杜習武 秦 俊 葉 康 胡永紅 陶懿偉 彭勇政沈雁翔 梁 言 曾 麗*

（1. 上海交通大學農業(yè)與生物學院，上海 200240；2. 上海辰山植物園，上海 201602；3. 上海城市樹木生態(tài)應用工程技術研究中心，上海 200020）

木蘭科（Magnoliaceae）植物是公認的“葉花果兼美、色香韻皆妙”的優(yōu)良園林綠化樹木類群，在我國有著悠久的園林應用歷史，在園林綠化中應用廣泛。但是木蘭科原生種類多以高大喬木為主，移栽存活率低，使其應用受到限制，而灌木型玉蘭因具有植株矮小、移栽容易，園林應用形式靈活等優(yōu)勢得到越來越多的關注與應用。星花玉蘭（）為玉蘭屬（）低矮的灌木類型，分枝密集，樹冠飽滿，花量大，尤其花為星芒狀，不同于其他種類的玉蘭，因此具有更高的觀賞價值和園林應用價值，開發(fā)利用前景可觀。但由于我國南方地區(qū)降雨量高，季節(jié)分布不均勻，且在城市園林綠化地中常由于排水不良易出現(xiàn)水澇現(xiàn)象，影響星花玉蘭的生長，限制其在城市園林綠化中的應用。

淹水脅迫是植物受到的主要逆境之一，淹水會導致植物根系對水分的吸收速率下降，氣孔關閉，蒸騰作用降低，CO擴散阻力增加，碳水化合物大量消耗，光合酶活性和PSⅡ反應中心活性降低，葉綠素加速分解，凈光合速率和光化學量子效率降低等現(xiàn)象。其中光合特性是反應植物在逆境下受傷害程度的重要指標，國內外有關淹水脅迫的光合響應機制研究較多。

目前圍繞星花玉蘭的研究主要在野生自然雜交、種子繁育方法、野生幼苗發(fā)育條件、生境的自然演替，以及遺傳多樣性的研究等方面，對星花玉蘭耐澇性研究較少。王晶等在生長及外觀形態(tài)層面進行耐澇性評價。有關星花玉蘭及其品種在淹水脅迫下光合生理響應方面的研究尚未見報道。因此，本文以星花玉蘭及其品種為試驗材料，研究淹水脅迫下光合特性變化，以期了解星花玉蘭及其品種在淹水脅迫下的光合響應規(guī)律，為篩選出適應南方濕澇地區(qū)或易積水地區(qū)栽植的星花玉蘭品種提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于上海辰山植物園試驗地（31°4′N、121°11′E）內進行，屬亞熱帶季風性氣候，年平均氣溫為15.6 ℃，最低溫度?8.9 ℃，最高溫度37.6 ℃，年降水量為1 213 mm，四季分明，日照充足，雨量充沛。

1.2 供試材料

以星花玉蘭、‘菊花’玉蘭（‘Chrysan?themiflora’）、‘貝蒂’玉蘭（‘Bety’）、‘皮魯埃特’玉蘭（‘（Mag’s）Piroutte’）及‘朱迪’玉蘭（‘Ju?dy’）（以下分別簡稱為菊花、貝蒂、皮魯埃特及朱迪）為試驗材料。菊花為星花玉蘭實生選育品種，皮魯埃特為星花玉蘭與柳葉玉蘭（）雜交品種，貝蒂和朱迪為星花玉蘭與紫玉蘭（）雜交品種。星花玉蘭及其品種為3年生嫁接苗，砧木均為望春玉蘭（）；供試植物生長健康，無病蟲害發(fā)生。栽培容器為535 mm×360 mm 塑料花盆，栽培基質為（園土）∶（草炭）∶（介質土）=5∶2∶3。

1.3 試驗方法

試驗于2020 年9 月22 日進行，選取生長健壯植株作為試驗材料，設置2個處理：①對照：正常澆水（CK），每個品種5 株；②淹水處理（FL），每個品種25 株，共150 株。淹水處理用雙套盆法，淹水高度為土壤表面。淹水植株進行淹水處理28 d，對照植株正常澆水。對照組用于光響應曲線測定分析，其余測試指標以淹水0 d作為對照。

在淹水處理第0、1、3、7、14、21、28 d 時分別采樣。從各品種處理組3 株上分別取同一部位的5枚成熟、健康葉片，放入內含濕巾的自封袋中，密封運至實驗室。后避開葉脈剪取0.1 g葉片于試管中，加入10 mL 體積分數(shù)95%乙醇，避光浸提48 h直至葉片無顏色，取200 μL提取液至酶標板中，用酶標儀（Tecan Infinite M200 Pro）測定其在波長為663、645 nm 下的值重復3 次，取平均值。葉綠素含量的計算：

葉綠素a含量=（13.95×?6.8×）×0.01/0.2（1）

葉綠素b含量=（24.96×?7.32×）×0.01/0.2（2）

總葉綠素含量=（18.16×+6.63×）×0.01/0.2（3）

采樣時間和方法與測定葉綠素方法相同，使用葉面積儀Li-3000A 進行葉面積測定，然后立即將樣品于烘箱中105 ℃殺青30 min，80 ℃下烘干24 h 至恒質量，并稱其干質量。由葉片葉面積與干質量的比值求得比葉面積。

在淹水處理的0、1、3、7、14、21、28 d 測量葉片的氣體交換參數(shù)，每測量時間點測量3 株，測定時間為上午09：00—11：00。每次固定選取植株中部枝條從頂端向下的第3枚完全展開的成熟葉片，用LI-6400 光合測定儀（LI-COR Inc，USA）測定，采用標準LI-COR 葉室，紅藍光源（6400-02LED 光源），設定光照強度為1 400 μmol·m·s和空氣流速為500 μmol·s，重復3 次。測定內容包括凈光合速率（）、蒸騰速率（）、氣孔導度（）、胞間CO濃度（），計算水分利用效率（），為凈光合速率與蒸騰速率的比值。

淹水處理第9～11天連續(xù)3 d利用Li-6400便攜式光合儀對淹水處理和對照植株進行光響應曲線測定，于09：00—11：00 選取植株樹中部枝條朝向一致、葉位相同、健康完整的葉片進行測定，每個品種測定3 株，每株選取3 片葉。使用開放式氣路。溫度控制在（25±1）℃。光響應曲線測定的光強依次為1 800、1 600、1 400、1 200、1 000、800、600、400、200、150、100、50、20、0 μmol·m·s，測定不同光強下的凈光合速率。測定前使用1 800 μmol·m·s光強誘導30 min，使葉片充分光適應。每個光強下適應2～3 min，數(shù)據(jù)穩(wěn)定后記錄。每個測定重復5 次。采用非直角雙曲線模型進行光響應曲線擬合，公式為：

式中：（）為凈光合速率（μmol·m·s）；為光合有效輻射（μmol·m·s）；為初始量子效率（μmol·μmol）；為最大凈光合速率（μmol·m·s）；為暗呼吸速率（μmol·m·s）；為非直角雙曲線模型的曲角。

淹水處理的0、1、3、7、14、21、28 d 使用MINIPAM便攜式調制葉綠素熒光儀（德國WALZ公司）測量植株葉片的熒光特性，葉片選擇與光合 參數(shù)相同。經過30 min暗適應，使用小于0.05 μmol·m·s測定初始熒光，施加飽和脈沖光（4 000 μmol·m·s，0.6 s）測得最大熒光并計算PSⅡ最大光化學量子產量（/），在自然光下充分光適應30 min 后測得PSⅡ有效光化學量子產量（）。

1.4 數(shù)據(jù)處理

試驗數(shù)據(jù)采用Excel 2019初步處理，方差分析與光響應曲線模型的擬合使用SPSS 22.0 軟件進行分析。

2 結果與分析

2.1 淹水脅迫下葉綠素的變化

由圖1 可知，淹水前（0 d）各品種總葉綠素含量為：朱迪>貝蒂>皮魯埃特>星花玉蘭>菊花。隨著淹水處理時間的增加，菊花和皮魯埃特葉綠素a含量無顯著性變化；貝蒂、朱迪和星花玉蘭的總葉綠素含量分別在7、28 d 時出現(xiàn)不同程度的下降，與0 d 相比下降幅度分別為74.12%、30.24%和38.76%。葉綠素a 含量與總葉綠素b 含量的變化規(guī)律與總葉綠素含量的變化規(guī)律類似。

圖1 淹水脅迫對星花玉蘭及其品種葉綠素含量的影響不同小寫字母表示同一處理時間不同品種間差異顯著（P<0.05）；不同大寫字母表示同一品種不同處理時間差異顯著（P<0.05）Fig.1 Effect of flooding stress on the chlorophy Ⅱcontent of Y.stellata and its cultivars The different lowercase letters indicate significant difference between different cultivars at the same time treatmen（tP<0.05）；Different uppercase letters mean that there is significant difference between different days treatment of the same cultiva（rP<0.05）

2.2 淹水脅迫下比葉面積的變化

由圖2可知，淹水脅迫下不同星花玉蘭品種的比葉面積變化趨勢不同，菊花比葉面積顯著降低，下降幅度為49.96%，貝蒂、皮魯埃特、星花玉蘭和朱迪比葉面積無顯著性降低，下降幅度分別為：5.9%、8.8%、6.2%和7.4%。

圖2 淹水脅迫對星花玉蘭及其品種比葉面積的影響不同大寫字母表示同一處理天數(shù)不同品種間差異顯著（P<0.05）；不同小寫字母表示同一品種不同處理時間差異顯著（P<0.05）；下同F(xiàn)ig.2 Effect of flooding stress on the leaf area of Y.stellata and its cultivars The different uppercase letters indicate significant difference between different cultivars at the same time treatmen（tP<0.05）；Different lowercase letters mean that there is significant difference between different days treatment of the same cultiva（rP<0.05）；The same as below

2.3 淹水脅迫下光合參數(shù)的變化

由圖3 可知，處理前各品種之間無顯著性差異。處理1 d 導致顯著下降。3～7 d 時，除貝蒂外，其余品種均回升。14 d 時除菊花外，其余品種值又有較大幅度下降。在淹水處理期間，菊花、貝蒂、皮魯埃特、星花玉蘭和朱迪下降幅度分別為：69.3%、89.0%、59.7%、72.8%和76.3%。各品種的變化規(guī)律與相似，均在1 d 時顯著下降，3 d時顯著上升，7～14 d時大幅度降低。28 d時為：菊花>皮魯埃特>星花玉蘭>朱迪>貝蒂。

圖3 淹水脅迫對星花玉蘭及其品種光合參數(shù)的影響Fig.3 Effect of flooding stress on the leaf area of Y.stellata and its cultivars

淹水脅迫下菊花和星花玉蘭的變化規(guī)律與類似，貝蒂和朱迪則是在1 d 時上升之后下降，皮魯埃特呈下降趨勢。各品種值的變化總體隨淹水處理先上升后下降再上升，但各品種發(fā)生的時間節(jié)點不一致。在淹水脅迫過程中，皮魯埃特變化幅度小；其余品種均處于下降趨勢，但在14 d時升高。

由圖4 可以看出，星花玉蘭及其4 個品種光響應曲線變化趨勢基本一致，凈光合速率均隨著光合有效輻射的增加而不斷升高，淹水導致了凈光合速率的明顯下降。

圖4 淹水脅迫對星花玉蘭及其品種光響應曲線的影響A.菊花；B.貝蒂；C.皮魯埃特；D.星花玉蘭；E.朱迪Fig.4 Light response curve of Y.stellata and its cultivars under flooding stress A.Y.stellata‘Chrysanthemiflora’；B.Y‘.Bety’；C.Y‘.（Mag’s）Piroutte’；D.Y.stellata；E.Y‘.Judy’

對各品種的光響應曲線分析表明（見表1），淹水脅迫對星花玉蘭及其品種的光響應參數(shù)產生了顯著影響，最大凈光合速率在淹水處理后均顯著低于對照，處理組為：菊花>皮魯埃特>朱迪>星花玉蘭>貝蒂，與CK 相比，下降幅度分別為：21.3%、29.5%、12.7%、34.4%和44.6%。各品種表觀量子效率對淹水處理有不同的響應，其中菊花、貝蒂和星花玉蘭的與對照相比顯著降低，皮魯埃特與對照相比無顯著性變化，朱迪顯著升高，升幅為94.5%。淹水導致菊花和星花玉蘭的升高，貝蒂和朱迪降低，皮魯埃特無顯著性變化。菊花和皮魯埃特的暗呼吸速率為處理組高于對照組，貝蒂、朱迪和星花玉蘭在淹水處理后顯著降低。

表1 水淹脅迫下星花玉蘭及其品種的光響應曲線參數(shù)Table 1 Characteristic parameters of light response curve of Y.stellata and its cultivars under flooding stress

2.4 淹水脅迫下葉綠素熒光參數(shù)的變化

由圖5可知，皮魯埃特與朱迪在淹水脅迫下整體下降幅度分別為8.4%和24.7%。菊花、貝蒂和星花玉蘭則下降幅度較大，分別為76.7%、85.7%和64.6%，各品種在淹水脅迫過程中的變化復雜。

圖5 淹水脅迫對星花玉蘭及其品種葉綠素熒光參數(shù)的影響Fig.5 Effect of flooding stress on the chlorophyll fluores?cence parameters of Y.stellata and its cultivars

星花玉蘭及其品種/在淹水處理過程中均為下降的趨勢，菊花、貝蒂、皮魯埃特、星花玉蘭和朱迪下降幅度分別為14.7%、32.9%、18.2%、19.4%和8.8%。

3 討論

淹水脅迫對星花玉蘭及其品種是一個持續(xù)的傷害過程，各品種比葉面積呈降低趨勢，通常是由于碳同化產物向保衛(wèi)結構和增加葉肉細胞密度方向積累，有利于減少葉片水分散失和提高光合效率，這與前人研究結果一致。貝蒂在淹水處理期間，呈持續(xù)降低趨勢，在3 d 時持續(xù)下降、保持不變，表明其由氣孔限制因素向非氣孔限制因素轉變，此時葉綠素含量也顯著降低。14～21 d和/降低，PSⅡ系統(tǒng)受害。在21～28 d時，含量顯著增加，表明此時暗反應受阻，CO的同化和固定受到影響，此時水分利用效率較低，也是導致其低凈光合速率的原因。

除貝蒂外，其他4 個品種凈光合速率的降幅小，且有回升現(xiàn)象，根據(jù)和的變化相同判斷為氣孔限制因素導致的變化，氣孔限制因素主要為蒸騰速率降低和氣孔關閉，光合系統(tǒng)未受損害，其葉綠素含量無顯著變化，表明菊花、皮魯埃特、星花玉蘭和朱迪可以承受短期淹水脅迫。7～14 d 時降低，PSⅡ反應中心開放比例降低，葉片PSⅡ電子傳遞能力受到抑制，其降低的趨勢與凈光合速率降低趨勢重合，表明在淹水14 d 光合電子傳遞鏈的受阻也是光合速率降低的原因之一，這與許楠等和童夢瑩等的研究結果一致。星花玉蘭和朱迪在14～28 d下降幅度較大，葉綠素含量、和/均降低，表明的降低可能與電子傳遞鏈受阻、PSⅡ光合系統(tǒng)受損和葉綠素含量降低有關；皮魯埃特和菊花在14～28 d下降幅度較小，主要原因是電子傳遞受阻，PSⅡ系統(tǒng)受損。淹水脅迫會導致凈光合速率顯著下降，各品種響應不同，這與前人關于紅花玉蘭（）、牡丹（）和楓香（）的研究結果一致。皮魯埃特無明顯變化，表明在淹水期間可以維持葉片正常的水分利用。皮魯埃特與菊花的葉綠素a、葉綠素b和總葉綠素含量無顯著性降低，也表明其受澇害影響較小。

通過光響應曲線模型的擬合，可以得到重要的光合生理參數(shù)。是衡量葉片光合能力大小的指標，可以反映植物的光合潛力，經過淹水處理后星花玉蘭及其4個品種均顯著下降，表明其光合潛力受到限制，與吳海云等和陳玉鳳等對甘薯（）和楨楠（）的研究結果一致。和反映對弱光的利用能力，且星花玉蘭及其4 個品種處理組均低于20 μmol·m·s，表明這些品種均為陰性植物。而皮魯埃特和朱迪增加和降低反映對弱光利用能力增強。星花玉蘭及其4 個品種均顯著降低，限制對光的利用范圍。貝蒂、朱迪和星花玉蘭淹水處理后顯著降低，減少光合產物消耗。

4 結論

本研究結果表明，星花玉蘭及其品種在淹水脅迫下，各品種均顯著上升，、、不同品種間變化趨勢不同，其余指標均顯著降低。淹水脅迫對星花玉蘭及其品種的影響是一個持續(xù)的傷害過程，除貝蒂外4個品種在淹水處理前7 d時，光合速率的降幅小，且主要為氣孔限制因素，葉綠素含量無顯著變化，其光合系統(tǒng)運轉未受損害，表明星花玉蘭及其品種可以承受短期淹水脅迫。分析不同品種對淹水脅迫的響應發(fā)現(xiàn)，貝蒂受澇害影響較快且受害嚴重，皮魯埃特具有較強的光合能力和澇害適應能力。