李進(jìn)華，麥生威，李 冰，趙 偉，吳國文，張廣照，唐 慶

（1.廣西壯族自治區(qū)林業(yè)科學(xué)研究院，廣西南寧 530002；2.廣西新祥高速公路有限公司，廣西崇左 532200；3.廣西交通投資集團(tuán)崇左高速公路運(yùn)營有限公司，廣西崇左 532200）

翅莖白粉藤（Cissushexangularis）為葡萄科（Vitaceae）白藤屬木質(zhì)藤本，為熱帶及亞熱帶地區(qū)特色藥用植物，分布于廣東、海南和廣西等地，生于山地疏林中；其能祛風(fēng)活絡(luò)、散瘀活血，可用于緩解風(fēng)濕痹痛、腰肌勞損、跌打損傷等[1-2]。其根系發(fā)達(dá)，固土能力強(qiáng)，是邊坡綠化中優(yōu)選的植物；其還可以涵養(yǎng)水源，在一定程度上預(yù)防和減少水土流失、山體滑坡等現(xiàn)象。

近年來，全球氣候變暖，導(dǎo)致季節(jié)性降水分布不平衡，全國各地出現(xiàn)異常氣候現(xiàn)象，干旱現(xiàn)象頻繁發(fā)生[3]。干旱對(duì)植物的生長、光合作用等產(chǎn)生不良影響，影響植物的生長發(fā)育[4]。光合作用是植物生長和發(fā)育的關(guān)鍵過程，受光照、溫度、水分和熱量等多種因素影響。植物光合速率日變化與植物的生長和環(huán)境適應(yīng)密切相關(guān)[5-6]。植物光合色素包括葉綠素和類胡蘿卜素，其中葉綠素主要負(fù)責(zé)吸收、傳遞和轉(zhuǎn)化光能，類胡蘿卜素負(fù)責(zé)光能捕獲和光破壞防御，兩者在很大程度上決定植物光合能力的強(qiáng)弱[7-8]。葉綠體對(duì)干旱脅迫較敏感，表現(xiàn)為形態(tài)結(jié)構(gòu)、大小和數(shù)目均會(huì)隨植物所處環(huán)境的變化而變化[9]。目前，關(guān)于翅莖白粉藤的研究主要集中在有效成分與藥理學(xué)[10-15]、苗木繁殖[16]等方面，在干旱脅迫方面的研究鮮見報(bào)道。本研究以翅莖白粉藤為試驗(yàn)材料，采用盆栽控水法，探討干旱脅迫對(duì)翅莖白粉藤光合作用和葉綠體超微結(jié)構(gòu)的影響，為其栽培提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地位于廣西壯族自治區(qū)林業(yè)科學(xué)研究院園林花卉研究所（108°21′E，22°56′N），屬南亞熱帶季風(fēng)氣候，年均氣溫20～21 ℃，≥10 ℃年均積溫7 206 ℃，年均降水量1 350 mm，一般年份有2～4天輕霜；5—9月為雨季，月均降水量為100 mm 以上；10月—翌年4月雨量較少，月均降水量為80 mm以下[17]。

1.2 試驗(yàn)材料

供試材料為2年生翅莖白粉藤，選擇長勢(shì)一致、具有9～10張葉片、根系發(fā)達(dá)、無病蟲害且株高145.0～148.0 cm的優(yōu)良植株。

1.3 試驗(yàn)方法

2022年6月10日—8月10日，在廣西林科院園林花卉研究所基地的高透光遮雨棚下，采用盆栽法進(jìn)行試驗(yàn)。每處理選擇30盆翅莖白粉藤，在脅迫前充分澆透水肥，使土壤含水量及營養(yǎng)基本保持一致，待土壤自然晾干后，進(jìn)行干旱脅迫。參照Hsiao[18]的方法，設(shè)正常供水（CK）、中度干旱（MD）和重度干旱（SD）3 個(gè)水分處理，即土壤含水量分別控制在田間持水量的（70 ± 5）%、（50 ± 5）%和（35 ±5）%。每天早上8:00、中午12:00 和下午18:00，采用WET-2 土壤水分溫度電導(dǎo)率速測儀（Delta-T，北京博倫經(jīng)緯科技發(fā)展有限公司）測量土壤含水量，水分不足時(shí)用有刻度的燒杯進(jìn)行補(bǔ)水，并記錄加水量。處理60天后，分別測定形態(tài)指標(biāo)、光合指標(biāo)，觀察葉片葉綠體超微結(jié)構(gòu)。

1.4 測定指標(biāo)及方法

1.4.1 形態(tài)指標(biāo)

2022年6月10日和8月10日分別測定株高、地徑、葉片數(shù)、葉長和葉寬及根系生物量（鮮重）和地上部分生物量（鮮重）等指標(biāo)。

1.4.2 光合參數(shù)測定

2022年8月10日，在天氣晴朗的條件下進(jìn)行測定。測定時(shí)間為8:30～18:30，每隔2 h 測定1 次，每處理測定3 盆，每盆按東、南、西和北方向隨機(jī)選取3～5 片成熟葉測定，采用Li-6400XT 便攜式光合儀（LI-COR）測定葉片的凈光合速率（Pn）、氣孔導(dǎo)度（Gs）、胞間CO2濃度（Ci）及蒸騰速率（Tr）等生理指標(biāo)，計(jì)算水分利用效率（WUE），計(jì)算公式為：

1.4.3 葉綠素和類胡蘿卜素含量測定

2022年8月10日，取0.3 g 新鮮樣品，放入研缽中，加入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5 mL 繼續(xù)研磨至組織變白，靜置3～5 min 后，上清轉(zhuǎn)移定容至25 mL，備用。將提取液稀釋至合適濃度后，倒入1 cm 光徑比色皿中，以95%乙醇為空白，在波長665、649 和470 nm 下測定吸光度。計(jì)算葉綠素a（Ca，mg/L）、葉綠素b（Cb，mg/L）和類胡蘿卜素（Cx.c，mg/L）濃度；計(jì)算公式[19]為：

式中，Vt為提取液總體積（mL）；FW 為鮮重（g）；n為稀釋倍數(shù)。

1.4.4 葉綠體超微結(jié)構(gòu)觀察

2022年8月10日，以測定光合特性的葉片為材料，按要求截取2 mm×2 mm 葉片樣品，置于2.5%戊二醛中固定過夜，采用0.1 mol/L 磷酸漂洗液漂洗3 次，每次15 min，將樣品放入1%鋨酸溶液，在4 ℃冰箱中固定2 h。在0～4 ℃環(huán)境下，采用50%、70%和90%乙醇逐級(jí)脫水，每次脫水時(shí)間為15 min；采用100%乙醇和100%環(huán)氧丙烷分別脫水5 min，3 次重復(fù)；采用環(huán)氧丙烷+包埋液（V∶V=2∶1）包埋2 h，再采用環(huán)氧丙烷+ 包埋液（V∶V=2∶1）包埋3 h，純包埋液浸泡過夜，最后采用純包埋液在室溫下浸泡3～4 h。將樣品塊置于包埋模板內(nèi)，加入純包埋劑后放入恒溫烘箱內(nèi)聚合，第1 次烘烤溫度和時(shí)間為37 ℃和12 h，第2次烘烤溫度和時(shí)間為45 ℃和12 h，第3 次烘烤溫度和時(shí)間為60 ℃和48 h，半?。? μm）定位，采用超薄切片（70 nm）機(jī)切片，采用3%醋酸鈾-枸櫞酸鉛雙染色，采用透射電鏡觀察，拍片。

1.5 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)整理和圖表繪制；采用SPSS 7.05 軟件進(jìn)行單因素方差分析（One-way ANOVA）和多重比較分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 干旱脅迫對(duì)翅莖白粉藤生物量的影響

MD 和SD 處理下，脅迫后，株高增加，SD 處理株高最高（187.20 cm），比脅迫前增加38.40 cm；地上部分鮮重、地下部分鮮重均增加，MD 處理的地上部分鮮重和地下部分鮮重均最重（262.00 和43.70 g），比脅迫前分別增加191.70 和25.00 g；葉片數(shù)增加，MD處理的葉片數(shù)最多（64張），比脅迫前增加18張；地徑、葉長、葉寬和根冠比均降低（表1）。隨干旱脅迫程度增加，株高增量顯著增加（P<0.05）；地上部分鮮重和地下部分鮮重增量均呈先增后降的趨勢(shì)，

表1 翅莖白粉藤干旱脅迫前后的相關(guān)生物量變化Tab.1 Biomass changes of C.hexangularis before and after drought stress

MD 處理均顯著高于其他處理（P<0.05）；地徑、葉長、葉寬和葉片數(shù)增量均呈降低趨勢(shì)；根冠比增量呈增加趨勢(shì)。

2.2 干旱脅迫對(duì)翅莖白粉藤光合參數(shù)日變化和日均值的影響

CK、MD 和SD 處理的凈光合速率和氣孔導(dǎo)度日變化曲線均為雙峰形，均出現(xiàn)光合“午休”現(xiàn)象；CK的凈光合速率和氣孔導(dǎo)度日變化曲線峰值均出現(xiàn)在10:30和16:30，MD和SD處理的峰值均出現(xiàn)在12:30和16:30（圖1a～b）。MD和SD處理的胞間CO2濃度日變化曲線均為雙峰形，峰值均出現(xiàn)在10:30和16:30；CK日變化曲線為單峰形，峰值出現(xiàn)在16:30（圖1c）。CK 的蒸騰速率日變化曲線為單峰形，峰值出現(xiàn)在10:30；MD 處理為單峰形，峰值出現(xiàn)在14:30；SD 處理沒有明顯的變化（圖1d）；CK 和SD 處理的水分利用效率日變化曲線均為單峰形，峰值出現(xiàn)在16:30；MD 處理為雙峰形，峰值出現(xiàn)在12:30 和16:30（圖1e）。

圖1 干旱脅迫對(duì)翅莖白粉藤葉片光合參數(shù)日變化的影響Fig.1 Effects of drought stress on diurnal variations of photosynthetic parameters of C.hexangularis leaves

凈光合速率、氣孔導(dǎo)度、胞間CO2濃度、蒸騰速率和水分利用效率日均值均差異顯著（P<0.05）（表2）。隨干旱脅迫程度增加，凈光合速率和水分利用率日均值均呈先升后降的趨勢(shì)，均表現(xiàn)為MD處理>CK>SD 處理；氣孔導(dǎo)度、胞間CO2濃度和蒸騰速率日均值均減小，均表現(xiàn)為CK>MD 處理>SD處理。

表2 干旱脅迫對(duì)翅莖白粉藤葉片光合作用參數(shù)日均值的影響Tab.2 Effects of drought stress on daily mean values of photosynthetic parameters of C.hexangularis leaves

2.3 干旱脅迫對(duì)翅莖白粉藤葉片光合色素的影響

葉綠素a 含量、葉綠素b 含量、類胡蘿卜素含量和葉綠素總量均差異顯著（P<0.05）（表3）。隨干旱脅迫程度增加，葉綠素a含量、葉綠素b含量、類胡蘿卜素含量和葉綠素總量均呈先增后降的趨勢(shì)，均在MD 處理下最高，分別為0.722、0.344、0.140 和1.066 mg/g。

表3 干旱脅迫對(duì)翅莖白粉藤葉片光合色素的影響Tab.3 Effects of drought stress on photosynthetic pigments of C.hexangularis leaves (mg/g)

2.4 干旱脅迫對(duì)翅莖白粉藤葉片葉綠體超微結(jié)構(gòu)的影響

CK 的葉綠體呈長橢圓形，球體比較飽滿，類囊體片層整齊、層數(shù)多、排列緊密、淀粉粒飽滿及葉綠體被膜清晰；MD 處理的葉綠體質(zhì)壁分離，類囊體結(jié)構(gòu)模糊，排列不整齊，線粒體腫脹；SD處理的葉綠體外膜部分破裂，基粒扭曲變形，基質(zhì)排列紊亂（圖2a～c）。不同干旱脅迫程度均對(duì)葉綠體的結(jié)構(gòu)造成一定程度損壞，受損程度隨干旱脅迫增加而增加。

圖2 干旱脅迫對(duì)翅莖白粉藤葉綠體超微結(jié)構(gòu)的影響Fig.2 Effects of drought stress on chloroplast ultrastructures of C.hexangularis

3 討論與結(jié)論

受干旱脅迫時(shí)，植物會(huì)產(chǎn)生抗旱性，生長發(fā)育特征會(huì)發(fā)生變化，表現(xiàn)為根系發(fā)達(dá)而深扎，根冠比變大，葉片細(xì)胞變小，葉脈致密，單位面積氣孔數(shù)目增多[20]。本研究中，中度和重度干旱脅迫下，脅迫后株高增加，地徑、葉長和葉寬降低，可能是植物通過調(diào)節(jié)葉肉細(xì)胞水分來抵抗干旱脅迫造成的損傷[21]。脅迫后，地上部分鮮重、地下部分鮮重和葉片數(shù)均增加；隨干旱脅迫程度增加，地上部分鮮重和地下部分鮮重增量呈先增后降的趨勢(shì)，葉片數(shù)增量呈減少趨勢(shì)，根冠比增量呈增加趨勢(shì)。表明中度干旱脅迫時(shí)，翅莖白粉藤通過擴(kuò)大水分吸收范圍，增加地上部分鮮重、地下部分鮮重和葉片數(shù)；重度干旱脅迫時(shí)，植物利用有限的水分維持生命活動(dòng)，降低生物量，使葉片水分含量與土壤可利用水分平衡。

本研究中，CK、中度和重度干旱脅迫下，翅莖白粉藤葉片凈光合速率、氣孔導(dǎo)度日變化曲線均為雙峰形，出現(xiàn)光合“午休”現(xiàn)象。植物光合作用的抑制因素包括氣孔限制和非氣孔限制，分別由氣孔關(guān)閉和光合器官自身活性下降引起。干旱脅迫下，凈光合速率上升，氣孔導(dǎo)度降低，胞間CO2濃度降低，說明氣孔和非氣孔因素共同限制凈光合速率；凈光合速率降低，氣孔導(dǎo)度降低，胞間CO2濃度降低，說明氣孔因素限制凈光合速率；凈光合速率降低，氣孔導(dǎo)度降低，胞間CO2濃度升高，說明非氣孔因素限制凈光合速率[22]。本研究中，中度干旱脅迫時(shí)，凈光合速率和水分利用率均上升，氣孔導(dǎo)度、胞間CO2濃度和蒸騰速率均降低，說明氣孔和非氣孔因素共同限制凈光合速率；重度干旱脅迫時(shí)，凈光合速率、氣孔導(dǎo)度、胞間CO2濃度、蒸騰速率和水分利用率均降低，說明氣孔因素限制凈光合速率。

光合色素含量直接影響葉片的光合能力[23]。本研究中，翅莖白粉藤的葉綠素和類胡蘿卜素含量均呈先升后降的趨勢(shì)；中度干旱脅迫下，葉綠素和類胡蘿卜素含量均達(dá)到最大值，且顯著高于對(duì)照和重度干旱脅迫。說明中度干旱脅迫有利于翅莖白粉藤的光合作用。

植物細(xì)胞的超微結(jié)構(gòu)變化規(guī)律是判斷其抗逆能力的重要指標(biāo)之一[24]。受干旱脅迫時(shí)，植物的葉綠體會(huì)遭受不同程度的損傷[23]。本研究中，中度和重度干旱脅迫下，葉綠體的結(jié)構(gòu)遭到一定程度破壞，導(dǎo)致光合作用減弱，原因可能是干旱脅迫導(dǎo)致內(nèi)膜不飽和脂肪酸減少，引起膜蛋白的不穩(wěn)定和膜結(jié)構(gòu)功能的喪失。

綜上所述，翅莖白粉藤在中度干旱脅迫下，凈光合速率和水分利用率較高，雖然對(duì)葉綠體的結(jié)構(gòu)造成一定程度的損壞，但未見植物死亡，可見翅莖白粉藤具有一定的抗旱特征，這一研究結(jié)果可為礦山修復(fù)、高速公路石質(zhì)邊坡綠化及屋頂綠化等惡劣的環(huán)境選擇植物提供科學(xué)依據(jù)。本研究中，翅莖白粉藤的種植基質(zhì)只采用了1 種混合基質(zhì)，為了使翅莖白粉藤能在不同地區(qū)生長，下一步將開展不同基質(zhì)、不同光照條件下的脅迫研究。

利益沖突：所有作者聲明無利益沖突。

作者貢獻(xiàn)聲明：李進(jìn)華負(fù)責(zé)試驗(yàn)設(shè)計(jì)和論文撰寫；麥生威、李冰和趙偉負(fù)責(zé)野外種源收集；吳國文負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)測定與整理；張光照負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)測定；唐慶負(fù)責(zé)文獻(xiàn)檢索和論文校對(duì)。