根系分区交替滴灌周期对番茄叶绿素荧光动力学参数的影响

卢江海等

摘要：在温室滴灌条件下，利用叶绿素荧光仪研究了交替滴灌周期对番茄叶绿素荧光动力学参数的影响。结果表明，Fo随着灌水量的减少呈上升趋势，同种灌水量条件下，3种交替周期处理的Fo大小呈现6 d>18 d>12 d的趋势。Fm、Fv随着灌水量的减少而变小，同种灌水量条件下，12 d交替周期处理的Fm和Fv最大。Fv/Fm与Fv/Fo具有相同的趋势，在水分胁迫条件下比值显著降低，同种灌水量条件下都是12 d交替周期处理的比值最大。表明适宜的交替周期能减少对番茄PSⅡ的伤害，减轻水分胁迫对PSⅡ反应中心的电子传递的影响，从而达到节水不减产的效果。

关键词：番茄；根系分区交替滴灌；交替周期；叶绿素荧光动力学参数

中图分类号： S641.207文献标志码： A文章编号：1002-1302（2015）02-0150-03

收稿日期：2014-09-22

作者简介：卢江海（1988—），男，江西宜春人，硕士，助理工程师，从事农村水利研究。 E-mail：787445225@qq.com。

通信作者：李洪任，硕士，高级工程师，从事农村水利研究。叶绿素荧光动力学是以光合作用理论为基础，利用体内叶绿素a荧光，快速、灵敏、无损伤地研究和探测各种逆境对植物光合生理影响的理想方法。近年来，随着叶绿素荧光理论和测定技术的进步，对植物体内叶绿素荧光动力学的研究已经比较成熟，并在强光、高温、低温、干旱等逆境条件研究中得到广泛应用[1-2]。水分是植物生长发育的必要条件之一，植物体内叶绿素荧光动力学对植物水分亏缺十分敏感，有关水分胁迫对叶绿素荧光动力学参数的影响已有广泛研究报道[3-4]，但关于根系分区交替滴灌的研究较少。根系分区交替滴灌（alternate partial root-zone drip irrigation，简称APRDI），是利用作物遗传和生态生理特性以及干旱胁迫信号（ABA）的响应机制，通过水分调控，以达到节水高效、高产优质和提高水分利用效率目的的控制灌溉技术。因此，本研究以温室番茄为对象，研究根系分区交替滴灌下不同的交替周期对番茄叶绿素荧光参数的影响，以期为根系分区交替滴灌最优模式的分析和确定提供理论依据。

1材料与方法

1.1试验实施

试验于2013年2月至2014年8月在位于江苏省南京市江宁经济技术开发区的河海大学节水园区连栋玻璃温室内进行。试验土壤为原始土壤耕作层，属于人为土壤后熟土，质地为黏壤土，全氮含量0.612 g/kg，全磷含量10.289 mg/kg，速效磷含量2.927 mg/kg，速效氮含量88.810 mg/kg。番茄品种为金美来，于2013年2月22日在温室中覆膜育苗，每隔3 d用喷壶补充水分。4月2日移植。每小区种植1行，行距75 cm，株距50 cm，种植密度为 3万株/hm2。小区长10 m、宽0.75 m。在番茄全生育期进行施肥以满足番茄的生长需求，分别于4月2日施加复合肥（N、P2O5、K2O的含量均为15%）2.5 kg，6月3日施尿素（全氮含量46%）各2.8 kg。

采用滴灌技术，在滴灌系统支管前分别安装压力表和水表，毛管上布设压力补偿内镶式滴灌管（内径16 mm），流量16 L/h，滴头间距50 cm，滴灌管采用分支控制法，在每个毛管前加装阀门，灌水量由首部的水表控制。系统安装时将毛管铺设在距植株15 cm处进行灌溉。温室内设置水面蒸发计量设备，采用水面蒸发法计算植株腾发量，并根据腾发量确定灌水量。每隔3 d观测1次水面变化，根据腾发量确定灌水量，通过阀门控制进行灌水，以实现根系分区交替滴灌。

1.2试验处理

试验区总面积约为63 m2，布置于温室内的蔬菜种植区。试验根据番茄生长规律，将番茄生育期划分为4个阶段，分别为苗期、开花坐果期、结果盛期、结果后期。试验的灌水方式为根系分区交替滴灌，灌水量分别为100% ET0、75% ET0、50% ET0。试验共设9个处理，1个对照，每个处理6个重复，对照（AB）灌水方式为传统的畦灌，每3 d灌水1次，灌水量为100%ET0。ET0为参考作物蒸发蒸腾量，根据每次灌水前的植株腾发量确定。试验期间温室内设置水面蒸发计量设备，采用水面蒸发法计算植株腾发量。番茄APRDI下不同交替周期处理设计见表1。

1.3观测项目

在番茄4个生育阶段内选择典型时期、典型时段（于09：00—10：00晴朗无云天气）使用便携式叶绿素荧光仪OS5-FL（Opti-Sciences，Tyngsboro，MA，USA）测定各处理健康生长的第3片完全展开叶，打顶后为顶叶的初始荧光、最大荧光和可变荧光等指标。

2结果与分析

2.1APRDI下交替周期对番茄固定荧光（Fo）的影响

统Ⅱ（PSⅡ）反应中心处于完全开放时的荧光产量，Fo的大小直接可以反映外界不利因素对植物的叶片光系统造成的永久性伤害（图1）。从总体上来看，Fo随着灌水量减少呈上升趋势，表现为50%ET0处理>75%ET0处理>100%ET0处理>对照。从4个生育阶段看，50%ET0的3种交替周期处理与对照差异显著，75%ET0处理中A2B2与对照显著性差异次数最少，100%ET0处理中A3B2与对照显著性差异次数最少。每种灌水量条件下的3种交替周期处理之间Fo大小呈现6 d>18 d>12 d 的趋势，其中A1B1处理的Fo在所有处理中最大，对照则最小，不同处理在番茄生长4个时期内呈现出同样规律。表明在合理控水范围内，适宜的交替周期可以减少对番茄PSⅡ的伤害。

2.2APRDI下交替周期对番茄最大荧光（Fm）的影响

Fm为最大荧光，是PSⅡ反应中心处于完全关闭时的荧光产量，反映了通过PSⅡ反应中心的电子传递情况。从图2可以看出，Fm与Fo二者变化趋势相反，Fm随着灌水量的减少而变小，同种灌水处理中都是12 d交替周期处理的Fm最大，从4个生育期来看，12 d交替周期处理与对照出现显著性差异的次数最少，100%ET0处理A3B2的Fo比对照提高。表明在合理的控水范围内选择适宜的交替周期，可以减轻水分胁迫对PSⅡ反应中心电子传递的影响，与正常灌溉比较，在不减少灌水的情况下合理的交替滴灌周期可以提高PSⅡ反应中心的电子传递。endprint

2.3APRDI下交替周期对番茄可变荧光（Fv）的影响

可变荧光（Fv=Fm-Fo）与PSⅡ原初电子受体的氧化还原状态有关，反映了PSⅡ活性的变化。通过对Fv研究发现，Fv与Fo、Fm之间均存在显著的高度正相关。Fv与Fm的相关性（r=0.970）远大于Fv与Fo的相关性（r=0.525）（图3）。Fv的变化趋势基本与Fm的一致，总体趋势上看Fv随着灌水量的减少而减少，不同处理Fv对水分处理的敏感程度明显要大于Fm。同种灌水处理下也都是12 d交替周期处理的Fv值最大，从4个生育阶段来看，12 d交替周期处理与对照的显著性差异次数最少，100%ET0处理A3B2的Fv比对照提高。表明在合理的控水范围内进行适宜的交替周期，可以在一定程度上降低对PSⅡ反应中心的电子传递的影响，可把水分亏缺对植物代谢和光合的影响降到最低。

2.4APRDI下交替周期对番茄PSⅡ活性变化的影响

Fv/Fo可代表光系统Ⅱ（PSⅡ）潜在活性，50%ET0的3种交替周期处理在4个生育期内都与对照差异显著，Fv/Fo

随着灌水量的减少显著降低，50%ET0灌水量影响了电子的传递过程。在4个生育阶段内，75%ET0和100%ET0灌水量处理都是12 d交替周期处理与对照差异显著次数最少，同种灌水量下都是12 d交替周期处理的值最大（表2）。Fv/Fm是最大光化学量子产量，从Fv/Fm可以看出光能转换效率的高低，外界环境对植物生长不利的情况下，Fv/Fm会明显下降，植物的光合会受抑制（表3）。Fv/Fm出现了与Fv/Fo相同的趋势，在水分胁迫下比值显著降低，50%ET0灌水量处理与对照差异显著，Fv/Fm值明显降低。同种灌水量下都是12 d的交替周期处理的比值最大，在75%ET0和100%ET0灌水处理中与对照出现显著性差异的次数最少。说明过度的水分亏缺和不适的交替周期都会影响到PSⅡ反应中心的电子传递，降低光化学反应活性，最终影响到作物的光合速率。

3结论与讨论

试验研究了根系分区交替滴灌对生理指标叶绿素荧光动力学参数的作用，不同交替周期对番茄叶绿素荧光动力学参数影响不同。研究结果表明，从总体上来看，Fo随着灌水量的减少呈上升趋势 同种灌水量下的3种交替周期处理之间Fo大小呈现6 d>18 d>12 d的趋势。Fm随着灌水量的减少而降低，同种灌水量下都是12d交替周期处理的Fm最大。

Fv的变化趋势基本与Fm一致，总体趋势上看，Fv随着灌水量的减少而减少，不同处理Fv对水分处理的敏感程度明显要大于Fm。Fv/Fm与Fv/Fo具有相同的趋势，在水分胁迫下比值显著降低，同种灌水量下都是12 d交替周期处理的比值最大。

在合理的控水范围内，选择适宜的交替滴灌周期可以减少对番茄PSⅡ的伤害，减轻水分胁迫对PSⅡ反应中心的电子传递的影响，从而把水分亏缺对植物代谢和光合作用影响降到最低，达到节水不减产的效果。与正常灌溉比较，在不减少灌水的情况下，适宜的交替滴灌周期可以提高PSⅡ反应中心的电子传递，提高光化学反应活性和作物的光合速率。

参考文献：

[1]邢文刚，俞双恩，安文钰，等. 鲁北盐渍土区棉花微咸水滴灌技术研究[J]. 河海大学学报：自然科学版，2003，31（2）：140-143.

[2]华春莉，邢文刚，邵光成. 时空亏缺滴灌对青椒叶绿素荧光动力学参数影响的试验研究[J]. 节水灌溉，2011（4）：1-3.

[3]卢江海，邢文刚，华春莉. 时空亏缺滴灌对番茄产量品质及水分利用效率的影响[J]. 节水灌溉，2013（8）：28-31.

[4]张守仁. 叶绿素荧光动力学参数的意义及讨论[J]. 植物学通报，1999，16（4）：444-448.

吴红艳，冯敏，王志学，等. 秸秆还田对辣椒根系活力和植株不同部位硅含量的影响[J]. 江苏农业科学，2015，43（2）：153-155.endprint