張麗霞，郭曉彥，史鵬飛，聶良鵬，張琳，李梅，凌敬偉，楊光，呂玉虎，潘茲亮*，易紅巖，陳紅，李平

（1.信陽(yáng)市農(nóng)業(yè)科學(xué)院，河南 信陽(yáng) 464000；2.信陽(yáng)市土壤肥料工作站，河南 信陽(yáng) 464000）

葉綠素是植物進(jìn)行光合作用的物質(zhì)基礎(chǔ)，其含量可以反映植物的光合能力與生長(zhǎng)情況［1］。水分不足可引起植物體內(nèi)葉綠素含量發(fā)生變化，因此，水分脅迫下葉綠素含量的變化是植物對(duì)水分脅迫反應(yīng)敏感的生理指標(biāo)之一［2］。目前，有關(guān)水分脅迫影響作物葉綠素含量的研究國(guó)內(nèi)已有大量報(bào)道［3-13］，董守坤等［4］研究了干旱脅迫對(duì)春大豆的影響，發(fā)現(xiàn)隨著干旱脅迫程度的加強(qiáng)，葉綠素含量呈下降趨勢(shì)；黃承建等［5］研究了干旱脅迫對(duì)苧麻葉綠素含量的影響，發(fā)現(xiàn)干旱脅迫降低了苧麻葉綠素含量，降低幅度和顯著程度取決于干旱脅迫程度和干旱持續(xù)的時(shí)間；王蕾等［6］研究了干旱脅迫對(duì)3個(gè)烤煙品種葉綠素含量的影響，發(fā)現(xiàn)3個(gè)烤煙品種的葉綠素含量隨干旱脅迫程度的推進(jìn)呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)。

紅麻（Kenaf）是錦葵科（Malvaceae）木槿屬（Hibiscus）一年生韌皮纖維作物，是麻紡和造紙的重要原料，具有纖維產(chǎn)量高、耐旱、耐鹽堿、耐貧瘠、抗逆性強(qiáng)、適應(yīng)性廣、易栽培等特點(diǎn)，在麻紡、造紙、板材、動(dòng)物飼料、可降解地膜、食用和藥用等領(lǐng)域被廣泛開發(fā)利用［14］。目前國(guó)內(nèi)對(duì)紅麻的研究多集中在基因測(cè)序、重金屬修復(fù)、品種選育和栽培技術(shù)等方面，有關(guān)水分脅迫對(duì)紅麻葉綠素等影響的研究較少?；诖耍疚闹匮芯苛瞬煌置{迫條件下紅麻葉綠素的變化，以期揭示水分脅迫對(duì)紅麻葉綠素的響應(yīng)機(jī)制及對(duì)策，為豫南氣候條件下抗旱節(jié)水栽培提供實(shí)踐指導(dǎo)，并為紅麻抗旱指標(biāo)的選取和紅麻抗旱性研究提供理論依據(jù)和參考。

1 材料與方法

1.1 供試材料

本試驗(yàn)所采用的紅麻品種為雜紅992，由信陽(yáng)市農(nóng)業(yè)科學(xué)院和廣西大學(xué)共同培育。試驗(yàn)所用試劑均為分析純。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用盆栽方法進(jìn)行，試驗(yàn)期間搭遮雨棚。瓦盆規(guī)格為28 cm×40 cm，內(nèi)裝13 kg風(fēng)干沙土，沙土中有機(jī)質(zhì)含量 29.32 g/kg，堿解氮 60.87 mg/kg，有效磷 184.21 mg/kg，速效鉀 137.77 mg/kg，pH 5.7，土壤田間最大持水量26%。設(shè)置4個(gè)土壤水分處理組：正常灌水（CK），含水量為土壤最大持水量的75%～80%；輕度脅迫（LS），含水量為土壤最大持水量的60%～65%；中度脅迫（MS），含水量為土壤最大持水量的40%～45%；重度脅迫（SS），含水量為土壤最大持水量的20%～25%。土壤含水量根據(jù)GB7172-1987采用（105±2）℃烘干法測(cè)定。每個(gè)處理重復(fù)4次，每重復(fù)4盆，每盆留4株麻苗。試驗(yàn)采用稱重法控水，分別于每天早上7：00和傍晚18：00各稱重1次，并補(bǔ)充水分，保持各處理的土壤含水量基本穩(wěn)定。各處理除水分外的其他管理措施均一致。

1.3 葉綠素及類胡蘿卜素含量測(cè)定

葉綠素及類胡蘿卜素含量的測(cè)定參照王學(xué)奎［15］的方法進(jìn)行。紅麻旺長(zhǎng)期分別于水分處理后5、10、15、20 d取紅麻植株頂部倒數(shù)第6～7葉，去除葉脈后剪碎、混勻。取剪碎混勻后的紅麻葉片0.2 g置于研缽中，加少量石英砂和碳酸鈣粉及95%乙醇2～3 mL，研磨成勻漿，再加95%乙醇10 mL，繼續(xù)研磨至組織變白，靜置3～5 min。濾紙過濾除渣后，濾液用95%乙醇定容至25 mL。以95%乙醇為空白，用紫外可見分光光度計(jì)（1 cm比色槽）測(cè)定定容后的濾液在665、649、470 nm波長(zhǎng)下的吸收值。葉綠素a、葉綠素b、葉綠素（a＋b）和類胡蘿卜素含量采用下列公式計(jì)算，并以mg/g表示。

式中：

A665、A649、A470—相應(yīng)波長(zhǎng)下的最大吸收峰值；

V—提取液的體積，mL；

N—稀釋倍數(shù)；

W—葉片鮮重，g；

Ca—葉綠素 a含量，mg/L；

Cb—葉綠素 b含量，mg/L。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)及分析

采用Excel 2007進(jìn)行圖表制作，采用SAS8.0對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析和顯著性檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 水分脅迫對(duì)紅麻葉片中葉綠素a含量的影響

由圖1可知，隨著脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)，CK和LS處理下，紅麻葉片中葉綠素a含量呈下降的趨勢(shì)；而MS處理和SS處理下，紅麻葉片中葉綠素a含量則表現(xiàn)為先降低后升高。脅迫5 d時(shí)，SS處理的葉綠素a含量顯著高于對(duì)照（CK），且達(dá)極顯著水平（p＜0.01），而LS處理和MS處理的葉綠素a含量比對(duì)照略低，未達(dá)到顯著水平（p＞0.05）。隨著脅迫時(shí)間延長(zhǎng)，SS處理的葉綠素a含量急速降低，脅迫10 d時(shí)，SS處理的葉綠素a含量顯著低于CK（p＜0.05），LS處理的葉綠素a含量也有所下降，但和CK比未達(dá)到顯著水平，MS處理的葉綠素a含量顯著低于對(duì)照，同時(shí)低于LS處理。之后，CK處理的葉綠素a含量繼續(xù)下降，其他3個(gè)處理葉綠素a含量有不同程度回升，脅迫到15 d時(shí)，3個(gè)處理的葉綠素a含量均高于對(duì)照（CK），且達(dá)到極顯著水平。其中，MS處理回升的幅度最大，其次是SS處理。脅迫從15～20 d的過程中，CK處理葉綠素a含量繼續(xù)下降，LS處理也有小幅下降，MS處理小幅度上升，SS處理快速上升，脅迫20 d時(shí)，SS處理葉綠素a含量顯著高于其他3個(gè)處理，LS和MS處理之間不顯著，但同時(shí)高于CK處理，形成SS＞MS＞LS＞CK的趨勢(shì)。

圖1 脅迫時(shí)間對(duì)不同脅迫處理葉綠素a含量的影響Fig.1 Effect of stress time on chlorophyll-a content under different stress treatments

2.2 水分脅迫對(duì)紅麻葉片中葉綠素b含量的影響

從圖2可見，除LS處理隨脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)葉綠素b含量持續(xù)下降外，其他2個(gè)處理的葉綠素b含量同對(duì)照有相同的變化趨勢(shì)，均隨脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)先下將后上升，且隨脅迫程度的加深，下降和上升的幅度增加，而且均在脅迫15 d時(shí)葉綠素b含量降到最低。脅迫5 d時(shí)，SS處理葉綠素b含量略高，其他3個(gè)處理幾乎相同，處理間未達(dá)到顯著水平（p＞0.05）。隨著脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)，各處理葉綠素b含量的差距加大。脅迫10 d和15 d時(shí)葉綠素b含量均呈現(xiàn)LS＞SS＞MS＞CK的趨勢(shì)，且LS處理葉綠素b含量均顯著高于對(duì)照，10 d時(shí)LS處理葉綠色素b含量和MS、SS處理相比差異不顯著（p＞0.05），15 d時(shí)相較于MS處理差異顯著（p＜0.05），但同SS處理相比不顯著；之后LS處理葉綠素b含量繼續(xù)下降，但其他3個(gè)處理葉綠素b含量開始上升，脅迫到20 d時(shí)，SS處理葉綠素b含量已超過LS處理，且顯著高于其他3個(gè)處理（p＜0.01）。MS處理和CK處理葉綠素b含量均稍有增加，且MS處理顯著高于CK（p＜0.05），和LS相比未達(dá)顯著水平（p＞0.05），LS處理持續(xù)下降，MS處理葉綠素b含量反超LS處理，脅迫結(jié)束，葉綠素b含量的趨勢(shì)也變?yōu)镾S＞MS＞LS＞CK。

圖2 脅迫時(shí)間對(duì)不同脅迫處理葉綠素b含量的影響Fig.2 Effect of stress time on chlorophyll-b content under different stress treatments

2.3 干旱脅迫對(duì)紅麻葉片中葉綠素（a＋b）含量的影響

由圖3可看出，葉綠素（a＋b）含量的變化趨勢(shì)和葉綠素a的變化趨勢(shì)一致。隨著脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)，CK和LS處理下紅麻葉片中的葉綠素（a＋b）含量呈下降的趨勢(shì)，MS和SS處理下紅麻葉片中的葉綠素（a＋b）含量先降低后升高。脅迫5 d時(shí)，SS和CK處理的葉綠素（a＋b）含量高于LS和MS處理，SS處理葉綠素（a＋b）最高，但和CK處理相比未達(dá)顯著水平。脅迫到10 d時(shí)，SS處理葉片中葉綠素（a＋b）含量顯著低于LS處理，和CK處理相比未達(dá)顯著水平，顯著高于MS處理；MS處理葉片中葉綠素（a＋b）含量同時(shí)顯著低于LS處理，和CK相比不顯著，LS處理葉片中葉綠素（a＋b）含量和CK相比不顯著。脅迫到15 d，CK處理的葉綠素（a＋b）含量已極顯著低于其他3個(gè)處理（p＜0.01），而LS處理葉綠素（a＋b）含量顯著高于MS和SS處理，MS和SS處理間未達(dá)顯著水平。之后，CK處理葉綠素（a＋b）含量繼續(xù)下降，LS處理也有小幅下降，MS處理小幅度上升，SS處理快速上升。脅迫到20 d時(shí)，SS處理的葉綠素（a＋b）含量已極顯著高于其他3個(gè)處理，MS和LS處理也顯著高于對(duì)照，兩處理間差異不顯著，SS＞MS＞LS＞CK的趨勢(shì)再次出現(xiàn)。

圖3 脅迫時(shí)間對(duì)不同脅迫處理葉綠素（a＋b）含量的影響Fig.3 Effect of stress time on chlorophyll（a＋b）content under different stress treatments

2.4 干旱脅迫對(duì)紅麻葉片中葉綠素 a/b值的影響

圖4顯示，對(duì)照（CK）處理葉片中葉綠素a/b值先升高后降低，且從始至終高于其他處理；LS處理葉綠素a/b值先下降后上升，MS和SS處理葉綠素a/b值均是先降低后升高再降低。MS處理脅迫10 d時(shí)略降低，之后經(jīng)歷了快速增加和緩慢降低兩個(gè)過程，SS處理在整個(gè)脅迫過程中葉綠素a/b值較穩(wěn)定。脅迫5 d時(shí)，LS處理的葉綠素a/b值低于其他3個(gè)處理，但處理間差異不顯著（p＞0.05）。脅迫到10 d時(shí)，LS和MS處理葉片中葉綠素a/b值顯著低于CK處理（p＜0.05），低于SS處理，兩處理間差異不顯著。脅迫到15 d時(shí)，CK處理葉片中葉綠素a/b值顯著高于LS和SS處理（p＜0.05），高于MS處理，但未達(dá)顯著水平，LS、MS和 SS處理間差異不顯著。脅迫到20 d，LS和MS處理的葉綠素a/b值和CK處理相比差異不顯著，SS處理顯著低于對(duì)照處理（p＜0.01）。脅迫結(jié)束后各處理葉片中葉綠素a/b的順序?yàn)镃K＞LS＞MS＞SS。

圖4 脅迫時(shí)間對(duì)不同脅迫處理葉綠素a/b值的影響Fig.4 Effect of stress time on chlorophyll a/b content under different stress treatments

2.5 干旱脅迫對(duì)紅麻葉片中類胡蘿卜素含量的影響

類胡蘿卜素可參與植物光合機(jī)構(gòu)中過剩光能的耗散，進(jìn)而使植物免受光抑制的損傷，除吸收傳遞光能外，還可起保護(hù)作用［16］。由圖5可知，不同脅迫處理葉片中類胡蘿卜素含量變化趨勢(shì)并不一致，CK和LS處理的葉片類胡蘿卜素含量隨脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)持續(xù)降低；MS處理葉片中類胡蘿卜素含量經(jīng)歷了先降低后升高然后又下降的過程，而SS處理葉片中類胡蘿卜素含量則先下降后升高。4個(gè)處理中LS處理葉片中類胡蘿卜素含量變化相對(duì)穩(wěn)定。脅迫開始到第5 d，CK處理葉片中的類胡蘿卜素含量顯著高于MS和SS處理，和LS處理相比差異不顯著，MS、SS和LS 3處理間差異也不顯著；脅迫到第10 d時(shí)，CK處理葉片中類胡蘿卜素含量顯著高于其他3個(gè)處理，且和MS處理相比達(dá)極顯著水平；脅迫到15 d，CK處理葉片中類胡蘿卜素含量持續(xù)降低，已顯著低于LS和MS處理，但和SS處理相比未達(dá)顯著水平；脅迫到20 d，CK處理葉片中類胡蘿卜素含量已顯著低于其他3個(gè)處理，且和MS和SS處理相比達(dá)極顯著水平（p＜0.01），MS處理葉片中類胡蘿卜素含量顯著低于SS處理。經(jīng)過20 d的脅迫，類胡蘿卜素含量趨勢(shì)變?yōu)镾S＞MS＞LS＞CK。

3 討論和結(jié)論

葉綠素對(duì)光能的吸收、轉(zhuǎn)換和利用起著重要作用，葉綠素a反映作物對(duì)長(zhǎng)波光的吸收程度［17］，葉綠素b有利于短波光吸收，參與光能傳遞［18］。葉綠素（a＋b）含量在一定程度上可以代表作物光合作用的強(qiáng)度，含量變化指示植物對(duì)水分脅迫的敏感性，直接影響光合效率和光合產(chǎn)量［19］。

在水分脅迫下，葉綠素含量、葉綠素成分組成及比例在不同的處理間有著不同的變化［20］，有研究［21-23］顯示，在水分脅迫下作物葉片的葉綠素含量降低，也有研究［24-26］顯示經(jīng)過一定的水分脅迫葉綠素含量反而升高，目前尚不清楚水分脅迫對(duì)葉綠素含量的影響途徑和機(jī)理，但植物在水分脅迫下增加葉綠素含量，將增強(qiáng)其在逆境中的生存能力［20］。本研究表明，在一定的土壤含水量下（CK和LS），葉綠素（a＋b）含量隨脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)而降低，超過一定的土壤含水量（MS和SS）后，植株葉片的葉綠素（a＋b）含量不降反升，這可能是水分脅迫減弱了植物光合作用，植物通過提高葉綠素含量來(lái)維持光合速率。水分脅迫下葉綠素含量下降的原因可能與質(zhì)膜透性、膜質(zhì)過氧化物MDA、葉綠素分解加快有關(guān)［27］，或者是葉綠素分解量大于葉綠素濃度的相應(yīng)增加量，這與李葉峰等［28］的研究相似。也可能是因?yàn)橥寥浪殖渥銜r(shí)紅麻長(zhǎng)勢(shì)較好，葉面積擴(kuò)展快，葉綠素的積累少；在土壤含水量較低的情況下，葉綠素含量上升可能是由于土壤干旱，造成葉片失水，葉綠素的濃度相應(yīng)增加導(dǎo)致，且這種現(xiàn)象在耐旱性極強(qiáng)的植物中很是常見，抗旱性強(qiáng)的植物，即使在水分脅迫下，也能保持較高的葉綠素含量，從而保持較高的生長(zhǎng)速率［25-26］。

葉片中葉綠素a的變化趨勢(shì)和葉綠素（a＋b）一致，持續(xù)的水分脅迫過程中葉綠素b的含量只是出現(xiàn)了較小的波動(dòng)，這說(shuō)明持續(xù)水分脅迫并未嚴(yán)重影響到葉綠素b的含量，葉綠素（a＋b）變化主要是由葉綠素a的減少引起的。這可能是由于水分脅迫引起植物體內(nèi)活性氧的積累，進(jìn)而引發(fā)了葉綠素a的破壞［20］，直接證明了葉綠素a更容易被分解破壞，這和趙靜等［18］的研究一致。

葉綠素的代謝是一個(gè)動(dòng)態(tài)平衡的過程，光合強(qiáng)度與葉綠素a/b值密切相關(guān)［19］，葉綠素a/b值下降的程度可評(píng)定植物的抗旱性［29-30］。前人研究［18，29］表明，葉綠素 a/b與作物抗旱性呈顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系，在一定范圍內(nèi)比值越低，吸收率越高。據(jù)張明生等［29］報(bào)道，葉綠素a/b比值愈大，膜脂過氧化作用愈強(qiáng)，品種抗旱性愈弱；聶華堂等［30］認(rèn)為抗旱性越強(qiáng)的品種，隨著水分脅迫程度的加深，葉綠素a/b值的變化幅度越小。本試驗(yàn)研究中，CK處理的葉綠素a/b值始終高于其他3個(gè)脅迫處理，說(shuō)明在水分脅迫的情況下，葉綠素的轉(zhuǎn)化和傳遞受到抑制。這也驗(yàn)證了水分脅迫下葉綠素a較葉綠素 b更為敏感，容易被分解破壞。SS處理葉綠素a/b值相對(duì)穩(wěn)定，也驗(yàn)證了聶華堂等［30］的結(jié)論，說(shuō)明紅麻的抗旱性很強(qiáng)。

類胡蘿卜素是植物體中重要的抗氧化物質(zhì)，在減輕和消除由干旱等逆境引發(fā)的活性氧傷害方面直接發(fā)揮作用，同時(shí)通過逆境激素 ABA間接在植物抗旱中發(fā)揮作用［31］。白志英等［16］研究表明，在水分脅迫下，小麥葉片類胡蘿卜素含量明顯下降。本試驗(yàn)中，LS和CK處理的類胡蘿卜素含量隨脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)持續(xù)降低，MS處理先降低后升高然后又下降，SS處理呈先下降后升高的趨勢(shì)。脅迫結(jié)束時(shí)，類胡蘿卜素含量趨勢(shì)為SS＞MS＞LS＞CK，這和葉綠素總量和葉綠素成分組成的變化趨勢(shì)完全一致。CK和LS處理類胡蘿卜素含量降低，可能是水分脅迫減弱了葉片類胡蘿卜素的生物合成過程，使類胡蘿卜素含量有減小的趨勢(shì)，也可能是葉片的長(zhǎng)勢(shì)太快，稀釋了類胡蘿卜素的濃度造成的；而MS和SS處理，類胡蘿卜素含量先降低后升高，降低原因可能是類胡蘿卜素的降解速度大于生成速度，也可能是稀釋作用導(dǎo)致的，而上升的原因可能是植株葉片含水率降低，葉片組織液濃縮，同時(shí)誘導(dǎo)了類胡蘿卜素相關(guān)基因的表達(dá)，從而使葉片單位面積類胡蘿卜素的濃度增加。MS處理類胡蘿卜素含量增加后的降低可能是紅麻本身的長(zhǎng)勢(shì)和類胡蘿卜素的降解速度共同決定的。

愈世雄等［12］研究表明，小麥花期適當(dāng)干旱，可誘發(fā)植株的抗旱能力。作物在逆境條件下，若關(guān)鍵生育期內(nèi)能保持葉片較高的葉綠素含量，維持一定的持綠特性，可有效增強(qiáng)作物在逆境條件下的生存能力，提高產(chǎn)量和品質(zhì)［32］。本試驗(yàn)結(jié)果顯示，適當(dāng)?shù)母珊?，可以降低紅麻葉片中葉綠素含量，但在較低的土壤水分含量情況下經(jīng)過短期脅迫，紅麻葉片能夠保持較高的葉綠素含量，這和蘇其紅［33］、周宇飛等［34］的研究一致，同時(shí)也進(jìn)一步證明了紅麻是適應(yīng)性廣、耐旱性強(qiáng)的作物。

由上述的分析可以得出，在水分脅迫下，通過比較不同水分脅迫處理下紅麻葉片葉綠素a含量、葉綠素b含量、葉綠素（a＋b）含量、葉綠素（a/b）值的變化以及類胡蘿卜素含量發(fā)現(xiàn)，紅麻抗旱特性顯著。但鑒于葉綠素在水分脅迫下變化的復(fù)雜性，還需進(jìn)一步的深入研究，探索其變化對(duì)紅麻抗性的影響。