干旱脅迫對紅花檵木葉片色素含量及光合特性的影響

王曉娟，楊東生，先 銳，王光劍，馬光良，周蘭英

(1.瀘州市林業(yè)科學研究院，四川 瀘州 624000；2.四川農(nóng)業(yè)大學林學院，四川 溫江 611100)

紅花檵木(Loropetalumchinensevar.rubrum)是金縷梅科(Hamamelidaceae)檵木屬(Loropetalum)檵木(Loropetalumchinense)的變種，又名紅檵木、紅桎木[1]。該樹種樹姿優(yōu)美、花葉俱佳、耐修剪、易造型[2]，因其突出的觀賞特性和較強的適應(yīng)性及抗逆性，被廣泛應(yīng)用于園林綠化、盆景等領(lǐng)域[3]，具有較高的觀賞價值和經(jīng)濟價值。

干旱是影響植物生長與分布的主要環(huán)境脅迫因子之一[4]，近年來干旱發(fā)生的頻率、范圍和持續(xù)時間均有所增加[5,6]，其對農(nóng)林業(yè)造成的損失超過了其它自然災害所造成損失的總和[7]。紅花檵木作為我國特色珍貴園林綠化植物，同樣容易遭受干旱脅迫，影響其景觀效果、引種栽培和經(jīng)營管理。本文對不同程度土壤干旱脅迫下紅花檵木葉片中的色素含量及光合特征值進行了研究，以弄清在不同土壤水分條件下紅花檵木的葉色和光合生理變化情況，為紅花檵木的園林應(yīng)用及栽培管理提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗材料是由溫江苗圃基地提供的兩年生紅花檵木實生苗，平均株高25cm。植株取回當天，栽入帶有托盤的18 cm×20 cm的塑料盆中，置于四川農(nóng)業(yè)大學植物苑四周通風透氣的塑料大棚里。定期澆水，保證土壤含水量在25%左右(約為田間持水量的80%)，經(jīng)過一段時間的適應(yīng)性生長之后選擇長勢相近的植株進行試驗。

1.2 試驗設(shè)計

采用盆栽控水法人工模擬土壤干旱脅迫，設(shè)置4個水分處理，每個處理3次重復，每重復6盆，共72盆。處理于2017年4月1日開始，采用HH2便攜式土壤水分測定儀(ML2x，GBR)每天同一時間對土壤含水量進行監(jiān)測，并通過換算確定需要補充的水分，確保土壤含水量控制在設(shè)定值范圍內(nèi)。

(1)對照(CK)：約為田間持水量的80%；

(2)輕度脅迫(T1)：約為田間持水量的60%；

(3)中度脅迫(T2)：約為田間持水量的40%；

(4)重度脅迫(T3)：約為田間持水量的20%。

1.3 指標測定

光合色素含量：采用分光光度法[8]在各處理達到設(shè)定的土壤含水量起，干旱脅迫30 d左右從各處理植株上采取具有代表性的新葉，洗凈擦干，去葉柄及中脈后剪碎混勻，稱取0.1 g置于研缽中，用2 ml 80%丙酮和少許CaCO3研磨成勻漿，定容至10 ml，離心，取上清液避光保存后備用，以80%丙酮為對照測定其在440 nm、644 nm、622 nm處的吸收值(OD)，每個處理重復5次。

按以下公式計算色素的含量(mg·g-1)：

葉綠素a的含量(Chla)：Ca=0.1×(9.78×OD662-0.99×OD644)

葉綠素b的含量(Chlb)：Cb=0.1×(21.43×OD644-4.65×OD662)

葉綠素的總含量(Chl)：Ca+b=0.1(5.13×OD662-20.44×OD644)

類胡蘿卜素含量(Cx+c)：Cx+c=(1000×A470-3.27×Ca-104×Cb)/229

花色素苷含量：按參考文獻[9]的方法在各處理達到設(shè)定的土壤含水量起，每10 d測定1次，連續(xù)測定60 d。從各處理上采取具有代表性的葉片，洗凈擦干，去葉柄及中脈后剪碎混勻，稱取1g放入加有10 ml 0.1NHCl的15 mm離心管中，將其放入30℃的恒溫箱中，4h后取出，以 3 000 r·min-1離心10 min，取上清液在722型分光光度計下測定在525 nm波長處的吸光度值，以0.1NHCl做空白對照，每個處理重復5次。

計算公式：花色素苷含量(mg·g-1)=OD525/0.1

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Excel2007進行數(shù)據(jù)整理和圖表繪制；SPSS19.0統(tǒng)計分析軟件對數(shù)據(jù)進行單因素方差分析(One-way ANOVA)，并用最小顯著差數(shù)法(LSD)進行多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 干旱脅迫對紅花檵木葉片色素含量的影響

2.1.1 光合色素含量的變化

干旱脅迫下紅花檵木葉片光合色素的變化情況如表1。由表1可知：隨脅迫程度的加深葉片Chla、Chlb、Chl和Cx+c含量的變化趨勢相同，均先升高后降低，其中T1與T2之間無顯著差異(P>0.05)，其他處理間差異極顯著(P<0.01)，各色素含量的排序為：T1>T2>T3>CK。Chla與Chlb的比值隨脅迫程度的加深而先降低后升高，T1與T2之間無顯著差異(P>0.05)，其他處理間差異極顯著(P<0.01)，各處理Chla/Chlb均小于對照。可見在輕度和中度土壤干旱脅迫時紅花檵木出現(xiàn)應(yīng)激反應(yīng)，Chla、Chlb和Cx+c大量增加，而隨著脅迫加劇色素開始分解，且Chla的積累程度低于Chlb。

表1 干旱脅迫下紅花檵木葉片色素含量方差分析表Tab.1 Analysis of pigment content in leaves under drought stress of Loropetalum chinense

圖1 葉片花色素苷含量的變化Fig.1 The change of anthocyanin content in leaves

2.1.2 花色素苷含量的變化

干旱脅迫下紅花檵木葉片花色素苷的含量變化如圖1，多重比較如表2所示。由圖1和表2可知：隨著脅迫時間的推移，CK、T2、T3的花色素苷含量逐漸下降，這與外觀表現(xiàn)葉色轉(zhuǎn)青一致，而T1的花色素苷在整個脅迫過程中變化不明顯。其中，脅迫初期便引起了T3的花色素苷含量顯著下降(0.010.05)；脅迫第20～40d左右，CK與T2下降幅度相近，兩者間保持顯著差異水平(0.01

表2 不同處理的葉片花色素苷含量多重比較表Tab.2 The multiple comparisons of anthocyanin content in leaves with different treatment

2.2 干旱脅迫對紅花檵木葉片光合特性的影響

2.2.1 光合特征值的變化

干旱脅迫下紅花檵木葉片光合參數(shù)的變化如圖2所示。由圖2可知：Pn、Tr和Gs具有相同的變化趨勢，即隨脅迫程度的加深而下降，且各處理之間差異顯著(P<0.05)。Ci隨脅迫程度的加深先降低后升高，各處理之間差異顯著(P<0.05)，其中T1的Ci最低，與CK相比下降了13.04%，T3的Ci迅速升高達到最大值，與CK相比上升了15.22%。WUE則隨脅迫程度的加深呈先緩后快的上升趨勢，其中輕度干旱脅迫下WUE上升不顯著(P>0.05)；而中度干旱脅迫下WUE顯著上升(P<0.05)，與CK相比上升了13.60%；重度干旱脅迫下WUE急劇升高(P<0.05)，與CK相比上升了36.03%。

圖2 干旱脅迫下紅花檵木Pn、Tr、GS、Ci及WUE的變化Fig.2 The change of Pn,Tr,Gs,Ci and WUE of Loropetalum chinense under drought stress

2.2.2 光合指標的相關(guān)性分析

干旱脅迫下對紅花檵木光合過程中各指標進行相關(guān)性分析，如表3所示。由表3可知：干旱脅迫下紅花檵木各光合指標之間存在一定的相關(guān)性，其中Pn與Tr、Gs和WUE之間呈極顯著相關(guān)(P<0.01)，相關(guān)系數(shù)分別為0.983、0.962和-0.870。Tr與Gs和WUE呈極顯著相關(guān)(P<0.01)，相關(guān)系數(shù)分別為0.951和0.920，與Ci呈顯著相關(guān)(r=0.655，P<0.05)。Gs與呈顯著相關(guān)(r=0.589，P<0.05)，與WUE呈極顯著相關(guān)(r=0.940，P<0.01)。Ci與WUE呈極顯著相關(guān)(r=0.814，P<0.01)。可見，在干旱脅迫過程中土壤含水量越低，Pn、Tr、Gs就越低，WUE就越高，說明干旱脅迫對紅花檵木葉片氣孔調(diào)控具有抑制或破壞作用。

表3 各光合指標相關(guān)分析結(jié)果Tab.3 Correlation analysis results of each photosynthetic parameters

3 討論

3.1 干旱脅迫對紅花檵木葉片色素含量的影響

色素在植物光合作用能量轉(zhuǎn)化過程中擔負著吸收和傳遞的重任，色素含量的高低與植物生長動態(tài)有一定聯(lián)系，含量越高，光合作用越強[11]。本實驗中干旱脅迫下紅花檵木葉片色素含量先升高后降低，但總體保持升高的變化趨勢，而Chla/Chlb先下降后上升。說明干旱脅迫誘導了紅花檵木葉片色素含量的增加，使其在逆境條件下能進行光合作用以維持其生命活動，輕度和中度干旱脅迫極大地促進了紅花檵木葉片光和色素的合成；但隨脅迫程度加劇植株葉片萎蔫受損，影響了色素的正常合成，光和色素含量有所下降，重度干旱脅迫下紅花檵木葉片未出現(xiàn)失綠，體內(nèi)葉綠素沒有完全分解，仍能保持較高含量。

花色素苷是紅花檵木葉片呈色的重要色素，其生成受溫度、光、糖、pH值、酶等多種因素的影響[12]。本實驗中，在正常供水及中度和重度土壤干旱脅迫條件下，紅花檵木的花色素苷含量下降，葉色轉(zhuǎn)綠；而在輕度干旱脅迫條件下花色素苷含量無顯著變化，未出現(xiàn)轉(zhuǎn)綠現(xiàn)象。出現(xiàn)此種變化可能與花色素苷的不穩(wěn)定性有關(guān)，充分供水條件下花色素苷含量下降可能是因為具有較高的土壤含水量，這與費芳，王慧穎和唐前瑞[12]的研究結(jié)果相一致，即高溫高濕會加速紅花檵木葉片返青。而中度和重度脅迫條件下下降，則可能是因為紅花檵木受害嚴重，細胞衰老，加速了花色素苷的降解；輕度干旱脅迫下紅花檵木為抵御逆境脅迫，酶活性升高，糖代謝活躍，且土壤水分含量適中，避免了干旱脅迫的不良影響[13]。

3.2 干旱脅迫對紅花檵木光合特性的影響

光合作用是植物重要的代謝活動，其強弱關(guān)系著植物的生長發(fā)育和抗逆性，因此常用Pn、Tr、Gs、Ci等光合參數(shù)作為判斷植物生長和抗逆性強弱的指標，WUE則用于衡量水分消耗與CO2固定能力的關(guān)系，研究認為一定的干旱脅迫能促進WUE顯著提高[14]。本文實驗結(jié)果顯示，紅花檵木的光合作用對土壤干旱脅迫反應(yīng)較為敏感，且各光合指標之間存在顯著的相關(guān)性，輕度干旱脅迫下Gs和Ci均下降，而中度和重度干旱脅迫時Gs繼續(xù)下降而Ci逐漸上升，由此說明輕度干旱脅迫條件下光合速率下降的原因主要是氣孔限制，中度干旱脅迫條件下氣孔和非氣孔限制共同作用，重度干旱脅迫條件下以非氣孔限制為主，這與袁良濟，楊海燕，邵遠玉等[15]，主要環(huán)境因子對植物光合特性調(diào)控機制的影響研究的研究結(jié)果相似；此外，干旱脅迫顯著提高了紅花檵木的WUE，這種促進作用隨脅迫程度的加深而更加顯著。可見，在土壤干旱脅迫下紅花檵木已形成一套較為完善的光合生理，它可通過葉綠體色素含量的增加以及氣孔的調(diào)節(jié)來適應(yīng)水分虧缺的不良環(huán)境。

4 結(jié)論

對紅花檵木的干旱脅迫研究結(jié)果表明紅花檵木具有一定的抗旱性，干旱脅迫下可通過光合作用和蒸騰作用的降低來減少對水分需求的同時提高水分利用效率，以維持其正常生長；但不同程度土壤水分虧缺對其葉色影響有所差異，整個實驗過程中各處理葉片葉綠體色素含量總體升高，植株未出現(xiàn)失綠，但隨著時間的推移，對照組及中度和重度脅迫下葉片花色素苷含量逐步下降，葉色返青，影響了其景觀效果。因此我們在日后的管理和引種栽培過程中，可根據(jù)當?shù)厮謼l件和不同的綠化效果，對其進行適當?shù)乃止芾?，在合理利用水資源的同時滿足多元化化的需求。