韓瑩瑩，馬一粼，呂 歆，張 珊，胡化廣，張振銘

（鹽城師范學院海洋與生物工程學院，江蘇鹽城224051）

光合作用被認為是地球上最重要的生化反應，為包括人類在內的幾乎所有生物提供了能量來源和物質來源，其強弱受水分、光照度、CO2濃度和溫度等環(huán)境因子的影響［1］。水分是影響植物生長的環(huán)境因子之一，特別是我國水資源匱乏的華北、西北等地區(qū)，水資源已成為制約當地生態(tài)建設的限制因子。因此研究干旱脅迫對植物光合作用的影響對于揭示植物適應干旱脅迫機理具有重要意義。

光合速率（Pn）、氣孔導度（Gs）、胞間 CO2濃度（Ci）和蒸騰速率（Tr）是植物光合作用最重要的4個特征參數。在輕度脅迫時，光合速率降低主要是氣孔導度下降引起的。研究發(fā)現，玉米在遭受干旱脅迫時，其葉片Pn和Gs顯著下降，Ci先下降后上升［2］；山葡萄葉片Pn隨著干旱脅迫的加重而下降，Ci濃度升高［3］。在嚴重干旱脅迫時葉綠素解體，光系統(tǒng)Ⅱ（PSⅡ）活性下降，光合關鍵酶PEP（磷酸烯醇式丙酮酸）和RuBP（1，5－二磷酸核酮糖）羧化酶活性受到抑制而導致光合速率下降［4］，這些被稱為光合作用的非氣孔限制因素。研究表明，隨著干旱脅迫的增加，大麥葉片最大熒光（Fm）、實際光化學效率降低，初始熒光（Fo）、光化學淬滅系數（qP）增加［5］；冬小麥在干旱脅迫時可變熒光與最大熒光比（Fv／Fm）、可變熒光與最小熒光比（Fv／Fo）、穩(wěn)態(tài)熒光（Ft）均明顯降低［6］。向日葵在遭受干旱脅迫時葉片光合速率和RuBP之間存在明顯的“S”形曲線，說明光合速率的降低在某種程度上受到RuBP含量的制約［7］；Gunasekera等也發(fā)現，RuBP合成在水分脅迫下受到限制［8］。PEP羧化酶活性在干旱脅迫下與RuBP羧化酶活性一樣受到限制，輕度脅迫時略有上升，重度脅迫時顯著下降［9］。

結縷草（Zoysia spp.）是優(yōu)良的暖季型草坪草，被廣泛應用于各種草坪的建植上［10］。早在20世紀80年代，國外就開始草坪草的光合和蒸散研究［11－13］；盡管我國開展草坪草節(jié)水起步較晚，但是在草坪草的光合特征、日變化特點以及光合響應曲線研究方面取得了一定的成果［14－19］，這些研究對于指導草坪灌溉、進一步揭示光合作用機理具有重要的作用。本研究以我國園林綠化中廣泛使用的溝葉結縷草為材料，對其干旱脅迫過程中光合特征、葉綠素熒光參數和光合作用關鍵酶活性進行研究，其結果對于揭示溝葉結縷草光合作用的機理具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 材料種植與干旱處理

從鹽城師范學院綠化草坪取溝葉結縷草草皮塊種植于內徑10 cm、高40 cm的PVC管中，共種植6管，其中3管用作干旱處理，3管用作對照。材料培養(yǎng)結束后，進行正常的培養(yǎng)，待蓋度達到100%時移入溫室進行模擬干旱處理。在充分澆水后，3管用于干旱處理，一直不澆水，另外3管作對照，隔天澆水，在干旱脅迫 3、6、9、12、15 d時測定以下指標。

1.2 光合特征測定

用光合測定儀（Li－6400XT型，Li－cor公司，美國）于晴天10：00在光照1 000μmol／（m2·s）下測定溝葉結縷草葉片中部的 Pn［μmol／（m2·s）］、Tr［mmol／（m2·s）］、Gs［mol／（m2·s）］和 Ci［μmol／mol］，每個重復測 3張葉片。

1.3 葉綠素熒光參數測定

用熒光儀（PAM－2100型，WALZ公司，德國）進行測定，葉片初始熒光產量Fo經暗適應20 min后測定，最大熒光產量Fm在強光下測定，熒光恢復到 Fo附近時打開606μmol／（m2·s）的光化光進行熒光誘導，待熒光達到穩(wěn)態(tài)測量，打開飽和脈沖測量Fs與Fm′，隨后關閉光化光，打開遠紅光，測量Fo′，由此計算出熒光參數。PSⅡ實際量子產量＝（Fm′－Fs）／Fm′，光化學猝滅系數 qP＝1－（Fs－Fo′）／（Fm′－Fo′），測量并記錄數據。

1.4 關鍵酶活性測定

葉片光合特征和葉綠素熒光特征測定結束后，剪下葉片置于液氮中，帶回實驗室。稱取0.1 g葉片中段放入研缽中，加1.9 mL預冷的提取緩沖液，在0～4℃低溫下研磨，勻漿液經7 400 r／min冷凍離心10 min，上清液用于酶活性的測定。RuBP羧化酶活性測定參照王維光等的方法［20］，PEP羧化酶活性測定參照施教耐等的方法［21］。

1.5 數據分析與處理

采用Microsoft Excel軟件進行繪圖，用SPSS軟件進行方差分析和多重比較。

2 結果與分析

2.1 干旱對溝葉結縷草光合特征的影響

從圖1－A可以看出，正常澆水的溝葉結縷草凈光合速率變化不大，其光合速率大小為 28.28～30.04μmol／（m2·s）。干旱處理的溝葉結縷草凈光合速率出現了較大的變化，呈現先增加后降低趨勢。在干旱處理的3～6 d，溝葉結縷草的凈光合速率逐漸增加，到處理6 d時達到峰值，比對照增加了1564%，且顯著高于對照（P＜0.05）；然后開始逐漸下降，從處理9 d開始，干旱處理的溝葉結縷草的凈光合速率顯著低于正常澆水的溝葉結縷草的凈光合速率（P＜0.05）。

從圖1－B可以看出，經過干旱處理后，溝葉結縷草的氣孔導度呈逐漸下降趨勢，處理3～9 d溝葉結縷草的氣孔導度與對照差異不顯著，在處理12、15 d，干旱處理的溝葉結縷草氣孔導度顯著低于對照（P＜0.05），與對照相比分別下降了29.44%、29.05%。

從圖1－C中可以看出，干旱處理后溝葉結縷草的胞間CO2濃度在3～6 d高于正常澆水的溝葉結縷草胞間CO2濃度，在處理6 d，比對照增加了6.55%，但是差異不顯著（P＞0.05），隨后，干旱處理溝葉結縷草的胞間CO2濃度逐漸下降，從處理9 d開始，干旱處理的溝葉結縷草胞間CO2濃度顯著低于正常澆水的溝葉結縷草胞間CO2濃度（P＜0.05）。

從圖1－D中可以看出，與對照相比，干旱處理的溝葉結縷草蒸騰速率逐漸下降，從處理6 d開始干旱處理的溝葉結縷草蒸騰速率顯著低于正常澆水的溝葉結縷草蒸騰速率（P＜0.05）。

2.2 干旱脅迫對溝葉結縷草葉綠素熒光參數的影響

試驗結果顯示，干旱脅迫處理的結縷草葉綠素初始熒光呈逐漸上升趨勢，從脅迫12 d開始，干旱處理的溝葉結縷草初始熒光顯著高于對照溝葉結縷草初始熒光（P＜0.05），在干旱處理12、15 d的溝葉結縷草初始熒光比對照分別增加了1521%、20.14%（圖2－A）。

正常澆水的結縷草葉綠素最大熒光產量變化不大，而經過干旱處理的溝葉結縷草最大葉綠素熒光逐漸下降，從脅迫9 d開始，干旱處理溝葉結縷草的葉綠素熒光顯著小于正常澆水的溝葉結縷草最大熒光產量（P＜0.05）（圖2－B）。

實際光化學效率是反映光合電子傳遞速率快慢的指標，實際光化學效率越高，光合電子傳遞速率越快，溝葉結縷草所形成的光合產物越多。正常澆水的溝葉結縷草實際光化學效率變化不大，干旱處理的溝葉結縷草在處理3 d實際光化學效率高于正常澆水的溝葉結縷草實際光化學效率，但差異不顯著（P＞0.05）；在干旱處理的6～15 d，干旱處理的溝葉結縷草實際光化學效率一直下降，從處理9 d開始，干旱處理的溝葉結縷草實際光化學效率顯著小于正常澆水的溝葉結縷草實際光化學效率（P＜0.05）（圖2－C）。

光化學猝滅系數反映了PSⅡ反應中心的開放程度，表示PSⅡ聚光色素所吸收的光能用于電子傳遞的部分。在正常澆水條件下，溝葉結縷草的光化學猝滅系數變化不大；而干旱處理的溝葉結縷草光化學猝滅系數呈現逐漸降低的趨勢，在干旱處理3～6 d的結縷草光化學猝滅系數高于對照，但是差異不顯著（P＞0.05），從處理9 d開始，干旱處理的溝葉結縷草光化學猝滅系數顯著小于對照的溝葉結縷草光化學猝滅系數（圖2－D）。

2.3 干旱脅迫對溝葉結縷草光合關鍵酶活性的影響

從圖3－A可以看出，經干旱處理的溝葉結縷草PEP羧化酶活性呈逐漸下降趨勢，從干旱脅迫9 d起，干旱處理的溝葉結縷草PEP羧化酶活性顯著低于正常澆水的溝葉結縷草PEP羧化酶活性（P＜0.05）。

從圖3－B可以看出，干旱處理的溝葉結縷草RuBP羧化酶活性也呈逐漸下降的趨勢，從脅迫12 d起，干旱處理的溝葉結縷草RuBP羧化酶活性顯著低于正常澆水的溝葉結縷草RuBP羧化酶活性（P＜0.05）。

3 結論與討論

光合作用是指綠色植物通過葉綠體利用光能把CO2和水轉化成有機物并釋放O2的過程。光合作用包括光反映和暗反應2個階段，光反應階段必須有光能才能進行，是在葉綠體內的類囊體上進行的；暗反應階段沒有光能也可以進行，是在葉綠體基質中進行的。土壤水分狀況影響光合作用的全過程［22］，已有研究發(fā)現，土壤水分對光合作用的影響是通過影響氣孔導度進行的，氣孔導度的變化直接影響光合作用和蒸騰作用［17］。本研究發(fā)現，干旱處理的溝葉結縷草的氣孔導度逐漸下降，這可能是溝葉結縷草主動適應干旱脅迫的一種策略，通過減少氣孔的開度，減少體內水分過度的蒸騰，但是這也影響溝葉結縷草攝取CO2，導致胞間CO2濃度降低。凈光合速率是光合作用整個過程的反映，研究發(fā)現干旱脅迫的初期，溝葉結縷草凈光合速率先上升，這可能是植物適應干旱脅迫的一種方式，結縷草通過提高光合速率，積累較多的光合產物以度過不良環(huán)境。

植物葉綠素吸收的光能一部分用于光合作用，一部分用于熱耗散，還有一部分用于葉綠素熒光，通過測定葉綠素熒光可以間接反映光合作用的情況。在干旱處理過程中，溝葉結縷草的Fo逐漸增加，說明干旱導致溝葉結縷草葉片PSⅡ反應中心失活；溝葉結縷草的Fm隨著干旱脅迫程度的增加而逐漸下降，電子傳遞更易受到脅迫影響。實際光化學效率表征植物對原初光能的捕獲效率，在干旱脅迫過程中溝葉結縷草實際光化學效率逐漸降低，說明溝葉結縷草對原初光能捕捉效率下降，這與孫景寬等的研究結果［23］相似。qP的大小反映了PSⅡ開放中心的數目，其值越大，表明 PSⅡ的電子傳遞活性越高。隨著干旱程度的增加，溝葉結縷草qP持續(xù)降低，說明PSⅡ電子傳遞活性逐漸下降。

溝葉結縷草是C4植物，PEP羧化酶和RuBP羧化酶是光合暗反應中的2種關鍵酶。PEP羧化酶在葉肉細胞中，通過C4途徑固定CO2；RuBP羧化酶在維管束鞘細胞中，通過C3途徑同化CO2。研究表明，隨著干旱脅迫的延長，溝葉結縷草PEP羧化酶和RuBP羧化酶均逐漸下降，說明干旱脅迫抑制了溝葉結縷草的光合碳同化。

在干旱脅迫過程中，溝葉結縷草的凈光合速率和胞間CO2濃度先增加后降低，氣孔導度和蒸騰速率逐漸降低；干旱處理的溝葉結縷草初始熒光逐漸上升，但最大熒光、實際光化學效率和光化學猝滅系數逐漸降低，PEP羧化酶和RuBP羧化酶活性逐漸降低。說明干旱不僅影響光合作用的光反應，而且還影響了光合作用的暗反應。

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