羅彬瑩，劉衛(wèi)東，吳際友，劉 球，程 勇，魏志恒，陳明皋，廖德志，黃小飛

（1.中南林業(yè)科技大學(xué) 林學(xué)院，湖南 長沙 410004；2.湖南省林業(yè)科學(xué)院，湖南 長沙 410004）

干旱脅迫嚴(yán)重影響植物的生長生理進(jìn)程，成為植物受到的一切非生物損害中，最嚴(yán)重的影響因子之一，對于農(nóng)林業(yè)的生產(chǎn)發(fā)展有著直接的影響[1-2]。對于干旱的適應(yīng)能力，各植物間均存在一定差異，其差異受自身基因調(diào)控的影響。植物存在一定的干旱閾值（drought threshold），在其范圍內(nèi)的干旱，會因其抗旱相關(guān)基因的表達(dá)，產(chǎn)生一系列抗旱性相關(guān)的綜合性狀。作為植物干物質(zhì)生產(chǎn)的主要途徑，光合作用與植物生長密切相關(guān)，在干旱脅迫情況下，植物光能容易過剩，而過剩的光能則對植物的器官存在潛在危害。光保護(hù)主要是依靠葉黃素循環(huán)所產(chǎn)生的熱耗散，同時為了阻止光合器官受損，酶促進(jìn)與非酶促進(jìn)系統(tǒng)也同時對此進(jìn)行保護(hù)[3-4]。

樟樹Cinnamomum camphora為樟科Lauraceae樟屬Cinnamomum植物，屬于常綠落葉喬木，別名香樟、烏樟、樟木子、芳樟、香蕊[5]，喜光喜溫，水平分布于10°～30°N 至88°～122°E 之間，通常垂直分布于海拔500 ～600 m 以下的低山平原地區(qū)，中國南方的湖南、福建等省份均存在分布[6]。作為我國珍貴的用材樹種，樟樹有著耐腐朽且防蟲害的特點(diǎn)，其纖維長達(dá)1 200 ～1 310 μm，密度達(dá)0.454 ～0.470 g/cm3，木材呈黃褐色，心材褐黃中帶紅，樟樹同時還是重要的精油原料樹種和園林綠化樹種，深受我國人民的喜愛[7]。樟樹苗期的生長情況會在很大程度上影響樟樹后期的生長成材情況。本試驗(yàn)以1年生樟樹幼苗為實(shí)驗(yàn)材料，通過盆栽控水方法研究不同干旱條件下樟樹幼苗的光合特性變化，以便了解樟樹幼苗對干旱條件的適應(yīng)性，為苗期培育過程中的水分管控提供實(shí)踐與理論指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

選取生長勢一致、生長情況良好的1年生樟樹實(shí)生苗為試驗(yàn)材料，苗木統(tǒng)一使用口徑為21 cm的聚乙烯塑料盆栽培，于2017年2月28日上盆栽培。試驗(yàn)場地設(shè)于中南林業(yè)科技大學(xué)生命科學(xué)樓B 座頂樓的有機(jī)玻璃大棚內(nèi)，大棚為有機(jī)玻璃頂，四面為有機(jī)玻璃合圍，四面裝有窗戶且棚內(nèi)裝有通風(fēng)設(shè)施，溫濕度與棚外基本一致。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用盆栽控水法人工模擬土壤干旱脅迫，共設(shè)置4 個處理梯度，其中正常供水組記為CK，輕度脅迫組記為LS，中度脅迫組記為MS，重度脅迫組記為SS，各組土壤含水量分別為土壤田間最大持水量的90%～85%、75%～70%、55%～50%、35%～30%。每個處理種植3 盆，設(shè)置4 個重復(fù)，共48 盆。于2017年5月30日開始進(jìn)行干旱脅迫，連續(xù)控水30 d，于每日18:00 對各盆栽進(jìn)行稱質(zhì)量，補(bǔ)澆當(dāng)天流失水量，保持土壤濕度在預(yù)設(shè)值。

1.3 葉綠素含量的測定

葉綠素含量的測定采用張憲政丙酮乙醇混合液浸提法[8]，稱取0.1 g 葉片均勻剪成1 mm細(xì)絲，浸泡于25 mL 丙酮乙醇（V∶V=1 ∶1）混合溶液中遮光浸泡24 h。用分辨率高的分光光度計(jì)測定645、652、663 nm 處的光密度值（OD值），計(jì)算各葉綠素濃度與比值，每處理重復(fù)測定3 次[9]。

1.4 光合參數(shù)的測定

脅迫3、6、9、12、30 d 時，利用LI-6400XT便攜式光合作用測量系統(tǒng)（LI-COR，USA）測定樟樹幼苗各項(xiàng)光合指標(biāo)。選取葉片位置相同的成熟葉片進(jìn)行測量，每組測定6 株，每株選取1 片葉片，于8:30 至11:30 測量凈光合速率（Pn）、蒸騰速率（Tr）、氣孔導(dǎo)度（Gs）、胞間CO2濃度（Ci）等光合參數(shù)，并計(jì)算水分利用效率（WUE）[10]。

1.5 數(shù)據(jù)處理與分析

采用Execl 進(jìn)行實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的整理以及圖表繪制，利用SPSS 22.0 軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行單因素方差分析，并對分析結(jié)果進(jìn)行顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 干旱脅迫對樟樹幼苗葉綠素含量的影響

由圖1～4 可知，干旱脅迫下，樟樹幼苗葉片組織的葉綠素a（Chla）、葉綠素b（Chlb）、總?cè)~綠素含量（Chl）、葉綠素a/b 均存在先上升后下降的趨勢，變化的幅度與干旱脅迫的強(qiáng)度有關(guān)。各脅迫組葉綠素均于處理6 d 達(dá)到最大值，各處理組Chla、Chlb、Chl 與Chla/Chlb 之間均存在顯著差異（P＜0.05）。此時SS 組樟樹幼苗葉片組織的Chla 較之CK 組上升了32.87%，Chlb 較之CK 組上升了14.65%，Chl 較之CK 組上升了30.59%，Chla/Chlb 較之CK 組上升了15.90%。而后，隨著脅迫時間的不斷增加，樟樹幼苗葉片組織葉綠素開始分解，Chla 與Chlb 不斷下降，并且下降程度隨著干旱脅迫程度的增長而增加，Chla 的積累程度逐漸低于Chlb。處理30 d，各處理組間均存在顯著差異（P＜0.05），此時LS、MS、SS 組樟樹幼苗葉片組織的Chla 較之CK 組下降了31.88%、44.16%、59.70%，Chlb 較之CK 組下降了24.77%、32.88%、44.59%，Chl較之CK 組下降了33.18%、46.36%、59.20%，Chla/Chlb 較 之CK 組 下 降 了9.30%、16.78%、27.14%。

圖1 干旱脅迫下樟樹幼苗Chla 含量多重比較分析Fig.1 Multiple comparative analysis on Chla content variance of C.camphora seedlings under drought stress

圖2 干旱脅迫下樟樹幼苗Chlb 含量多重比較分析Fig.2 Multiple comparative analysis on Chlb content variance of C.camphora seedlings under drought stress

2.2 干旱脅迫對樟樹幼苗凈光合速率的影響

由表1可知，干旱脅迫下樟樹幼苗的凈光合速率（Pn）隨干旱時間的增加呈現(xiàn)下降趨勢，且下降的幅度與脅迫強(qiáng)度呈正比，干旱脅迫中脅迫組的凈光合速率始終低于對照組。脅迫初期，LS 與MS 組存在一個凈光合速率較穩(wěn)定的時間，LS 組在脅迫9 d 后開始迅速下降，MS 組在脅迫6 d 后迅速下降，此時均與前一時期存在顯著差異（P＜0.05），說明在輕度脅迫的情況下，樟樹幼苗存在自我調(diào)控內(nèi)部生理平衡的能力。處理30 d，各處理組間均存在顯著差異（P＜0.05），此時LS、MS、SS 組凈光合速率較之CK 組分別下降了67.71%、75.95%、90.74%?？梢姼珊得{迫下樟樹幼苗凈光合速率受到抑制。

2.3 干旱脅迫對樟樹幼苗蒸騰速率的影響

圖3 干旱脅迫下樟樹幼苗Chl 含量多重比較分析Fig.3 Multiple comparative analysis on Chlb content variance of C.camphora seedlings under drought stress

圖4 干旱脅迫下樟樹幼苗Chla/Chlb 多重比較分析Fig.4 Multiple comparative analysis on Chla/Chlb variance of C.camphora seedlings under drought stress

表1 干旱脅迫下樟樹幼苗Pn多重比較分析?Table1 Multiple comparative analysis on Pn variance of C.camphora seedlings under drought stress

由表2可知，香樟幼苗在干旱脅迫下蒸騰速率（Tr）隨干旱時間的延長而降低，且下降的幅度隨干旱強(qiáng)度的增加而增加，脅迫期間脅迫組蒸騰速率始終低于對照組。脅迫初期，各脅迫組蒸騰速率均存在下降趨勢，處理至6 d，LS 與MS 組間差異不顯著（P＞0.05），但其他各組間均存在顯著差異（P＜0.05）。此時LS 與MS 組出現(xiàn)下降的平臺期，兩組均于處理9 d 急速下降，與處理6 d 時差異顯著（P＜0.05）。處理9 d，各處理組間均存在極顯著差異（P＜0.05），直至脅迫結(jié)束。處理30 d 時，LS、MS、SS 組較之處理組蒸騰速率分別下降了75.13%、82.72%、90.03%，可見脅迫后期，香樟幼苗的蒸騰速率被大幅度抑制，這是由于土壤干旱導(dǎo)致的葉片氣孔關(guān)閉的結(jié)果，同時也能對植物體的水分流失起到一定程度的控制作用。

2.4 干旱脅迫對樟樹幼苗氣孔導(dǎo)度的影響

由表3可知，樟樹幼苗的氣孔導(dǎo)度（Gs）隨脅迫時間的延長持續(xù)下降，且下降的程度由干旱脅迫強(qiáng)度決定。干旱初期即脅迫3 d，各脅迫組均出現(xiàn)下降的情況，干旱強(qiáng)度越高，下降幅度越大，此時各組間均存在顯著差異（P＜0.05）。處理9 d，LS 與MS 組的氣孔導(dǎo)度均出現(xiàn)迅速下降的情況，均與處理6 d 存在顯著差異（P＜0.05）。處理30 d 時，各組間均存在顯著差異（P＜0.05），此時LS、MS、SS 組的氣孔導(dǎo)度較之CK 組分別下降了86.46%、92.51%、96.52%，可見干旱脅迫大幅度抑制了樟樹幼苗的氣孔導(dǎo)度。

表2 干旱脅迫下樟樹幼苗Tr多重比較分析Table2 Multiple comparative analysis of Tr variance of C.camphora seedlings under drought stress

表3 干旱脅迫下樟樹幼苗Gs多重比較分析Table3 Multiple comparative analysis of Gs variance of C.camphora seedlings under drought stress

2.5 干旱脅迫對樟樹幼苗胞間CO2 濃度的影響

由表4可知，干旱脅迫下樟樹幼苗的胞間CO2濃度（Ci）隨干旱時間的延長存在下降趨勢，且下降的幅度隨脅迫程度的加深而加深。輕度干旱與中度干旱組在脅迫初期胞間CO2濃度略微下降后存在平臺期，期間下降幅度很小或無下降情況，LS 與MS 組平臺期為3 d 到6 d 之間。處理9 d，各處理組間均存在顯著差異（P＜0.05），此時LS、MS 組平臺期結(jié)束，胞間CO2濃度開始迅速下降，均與處理6 d 存在顯著差異（P＜0.05）。處理30 d 時，各組間存在顯著差異（P＜0.05），此時LS、MS、SS 組的胞間CO2濃度較之CK 組分別下降了49.33%、55.05%、62.27%。

2.6 干旱脅迫對樟樹幼苗水分利用效率的影響

由表5可知，隨著干旱時間的延長，輕度干旱與中度干旱組水分利用效率（WUE）存在先下降后上升的趨勢，而重度干旱組則是先上升后下降，直至低于對照組。處理6 d，LS、MS 組水分利用效率持續(xù)下降，與處理 3 d 各組水分利用效率存在顯著差異（P＜0.05），處理9 d 出現(xiàn)大幅上升，此時MS 組水分利用效率較處理6 d 上升了59.89%并進(jìn)入穩(wěn)定，處理12 d 時LS 組水分利用效率較之6 d 時上升了40.20%并進(jìn)入穩(wěn)定。處理3 d 時，LS、MS 與CK 組間差異不顯著（P＞0.05），隨著水分利用率的上升，LS、MS與CK 組之間存在顯著差異（P＜0.05）。SS 組于處理6 d 時達(dá)到水分利用效率頂點(diǎn)，為CK 組的60.57%，且與其余各組間存在顯著差異（P＜0.05），而后持續(xù)下降直至處理結(jié)束。

表5 干旱脅迫下樟樹幼苗WUE多重比較分析Table5 Multiple comparative analysis of RWUE variance of C.camphora seedlings under drought stress

3 結(jié) 論

水分在植物生長過程中扮演著重要地位，是植物健康生長所不可或缺的環(huán)境因素，水分的缺乏對于植物的影響是多方面的，且對于光合的抑制作用尤為明顯。本試驗(yàn)結(jié)果表明，土壤含水量的缺乏嚴(yán)重影響了樟樹幼苗的光合生理情況。

干旱脅迫初期，香樟幼苗為了應(yīng)對干旱條件葉綠素會出現(xiàn)小幅度增加，這是由于植株自身調(diào)整導(dǎo)致的應(yīng)激反應(yīng)。而隨著干旱的時間和程度不斷加深，葉綠素的合成受到影響并開始出現(xiàn)分解，使得葉綠素含量隨之降低，下降的程度與脅迫的嚴(yán)重程度呈正比。加之香樟幼苗對干旱條件的敏感性下降，Chla/Chlb 的比值也隨之降低，說明脅迫中后期香樟幼苗抗旱能力減弱。

在干旱條件下，香樟幼苗植株的光合作用受到抑制，隨著干旱時間的延長和干旱程度的加深，凈光合速率、蒸騰速率、氣孔導(dǎo)度和胞間CO2濃度均存在下降趨勢。由于脅迫導(dǎo)致的葉綠素減少，且干旱致使氣孔關(guān)閉，影響了各項(xiàng)光合生理指標(biāo)，使得香樟幼苗干物質(zhì)積累能力受損。而在輕度和中度脅迫的情況下，香樟幼苗的水分利用效率升高，以此抵御缺水影響，而重度脅迫后期水分利用效率下降，說明植株受損嚴(yán)重，自我調(diào)控能力下降。

4 討 論

4.1 干旱脅迫下樟樹幼苗葉綠素的變化

干旱脅迫對于樟樹幼苗的葉綠素含量、光合情況及水分利用均存在影響，影響的程度與處理有關(guān)，各處理間差異顯著。葉綠素則是葉片中進(jìn)行光能吸收、光能傳遞和光能轉(zhuǎn)換的場所，在植物體內(nèi)不斷進(jìn)行代謝。植物的光合色素包括葉綠素和胡蘿卜素，而其中與植物光合作用關(guān)系最密切是葉綠素a，其含量在一定程度上能夠體現(xiàn)植物的物質(zhì)同化能力，進(jìn)而對植株生長產(chǎn)生影響。植物體內(nèi)葉綠素在正常狀態(tài)下能與蛋白質(zhì)穩(wěn)定結(jié)合，但當(dāng)植物處于逆境時會導(dǎo)致葉綠素發(fā)生不穩(wěn)定降解。胡義等[11]研究發(fā)現(xiàn)，在缺水狀態(tài)下，由于膜脂過氧化物的作用，植物的葉綠素合成受到抑制，隨著干旱程度的加劇，原有葉綠素還會加速分解，導(dǎo)致葉片變得枯黃。研究表明，植物在水分脅迫時，葉綠素會呈先上升后下降的趨勢[12-13]，這與本試驗(yàn)結(jié)果一致。

本試驗(yàn)中，輕度干旱（LS）、中度干旱（MS）、重度干旱（SS）組葉綠素含量均呈下降趨勢，且重度干旱（SS）組的下降幅度最大。干旱使得香樟幼苗葉片的相對含水量降低，阻礙了葉綠素的合成同時促進(jìn)葉綠素分解，使得葉綠素含量隨之降低。干旱后期，香樟幼苗對于水分逆境的調(diào)節(jié)效應(yīng)減弱，水分利用失衡，導(dǎo)致幼苗對于干旱的抵抗能力逐漸下降。

4.2 干旱脅迫下樟樹幼苗光合相關(guān)指標(biāo)的變化

光合作用是植物體進(jìn)行物質(zhì)積累的最主要途徑，是自然界碳氧循環(huán)的主要媒介，植物通過吸收二氧化碳并將碳以生物量的形式固定[14-15]。光保護(hù)主要是依靠葉黃素循環(huán)所產(chǎn)生的熱耗散，同時為了阻止光合器官受損，酶促進(jìn)與非酶促進(jìn)系統(tǒng)也同時對此進(jìn)行保護(hù)[16-17]。韓瑞宏等[18]研究表明，紫花苜蓿的葉片在干旱脅迫的條件下，葉片凈光合速率、氣孔導(dǎo)度、蒸騰速率、葉綠素含量都存在不同程度的下降，葉綠體的超微結(jié)構(gòu)也遭到破壞，隨著干旱程度的加深，凈光合速率等指標(biāo)下降相對較慢，葉綠體的外形及其基粒結(jié)構(gòu)也相對變化較小。凈光合速率作為在水分脅迫下光合生理中非常重要的一個指標(biāo)，體現(xiàn)的是單位葉面積的物質(zhì)生產(chǎn)能力[19]，而氣孔作為植物與外界水氣交流的通道，其密度、數(shù)量、大小都會對植物光合作用和蒸騰作用產(chǎn)生重要影響[20]。在干旱脅迫的情況下，植物葉片被迫失水，導(dǎo)致葉片氣孔關(guān)閉，葉片形態(tài)結(jié)構(gòu)受損，對各項(xiàng)光合指標(biāo)產(chǎn)生直接的影響[21-22]。

實(shí)驗(yàn)表明，在水分脅迫的條件下，植物存在適當(dāng)提高自身水分利用效率的趨勢，土壤缺水或根系淹水時，植物的氣孔導(dǎo)度和蒸騰速率會隨之降低，此時水分利用效率顯著提高。但隨著脅迫程度的加深，植物葉片生理的動態(tài)平衡被打破，凈光合速率降低，導(dǎo)致水分利用率也隨之降低[23]。本試驗(yàn)中，樟樹幼苗在干旱條件下，植株的光合作用受到抑制，隨著干旱時間的延長和干旱程度的加深，凈光合速率、蒸騰速率、氣孔導(dǎo)度和胞間CO2濃度均存在下降趨勢。由于脅迫導(dǎo)致的葉綠素減少，且干旱致使氣孔關(guān)閉，影響了各項(xiàng)光合指標(biāo)，使得樟樹幼苗干物質(zhì)積累能力受損。而在輕度干旱和中度干旱的情況下，樟樹幼苗的水分利用效率升高，以此抵御缺水影響，而重度脅迫后期水分利用效率下降，說明植株受損嚴(yán)重，自我調(diào)控能力下降。

本實(shí)驗(yàn)僅針對1年生香樟幼苗的干旱脅迫光合生理情況與葉片水分利用情況進(jìn)行研究討論，并未結(jié)合植物生理生化指標(biāo)等進(jìn)行研究分析，研究不夠全面。下一步將對香樟幼苗在干旱脅迫下的生理生化指標(biāo)以及根系指標(biāo)進(jìn)行研究，以求建立完善的香樟幼苗抗旱體系，并對香樟的培育與速生提供理論依據(jù)。