方必君 卓定龍 劉曉洲 鄧演文 曾鳳

（1. 廣州普邦園林股份有限公司 廣東廣州 510600；2. 仲愷農(nóng)業(yè)工程學(xué)院 廣東廣州 510225）

水是植物正常生長發(fā)育的關(guān)鍵因素。由于全球氣候變暖，全球水循環(huán)進一步加快，植物蒸騰和地表蒸散等水分平衡隨之調(diào)整，干旱風(fēng)險增高[1]。我國作為全球干旱最頻發(fā)的國家之一[2]，近年來特大干旱中心向南方轉(zhuǎn)移，南方干旱增加趨勢更加明顯[3]。

干旱對植物的影響可以分為3個層面：一是影響其形態(tài)結(jié)構(gòu)，二是影響其生理生化，三是影響其相關(guān)基因的表達[4]。研究表明，當(dāng)植物處在干旱環(huán)境下，根系首先感知到干旱脅迫信息，從而直接影響植株的地上部分[5]。植物在輕微干旱環(huán)境下根系活力提升，對水分的吸收能力增強；當(dāng)水分脅迫繼續(xù)增加、植物水平衡被打破時，植物將受損傷甚至死亡[6]。大量研究證實，干旱會影響植株的光合作用，并控制葉綠素生成。在干旱脅迫的誘導(dǎo)下，植株葉片水分嚴重虧缺，氣孔運動受阻，氣孔導(dǎo)度（gs）下降，植株從外部獲得的二氧化碳量降低，從而導(dǎo)致胞間 CO2濃度（Ci）降低。嚴重缺水時氣孔接近完全關(guān)閉，造成蒸騰速率（Tr）減少，植物凈光合速率（Pn）降低，植物光合能力下降[7-9]。干旱脅迫下植物體內(nèi)葉綠素?zé)晒鈪?shù)也會發(fā)現(xiàn)變化。GUO等[10]研究發(fā)現(xiàn)，干旱脅迫下，黑枸杞非光化學(xué)淬滅系數(shù)（NPQ）增多，最大光化學(xué)效率（Fv/Fm）、光合電子傳遞速率（ETR）等減少，表明干旱脅迫影響了PSⅡ反應(yīng)中心的開放性。

野牡丹是中國華南地區(qū)常見的園林觀花植物，花大，顏色鮮艷，外形大小俱佳，且易于修剪，可孤植、片植或叢植，在園林綠化中有著廣泛的使用前景[11]。目前國內(nèi)對野牡丹植物的研究主要集中在資源調(diào)查評價[12-14]、栽培技術(shù)[15-16]與適應(yīng)性、組織培養(yǎng)、傳粉生物學(xué)及藥用價值[17]等方面，針對抗旱性、光合特性以及葉綠素?zé)晒鈪?shù)的研究較少。黃燕等[18]研究發(fā)現(xiàn)，隨著干旱程度增加，野牡丹葉片出現(xiàn)干枯下垂、頂芽萎蔫，野牡丹葉片的相對含水量、SOD酶活性、葉綠素含量等主要指標的變化趨勢表明，野牡丹的耐旱性不強。樊晚林等[19]對3種野牡丹屬植物（野牡丹、毛稔、紫毛野牡丹）進行光合特性研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，野牡丹的耐陰性是三者中最強的，其對冬季自然低溫敏感性較強。本試驗以野牡丹為研究對象，以盆栽模擬干旱，在不同的干旱程度下探究水脅迫下野牡丹光合和葉綠素?zé)晒鈪?shù)的變化，研究其抗旱能力，以期為未來干旱環(huán)境下野牡丹的種植提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 試驗地概況 試驗于2020年8月在廣州市從化區(qū)西向村廣州普邦研發(fā)中心大棚內(nèi)開展。廣州地處低緯度地帶，屬亞熱帶季風(fēng)性濕潤氣候，夏季高溫冬季溫和，雨熱同期，季風(fēng)發(fā)達。年平均氣溫22℃，年平均降雨量1 879.8 mm，大多集中在4—6月。

1.1.2 試材 試驗所用材料為 2019年在廣州市從化區(qū)西向村廣州普邦研發(fā)中心大棚內(nèi)經(jīng)扦插獲得，選取發(fā)育良好、長勢一致的1年生扦插苗盆栽，移至溫室大棚內(nèi)正常養(yǎng)護一星期后開始干旱脅迫試驗。

1.2 方法

1.2.1 試驗設(shè)計 在干旱脅迫的第0、3、6、9、12天以及復(fù)水第3天測定各項指標，對照組為正常養(yǎng)護澆水。為減小株間差別，對各株植株中生長發(fā)育情況和形態(tài)大小一致的葉片掛牌標記，從中測取數(shù)據(jù)。測定時間為當(dāng)天上午的8：00—11：00，每個處理測定植物3株，每株進行3次重復(fù)。實驗過程中大棚內(nèi)溫度在30～35℃，光照充足。

1.2.2 指標測定 利用土壤水分檢測儀測定土壤含水率，并利用美國公司 LI-COR有限公司制造的便攜式光合作用測量儀（LI-6400）測量野牡丹葉片凈光合速率（Pn）、氣孔導(dǎo)度（gs）、胞間CO2濃度（Ci）、蒸騰速度（Tr），并測算土壤水分利用率（WUE），WUE = Pn/Tr。使用美國Walz有限公司研發(fā)的便攜式調(diào)制葉綠素?zé)晒鈾z測儀（PAM-2500），對各種植物同一葉位的成熟葉片進行葉綠素?zé)晒鈪?shù)測定，測定參數(shù)包括最大光化學(xué)效率（Fv/Fm）、光化學(xué)淬滅系數(shù)（qP）、非光化學(xué)淬滅系數(shù)（NPQ）以及光合電子傳遞速率（ETR）。

1.2.3 數(shù)據(jù)處理 采用SPSS 23.0和Excel 2010對試驗數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析以及圖表繪制。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤含水量的變化

如圖 1所示，隨著干旱時間的不斷延長，土壤含水量不斷下降。在干旱12 d時土壤含水量達到最低值，與對照組相比下降了90.19%。

圖1 土壤含水量的變化

2.2 干旱脅迫及復(fù)水對野牡丹光合參數(shù)的影響

如圖2～5所示，隨著干旱程度的不斷增加，野牡丹葉片的凈光合速率（Pn）、氣孔導(dǎo)度（gs）、胞間 CO2濃度（Ci）以及蒸騰速率（Tr）均呈下降趨勢。野牡丹葉片Pn在輕度（干旱第3、6天）干旱下降幅較小，分別為 24.31%與 39.15%；在重度干旱（干旱第9、12天）下降幅較大，分別達到 79.91%與 92.75%；復(fù)水后，Pn僅恢復(fù)到干旱第3天水平，且不同干旱脅迫時間段存在顯著性差異（p＜0.05）。與對照組相比，第12天野牡丹葉片gs下降了91.49%，復(fù)水后僅恢復(fù)到干旱第3天水平；gs在干旱前期與后期降幅較大，中期降幅較平穩(wěn)；gs在干旱脅迫過程中干旱組和復(fù)水后與對照組間均存在顯著性差異。Ci在整個干旱過程中的降幅都較為平穩(wěn)，在第12天下降到最低水平，下降了42.74%，復(fù)水后恢復(fù)到干旱第9天的水平。Tr在整個干旱過程中的降幅都較大，在第 12天下降到最低水平，與對照組相比下降了94.58%，復(fù)水后恢復(fù)到了干旱第3天水平。

圖2 干旱及復(fù)水對野牡丹凈光合速率的影響

圖3 干旱及復(fù)水對野牡丹氣孔導(dǎo)度的影響

圖4 干旱及復(fù)水對野牡丹胞間CO2濃度的影響

圖5 干旱及復(fù)水對野牡丹蒸騰速率的影響

如圖 6所示，野牡丹葉片的水分利用效率（WUE）隨著干旱時間的延長呈先上升后下降的趨勢。WUE在第6天達到最大水平，與對照組相比上升了95.4%，復(fù)水后恢復(fù)到對照組水平。

圖6 干旱及復(fù)水對野牡丹水分利用效率的影響

2.3 干旱脅迫對野牡丹葉綠素?zé)晒鈪?shù)的影響

如圖7～11所示，隨著干旱程度的不斷增加，野牡丹葉片的最大光化學(xué)效率(Fv/Fm)、實際光能轉(zhuǎn)化效率[Y(Ⅱ)]、光化學(xué)淬滅系數(shù)（qP）和光合電子傳遞速率(ETR)均呈下降趨勢，而非光化學(xué)淬滅系數(shù)（NPQ）隨著干旱程度的不斷增加呈上升趨勢。野牡丹葉片的Fv/Fm4個干旱處理組與對照組相比分別降低了 6.58%、13.59%、17.39%、29.63%，降幅穩(wěn)定，且4個干旱處理組與對照組的差異均達到了顯著水平。野牡丹葉片的Y(Ⅱ)四個干旱處理組與對照組相比分別降低了22.23%、39.89%、50.57%、66.48%，均有顯著性差異。野牡丹葉片的NPQ四個干旱處理與對照組相比均有顯著性差異，復(fù)水后與對照組間無顯著性差異。干旱處理NPQ不斷上升，在12 d達到峰值，與對照組相比上升了約42.11%。野牡丹葉片qP與對照組相比在干旱3 d時沒有受到顯著性影響，在干旱6、9、12 d均受到了顯著影響，在12 d時下降了40.19%。野牡丹葉片的ETR四個干旱處理組與對照組相比都受到顯著影響，其中 6與9 d、9與12 d組間沒有顯著性差異，干旱脅迫下ETR呈不斷下降趨勢，干旱12 d時與對照組相比下降64.22%。

圖7 干旱及復(fù)水對野牡丹最大光化學(xué)效率的影響

圖8 干旱及復(fù)水對野牡丹實際光能轉(zhuǎn)化效率的影響

圖9 干旱及復(fù)水對野牡丹非光化學(xué)淬滅系數(shù)的影響

圖10 干旱及復(fù)水對野牡丹光化學(xué)淬滅系數(shù)的影響

圖11 干旱及復(fù)水對野牡丹光合電子傳遞速率的影響

3 討論

3.1 干旱及復(fù)水對野牡丹光合參數(shù)的影響

研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)植物在短期或適度的水分虧缺狀況下，氣孔限制是引起Pn值降低的重要因素[20]。葉片的光合速率和氣孔導(dǎo)度成正相關(guān)[21]。當(dāng)水分脅迫加劇,植物抗水分逆境的能力有限，生理代謝功能失調(diào)以及葉綠體對CO2的固定能力降低等原因?qū)е路菤饪紫拗埔蛩?，使得Pn降低[22]。本研究結(jié)果表明，當(dāng)野牡丹處在干旱條件下時，氣孔運動受限，氣孔導(dǎo)度（gs）減少，植株從外部獲得的CO2大大減少，從而導(dǎo)致胞間co2濃度（Ci）降低。嚴重缺水時氣孔接近完全封閉，從而造成了蒸騰速率（Tr）降低，最終導(dǎo)致植物凈光合速率（Pn）減少，植株光合能力降低。干旱環(huán)境脅迫下野牡丹的水分利用效率（WUE）先上升后下降。程甜甜等[23]研究也發(fā)現(xiàn)，隨著土壤中相對含水率的下降，文冠果葉片的凈光合速率與水分利用效率都出現(xiàn)了先升高后下降的變化趨勢。

3.2 干旱及復(fù)水對野牡丹葉綠素?zé)晒鈪?shù)的影響

Fv/Fm值體現(xiàn)了 PSII的光能轉(zhuǎn)化效率，常被用于判斷植物PSII能否因發(fā)生光抑制而產(chǎn)生不可逆?zhèn)24]，該參數(shù)變動范圍較小，通常為0.75～0.85，且不受植物物種和生長條件的影響。Fv/Fm值在第9天后降到了0.7以下，說明在干旱脅迫下野牡丹產(chǎn)生了光抑制作用，光合組織受到破壞；復(fù)水后有所上升，說明抑制作用減弱、光合功能得到一定程度恢復(fù)。Y（Ⅱ）體現(xiàn)了PSII光化學(xué)系統(tǒng)的開放程度，與碳同化過程有很大的關(guān)聯(lián)[25]。qP表示以 PSII天線色素所吸收的光能作為植物暗反應(yīng)中固定能量的部分，其值越大說明PSII的光電子轉(zhuǎn)換活性越大，在光能中轉(zhuǎn)化為活潑化學(xué)能的能量就越多，因此植物對光能的利用效率也就越高[26]。qP、ETR、Y（Ⅱ）低于對照組，說明野牡丹光合電子傳遞和光化學(xué)活性受到抑制，只有通過降低量子產(chǎn)額、光化學(xué)淬滅和電子傳遞速率來耗盡過剩的光能。NPQ超過了對照組，表明干旱脅迫造成野牡丹原始光能轉(zhuǎn)換效率下降，PSⅡ天線色素所吸收的光能過剩，因此只能升高NPQ，即以熱耗散的形式釋放掉過多的光能。復(fù)水后，各項熒光參數(shù)均顯著恢復(fù)，說明野牡丹受損的PSⅡ反應(yīng)中心可在一定程度恢復(fù)。

干旱脅迫后的復(fù)水恢復(fù)情況可反映植物對干旱脅迫的適應(yīng)能力和保護機制[27-28]。通過光合和葉綠素?zé)晒鈪?shù)的變化可知，12 d的干旱脅迫對野牡丹的光合生理造成了影響，但是復(fù)水后各項指標都能恢復(fù)到干旱脅迫0～3 d的水平，說明野牡丹具有一定的抗旱性。本實驗僅研究了干旱脅迫及復(fù)水對野牡丹光合和葉綠素?zé)晒鈪?shù)的影響，今后還需要在生理生化、信號轉(zhuǎn)導(dǎo)、基因表達等方面開展進一步的探索研究。