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Effects of drought stress and re-watering on growth and photosynthesis of Hosta

干旱胁迫及复水对玉簪生长和光合作用的影响



全 文 :书干旱胁迫及复水对玉簪生长和光合作用的影响
张金政1,2,张起源2,孙国峰1,何卿3,李晓东1,刘洪章2
(1.中国科学院植物研究所,北京100093;2.吉林农业大学生命科学学院,吉林 长春130118;
3.国家知识产权局专利局专利审查协作北京中心,北京100190)
摘要:以东北玉簪和紫萼玉簪为材料,研究了干旱胁迫及复水对玉簪干物质量、部分形态指标、叶绿素含量、气体交
换和叶绿素荧光参数的影响,结果表明,随干旱胁迫时间的延长和干旱程度的增加,干旱胁迫处理对2种玉簪干物
质量、部分形态指标、叶绿素含量的抑制作用逐渐增大。此外,干旱胁迫处理能够降低或显著降低2种玉簪的净光
合速率(犘n)、气孔导度(犌s)、蒸腾速率(犜r),降低或升高胞间CO2 浓度(犆i);降低或显著降低PSII最大光能转化效
率(犉v/犉m)、光适应下PSII最大光能转化效率(犉v′/犉m′)、PSII电子传递量子效率(ΦPSII)和光化学猝灭系数(狇犘),
显著提高非光化学猝灭系数(犖犘犙)。而干旱胁迫处理15或30d后复水15d,各指标均能得到不同程度的恢复;
30d的干旱胁迫未造成光合细胞器的不可逆损伤。2种玉簪相关生理指标的比较分析结果显示,东北玉簪抗旱能
力强于紫萼玉簪。
关键词:玉簪;干旱胁迫;复水;生长;光合作用
中图分类号:Q945.78;Q945.11  文献标识码:A  文章编号:10045759(2014)01016710
犇犗犐:10.11686/cyxb20140120  
  近年来,在全球气候变化背景下干旱频繁发生且日趋严重,大部分国家和地区都不同程度地受到干旱威
胁[1],合理利用水资源成为一个世界性的课题。而水资源短缺已成为干旱地区限制植物正常生长发育的关键因素。
玉簪属(犎狅狊狋犪)植物作为重要的耐阴地被观赏植物,被世界各地广泛栽培应用。玉簪为浅根性地被植物,根
系分布不超过40cm,其耐旱能力与木本植物相比是有限的。大多数玉簪喜潮湿环境,生长季节每周平均的降雨
量25~30mm利于玉簪生长[2]。在园林绿化过程中,经常会因降雨过少而导致干旱胁迫从而使玉簪的生长受到
抑制。由于玉簪属植物应用量较大,需要进行节水栽培。目前园林应用的玉簪主要有两类,有走茎的玉簪和无明
显走茎的玉簪;二者对肥料的需求和利用效率不同[3];而二者对水分的需求和利用效率有无差异尚不清楚。
干旱胁迫能够对植物的外部形态、内源激素、光合作用等产生多方面的影响[45]。短期或轻度干旱胁迫下植
物叶片水势降低、气孔关闭,降低了CO2 的摄取与光合作用;长期而严重的干旱胁迫可抑制植株生长,并引起外
观形态和生物量的变化,甚至会致使植物死亡[610]。而短期干旱胁迫后复水,部分生理指标能得到不同程度的恢
复[11],既保证了植物的生长发育需要又做到了节水,成为近年研究的一个热点。然而有关干旱胁迫及复水对玉
簪生长和光合作用的影响方面的研究尚未见报道。本文以中国原产玉簪属原种东北玉簪(犎.犮犾犪狌狊犪var.犲狀狊犪
狋犪)(有走茎小型玉簪)和紫萼玉簪(犎.狏犲狀狋狉犻犮狅狊犪)(无走茎大型玉簪)为材料,通过研究干旱胁迫及胁迫后复水
对2种玉簪干物质量、部分形态指标、叶绿素含量、气体交换和叶绿素荧光参数的影响,旨在揭示干旱胁迫及复水
对玉簪属植物生长和光合作用的影响机制,为提高玉簪属植物水分利用效率和实行节水栽培提供理论依据。
1 材料与方法
1.1 试验材料与处理
试验在中国科学院植物研究所植物园引种驯化组试验地进行。2010年4月选择田间生长一致的3年生东
第23卷 第1期
Vol.23,No.1
草 业 学 报
ACTAPRATACULTURAESINICA   
167-176
2014年2月
收稿日期:20120724;改回日期:20130606
基金项目:中国科学院知识创新工程方向性项目(KSCX2EWB2,KSCX2EWB5)和农业部“引进国际先进农业科学技术”项目(2012Z32)资
助。
作者简介:张金政(1965),男,北京怀柔人,副研究员,博士。Email:caohua@ibcas.ac.cn
通讯作者。Email:lixcds1234@ibcas.ac.cn,lhz999@126.com
北玉簪(有走茎小型玉簪)和紫萼玉簪(无走茎大型玉簪)大苗移栽到花盆中(规格为29cm×24cm,每盆装栽培
土6kg,栽植1株,每株留1芽),进行正常的栽培管理。光照强度为自然光照的50%(黑色遮阳网遮荫)。栽培
基质为园土∶黄沙土∶草炭=3∶1∶1,其营养状况为:全氮0.012%、水解性氮11.3mg/kg、全磷12.2mg/kg、
全钾1.68%、有机质0.312%、pH8.2。
于2010年6月开始进行干旱胁迫处理。根据张起源[12]的研究结果,试验设3个水分梯度:对照(CK,土壤
相对含水量为90%~95%)、中度干旱胁迫(moderatedroughtstress,简写为 MD,土壤相对含水量为50%~
55%)和重度干旱胁迫(severedroughtstress,简写为SD,土壤相对含水量为30%~35%)。胁迫时间:15,30和
45d。开始控水后每天18:00采用称重法测量土壤含水量,补充当天的水分消耗,使土壤含水量保持在设定范围
内。对不同胁迫处理到达设定胁迫时间后的相关指标(形态指标、生物量、叶绿素含量、气体交换参数和叶绿素荧
光参数)进行测定,作为复水前的基准值;测定完立即复水(rewatering,简写为RW,恢复至土壤相对含水量为
80%~85%),复水后15d再次分别对CK、MD、SD、中度干旱胁迫处理15d后复水15d(MD15+RW15)和重度
干旱胁迫处理15d后复水15d(SD15+RW15)、中度干旱胁迫处理30d后复水15d(MD30+RW15)和重度干旱胁
迫处理30d后复水15d(SD30+RW15)的相关指标进行测定。3次重复。
1.2 测定项目及方法
干物质量测定:干旱胁迫处理后15,30,45d,以及胁迫后复水15d,每个处理取3盆植株分别测定地上部、
地下部干物质量。取3盆植株清除根系周围的泥土并清洗全株后,用吸水纸吸去多余的水分,在105℃下杀青20
min,85℃烘干至恒重,用电子天平(精确度0.001g)称其干物质量。
形态指标测定:分别于干旱处理后15,30,45d,以及胁迫后复水15d测定侧芽数、叶片数、总叶面积、须根
数量、株高等。其中总叶面积采用数码相机和Photoshop软件非破坏性测定[13]。
叶绿素含量测定:参考Arnon[14]的方法,分别于干旱处理后15,30,45d,以及胁迫后复水15d,选取5片成
熟功能叶片,用直径6mm的打孔器分别打20个叶圆片,用25mL80%丙酮于暗处浸提48h,其间每隔2h振荡
1次,使叶绿素均匀分布于丙酮溶液中,至叶圆片完全泡白。用 UV4802型分光光度计(USA)分别在663,646
及470nm波长下测定 OD值,根据修正的 Arnon公式计算出叶绿素a(Chla)、叶绿素b(Chlb)和总叶绿素
[Chl(a+b)]含量。修正的Arnon公式如下:
Chla=12.21D663-2.81D646
Chlb=20.13D646-5.03D663
Chl(a+b)=17.32D646+7.18D663
气体交换参数测定:采用LI6400便携式光合仪(LICORInc,USA),分别于干旱处理后15,30,45d,以及胁
迫后复水15d的上午8:00-11:00选取玉簪中部成熟功能叶片进行测定。仪器采用开放式气路,内置光源,光
强为600μmol/(m
2·s)(2种玉簪饱和光强[15]),主要测定叶片净光合速率(犘n,μmol/m
2·s)、气孔导度(犌s,
mmol/m2·s)、胞间CO2 浓度(犆i,μmol/m
2·s)、蒸腾速率(犜r,mmol/m2·s)等参数,5次重复。
叶绿素荧光参数测定:采用LI6400便携式光合仪(LICORInc,USA),分别于干旱处理后15,30,45d,以及
胁迫后复水15d的上午8:00-11:00选取玉簪中部成熟功能叶片于光合速率测定过程中,施加作用光(600
μmol/m
2·s),测定光适应下的最大荧光(犉m′)、光适应下最小荧光(犉o′)、稳态荧光产量(犉s);于22:00-24:00
选取中部功能叶片测定暗适应下的初始荧光(犉o)和最大荧光(犉m),5次重复。根据以下公式计算出以下荧光参
数:1)光系统II(PSII)最大光能转化效率,犉v/犉m=(犉m-犉o)/犉m;2)光适应下PSII最大光能转化效率,犉v′/
犉m′=(犉m′-犉o′)/犉m′;3)PSII电子传递量子效率,ФPSII=(犉m′-犉s)/犉m′;4)光化学猝灭系数,狇犘=(犉m′-犉s)/
(犉m′-犉o′);5)非光化学猝灭系数,犖犘犙=(犉m-犉m′)-1。
1.3 数据处理与分析
采用Excel进行数据处理,SPSS11.0软件(SPSSInc.,USA)进行方差分析和Duncan多重比较,并用Sig
maPlot10.0(SPSSInc.,USA)进行作图。
861 ACTAPRATACULTURAESINICA(2014) Vol.23,No.1
2 结果与分析
2.1 干旱胁迫及复水对2种玉簪干物质量的影响
与对照相比,随干旱胁迫时间的延长东北玉簪 MD和SD处理地上部干物质量逐渐减少。处理后15d,MD
和SD处理与对照无显著差异;处理后30d,SD处理显著低于对照;处理后45d,SD处理显著低于 MD处理,
MD处理显著低于对照(图1A)。重度干旱胁迫处理15d后复水15d(SD15+RW15),干物质量恢复到对照水平;
而无论中度干旱胁迫处理30d后复水15d(MD30+RW15),还是重度干旱胁迫处理30d后复水15d(SD30+
RW15),干物质量均显著低于对照和干旱胁迫处理(图1A)。干旱胁迫处理后短期内(处理后15d)MD和SD处
理地下部干物质量显著高于对照(即所谓的旱长根);而随干旱胁迫时间的延长 MD和SD处理对地下部干物质
量增长的抑制作用逐渐显现:处理后30d,SD处理显著低于对照;处理后45d,SD处理显著低于 MD处理,MD
处理显著低于对照(图1B)。无论中度干旱胁迫处理还是重度干旱胁迫处理后复水,地下部干物质量均能得到不
同程度的恢复;尤其是中度干旱胁迫处理15d后复水15d(MD15+RW15)地下部干物质量还显著高于对照(图
1B)。
干旱胁迫对紫萼玉簪干物质量的影响与对东北玉簪的影响相似(图1C、图1D)。与东北玉簪最大不同之处
在于,无论中度干旱胁迫处理还是重度干旱胁迫处理30d后复水15d,地下部干物质量均无法得到有效恢复(图
1D)。
图1 干旱胁迫及复水后东北玉簪(犃、犅)和紫萼玉簪(犆、犇)干物质量的变化
犉犻犵.1 犜犺犲犮犺犪狀犵犲狊狅犳犱狉狔狑犲犻犵犺狋狊狅犳犎.犮犾犪狌狊犪狏犪狉.犲狀狊犪狋犪(犃,犅)犪狀犱犎.狏犲狀狋狉犻犮狅狊犪
(犆,犇)犪犳狋犲狉犱狉狅狌犵犺狋狊狋狉犲狊狊犪狀犱狉犲狑犪狋犲狉犻狀犵
 柱旁不同小写字母表示在同一时间不同处理间存在犘<0.05水平的显著差异。处理后30d的 MD-RW和SD-RW表示:中度干旱胁迫处理15
d后复水15d(MD15+RW15)和重度干旱胁迫处理15d后复水15d(SD15+RW15)。处理后45d的 MD-RW和SD-RW表示:中度干旱胁迫处理
30d后复水15d(MD30+RW15)和重度干旱胁迫处理30d后复水15d(SD30+RW15)。下同。Verticalbarsfolowedbythedifferentsmalletters
aresignificantlydifferentat犘<0.05amongdifferenttreatmentsatthesametime.MD-RWandSD-RWat30daftertreatmentsindicate:15dof
rewateringafter15dofmoderatedroughtstress(MD15+RW15)and15dofrewateringafter15dofseveredroughtstress(SD15+RW15),respec
tively.MD-RWandSD-RWat45daftertreatmentsindicate:15dofrewateringafter30dofmoderatedroughtstress(MD30+RW15)and15d
ofrewateringafter30dofseveredroughtstress(SD30+RW15),respectively.Thesamebelow.
961第23卷第1期 草业学报2014年
2.2 干旱胁迫及复水对2种玉簪形态指标的影响
对于东北玉簪,干旱胁迫处理后15d,仅 MD和SD处理(MD15和SD15)的根数显著低于对照,SD处理显著
低于 MD处理。随着干旱胁迫时间的延长,干旱处理对玉簪不同形态指标的抑制作用开始逐渐显现:干旱胁迫
处理后30d,MD处理(MD30)的叶片数,SD处理(SD30)的侧芽数、叶片数、总叶面积、根数和株高均显著低于对
照;干旱胁迫处理后45d,MD处理(MD45)的除根数外的所有形态指标,SD处理(SD45)的所有形态指标均显著
低于对照(表1)。中度和重度干旱胁迫处理15d后复水15d(MD15+RW15和SD15+RW15),侧芽数和总叶面积
指标能够恢复到对照水平;而仅中度干旱胁迫处理30d后复水15d(MD30+RW15),侧芽数指标能够恢复到对照
水平(表1)。
表1 干旱胁迫及复水后东北玉簪和紫萼玉簪形态指标的变化
犜犪犫犾犲1 犜犺犲犮犺犪狀犵犲狊狅犳犿狅狉狆犺狅犾狅犵犻犮犻狀犱犲狓狅犳犎.犮犾犪狌狊犪狏犪狉.犲狀狊犪狋犪犪狀犱犎.狏犲狀狋狉犻犮狅狊犪
犪犳狋犲狉犱狉狅狌犵犺狋狊狋狉犲狊狊犪狀犱狉犲狑犪狋犲狉犻狀犵
材料
Materials
处理后天数
Dayaftertreatments
(d)
处理
Treatments
侧芽数
Budnumber
(No./株Plant)
叶片数
Leafnumber
(No./株Plant)
总叶面积
Totalleafarea
(cm2)
根数
Rootnumber
(No./株Plant)
株高
Plantheight
(cm)
东北玉簪
犎.犮犾犪狌狊犪
var.犲狀狊犪狋犪
15 CK15 3.67a 8.33a 242.57ab 34.33a 15.67a
MD15 3.33a 7.67a 250.71a 23.67b 15.33a
SD15 3.33a 7.67a 220.51b 16.33c 14.83a
30 CK30 3.67a 10.67a 241.41ab 36.67a 20.17a
MD30 2.67a 9.00b 217.97b 33.00ab 18.17ab
SD30 1.33b 7.67c 164.30c 25.00cd 16.50bc
MD15+RW15 3.67a 7.33c 254.02a 30.00bc 16.17bc
SD15+RW15 3.00a 8.00bc 218.54b 20.33d 14.67c
45 CK45 3.67a 13.00a 261.38a 44.33a 18.33a
MD45 2.33bc 8.33bc 151.35d 37.00ab 16.67b
SD45 1.00d 7.00d 111.98e 29.33b 16.67b
MD30+RW15 3.00ab 9.33b 236.89b 41.67a 17.17ab
SD30+RW15 1.67cd 7.33cd 176.33c 28.67b 15.67b
紫萼玉簪
犎.狏犲狀狋狉犻犮狅狊犪
15 CK15 4.00a 10.33a 654.36a 45.00a 26.33a
MD15 3.00a 10.67a 669.12a 31.67b 24.83a
SD15 2.33a 8.67b 641.28a 28.33b 23.33a
30 CK30 4.00a 9.33ab 683.16a 51.67a 29.00a
MD30 4.00a 9.33ab 644.20b 40.00b 26.67ab
SD30 2.00b 8.33b 584.54c 34.33bc 23.50bc
MD15+RW15 3.33a 10.33a 659.78b 35.33bc 26.17abc
SD15+RW15 3.67a 8.33b 643.94b 31.33c 22.83c
45 CK45 4.67a 9.00a 699.40a 53.33a 31.00a
MD45 4.66a 8.33ab 601.21c 45.67b 28.67b
SD45 3.33b 7.33b 542.16d 38.33c 27.17bc
MD30+RW15 4.33ab 8.33ab 658.50b 37.33c 26.50c
SD30+RW15 4.33ab 8.00ab 596.84c 36.33c 22.67d
 注:数字后不同小写字母表示同一时间不同处理间存在显著差异(犘<0.05)。
 Note:Meanswithdifferentlowercaselettersindicatesignificantdifferencesamongdifferenttreatmentsatthesametime(犘<0.05).
071 ACTAPRATACULTURAESINICA(2014) Vol.23,No.1
干旱胁迫对紫萼玉簪形态指标的影响与对东北玉簪的影响相似,亦表现出随干旱胁迫时间的延长,干旱处理
对不同形态指标的抑制作用增大的现象。干旱胁迫处理后15d,MD处理(MD15)的根数,SD处理(SD15)的叶片
数和根数显著低于对照;干旱胁迫处理后30d,MD处理(MD30)的总叶面积和根数,SD处理(SD30)的侧芽数、总
叶面积、根数和株高均显著低于对照;干旱胁迫处理后45d,MD处理(MD45)的总叶面积、根数和株高,SD处理
(SD45)的所有形态指标均显著低于对照(表1)。重度干旱胁迫处理15d后复水15d(SD15+RW15),侧芽数和总
叶面积指标能够得到不同程度的恢复;中度干旱胁迫处理30d后复水15d(MD30+RW15),总叶面积指标能够得
到部分恢复,重度干旱胁迫处理30d后复水15d(SD30+RW15),侧芽数和总叶面积指标能够得到部分恢复(表
1)。
2.3 干旱胁迫及复水对2种玉簪叶绿素含量的影响
对于东北玉簪,干旱胁迫处理后15和30d,仅SD处理(SD15和SD30)的总叶绿素[Chl(a+b)]含量显著低于
对照,随着干旱胁迫时间的延长,即干旱胁迫处理后45d,MD处理(MD45)和SD处理(SD45)的Chl(a+b)含量
均显著低于对照(图2A)。中度和重度干旱胁迫处理30d后复水15d(MD30+RW15和SD30+RW15),Chl(a+b)
含量指标能够得到一定程度的恢复(图2A)。干旱胁迫处理后的各个时期Chla含量的变化规律与Chl(a+b)含
量一致,表明干旱胁迫及胁迫后复水对东北玉簪Chl(a+b)含量的影响主要是对Chla含量的影响。
对于紫萼玉簪,从干旱胁迫处理后15d,MD和SD处理的Chl(a+b)含量即显著低于对照;但干旱胁迫处理
后45d,仅SD处理(SD45)的Chl(a+b)含量显著低于对照(图2B)。且重度干旱胁迫处理30d后复水15d
(SD30+RW15),Chl(a+b)指标能够恢复到对照水平(图2B)。干旱胁迫及胁迫后复水对紫萼玉簪Chl(a+b)含
量的影响亦主要是对Chla含量的影响。
图2 干旱胁迫及复水后东北玉簪(犃)和紫萼玉簪(犅)叶绿素含量的变化
犉犻犵.2 犜犺犲犮犺犪狀犵犲狊狅犳犮犺犾狅狉狅狆犺狔犾犮狅狀狋犲狀狋狊狅犳犎.犮犾犪狌狊犪狏犪狉.犲狀狊犪狋犪(犃)犪狀犱犎.狏犲狀狋狉犻犮狅狊犪(犅)犪犳狋犲狉犱狉狅狌犵犺狋狊狋狉犲狊狊犪狀犱狉犲狑犪狋犲狉犻狀犵
 每个柱子的上半部分(白色)表示Chlb含量,下半部分(有填充)表示Chla含量。Theupperpart(white)ofeachbarrepresentschlbcontentand
thelowerpart(filed)representschlacontent.
 
2.4 干旱胁迫及复水对2种玉簪气体交换参数的影响
对于东北玉簪,MD和SD处理的净光合速率(犘n)随干旱胁迫时间的延长急剧下降,且从干旱胁迫处理后15
d开始显著低于对照;干旱胁迫处理后30和45d,SD处理显著低于 MD处理。中度和重度干旱胁迫处理15d
后复水15d(MD15+RW15和SD15+RW15),犘n 恢复到对照水平;中度和重度干旱胁迫处理30d后复水15d
(MD30+RW15和SD30+RW15),犘n 亦能够得到部分恢复,且 MD30+RW15能够恢复到与对照相同的水平(图
3A)。
干旱胁迫及胁迫后复水对东北玉簪气孔导度(犌s)的影响与对犘n的影响基本一致(图3B)。
171第23卷第1期 草业学报2014年
图3 干旱胁迫及复水后东北玉簪(犃~犇)和紫萼玉簪(犈~犎)气体交换参数的变化
犉犻犵.3 犜犺犲犮犺犪狀犵犲狊狅犳犵犪狊犲狓犮犺犪狀犵犲狆犪狉犪犿犲狋犲狉狊狅犳犎.犮犾犪狌狊犪狏犪狉.犲狀狊犪狋犪(犃-犇)犪狀犱
犎.狏犲狀狋狉犻犮狅狊犪(犈-犎)犪犳狋犲狉犱狉狅狌犵犺狋狊狋狉犲狊狊犪狀犱狉犲狑犪狋犲狉犻狀犵
 
MD处理的蒸腾速率(犜r)从干旱胁迫处理后30d开始显著低于对照,SD处理的犜r从干旱胁迫处理后15d
开始显著低于对照;且在干旱胁迫处理后30和45d,SD处理显著低于 MD处理。中度和重度干旱胁迫处理15
d后复水15d(MD15+RW15和SD15+RW15),犜r能够得到有效恢复而且均显著高于对照;中度和重度干旱胁迫
处理30d后复水15d(MD30+RW15和SD30+RW15),犜r均能够恢复到与对照相同的水平(图3C)。
MD和SD处理的胞间CO2 浓度(犆i)在所测试期间无显著差异,且从干旱胁迫处理后30d开始显著低于对
照。中度和重度干旱胁迫处理15d后复水15d(MD15+RW15和SD15+RW15)和干旱胁迫处理30d后复水15d
(MD30+RW15和SD30+RW15),犆i均能够恢复到与对照相同的水平(图3D)。
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干旱胁迫及胁迫后复水对紫萼玉簪犘n、犌s和犜r的影响与对东北玉簪的影响一致,只是胁迫后复水15d恢
复的程度比东北玉簪小一些(图3D~图3G)。干旱胁迫及胁迫后复水对紫萼玉簪犆i的影响与对东北玉簪的影
响不同。MD处理的犆i仅在干旱胁迫处理后30d显著低于对照;而SD处理的犆i却在干旱胁迫处理后45d显
著高于对照。中度和重度干旱胁迫处理15d后复水15d(MD15+RW15和SD15+RW15)和干旱胁迫处理30d后
复水15d(MD30+RW15和SD30+RW15)均显著降低了犆i(图3H)。
2.5 干旱胁迫及复水对2种玉簪叶绿素荧光参数的影响
对于东北玉簪,MD和SD处理能够显著降低干旱胁迫处理后15d的犉v/犉m、ΦPSII,干旱胁迫处理后30d的
犉v/犉m、ΦPSII和狇犘,以及干旱胁迫处理后45d的犉v/犉m、犉v′/犉m′和ΦPSII;显著提高干旱胁迫处理后30和45d的
犖犘犙。其中SD处理在干旱胁迫处理后45d的犉v/犉m 显著低于 MD处理。中度和重度干旱胁迫处理15或30
d后复水15d(MD15+RW15、SD15+RW15、MD30+RW15和SD30+RW15),犉v/犉m、犉v′/犉m′、ΦPSII、狇犘和犖犘犙 指
标均能够得到不同程度的恢复。其中重度干旱胁迫处理15或30d后复水15d(SD15+RW15和SD30+RW15),不
能够将干旱所造成的犉v/犉m 降低恢复到与对照相同的水平(图4A~图4E)。
干旱胁迫及胁迫后复水对紫萼玉簪犉v/犉m、犉v′/犉m′、ΦPSII、狇犘和犖犘犙 的影响与对东北玉簪的影响一致(图
4F~图4J)。
3 讨论与结论
本研究结果表明,短期(15d)中度干旱胁迫(MD:土壤相对含水量为50%~55%)和重度干旱胁迫(SD:土壤
相对含水量为30%~35%)能够促进东北玉簪的生物量分配向地下部生长和干物质量的积累。而随干旱胁迫时
间的延长 MD和SD处理对地上部和地下部干物质量增长的抑制作用逐渐显现:处理后30d,SD处理显著低于
对照;处理后45d,SD处理显著低于MD处理,MD处理显著低于对照。干旱胁迫处理15d后复水15d(MD15+
RW15和SD15+RW15),地上部和地下部干物质量能够得到有效恢复。而延长干旱胁迫处理30d后再复水15d
(MD30+RW15和SD30+RW15),地上部干物质量无法得到有效恢复,仅地下部干物质量得到部分恢复(图1A和
图1B)。干旱胁迫对紫萼玉簪干物质量的影响与对东北玉簪的影响相似,但无论 MD处理还是SD处理30d后
复水15d,地上部和地下部干物质量均无法得到有效恢复(图1C和图1D)。上述结果表明,东北玉簪和紫萼玉簪
都具有一定的抗短期干旱的能力;短期干旱胁迫后复水能够部分或全部恢复干旱所造成的干物质量的损失;具有
走茎的小型玉簪(东北玉簪)抗旱能力强于无走茎大型玉簪(紫萼玉簪)。
干旱胁迫45d未对2种玉簪造成致死性伤害,但随着干旱程度的加重(胁迫时间延长或由中度干旱胁迫到
重度干旱胁迫),干旱处理对玉簪不同形态指标的抑制作用逐渐加大。干旱胁迫处理后15d,2种玉簪主要表现
为根数的减少;干旱胁迫处理后30d,MD处理的部分指标(东北玉簪的叶片数、紫萼玉簪的总叶面积和根数)显
著低于对照,而SD处理的所测指标均显著低于对照;干旱胁迫处理后45d,MD处理和SD处理的所测形态指
标均低于或显著低于对照。此外,中度和重度干旱胁迫处理15或30d后复水15d主要表现为侧芽数、叶片数和
总叶面积的部分或全部恢复(表1)。
干旱胁迫导致植物叶片失水,进而影响叶绿素的生物合成,并促进已合成的叶绿素分解。本研究结果表明:
中度和重度干旱胁迫处理能够降低或显著降低2种玉簪的总叶绿素[Chl(a+b)]含量;而中度和重度干旱胁迫处
理30d后复水15d(MD30+RW15和SD30+RW15),Chl(a+b)含量能够得到部分或全部恢复(图2A和图2B)。
且干旱胁迫及胁迫后复水对2种玉簪Chl(a+b)含量的影响主要是通过对Chla含量的影响实现。
干旱胁迫下植物叶片的光合速率降低是所有植物的共同现象[16]。2种玉簪均表现出,MD和SD处理的净
光合速率(犘n)随干旱胁迫时间的延长急剧下降,且从干旱胁迫处理后15d开始显著低于对照的结果(图3A和
图3E)。干旱胁迫导致犘n下降的主要原因即可能是气孔限制(stomatallimitations),也可能是非气孔限制(non
stomatallimitations)。Farquhar和Sharkey[17]提出检查气孔限制是否为犘n 下降原因的判断方法:看犌s 和犆i
的变化趋势是否一致,犌s降低而犆i升高或不变为非气孔限制;犌s降低伴随着犆i降低为气孔限制。本研究结果
表明,干旱胁迫对2种玉簪犌s与对犘n的影响基本一致(图3B和图3F)。而对2种玉簪犆i的影响不同,对于东
371第23卷第1期 草业学报2014年
图4 干旱胁迫及复水后东北玉簪(犃~犈)和紫萼玉簪(犉~犑)叶绿素荧光参数的变化
犉犻犵.4 犜犺犲犮犺犪狀犵犲狊狅犳犮犺犾狅狉狅狆犺狔犾犳犾狌狅狉犲狊犮犲狀犮犲狆犪狉犪犿犲狋犲狉狊狅犳犎.犮犾犪狌狊犪狏犪狉.犲狀狊犪狋犪(犃-犈)犪狀犱
犎.狏犲狀狋狉犻犮狅狊犪(犉-犑)犪犳狋犲狉犱狉狅狌犵犺狋狊狋狉犲狊狊犪狀犱狉犲狑犪狋犲狉犻狀犵
 
北玉簪 MD和SD处理犆i在所测试期间无显著差异,且从干旱胁迫处理后30d开始显著低于对照;而对于紫萼
玉簪 MD处理的犆i仅在干旱胁迫处理后30d显著低于对照;而SD处理的犆i却在干旱胁迫处理后45d显著高
于对照。上述结果表明,中度和重度干旱胁迫处理致东北玉簪犘n 的降低主要是由气孔限制引起;中度干旱胁迫
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处理致紫萼玉簪犘n的降低主要是由气孔限制引起,而重度干旱胁迫处理致紫萼玉簪犘n 的降低主要是由非气孔
限制引起。此外,中度和重度干旱胁迫处理15或30d后复水15d(MD15+RW15、SD15+RW15、MD30+RW15和
SD30+RW15),2种玉簪犘n、犌s和犜r能够得到恢复或部分恢复(图3A~图3C和图3E~图3G)。而对于东北玉
簪复水处理能够显著提高犆i,使犆i恢复到与对照相同的水平(图3D);对于紫萼玉簪复水处理却显著降低了犆i
(图3H)。
对于植物的光合作用机理及植物对环境响应机理的研究,叶绿素荧光参数分析是一种反应灵敏、操作简便且
对植物无侵扰的方法[18]。犉v/犉m 反映PSII原初光能转化效率及PSII潜在活性,非逆境条件下植物的犉v/犉m 一
般为0.75~0.85[1920],在逆境条件下或受到伤害时犉v/犉m 会显著降低[21],犉v/犉m 的变化可以用来鉴别植物对干
旱的耐受能力。犉v′/犉m′反映光下开放的(open)PSII反应中心的激发能捕获效率,ΦPSII反映光下PSII实际的光
化学量子效率,与净光合速率显著正相关,在一定程度上能够代表净光合速率的变化[22]。狇犘代表光系统Ⅱ反应
中心开放部分的比例[23],较高的狇犘有利于光系统Ⅱ反应中心的电荷分离和电子传递[24]。犖犘犙反映出了光合
器官的一种自我保护机制,通过重新构建跨类囊体的质子浓度梯度来防止过度激发PSII反应中心[25]。MD和
SD处理能够显著降低2种玉簪干旱胁迫处理后30~45d的犉v/犉m、犉v′/犉m′、ΦPSII和狇犘;而且显著提高同时期的
犖犘犙,表明干旱胁迫使2种玉簪的光合作用原初反应过程受到部分破坏,并造成了PSII的结构性伤害。此外,
中度和重度干旱胁迫处理15或30d后复水15d,犉v/犉m、犉v′/犉m′、ΦPSII、狇犘和犖犘犙 均能够得到有效恢复(图
4A~图4J),表明30d的干旱胁迫未造成光合细胞器的不可逆损伤。而干旱胁迫及复水对玉簪属植物生长和光
合作用的影响机制尚需进一步补充分子证据来揭示。
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犾狅狉犲狌狊(Hedw.)Warnst.,犃狀狅犿狅犱狅狀狏犻狋犻犮狌犾狅狊狌狊(Hedw.)Hook.&Tayl.and犌狉犻犿犿犻犪狆狌犾狏犻狀犪狋犪(Hedw.)Sm[J].An
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犈犳犳犲犮狋狊狅犳犱狉狅狌犵犺狋狊狋狉犲狊狊犪狀犱狉犲狑犪狋犲狉犻狀犵狅狀犵狉狅狑狋犺犪狀犱狆犺狅狋狅狊狔狀狋犺犲狊犻狊狅犳犎狅狊狋犪
ZHANGJinzheng1,2,ZHANGQiyuan2,SUNGuofeng1,HEQing3,LIXiaodong1,LIUHongzhang2
(1.InstituteofBotany,theChineseAcademyofSciences,Beijing100093,China;2.ColegeofScience
andLife,JilinAgriculturalUniversity,Changchun130118,China;3.PatentExamination
CooperationCenterofThePatentOffice,StateIntelectual
PropertyOffice,Beijing100190,China)
犃犫狊狋狉犪犮狋:Theeffectsofdroughtstressandrewateringondryweights,somemorphologicalindicators,chloro
phylcontent,gasexchangeandchlorophylfluorescenceparametersof犎狅狊狋犪werestudiedusing犎.犮犾犪狌狊犪
var.犲狀狊犪狋犪and犎.狏犲狀狋狉犻犮狅狊犪asexamples.Withtimeandanincreaseofdroughtstress,theeffectofdrought
stressondryweights,somemorphologicalindicatorsandchlorophylcontentofthetwo犎狅狊狋犪狊gradualyin
creased.Inaddition,thenetphotosyntheticrate(犘n),stomatalconductance(犌s),andtranspirationrate(犜r)
decreasedorsignificantlydecreased,internalCO2concentration(犆i)decreasedorincreased,andthemaximum
quantumyieldofPSIIphotochemistry(犉v/犉m),thePSIImaximumefficiencywithinlightadaptedmaterial
(犉v′/犉m′),actualefficiencyofphotochemicalenergyconversioninPSIIunderlight(ΦPSII),photochemical
quenchingcoefficient(狇犘)aldecreasedorsignificantlydecreased,butthenonphotochemicalChlfluorescence
quenching(犖犘犙)ofthetwo犎狅狊狋犪speciessignificantlyincreased.Afterdroughtstressfor15daysor30days
andrewateringfor15days,theindicatorsrecoveredtodifferingextents.Therewasnoirreversibledamageto
thephotosyntheticapparatusafterdroughtstressfor30d.Thecomparativeanalysisofrelatedphysiologicalin
dexesshowedthatthedroughtresistanceof犎.犮犾犪狌狊犪var.犲狀狊犪狋犪wasstrongerthanthatof犎.狏犲狀狋狉犻犮狅狊犪.
犓犲狔狑狅狉犱狊:犎狅狊狋犪;droughtstress;rewatering;growth;photosynthesis
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