持續(xù)干旱對(duì)科爾沁沙地3種灌木葉綠素?zé)晒鈪?shù)的影響

遲琳琳

(遼寧省固沙造林研究所，遼寧 阜新 123000)

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持續(xù)干旱對(duì)科爾沁沙地3種灌木葉綠素?zé)晒鈪?shù)的影響

(遼寧省固沙造林研究所，遼寧 阜新 123000)

試驗(yàn)以連翹(Forsythiasuspensa)、水蠟(Ligustrumobtusifolium)、紫丁香(Syringaoblata)為材料，研究了不同干旱脅迫對(duì)3種灌木葉綠素?zé)晒鈪?shù)的影響，結(jié)果表明：隨著干旱脅迫程度的加劇，3種灌木的最大熒光(Fm)、原初光能轉(zhuǎn)換效率(Fv/Fm)、PSⅡ潛在活性(Fv/Fo)、光化學(xué)淬滅系數(shù)(qP)和光合量子產(chǎn)額(Yield)逐漸下降，非光化學(xué)淬滅系數(shù)(qN)逐漸上升，初始熒光(Fo)先下降后上升。3種灌木各參數(shù)的變化幅度不同，運(yùn)用隸屬函數(shù)對(duì)3種灌木進(jìn)行分析，得出抗旱性強(qiáng)弱次序?yàn)樗?紫丁香>連翹。

干旱脅迫；灌木；葉綠素?zé)晒?；抗旱?/p>

連翹、水蠟和紫丁香均為木犀科灌木，是極具觀賞價(jià)值且適應(yīng)性強(qiáng)的綠化、造林樹(shù)種，近年來(lái)被廣泛應(yīng)用于科爾沁沙地乃至東北大部分地區(qū)。葉綠素?zé)晒饧夹g(shù)是利用植物體內(nèi)葉綠素a熒光的變化，研究和探測(cè)植物體內(nèi)光合生理狀況及各種外界因素對(duì)其影響的測(cè)定技術(shù)[1]。近年來(lái)，這種技術(shù)被越來(lái)越多的應(yīng)用于果樹(shù)、花卉、糧食作物等的栽培研究中，本文以科爾沁沙地連翹、水蠟和紫丁香為材料，通過(guò)對(duì)不同干旱脅迫下其葉綠素?zé)晒鈪?shù)的分析，探討3種灌木葉綠素?zé)晒馀c抗旱性之間的聯(lián)系，以期為科爾沁沙地造林、綠化灌木提供快速、可行的抗旱指標(biāo)鑒定方法。

1　材料與方法

試驗(yàn)所用連翹、水蠟和紫丁香均采集于遼寧省固沙造林研究所(以下簡(jiǎn)稱固沙所)實(shí)驗(yàn)苗圃內(nèi)。2015年4月，將生長(zhǎng)健壯、長(zhǎng)勢(shì)基本一致的優(yōu)質(zhì)2年生苗裝入30 cm×30 cm的營(yíng)養(yǎng)杯中，每種灌木30盆。7月末，隨機(jī)抽取每種苗木各10盆搬入固沙所人工干旱氣候室內(nèi)，模擬野外環(huán)境，設(shè)4個(gè)水分梯度，即：對(duì)照CK(田間持水量-土壤含水量20%)、輕度脅迫(田間持水量的55%-土壤含水量11%)、中度脅迫(田間持水量的35%-土壤含水量7%)、重度脅迫(田間持水量的25%-土壤含水量5%)。葉綠素?zé)晒鈪?shù)應(yīng)用OS5P調(diào)制葉綠素?zé)晒鈨x測(cè)定，所得數(shù)據(jù)用SPSS軟件進(jìn)行方差分析。

2　結(jié)果與分析

2.1干旱脅迫對(duì)3種灌木初始熒光(Fo)和最大熒光(Fm)的影響

初始熒光(Fo)是光系統(tǒng)Ⅱ(PSⅡ)反應(yīng)中心處于完全開(kāi)放時(shí)的熒光產(chǎn)量，F(xiàn)o升高是由于PSⅡ反應(yīng)中心遭到不可逆轉(zhuǎn)的破壞所致[2]。

由圖1可知，3種灌木Fo變化趨勢(shì)相似，均隨脅迫程度的加劇呈現(xiàn)先下降后上升趨勢(shì)。在中度干旱脅迫時(shí)，連翹的Fo比CK高9.25%，與CK差異顯著(P<0.05)，水蠟和紫丁香分別比CK高5.23%和3.27%，與CK差異不顯著(P>0.05)；重度脅迫時(shí)，3種灌木的Fo均與CK差異顯著(P<0.05)，分別比CK高16.18%、9.80%和11.11%；最大熒光(Fm)是在暗適應(yīng)狀態(tài)下當(dāng)PSⅡ的所有反應(yīng)中心處于完全關(guān)閉狀態(tài)時(shí)的熒光產(chǎn)量，可反映通過(guò)PSⅡ的電子傳遞情況。3種灌木的Fm均隨著脅迫的加劇而下降，且各處理與CK間均存在顯著的差異(P<0.05)，重度干旱脅迫時(shí)，3種灌木的Fm明顯小于對(duì)照，連翹、水蠟和紫丁香的Fm分別比對(duì)照低37.22%、26.60%和29.14%。以上分析說(shuō)明干旱脅迫使3種灌木PSⅡ反應(yīng)中心均遭到了不可逆轉(zhuǎn)的破壞，這種破壞抑制了PSⅡ光化學(xué)活性，降低了PSⅡ原初光能轉(zhuǎn)化效率，破壞了3種灌木的光合作用，進(jìn)而影響了灌木體內(nèi)干物質(zhì)的形成，其中對(duì)連翹的影響最為嚴(yán)重，其次為紫丁香，對(duì)水蠟的影響相對(duì)較小。

2.2干旱脅迫對(duì)3種灌木Fv/Fm值和Fv/Fo值的影響

Fv/Fm和Fv/Fo是原初光能轉(zhuǎn)換效率和PSⅡ潛在活性，是表明光化學(xué)反應(yīng)的重要參數(shù)。隨著干旱脅迫的加劇，3種灌木的Fv/Fm和Fv/Fo均有不同程度的下降。在輕度干旱脅迫時(shí)，3種灌木的Fv/Fm降幅較小，與CK差異不顯著(P>0.05)，至中度和重度干旱脅迫時(shí)均與對(duì)照產(chǎn)生顯著差異。連翹的Fv/Fo在輕度干旱脅迫時(shí)即與CK呈顯著差異，水蠟和紫丁香在中度脅迫開(kāi)始Fv/Fo與CK差異顯著。在重度脅迫時(shí)，連翹、水蠟和紫丁香的Fv/Fm和Fv/Fo分別比CK低21.5%和57.6%、9.2%和35.5%、15.2%和45.9%，由此表明，輕度干旱脅迫已經(jīng)對(duì)3種灌木的原初光能轉(zhuǎn)換效率和PSⅡ潛在活性產(chǎn)生影響，隨著脅迫的加劇，影響增大，其中對(duì)連翹的影響最大，對(duì)水蠟的影響最小。

表1　不同干旱脅迫對(duì)3種灌木葉綠素?zé)晒鈪?shù)的影響

數(shù)據(jù)后不同字母表示同一作物不同處理間差異顯著(P< 0.05)。

2.3干旱脅迫對(duì)3種灌木qP值和qN值的影響

qP是光化學(xué)淬滅系數(shù)，反映了PSⅡ原初電子受體質(zhì)體醌A(QA)的還原狀態(tài)，qP值愈大，PSⅡ的電子傳遞活性愈大[3]。由表1可知：在干旱脅迫下，3種灌木的qP值逐漸下降，qN值逐漸升高，連翹和水蠟的qP值在輕度干旱脅迫時(shí)即與CK差異顯著(P<0.05)，紫丁香在中度干旱脅迫開(kāi)始與CK差異顯著；在重度干旱脅迫時(shí)，連翹、水蠟、紫丁香的qP分別比CK低24.25%、18.02%和20.53%。qN是非光化學(xué)淬滅系數(shù),反映的是PSⅡ天線色素吸收的光能以熱的形式耗散掉的光能部分,是一種保護(hù)機(jī)制[4]。大部分植物在干旱脅迫下,qN值升高,耗散能力增加,從而避免過(guò)多光能引起的光氧化傷害。在干旱脅迫下，3種灌木的qN值均逐漸升高，重度脅迫時(shí)，連翹、水蠟、紫丁香的qN值分別比CK高12.74%、6.19%和11.11%?？梢?jiàn),抗旱性不同的灌木在干旱脅迫下，qP和qN值的變化幅度是不同的，變化幅度越大，說(shuō)明其對(duì)光保護(hù)的機(jī)制越敏感，抗旱性越弱。上述分析得出：水蠟的抗旱性明顯強(qiáng)于連翹和紫丁香。

2.4干旱脅迫對(duì)3種灌木光合量子產(chǎn)額(Yield)值的影響

光合量子產(chǎn)額(Yield)是植物光合作用電子傳遞的量子產(chǎn)額，是植物葉片光合電子傳遞速率快慢的相對(duì)指標(biāo)，反映了整個(gè)光合作用的光合效率。隨著干旱脅迫的加劇，連翹、水蠟和紫丁香的Yield值均逐漸降低，且從輕度脅迫開(kāi)始即與CK差異顯著(P<0.05)，重度脅迫時(shí)，3種灌木的Yield值分別比對(duì)照低29.01%、21.43%和29.41%，說(shuō)明從輕度脅迫開(kāi)始，葉片光合電子的傳遞即受到影響，隨著脅迫的加劇影響越來(lái)越大，抗旱性不同的植物，受到的影響略有差異，降幅越大，說(shuō)明其利用光能的能力越弱，反之，說(shuō)明其有較高的光能轉(zhuǎn)換效率，抗旱性越強(qiáng)。由表1可知，水蠟的光能轉(zhuǎn)換效率明顯高于連翹和紫丁香，連翹和紫丁香之間的差異不顯著。

2.53種灌木抗旱性隸屬函數(shù)分析

抗旱性是一個(gè)受多種因素影響的復(fù)雜數(shù)量性狀，不同植物或材料對(duì)干旱脅迫有著不同的適應(yīng)方式，單一的指標(biāo)很難全面而準(zhǔn)確地反映抗旱性的強(qiáng)弱。本文采用模糊數(shù)學(xué)的隸屬函數(shù)法，通過(guò)各指標(biāo)隸屬值的平均值對(duì)3種灌木的抗旱性進(jìn)行綜合分析，計(jì)算方法為：

當(dāng)指標(biāo)與抗旱性成正相關(guān)時(shí)：

當(dāng)指標(biāo)與抗旱性成負(fù)相關(guān)時(shí)：

式中:Zij為i灌木j指標(biāo)的隸屬函數(shù)值；Xij為i灌木j指標(biāo)的測(cè)定值;Ximax和Ximin分別為各灌木中指標(biāo)的最大值和最小值;n為指標(biāo)數(shù)[5]。

對(duì)3種灌木的抗旱性進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)分析(表2)，得出各灌木的抗旱能力大小為：水蠟>紫丁香>連翹，這與3種灌木的野外生存表現(xiàn)基本一致。

表2　3 種灌木抗旱性的隸屬度函數(shù)綜合評(píng)判

3　結(jié)論

3.1干旱脅迫下，3種灌木的最大熒光(Fm)、原初光能轉(zhuǎn)換效率(Fv/Fm)、PSⅡ潛在活性(Fv/Fo)、光化學(xué)淬滅系數(shù)(qP)和光合量子產(chǎn)額(Yield)隨著干旱脅迫的加劇逐漸下降，非光化學(xué)淬滅系數(shù)(qN)隨干旱脅迫程度的增加逐漸上升，初始熒光(Fo)則呈先下降后上升的趨勢(shì)。

3.2隨干旱脅迫的加劇，3種灌木各葉綠素?zé)晒鈪?shù)的變化幅度不同，抗旱性越強(qiáng)的灌木變化幅度越小，反之越大，7個(gè)參數(shù)均可以作為簡(jiǎn)單評(píng)價(jià)沙區(qū)灌木抗旱性強(qiáng)弱的指標(biāo)。

3.3運(yùn)用隸屬函數(shù)法對(duì)3種灌木進(jìn)行抗旱性進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，分析得出各灌木的抗旱性強(qiáng)弱依次為：水蠟>紫丁香>連翹。

[1] 陳小鳳,李楊瑞,葉燕萍,等.利用葉綠素?zé)晒鈪?shù)和凈光合速率評(píng)價(jià)引進(jìn)禾本科牧草的抗旱性[J].草業(yè)科學(xué)，2007,24(5):53-57

[2] 吳甘霖,段仁燕,王志高.干旱和復(fù)水對(duì)草莓葉片葉綠素?zé)晒馓匦缘挠绊慬J].生態(tài)學(xué)報(bào)，2010,30(14):3941-3946

[3] 張謐,王慧娟,于長(zhǎng)青.超旱生植物沙冬青高溫脅迫下的快速葉綠素?zé)晒鈩?dòng)力學(xué)特征[J]．生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào)，2009,18(6):2272-2277

[4] 鄭淑霞,上官周平.8種闊葉樹(shù)種葉片氣體交換特征和葉綠素?zé)晒馓匦员容^[J]．生態(tài)學(xué)報(bào)，2006,26(4):1080-1087

[5] 黎燕瓊,劉興良,鄭邵偉，等.岷江上游干旱河谷4種灌木的抗旱生理動(dòng)態(tài)變化[J]．生態(tài)學(xué)報(bào)，2007，27(3)：870-878

Effect of Persistent Drought Stress on Chlorophyll Fluorescence Parameters in Four Shrubs

Chi Linlin

(Liaoning Institute of Sand-fixation and Afforestation,Fuxin 123000,China)

TakingForsythiasuspensa,LigustrumobtusifoliumandSyringaoblataas research objects,the effects of different drought stress on fluorescence parameters chlorophyll were studied. Result shows that with the degree of drought stress,the maximal fluorescence (Fm),maximal photochemical efficiency of PSⅡ(Fv/Fm),PSⅡpotential activity(Fv/Fo),photochemical quenching coefficient (qP) and photosynthetic quantum yield decline gradually,the non- photochemical quenching coefficient (qN) increase gradually;the minimal fluorescence (Fo) first decreased and then increased . Three kinds of shrubs change range of the parameters are different,the order of the drought resistance for three shrubs obtained by the analysis of membership function wasLigustrumobtusifolium>Syringaoblata>Forsythiasuspensa.

drought stress;shrubs;fluorescence of chlorophyll;drought resistance

1005-5215(2016)09-0011-03

2016-07-22

遼寧省科技攻關(guān)計(jì)劃項(xiàng)目(2011207004)；遼寧省農(nóng)業(yè)攻關(guān)計(jì)劃項(xiàng)目(2015020065)

遲琳琳(1982-)，女，內(nèi)蒙古赤峰人，碩士，工程師，現(xiàn)從事生態(tài)修復(fù)方面研究.

Q948

A

10.13601/j.issn.1005-5215.2016.09.004