呂朝燕，高智席，鄧富梅，韓 暢，魏 英

（1.遵義師范學院生物與農(nóng)業(yè)科技學院，貴州 遵義 563006；2.遵義師范學院食品綠色化加工與營養(yǎng)調(diào)控工程研究所，貴州 遵義 563006）

0 引言

水是影響植物生存、生長和分布的關鍵非生物脅迫因子之一[1,2]，植物在漫長的演化過程中，已進化出不同的生理機制和策略以適應其分布區(qū)的環(huán)境條件（主要是水熱因子）[3]，植物對干旱脅迫的響應和適應機制一直以來都是學術界研究的熱點和重點[4,5]。植物可以通過光合作用將無機物質(zhì)轉(zhuǎn)化為有機物，同時固定太陽光能，光合作用是地球生態(tài)系統(tǒng)最為重要的化學反應，也是綠色植物對各種內(nèi)外環(huán)境因子最為敏感的生理過程之一[6]。水是光合作用最關鍵的環(huán)境影響因子，不同水分狀況對光合作用過程影響很大[7]。輕度的干旱脅迫會導致植物氣孔關閉和光合速率降低；嚴重干旱脅迫會引起光合器官受損，導致光合速率進一步下降[8]。植物對干旱的適應不僅表現(xiàn)在干旱脅迫過程中，更為重要的是植物能否在遭受干旱后的復水過程中迅速恢復并彌補由干旱脅迫造成的損傷，這也是植物逆境適應性的重要表現(xiàn)[9]。

金釵石斛（Dendrobium nobile）和鐵皮石斛（Dendrobium officinale）均是蘭科石斛屬多年生附生草本植物，傳統(tǒng)名貴珍稀中藥材，觀賞價值亦很高[10]。它們大多附生在宿主植物的樹杈或巖石縫隙中，由于其根裸露在空氣中，不能像陸生植物那樣從土壤中吸收水分，附生植物的水分來源相對比較貧乏，經(jīng)常遭受水分脅迫。因而，水分是限制附生植物生存和生長最重要的環(huán)境因子。由于對生長條件的特殊要求，生長繁殖緩慢，加上濫采濫拔，生境及野生資源大規(guī)模破壞等原因，野生金釵石斛和鐵皮石斛已瀕于絕跡。前人已經(jīng)在兩種石斛屬植物的藥用活性成分[11]、藥理作用[12]、栽培模式[13]等方面做了大量的工作。對于其耐旱水分生理方面，僅有個別研究從栽培技術角度就不同基質(zhì)含水量對鐵皮石斛光合作用的影響進行了初步分析[14]。然而，從生態(tài)學角度，研究兩種石斛屬植物抗旱水分生理的研究工作依然相對缺乏。本研究通過觀測不同干旱歷時對金釵石斛和鐵皮石斛葉片光合作用的影響及其復水后光合作用的變化，研究兩種石斛屬植物葉片光合作用在節(jié)律性干旱脅迫下的變化，揭示其抗旱水分生理機制，研究結果可以豐富附生石斛屬植物生態(tài)學研究內(nèi)容，并為金釵石斛和鐵皮石斛的仿生栽培及資源利用提供基礎理論指導。

1 材料與方法

1.1 試驗材料與儀器

材料：3年生金釵石斛和鐵皮石斛苗。

儀器：植物光合儀（美國LI-COR 公司，LI-6400）、土壤水分測定儀（美國spectrum公司，SM100）。

1.2 試驗方法

金釵石斛和鐵皮石斛苗均采用盆栽方式種植，花盆直徑24 cm，高度26 cm，盆栽土壤為泥炭土、樹皮和水苔按照1∶1∶1 的體積比均勻混合而成。金釵石斛和鐵皮石斛各種植30盆，放置于蔭棚內(nèi)，避免陽光直射，統(tǒng)一管理。試驗于2020年6月16日開始進行，首先進行為期1月的充分供水處理，每日8∶00充分澆水，以托盤底部有水滲出為標準，保證植物在沒有受到干旱脅迫的情況下正常生長。其后停止供水進行干旱處理，在基部老葉個別出現(xiàn)黃化或萎蔫時停止，共干旱處理60 d，其后重新恢復充分澆水。并于停止供水前一天、停止供水20 d、40 d、60 d 和復水10 d、15 d、20 d 分別測定兩種石斛葉片的光合作用特征。

光合作用的測定從8∶00 開始到18∶00 結束，每隔2 h 測定一次。隨機分別選取6株金釵石斛和鐵皮石斛，在每株石斛中上部標記3片健康葉片作為待測葉片，測定指標包括凈光合速率Pn[μmol CO2/（m2·s）]、蒸騰速率Tr[mmol H2O/（m2·s）]、氣孔導度Gs[mol H2O/（m2·s）]和胞間CO2濃度Ci[μmol CO2/mol]，并按下式計算瞬時水分利用效率WUE：

以上各指標均重復測定18 次，取平均值。同時，各隨機選擇6 盆兩種石斛測定土壤含水率，每日10∶00 測定，每盆每次測定3個位點，也是重復測定18次。

1.3 數(shù)據(jù)處理

應用SPSS 26.0 統(tǒng)計軟件中單因素方差分析（One-way ANOVA）對兩種石斛屬植物不同干旱和復水歷時的各光合特征參數(shù)進行單因素方差分析，采用最小顯著差異法（LSD）進行多重比較（P＜0.05），并采用Pearson 相關分析對各參數(shù)進行雙變量相關性分析。同時，采用Excel 2021軟件進行統(tǒng)計分析并作圖。

2 結果與分析

2.1 干旱脅迫及復水對金釵石斛葉片光和參數(shù)的影響

金釵石斛葉片凈光合速率（Pn）隨干旱時間的延長呈降低趨勢[圖1（a）]。日平均Pn由大到小依次為充分供水＞干旱20 d＞干旱40 d＞干旱60 d。充分供水時，Pn日變化曲線呈“雙峰”型，8:00-10:00時段內(nèi)Pn快速升高，在10:00時出現(xiàn)第一個峰值，其后呈下降趨勢，到14:00 時出現(xiàn)波谷，其后快速上升，在16:00 時出現(xiàn)第二個峰值，其后再次呈下降趨勢，且10:00 和16:00 時Pn均顯著高于干旱20、40 和60 d 時（P＜0.05）。干旱20 d時，Pn日變化曲線呈單峰型，8:00-10:00時段內(nèi)Pn逐漸升高，在10:00 時出現(xiàn)峰值，其后呈下降趨勢，到14:00 時出現(xiàn)波谷，其后呈小幅上升趨勢。干旱40 和60 d 時，Pn日變化較小，且10:00 和16:00 時Pn顯著低于充分供水和干旱20 d 時（P＜0.05）。復水后，金釵石斛葉片Pn隨復水時間的延長呈小幅波動上升趨勢[圖2（a）]。日平均Pn由大到小依次為充分供水＞復水20 d＞復水10 d＞復水15 d，且10:00 和16:00 時，復水10、15 和20 d 時Pn均顯著小于充分供水時（P＜0.05）。復水20 d 時，10:00 時的Pn高于復水10 d 和15 d 時，但是，仍顯著小于充分供水時，未恢復到充分供水時的水平（P＜0.05）?？梢姡珊抵苯訉е铝私疴O石斛葉片Pn的下降，干旱時間越長，Pn下降越多。且復水后，金釵石斛在光合速率方面表現(xiàn)出較差的恢復能力。

圖1 金釵石斛葉片光合參數(shù)隨干旱時間的變化Fig.1 The variation of photosynthetic parameters of Dendrobium nobile leaves with drought time

金釵石斛葉片氣孔導度（Gs）隨干旱時間的延長呈降低趨勢[圖1（b）]。日平均Gs由大到小依次為充分供水＞干旱20 d＞干旱40 d＞干旱60 d。充分供水時，Gs日變化曲線呈單峰型，8:00-12:00 時段內(nèi)Gs逐漸升高，在12:00 時出現(xiàn)峰值，其后呈下降趨勢，且除18:00 外，8:00-16:00 各時刻Gs均顯著高于干旱20、40 和60 d 時（P＜0.05）。干旱20 d 時，Gs日變化曲線呈“雙峰”型，8:00-10:00 時段內(nèi)Gs逐漸升高，在10:00時出現(xiàn)第一個峰值，顯著低于充分供水時，但顯著高于干旱40 和60 d 時（P＜0.05），其后逐漸下降，到14:00 時出現(xiàn)波谷，其后逐漸升高，到18:00 時達到第二個峰值，顯著高于干旱40 和60 天時（P＜0.05）。干旱40 d 時，Gs最大值出現(xiàn)在上午8:00 時，顯著高于干旱60 d 時（P＜0.05），其后呈下降趨勢。干旱60 d 時，各時刻Gs變化不大，且均顯著低于充分供水時（P＜0.05）。復水后，金釵石斛葉片Gs隨復水時間的增加呈逐漸升高的趨勢[圖2（b）]。Gs在10:00 時，由大到小依次為充分供水＞復水20 d＞復水15 d＞復水10 d。并且，復水20 d時，10:00和16:00時Gs仍顯著小于充分供水時，未恢復到充分供水時的水平（P＜0.05）?？梢?，干旱直接抑制了金釵石斛葉片氣孔的開放，導致葉片Gs下降，干旱時間越長，抑制程度越大。且復水后，金釵石斛在氣孔導度方面表現(xiàn)出較差的恢復能力。

金釵石斛葉片胞間CO2濃度（Ci）隨干旱時間的延長整體呈先降低后升高的趨勢[圖1（c）]。充分供水、干旱20、40和60 d 時，Ci日變化曲線在8:00-16:00 時段內(nèi)均整體呈下降趨勢，在16:00 時出現(xiàn)波谷，其后呈上升趨勢，且日平均Ci由大到小依次為充分供水＞干旱60 d＞干旱40 d＞干旱20 d。充分供水時，日平均Ci顯著高于干旱20、40 和60 d 時（P＜0.05）。干旱20 d 時，日平均Ci明顯下降，顯著低于充分供水時、干旱40 和60 d 時（P＜0.05）。其后，干旱40 和60 d 時，日平均Ci略有升高，但仍顯著低于充分供水時（P＜0.05）。復水后，金釵石斛葉片Ci隨復水時間的增加整體呈波動下降趨勢[圖2（c）]。日平均Ci由大到小依次為復水10 d＞復水20 d＞充分供水＞復水15 d。復水10 d時，各時刻Ci均明顯升高，其后復水15 和20 d 時略有下降。且復水20 d 時，10:00 和16:00 時Ci均顯著大于充分供水時，恢復到了充分供水時以上的水平（P＜0.05）?？梢?，干旱20 d 時，干旱導致金釵石斛葉片氣孔關閉，Ci顯著降低，其后，隨干旱程度加深，光合器官受到嚴重傷害，調(diào)節(jié)能力降低，Ci逐漸升高。復水后，金釵石斛葉片Ci恢復到了充分供水時以上的水平，表現(xiàn)出較好的恢復能力。

金釵石斛葉片蒸騰速率（Tr）隨干旱時間的延長呈降低趨勢[圖1（d）]。日平均Tr由大到小依次為充分供水＞干旱20 d＞干旱40 d＞干旱60 d。充分供水時，Tr日變化曲線呈單峰型，8:00-12:00 時段內(nèi)Tr快速升高，在12:00 時出現(xiàn)峰值，其后呈下降趨勢，且除18:00 外，各時刻Tr均顯著大于干旱20、40 和60 d 時（P＜0.05）。干旱20 d 時，Tr日變化曲線呈“雙峰”型，8:00-10:00 時段內(nèi)Tr逐漸升高，在10:00 時出現(xiàn)第一個峰值，其后逐漸下降，在14:00 時出現(xiàn)波谷，其后逐漸回升，在18∶00 時出現(xiàn)第二個峰值，且第一個峰值顯著小于充分供水時（P＜0.05）；干旱40 和60 d 時，蒸騰速率日變化較小，且各時刻Tr均顯著小于充分供水時（P＜0.05）。復水后，金釵石斛葉片Tr呈升高趨勢[圖2（d）]。日平均Tr由大到小依次為充分供水＞復水20 d＞復水15 d＞復水10 d。復水20 d時，10:00 時的Tr顯著高于復水10 和15 d 時，但仍顯著小于充分供水時，未恢復到充分供水時的水平（P＜0.05）?？梢?，干旱直接導致了金釵石斛葉片Tr的下降，干旱時間越長，Tr下降越多。且復水后，金釵石斛在蒸騰速率方面表現(xiàn)出較差的恢復能力。

2.2 干旱脅迫及復水對鐵皮石斛葉片光和參數(shù)的影響

鐵皮石斛葉片凈光合速率（Pn）隨干旱時間的延長呈先升高后降低的趨勢[圖3（a）]。日平均Pn由大到小依次為干旱20 d＞充分供水＞干旱60 d＞干旱40 d。充分供水時，Pn日變化曲線呈“雙峰”型，8:00-10:00 時段內(nèi)快速升高，在10:00時出現(xiàn)第一個峰值，其后呈下降趨勢，在12:00 時出現(xiàn)波谷，然后逐漸升高，到16:00 時出現(xiàn)第二個峰值，然后再次下降，且10:00 和16:00 時Pn與干旱20 d 時差異不顯著（P＞0.05），但顯著高于干旱40 和60 天時（P＜0.05）。干旱20 天時，Pn日變化曲線與充分供水時的變化趨勢相同，除10:00 時略低于充分供水時外，其他各時刻Pn均高于充分供水時，且日平均Pn顯著高于充分供水時（P＜0.05）。干旱40 和60 天時，Pn日變化較小，且10:00 和16:00 時Pn均顯著小于充分供水和干旱20天時（P＜0.05）。復水后，鐵皮石斛葉片Pn隨復水時間的延長呈升高趨勢[圖4（a）]。日平均Pn由大到小依次為復水20 d＞復水15 d＞復水10 d＞充分供水。復水10 d時，日平均Pn與充分供水時差異不顯著（P＞0.05）。復水20 d時，Pn日變化曲線呈“雙峰”型，8:00-10:00 時段內(nèi)Pn逐漸升高，在10:00 時達到第一個峰值，其后緩慢下降，到16:00 時出現(xiàn)波谷，其后再次上升，到18:00 時出現(xiàn)第二個峰值，且日平均Pn顯著高于充分供水、復水10 和15 d 時，已恢復到充分供水時以上的水平（P＜0.05）?？梢姡珊祵е妈F皮石斛葉片Pn在干旱初期升高后即快速下降，干旱時間越長，Pn下降越多。且復水后，鐵皮石斛在光合速率方面表現(xiàn)出較強的恢復能力。

圖3 鐵皮石斛葉片光合參數(shù)隨干旱時間的變化Fig.3 The variation of photosynthetic parameters of Dendrobium officinale leaves with drought time

圖4 鐵皮石斛葉片光合參數(shù)隨復水時間的變化Fig.4 The variation of photosynthetic parameters of Dendrobium officinale leaves with rewatering time

鐵皮石斛葉片氣孔導度（Gs）隨干旱時間的延長整體呈先升高后降低趨勢[圖3（b）]。日平均Gs由大到小依次為干旱20 d＞充分供水＞干旱60 d＞干旱40 d。充分供水時，Gs日變化曲線呈單峰型，8:00-10:00 時段內(nèi)Gs緩慢升高，在10:00 時出現(xiàn)峰值，其后呈下降趨勢，且日平均Gs顯著大于干旱40 和60 d 時（P＜0.05），但與干旱20 d 時差異不顯著（P＞0.05）。干旱20 d 時，Gs日變化曲線也呈單峰型，在8:00 時出現(xiàn)峰值，其后呈下降趨勢，日平均Gs略高于充分供水時，但差異不顯著（P＞0.05）。干旱40 d 時，Gs日變化曲線峰值出現(xiàn)在上午8:00 時，其后呈下降趨勢，且10:00 和16:00 時，Gs顯著小于充分供水、干旱20 和60 d 時（P＜0.05）。干旱60 d 時，Gs日變化曲線呈“雙峰”型，8:00-10:00 時段內(nèi)Gs迅速升高，在10:00 出現(xiàn)第一個峰值，其后逐漸下降，在12:00 時出現(xiàn)波谷，其后呈上升趨勢，在18:00 出現(xiàn)第二個峰值，且10:00 和16:00時Gs均顯著高于干旱40 d時（P＜0.05）。復水后，鐵皮石斛葉片Gs隨復水時間的增加呈先升高后降低的趨勢[圖4（b）]。日平均Gs由大到小依次為復水15 d＞復水10 d＞復水20 d＞充分供水時。復水20 d時，10:00和16:00時Gs均顯著高于充分供水時，已恢復到充分供水時以上的水平（P＜0.05）?？梢?，干旱20 d 后，鐵皮石斛葉片氣孔開放受到抑制，導致葉片Gs下降，干旱時間越長，抑制程度越大。且復水后，鐵皮石斛在氣孔導度方面表現(xiàn)出較好的恢復能力。

鐵皮石斛葉片胞間CO2濃度（Ci）隨干旱時間的延長整體呈先小幅降低后升高的趨勢[圖3（c）]。日平均Ci由大到小依次為干旱60 d＞充分供水＞干旱40 d＞干旱20 d。充分供水時，Ci日變化曲線呈“W”型，在8:00時出現(xiàn)第一個峰值，其后逐漸下降，到10:00 時出現(xiàn)第一個波谷，其后逐漸回升，在12:00時出現(xiàn)第二個峰值，然后再次下降，在14:00時出現(xiàn)第二個波谷，其后再次回升，到18:00時出現(xiàn)第三個峰值，且10:00和16:00 時，Ci均顯著小于干旱40 和60 d 時（P＜0.05）。干旱20 d時，Ci日變化曲線從8:00時出現(xiàn)峰值后，一直呈緩慢降低的趨勢，日平均Ci略低于充分供水時，且顯著低于干旱40 和60 d 時（P＜0.05）。干旱40 d 時，Ci日變化幅度較小。到干旱60 d 時，Ci日變化曲線呈“雙峰”型，8:00-10:00 時段內(nèi)Ci快速升高，在10∶00 時出現(xiàn)第一個峰值，其后迅速下降，到12:00時出現(xiàn)波谷，其后呈升高趨勢，在18:00時出現(xiàn)第二個峰值，且10:00 和16:00 時，Ci均顯著高于充分供水時（P＜0.05）。復水后，鐵皮石斛葉片Ci隨復水時間的增加整體呈先降低后升高趨勢[圖4（c）]。日平均Ci由大到小依次為復水10 d＞復水20 d＞復水15 d＞充分供水。復水10 d 時，各時刻Ci均顯著高于充分供水時（P＜0.05）。其后復水15 和20 d 時，日平均Ci略有下降。復水10、15 和20 d 時，10:00 和16:00 時的Ci均顯著高于充分供水時，恢復到了充分供水時以上的水平（P＜0.05）?？梢?，同金釵石斛一樣，干旱20 d時，干旱導致鐵皮石斛葉片氣孔關閉，Ci顯著降低，其后，隨干旱程度加深，光合器官受到嚴重傷害，調(diào)節(jié)能力降低，Ci逐漸升高。復水后，鐵皮石斛葉片Ci恢復到了充分供水時以上的水平，表現(xiàn)出較強的恢復能力。

鐵皮石斛葉片蒸騰速率（Tr）隨干旱時間的延長整體呈先降低后升高的趨勢[圖3（d）]。日平均Tr由大到小依次為充分供水＞干旱20 d＞干旱60 d＞干旱40 d。充分供水時，Tr日變化曲線呈“雙峰”型，8:00-10:00 時段內(nèi)Tr逐漸升高，在10:00 出現(xiàn)第一個峰值，且顯著高于干旱20、40 和60 d 時（P＜0.05），其后快速下降，在14:00時出現(xiàn)波谷，然后再次上升，在16:00 時出現(xiàn)第二個峰值，且顯著高于干旱20、40 和60 d 時（P＜0.05），其后再次下降。干旱20 d 時，Tr日變化曲線在8:00 時出現(xiàn)峰值，其后呈下降趨勢；干旱40 d 時，Tr從8:00 開始逐漸降低，在12:00 時出現(xiàn)波谷，其后呈升高趨勢，且10:00和16:00時，Tr均顯著小于充分供水和干旱20、60 d時（P＜0.05）。干旱60 d 時，Tr日變化曲線呈“雙峰”型，8:00-10:00時段內(nèi)Tr逐漸升高，在10:00時出現(xiàn)第一個峰值，其后逐漸下降，到12:00 時出現(xiàn)波谷，然后呈上升趨勢，到18:00 時出現(xiàn)第二個峰值，且10:00 和16:00 時Tr均顯著小于充分供水和干旱20 d 時，但顯著高于干旱40 d 時（P＜0.05）。復水后，鐵皮石斛葉片Tr整體呈波動下降趨勢[圖4（d）]。日平均Tr由大到小依次為復水10 d＞復水15 d＞充分供水＞復水20 d。復水20 d 時，10:00 和16:00 時Tr均與充分供水時差異不顯著（P＞0.05），Tr基本恢復到與充分供水時相當?shù)乃?。綜合來看，干旱直接導致了鐵皮石斛葉片Tr的下降，且復水后，鐵皮石斛在蒸騰速率方面表現(xiàn)出較好的恢復能力。

2.3 干旱脅迫及復水對金釵石斛葉片水分利用效率的影響

金釵石斛葉片水分利用效率（WUE）隨干旱時間的延長整體呈先升高后降低的趨勢[圖5（a）]。日平均WUE由大到小依次為干旱20 d＞干旱60 d＞干旱40 d＞充分供水。充分供水時，WUE日變化曲線呈“雙峰”型，8:00-10:00 時段內(nèi)WUE逐漸升高，在10:00 出現(xiàn)第一個峰值，顯著低于干旱20和40 d 時（P＜0.05），與干旱60 d 時差異不顯著（P＞0.05），其后逐漸下降，在14:00時出現(xiàn)波谷，然后快速上升，在16:00出現(xiàn)第二個峰值，顯著低于干旱60 d 時（P＜0.05），與干旱20和40 d時差異不顯著（P＞0.05），其后再次下降。干旱20 d時，WUE日變化曲線呈單峰型，8:00-12:00 時段內(nèi)逐漸下降，在12:00 時出現(xiàn)波谷，其后快速上升，在14:00 時出現(xiàn)峰值，其后再次下降，且10:00 時WUE顯著高于充分供水、干旱40和60 d 時（P＜0.05）。干旱40 d 時，WUE日變化曲線在8:00時出現(xiàn)峰值，其后呈小幅波動下降趨勢，且10:00時WUE顯著高于充分供水和干旱60 d 時（P＜0.05）。干旱60 d 時，WUE日變化曲線呈“雙峰”型，8:00-10:00 時段內(nèi)逐漸下降，在10:00時出現(xiàn)第一個波谷，其后逐漸上升，在12:00時出現(xiàn)第一個峰值，其后呈升高趨勢，在16:00 均出現(xiàn)第二個峰值，顯著高于充分供水、干旱20 和40 d 時（P＜0.05）。可見，干旱直接導致了金釵石斛葉片WUE的升高，干旱20 和60 d 時，日平均WUE差異不顯著（P＞0.05），但均顯著高于充分供水時（P＜0.05），且干旱60 d 時的日平均WUE是充分供水時的2.27倍。

復水后，金釵石斛葉片水分利用效率（WUE）隨復水時間的增加呈升高趨勢[圖5（b）]。日平均WUE由大到小依次為復水20 d＞復水15 d＞復水10 d＞充分供水。復水10 d 時，WUE日變化曲線呈單峰型，8:00-10:00時段內(nèi)WUE逐漸下降，在10∶00出現(xiàn)第一個波谷，其后逐漸上升，在16:00時出現(xiàn)峰值，顯著高于充分供水時（P＜0.05），然后再次下降。復水15 d 時，WUE日變化曲線呈“雙峰”型，8:00-10:00 時段內(nèi)WUE呈升高趨勢，在12:00 出現(xiàn)第一個峰值，其后下降，在14:00 時出現(xiàn)波谷，然后再次上升，在16:00 時出現(xiàn)第二個峰值，顯著高于充分供水時（P＜0.05），其后再次下降。復水20 d 時，WUE日變化曲線呈“W”型，在8:00 時出現(xiàn)第一個峰值，顯著高于充分供水、復水10 和15 d 時（P＜0.05），其后快速下降，在10:00 出現(xiàn)第一個波谷，其后上升，在12:00時出現(xiàn)第二個峰值，顯著高于充分供水、復水10 和15 d 時（P＜0.05），然后再次下降，在16:00時出現(xiàn)第二個波谷，其后再次上升，在18:00 時出現(xiàn)第三個峰值，顯著高于充分供水、復水10 和15 d 時（P＜0.05）。整體來看，金釵石斛葉片WUE隨復水時間延長而逐漸升高，到復水20 d 時，日平均WUE是充分供水時的4.99倍，恢復到了比充分供水時更高的水平。

圖5 金釵石斛葉片水分利用效率隨干旱和復水時間的變化Fig.5 The changes of water use efficiency of Dendrobium nobile leaves with drought and rewatering time

2.4 干旱脅迫及復水對鐵皮石斛葉片水分利用效率的影響

鐵皮石斛葉片水分利用效率（WUE）隨干旱時間的延長整體呈先升高后降低的趨勢[圖6（a）]。日平均WUE由大到小依次為干旱20 d＞干旱40 d＞干旱60 d＞充分供水。充分供水時，WUE日變化曲線呈“雙峰”型，8:00-10:00 時段內(nèi)WUE逐漸升高，在10:00出現(xiàn)第一個峰值，其后快速下降，在12:00 時出現(xiàn)波谷，然后再次上升，在16:00 時出現(xiàn)第二個峰值，其后再次下降。干旱20 d時，WUE日變化曲線呈單峰型，8:00-10:00 時段內(nèi)WUE逐漸升高，在10:00 時出現(xiàn)峰值，顯著高于充分供水、干旱40 和60 d 時（P＜0.05），其后呈下降趨勢。干旱40 d 時，WUE日變化曲線在8∶00 時出現(xiàn)峰值，其后呈下降趨勢，且日平均WUE顯著高于充分供水時和干旱60 d 時（P＜0.05）。干旱60 d 時，WUE日變化曲線呈“雙峰”型，在8∶00 時出現(xiàn)第一個峰值，其后快速下降，在10:00 時出現(xiàn)波谷，然后逐漸上升，在16:00 出現(xiàn)第二個峰值，顯著高于充分供水、干旱20 和40 d 時（P＜0.05），之后再次下降?？梢姡珊抵苯訉е铝髓F皮石斛葉片WUE的升高，干旱60 d時，其日平均WUE是充分供水時的1.19倍。

復水后，鐵皮石斛葉片水分利用效率（WUE）隨復水時間的增加也整體呈先升高后降低趨勢[圖6（b）]。日平均WUE由大到小依次為復水15 d＞復水20 d＞復水10 d＞充分供水。復水10 d 時，WUE日變化曲線呈單峰型，8:00-14:00 時段內(nèi)WUE呈上升趨勢，在14∶00 時出現(xiàn)峰值，顯著高于充分供水、復水15 和20 d 時（P＜0.05），其后逐漸下降。復水15 d時，WUE日變化曲線呈“W”型，從8:00 開始出現(xiàn)第一個峰值，其后逐漸下降，在10∶00 時出現(xiàn)第一個波谷，然后逐漸上升，在12:00 時出現(xiàn)第二個峰值，顯著高于充分供水、復水10 和20 d 時（P＜0.05），其后再次下降，在14:00 出現(xiàn)第二個波谷，之后再次上升，在18:00 時出現(xiàn)第三個峰值，顯著高于充分供水、復水10 和20 d 時（P＜0.05）。復水20 d 時，WUE在8:00時出現(xiàn)峰值，顯著高于充分供水、復水10和15 d時（P＜0.05），其后呈下降趨勢。整體來看，鐵皮石斛葉片WUE隨復水時間的延長呈升高趨勢，到復水20 d 時，日平均WUE是充分供水時的1.91倍，恢復到了比充分供水時更高的水平。

圖6 鐵皮石斛葉片水分利用效率隨干旱和復水時間的變化Fig.6 The changes of water use efficiency of Dendrobium officinale leaves with drought and rewatering time

2.5 干旱脅迫下金釵石斛各生理指標間的相關性分析

干旱脅迫下，金釵石斛葉片各生理指標間均表現(xiàn)出極強的相關性（表1）。Pn同Gs、Tr、WUE和土壤含水率呈極顯著正相關，與Ci呈極顯著負相關（P＜0.01）；Gs與Pn、Ci、Tr和土壤含水率均呈極顯著正相關，與WUE呈極顯著負相關（P＜0.01）；Ci與Gs、Tr和土壤含水率呈極顯著正相關，與Pn和WUE呈極顯著負相關（P＜0.01）；Tr與Pn、Gs、Ci和土壤含水率呈極顯著正相關，與WUE呈極顯著負相關（P＜0.01）；WUE與Pn呈極顯著正相關，與Gs、Ci、Tr和土壤含水率呈極顯著負相關（P＜0.01）；土壤含水率與Pn、Gs、Ci和Tr呈極顯著正相關，與WUE呈極顯著負相關（P＜0.01）。

表1 干旱脅迫下金釵石斛各生理指標間的相關性分析Tab.1 Correlation analysis among various physiological indicators of Dendrobium nobile under drought stress

2.6 干旱脅迫下鐵皮石斛各生理指標間的相關性分析

干旱脅迫下，鐵皮石斛葉片各生理指標間均表現(xiàn)出一定程度的相關性（表2）。Pn與Gs、Tr、和WUE呈極顯著正相關，與Ci呈極顯著負相關（P＜0.01）；Gs與Pn、Ci和Tr呈極顯著正相關（P＜0.01），與土壤含水率呈顯著正相關（P＜0.05），與WUE呈極顯著負相關（P＜0.01）；Ci與Gs和Tr呈極顯著正相關，與Pn和WUE呈極顯著負相關（P＜0.01）；Tr與Pn、Gs、Ci和土壤含水率呈極顯著正相關，與WUE呈極顯著負相關（P＜0.01）；WUE與Pn呈極顯著正相關，與Gs、Ci、Tr和土壤含水率呈極顯著負相關（P＜0.01）；土壤含水率與Tr呈極顯著正相關（P＜0.01），與Gs呈顯著正相關（P＜0.05），與WUE呈極顯著負相關（P＜0.01）。

表2 干旱脅迫下鐵皮石斛各生理指標間的相關性分析Tab.2 Correlation analysis among various physiological indicators of Dendrobium officinale under drought stress

3 討論

3.1 干旱脅迫及復水對兩種石斛屬植物葉片光合作用的影響

光合作用是植物生長發(fā)育的基礎，是植物最為重要的生命活動，而水分是其關鍵影響因子之一[15,16]。干旱脅迫直接影響植物的光合作用，進而影響植物的生長發(fā)育，其作用強度取決于干旱的程度和持續(xù)的時間[17]。植物光合作用對干旱脅迫異常敏感，其受干旱脅迫的影響程度是判斷植物耐旱能力的重要指標[18]。水分虧缺時，植物主動降低氣孔導度（Gs），減少水分流失，進而降低凈光合速率（Pn），減少對水分的需求，以增強對干旱脅迫的適應。引起植物光合速率降低的因素，除了氣孔限制以外，還有非氣孔限制，氣孔導度（Gs）和胞間CO2濃度（Ci）是判斷光合速率下降原因的主要依據(jù)[19-21]。Farguhar[22]指出，當Pn、Gs和Ci變化趨勢一致時，光合速率下降主要由氣孔限制引起，而當它們變化不一致時，光合速率下降主要由葉肉細胞活性決定，即非氣孔限制。本實驗結果表明，干旱40 d 前，金釵石斛和鐵皮石斛葉片Pn一直呈降低的趨勢，Gs和Ci也呈降低趨勢，蒸騰速率（Tr）也呈下降趨勢，這與小冠花（Coronilla varia）[23]的研究結果一致。干旱脅迫早期，金釵石斛和鐵皮石斛葉片Pn、Gs和Ci變化趨勢一致，光合速率的降低主要由氣孔限制引起[24]。干旱脅迫40 d后，金釵石斛和鐵皮石斛葉片Pn仍整體呈下降趨勢，但此時的Gs和Ci整體呈上升趨勢，變化趨勢不一致，此時光合速率下降主要由非氣孔限制引起，光合結構的破壞導致葉肉細胞光合能力的下降[25]。 這與葡萄（Vitis vinifera）[25]和崖柏（Thuja sutchuenensis）[24]分別在干旱14 d 和30 d 后開始出現(xiàn)由非氣孔限制引起光合作用降低的研究結論基本一致?？梢?，金釵石斛和鐵皮石斛在干旱40 d 后才開始出現(xiàn)非氣孔限制引起的光合作用下降，它們的干旱脅迫耐受能力相對較強。

同時，干旱脅迫時，植物光合作用受到抑制不僅僅表現(xiàn)在干旱過程中，而且，在干旱脅迫解除后，其恢復能力的大小一定程度上也體現(xiàn)出干旱脅迫對光合作用抑制程度的高低[26]。植物的干旱適應性包括耐旱能力和復水恢復能力兩個方面，復水恢復能力既是植物適應干旱環(huán)境的重要內(nèi)容，也是適應干旱脅迫的重要機制[27]。石斛屬植物多附生于樹杈或巖石縫隙中，其生境水分條件多變，間歇性甚至長時間水分虧缺時有發(fā)生，環(huán)境條件決定了石斛屬植物只有具備良好的干旱適應性尤其復水恢復能力，才能更好的生長與發(fā)育。本實驗結果表明，復水后，金釵石斛葉片除Ci外，Pn、Gs和Tr均未恢復到充分供水時的水平，長時間的干旱可能對金釵石斛葉片光合結構造成了不可逆轉(zhuǎn)的傷害[24]。Miyashita 等[28]發(fā)現(xiàn)嚴重干旱脅迫使菜豆（Phaseolus vulgaris）光合作用下降明顯，且復水后原來的葉片也無法恢復生機，與本實驗研究結果類似。同時，復水后，鐵皮石斛葉片的Pn、Gs和Ci均恢復到了充分供水時以上的水平，Tr恢復到了與充分供水時基本相當?shù)乃?，可見，鐵皮石斛具有比金釵石斛更好的復水恢復能力，這一定程度上也體現(xiàn)了不同植物干旱適應策略的差異[29]。

3.2 干旱脅迫及復水對兩種石斛屬植物葉片水分利用效率的影響

水分利用效率（WUE）直接反映植物光合作用和蒸騰作用間的關系，并提供有關水分代謝功能的重要信息[30,31]。干旱脅迫下，植物首先關閉氣孔以降低Tr，減少水分消耗，并通過限制氣體交換影響Pn。WUE在一定程度上可以反映植物的耗水特征和對干旱的適應，提高WUE是植物適應干旱脅迫的重要響應機制之一[23]。本實驗結果表明，金釵石斛和鐵皮石斛葉片水分利用效率隨干旱時間的延長均整體呈升高趨勢，且在復水后均恢復到了充分供水時以上的水平。劉吉利等[31]研究表明，花生（Arachis hypogaea）在經(jīng)受5 d 的干旱脅迫后復水，葉片WUE可以快速恢復到充分供水以上的水平，與本實驗研究結論基本一致。可見，兩種石斛屬植物在經(jīng)歷了長達60 d的干旱脅迫后，仍具有相對較強的復水恢復能力，且在WUE上表現(xiàn)出一定程度的補償性增長。

同時，植物對多變環(huán)境的適應能力是植物生存和繁衍的基礎，不同植物發(fā)展出了不同的策略以適應環(huán)境條件的不斷變化。針對水分脅迫，綜合分析植物適應干旱脅迫時的生理指標變化，大致可以將植物分為干旱逃避型、干旱避免型和干旱忍受型3種類型[23]。干旱逃避型植物大多為短命植物，其生活周期可以在干旱到來前即完成，以避開干旱脅迫的影響；干旱避免型植物大多通過氣孔調(diào)節(jié)，限制水分消耗，并（或）增加根系對水分的吸收來適應干旱脅迫；干旱忍受型植物以仙人掌類植物為主要代表，植物體儲存大量水分，即使根系無法吸收到水分也能確保短期生存[32]。已有研究表明，地中海松（Pinus halepensis）[33,34]和崖柏（Thuja sutchuenensis）[24]等干旱避免型植物的氣孔對水分虧缺非常敏感，其氣孔在葉片水分條件改變前即關閉，并引起光合速率的下降，而腓尼基檜（Juniperus phoenicea）[35]等干旱忍耐型植物的光合速率不受干旱引起的氣孔關閉的影響。本實驗結果表明，金釵石斛和鐵皮石斛在干旱脅迫初期，葉片Gs和Ci呈下降趨勢，而WUE呈上升趨勢，氣孔限制導致光合性能降低，這與地中海松和崖柏相同。所以，一定程度上可以認為金釵石斛和鐵皮石斛均屬于干旱避免型植物。另外，本研究僅從干旱脅迫對兩種石斛屬植物葉片光合生理影響方面進行了初步研究，后期仍需從生化和分子方面進一步開展深入研究。

4 結論

通過對不同干旱和復水歷時金釵石斛和鐵皮石斛葉片光合特性的綜合分析，得到以下結論：

（1）干旱40 d 前，金釵石斛和鐵皮石斛葉片Pn一直呈降低的趨勢，Gs和Ci也呈降低趨勢，Pn與Ci和Gs變化趨勢基本一致，光合速率的降低主要由氣孔限制引發(fā)；干旱脅迫40 d 后，金釵石斛和鐵皮石斛葉片Pn仍整體呈下降趨勢，但此時的Gs和Ci整體呈上升趨勢，變化趨勢不一致，此時光合速率下降主要由非氣孔限制引起；金釵石斛和鐵皮石斛在干旱40 d 后才開始出現(xiàn)非氣孔限制引起的光合作用下降，說明它們的干旱脅迫耐受能力相對較強。

（2）復水后，鐵皮石斛葉片的Pn、Gs和Ci均恢復到了充分供水時以上的水平，Tr恢復到了與充分供水時基本相當?shù)乃?，而金釵石斛葉片除Ci外，Pn、Gs和Tr均未恢復到充分供水時的水平，說明鐵皮石斛具有比金釵石斛更好的復水恢復能力。

（3）金釵石斛和鐵皮石斛葉片WUE均隨干旱時間的延長整體呈升高趨勢，且復水后均恢復到了充分供水時以上的水平，說明兩種石斛屬植物在經(jīng)歷了長達60 d 的干旱脅迫后，仍然具有相對較強的復水恢復能力。

（4）金釵石斛和鐵皮石斛葉片氣孔對干旱脅迫非常敏感，在干旱脅迫40 d 前，葉片Gs和Ci均整體呈下降趨勢，氣孔限制導致光合性能的降低?？梢?，兩種石斛屬植物均通過氣孔調(diào)節(jié)來限制水分消耗以適應干旱脅迫，一定程度上可以初步認為兩種石斛屬植物均屬于干旱避免型植物。