干旱胁迫对天目琼花某些生理特性的影响

干旱胁迫对天目琼花(Viburnum sargentii)某些生理特性的影响王北洪1* 李淑英2 马智宏1 王彦波1 常 红1 周连第2（1.国家农业信息化工程技术研究中心，北京 100089）（2.北京市农林科学院 农业综合发展研究所，北京 100089）摘 要：采用室外盆栽干旱胁迫试验方法，研究了天目琼花对土壤干旱的生理生态反应。

结果表明：随着土壤含水量的减少，天目琼花的蒸腾速率日进程曲线由双峰变成单峰，净光合速率、Fv/Fm日进程曲线由低谷变成深谷，电子传递效率大幅降低，PSⅡ反应中心关闭。

在中度干旱胁迫下Car含量有所升高，热耗散能力明显增强，能够对干旱胁迫做出积极响应；而在重度干旱胁迫下气孔关闭，Car含量大幅下降，热耗散能力达到饱和，不能对对干旱胁迫做出积极响应，叶片的光合机构可能已经受到了一定程度的光损伤。

关键词：干旱胁迫；天目琼花；生理特性研究表明，水分胁迫是抑制植物光合作用的最主要环境因子之一，它能够导致光合器官的损伤，从而抑制植物的光合作用。

在野外环境中，用气体交换法（CO2 Exchange Measurement）测得的叶片净光合速率、蒸腾速率等光合参数通常是植物外部环境因子（比如CO2浓度、气温、光照强度、水分养分供应等）和内部生理反应（如羧化酶活性、电子传递速率等）综合作用的结果。

因此，光合参数的高低变化直接反映了植物在光合生理上对环境条件的适应程度。

20世纪80年代以后，人们在逐渐弄清楚植物体内叶绿素荧光动力学与光合作用关系的基础上，发现它对各种胁迫因子十分敏感，因而越来越多地将其作为鉴定植物抗逆性的理想指标和技术[1]。

本文以天目琼花为材料，研究土壤含水量状况对其叶绿素含量、叶水势、叶水分、净光合速率、蒸腾速率、气孔导度、光能利用效率的影响，并通过叶绿素荧光参数的测定，分析干旱胁迫下苗木叶片光合作用变化的原因，以期为探讨干旱胁迫下天目琼花的光合机构功能及其干旱逆境的生理响应机制提供理论依据，为其在干旱地区的推广应用提供参考。

1 材料与方法1.1 供试材料与处理试验地设在北京市顺义科技园区内，近两年平均气温11.5℃，1月平均气温4.9℃，最低气温零下19.1℃，7月平均气温25.7℃，最高气温达40.5℃，年日照2750小时，无霜期195天左右，年均相对湿度50%，年均降雨量约625毫米，全年降水的75%集中在夏季。

供试材料天目琼花（Viburnum sargentii）为北京市顺义县科技园区内提供的2年生苗，于2005年3月中旬移栽到塑料盆中。

盆高30cm，口径30cm，每盆装入12kg培养土，由苗圃土（2份）、砂（1份）、腐殖土（1份）混合而成。

从6月20日开始实施水分胁迫处理，每晚用称重法来检测各盆的水分状况，通过人工补水使土壤含水量分别维持在田间持水量的80%（CK）、65%（中度干旱胁迫）和50%（重度干旱胁迫），基金项目：北京市自然科学基金重点项目（4051003）；863计划（2002AA2Z4281-04）；北京市科委重大项目（H020*********）第一作者简介：王北洪(1976-),男,汉族,助研,主要从事植物生理生态研究。

* 通讯作者Author for correspondence E-mail:wangbh@每个处理5次重复。

为防止雨淋，在供试材料上方加盖塑料遮雨棚。

1.2 叶水势、叶片相对含水率、水分饱和亏、色素含量的测定从每个处理中选取枝条中上位成熟完好、长势相近的5片叶，用特制打孔器取下后，放入C52样品室中平衡30min，用美国Wescor公司的HR-33T露点水势仪测定。

将用于测定叶水势（LWP）的叶片迅速拿到室内，称其鲜重，水分饱和4～6h后烘干至恒重，用(1)、(2)式计算叶片相对含水率（RWC）和水分饱和亏(WSD)。

RWC(%)=（叶鲜重-叶干重）/（叶饱和重-叶干重）×100 (1)WSD(%)=（叶饱和重-叶鲜重）/（叶饱和重-叶干重）×100 (2)与此同时，避开主脉，剪取0.1000～0.2000g叶片后于天平上称重，用50mL 95%的乙醇浸泡，于黑暗处提取叶绿素。

待叶片脱色后，将提取液在Heλiosα双光束分光光度计上于440nm、649nm、665nm下比色。

按照以下公式计算叶绿素（Chl a+b）和类胡萝卜素（Car）含量。

Chl a+b(mg•g-1) = (6.10 OD665 + 20.04 OD649) × V /（A×1000）[2]Car(mg•g-1) = (4.695 OD440 –0.268 Chl)× V /（A×1000）[3]1.2 气体交换参数的测定选用美国产LI-6400P型开路式光合测定仪，于2005年9月4日（典型晴天）7：00～17：00每隔2h测定一次挂牌叶片（选取枝条中上位成熟完好、长势相近的叶片）的净光合速率、蒸腾速率、气孔导度和光合有效辐射，每个处理重复测定3次，用3次观察值的平均值作为每次测定的最终结果。

测定时采用透明叶室，让太阳光直射叶室。

测定过程中待数值比较稳定时，启用仪器自动记录模式获取数据，每隔4s 获取1次，共获取5组观察值，用5组观察值的平均值作为每次测定的最终结果。

1.3 荧光动力学参数的测定用带有内置软件（DA-2100，Heinz，Walz）的便携式荧光仪（PAM-2100，Walz，Germany）测定挂牌叶片的叶绿素荧光参数。

其中，Fv/Fm每隔2h测定一次，其它参数仅在9：00～11：00做一次测定。

每个处理重复测定3次，用3次观察值的平均值作为每次测定的最终结果。

将待测叶片用特制的暗适应夹遮光处理30min后，用便携式荧光仪自带的Run2命令测定Fv/Fm。

用连有光纤的叶夹2030-B夹住待测叶片并稳定2s后，用便携式荧光仪自带的Run1命令测定Yield。

Fv/Fm =（Fm - Fo）/FmYield =（Fm’- Ft）/Fm’非光化学荧光淬灭系数NPQ =（Fm - Fm’）/ Fm’Fo、Fm、Fv/Fm、Yield、ETR、qP等参数由仪器自动给出。

2 结果与分析2.1 干旱胁迫下天目琼花LWP、RWC、WSD、Chl a+b含量、Car含量的变化规律在同一时间下测定时发现，随着干旱胁迫的加重叶水势（LWP）逐渐降低，叶片相对含水率（RWC）逐渐降低，水分饱和亏缺（WSD）逐渐升高（图1，A、B）。

中度干旱胁迫下，Chl a+b和Car含量分别升高了12.1%和15.4%，而从中度干旱至重度干旱的进一步胁迫过程中，Chl a+b和Car含量分别则降低了24.9%和24.4%（图2，A）。

叶绿素含量虽然在轻度水分胁迫下有升高的情况[4，5]，但在重度水分胁迫下则急剧降低，这可能是由于重度水分胁迫导致了叶绿素分解，因此其变化较为复杂。

可见，RWC、WSD和LWP 可以较好地反映土壤水分状况，而且干旱胁迫导致植物体内水分亏缺的梯度效果已经产生。

2.2 干旱胁迫下天目琼花气体交换参数的日变化规律80%、65%供水处理的苗木，其气孔都是从早晨开始迅速打开，在试验测定开始（上午7时）后，随着光照增强与气温升高，气孔开度降低，气孔导度迅速下降，而50%供水处理的植株1日内则始终保持较小的气孔开度（图3，A）。

由图3，B可见，80%、65%供水处理的苗木蒸腾速率均呈双峰曲线，它们之间差异并不明显。

50%供水处理的苗木蒸腾速率呈单峰曲线，且一天当中始终明显低于前两个处理。

表明50%供水处理已经严重限制了根系的吸水能力，影响了水分代谢的正常进行。

从早晨开始净光合速率随着光照强度和气温的增加而逐渐增大，在白天维持较高的同化速率，从下午到傍晚同化作用逐渐减小。

在早晚各处理区之间差异较小，在白天差异加大。

各个处理区比较时， 80%、65%供水处理的苗木净光合速率白天维持较高的值，而50%供水处理的苗木净光合速率则大幅度下降。

各供水处理的苗木均出现明显的双峰曲线，80%、65%供水处理的苗木出现“午休”时净光合速率出现低谷，而50%供水处理的苗木则出现深谷（图3，C）。

2.3 干旱胁迫下天目琼花Fv/Fm的日变化规律Fv/Fm的日变化规律见图3，D。

从早晨开始逐渐下降，白天较低，晚上又逐渐上升到较高的水平。

各处理区相比较时，80%、65%供水处理的苗木Fv/Fm 1日中维持较高的值，而50%供水处理的苗木Fv/Fm 在1天当中始终低于80%、65%供水处理的苗木，并且在白天大幅度下降，由低谷变为深谷。

这表明，1天中，当光照强度增加时，光合作用所吸收利用的能量相对减少，光系统中剩余的能量增加，光抑制增强。

2.4 干旱胁迫下天目琼花瞬时荧光参数的变化规律初始荧光Fo是判断PSⅡ反应中心运转状况的重要指标。

最大荧光Fm是PSⅡ反应中心完全关闭时的荧光产量，可变荧光Fv则反映PSⅡ原初电子受体Q A的还原情况，与PSⅡ的原初反应过程有关，代表着PSⅡ光化学活性的大小[6]。

Fv/Fo反映了PSⅡ的潜在活性，它与Fv/Fm一起构成了表明光化学反应状况的重要参数。

PSⅡ的非循环光合电子传递速率（ETR）是反映实际光强条件下的表观电子传递效率，照光下PS Ⅱ光化学反应的最大量子效率（Yield）反映了开放的PSⅡ中心捕获光能的效率。

由表1可以看出，随着干旱胁迫的加剧，Fo增大，而Fv、Fm、Fv/Fm、Fv/Fo、ETR、Yield则均降低，下降幅度依次为：11.9%、9.0%、3.1%、14.0%、36.7%、12.9%。

光化学淬灭系数（qP）反映PSⅡ天线色素吸收的光能用于光化学反应的分额，在一定程度上反映了PSⅡ反应中心的开放程度[7,8]。

非光化学淬灭（NPQ）反映PSⅡ天线色素吸收的光能以热能的形式耗散的那部分光能，它的提高有助于耗散过剩的激发能，缓解环境对光合作用的影响[9,10]，所以非光化学淬灭是一种自我保护机制，对光合机构起一定的保护作用。

由图2，B可以看出，随着干旱胁迫的加剧，qP急剧下降，而NPQ的升高在65%供水处理（中度干旱）下即达饱和，此后不再随干旱胁迫强度的增加而升高。

3 讨论本试验结果表明，干旱胁迫导致天目琼花体内水分出现了有效亏缺，叶绿素开始分解，PSⅡ反应中心关闭，电子传递受到明显抑制，所吸收的能量中剩余的越来越多，光能利用率逐渐降低，最终加剧了光抑制。

有研究表明，叶片中Car含量的增加，有利于防止或减轻光抑制，因为Car尤其是其中的β-Car，能淬灭不稳定的三线态Chl和具有强氧化作用、对光合膜有潜在破坏作用的单线态氧，从而提高叶片的抗逆性，以利用光合作用的进行[11]。

天目琼花叶片中Car含量的变化规律说明：中度干旱胁迫下，天目琼花能够通过自身调节比较有效地防止或减轻光抑制对光合机构的损伤，而在重度干旱下，天目琼花自身的调节功能并不能对高光强起到完全有效的抑制作用。