劉 鵬，張 雪，吳 江，梅 麗，吳家勝

（浙江農(nóng)林大學(xué) 亞熱帶森林培育國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室培育基地，浙江 臨安 311300）

在自然條件下，干旱脅迫是環(huán)境脅迫的重要因子之一，干旱脅迫對(duì)植物生長(zhǎng)和代謝的影響是多方面的，其中對(duì)光合作用的影響尤為突出[1～2]，而光合作用又是植物體內(nèi)重要的代謝過程，它的強(qiáng)弱對(duì)植物生長(zhǎng)發(fā)育及抗逆性都有重要影響，因而可用光合作用參數(shù)作為判斷植物生長(zhǎng)和抗逆性強(qiáng)弱的指標(biāo)[3～4]。

桂花（Osmanthus fragrans）屬于木犀科（Oleaceae）木犀屬（Osmanthus），樹干端直，樹冠圓整，四季長(zhǎng)青，花期正值仲秋，香飄數(shù)里，是我國(guó)人民喜愛的傳統(tǒng)園林花木，同時(shí)桂花也是香精、藥材、食品和輕工業(yè)等的寶貴原料。桂花主要分布于我國(guó)長(zhǎng)江流域各省及華南地區(qū)，不耐寒冷干燥，在干旱瘠薄地種植，生長(zhǎng)瘦長(zhǎng)，發(fā)育不良。目前，有關(guān)桂花的研究主要集中在品種分類、精油含量、桂花的繁殖、培養(yǎng)和管護(hù)、生長(zhǎng)發(fā)育過程中的相關(guān)指標(biāo)變化[5]。對(duì)桂花的光合作用也有初步研究[5～9]，但均不系統(tǒng)和深入，對(duì)干旱脅迫下桂花光合性能的研究更少且研究?jī)?nèi)容和方法相對(duì)簡(jiǎn)單不全面[9]。本文較系統(tǒng)地研究了干旱脅迫對(duì)桂花光合性能的影響，通過分析初步判斷桂花對(duì)干旱脅迫和光照強(qiáng)度的適應(yīng)性，為桂花的栽培和管護(hù)以及在干旱和半干旱地區(qū)的推廣提供理論依據(jù)。

1 實(shí)驗(yàn)材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試苗木為3年生橙紅丹桂（Osmanthus fragrans“Chenghongdangui”）扦插容器苗（由杭州園林綠化工程有限公司提供），生長(zhǎng)狀況和外形基本一致，平均苗高為26.5 cm，平均地徑為4.56 mm。2008年3月將橙紅丹桂移栽到容量為5 L的硬質(zhì)塑料花盆中，栽培基質(zhì)為臨安牧家橋附近花崗巖發(fā)育的沙壤土，裝盆土量為3.5 kg，其土壤的田間持水量為28.8%，pH值為6.16，速效鉀濃度為65.87 mg/kg，有效磷濃度為4.02 mg/kg，水解氮濃度為112.03 mg/kg，有機(jī)質(zhì)含量為24.2 g/kg，并在盆下再套一個(gè)塑料托盆，防止水肥和基質(zhì)的流失。實(shí)驗(yàn)前期進(jìn)行常規(guī)的管護(hù)，防病蟲害，除去雜草，并保證土壤水肥充足。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)及處理

本實(shí)驗(yàn)在浙江農(nóng)林大學(xué)東湖校區(qū)簡(jiǎn)易大棚內(nèi)進(jìn)行，采用盆栽控水法人工模擬干旱脅迫，設(shè)置5個(gè)不同梯度的干旱處理：15%土壤田間持水量（W1）、30%土壤田間持水量（W2）、45%土壤田間持水量（W3）、60%土壤田間持水量（W4）和75%土壤田間持水量（ck）。每個(gè)處理30盆。采用隨機(jī)區(qū)組實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。利用稱重法控制土壤含水量，于2008年7月20日開始進(jìn)行干旱處理，7月23日各處理的土壤含水量均達(dá)到實(shí)驗(yàn)要求的水平，于每日7:00測(cè)定每個(gè)梯度的土壤含水量，并補(bǔ)足水分，使土壤含水量控制在設(shè)定的梯度之內(nèi)。

1.3 指標(biāo)測(cè)定和數(shù)據(jù)處理方法

于干旱處理后的第7、第14、第21、第28天，選第二到第三輪生長(zhǎng)健康的功能葉測(cè)量其光合生理生態(tài)指標(biāo)，并于第15天進(jìn)行光響應(yīng)曲線和CO2響應(yīng)曲線的測(cè)定。每個(gè)處理重復(fù)測(cè)定5次，測(cè)定時(shí)間均為9:30－11:30和14:00－16:00，晴天測(cè)定（遇陰雨天則適當(dāng)提前或延后），測(cè)定期間日平均溫度為30.4℃，平均濕度為71.3%。

1.3.1 同一光強(qiáng)、溫度、CO2濃度條件下的光合生理指標(biāo)測(cè)定 采用美國(guó)Licor公司生產(chǎn)的Li-6400便攜式光合測(cè)定系統(tǒng)進(jìn)行凈光合速率（Pn）、氣孔導(dǎo)度（Gs）、胞間CO2濃度（Ci）和蒸騰速率（Tr）等光合氣體交換參數(shù)測(cè)定，并計(jì)算水分利用效率（WUE），WUE=Pn/Tr。測(cè)定時(shí)，設(shè)定光合有效輻射（PAR）為1200 μmol·m－2·s－1、進(jìn)氣 CO2濃度（Ca）為 450 μmol·mol－1、流速為 500 μmol·s－1、溫度為（29±1）℃。

1.3.2Pn、Gs、Ci和Tr的光響應(yīng)曲線測(cè)定 利用Li-6400便攜式光合測(cè)定儀進(jìn)行光響應(yīng)曲線的測(cè)定。測(cè)定條件：光合有效輻射（PAR）設(shè)定為 2000、1500、1200、800、400、200、150、100、50 和 0 μmol·m－2·s－1、進(jìn)氣CO2濃度（Ca）設(shè)為 450 μmol·mol－1、流速為 500 μmol·s－1、溫度為（29±1）℃。

1.3.3 CO2響應(yīng)曲線測(cè)定 利用Li-6400便攜式光合測(cè)定儀進(jìn)行CO2響應(yīng)曲線的測(cè)定。測(cè)定條件：光合有效輻射（PAR）設(shè)定為 1200 μmol·m－2·s－1，進(jìn)氣 CO2濃度（Ca）設(shè)為 0、50、100、150、200、400、600、800 μmol·mol－1、空氣流量為 400 μmol·s－1、溫度為（29±1）℃。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

數(shù)據(jù)處理在Excel 2007中進(jìn)行，并通過SAS 8.0統(tǒng)計(jì)軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行方差和多重比較分析。通過對(duì)Pn-PAR進(jìn)行線性擬合，分別求出光飽和點(diǎn)（LSP），并對(duì)Pn-PAR曲線的初始部分（PAR＜ 200 μmol·m－2·s－1）進(jìn)行線性回歸，求得表觀量子效率（AQY）、光補(bǔ)償點(diǎn)（LCP）；在0 ～ 200 μmol·mol－1的CO2濃度范圍內(nèi)，對(duì)Pn-Ci進(jìn)行線性擬合，求出表觀羧化效率（ACE）、CO2補(bǔ)償點(diǎn)（CCP）[7]，在0 ～ 1000 μmol·mol－1的CO2濃度范圍內(nèi)，Pn未達(dá)到飽和，故無法求得CO2飽和點(diǎn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 干旱脅迫對(duì)桂花葉片光合生理指標(biāo)的影響

由表1可知，隨著干旱脅迫的加劇，桂花葉片的Pn、Gs、Ci和Tr均呈現(xiàn)降低趨勢(shì)，而WUE則逐漸升高。其中W1處理下桂花葉片的Pn、Gs和Tr的降幅均為最大，與對(duì)照相比分別下降了74.14%、79.82%和78.26%，同時(shí)W1處理的WUE增幅也為最大（18.93%）。干旱脅迫下，桂花葉片Ci變化并不十分規(guī)律，其中W2處理下的Ci要略高于W3處理，但與對(duì)照相比明顯降低。方差分析表明，不同干旱脅迫下桂花葉片的Pn、Gs、Ci、Tr和WUE均有極顯著差異。

表1 干旱脅迫下桂花Pn、Gs、Ci、Tr及WUE的變化Table 1 Variation in Pn、Gs、Ci、Tr and WUE of O. fragrans “Chenghongdangui” seedling under different drought stress

2.2 干旱脅迫下桂花葉片Pn、Gs、Ci和Tr的光響應(yīng)

干旱脅迫下，各不同處理間桂花葉片Pn的光響應(yīng)過程基本相似，在0 ～ 400 μmol·m－2·s－1的低光強(qiáng)范圍內(nèi)，Pn隨光強(qiáng)的增加快速上升；當(dāng)光強(qiáng)超過400 μmol·m－2·s－1時(shí)，隨光強(qiáng)的增大Pn的上升速度變小，并趨于穩(wěn)定。當(dāng)光強(qiáng)超過一定強(qiáng)度時(shí)，不同干旱處理下桂花葉片的Pn均呈現(xiàn)下降趨勢(shì)（圖1）。同時(shí)隨著干旱脅迫的加劇，桂花葉片的表觀量子效率AQY、光飽和點(diǎn)LSP逐漸減低，而光補(bǔ)償點(diǎn)LCP則逐漸升高（表3）。

各不同干旱脅迫間桂花葉片Gs的光響應(yīng)過程基本相似（圖2），在0 ～ 400 mol·m－2·s－1的低光強(qiáng)范圍內(nèi)，Gs隨光強(qiáng)的增加迅速上升；當(dāng)光強(qiáng)超過400 μmol·m－2·s－1時(shí)，Gs隨光強(qiáng)增加緩慢上升。各不同處理間桂花Ci的光響應(yīng)過程基本相似，在0 ～ 400 μmol·m－2·s－1的低光強(qiáng)范圍內(nèi)，Ci隨光強(qiáng)的增加迅速下降；當(dāng)光強(qiáng)超過 400 μmol·m－2·s－1時(shí)，Ci隨光強(qiáng)增加趨于穩(wěn)定；在 0 ～ 1200 μmol·m－2·s－1光強(qiáng)范圍內(nèi)，W1處理的Ci較高，僅次于ck，但當(dāng)光強(qiáng)超過1200 μmol·m－2·s－1時(shí)，處理W2、W3和W4的Ci略有升高并均超過W1處理（圖3）。各不同處理間Tr的光響應(yīng)過程也基本相似，隨光強(qiáng)的增加Tr逐漸升高，且在弱光（0 ～ 200 μmol·m－2·s－1）下Tr的升高速率略高于強(qiáng)光（200 ～ 2000 μmol·m－2·s－1）（圖 4）。

圖1 不同干旱脅迫下桂花Pn光響應(yīng)曲線Figure 1 Light response curve of Pn for O. fragrans“Chenghongdangui” Seeding under different drought stress

圖2 不同干旱脅迫下桂花Gs光響應(yīng)曲線Figure 2 Light response curve of Gs for O. fragrans“Chenghongdangui”seeding under different drought stress

方差分析表明，不同干旱處理之間桂花的Pn、Gs、Ci和Tr的光響應(yīng)曲線均存在極顯著差異（表2）。

圖3 不同干旱脅迫下桂花Ci光響應(yīng)曲線Figure 3 Light response curve of Ci for O. fragrans“Chenghongdangui” seeding under different drought stress

圖4 不同干旱脅迫下桂花Tr光響應(yīng)曲線Figure 4 Light response curve of Gs for O. fragrans“Chenghongdangui” seeding under different drought stress

表2 桂花苗木光合參數(shù)方差分析Table 2 ANOVA on photosynthetic parameters of O. fragrans “Chenghongdangui” seedlings

表3 干旱脅迫對(duì)桂花表觀量子效率、光補(bǔ)償點(diǎn)、光飽和點(diǎn)、表觀羧化效率、CO2補(bǔ)償點(diǎn)的影響Table 3 Effects of drought stress on AQY, LCP, LSP, ACE and CCP of O. fragrans “Chenghongdangui” seedlings

2.3 干旱脅迫下桂花葉片Pn的CO2響應(yīng)

由圖5可知，在0 ～ 400μmol·mol－1的CO2濃度范圍內(nèi)，不同干旱脅迫處理下的Pn變化趨勢(shì)基本一致，且隨著CO2濃度的升高Pn逐漸升高（圖5）。方差分析表明，干旱脅迫對(duì)該CO2濃度范圍內(nèi)的Pn影響不顯著（F = 1.74，P = 0.1808 ＞ 0.05）。但該CO2濃度范圍內(nèi)不同干旱脅迫下Pn的平均值表現(xiàn)為ck ＞ W4 ＞ W3 ＞ W1＞ W2（圖5）。隨著干旱脅迫的加劇桂花表觀羧化效率（ACE）逐漸降低，而CO2補(bǔ)償點(diǎn)（CCP）總體呈現(xiàn)升高趨勢(shì)，但ck處理的CCP略高于W4處理（表3）。

3 結(jié)論與討論

3.1 干旱脅迫對(duì)桂花葉片光合生理指標(biāo)的影響

桂花的Pn、Gs、Ci、Tr以及WUE對(duì)干旱脅迫的反應(yīng)比較敏感，不同干旱梯度之間存在顯著差異，隨著干旱脅迫的加劇，桂花的Pn、Gs、Ci和Tr均出現(xiàn)降低趨勢(shì)，而WUE則逐漸升高（表1），說明干旱脅迫下限制桂花光合速率的主要因素可能是氣孔因素。在W2處理下桂花的Ci高于W3，推測(cè)在W2處理下限制桂花光合速率的主要原因可能還有非氣孔因素。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，在W4處理下，桂花葉片光合速率的下降程度顯然小于蒸騰速率的下降程度，因而葉片水分利用效率也明顯提高，在W1、W2處理下桂花幼苗的光合速率和水分利用效率均會(huì)嚴(yán)重下降，而此時(shí)的水分利用效率提高的程度卻不大（表1）。從高效用水的角度看，桂花的生長(zhǎng)適宜的土壤水分應(yīng)在W4和ck（相對(duì)含水量60% ～ 75%）范圍內(nèi)，既可保證桂花具有較高光合作用水平，又能夠較大幅度地降低蒸騰耗水，從而維持最高的葉片水分利用效率。

3.2 干旱脅迫下桂花Pn、Gs、Ci、和Tr的光響應(yīng)

Pn的光響應(yīng)曲線則可以說明植物凈光合速率與光合有效輻射的關(guān)系[10]，在 0 ～ 2000 μmol·m－2·s－1的光強(qiáng)范圍內(nèi)，桂花Pn的光響應(yīng)過程基本一致，但不同干旱處理間具有顯著差異（表2）。在0 ～ 400 μmol·m－2·s－1的低光強(qiáng)范圍內(nèi)，Pn隨光強(qiáng)的增加快速上升，當(dāng)光強(qiáng)超過各處理的飽和光強(qiáng)（表3）時(shí)，Pn呈下降趨勢(shì)（圖1），推測(cè)可能是強(qiáng)光導(dǎo)致光呼吸增強(qiáng)或發(fā)生光抑制現(xiàn)象引起的[12～13]。在W3、W4和ck處理下并不會(huì)導(dǎo)致Pn、Gs、Ci、和Tr光響應(yīng)過程變化格局的明顯變化，但在W1和W2處理下桂花的Pn的變化比較大。同時(shí)計(jì)算發(fā)現(xiàn)，W3、W4和ck處理下的光飽和點(diǎn)LSP分別為1000、1250、1500 μmol·m－2·s－1（表3），但隨著干旱脅迫的加劇桂花光飽和點(diǎn)LSP逐漸降低，表明在適宜環(huán)境條件下桂花對(duì)強(qiáng)光的適應(yīng)性較高，且在較強(qiáng)光（PAR1000 ～2000 mol·m－2·s－1）范圍內(nèi)能維持較高水平的光合性能（表3，圖1）；在ck處理下桂花的光補(bǔ)償點(diǎn)LCP只有6.45 μmol·m－2·s－1，說明桂花光合作用的光補(bǔ)償點(diǎn)LCP較低，但隨著干旱脅迫的加劇，桂花光合作用的光補(bǔ)償點(diǎn)逐漸升高（表3），說明干旱使桂花對(duì)弱光的利用能力減低[11～13]。

AQY是反映植物光合作用對(duì)弱光的吸收和轉(zhuǎn)換利用效率的指標(biāo)[11,14～15]，在適宜生長(zhǎng)條件下植物的AQY實(shí)測(cè)值在0.03 ～ 0.05[11]，本實(shí)驗(yàn)測(cè)得在ck和W4處理下桂花的AQY值分別為0.0415、0.0383 mol·mol－1，處于較高水平，說明桂花的光合作用對(duì)弱光的光能吸收和轉(zhuǎn)換利用效率較高[11,14～15]，但AQY會(huì)隨干旱脅迫的加劇而明顯降低（表3）。

3.3 干旱脅迫下桂花Pn的CO2響應(yīng)

干旱脅迫下，隨著CO2濃度的升高，桂花幼苗的凈光合速率顯著提高，且0 ～ 400 μmol·mol－1范圍內(nèi)，各個(gè)干旱處理的Pn隨著外界CO2濃度的升高基本上呈現(xiàn)線性遞增趨勢(shì)（圖5）。但干旱脅迫使桂花Pn隨CO2濃度增加而升高的速度降低（圖5），進(jìn)一步分析表明干旱使桂花的ACE呈現(xiàn)降低趨勢(shì)，而CCP基本呈現(xiàn)升高趨勢(shì)（表3），其中W4處理下的CCP高于ck處理，說明W4處理可能促進(jìn)了桂花對(duì)低濃度CO2的利用，但W4卻能使ACE明顯降低（表3），W4與ck相比其ACE降低了59.28%。

綜上所述，干旱脅迫對(duì)桂花光合生理生態(tài)特性具有明顯影響。干旱導(dǎo)致桂花葉片凈光合速率下降，下降的原因主要以氣孔限制因素為主，但在重度干旱脅迫下（W1、W2）表現(xiàn)出由氣孔限制為主向非氣孔限制為主轉(zhuǎn)變的變化趨勢(shì)，其調(diào)控機(jī)理有待進(jìn)一步研究。在含水量比較充足（W4和ck處理）的情況下，桂花對(duì)強(qiáng)光（1000 ～ 2000 μmol·m－2·s－1）下有較高利用效率，對(duì)弱光（0 ～ 400 μmol·m－2·s－1）也有較高的利用和轉(zhuǎn)化效率[11～13]。

圖5 不同干旱脅迫下桂花Pn的CO2響應(yīng)曲線Figure 5 CO2 response curve of Ci for O. fragrans “Chenghongdangui”seeding under different drought stress

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