成都地区避雨栽培葡萄苗期光合特性及耐弱光性分析

王 沛， 王 进， 刘 芳， 吕秀兰， 梁 东， 赵小岩， 黄 鸿， 罗元佑， 杨苏勉

(1.四川农业大学，四川成都 611130； 2.乐山师范学院，四川乐山 614000)

葡萄属于葡萄科葡萄属，落叶藤本植物，浆果类水果，我国是葡萄生产大国之一。成都地区降水较多，因此成都地区葡萄栽培多为避雨设施栽培。成都地区气候环境特点是云雾多，光照较少，避雨栽培的棚膜覆盖加之成都地区光照较少的气候特点造成葡萄生长在一个弱光环境，而葡萄的生长与光合作用直接相关，叶片光合能力直接影响到葡萄浆果品质和产量的形成，光合作用生成的有机化合物不仅为葡萄浆果发育提供能量，也是其用以建造自身躯体的原料。如果葡萄不能够适应成都地区的弱光环境将直接影响其生长及浆果品质和产量的形成。弱光是成都地区葡萄栽培所面临的重要问题之一，研究适宜成都地区栽培的耐弱光品种尤为重要。

弱光会对植株的株高、叶面积、茎粗、节间长、比叶重等产生影响。叶绿素作为光合作用的载体，在光合作用中起着吸收、传递光能的作用，其含量高低直接影响植株光合作用的强弱。众多研究表明，弱光会影响植株的叶绿素含量。而光合特性和叶绿素荧光特性可以作为判断植物光合能力的重要依据。李瑛等在设施葡萄的耐弱光品种筛选中使用了光补偿点(LCP)、最大净光合速率()、表观量子效率(AQY)、暗呼吸速率()这4个光合指标对不同品种的耐弱光能力进行了评价，表明耐弱光品种具有、LCP低、AQY高的特点。娄玉穗等的研究中也使用了相同指标来评价耐弱光能力，结果表明LCP、越低、AQY 越高的品种，其耐弱光能力越强。姚子巍等在辣椒、桃等的研究上都采用了净光合速率() 、胞间CO浓度() 、气孔导度() 、蒸腾速率()这4个光合生理指标作为评判植株光合能力大小的依据。总的来说，弱光会对植物营养生长、光合特性、叶绿素含量、叶绿素荧光特性等方面产生不同量级的影响，要评判植物的耐弱光能力需要综合各方面的影响来综合评价。

本试验在四川农业大学现代研发基地进行，测定避雨栽培条件下 41个葡萄品种的光合特性和叶绿素荧光特性、生理特性、形态指标等，通过综合评价分析，对41个葡萄品种的耐弱光能力强弱进行排序，旨在为四川省成都地区葡萄的引种、优质栽培提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

试验园位于四川农业大学崇州现代农业研发基地，属四川盆地亚热带湿润季风气候，雨量充沛，日照偏少。年平均气温为15.9 ℃，最热月(7月)平均气温为25.0 ℃，最冷月(1月)平均气温为 5.4 ℃，温差为 19.6 ℃。年平均日照时数为 1 161.5 h，年平均降水量为1 012.4 mm，雨日和雨量均为夏多冬少。

1.2 试验材料

试验材料为四川农业大学崇州现代农业研发基地葡萄园内长势一致的一年生葡萄植株，41个葡萄品种分别为蜜光、金田美指、马瑟兰、超级女皇、阳光十三、丝路紫无核、卓越公主、早霞玫瑰、晨香、巨玫瑰、玉波8号、浪漫红颜、巨盛1号、夏黑、晶红宝、鲜葡3号、葡之梦、玉波1号、丝路红无核、沁香、丽红宝、无核翠宝、南太湖特早、阳光玫瑰、卓越玫瑰、早黑宝、紫地球、晚黑宝、中国红玫瑰、金手指、泽香、深红无核、秋红宝、红阳光、脆红宝、摩尔多瓦、玫香宝、玉波2号、卓越黑香蜜、东方之星、郑艳无核。在自然光照条件下避雨栽培，定植行株距为3.0 m×1.5 m，“Y”字整形，田间土肥水管理一致。

1.3 试验设计

试验于2021年5月中旬开始进行测定，选择晴天08：00—11：30 测定光合参数，于避光30 min后进行叶绿素荧光参数的测定。选择生长发育良好、生长势相同的葡萄植株3株，选取每株发育良好、无病虫害、生长势较好的 5～6 节位功能叶作为测定叶片测定光合，随后测量统计各葡萄品种的形态指标，上述测定统计均重复3次。

田间测定完成后，采集各品种的叶片鲜样(功能叶)，置于冰盒，带回实验室测定叶片叶绿素a和叶绿素b、总叶绿素的含量。综合各数据分析，参考李瑛等的耐弱光分级方法将41个品种进行耐弱光分级，共分为5个等级。运用TOPSIS法将41个品种耐弱光能力的强弱进行排序。

1.4 测定方法

1.4.1 光合参数测定方法 使用 TPS-2 光合仪于晴天08：30—11：30 测定叶片的净光合速率等光合参数，在测定时统一使用光合仪的 LED 固定光源作为光合作用的能量来源。光合有效辐射(PAR)值设置为 0、29、110、198、279、367、528、880、2 023 μmol/(m·s)，数值稳定后记录光合参数：净光合速率 、胞间CO浓度 、气孔导度 、蒸腾速率。每个品种随机选取 3 株树势中庸、健壮的葡萄树，从每株树上选择其功能叶进行测量(共测3次)，测定位置为叶片中部并避开叶片的主脉，测定光响应曲线。利用非直角双曲线模型求得光补偿点、光饱和点(LSP)、最大净光合速率、暗呼吸速率、表观量子效率等。

非直角双曲线方程为

(1)

式中：为净光合速率；为表观量子效率；为最大净光合速率；为光合有效辐射；为光响应曲线曲角；为暗呼吸速率。

1.4.2 叶绿素荧光参数的测定 使用 PAM2500便携式调制式荧光仪，测定叶片的叶绿素荧光参数，测定时用密闭式适配器，在测定之前使用暗适应夹将叶片暗适应 30 min，试验叶片选取及重复同“1.3”节。获取基本参数：初始荧光()、最大荧光()、最大光化学效率(/)、光系统Ⅱ的实际光合效率[(Ⅱ)]、非光化学猝灭(NPQ)、光化学猝灭()、表观光合电子传递效率(ETR)。

1.4.3 形态指标测定 每个品种随机选取3株统计及测量叶片数、功能叶(位于5～6节位)叶片面积、叶片鲜质量、新梢粗度、节间长度(选取相同节位)等叶形态指标。比叶重的测定方法：选取每个葡萄品种的功能叶片5～10张，运用叶面积仪测定叶片面积。比叶重为叶片面积与叶干质量或叶鲜质量的比，本试验中使用的是鲜质量。

1.4.4 叶绿素含量的测定 叶绿素含量的测定方法参照文献[26]，首先称取叶片0.1 g，剪去主脉后将其剪碎，置于含5 mL丙酮 ∶乙醇(体积比为 1 ∶1)混合溶液的带塞试管中暗中浸提72 h，提取液摇匀后分别在663、645 nm波长下测定吸光度()，根据叶绿素a含量=(12.7-2.69)×(/1 000)，叶绿素b含量=(22.9-4.68)×(/1 000)，总叶绿素含量=(20.2+8.02)×(1 000)分别计算出叶绿素a、叶绿素b、总叶绿素的含量。其中：表示测定波长下的吸光度；表示叶绿素提取液总体积，mL；表示材料鲜质量，g。

1.4.5 耐弱光分级标准 光补偿点表征的耐弱光分级标准如下：极耐弱光品种，LCP为0～10 μmol/(m·s)；耐弱光品种，LCP为10～30 μmol/(m·s)；较耐弱光品种，LCP为30～50 μmol/(m·s)；不耐弱光品种，LCP为50～100 μmol/(m·s)；极不耐弱光品种，LCP>100 μmol/(m·s)。

1.5 数据处理

试验数据采用Microsoft Excel 2019和Sigma Plot 12.5软件进行处理并绘制相关图表，使用SPSS 26.0软件进行Duncan’s多重比较分析和Pearson相关性分析，使用SPSSAU软件进行TOPSIS法综合分析。

2 结果与分析

运用Sigma Plot做光合响应曲线，使用SPSS对响应曲线进行拟合分析，获得各品种的光补偿点、光饱和点、最大净光合速率、暗呼吸速率、表观量子效率等参数。使用SPSS 26.0进行参数的Duncan多重比较分析和Pearson相关性分析。

2.1 不同葡萄品种的净光合速率对光合有效辐射的响应曲线

由图1可知，41个葡萄品种的净光合速率都随着光合有效辐射的增强而逐渐增加，在 PAR达到 1 000 μmol/(m·s) 之后逐渐趋于饱和，品种间的差异比较大。在相同PAR下，各品种的不同，以PAR为198 μmol/(m·s)时为例，净光合速率较大的葡萄品种为巨玫瑰、晶红宝、葡之梦等，高达9.73～12.97 μmol/(m·s)，中国红玫瑰、丽红宝、丝路紫无核等较低，为 1.73～2.76 μmol/(m·s)。

PAR为198 μmol/(m·s)时，不同葡萄品种的净光合速率由大到小的排序为巨玫瑰、晶红宝、葡之梦、紫地球、丝路红无核、巨盛1号、卓越玫瑰、蜜光、摩尔多瓦、早霞玫瑰、马瑟兰、玉波2号、金手指、秋红宝、无核翠宝、东方之星、脆红宝、早黑宝、郑艳无核、卓越公主、红阳光、夏黑、鲜葡3号、玫香宝、泽香、金田美指、阳光玫瑰、卓越黑香蜜、南太湖特早、深红无核、阳光十三、晨香、玉波1号、玉波8号、沁香、晚黑宝、超级女皇、浪漫红颜、丝路紫无核、丽红宝、中国红玫瑰。

2.2 不同葡萄品种的光合特性比较

根据净光合速率对光合有效辐射的响应曲线，应用SPSS软件进行拟合分析，利用非直角双曲线模型求得光补偿点、光饱和点、最大净光合速率、暗呼吸速率、表观量子效率(表1)。

表1 不同葡萄品种的光合特性比较

按照 LCP 从大到小排列依次为丽红宝、浪漫红颜、南太湖特早、晨香、阳光十三、沁香、玉波8号、卓越公主、红阳光、阳光玫瑰、夏黑、无核翠宝、早黑宝、玫香宝、鲜葡3号、秋红宝、玉波1号、卓越黑香蜜、脆红宝、郑艳无核、丝路紫无核、早霞玫瑰、深红无核、玉波2号、马瑟兰、摩尔多瓦、中国红玫瑰、紫地球、金田美指、巨盛1号、东方之星、晚黑宝、蜜光、超级女皇、巨玫瑰、泽香、金手指、丝路红无核、卓越玫瑰、晶红宝、葡之梦。这个顺序与 PAR在 198 μmol/(m·s) 条件下从大到小的排列顺序差异较大。巨玫瑰、晶红宝、葡之梦的PAR在 198 μmol/(m·s)条件下较大，而其LCP却很小。丽红宝、丝路紫无核、中国红玫瑰的PAR在 198 μmol/(m·s) 条件下较小，而其LCP却较大。

从表1可知，41个品种中，紫地球、早黑宝、秋红宝、早霞玫瑰、无核翠宝、巨盛1号、玉波2号、葡之梦、中国红玫瑰、夏黑、玫香宝、卓越玫瑰、摩尔多瓦、南太湖特早、脆红宝这几个品种的是比较高的，为25.085～30.598 μmol/(m·s)。中国红玫瑰的LSP最高，为901.844 μmol/(m·s)，其次是超级女皇、丽红宝、早黑宝这3个品种，其LSP为604.054～628.957 μmol/(m·s)，是相比于其他品种LSP较高的品种，仅次于中国红玫瑰。丝路紫无核的LSP值最低，为286.082 μmol/(m·s)，其次为泽香。在本研究中LCP高的大多数品种的暗呼吸速率也较高，LCP 低的大多数品种的也较低。41个葡萄品种的分布在0.285～4.208之间，AQY分布在 0.023～0.070之间，表观量子效率表示植物吸收利用光的能力以及对荫蔽环境的适应能力，其值越高就说明耐弱光能力越强。无核翠宝、紫地球、巨玫瑰的AQY最高，说明无核翠宝、紫地球、巨玫瑰这3个葡萄品种具有较强的耐弱光能力，而超级女皇、中国红玫瑰、浪漫红颜的AQY最低，说明超级女皇、中国红玫瑰、浪漫红颜这3个葡萄品种的耐弱光能力较弱。参考LCP的数值大小排列，除外其他光合参数的数值分布规律不是很明显。综合表1中数据可知，同一品种间各单项指标大小排序没有一致性，且指标及研究目标品种较多，因此，以不同单项指标去评价耐弱光性难以得出一致结论，应使用综合评价的方法(TOPSIS法)去进行耐弱光性的评价筛选。

2.3 不同葡萄品种的叶绿素荧光特性比较

41个葡萄品种的初始荧光、最大荧光、最大光化学效率、光系统Ⅱ 的实际光合效率、非光化学猝灭、光化学猝灭、表观光合电子传递效率的各参数值见表2。41个品种的、ETR差异不显著(>0.05)，且41个品种的ETR为100.30～131.70，为0.727～0.843，丽红宝、泽香、沁香的最小，分别为0.727、0.730、0.744，玉波1号、无核翠宝、巨盛1号的最大，分别为0.826 、0.828 、0.843。晨香、金田美指的最大，分别为0.239、0.244，无核翠宝的最小，为0.123。金田美指、南太湖特早、夏黑、玫香宝、巨玫瑰、卓越黑香蜜、马瑟兰、中国红玫瑰、晨香的较大，分别为1.261 、1.255、1.250、1.235、1.231、1.227、1.224、 1.218、1.207，无核翠宝的较小，为0.686。在本试验中各品种的/为0.800～0.832，沁香的/最大，为0.832，阳光十三的/最小，为0.800。巨盛1号的(Ⅱ)最大，为0.613；泽香的(Ⅱ)最小，为0.466。泽香的NPQ最大，为1.646；巨盛1号的NPQ最小，为0.602。各品种的、、/、(Ⅱ)、NPQ均存在显著性差异，但此差异性是否与葡萄的耐弱光性相关，是否可以作为耐弱光葡萄品种筛选的适用指标，还需要进一步进行光合参数及叶绿素荧光参数的相关性分析。

表2 不同葡萄品种的叶绿素荧光特性

2.4 不同葡萄品种主要光合特征参数之间的相关性分析

为了优选较佳的耐弱光葡萄品种，本试验以LCP、LSP、、AQY、、、、/、(Ⅱ)、NPQ、、ETR这几个光合及叶绿素荧光指标作为初步预选的耐弱光评价指标，对其进行相关性分析，结果详见表3。

由表3可知，和LCP呈极显著正相关关系，且相关系数较高，为0.913。而LCP与LSP、、AQY没有显著相关性。LSP与呈极显著正相关关系，相关系数为0.489，LSP与AQY呈显著负相关关系，相关系数为-0.388，和AQY呈极显著正相关关系，相关系数为0.581。LCP、、AQY与、、/、(Ⅱ)、NPQ、、ETR这几个叶绿素荧光指标没有很强的相关性。与呈极显著正相关关系，相关系数较高，为0.966，与/呈显著负相关关系，相关系数为-0.313。(Ⅱ)与NPQ呈极显著负相关关系，相关系数很高，为-0.951，(Ⅱ) 与、ETR呈极显著正相关关系，相关系数分别为0.800、0.998，(Ⅱ) 与ETR的相关系数最高。NPQ与、ETR呈极显著负相关关系，相关系数分别为-0.640、-9.440。与ETR呈极显著正相关关系，相关系数为0.800。

表3 不同葡萄品种光合参数和叶绿素荧光参数的相关性分析结果

2.5 不同葡萄品种叶绿素含量及形态的各项指标相关性分析

从表4中可以看出，各品种的比叶重不存在显著性差异(>0.05)。41个品种中总叶绿素含量最高的是无核翠宝，为1.246 mg/g；总叶绿素含量最低的是晨香，为0.614 mg/g。蜜光、晨香、紫地球的叶绿素a含量/叶绿素b含量在所有品种中最高，分别为2.186、2.376、2.304； 无核翠宝、中国红玫瑰的叶绿素a含量/叶绿素b含量在所有品种中最低，分别为0.829、0.877。

表4 不同葡萄品种叶绿素含量及植株形态各项指标的比较

夏黑在所有品种中株高最高，为2.46 m，玫香宝株高最低，为0.85 m，夏黑的株高约是玫香宝的3倍。丝路红无核的新稍粗度最粗，而玫香宝的新梢粗度最细。超级女皇的节间长度最长，紫地球节间长度最短。泽香的叶片数最多，玫香宝的叶片数最少。玫香宝在株高、新梢粗度、叶片数上都表现最差。

从表5可知，除了比叶重之外，植株的株高和新稍粗度呈极显著正相关关系，相关系数为0.626，株高和节间长度呈显著正相关关系，相关系数为0.336，株高和叶片数呈极显著正相关关系，相关系数为0.731。新稍粗度和叶片数呈显著正相关关系，相关系数为0.501。总叶绿素含量和叶绿素a含量/叶绿素b含量呈极显著负相关关系。同一品种间各单项指标大小排序没有一致性，因此，以不同单项指标去评价耐弱光性难以得出一致结论，这些单项指标之间存在着不同程度的相关性，这使得各个指标所表达的参考信息发生重叠，用这些单项指标评价其耐弱光性难以达到客观的结果。因此，需要使用TOPSIS法对41个葡萄品种的耐弱光性进行综合评价。

表5 不同葡萄品种叶绿素含量及植株形态各项指标的相关性分析结果

2.6 综合分析

TOPSIS法用于研究数据较多的情况下，所研究的试验数据有时越大越优，有的数据越小越劣，因此结合数据间的大小找出正负理想解以及正负理想解距离，并且在最终得到相对接近度，然后再根据相对接近度的大小进行排序，最终得出优劣方案。使用SPSSAU软件，首先对数据进行同趋势化处理、再进行归一化处理解决量纲问题。

综合LCP、AQY、、总叶绿素含量、叶绿素a含量/叶绿素b含量、株高、新稍粗度、节间长度、叶片数、比叶重这几个相关指标，运用TOPSIS法进行排序，具体排序结果见表6。

表6 不同葡萄品种耐弱光性TOPSIS法评价结果

3 讨论与结论

3.1 基于光合特性的葡萄耐弱光分级结果

本研究中41个葡萄品种的净光合速率都随着光合有效辐射的增强而逐渐增加，之后又趋于饱和，这与李瑛等的研究结果是相似的。李瑛等根据LCP的大小制定分级标准将葡萄品种分为5个耐弱光等级。参考其耐弱光分级标准将41个葡萄品种分为4个耐弱光等级，极耐弱光品种[LCP为0～10 μmol/(m·s)]有葡之梦、晶红宝、卓越玫瑰；耐弱光品种[LCP为10～30 μmol/(m·s)]有丝路红无核、金手指、泽香、巨玫瑰、超级女皇、蜜光；较耐弱光品种[LCP为30～50 μmol/(m·s)]有晚黑宝、东方之星、巨盛1号、金田美指、紫地球、中国红玫瑰、摩尔多瓦、马瑟兰、玉波2号、深红无核、早霞玫瑰、丝路紫无核；不耐弱光品种[LCP为50～100 μmol/(m·s)]有郑艳无核、脆红宝、卓越黑香蜜、玉波1号、秋红宝、鲜葡3号、玫香宝、早黑宝、无核翠宝、夏黑、阳光玫瑰、红阳光、卓越公主、玉波8号、沁香、阳光十三、晨香、南太湖特早、浪漫红颜、丽红宝。

3.2 基于光合特性的葡萄耐弱光及抗高温品种筛选

基于耐弱光分级标准所筛选出的极耐弱光品种和耐弱光品种，其中卓越玫瑰的LSP、分别为526.120、25.872 μmol/(m·s)，葡之梦的LSP、分别为536.077、27.583 μmol/(m·s)，这2个品种在耐弱光品种中的LSP与都比较大，泽香的LSP最低，为302.360 μmol/(m·s)，超级女皇在其中的LSP最大，为 628.957 μmol/(m·s)，葡之梦的最大，为27.583 μmol/(m·s)。耐弱光品种中LSP和高的品种，对强光也有很好的适应和利用能力，光强适应范围广，更适合葡萄的设施栽培。从光合特性来说，葡之梦、卓越玫瑰的耐弱光能力较强，且对强光的耐受力也较强。而41个品种中，中国红玫瑰的LSP最高，其次是超级女皇、丽红宝、早黑宝这3个品种；丝路紫无核的LSP最低，为 286.082 μmol/(m·s)，其次为泽香。从光合特性来说，葡之梦、卓越玫瑰的耐弱光能力较强，且对强光的耐受力也较强，既是耐弱光品种，也是抗高温品种。

3.3 基于TOPSIS法的葡萄耐弱光能力排序

本研究综合光合指标、叶绿素含量、形态指标等多方面的指标作为葡萄耐弱光的初期鉴定指标，最终以LCP、AQY、、叶绿素总含量、叶绿素a含量/叶绿素b含量、株高、新稍粗度、节间长度、叶片数、比叶重作为耐弱光葡萄品种筛选的适用指标。运用TOPSIS法综合多个指标对41个葡萄品种耐弱光能力强弱进行排序，最终得出排序结果为葡之梦>晶红宝>卓越玫瑰>丝路红无核>超级女皇>泽香>金手指>中国红玫瑰>东方之星>无核翠宝>夏黑>金田美指>玉波8号>巨玫瑰>巨盛1号>郑艳无核>鲜葡3号>摩尔多瓦>卓越公主>阳光十三>脆红宝>深红无核>沁香>马瑟兰>卓越黑香蜜>浪漫红颜>阳光玫瑰>早霞玫瑰>玉波2号>秋红宝>南太湖特早>晨香>红阳光>蜜光>玉波1号>紫地球>晚黑宝>丽红宝>玫香宝>早黑宝>丝路紫无核。

在进行光合参数及叶绿素荧光参数的相关性分析后，发现LCP、、AQY与、、/、(Ⅱ)、NPQ、、ETR这几个叶绿素荧光指标没有较高的显著相关性。因此叶绿素荧光不可作为耐弱光葡萄品种筛选的适用指标。本研究的结论与李瑛在葡萄和刘文海等在桃树上的研究结果是相似的。本研究结果可为四川省成都地区葡萄优质栽培耐弱光性提供理论依据，并可为葡萄的引种提供理论参考。