干旱脅迫及復(fù)水對(duì)射干光合作用和葉綠素?zé)晒馓匦缘挠绊?/h1>
2018-06-29 02:01:32楊肖華郭圣茂馮美玲賴曉蓮商靚婷
楊肖華，郭圣茂，馮美玲，賴曉蓮，商靚婷
(江西農(nóng)業(yè)大學(xué) 園林與藝術(shù)學(xué)院，江西 南昌 330045)
在全球氣候變暖的條件下，干旱已經(jīng)嚴(yán)重影響植物的生長，成為影響植物生理生態(tài)最主要的非生物脅迫因子之一[1]。光合作用是植物最重要的生命活動(dòng)之一，是植物合成有機(jī)物和獲得能量的根本源泉，同時(shí)又是一個(gè)對(duì)環(huán)境條件變化很敏感的生理過程[2]，干旱是限制植物光合作用的主要自然因素，在干旱條件下，植物通過氣孔和非氣孔限制引起光合作用下降[3-6]。葉綠素?zé)晒鈪?shù)在干旱脅迫發(fā)生時(shí)也會(huì)發(fā)生一系列的變化，其參數(shù)變化能夠有效反映外界環(huán)境對(duì)植物自身光合生理的影響[7]。植物對(duì)干旱的適應(yīng)不僅表現(xiàn)在干旱脅迫的過程中，更重要是在復(fù)水后的恢復(fù)過程[8]。有研究表明，短期干旱脅迫后復(fù)水，部分生理指標(biāo)能得到不同程度的恢復(fù)[9]，是一個(gè)可逆的過程，這樣既能保證植物的生長又能達(dá)到節(jié)水的效果，成為近年來研究的一個(gè)熱點(diǎn)內(nèi)容。
射干(BelamcandachinensisL.Redouté)為鳶尾科射干屬多年生草本藥用植物，其干燥根莖可入藥，性寒，味苦，微毒，具有清熱解毒、散結(jié)消炎、消腫止痛、止咳化痰等藥效，用于治療扁桃腺炎及腰痛等癥[10]。主產(chǎn)于華東、華中及西南等地區(qū)，在廣東、廣西少數(shù)地區(qū)用射干系干燥的全草。生長于山坡、草原、田野，或人工栽培。射干適應(yīng)性強(qiáng)，耐干旱，抗寒，較耐鹽堿，可起到水土保持、防風(fēng)固沙的作用。目前，關(guān)于射干的研究主要集中在種子萌發(fā)[11]、幼苗逆境理化特性研究[12]和化學(xué)及藥理作用[13-14]等方面，還未見干旱脅迫和復(fù)水對(duì)射干光合生理和熒光特性影響的相關(guān)報(bào)道。本研究以2年生盆栽射干為材料，通過研究干旱脅迫和復(fù)水對(duì)射干的相對(duì)葉綠素含量、光合生理指標(biāo)和葉綠素?zé)晒鈪?shù)的影響，揭示射干對(duì)干旱脅迫和復(fù)水的光合生理響應(yīng)機(jī)制，以期為射干節(jié)水栽培技術(shù)提供理論依據(jù)與技術(shù)途徑。
1 材料與方法
1.1 試驗(yàn)材料與處理
供試驗(yàn)材料為生長在江西農(nóng)業(yè)大學(xué)中藥院內(nèi)的2年生盆栽射干，株高平均為24.1 cm，花盆上口徑為27 cm、下口徑為17 cm、高為18 cm，每盆裝有風(fēng)干土7 kg，pH 5.3，有效磷23.85 mg/kg，土壤田間最大持水量為43.27%。
2017年5月1日挑選20盆健康無病蟲害的射干，移至中藥園塑料大棚內(nèi)進(jìn)行盆栽控水試驗(yàn)。試驗(yàn)共設(shè)置4個(gè)干旱梯度，分別為正常澆水CK(土壤含水量為田間持水量的90%～85%)、輕度干旱LD(土壤的含水量為田間持水量的75%～70%)、中度干旱MD(土壤的含水量為田間持水量的55%～50%)、重度干旱SD(土壤的含水量為田間持水量的35%～30%)。每個(gè)處理重復(fù)5盆，每盆定植3株，共60株。試驗(yàn)前1 d對(duì)各個(gè)處理充分澆透水，使土壤水分飽和，之后開始控水，直至自然干旱達(dá)到設(shè)定的土壤含水量范圍。每天18:00采用稱重法測(cè)定土壤含水量并及時(shí)補(bǔ)充所失水分，使相應(yīng)處理始終保持在設(shè)定的土壤含水量范圍內(nèi)。干旱脅迫時(shí)間持續(xù)15 d，之后即刻復(fù)水(以花盆底部有水流出為準(zhǔn))。脅迫5,10,15 d和復(fù)水2 d后測(cè)定各處理葉片的相對(duì)葉綠素含量、光合指標(biāo)、葉綠素?zé)晒鈪?shù)。選擇射干復(fù)水2 d后測(cè)定，是因?yàn)樵陬A(yù)備試驗(yàn)中葉片內(nèi)丙二醛和POD活性可恢復(fù)至正常水平。
1.2 測(cè)定項(xiàng)目及方法
1.2.1 相對(duì)葉綠素含量測(cè)定 采用日本柯尼卡美能達(dá)公司生產(chǎn)的SPAD-502plus葉綠素含量測(cè)定儀進(jìn)行測(cè)定，測(cè)量時(shí)選取葉片無葉脈部位，每片葉子選取15個(gè)點(diǎn)，求其平均值。
1.2.2 光合特性的測(cè)定 采用LI-6400XT便攜式光合作用測(cè)量?jī)x，對(duì)不同植株相同葉位的成熟葉片進(jìn)行光合指標(biāo)測(cè)定，測(cè)定時(shí)間為09:00—11:00，測(cè)定時(shí)選擇紅藍(lán)光源模式，流速為500 μmol/s，CO2濃度根據(jù)自然條件下用緩沖瓶控制，光合有效輻射為1 000 μmol/(m2·s)，溫度為30 ℃。測(cè)定參數(shù)有凈光合速率(Pn)，氣孔導(dǎo)度(Gs)，胞間CO2濃度(Ci)，蒸騰速率(Tr)。
1.2.3 葉綠素?zé)晒鈪?shù)測(cè)定 采用Walz公司研制的PAM-2500便攜式調(diào)制葉綠素?zé)晒鈨x，對(duì)不同植株相同葉位的成熟葉片進(jìn)行葉綠素?zé)晒鈪?shù)測(cè)定，測(cè)定時(shí)間為09:00—11:00，測(cè)試之前用暗適應(yīng)葉夾DLC-8對(duì)相應(yīng)葉片同一位置暗適應(yīng)20 min，測(cè)定參數(shù)有光化學(xué)效率Fv/Fm[Fv/Fm=(Fm-Fo)/Fm]，光化學(xué)淬滅系數(shù)qP，非光化學(xué)淬滅系數(shù)NPQ，電子傳遞速率ETR。
1.3 數(shù)據(jù)處理
采用WPS 2016對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理計(jì)算繪圖，SPSS 17.0進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，Duncan多重比較、pearson相關(guān)性分析進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。
2 結(jié)果與分析
2.1 干旱脅迫復(fù)水對(duì)射干相對(duì)葉綠素含量的影響
(1)D5，D10，D15分別為干旱脅迫5，10，15 d；R2位復(fù)水2 d。(2)同一處理天數(shù)下不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05),下同(1)D5,D10,D15 were drought stress for 5,10,15 d;R2 were re-watering for 2 d.(2)The different lowercase letters under the same days showed significant differences(P<0.05)，the same as below圖1 干旱脅迫及復(fù)水對(duì)射干葉片SPAD值的影響Fig.1 Effects of drought stress and re-watering on leaves SPAD value of blackberry lily
植株通過光合速率的調(diào)節(jié)來適應(yīng)干旱脅迫環(huán)境，而葉綠素含量與光合速率有著極大的相關(guān)性[15]。采用SPAD-502plus葉綠素儀測(cè)得SPAD值(葉色值，leaf color values)，能夠快速便捷的表達(dá)葉片葉綠素的相對(duì)含量[16-18]，已有研究表明SPAD值與葉綠素含量也存在顯著正相關(guān)[19]。由圖1可知，干旱組的相對(duì)葉綠素含量呈明顯下降趨勢(shì)。脅迫5 d時(shí)，與CK相比，干旱組的相對(duì)葉綠素含量略微有所下降，且干旱組與CK差異不顯著(P>0.05)；脅迫10 d時(shí)，除LD略高于CK，其余的干旱處理都低于CK，且SD與CK差異顯著(P<0.05)；干旱組在脅迫15 d時(shí)，相對(duì)葉綠素含量降到最低值，分別為CK的86.5%、75.17%、63.14%，SD與CK差異顯著(P<0.05)；復(fù)水2 d后，脅迫條件下的相對(duì)葉綠素含量都有所回升，但仍低于CK水平，SD與CK差異顯著。
2.2 干旱脅迫及復(fù)水對(duì)射干光合作用參數(shù)的影響
由圖2可知，干旱脅迫及復(fù)水對(duì)射干的凈光合速率都產(chǎn)生了顯著影響。干旱脅迫條件下，各個(gè)脅迫處理的凈光合速率Pn整體變化狀態(tài)都呈下降趨勢(shì)。處理第5天時(shí)，LD與MD間差異不顯著；處理10 d時(shí)，SD的Pn值降到整個(gè)脅迫時(shí)期的最低谷，其值為0.215 μmol/(m·s)，各處理組間差異顯著(P<0.05)；脅迫15 d時(shí)LD、MD的Pn值降到最低值，分別為2.156 μmol/(m·s)、1.186 μmol/(m·s)，各組處理呈顯著性差異(P<0.05)；在復(fù)水2 d后，各個(gè)脅迫處理的凈光合速率都得到了回升，但仍顯著低于對(duì)照(P<0.05)。
圖3顯示，隨著脅迫時(shí)間的延長，LD、MD和SD均呈先上升后下降又上升的趨勢(shì)。在脅迫5 d時(shí)，各處理組間差異不顯著；在脅迫10 d時(shí)，CK和LD差異顯著(P<0.05)，MD與SD差異不顯著；脅迫15 d時(shí)各個(gè)脅迫組的數(shù)值達(dá)到最低點(diǎn)，分別為0.096 μmol/(m·s)、0.041 μmol/(m·s)和0.017 μmol/(m·s)，且各處理組間差異顯著(P<0.05)；復(fù)水2 d后，各個(gè)處理都有所上升，但是都顯著低于CK(P<0.05)，分別為CK的88.86%、46.42%、9.3%。
由圖4可以看出，LD、MD和SD的胞間CO2濃度Ci總體呈先下降后上升的趨勢(shì)。在脅迫5 d時(shí)，MD和SD之間差異不顯著；脅迫10 d時(shí)，脅迫處理組比之前略有下降，且顯著低于CK(P<0.05)，LD和MD之間差異顯著(P<0.05)；脅迫15 d時(shí)，干旱組參數(shù)降至最低值，同時(shí)MD和SD無顯著差異；復(fù)水2 d后，LD、MD和SD的胞間CO2濃度Ci開始上升，但仍低于CK，且SD與CK差異顯著。
圖2 干旱脅迫及復(fù)水對(duì)射干Pn的影響Fig.2 Effects of drought stress and re-watering on Pn of blackberry lily
圖3 干旱脅迫及復(fù)水對(duì)射干Gs的影響Fig.3 Effects of drought stress and re-watering on Gs of blackberry lily
圖5表明，隨著脅迫程度的加深，蒸騰速率Tr明顯呈下降趨勢(shì)。脅迫5 d時(shí)，CK和SD之間有顯著性差異(P<0.05)；MD在脅迫10 d時(shí)降到低谷，其值為0.65 mmol/(m·s)，CK和LD差異不明顯，MD和SD差異不明顯；LD和SD在脅迫15 d時(shí)達(dá)到最低值，分別為1.35 mmol/(m·s)、0.28 mmol/(m·s)，且CK和SD之間差異顯著(P<0.05)。復(fù)水2 d后，各個(gè)處理的蒸騰速率Tr都有所上升，但仍顯著低于對(duì)照(P<0.05)，分別為對(duì)照的80.12%、72.89%和14.62%，CK和SD之間差異顯著(P<0.05)。
圖4 干旱脅迫及復(fù)水對(duì)射干Ci的影響Fig.4 Effects of drought stress and re-watering on Ci of blackberry Lily
圖5 干旱脅迫及復(fù)水對(duì)射干Tr的影響Fig.5 Effects of drought stress and re-watering on Tr of blackberry lily
2.3 干旱脅迫復(fù)水對(duì)射干葉綠素?zé)晒馓匦缘挠绊?/h3>
圖6顯示，正常供水條件下，射干的變化波動(dòng)不大，光化學(xué)效率Fv/Fm基本都在0.8左右，但隨著脅迫程度的加深，光化學(xué)效率Fv/Fm都呈下降趨勢(shì)，尤其在脅迫第15天時(shí)，趨勢(shì)最為明顯，說明隨著脅迫時(shí)間和脅迫程度的加深，PSII利用光能的能力受到影響，LD、MD、SD都出現(xiàn)了光抑制；而在復(fù)水2 d后，各處理都恢復(fù)到CK的98.56%、95.56%和90.75%。方差分析結(jié)果可以看出，脅迫5 d時(shí)，各處理組之間都不存在差異性；脅迫10 d時(shí)，CK和LD差異不明顯；脅迫15 d時(shí)，CK和MD差異顯著；復(fù)水2 d后，CK、MD和SD差異顯著。
圖7表明，干旱脅迫處理期間，射干葉片的非光化學(xué)淬滅系數(shù)NPQ持續(xù)上升。在脅迫15 d時(shí)達(dá)到最大值，分別為CK的1.11、1.18、1.29倍，說明隨著脅迫程度和時(shí)間的加長，PSII反應(yīng)中心以熱形式耗散掉的光能部分增加；復(fù)水2 d后，各個(gè)脅迫處理的非光化學(xué)淬滅系數(shù)NPQ都比之前有所降低，除了SD高于CK外，其余都低于CK。方差分析表明，在脅迫15 d時(shí)，除了SD和CK、LD差異顯著外，其他的處理時(shí)間各處理組均無顯著差異。
圖6 干旱脅迫及復(fù)水對(duì)射干Fv/Fm的影響Fig.6 Effects of drought stress and re-watering on Fv/Fm of blackberry lily
圖7 干旱脅迫及復(fù)水對(duì)射干NPQ的影響Fig.7 Effects of drought stress and re-watering on NPQ of blackberry lily
圖8顯示，隨著干旱程度和時(shí)間的增加，射干的光化學(xué)淬滅系數(shù)qP整體呈下降趨勢(shì)。LD、SD在脅迫15 d時(shí)降到了最低谷，分別為CK的88.51%和76.31%；MD在脅迫10 d時(shí)降到了低谷，其值為0.105；在復(fù)水2 d后，干旱脅迫處理的光化學(xué)淬滅系數(shù)qP開始上升，但仍低于CK，說明PSII反應(yīng)中心，用于光化學(xué)電子傳遞的比例在增大。方差結(jié)果表明，脅迫5 d時(shí)，各處理間無顯著差異；脅迫10 d時(shí)，CK和SD差異顯著；脅迫15 d時(shí)，CK與LD、MD均無差異性；復(fù)水2 d后，CK和MD、SD之間差異顯著。
圖9顯示，射干葉片的電子傳遞速率ETR隨著干旱脅迫時(shí)間和程度的加深逐漸呈下降趨勢(shì)，均在干旱15 d時(shí)達(dá)到最低點(diǎn)，分別為CK的84%、68%和56%，說明在干旱脅迫條件下，射干葉片的電子傳遞速率ETR遭受到損傷或抑制。復(fù)水2 d后，各個(gè)脅迫處理均顯著增高，但仍低于對(duì)照水平。方差分析顯示，在干旱脅迫處理期間，MD和其他處理間差異不顯著，復(fù)水2 d后，SD和其他處理差異不顯著。
圖8 干旱脅迫及復(fù)水對(duì)射干qP的影響Fig.8 Effects of drought stress and re-watering on qP of blackberry lily
圖9 干旱脅迫及復(fù)水對(duì)射干ETR的影響Fig.9 Effects of drought stress and re-watering on ETR of blackberry lily
2.4 射干葉綠素、光合參數(shù)和葉綠素?zé)晒鈪?shù)間的相關(guān)性分析
相關(guān)性分析顯示(表1)，Pn、Gs、Ci、Tr、SPAD與Fv/Fm、qP、ETR呈極顯著正相關(guān)(P<0.01)，其中，F(xiàn)v/Fm與ETR、qP與Tr、ETR與Tr的正相關(guān)系數(shù)最大，分別為0.918、0.895和0.912；NPQ與Fv/Fm、qP、ETR、Pn、Gs、Ci、Tr、SPAD都呈極顯著負(fù)相關(guān)(P<0.01)，其中NPQ與qP的負(fù)相關(guān)系數(shù)最大，為-0.833；光合參數(shù)之間，Pn與Gs呈顯著正相關(guān)(P<0.05)，與Ci、Tr呈極顯著正相關(guān)(P<0.01)；Gs與Ci、Tr呈極顯著正相關(guān)(P<0.01)；Ci與Tr呈極顯著正相關(guān)(P<0.01)。葉綠素?zé)晒鈪?shù)之間，F(xiàn)v/Fm與qP、ETR呈極顯著正相關(guān)(P<0.01);qP與ETR呈極顯著正相關(guān)(P<0.01)；而相對(duì)葉綠素含量SPAD則與Pn、Gs、Ci、Tr呈及顯著正相關(guān)(P<0.01)。
表1 相對(duì)葉綠素含量、光合參數(shù)和葉綠素?zé)晒鈪?shù)間的相關(guān)性Tab.1 Correlations of SPAD,photosynthetic parameters and chlorophyll fluorescence parameters
**表示在0.01水平上顯著相關(guān)，*表示在0.05水平上顯著相關(guān)
**indicatessignificantcorrelationat0.01level,*indicatessignificantcorrelationat0.05level
3 結(jié)論與討論
葉綠素是植物進(jìn)行光合作用的主要色素[20]，干旱脅迫對(duì)植株的葉綠素影響顯著。M?kel?等[21]發(fā)現(xiàn)干旱脅迫使番茄中的葉綠素含量升高，而Nayyar等[22]、Herbinger等[23]則認(rèn)為干旱脅迫降低了植物的葉綠素含量。在本研究中，射干的相對(duì)葉綠素含量SPAD值一致處于下降趨勢(shì)，這與姚春娟的研究結(jié)果一致[24]。復(fù)水后，各處理下的SPAD值能夠得到部分恢復(fù)，說明干旱脅迫并沒有從根本上破壞葉綠素的生物合成，通過自身調(diào)節(jié)，機(jī)制本身可以得到恢復(fù)。
葉片凈光合速率Pn是光合作用中的一個(gè)重要指標(biāo)[25]。干旱脅迫使Pn降低，這在決明屬植物[7]、楊樹[26]和桔梗[27]上已經(jīng)得到證實(shí)。在本研究中，與對(duì)照相比，不同程度干旱處理下的Pn，都呈顯著下降趨勢(shì)，且在干旱15 d達(dá)到最低點(diǎn)。干旱脅迫導(dǎo)致Pn下降的主要原因可能是氣孔限制(stomatal limitation)，也有可能是非氣孔限制(non-stomal limitation)。Farquhar等[28]提出檢查氣孔限制是否為Pn下降原因的判斷方法：看Gs和Ci的變化趨勢(shì)是否一致，Gs降低而Ci升高或不變?yōu)榉菤饪紫拗?；Gs降低伴隨著Ci降低為氣孔限制。本研究結(jié)果表明，干旱脅迫下射干的Gs降低都伴隨著Ci降低，表明射干葉片Pn下降主要原因是氣孔限制引起的。相關(guān)分析表明，Pn與Gs、Ci呈顯著正相關(guān)，說明干旱脅迫使氣孔阻力增大甚至關(guān)閉，進(jìn)而影響氣孔導(dǎo)度下降，導(dǎo)致葉肉細(xì)胞羧化位點(diǎn)的CO2量減少，使得光合速率下降[29]。同時(shí)，干旱脅迫使得氣孔導(dǎo)度降低，可能是射干通過降低蒸騰速率來減少水分散失，這是一種生態(tài)避旱策略。復(fù)水后，輕度和中度干旱脅迫下的Pn明顯恢復(fù)，而重度干旱脅迫下恢復(fù)不明顯，說明重度干旱脅迫對(duì)射干葉片的細(xì)胞膜造成了損傷，在日后的管理中，應(yīng)避免使射干處于重度干旱狀態(tài)下。
葉綠素?zé)晒庾鳛橹参锕夂献饔玫奶结?，能夠靈敏和準(zhǔn)確地檢測(cè)植物光合機(jī)構(gòu)在環(huán)境脅迫下的響應(yīng)[7]。張丹等[25]研究表明干旱脅迫下，紅松針葉和樹皮組織Fv/Fm、qP均表現(xiàn)出不同程度的降低，NPQ均升高，本試驗(yàn)結(jié)果顯示，干旱脅迫使射干Fv/Fm、qP、ETR低于對(duì)照，NPQ高于對(duì)照，與上述結(jié)果基本一致。隨著脅迫時(shí)間的延長，重度干旱脅迫與其他處理差異顯著。相關(guān)性分析表明，F(xiàn)v/Fm、qP、ETR呈極顯著正相關(guān)，說明干旱脅迫導(dǎo)致射干葉片產(chǎn)生光抑制，從天線色素上捕獲的光能用于光化學(xué)反應(yīng)的份額減少，PSII反應(yīng)中心的光化學(xué)活性變?nèi)?，電子傳遞速率下降[26]，而Fv/Fm與NPQ呈極顯著負(fù)相關(guān)，表明干旱脅迫導(dǎo)致射干原初光能轉(zhuǎn)換效率降低，PSII天線色素吸收的光能過剩，只有通過升高NPQ以熱耗散的形式釋放掉過多的光能，這杜清潔[30]的研究結(jié)果一致。復(fù)水后，輕度干旱脅迫的Fv/Fm表現(xiàn)出良好的恢復(fù)性，而中度和重度干旱脅迫與對(duì)照差異顯著，可能是過度干旱對(duì)PSII反應(yīng)中心造成損傷。因此，在以后的管理過程中，受干旱脅迫的射干，應(yīng)及時(shí)補(bǔ)水，避免長時(shí)間過度干旱對(duì)植株造成生理代謝傷害。
通過對(duì)射干相對(duì)葉綠素含量、光合及熒光參數(shù)的相關(guān)性分析，發(fā)現(xiàn)SPAD值、Pn、Fv/Fm之間呈極顯著正相關(guān)，這與陳蘭蘭[27]的研究結(jié)果大致一致，說明干旱脅迫導(dǎo)致葉片失水，葉綠素的合成減少并解體，從而影響光合機(jī)構(gòu)，致使PSII反應(yīng)中心和潛在活性中心受到傷害，使得PSII原初光能轉(zhuǎn)化效率降低，抑制了光合作用的原初反應(yīng)過程，并影響了PSII反應(yīng)中心向QA、QB和PQ庫的傳遞過程[27]。
綜上所述，干旱脅迫下，射干的SPAD值、Pn、Gs、Ci、Tr、Fv/Fm、qP、ETR隨脅迫程度的加劇顯著下降，NPQ隨脅迫程度的加劇明顯上升，導(dǎo)致Pn的下降原因主要是氣孔限制引起的；射干可以承受15 d的輕度和中度干旱，而15 d的重度干旱會(huì)造成葉片的細(xì)胞膜損傷。復(fù)水后，輕度干旱脅迫和中度干旱脅迫表現(xiàn)出較快的光合恢復(fù)能力，Ci、NPQ、ETR可較快恢復(fù)，而重度脅迫則無法恢復(fù)。
參考文獻(xiàn)：
[1] Bai L P,Sui F G,Ge T D,et al.Effect of soil drought stress on leaf water status,membrane permeability and enzymatic antioxidant system of maize[J].Pedosphere,2006,16(3):326-332.
[2] 劉強(qiáng),王慶成,王占武.5種木本植物對(duì)NaHCO3脅迫的光合生理響應(yīng)[J].植物研究,2014,34(6):765-769.
Liu Q,Wang Q C,Wang Z W.Photosynthetic physiological responses of five woody plants to NaHCO3Stress[J].Bulletin of Botanical Research，2014,34(6):765-769.
[3] 何梅,施大偉,胡玉安,等.干旱脅迫下銀杏雌雄植株的生長及內(nèi)源激素含量的差異[J].江西農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2017,39(6):1154-1162.
He M,Shi D W,Hu Y A,et al.Gender differences in the growth and endogenous hormone contents of male and femaleGinkgobilobaunder drought stress[J].Acta Agriculturae Universitatis Jiangxiensis,2017,39(6):1154-1162.
[4] Flexas J,Bota J,Loreto F,et al.Diffusive and metabolic,limitations to photosynthesis under drought and salinity in C3plants[J].Plant Biology,2004,6(3):269-279.
[5] Flexas J,Rubas C M,Bota J,et al.Decreased rubisco activity during water stress is not induced by decreased relative water content but related to conditions of low stomatal conductance and chloroplast CO2concentration[J].New Philologists,2006,172(1):73-82.
[6] Wu F Z,Bao W K,Li F L,et al.Effects of water stress and nitrogen supply on leaf gas exchange and fluorescence parameters of Sophora davidii seedlings[J].Photosynthetic,2008,46(1):40-48.
[7] 姚春娟,郭圣茂,馬英超,等.干旱脅迫對(duì)4種決明屬植物光合作用和葉綠素?zé)晒馓匦缘挠绊慬J].草業(yè)科學(xué),2017,34(9):1880-1888.
Yao C J,Guo S M,Ma Y C,et al.Effect of drought stress on characteristics of photosynthesis and chlorophyll fluorescence of four s species of Cassia[J].Pratacultural Science,2017,34(9):1880-1888.
[8] Xu Z Z,Zhou G S,Shimizu H,et al.Plant response to drought and rewatering[J].Plant Singaling&Behavior,2010,5(6):649-654.
[9] 宋家壯,李萍萍,付為國.水分脅迫及復(fù)水對(duì)虉草生理生化特性的影響[J].草業(yè)學(xué)報(bào),2012,21(2):62-69.
Song J Z,Li P P,Fu W G.Effects of water stress and rewatering on physiological and biochemical characteristics ofPhalarisarundinacea[J].Acta Prataculturae Science,2012,21(2):62-69.
[10] 中國科學(xué)院中國植物志編委會(huì).中國植物志:16(1)卷[M].北京:科學(xué)出版社,1984.
Chinese Academy of Sciences Chinese Flora Editorial Board.Chinese Flora:Vol.16(1)[M].Beijing:SciencePress,1984.
[11] 楊牟,何平,段才緒,等.外源物質(zhì)亞精胺對(duì)射干種子萌發(fā)及幼苗光合特征的影響[J].中草藥,2014,45(15):2235-2241.
Yang M,He P,Duan C X,et al.Effects of exogenous 5-aminolevulinic acid on seed germination and seedling photosynthetic characteristics of Belamacanda chinensis[J].Chinese Traditional and Herbal Drugs,2014,45(15):2235-2241.
[12] 楊牟,何平,段才緒,等.外源SNP,Spd對(duì)鹽堿脅迫下射干幼苗體內(nèi)抗氧化酶活性的影響[J].西南大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2015,37(6):13-19.
Yang Mu,He P,Duan Z X,et al.Effects of exogenous SNP and Spd on the activity of antioxidant enzyme system inBelamacandachinensis(L.)DC.seedlings under saline-alkali stress[J].Journal of Southwest University(Natural Science Edition),2015,37(6):13-19.
[13] 張杰,曾鋮,常義生,等.射干化學(xué)成分研究[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué),2015,43(24):57-59.
Zhang J,Zeng C,Chang Y S,et al.Study on chemical constituents ofBelamcaadachiaeasis(L.)DC.[J].Journal of Anhui Agri.Sci,2015,43(24):57-59.
[14] 辛鳳.射干麻黃湯的藥理分析[J].世界最新醫(yī)學(xué)信息文摘,2016,16(21):154.
Xin F.The pharmacological analysis ofBelamcaadachiaeasis(L.)DC.ephedra soup[J].The world’s latest medical information,2016,16(21):154.
[15] 徐開杰,王勇鋒,湯益,等.持續(xù)干旱及復(fù)水對(duì)柳枝稷幼苗分蘗期生長發(fā)育的影響[J].草地學(xué)報(bào),2014,22(1):126-133.
Xu K J,Wang Y F,Tang Y,et al.Effects of persistent drought and re-watering on the seedling growth and development of switchgrass during tillering stage[J].Acta Agrestia sinica,2014,22(1):126-133.
[16] 張?jiān)坪?何念鵬,張光明,等.氮沉降強(qiáng)度和頻率對(duì)羊草葉綠素含量的影響[J].生態(tài)學(xué)報(bào),2013,33(21):6786-6794.
Zhang Y H,He N P,Zhang G M,et al.Nitrogen deposition and Leymus chinensis leaf chlorophyll content in Inner Mongolian grassland[J].Acta Ecologica Sinica,2013,33(21):6786-6794.
[17] Qiu Z Y,Wang L H,Zhou Q.Effects of bisphenol A on growth,photosynthesis and chlorophyll fluorescence in above ground organs of soybean seedlings[J].Chemosphere,2013,90(3):1274-1280.
[18] 安玉艷,梁宗鎖.植物應(yīng)對(duì)干旱脅迫的階段性策略[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào),2012,23(10):2907-2915.
An Y Y,Liang Z S.Staged strategy of plants in response to drought stress[J].Chinese Journal of Applied Ecology,2012,23(10):2907-2915.
[19] 艾天成,李方敏,周治安,等.作物葉片葉綠素含量與SPAD值相關(guān)性研究[J].湖北農(nóng)學(xué)學(xué)報(bào),2000,21(1):6-8.
Ai T C,Li F M,Zhou Z A,Relationship between chlorophyll meter readings(SPAD readings) and chlorophyll content of crop leaves[J].Journal of Hubei Agricultural College,2000,21(1):6-8.
[20] 杜潤峰,郝文芳,王龍飛.達(dá)烏里胡枝子抗氧化保護(hù)系統(tǒng)及膜脂過氧化對(duì)干旱脅迫及復(fù)水的動(dòng)態(tài)響應(yīng)[J].草業(yè)學(xué)報(bào),2012,21(2):51-61.
Du R F,Hao W F,Wang L F.Dynamic responses on anti-oxidative defense system and lipid peroxidation of Lespedeza davurica to drought stress and re-watering[J].Acta Prataculturae Science,2012,21(2):51-61.
[21] M?kel? P,K?rkk?inen J,Somersalo S.Effect of glycinebetaine on chloroplast ultrastructure,chlorophyll and protein contennt,and RUBPCO activities in tomato grown under drought or salinity[J].Bilogia Plantarum,2000,43(3):471-475.
[22] Nayyar H,Singh S,Kaur S,et al.Differential sensitivity of macrocarpa and macrocarpa types of chickPea (CicerarietinumL.)to water stress:association of contrasting stress response with oxidative injury[J].Journal of Integrative Plant Biology,2006,48(11):1318-1329.
[23] Herbinger K,Tausz M,Wonisch A,et al.Complex interactive effects of drought and ozone stress on the antioxidant delence systems of two wheat cultivars[J].Plant Physiology and Biochemistry,2002,40 (6/7/8):691-696.
[24] 姚春娟,郭圣茂,楊肖華,等.干旱脅迫下決明屬植物光合生理特性日變化研究[J].江西農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2016,38(4):687-694.
Yao C J,Guo S M,Yang X H,et al.Diurnal changes of photosynthetic physiological characteristics inCassiaunder drought stress[J].Acta Agriculturae Universitatis Jiangxiensis,2016,38(4):687-694.
[25] 張丹,任潔,王慧梅.干旱脅迫及復(fù)水對(duì)紅松針葉和樹皮綠色組織光合特性及抗氧化系統(tǒng)的影響[J].生態(tài)學(xué)雜志,2016,35(10):2606-2614.
Zhang D,Ren J,Wang H M.Response of photosynthetic characteristics and antioxidant system in needles and bark chlorenchyma of Korean pine to drought stress and rehydration[J].Ecology Journal,2016,35 (10):2606-2614.
[26] 井大煒,邢尚軍,杜振宇,等.干旱脅迫對(duì)楊樹幼苗生長、光合特性及活性氧代謝的影響[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào),2013,24(7):1809-1816.
Jing D W,Xing S J,Du Z Y,et al.Effects of drought stress on the growth,photosynthetic characteristics,and active oxygen metabolism of poplar seedlings[J].Chinese Journal of Applied Ecology,2013,24(7):1809-1816.
[27] 陳蘭蘭,郭圣茂,李桂鳳,等.干旱脅迫對(duì)桔梗光合和葉綠素?zé)晒馓匦缘挠绊慬J].江西農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2015,37(5):867-873.
Chen L L,Guo S M,Li G F,et al.Effects of drought stress on photosynthesis and chlorophyll fluorescence ofPlatycodongraudiflorus[J].Acta Agriculturae Universitatis Jiangxiensis,2015,37(5):867-873.
[28] Farquhar G D,Sharkey T D.Stomatal conductance and photosynthesis[J].Annual Review of plant Physiology,1982,33(3):317-345.
[29] 尹賾鵬,劉雪梅,商志偉,等.不同干旱脅迫下歐李光合及葉綠素?zé)晒鈪?shù)的響應(yīng)[J].植物生理學(xué)報(bào),2011,47(5):452-458.
Yin P P,Liu X M,Shang Z W,et al.Responses of photosynthesis and chlorophyll fluorescence paraeters to different drought stress inCerasushumilisbunge[J].Journal of Plant Physiology,2011,47(5):452-458.
[30] 杜清潔,代侃韌,李建明,等.亞低溫與干旱脅迫對(duì)番茄葉片光合及熒光動(dòng)力學(xué)特性的影響[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào),2015,26(6):1687-1694.
Du Q J,Dai K R,Li J M,et al.Effects of moderate and sub-low temperature on characteristics of photosynthesis and fluorescence kinetics of tomato leaves[J].Chinese Journal of Applied Ecology,2015,26(6):1687-1694.
猜你喜歡
一直被念錯(cuò)名字的“射干”文萃報(bào)·周五版(2024年52期)2024-12-23 00:00:00 玉米葉氣孔特征對(duì)氮素和水分的響應(yīng)及其與葉氣體交換的關(guān)系干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究(2022年1期)2022-01-28 04:51:30 提取葉綠素閱讀(科學(xué)探秘)(2020年8期)2020-11-06 06:22:48 某灰鑄鐵汽油機(jī)缸體電機(jī)面氣孔的解決探討裝備制造技術(shù)(2019年12期)2019-12-25 03:06:52 KD490：一種軟包鋰離子電池及其制作工藝科技創(chuàng)新與品牌(2019年12期)2019-02-06 04:03:29 桃樹葉綠素含量與SPAD值呈極顯著正相關(guān)中國果業(yè)信息(2019年1期)2019-01-05 17:41:42 創(chuàng)新藥物二乙基射干苷元的雜質(zhì)研究天然產(chǎn)物研究與開發(fā)(2018年8期)2018-09-10 05:48:28 清咽良藥說射干基層中醫(yī)藥(2018年5期)2018-08-31 02:35:54 葉綠素家族概述生物學(xué)教學(xué)(2017年9期)2017-08-20 13:22:32 重型車用氣缸蓋濕型砂鑄造氣孔缺陷的降低中國鑄造裝備與技術(shù)(2015年5期)2015-12-10 10:23:33
楊肖華，郭圣茂，馮美玲，賴曉蓮，商靚婷
(江西農(nóng)業(yè)大學(xué) 園林與藝術(shù)學(xué)院，江西 南昌 330045)
在全球氣候變暖的條件下，干旱已經(jīng)嚴(yán)重影響植物的生長，成為影響植物生理生態(tài)最主要的非生物脅迫因子之一[1]。光合作用是植物最重要的生命活動(dòng)之一，是植物合成有機(jī)物和獲得能量的根本源泉，同時(shí)又是一個(gè)對(duì)環(huán)境條件變化很敏感的生理過程[2]，干旱是限制植物光合作用的主要自然因素，在干旱條件下，植物通過氣孔和非氣孔限制引起光合作用下降[3-6]。葉綠素?zé)晒鈪?shù)在干旱脅迫發(fā)生時(shí)也會(huì)發(fā)生一系列的變化，其參數(shù)變化能夠有效反映外界環(huán)境對(duì)植物自身光合生理的影響[7]。植物對(duì)干旱的適應(yīng)不僅表現(xiàn)在干旱脅迫的過程中，更重要是在復(fù)水后的恢復(fù)過程[8]。有研究表明，短期干旱脅迫后復(fù)水，部分生理指標(biāo)能得到不同程度的恢復(fù)[9]，是一個(gè)可逆的過程，這樣既能保證植物的生長又能達(dá)到節(jié)水的效果，成為近年來研究的一個(gè)熱點(diǎn)內(nèi)容。
射干(BelamcandachinensisL.Redouté)為鳶尾科射干屬多年生草本藥用植物，其干燥根莖可入藥，性寒，味苦，微毒，具有清熱解毒、散結(jié)消炎、消腫止痛、止咳化痰等藥效，用于治療扁桃腺炎及腰痛等癥[10]。主產(chǎn)于華東、華中及西南等地區(qū)，在廣東、廣西少數(shù)地區(qū)用射干系干燥的全草。生長于山坡、草原、田野，或人工栽培。射干適應(yīng)性強(qiáng)，耐干旱，抗寒，較耐鹽堿，可起到水土保持、防風(fēng)固沙的作用。目前，關(guān)于射干的研究主要集中在種子萌發(fā)[11]、幼苗逆境理化特性研究[12]和化學(xué)及藥理作用[13-14]等方面，還未見干旱脅迫和復(fù)水對(duì)射干光合生理和熒光特性影響的相關(guān)報(bào)道。本研究以2年生盆栽射干為材料，通過研究干旱脅迫和復(fù)水對(duì)射干的相對(duì)葉綠素含量、光合生理指標(biāo)和葉綠素?zé)晒鈪?shù)的影響，揭示射干對(duì)干旱脅迫和復(fù)水的光合生理響應(yīng)機(jī)制，以期為射干節(jié)水栽培技術(shù)提供理論依據(jù)與技術(shù)途徑。
1 材料與方法
1.1 試驗(yàn)材料與處理
供試驗(yàn)材料為生長在江西農(nóng)業(yè)大學(xué)中藥院內(nèi)的2年生盆栽射干，株高平均為24.1 cm，花盆上口徑為27 cm、下口徑為17 cm、高為18 cm，每盆裝有風(fēng)干土7 kg，pH 5.3，有效磷23.85 mg/kg，土壤田間最大持水量為43.27%。
2017年5月1日挑選20盆健康無病蟲害的射干，移至中藥園塑料大棚內(nèi)進(jìn)行盆栽控水試驗(yàn)。試驗(yàn)共設(shè)置4個(gè)干旱梯度，分別為正常澆水CK(土壤含水量為田間持水量的90%～85%)、輕度干旱LD(土壤的含水量為田間持水量的75%～70%)、中度干旱MD(土壤的含水量為田間持水量的55%～50%)、重度干旱SD(土壤的含水量為田間持水量的35%～30%)。每個(gè)處理重復(fù)5盆，每盆定植3株，共60株。試驗(yàn)前1 d對(duì)各個(gè)處理充分澆透水，使土壤水分飽和，之后開始控水，直至自然干旱達(dá)到設(shè)定的土壤含水量范圍。每天18:00采用稱重法測(cè)定土壤含水量并及時(shí)補(bǔ)充所失水分，使相應(yīng)處理始終保持在設(shè)定的土壤含水量范圍內(nèi)。干旱脅迫時(shí)間持續(xù)15 d，之后即刻復(fù)水(以花盆底部有水流出為準(zhǔn))。脅迫5,10,15 d和復(fù)水2 d后測(cè)定各處理葉片的相對(duì)葉綠素含量、光合指標(biāo)、葉綠素?zé)晒鈪?shù)。選擇射干復(fù)水2 d后測(cè)定，是因?yàn)樵陬A(yù)備試驗(yàn)中葉片內(nèi)丙二醛和POD活性可恢復(fù)至正常水平。
1.2 測(cè)定項(xiàng)目及方法
1.2.1 相對(duì)葉綠素含量測(cè)定 采用日本柯尼卡美能達(dá)公司生產(chǎn)的SPAD-502plus葉綠素含量測(cè)定儀進(jìn)行測(cè)定，測(cè)量時(shí)選取葉片無葉脈部位，每片葉子選取15個(gè)點(diǎn)，求其平均值。
1.2.2 光合特性的測(cè)定 采用LI-6400XT便攜式光合作用測(cè)量?jī)x，對(duì)不同植株相同葉位的成熟葉片進(jìn)行光合指標(biāo)測(cè)定，測(cè)定時(shí)間為09:00—11:00，測(cè)定時(shí)選擇紅藍(lán)光源模式，流速為500 μmol/s，CO2濃度根據(jù)自然條件下用緩沖瓶控制，光合有效輻射為1 000 μmol/(m2·s)，溫度為30 ℃。測(cè)定參數(shù)有凈光合速率(Pn)，氣孔導(dǎo)度(Gs)，胞間CO2濃度(Ci)，蒸騰速率(Tr)。
1.2.3 葉綠素?zé)晒鈪?shù)測(cè)定 采用Walz公司研制的PAM-2500便攜式調(diào)制葉綠素?zé)晒鈨x，對(duì)不同植株相同葉位的成熟葉片進(jìn)行葉綠素?zé)晒鈪?shù)測(cè)定，測(cè)定時(shí)間為09:00—11:00，測(cè)試之前用暗適應(yīng)葉夾DLC-8對(duì)相應(yīng)葉片同一位置暗適應(yīng)20 min，測(cè)定參數(shù)有光化學(xué)效率Fv/Fm[Fv/Fm=(Fm-Fo)/Fm]，光化學(xué)淬滅系數(shù)qP，非光化學(xué)淬滅系數(shù)NPQ，電子傳遞速率ETR。
1.3 數(shù)據(jù)處理
采用WPS 2016對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理計(jì)算繪圖，SPSS 17.0進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，Duncan多重比較、pearson相關(guān)性分析進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。
2 結(jié)果與分析
2.1 干旱脅迫復(fù)水對(duì)射干相對(duì)葉綠素含量的影響
(1)D5，D10，D15分別為干旱脅迫5，10，15 d；R2位復(fù)水2 d。(2)同一處理天數(shù)下不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05),下同(1)D5,D10,D15 were drought stress for 5,10,15 d;R2 were re-watering for 2 d.(2)The different lowercase letters under the same days showed significant differences(P<0.05)，the same as below圖1 干旱脅迫及復(fù)水對(duì)射干葉片SPAD值的影響Fig.1 Effects of drought stress and re-watering on leaves SPAD value of blackberry lily
植株通過光合速率的調(diào)節(jié)來適應(yīng)干旱脅迫環(huán)境，而葉綠素含量與光合速率有著極大的相關(guān)性[15]。采用SPAD-502plus葉綠素儀測(cè)得SPAD值(葉色值，leaf color values)，能夠快速便捷的表達(dá)葉片葉綠素的相對(duì)含量[16-18]，已有研究表明SPAD值與葉綠素含量也存在顯著正相關(guān)[19]。由圖1可知，干旱組的相對(duì)葉綠素含量呈明顯下降趨勢(shì)。脅迫5 d時(shí)，與CK相比，干旱組的相對(duì)葉綠素含量略微有所下降，且干旱組與CK差異不顯著(P>0.05)；脅迫10 d時(shí)，除LD略高于CK，其余的干旱處理都低于CK，且SD與CK差異顯著(P<0.05)；干旱組在脅迫15 d時(shí)，相對(duì)葉綠素含量降到最低值，分別為CK的86.5%、75.17%、63.14%，SD與CK差異顯著(P<0.05)；復(fù)水2 d后，脅迫條件下的相對(duì)葉綠素含量都有所回升，但仍低于CK水平，SD與CK差異顯著。
2.2 干旱脅迫及復(fù)水對(duì)射干光合作用參數(shù)的影響
由圖2可知，干旱脅迫及復(fù)水對(duì)射干的凈光合速率都產(chǎn)生了顯著影響。干旱脅迫條件下，各個(gè)脅迫處理的凈光合速率Pn整體變化狀態(tài)都呈下降趨勢(shì)。處理第5天時(shí)，LD與MD間差異不顯著；處理10 d時(shí)，SD的Pn值降到整個(gè)脅迫時(shí)期的最低谷，其值為0.215 μmol/(m·s)，各處理組間差異顯著(P<0.05)；脅迫15 d時(shí)LD、MD的Pn值降到最低值，分別為2.156 μmol/(m·s)、1.186 μmol/(m·s)，各組處理呈顯著性差異(P<0.05)；在復(fù)水2 d后，各個(gè)脅迫處理的凈光合速率都得到了回升，但仍顯著低于對(duì)照(P<0.05)。
圖3顯示，隨著脅迫時(shí)間的延長，LD、MD和SD均呈先上升后下降又上升的趨勢(shì)。在脅迫5 d時(shí)，各處理組間差異不顯著；在脅迫10 d時(shí)，CK和LD差異顯著(P<0.05)，MD與SD差異不顯著；脅迫15 d時(shí)各個(gè)脅迫組的數(shù)值達(dá)到最低點(diǎn)，分別為0.096 μmol/(m·s)、0.041 μmol/(m·s)和0.017 μmol/(m·s)，且各處理組間差異顯著(P<0.05)；復(fù)水2 d后，各個(gè)處理都有所上升，但是都顯著低于CK(P<0.05)，分別為CK的88.86%、46.42%、9.3%。
由圖4可以看出，LD、MD和SD的胞間CO2濃度Ci總體呈先下降后上升的趨勢(shì)。在脅迫5 d時(shí)，MD和SD之間差異不顯著；脅迫10 d時(shí)，脅迫處理組比之前略有下降，且顯著低于CK(P<0.05)，LD和MD之間差異顯著(P<0.05)；脅迫15 d時(shí)，干旱組參數(shù)降至最低值，同時(shí)MD和SD無顯著差異；復(fù)水2 d后，LD、MD和SD的胞間CO2濃度Ci開始上升，但仍低于CK，且SD與CK差異顯著。
圖2 干旱脅迫及復(fù)水對(duì)射干Pn的影響Fig.2 Effects of drought stress and re-watering on Pn of blackberry lily
圖3 干旱脅迫及復(fù)水對(duì)射干Gs的影響Fig.3 Effects of drought stress and re-watering on Gs of blackberry lily
圖5表明，隨著脅迫程度的加深，蒸騰速率Tr明顯呈下降趨勢(shì)。脅迫5 d時(shí)，CK和SD之間有顯著性差異(P<0.05)；MD在脅迫10 d時(shí)降到低谷，其值為0.65 mmol/(m·s)，CK和LD差異不明顯，MD和SD差異不明顯；LD和SD在脅迫15 d時(shí)達(dá)到最低值，分別為1.35 mmol/(m·s)、0.28 mmol/(m·s)，且CK和SD之間差異顯著(P<0.05)。復(fù)水2 d后，各個(gè)處理的蒸騰速率Tr都有所上升，但仍顯著低于對(duì)照(P<0.05)，分別為對(duì)照的80.12%、72.89%和14.62%，CK和SD之間差異顯著(P<0.05)。
圖4 干旱脅迫及復(fù)水對(duì)射干Ci的影響Fig.4 Effects of drought stress and re-watering on Ci of blackberry Lily
圖5 干旱脅迫及復(fù)水對(duì)射干Tr的影響Fig.5 Effects of drought stress and re-watering on Tr of blackberry lily
2.3 干旱脅迫復(fù)水對(duì)射干葉綠素?zé)晒馓匦缘挠绊?/h3>
圖6顯示，正常供水條件下，射干的變化波動(dòng)不大，光化學(xué)效率Fv/Fm基本都在0.8左右，但隨著脅迫程度的加深，光化學(xué)效率Fv/Fm都呈下降趨勢(shì)，尤其在脅迫第15天時(shí)，趨勢(shì)最為明顯，說明隨著脅迫時(shí)間和脅迫程度的加深，PSII利用光能的能力受到影響，LD、MD、SD都出現(xiàn)了光抑制；而在復(fù)水2 d后，各處理都恢復(fù)到CK的98.56%、95.56%和90.75%。方差分析結(jié)果可以看出，脅迫5 d時(shí)，各處理組之間都不存在差異性；脅迫10 d時(shí)，CK和LD差異不明顯；脅迫15 d時(shí)，CK和MD差異顯著；復(fù)水2 d后，CK、MD和SD差異顯著。
圖7表明，干旱脅迫處理期間，射干葉片的非光化學(xué)淬滅系數(shù)NPQ持續(xù)上升。在脅迫15 d時(shí)達(dá)到最大值，分別為CK的1.11、1.18、1.29倍，說明隨著脅迫程度和時(shí)間的加長，PSII反應(yīng)中心以熱形式耗散掉的光能部分增加；復(fù)水2 d后，各個(gè)脅迫處理的非光化學(xué)淬滅系數(shù)NPQ都比之前有所降低，除了SD高于CK外，其余都低于CK。方差分析表明，在脅迫15 d時(shí)，除了SD和CK、LD差異顯著外，其他的處理時(shí)間各處理組均無顯著差異。
圖6 干旱脅迫及復(fù)水對(duì)射干Fv/Fm的影響Fig.6 Effects of drought stress and re-watering on Fv/Fm of blackberry lily
圖7 干旱脅迫及復(fù)水對(duì)射干NPQ的影響Fig.7 Effects of drought stress and re-watering on NPQ of blackberry lily
圖8顯示，隨著干旱程度和時(shí)間的增加，射干的光化學(xué)淬滅系數(shù)qP整體呈下降趨勢(shì)。LD、SD在脅迫15 d時(shí)降到了最低谷，分別為CK的88.51%和76.31%；MD在脅迫10 d時(shí)降到了低谷，其值為0.105；在復(fù)水2 d后，干旱脅迫處理的光化學(xué)淬滅系數(shù)qP開始上升，但仍低于CK，說明PSII反應(yīng)中心，用于光化學(xué)電子傳遞的比例在增大。方差結(jié)果表明，脅迫5 d時(shí)，各處理間無顯著差異；脅迫10 d時(shí)，CK和SD差異顯著；脅迫15 d時(shí)，CK與LD、MD均無差異性；復(fù)水2 d后，CK和MD、SD之間差異顯著。
圖9顯示，射干葉片的電子傳遞速率ETR隨著干旱脅迫時(shí)間和程度的加深逐漸呈下降趨勢(shì)，均在干旱15 d時(shí)達(dá)到最低點(diǎn)，分別為CK的84%、68%和56%，說明在干旱脅迫條件下，射干葉片的電子傳遞速率ETR遭受到損傷或抑制。復(fù)水2 d后，各個(gè)脅迫處理均顯著增高，但仍低于對(duì)照水平。方差分析顯示，在干旱脅迫處理期間，MD和其他處理間差異不顯著，復(fù)水2 d后，SD和其他處理差異不顯著。
圖8 干旱脅迫及復(fù)水對(duì)射干qP的影響Fig.8 Effects of drought stress and re-watering on qP of blackberry lily
圖9 干旱脅迫及復(fù)水對(duì)射干ETR的影響Fig.9 Effects of drought stress and re-watering on ETR of blackberry lily
2.4 射干葉綠素、光合參數(shù)和葉綠素?zé)晒鈪?shù)間的相關(guān)性分析
相關(guān)性分析顯示(表1)，Pn、Gs、Ci、Tr、SPAD與Fv/Fm、qP、ETR呈極顯著正相關(guān)(P<0.01)，其中，F(xiàn)v/Fm與ETR、qP與Tr、ETR與Tr的正相關(guān)系數(shù)最大，分別為0.918、0.895和0.912；NPQ與Fv/Fm、qP、ETR、Pn、Gs、Ci、Tr、SPAD都呈極顯著負(fù)相關(guān)(P<0.01)，其中NPQ與qP的負(fù)相關(guān)系數(shù)最大，為-0.833；光合參數(shù)之間，Pn與Gs呈顯著正相關(guān)(P<0.05)，與Ci、Tr呈極顯著正相關(guān)(P<0.01)；Gs與Ci、Tr呈極顯著正相關(guān)(P<0.01)；Ci與Tr呈極顯著正相關(guān)(P<0.01)。葉綠素?zé)晒鈪?shù)之間，F(xiàn)v/Fm與qP、ETR呈極顯著正相關(guān)(P<0.01);qP與ETR呈極顯著正相關(guān)(P<0.01)；而相對(duì)葉綠素含量SPAD則與Pn、Gs、Ci、Tr呈及顯著正相關(guān)(P<0.01)。
表1 相對(duì)葉綠素含量、光合參數(shù)和葉綠素?zé)晒鈪?shù)間的相關(guān)性Tab.1 Correlations of SPAD,photosynthetic parameters and chlorophyll fluorescence parameters
**表示在0.01水平上顯著相關(guān)，*表示在0.05水平上顯著相關(guān)
**indicatessignificantcorrelationat0.01level,*indicatessignificantcorrelationat0.05level
3 結(jié)論與討論
葉綠素是植物進(jìn)行光合作用的主要色素[20]，干旱脅迫對(duì)植株的葉綠素影響顯著。M?kel?等[21]發(fā)現(xiàn)干旱脅迫使番茄中的葉綠素含量升高，而Nayyar等[22]、Herbinger等[23]則認(rèn)為干旱脅迫降低了植物的葉綠素含量。在本研究中，射干的相對(duì)葉綠素含量SPAD值一致處于下降趨勢(shì)，這與姚春娟的研究結(jié)果一致[24]。復(fù)水后，各處理下的SPAD值能夠得到部分恢復(fù)，說明干旱脅迫并沒有從根本上破壞葉綠素的生物合成，通過自身調(diào)節(jié)，機(jī)制本身可以得到恢復(fù)。
葉片凈光合速率Pn是光合作用中的一個(gè)重要指標(biāo)[25]。干旱脅迫使Pn降低，這在決明屬植物[7]、楊樹[26]和桔梗[27]上已經(jīng)得到證實(shí)。在本研究中，與對(duì)照相比，不同程度干旱處理下的Pn，都呈顯著下降趨勢(shì)，且在干旱15 d達(dá)到最低點(diǎn)。干旱脅迫導(dǎo)致Pn下降的主要原因可能是氣孔限制(stomatal limitation)，也有可能是非氣孔限制(non-stomal limitation)。Farquhar等[28]提出檢查氣孔限制是否為Pn下降原因的判斷方法：看Gs和Ci的變化趨勢(shì)是否一致，Gs降低而Ci升高或不變?yōu)榉菤饪紫拗?；Gs降低伴隨著Ci降低為氣孔限制。本研究結(jié)果表明，干旱脅迫下射干的Gs降低都伴隨著Ci降低，表明射干葉片Pn下降主要原因是氣孔限制引起的。相關(guān)分析表明，Pn與Gs、Ci呈顯著正相關(guān)，說明干旱脅迫使氣孔阻力增大甚至關(guān)閉，進(jìn)而影響氣孔導(dǎo)度下降，導(dǎo)致葉肉細(xì)胞羧化位點(diǎn)的CO2量減少，使得光合速率下降[29]。同時(shí)，干旱脅迫使得氣孔導(dǎo)度降低，可能是射干通過降低蒸騰速率來減少水分散失，這是一種生態(tài)避旱策略。復(fù)水后，輕度和中度干旱脅迫下的Pn明顯恢復(fù)，而重度干旱脅迫下恢復(fù)不明顯，說明重度干旱脅迫對(duì)射干葉片的細(xì)胞膜造成了損傷，在日后的管理中，應(yīng)避免使射干處于重度干旱狀態(tài)下。
葉綠素?zé)晒庾鳛橹参锕夂献饔玫奶结?，能夠靈敏和準(zhǔn)確地檢測(cè)植物光合機(jī)構(gòu)在環(huán)境脅迫下的響應(yīng)[7]。張丹等[25]研究表明干旱脅迫下，紅松針葉和樹皮組織Fv/Fm、qP均表現(xiàn)出不同程度的降低，NPQ均升高，本試驗(yàn)結(jié)果顯示，干旱脅迫使射干Fv/Fm、qP、ETR低于對(duì)照，NPQ高于對(duì)照，與上述結(jié)果基本一致。隨著脅迫時(shí)間的延長，重度干旱脅迫與其他處理差異顯著。相關(guān)性分析表明，F(xiàn)v/Fm、qP、ETR呈極顯著正相關(guān)，說明干旱脅迫導(dǎo)致射干葉片產(chǎn)生光抑制，從天線色素上捕獲的光能用于光化學(xué)反應(yīng)的份額減少，PSII反應(yīng)中心的光化學(xué)活性變?nèi)?，電子傳遞速率下降[26]，而Fv/Fm與NPQ呈極顯著負(fù)相關(guān)，表明干旱脅迫導(dǎo)致射干原初光能轉(zhuǎn)換效率降低，PSII天線色素吸收的光能過剩，只有通過升高NPQ以熱耗散的形式釋放掉過多的光能，這杜清潔[30]的研究結(jié)果一致。復(fù)水后，輕度干旱脅迫的Fv/Fm表現(xiàn)出良好的恢復(fù)性，而中度和重度干旱脅迫與對(duì)照差異顯著，可能是過度干旱對(duì)PSII反應(yīng)中心造成損傷。因此，在以后的管理過程中，受干旱脅迫的射干，應(yīng)及時(shí)補(bǔ)水，避免長時(shí)間過度干旱對(duì)植株造成生理代謝傷害。
通過對(duì)射干相對(duì)葉綠素含量、光合及熒光參數(shù)的相關(guān)性分析，發(fā)現(xiàn)SPAD值、Pn、Fv/Fm之間呈極顯著正相關(guān)，這與陳蘭蘭[27]的研究結(jié)果大致一致，說明干旱脅迫導(dǎo)致葉片失水，葉綠素的合成減少并解體，從而影響光合機(jī)構(gòu)，致使PSII反應(yīng)中心和潛在活性中心受到傷害，使得PSII原初光能轉(zhuǎn)化效率降低，抑制了光合作用的原初反應(yīng)過程，并影響了PSII反應(yīng)中心向QA、QB和PQ庫的傳遞過程[27]。
綜上所述，干旱脅迫下，射干的SPAD值、Pn、Gs、Ci、Tr、Fv/Fm、qP、ETR隨脅迫程度的加劇顯著下降，NPQ隨脅迫程度的加劇明顯上升，導(dǎo)致Pn的下降原因主要是氣孔限制引起的；射干可以承受15 d的輕度和中度干旱，而15 d的重度干旱會(huì)造成葉片的細(xì)胞膜損傷。復(fù)水后，輕度干旱脅迫和中度干旱脅迫表現(xiàn)出較快的光合恢復(fù)能力，Ci、NPQ、ETR可較快恢復(fù)，而重度脅迫則無法恢復(fù)。
參考文獻(xiàn)：
[1] Bai L P,Sui F G,Ge T D,et al.Effect of soil drought stress on leaf water status,membrane permeability and enzymatic antioxidant system of maize[J].Pedosphere,2006,16(3):326-332.
[2] 劉強(qiáng),王慶成,王占武.5種木本植物對(duì)NaHCO3脅迫的光合生理響應(yīng)[J].植物研究,2014,34(6):765-769.
Liu Q,Wang Q C,Wang Z W.Photosynthetic physiological responses of five woody plants to NaHCO3Stress[J].Bulletin of Botanical Research，2014,34(6):765-769.
[3] 何梅,施大偉,胡玉安,等.干旱脅迫下銀杏雌雄植株的生長及內(nèi)源激素含量的差異[J].江西農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2017,39(6):1154-1162.
He M,Shi D W,Hu Y A,et al.Gender differences in the growth and endogenous hormone contents of male and femaleGinkgobilobaunder drought stress[J].Acta Agriculturae Universitatis Jiangxiensis,2017,39(6):1154-1162.
[4] Flexas J,Bota J,Loreto F,et al.Diffusive and metabolic,limitations to photosynthesis under drought and salinity in C3plants[J].Plant Biology,2004,6(3):269-279.
[5] Flexas J,Rubas C M,Bota J,et al.Decreased rubisco activity during water stress is not induced by decreased relative water content but related to conditions of low stomatal conductance and chloroplast CO2concentration[J].New Philologists,2006,172(1):73-82.
[6] Wu F Z,Bao W K,Li F L,et al.Effects of water stress and nitrogen supply on leaf gas exchange and fluorescence parameters of Sophora davidii seedlings[J].Photosynthetic,2008,46(1):40-48.
[7] 姚春娟,郭圣茂,馬英超,等.干旱脅迫對(duì)4種決明屬植物光合作用和葉綠素?zé)晒馓匦缘挠绊慬J].草業(yè)科學(xué),2017,34(9):1880-1888.
Yao C J,Guo S M,Ma Y C,et al.Effect of drought stress on characteristics of photosynthesis and chlorophyll fluorescence of four s species of Cassia[J].Pratacultural Science,2017,34(9):1880-1888.
[8] Xu Z Z,Zhou G S,Shimizu H,et al.Plant response to drought and rewatering[J].Plant Singaling&Behavior,2010,5(6):649-654.
[9] 宋家壯,李萍萍,付為國.水分脅迫及復(fù)水對(duì)虉草生理生化特性的影響[J].草業(yè)學(xué)報(bào),2012,21(2):62-69.
Song J Z,Li P P,Fu W G.Effects of water stress and rewatering on physiological and biochemical characteristics ofPhalarisarundinacea[J].Acta Prataculturae Science,2012,21(2):62-69.
[10] 中國科學(xué)院中國植物志編委會(huì).中國植物志:16(1)卷[M].北京:科學(xué)出版社,1984.
Chinese Academy of Sciences Chinese Flora Editorial Board.Chinese Flora:Vol.16(1)[M].Beijing:SciencePress,1984.
[11] 楊牟,何平,段才緒,等.外源物質(zhì)亞精胺對(duì)射干種子萌發(fā)及幼苗光合特征的影響[J].中草藥,2014,45(15):2235-2241.
Yang M,He P,Duan C X,et al.Effects of exogenous 5-aminolevulinic acid on seed germination and seedling photosynthetic characteristics of Belamacanda chinensis[J].Chinese Traditional and Herbal Drugs,2014,45(15):2235-2241.
[12] 楊牟,何平,段才緒,等.外源SNP,Spd對(duì)鹽堿脅迫下射干幼苗體內(nèi)抗氧化酶活性的影響[J].西南大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2015,37(6):13-19.
Yang Mu,He P,Duan Z X,et al.Effects of exogenous SNP and Spd on the activity of antioxidant enzyme system inBelamacandachinensis(L.)DC.seedlings under saline-alkali stress[J].Journal of Southwest University(Natural Science Edition),2015,37(6):13-19.
[13] 張杰,曾鋮,常義生,等.射干化學(xué)成分研究[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué),2015,43(24):57-59.
Zhang J,Zeng C,Chang Y S,et al.Study on chemical constituents ofBelamcaadachiaeasis(L.)DC.[J].Journal of Anhui Agri.Sci,2015,43(24):57-59.
[14] 辛鳳.射干麻黃湯的藥理分析[J].世界最新醫(yī)學(xué)信息文摘,2016,16(21):154.
Xin F.The pharmacological analysis ofBelamcaadachiaeasis(L.)DC.ephedra soup[J].The world’s latest medical information,2016,16(21):154.
[15] 徐開杰,王勇鋒,湯益,等.持續(xù)干旱及復(fù)水對(duì)柳枝稷幼苗分蘗期生長發(fā)育的影響[J].草地學(xué)報(bào),2014,22(1):126-133.
Xu K J,Wang Y F,Tang Y,et al.Effects of persistent drought and re-watering on the seedling growth and development of switchgrass during tillering stage[J].Acta Agrestia sinica,2014,22(1):126-133.
[16] 張?jiān)坪?何念鵬,張光明,等.氮沉降強(qiáng)度和頻率對(duì)羊草葉綠素含量的影響[J].生態(tài)學(xué)報(bào),2013,33(21):6786-6794.
Zhang Y H,He N P,Zhang G M,et al.Nitrogen deposition and Leymus chinensis leaf chlorophyll content in Inner Mongolian grassland[J].Acta Ecologica Sinica,2013,33(21):6786-6794.
[17] Qiu Z Y,Wang L H,Zhou Q.Effects of bisphenol A on growth,photosynthesis and chlorophyll fluorescence in above ground organs of soybean seedlings[J].Chemosphere,2013,90(3):1274-1280.
[18] 安玉艷,梁宗鎖.植物應(yīng)對(duì)干旱脅迫的階段性策略[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào),2012,23(10):2907-2915.
An Y Y,Liang Z S.Staged strategy of plants in response to drought stress[J].Chinese Journal of Applied Ecology,2012,23(10):2907-2915.
[19] 艾天成,李方敏,周治安,等.作物葉片葉綠素含量與SPAD值相關(guān)性研究[J].湖北農(nóng)學(xué)學(xué)報(bào),2000,21(1):6-8.
Ai T C,Li F M,Zhou Z A,Relationship between chlorophyll meter readings(SPAD readings) and chlorophyll content of crop leaves[J].Journal of Hubei Agricultural College,2000,21(1):6-8.
[20] 杜潤峰,郝文芳,王龍飛.達(dá)烏里胡枝子抗氧化保護(hù)系統(tǒng)及膜脂過氧化對(duì)干旱脅迫及復(fù)水的動(dòng)態(tài)響應(yīng)[J].草業(yè)學(xué)報(bào),2012,21(2):51-61.
Du R F,Hao W F,Wang L F.Dynamic responses on anti-oxidative defense system and lipid peroxidation of Lespedeza davurica to drought stress and re-watering[J].Acta Prataculturae Science,2012,21(2):51-61.
[21] M?kel? P,K?rkk?inen J,Somersalo S.Effect of glycinebetaine on chloroplast ultrastructure,chlorophyll and protein contennt,and RUBPCO activities in tomato grown under drought or salinity[J].Bilogia Plantarum,2000,43(3):471-475.
[22] Nayyar H,Singh S,Kaur S,et al.Differential sensitivity of macrocarpa and macrocarpa types of chickPea (CicerarietinumL.)to water stress:association of contrasting stress response with oxidative injury[J].Journal of Integrative Plant Biology,2006,48(11):1318-1329.
[23] Herbinger K,Tausz M,Wonisch A,et al.Complex interactive effects of drought and ozone stress on the antioxidant delence systems of two wheat cultivars[J].Plant Physiology and Biochemistry,2002,40 (6/7/8):691-696.
[24] 姚春娟,郭圣茂,楊肖華,等.干旱脅迫下決明屬植物光合生理特性日變化研究[J].江西農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2016,38(4):687-694.
Yao C J,Guo S M,Yang X H,et al.Diurnal changes of photosynthetic physiological characteristics inCassiaunder drought stress[J].Acta Agriculturae Universitatis Jiangxiensis,2016,38(4):687-694.
[25] 張丹,任潔,王慧梅.干旱脅迫及復(fù)水對(duì)紅松針葉和樹皮綠色組織光合特性及抗氧化系統(tǒng)的影響[J].生態(tài)學(xué)雜志,2016,35(10):2606-2614.
Zhang D,Ren J,Wang H M.Response of photosynthetic characteristics and antioxidant system in needles and bark chlorenchyma of Korean pine to drought stress and rehydration[J].Ecology Journal,2016,35 (10):2606-2614.
[26] 井大煒,邢尚軍,杜振宇,等.干旱脅迫對(duì)楊樹幼苗生長、光合特性及活性氧代謝的影響[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào),2013,24(7):1809-1816.
Jing D W,Xing S J,Du Z Y,et al.Effects of drought stress on the growth,photosynthetic characteristics,and active oxygen metabolism of poplar seedlings[J].Chinese Journal of Applied Ecology,2013,24(7):1809-1816.
[27] 陳蘭蘭,郭圣茂,李桂鳳,等.干旱脅迫對(duì)桔梗光合和葉綠素?zé)晒馓匦缘挠绊慬J].江西農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2015,37(5):867-873.
Chen L L,Guo S M,Li G F,et al.Effects of drought stress on photosynthesis and chlorophyll fluorescence ofPlatycodongraudiflorus[J].Acta Agriculturae Universitatis Jiangxiensis,2015,37(5):867-873.
[28] Farquhar G D,Sharkey T D.Stomatal conductance and photosynthesis[J].Annual Review of plant Physiology,1982,33(3):317-345.
[29] 尹賾鵬,劉雪梅,商志偉,等.不同干旱脅迫下歐李光合及葉綠素?zé)晒鈪?shù)的響應(yīng)[J].植物生理學(xué)報(bào),2011,47(5):452-458.
Yin P P,Liu X M,Shang Z W,et al.Responses of photosynthesis and chlorophyll fluorescence paraeters to different drought stress inCerasushumilisbunge[J].Journal of Plant Physiology,2011,47(5):452-458.
[30] 杜清潔,代侃韌,李建明,等.亞低溫與干旱脅迫對(duì)番茄葉片光合及熒光動(dòng)力學(xué)特性的影響[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào),2015,26(6):1687-1694.
Du Q J,Dai K R,Li J M,et al.Effects of moderate and sub-low temperature on characteristics of photosynthesis and fluorescence kinetics of tomato leaves[J].Chinese Journal of Applied Ecology,2015,26(6):1687-1694.
猜你喜歡
文萃報(bào)·周五版(2024年52期)2024-12-23 00:00:00
干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究(2022年1期)2022-01-28 04:51:30
閱讀(科學(xué)探秘)(2020年8期)2020-11-06 06:22:48
裝備制造技術(shù)(2019年12期)2019-12-25 03:06:52
科技創(chuàng)新與品牌(2019年12期)2019-02-06 04:03:29
中國果業(yè)信息(2019年1期)2019-01-05 17:41:42
天然產(chǎn)物研究與開發(fā)(2018年8期)2018-09-10 05:48:28
基層中醫(yī)藥(2018年5期)2018-08-31 02:35:54
生物學(xué)教學(xué)(2017年9期)2017-08-20 13:22:32
中國鑄造裝備與技術(shù)(2015年5期)2015-12-10 10:23:33
