劉濟(jì)明　李佳　文愛華　鄧明明

摘要：以一年生米槁幼苗為研究對象，研究盆栽下3種不同土壤相對含水量對米槁幼苗葉片相對含水量、葉綠素含量、光合生理指標(biāo)變化趨勢以及光響應(yīng)特征的影響。結(jié)果表明，（1）米槁幼苗葉片相對含水量隨土壤干旱脅迫加劇而明顯降低，但下降幅度小于土壤相對含水量的下降幅度，表明米槁幼苗遭受干旱脅迫時(shí)葉片具有一定的保水能力。（2）米槁幼苗葉片相對含水量與凈光合速率極顯著正相關(guān)，是影響葉片凈光合速率的重要因子。（3）隨著干旱脅迫的加劇，葉綠素（Chl）、葉綠素a（Chla）、類胡蘿卜素（Car）、葉片水分利用率（WUE）、胞間CO2濃度（Ci）逐漸升高，葉綠素Chla/b先減少后升高，凈光合速率（Pn）隨干旱脅迫加重而逐漸降低，氣孔導(dǎo)度（Gs）和蒸騰速率（Tr）先降低后升高?？梢娡寥篮恐苯佑绊懼参锔黜?xiàng)光合生理指標(biāo)，從而影響植物的光合作用。

關(guān)鍵詞：米槁;含水量;生理指標(biāo);光合作用;干旱脅迫

中圖分類號： S567.1+90.1文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

文章編號：1002-1302（2019）09-0171-04

水分是植物生長發(fā)育過程中必不可少的因素，它參與細(xì)胞內(nèi)的多種代謝活動(dòng)，水分脅迫造成植物生長與生理生態(tài)發(fā)生顯著變化[1-3]。全球氣溫升高，土壤干旱化越發(fā)嚴(yán)重[4]，研究植物耐旱能力是植物生理生態(tài)學(xué)的重點(diǎn)問題[5]。植物的光合能力是植物能夠生長發(fā)育的關(guān)鍵因素，也是植物在生長環(huán)境下生理狀況的綜合體現(xiàn)，可以衡量不同植物間的差異以及受環(huán)境脅迫的程度[6]。植物遭受長期水分脅迫時(shí)，常造成光合速率的下降[7]。植物的光合作用是一個(gè)復(fù)雜的生理過程，極易受到生態(tài)因子的影響。生態(tài)因子不僅直接影響光合作用的強(qiáng)弱，還間接改變植物體內(nèi)的生理因子進(jìn)而對光合作用產(chǎn)生影響[8]。

米槁（Cinnamomum migao H.W.Li）是一種常綠喬木，隸屬于樟科樟屬，別稱麻告、大果樟，是貴州省苗族特色中藥。米槁有驅(qū)寒、止痛、健脾等功效，苗族民間用米槁治療胸痛、胸悶及哮喘，特別是對于確診為冠心病、心絞痛的患者有明顯的緩解作用[9-11]。米槁光合及水分生理特性的研究至今甚少有報(bào)道，而國內(nèi)外對樟科植物的研究主要集中于藥用價(jià)值的開發(fā)。本試驗(yàn)以一年生的米槁幼苗為材料，進(jìn)行盆栽控水干旱處理，探究干旱脅迫與米槁光合作用的相關(guān)性。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗(yàn)于2015年6—10月在貴州大學(xué)進(jìn)行。材料為長勢良好且較為一致的一年生米槁幼苗，取自貴州省羅甸縣的米槁基地，種植于底部內(nèi)徑為24 cm、盆口內(nèi)徑為29 cm、高為 27 cm 的花盆。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

設(shè)置3個(gè)土壤水分梯度處理，對照（W1）土壤相對含水量為（80±5）%;中度脅迫（W2）相對含水量為（60±5）%;重度脅迫（W3）相對含水量為（35±5）%，每個(gè)處理20盆。采用盆栽稱質(zhì)量控水法[12]確定盆栽總質(zhì)量，各處理組質(zhì)量分別控制為11.025、10.524、9.860 kg。每20 d對光合和水分生理生化指標(biāo)進(jìn)行測定。每2次試驗(yàn)數(shù)據(jù)作為試驗(yàn)處理的1個(gè)時(shí)期，分前、中、后3個(gè)試驗(yàn)階段。

1.3 測定指標(biāo)和測定方法

1.3.1 葉片相對含水量

參照鄒琦的方法[13]測定葉片相對含水量（relative water content，RWC）。

RWC=（葉片鮮質(zhì)量-葉片干質(zhì)量）/（葉片飽和鮮質(zhì)量-葉片干質(zhì)量）×100%。

1.3.2 光合色素含量

利用可見分光光度計(jì)測定并記錄數(shù)據(jù)。最后根據(jù)計(jì)算公式測定各處理組下葉片葉綠素a（Chla）含量、葉綠素b（Chlb）含量、葉綠素（Chl）總含量以及類胡蘿卜素（Car）含量。

Chla含量（mg/L）=13.95D665 nm-6.88D649 nm;

Chlb含量（mg/L）=24.96D649 nm-7.32D665nm;

Car含量（mg/L）=（1 000D470 nm-2.05Chla-114Chlb）/245;

Chl含量（mg/g）=Chla含量+Chlb含量;

光合色素含量（mg/g）=（色素濃度C×提取液體積V）/樣品鮮質(zhì)量。

其中提取液體積單位為mL，樣品鮮質(zhì)量單位為g。

1.3.3 光合作用光響應(yīng)測定：采用美國LI-COR公司生產(chǎn)的Li-6400光合作用測定系統(tǒng)進(jìn)行測定。選擇在連續(xù)晴朗無風(fēng)（微風(fēng)）的天氣內(nèi)，于09：00—11：30之間進(jìn)行光響應(yīng)測定。選取受光方向一致的上部葉片，每個(gè)處理設(shè)置3盆，每盆3張長勢相同的葉片，共9張。測定凈光合速率（Pn）、氣孔導(dǎo)度（Gs）、胞間CO2濃度（Ci）、蒸騰速率（Tr）等光合指標(biāo)，氣體流速設(shè)置為500 μmol/s，葉室中CO2濃度控制在（380±2） μmol/mol，空氣相對濕度處于（65±5）%，葉片溫度控制為（20±0.5） ℃，在該條件下采用1 500 μmol/（m2·s）光照度活化10 min。在上述設(shè)置的條件控制下，對光合測定系統(tǒng)的02B-LED紅藍(lán)光源進(jìn)行設(shè)定，米槁屬陽性植物，其葉片光飽和點(diǎn)較高，2 000 μmol/（m2·s）以內(nèi)都為其可以接受的光合有效輻射（PAR）范圍[14]。用光合測定儀自動(dòng)記錄凈光合速率、氣孔導(dǎo)度、胞間CO2濃度、蒸騰速率等光合參數(shù)，最終選取平均值進(jìn)行分析。根據(jù)測得數(shù)據(jù)計(jì)算葉片水分利用率（WUE）：WUE=Pn/Tr[15]。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

使用Excel整理數(shù)據(jù)，用SPSS 19.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 干旱處理對葉片相對含水量的影響

細(xì)胞水分含量常表示為相對含水量，植物細(xì)胞遭受環(huán)境脅迫時(shí)，RWC變化范圍可從100%到50%或更低[16]。由圖1可以看出，RWC隨土壤含水量的降低呈明顯的下降趨勢，但是下降幅度較土壤含水量下降幅度要小。與W1相比，W2和W3處理下葉片相對含水量下降了4～10百分點(diǎn)，但是土壤相對含水量相差15百分點(diǎn)和40百分點(diǎn)（圖2），說明米槁幼苗具有一定的保水性。

2.2 干旱處理對米槁幼苗光合色素的影響

2.2.1 不同處理對光合色素的影響 光合色素是植物將無機(jī)物轉(zhuǎn)變成有機(jī)物的關(guān)鍵介質(zhì)，是反映植物光合作用能力及營養(yǎng)作用的重要指標(biāo)之一，包括葉綠素和類胡蘿卜素，它們的含量以及各組分的比例對植物光合作用有很大影響，在一定程度上影響植株的正常生長和抗逆性[17]。圖3可見，在不同處理下，隨著處理時(shí)間的延長，Chla含量呈線性上升趨勢。在重度干旱脅迫下Chla的含量達(dá)到最大，試驗(yàn)中期和后期含量較前期大，可能是植株為抵御干旱造成的損傷，通過增加葉綠素a吸收更多的光量子。由此可以看出，米槁葉片Chla的含量對干旱脅迫處理并不敏感。比較圖3、圖4和圖5，各脅迫處理下，Chla含量均占葉綠素含量的64%以上。Chl含量的變化趨勢與Chla的相一致。

Chlb含量隨土壤水分的減少先明顯升高，隨脅迫時(shí)間的延長而大致表現(xiàn)為下降趨勢逐漸下降（圖4）。中度脅迫（W2）下Chlb含量變化趨勢最明顯，在后期明顯下降 0.17 mg/g。W1和W3處理下的Chlb含量變化無差異，Chlb含量對中度干旱脅迫較為敏感。

Chla/b值不僅可以反映Chla和Chlb的變化程度，還可以表示葉片的衰老程度[18]，也表示葉綠素類囊體的疊加程度，Chla/b值越小，表明疊加程度越小，光抑制現(xiàn)象越嚴(yán)重[19]。因此，Chla/b值的改變在一定程度上體現(xiàn)了光合速率的強(qiáng)弱[20]。在圖6中Chla/b隨土壤水分的減少先減少后增加，中度干旱脅迫下植物出現(xiàn)光抑制的現(xiàn)象，但是在重度干旱脅迫下又上升，可能是米槁通過增加Chla的含量適應(yīng)脅迫環(huán)境。

2.2.2 不同處理對類胡蘿卜素的影響 類胡蘿卜素的主要功能是清除體內(nèi)活性氧，保護(hù)光合膜系統(tǒng)，在水分缺失時(shí)含量也會相應(yīng)降低[21]。Car含量隨著干旱程度的加劇都呈緩慢升高的趨勢（圖7），隨脅迫時(shí)間的延長其增加幅度略有減小。Car會清除細(xì)胞內(nèi)的活性氧，保護(hù)葉綠體光合膜系統(tǒng)，在遭受逆境脅迫時(shí)，米槁幼苗植株通過類胡蘿卜素的積累來保護(hù)葉綠體，保證光合作用的發(fā)生，促進(jìn)植物生長發(fā)育。

2.3 不同干旱脅迫處理對米槁幼苗光合生理指標(biāo)的影響

由表1可見，米槁的凈光合速率隨著土壤水分減少而逐漸降低，并且處理間有顯著差異?；赑n和Tr計(jì)算的單位水平瞬時(shí)水分利用效率隨水分的減少而逐漸上升。這與Pn的變化趨勢相反。氣孔是水分和空氣中CO2氣體密切聯(lián)系的通道。植物的光合作用是通過氣孔的傳遞進(jìn)行的。隨著水分的減少，氣孔導(dǎo)度和蒸騰速率的變化一致，先減少后增加。在W1處理下蒸騰速率最大，說明適度的干旱脅迫有利于改善米槁葉片的蒸騰速率。重度干旱脅迫下葉片的蒸騰速率降低主要是由氣孔導(dǎo)度的降低引起的。Tr的減少也是植物適應(yīng)干旱脅迫的一種方式。胞間CO2的濃度隨著干旱程度的增加而逐漸升高。

2.4 光合參數(shù)與光合色素相關(guān)性分析

從表2可以看出，Car與Chla和Chl之間具有極顯著正相關(guān)（r≥0.899），與Pn、Gs、Ci、Tr、RWC呈負(fù)相關(guān)，與WUE呈正相關(guān)。Pn與RWC具有極顯著的正相關(guān)，說明葉片相對含水量對米槁光合速率的影響較大。

3 討論

葉片相對含水量作為水分生理指標(biāo)，能夠間接反映干旱脅迫下葉片水勢的高低，以及隨干旱脅迫的加深對葉片水分含量的影響。因此，干旱脅迫下植物葉片的相對含水量能反映植物的抗旱能力[22]。本研究中，RWC隨土壤含水量的降低呈明顯的下降趨勢，但是下降幅度較土壤含水量的下降幅度要小。這與前人對油橄欖、高叢藍(lán)莓等植物的研究結(jié)果[22-23]相一致，說明米槁具有一定的保水能力。并且米槁RWC與凈光合速率具有極顯著的正相關(guān)關(guān)系，是影響葉片凈光合速率的重要因子。

光合色素是植物葉片進(jìn)行光合作用的物質(zhì)基礎(chǔ)，光合色素的含量高低直接反映植株光合作用的強(qiáng)弱。其中葉綠素和類胡蘿卜素與光合作用密切相關(guān)，葉綠素和類胡蘿卜素的含量以及各組分的比例對植物光合作用水平有很大影響，在一定程度上可以直接影響植株的正常生長和抗逆性[17]。Rosevear等研究發(fā)現(xiàn)，影響色素構(gòu)成的主要原因不是物種的生態(tài)來源，而是其生長的條件[24]。干旱脅迫已經(jīng)成為制約光合作用的一個(gè)重要因素，干旱脅迫會導(dǎo)致葉綠素含量降低，嚴(yán)重缺水時(shí)不僅影響葉綠素的合成，還會加快降解已經(jīng)合成的葉綠素[25-26]，造成葉片發(fā)黃，而類胡蘿卜素的主要功能是清除體內(nèi)活性氧，保護(hù)光合膜系統(tǒng)，在水分缺失時(shí)含量也相應(yīng)降低[21，27]。本試驗(yàn)中隨著干旱脅迫的加劇，Chla、Chl、Car含量逐漸升高，隨著脅迫時(shí)間的延長而逐漸上升。這與他人的研究不同，可能是因?yàn)槊组峦ㄟ^增加光合色素的含量來緩解干旱脅迫。Chlb含量則先升高再下降，張明生等研究發(fā)現(xiàn)，Chla/b相較于CK下降幅度越大，物種抗旱性越強(qiáng)[28]。本研究中葉綠素Chla/b則隨著干旱處理先降低后升高，在W3水分處理下比值最高。說明米槁具有一定的抗旱性。各指標(biāo)表明米槁為抵抗干旱脅迫而使體內(nèi)的光合生理機(jī)制發(fā)生了相應(yīng)的變化。米槁幼苗通過增加Chla、Car的含量來保證植物光合作用的正常進(jìn)行。

Pn隨著水分減少而逐漸降低，Gs和Tr具有相同的變化趨勢，都隨著水分的減少而先降低后升高，Ci則先升高后降低，WUE與Pn正好相反，呈逐漸增加的趨勢。干旱脅迫下，光合速率的下降是由氣孔限制或非氣孔限制造成的[29]。研究發(fā)現(xiàn)，在輕度的干旱脅迫下氣孔限制是光合速率下降的原因[30-32]，而嚴(yán)重的干旱脅迫其主要原因是非氣孔限制。Farquhar等認(rèn)為，可分析Gs和Ci的變化趨勢是否一致，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[33]。但是當(dāng)氣孔限制和非氣孔限制這2種因素同時(shí)存在時(shí)，胞間CO2濃度變化的方向取決于占優(yōu)勢的因素[34]。本研究中，Gs與Ci的變化趨勢完全相反，則米槁在干旱脅迫的環(huán)境下光合速率下降是因?yàn)榉菤饪紫拗埔蛩卣純?yōu)勢，可能是由葉肉細(xì)胞光合活性的下降引起的。米槁在重度干旱脅迫下WUE上升，是氣孔關(guān)閉造成，這也造成植物光合速率的降低。

4 結(jié)論

米槁幼苗葉片相對含水量隨土壤干旱脅迫加劇而明顯降低，但下降幅度小于土壤含水量的下降幅度，表明米槁幼苗遭受干旱脅迫時(shí)葉片具有一定的保水能力。米槁幼苗葉片相對含水量與凈光合速率具有極顯著的正相關(guān)關(guān)系，是影響葉片凈光合速率的重要因子。

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