開(kāi)花期干旱脅迫對(duì)向日葵葉片光合特性的影響*

宋殿秀，依 兵，崔良基，王德興，劉金剛，孫恩玉，王 妍

（遼寧省農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物研究所，遼寧 沈陽(yáng) 110161）

開(kāi)花期干旱脅迫對(duì)向日葵葉片光合特性的影響*

宋殿秀，依 兵，崔良基，王德興，劉金剛，孫恩玉，王 妍

（遼寧省農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物研究所，遼寧 沈陽(yáng) 110161）

以抗旱型向日葵恢復(fù)系（TR5）和干旱敏感型向日葵恢復(fù)系（SR2）為材料，在開(kāi)花期干旱脅迫條件下對(duì)其葉片的光合作用、葉綠素?zé)晒鈪?shù)進(jìn)行比較分析，探討不同抗旱型向日葵恢復(fù)系葉片的光合特性對(duì)開(kāi)花期干旱脅迫響應(yīng)的差異。試驗(yàn)結(jié)果表明，開(kāi)花期干旱脅迫使TR5和SR2葉片的凈光合速率、氣孔導(dǎo)度和蒸騰速率呈降低的趨勢(shì)，隨著干旱時(shí)間的延長(zhǎng)，降低的幅度逐漸增加，SR2降幅大于TR5。開(kāi)花期干旱脅迫對(duì)TR5和SR2葉片的胞間CO2濃度影響較小。受到開(kāi)花期干旱脅迫的影響，TR5和SR2的Fv／Fm呈下降的趨勢(shì)，并且隨著干旱時(shí)間增加，降低的幅度逐漸增加，SR2的Fv／Fm受干旱影響大于TR5。TR5和SR2的ΦPSII受開(kāi)花期干旱脅迫影響均極顯著降低。不同向日葵材料的ETR受開(kāi)花期干旱脅迫的影響與對(duì)照相比均呈降低的趨勢(shì)。TR5和SR2的NPQ在開(kāi)花期干旱脅迫條件下，均呈增加的趨勢(shì)，隨著干旱脅迫的持續(xù)兩向日葵材料葉片的NPQ增幅不斷增加，但TR5的增幅小于SR2。

向日葵；干旱脅迫；光合作用；葉綠素?zé)晒?/p>

向日葵是我國(guó)重要的經(jīng)濟(jì)作物，但是在生產(chǎn)中常受到不同程度季節(jié)性干旱脅迫，成為限制向日葵生長(zhǎng)和產(chǎn)量形成的重要環(huán)境因素之一。眾多學(xué)者對(duì)干旱脅迫下作物光合作用系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能大量研究表明；抗旱品種在干旱下維持較高的氣孔導(dǎo)度。隨著光合作用研究的深入，葉綠素?zé)晒夥治黾夹g(shù)提供了關(guān)于植物光合器官的結(jié)構(gòu)和功能豐富的信息，利用調(diào)制熒光技術(shù)分析了干旱脅迫引起植物光系統(tǒng)II（PSII）的主要光化學(xué)變化等。鑒于此，本研究在前期研究的基礎(chǔ)上，研究不同抗旱型向日葵恢復(fù)系葉片的光合特性對(duì)開(kāi)花期干旱脅迫響應(yīng)的差異。

1 材料與方法

1.1 供試材料

抗旱型向日葵恢復(fù)系TR5和干旱敏感型向日葵恢復(fù)系SR2，試驗(yàn)材料由遼寧省農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物研究所向日葵研究室所提供。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2015年在遼寧省農(nóng)業(yè)科學(xué)院綜合試驗(yàn)基地采用盆栽抗旱棚滴灌控水的方式進(jìn)行，以抗旱型向日葵恢復(fù)系TR5和干旱敏感型向日葵恢復(fù)系SR2為供試品種，分別設(shè)開(kāi)花期干旱脅迫（DS）處理，以正常水分供應(yīng)為對(duì)照（CK）。干旱脅迫將土壤質(zhì)量含水量控制在10%左右（中度干旱，參照GB／T20481-2006，氣象干旱等級(jí)），持續(xù)12d，解除脅迫恢復(fù)正常水分供應(yīng)至成熟。正常水分供應(yīng)，將土壤質(zhì)量含水量持續(xù)控制在17%左右。水分管理采用滴灌方式進(jìn)行（穩(wěn)壓調(diào)節(jié)閥流速4L／h），開(kāi)花期前各處理水分用量一致，干旱脅迫期間，遇陰雨天利用可移動(dòng)防雨棚進(jìn)行覆蓋防雨。試驗(yàn)采用完全隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，每處理24盆，3次重復(fù)，共288盆。盆缽直徑45cm，高50cm，排列方式為大壟雙行，大壟行距1.35m，雙行行距0.45m，種植密度為33000株／hm2。盆土取自遼寧省農(nóng)科院試驗(yàn)基地旱田耕層，每盆均底施等量?jī)?yōu)質(zhì)農(nóng)家肥和磷酸二銨，現(xiàn)蕾期追施等量尿素。各處理于5月25日播種，9月10日收獲。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目及方法

1.3.1 光合作用測(cè)定

分別于干旱脅迫后3d、6d、9d、12d，用 LI-6400便攜式光合系統(tǒng)測(cè)定儀在上午10∶00～11∶00測(cè)定向日葵上數(shù)第5片葉的凈光合速率（Pn）、氣孔導(dǎo)度（Cond）、胞間CO2濃度（Ci）和蒸騰速率（Tr）。每處理測(cè)定3株，每個(gè)葉片連續(xù)測(cè)定5次，取平均值。

1.3.2 葉綠素?zé)晒鈪?shù)測(cè)定

分別于干旱脅迫后 3 d、6 d、9 d、12 d，用 Junior-pam調(diào)制葉綠素?zé)晒鈨x測(cè)定向日葵上數(shù)第5片葉的葉綠素?zé)晒鈪?shù)。測(cè)定前先使葉片暗適應(yīng)20 min，分別測(cè)定光合系統(tǒng)Ⅱ（PSⅡ）的最大光化學(xué)效率（Fv／Fm）、實(shí)際量子產(chǎn)量（ΦPSⅡ）、電子傳輸速率（ETR）和非化學(xué)淬滅（NPQ）。

1.4 數(shù)據(jù)處理

利用Excel 2003對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理和作圖表。采用DPS 7.05進(jìn)行方差分析和多重比較，多重比較方法為Duncan’s新復(fù)極差法。

2 結(jié)果與分析

2.1 開(kāi)花期干旱脅迫對(duì)向日葵葉片光合作用的影響

2.1.1 凈光合速率（Net photosynthetic rate，Pn）

由圖1可以看出，向日葵在正常供水條件下，其葉片凈光合速率維持在25～29μmol CO2／m2·s之間。受開(kāi)花期干旱脅迫影響，兩個(gè)向日葵恢復(fù)系凈光合速率均低于對(duì)照。開(kāi)花期干旱脅迫3 d，TR5的葉片凈光合速率與對(duì)照相比降低9.56%，差異顯著，SR2的葉片凈光合速率與對(duì)照相比降低26.24%，差異極顯著。開(kāi)花期干旱脅迫6 d，TR5的葉片凈光合速率與對(duì)照相比降低20.32%，差異極顯著，SR2的葉片凈光合速率與對(duì)照相比降低41.44%，差異極顯著。開(kāi)花期干旱脅迫9 d，TR5的葉片凈光合速率與對(duì)照相比降低34.48%，差異極顯著，SR2的葉片凈光合速率與對(duì)照相比降低44.77%，差異極顯著。開(kāi)花期干旱脅迫12 d，TR5的葉片凈光合速率與對(duì)照相比降低41.43%，差異極顯著，SR2的葉片凈光合速率與對(duì)照相比降低46.88%，差異極顯著。開(kāi)花期干旱脅迫使TR5和SR2的葉片凈光合速率降低，隨著干旱脅迫時(shí)間的增加葉片凈光合速率與對(duì)照相比降幅逐漸增大。SR2葉片凈光合速率受干旱脅迫影響大于TR5。說(shuō)明SR2受干旱脅迫影響其葉片的衰老程度較為嚴(yán)重。

2.1.2 氣孔導(dǎo)度（Stomatal conductance，Cond）

由圖2可以看出，受開(kāi)花期干旱影響，除TR5葉片氣孔導(dǎo)度在干旱脅迫3 d與對(duì)照相比有所增加外，向日葵葉片氣孔導(dǎo)度呈現(xiàn)不同程度的降低，隨著干旱處理時(shí)間的增長(zhǎng)，氣孔導(dǎo)度降低幅度增大，TR5和SR2的葉片氣孔導(dǎo)度對(duì)干旱脅迫的響應(yīng)不同，SR2的葉片氣孔導(dǎo)度受干旱脅迫的影響程度大于TR5。開(kāi)花期干旱脅迫3 d，TR5的葉片氣孔導(dǎo)度與對(duì)照相比增加13.39%，差異顯著，SR2的葉片氣孔導(dǎo)度與對(duì)照相比降低25.89%，差異極顯著。開(kāi)花期干旱脅迫6 d，TR5和SR2葉片的氣孔導(dǎo)度與對(duì)照相比分別降低56.27%和54.01%，差異極顯著。開(kāi)花期干旱脅迫9 d，TR5和SR2葉片的氣孔導(dǎo)度與對(duì)照相比分別降低14.27%和54.33%，差異極顯著。開(kāi)花期干旱脅迫12 d，TR5和SR2葉片的氣孔導(dǎo)度與對(duì)照相比分別降低56.64%和75.01%，差異極顯著。

2.1.3 胞間 CO2濃度（Intercellular CO2concentration，Ci）

圖3為不同向日葵開(kāi)花期干旱脅迫后葉片的胞間CO2濃度變化。開(kāi)花期干旱脅迫3 d，TR5和SR2胞間CO2濃度較對(duì)照呈增加趨勢(shì)，差異均不顯著。開(kāi)花期干旱脅迫6 d，TR5胞間CO2濃度較對(duì)照降低6.57%，而SR2較對(duì)照增加2.16%，差異均不顯著。開(kāi)花期干旱脅迫9 d，TR5和SR2葉片的胞間CO2濃度較對(duì)照呈增加趨勢(shì)，差異均不顯著。開(kāi)花期干旱脅迫12 d，TR5葉片的胞間CO2濃度較對(duì)照增加1.16%，差異不顯著，而SR2較對(duì)照降低8.75%，差異不顯著。

2.1.4 蒸騰速率（Transpiration rate，Tr）

由圖4可以看出，干旱脅迫3 d，TR5和SR2的蒸騰速率變化差異不顯著，隨著干旱時(shí)間的延長(zhǎng)，TR5和SR2的蒸騰速率呈現(xiàn)不同程度的降低，并且SR2降低程度大于TR5。開(kāi)花期干旱脅迫3 d，兩個(gè)向日葵恢復(fù)系蒸騰速率受干旱脅迫影響，差異不顯著。開(kāi)花期干旱脅迫6 d、9 d、12 d，TR5和SR2葉片的蒸騰速率與對(duì)照相比均呈降低趨勢(shì)，差異均達(dá)到顯著水平，TR5分別降低20.45%、5.67%和 26.07%，SR2分別降低 23.79%、22.51%和50.59%。

2.2 開(kāi)花期干旱脅迫對(duì)向日葵葉綠素?zé)晒鈪?shù)的影響

2.2.1 暗適應(yīng)下PSⅡ 最大量子產(chǎn)量（Fv／Fm）

Fv／Fm為PSⅡ的最大量子產(chǎn)量，反映了植物的潛在最大光合能力（光合效率），當(dāng)植物受到脅迫時(shí)，F(xiàn)v／Fm顯著下降。由圖5可以看出，開(kāi)花期干旱脅迫處理均低于對(duì)照，并且隨著干旱時(shí)間增加，降低的幅度逐漸增加，SR2的Fv／Fm受干旱影響大于TR5。開(kāi)花期干旱脅迫3 d、6 d、9 d，TR5和SR2葉片的Fv／Fm與對(duì)照相比呈降低趨勢(shì)，但受干旱脅迫影響的差異不顯著。開(kāi)花期干旱脅迫12 d，TR5的葉片F(xiàn)v／Fm為0.744，與對(duì)照0.808相比降低7.92%，差異不顯著，SR2的葉片F(xiàn)v／Fm為0.710，與對(duì)照0.809相比降低12.24%，差異顯著。

2.2.2 PSII的實(shí)際量子產(chǎn)量（ΦPSII）

ΦPSII為任一光照狀態(tài)下PSⅡ的實(shí)際量子產(chǎn)量（實(shí)際光合能力、實(shí)際光合效率），它反映開(kāi)放的PSⅡ反應(yīng)中心原初光能捕獲效率。受開(kāi)花期干旱脅迫影響，TR5和SR2的ΦPSII均低于對(duì)照（p＝0.000 1）。開(kāi)花期干旱脅迫3 d，TR5和 SR2葉片的 ΦPSII與對(duì)照相比降低26.33%和33.80%，差異極顯著。開(kāi)花期干旱脅迫6 d，TR5和SR2葉片的ΦPSII與對(duì)照分別相比降低22.43%和25.96%，差異極顯著。開(kāi)花期干旱脅迫9 d，TR5和SR2葉片的ΦPSII與對(duì)照分別相比降低25.58%和25.24%，差異極顯著。開(kāi)花期干旱脅迫12 d，TR5和SR2葉片的ΦPSII與對(duì)照分別相比降低22.90%和26.59%，差異極顯著。

2.2.3 電子傳遞速率（ETR）

ETR是PSⅡ反應(yīng)中心在進(jìn)行光合作用時(shí)電子傳遞的速率，它直接影響到光合速率的大小。由圖7可以看出，受開(kāi)花期干旱脅迫的影響，兩個(gè)向日葵恢復(fù)系的ETR均低于對(duì)照。開(kāi)花期干旱脅迫3 d，TR5和SR2葉片的ETR與對(duì)照相比分別降低26.34%和33.79%，差異極顯著。開(kāi)花期干旱脅迫6 d，TR5和SR2葉片的ETR與對(duì)照相比分別降低22.45%和25.95%，差異極顯著。開(kāi)花期干旱脅迫9 d，TR5和SR2葉片的ETR與對(duì)照相比分別降低25.58%和25.24%，差異極顯著。開(kāi)花期干旱脅迫12 d，TR5和SR2葉片的ETR與對(duì)照相比分別降低22.92%和26.58%，差異極顯著。

2.2.4 非光化學(xué)猝滅系數(shù)（NPQ）

NPQ為非光化學(xué)猝滅系數(shù)，是PSII天線色素吸收的不能用于光合電子傳遞而以熱能的形式耗散掉的光能部分，反映光系統(tǒng)對(duì)過(guò)剩光能的耗散能力。圖8可以看出，TR5和SR2的NPQ在開(kāi)花期干旱脅迫條件下，均呈增加的趨勢(shì)，隨著干旱脅迫的持續(xù)兩向日葵材料葉片的NPQ增幅不斷變大，但TR5的增幅小于SR2。開(kāi)花期干旱脅迫3 d，TR5和 SR2葉片的 NPQ對(duì)照相比分別增加30.43%和37.89%，差異極顯著。開(kāi)花期干旱脅迫6 d，TR5和SR2葉片的NPQ對(duì)照相比分別增加29.9%和52.78%，差異極顯著。開(kāi)花期干旱脅迫9 d，TR5和SR2葉片的NPQ對(duì)照相比分別增加31.43%和66.07%，差異極顯著。開(kāi)花期干旱脅迫12 d，TR5和SR2葉片的NPQ對(duì)照相比分別增加29.09%和69.49%，差異極顯著。

圖1 開(kāi)花期干旱脅迫對(duì)向日葵葉片凈光合速率的影響Figure 1 Im pact on Pn of Sunflower leaves under drought stress at flowering stage

圖2 開(kāi)花期干旱脅迫對(duì)向日葵葉片氣孔導(dǎo)度的影響Figure 2 Impact on Cond of Sunflower leaves under drought stress at flowering stage

圖3 開(kāi)花期干旱脅迫對(duì)向日葵葉片胞間CO2濃度的影響Figure 3 Impact on Ci of Sunflower leaves under drought stress at flowering stage

圖4 開(kāi)花期干旱脅迫對(duì)向日葵葉片蒸騰速率的影響Figure 4 Impact on Tr of Sunflower leaves under drought stress at flowering stage

圖5 開(kāi)花期干旱脅迫對(duì)向日葵葉片F(xiàn)v／Fm的影響Figure 5 Impact on Fv／Fm of Sunflower leaves under drought stress at flowering stage

圖6 開(kāi)花期干旱脅迫對(duì)向日葵葉片ΦPSⅡ的影響Figure 6 Im pact onΦPSⅡof Sunflower leaves under drought stress at flowering stage

圖7 開(kāi)花期干旱脅迫對(duì)向日葵葉片ETR的影響Figure 7 Impact on ETR of Sunflower leaves under drought stress at flowering stage

圖8 開(kāi)花期干旱脅迫對(duì)向日葵葉片NPQ的影響Figure 8 Impact on NPQ of Sunflower leaves under drought stress at flowering stage

3 結(jié)論與討論

3.1 光合作用參數(shù)

逆境脅迫對(duì)光合產(chǎn)生直接的抑制作用，主要包括：抑制類囊體電子傳遞、降低CO2同化、氣孔關(guān)閉減少CO2供應(yīng)和膜質(zhì)過(guò)氧化等（Allen et al．，2001）。作物適應(yīng)不同環(huán)境的能力與其光合能力對(duì)環(huán)境的適應(yīng)具有直接或間接的關(guān)系，光合能力對(duì)環(huán)境的適應(yīng)影響著作物的生理和生化過(guò)程，并進(jìn)而影響植株的生長(zhǎng)發(fā)育和產(chǎn)量的形成（Chandra et al．，2003）。干旱脅迫嚴(yán)重影響了葉片的氣體交換、光合機(jī)制受損、葉綠體膜質(zhì)過(guò)氧化和蛋白變性等，最終加速葉片的衰老（Menconi et al．，1995）。Anjum等（2011）研究表明，干旱脅迫使葉片Pn降低33.22%，Tr降低37.84%，Cond降低25.54%和Ci降低5.86%。本研究表明，向日葵葉片凈光合速率受開(kāi)花期干旱脅迫影響呈降低趨勢(shì)，不同抗旱型向日葵恢復(fù)系材料對(duì)干旱脅迫的反應(yīng)不同。開(kāi)花期干旱脅迫使TR5和SR2的葉片凈光合速率降低，隨著干旱脅迫時(shí)間的增加葉片凈光合速率與對(duì)照相比降幅逐漸增大。SR2葉片凈光合速率受干旱脅迫影響大于TR5。說(shuō)明SR2受干旱脅迫影響其葉片的衰老程度較為嚴(yán)重。受開(kāi)花期干旱影響，向日葵葉片氣孔導(dǎo)度呈現(xiàn)不同程度的降低，隨著干旱處理時(shí)間的增長(zhǎng)，氣孔導(dǎo)度降低幅度增大，SR2的葉片氣孔導(dǎo)度受干旱脅迫的影響程度大于TR5。開(kāi)花期干旱脅迫對(duì)胞間CO2濃度影響差異較小。干旱脅迫前期TR5和SR2的蒸騰速率變化差異不顯著，隨著干旱時(shí)間的延長(zhǎng)，TR5和SR2的蒸騰速率呈現(xiàn)不同程度的降低，并且SR2降低程度大于TR5。?

3.2 葉綠素?zé)晒鈪?shù)

干旱脅迫影響最大光合效率（Fv／Fm），并降低光合系統(tǒng)Ⅱ（PSⅡ）的實(shí)際量子產(chǎn)量（ΦPSⅡ）和電子傳輸速率（ETR）。Fv／Fm是可以用來(lái)判斷PSⅡ損傷和光抑制的參數(shù)（Ahmed et al．，2002），當(dāng)植物受到脅迫時(shí)，F(xiàn)v／Fm顯著下降。干旱條件下，光化學(xué)淬滅（qP）和非化學(xué)淬滅（NPQ）比例的變化導(dǎo)致導(dǎo)致熒光動(dòng)力學(xué)的改變（Zlate et al．，2004）。從葉綠體類囊體膜質(zhì)產(chǎn)生的葉綠素?zé)晒鈪?shù)可以作為PSⅡ中心反應(yīng)變化的固有敏感指標(biāo)（Ahmed et al．，2002）。對(duì)葉綠素?zé)晒鈪?shù)的分析和Fv／Fm的測(cè)量可用來(lái)判斷干旱脅迫對(duì)PSⅡ光合機(jī)制的損傷。本研究表明，受到開(kāi)花期干旱脅迫的影響，TR5和SR2的Fv／Fm呈下降的趨勢(shì)，并且隨著干旱時(shí)間增加，降低的幅度逐漸增加，SR2的Fv／Fm受干旱影響大于TR5。TR5和SR2的ΦPSⅡ受開(kāi)花期干旱脅迫影響均極顯著降低。不同向日葵材料的ETR受開(kāi)花期干旱脅迫的影響與對(duì)照相比均呈降低的趨勢(shì)。TR5和SR2的NPQ在開(kāi)花期干旱脅迫條件下，均呈增加的趨勢(shì)，隨著干旱脅迫的持續(xù)TR5和SR2葉片的NPQ增幅不斷增加，但TR5的增幅小于SR2。

［1］曹倩，楊恒山，依兵，等.花期干旱脅迫對(duì)向日葵葉片活性氧代謝的影響［J］.遼寧農(nóng)業(yè)科學(xué)，2017（2）：1～8.

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Effects on Sunflower Leaves Photosynthetic Characteristics of Drought Stress at Flowering Stages

SONG Dian-xiu，YIBing，CUILiang-ji，WANG De-xing，LIU Jin-gang，SUN En-yu，WANG Yan
（Corp Research Institute of Liaoning Academy of Agricultural Sciences，Shenyang，Liaoning 110161）

Use drought resistant sunflower restorer line（TR5）and drought sensitive sunflower restorer line（SR2）to study on photosynthetic characteristics，chlorophyll fluorescence parameters，active oxygenmetabolism of leaves and drymatter accumulation and yield.To investigate the response of different drought resistant sunflower restorers to drought stress at flowering stage.The results showed that：The net photosynthetic rate，stomatal conductance and transpiration rate of TR5 and SR2 leaves decreased with the drought stress，and the decrease of SR2 wasmore than thatof TR5.Drought stress at flowering stage had little effecton the intercellular CO2concentration of TR5 and SR2 leaves.The Fv／Fm of TR5 and SR2 decreased with the increase of drought time，and the decrease of Fv／Fm of SR2 wasmore than that of TR5 by drought stress.The effects of ΦPSIIon TR5 and SR2 were significantly decreased by drought stress at flowering stage.The effects of drought stress on the ETR of different sunflowermaterialswere decreased compared with the control.The NPQ of TR5 and SR2 increased with the drought stress at the flowering stage，and the increase of the NPQ of the two sunflower leaves increased with the drought stress，but the increase of TR5 was less than that of SR2.

Sunflower；Drought stress；Photosynthesis；Chlorophyll fluorescence

S565.5；S423

A

1002－1728（2017）04－0001－06

10.3969／j.issn.1002－1728.2017.04.001

2017－05－31

遼寧省科學(xué)事業(yè)公益研究人才培養(yǎng)項(xiàng)目（GY2015-B-013）；國(guó)家向日葵產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)項(xiàng)目（CARS-16）

宋殿秀（1981－），男，助理研究員，從事向日葵栽培生理和育種工作。E-mail：song103617＠126.com

依兵（1987－），男，助理研究員，從事向日葵逆境生理和抗逆育種工作。E-mail：yibing8749＠126.com；崔良基（1964－），男，研究員，從事向日葵育種和栽培生理研究，E-mail：cuiliangji＠163.com.