率(AQE)以及最大凈光合速率(Pnmax)均顯著低于CK且高于40℃處理，分別較CK降低了51.22%、39.69%、61.15%，分別較40℃處理高出11.93%、2.60%、77.12%，說明高溫處理極大降低了葉片光合速率，且溫度越高，對葉片的傷害越大。從處理天數(shù)來看，高溫脅迫處理3、6、9、12d的菊花苗期葉片光飽和點(diǎn)(LSP)、表觀量子效率(AQE)以及最大凈光合速率(Pnmax)均依次降低，相較于CK，光飽和點(diǎn)依次降低43.26%、49.25%、62.33%、67.37%，表觀量子效率依次降低40.46%、45.04%、53.43%、60.30%，最大凈光合速率依次降低55.26%、62.95%、77.20%、82.96%，從Duncan檢驗(yàn)結(jié)果來看，各處理與CK差異顯著(P<0.05)，說明高溫脅迫處理時(shí)期越長，菊花苗期葉片受到的高溫傷害越大，致使葉片的光合速率不斷降低。

　　3討論與結(jié)論

　　光合作用是植物積蓄能量和形成有機(jī)物的過程，作為農(nóng)業(yè)和林業(yè)生產(chǎn)的核心，其研究在理論上和生產(chǎn)實(shí)踐上都具有重大的意義[14]。而植物的光合作用對環(huán)境變化較為敏感[15]。該研究表明，高溫脅迫下，菊花葉片的光飽和點(diǎn)(LSP)、表觀量子效率(AQE)以及最大凈光合速率(Pnmax)均顯著降低，這與XIAO等[16]的研究結(jié)果相符。以往的研究發(fā)現(xiàn)，逆境脅迫下植物葉片光合反應(yīng)速率降低的原因主要包括2點(diǎn)：一是由于部分氣孔關(guān)閉而導(dǎo)致的氣孔限制，二是光合反應(yīng)位點(diǎn)同化能力下降所引起的非氣孔限制[17]。當(dāng)氣孔限制和非氣孔限制同時(shí)存在時(shí)，判定依據(jù)主要是Ci、Gs和Ls的變化方向[18]。

　　氣孔限制通常導(dǎo)致Ci降低、Ls升高，而非氣孔限制一般引起Ci增高、Ls降低[19]。該研究表明，隨著溫度的增加，菊花葉片的Gs、Ls均有不同程度的下降，但Ci有所升高，說明引起菊花葉片光合速率下降的主導(dǎo)因素為非氣孔限制，這與孫憲芝等[20]的研究結(jié)果一致，但楊世瓊等[21]認(rèn)為，高溫脅迫對光合作用的抑制作用是由氣孔限制因素引起的，這可能與高溫梯度的設(shè)置不同有關(guān)。從不同處理天數(shù)來看，6、9、12d處理下菊花葉片的Pn、Gs、Ls均有所下降，而Ci顯著升高，說明高溫脅迫時(shí)間對光合作用產(chǎn)生的抑制作用主要是由非氣孔限制因素引起的，這與張燕紅等[22]的研究結(jié)論一致。有研究表明，在逆境脅迫下，Pn、Gs均下降，Ci上升，表明Pn主要受非氣孔限制。

　　隨著脅迫時(shí)間延長和程度加強(qiáng)，Pn、Tr下降越顯著[20]。張大龍等[23]認(rèn)為，溫度對蒸騰的單因素效應(yīng)為一次函數(shù)，即雖然氣孔導(dǎo)度下降，但由于水汽壓驅(qū)動(dòng)力一直增加，所以蒸騰速率仍然會(huì)升高，在該研究中，隨著溫度升高及處理時(shí)間增加，菊花葉片的Pn、Tr均有不同程度的減小，與張大龍等[23]的研究結(jié)論不符，這可能是由于空氣濕度不同導(dǎo)致。

　　從恢復(fù)情況來看，隨著恢復(fù)天數(shù)的增加，菊花葉片的LSP、AQE、Pn、Gs、Tr等指標(biāo)均有不同程度增加，但無法恢復(fù)到CK水平，各指標(biāo)與CK仍具有顯著差異(P>0.05)，這說明高溫脅迫對菊花葉片造成了不可逆的損害，韓瑋等[24]研究表明，高溫脅迫3d的處理組在恢復(fù)階段葉片Pn、Gs、Tr快速上升并高于對照水平，而6d處理組在恢復(fù)階段葉片Pn、Gs、Tr雖也呈現(xiàn)上升趨勢，但始終低于對照，這是由于3d的短期高溫脅迫可能觸發(fā)了小白菜的某些防御應(yīng)答機(jī)制，使光合速率出現(xiàn)超補(bǔ)償，有利于植株的快速恢復(fù)，說明3d短期的高溫脅迫不足以對光合系統(tǒng)造成不可恢復(fù)性的影響。

　　園藝師論文投稿刊物：中國花卉盆景主要報(bào)道中國重大環(huán)境問題的最新研究成果，包括環(huán)境物理、環(huán)境化學(xué)、環(huán)境生態(tài)、環(huán)境地學(xué)、環(huán)境醫(yī)學(xué)、環(huán)境工程、環(huán)境法、環(huán)境管理、環(huán)境規(guī)劃、環(huán)境評(píng)價(jià)、監(jiān)測與分析。兼顧基礎(chǔ)理論研究與實(shí)用性成果，重點(diǎn)報(bào)道國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目、國家重大科技攻關(guān)項(xiàng)目以及各省部委的重點(diǎn)項(xiàng)目的新成果。

　　而6d長期高溫脅迫則會(huì)對小白菜造成不可逆的損害，與該研究結(jié)論不完全一致，可能是由于植物品種不同。瞬時(shí)水分利用效率(WUE)通常指葉片蒸騰消耗單位質(zhì)量水分時(shí)同化的CO2量[25]，該試驗(yàn)中采用菊花葉片瞬時(shí)凈光合速率與其蒸騰速率的比值來表示水分利用率。有研究表明在適度高溫或干旱脅迫下，WUE會(huì)顯著升高，而重度高溫或干旱脅迫下，WUE下降[26-27]。

　　該研究結(jié)果與后者相符，在高溫脅迫處理下，菊花葉片的WUE顯著下降，且溫度越高、處理天數(shù)越長，WUE越低，可能是由于高溫下的光合作用受到氣孔導(dǎo)度降低、衰老加速、光系統(tǒng)受損或源庫關(guān)系改變的限制[28-29]，導(dǎo)致凈光合速率下降，同時(shí)由于氣孔導(dǎo)度的限制，導(dǎo)致葉片的蒸騰速率也有所下降，而二者比值即WUE也呈下降趨勢，說明高溫對葉片損傷程度更大，屬于重度高溫脅迫。

　　參考文獻(xiàn)

　　[1]曉白，薛建平，房偉民.菊花：產(chǎn)業(yè)蓄勢待發(fā)[J].中國花卉園藝，2013(23)：28-29.

　　[2]CHENL.Japanmarketinginvestigationandanalysisoncutflowerofchrysanthemumspray[J].AgricultureEngineeringTechnology，GreenhouseHorticulture，2005(3)：17-21.

　　[3]葉子飄.光合作用對光和CO2響應(yīng)模型的研究進(jìn)展[J].植物生態(tài)學(xué)報(bào)，2010，34(6)：727-740.

　　[4]麻雪艷，周廣勝.夏玉米葉片氣體交換參數(shù)對干旱過程的響應(yīng)[J].生態(tài)學(xué)報(bào)，2018，38(7)：2372-2383.

　　[5]HAMERLYNCKE，KNAPPAK.Photosyntheticandstomatalresponsestohightemperatureandlightintwooaksatthewesternlimitoftheirrange[J].TreePhysiology，1996，16(6)：557-565.

　　作者：張?jiān)催_(dá)1，楊再強(qiáng)1，2，陸思宇1，楊立1，鄭涵1