兩種石斛屬植物光合特性對(duì)干旱脅迫及復(fù)水的響應(yīng)

呂朝燕，高智席，鄧富梅，韓 暢，魏 英

（1.遵義師范學(xué)院生物與農(nóng)業(yè)科技學(xué)院，貴州 遵義 563006；2.遵義師范學(xué)院食品綠色化加工與營養(yǎng)調(diào)控工程研究所，貴州 遵義 563006）

0 引言

水是影響植物生存、生長和分布的關(guān)鍵非生物脅迫因子之一[1,2]，植物在漫長的演化過程中，已進(jìn)化出不同的生理機(jī)制和策略以適應(yīng)其分布區(qū)的環(huán)境條件（主要是水熱因子）[3]，植物對(duì)干旱脅迫的響應(yīng)和適應(yīng)機(jī)制一直以來都是學(xué)術(shù)界研究的熱點(diǎn)和重點(diǎn)[4,5]。植物可以通過光合作用將無機(jī)物質(zhì)轉(zhuǎn)化為有機(jī)物，同時(shí)固定太陽光能，光合作用是地球生態(tài)系統(tǒng)最為重要的化學(xué)反應(yīng)，也是綠色植物對(duì)各種內(nèi)外環(huán)境因子最為敏感的生理過程之一[6]。水是光合作用最關(guān)鍵的環(huán)境影響因子，不同水分狀況對(duì)光合作用過程影響很大[7]。輕度的干旱脅迫會(huì)導(dǎo)致植物氣孔關(guān)閉和光合速率降低；嚴(yán)重干旱脅迫會(huì)引起光合器官受損，導(dǎo)致光合速率進(jìn)一步下降[8]。植物對(duì)干旱的適應(yīng)不僅表現(xiàn)在干旱脅迫過程中，更為重要的是植物能否在遭受干旱后的復(fù)水過程中迅速恢復(fù)并彌補(bǔ)由干旱脅迫造成的損傷，這也是植物逆境適應(yīng)性的重要表現(xiàn)[9]。

金釵石斛（Dendrobium nobile）和鐵皮石斛（Dendrobium officinale）均是蘭科石斛屬多年生附生草本植物，傳統(tǒng)名貴珍稀中藥材，觀賞價(jià)值亦很高[10]。它們大多附生在宿主植物的樹杈或巖石縫隙中，由于其根裸露在空氣中，不能像陸生植物那樣從土壤中吸收水分，附生植物的水分來源相對(duì)比較貧乏，經(jīng)常遭受水分脅迫。因而，水分是限制附生植物生存和生長最重要的環(huán)境因子。由于對(duì)生長條件的特殊要求，生長繁殖緩慢，加上濫采濫拔，生境及野生資源大規(guī)模破壞等原因，野生金釵石斛和鐵皮石斛已瀕于絕跡。前人已經(jīng)在兩種石斛屬植物的藥用活性成分[11]、藥理作用[12]、栽培模式[13]等方面做了大量的工作。對(duì)于其耐旱水分生理方面，僅有個(gè)別研究從栽培技術(shù)角度就不同基質(zhì)含水量對(duì)鐵皮石斛光合作用的影響進(jìn)行了初步分析[14]。然而，從生態(tài)學(xué)角度，研究兩種石斛屬植物抗旱水分生理的研究工作依然相對(duì)缺乏。本研究通過觀測(cè)不同干旱歷時(shí)對(duì)金釵石斛和鐵皮石斛葉片光合作用的影響及其復(fù)水后光合作用的變化，研究兩種石斛屬植物葉片光合作用在節(jié)律性干旱脅迫下的變化，揭示其抗旱水分生理機(jī)制，研究結(jié)果可以豐富附生石斛屬植物生態(tài)學(xué)研究內(nèi)容，并為金釵石斛和鐵皮石斛的仿生栽培及資源利用提供基礎(chǔ)理論指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料與儀器

材料：3年生金釵石斛和鐵皮石斛苗。

儀器：植物光合儀（美國LI-COR 公司，LI-6400）、土壤水分測(cè)定儀（美國spectrum公司，SM100）。

1.2 試驗(yàn)方法

金釵石斛和鐵皮石斛苗均采用盆栽方式種植，花盆直徑24 cm，高度26 cm，盆栽土壤為泥炭土、樹皮和水苔按照1∶1∶1 的體積比均勻混合而成。金釵石斛和鐵皮石斛各種植30盆，放置于蔭棚內(nèi)，避免陽光直射，統(tǒng)一管理。試驗(yàn)于2020年6月16日開始進(jìn)行，首先進(jìn)行為期1月的充分供水處理，每日8∶00充分澆水，以托盤底部有水滲出為標(biāo)準(zhǔn)，保證植物在沒有受到干旱脅迫的情況下正常生長。其后停止供水進(jìn)行干旱處理，在基部老葉個(gè)別出現(xiàn)黃化或萎蔫時(shí)停止，共干旱處理60 d，其后重新恢復(fù)充分澆水。并于停止供水前一天、停止供水20 d、40 d、60 d 和復(fù)水10 d、15 d、20 d 分別測(cè)定兩種石斛葉片的光合作用特征。

光合作用的測(cè)定從8∶00 開始到18∶00 結(jié)束，每隔2 h 測(cè)定一次。隨機(jī)分別選取6株金釵石斛和鐵皮石斛，在每株石斛中上部標(biāo)記3片健康葉片作為待測(cè)葉片，測(cè)定指標(biāo)包括凈光合速率Pn[μmol CO2/（m2·s）]、蒸騰速率Tr[mmol H2O/（m2·s）]、氣孔導(dǎo)度Gs[mol H2O/（m2·s）]和胞間CO2濃度Ci[μmol CO2/mol]，并按下式計(jì)算瞬時(shí)水分利用效率WUE：

以上各指標(biāo)均重復(fù)測(cè)定18 次，取平均值。同時(shí)，各隨機(jī)選擇6 盆兩種石斛測(cè)定土壤含水率，每日10∶00 測(cè)定，每盆每次測(cè)定3個(gè)位點(diǎn)，也是重復(fù)測(cè)定18次。

1.3 數(shù)據(jù)處理

應(yīng)用SPSS 26.0 統(tǒng)計(jì)軟件中單因素方差分析（One-way ANOVA）對(duì)兩種石斛屬植物不同干旱和復(fù)水歷時(shí)的各光合特征參數(shù)進(jìn)行單因素方差分析，采用最小顯著差異法（LSD）進(jìn)行多重比較（P＜0.05），并采用Pearson 相關(guān)分析對(duì)各參數(shù)進(jìn)行雙變量相關(guān)性分析。同時(shí)，采用Excel 2021軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析并作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 干旱脅迫及復(fù)水對(duì)金釵石斛葉片光和參數(shù)的影響

金釵石斛葉片凈光合速率（Pn）隨干旱時(shí)間的延長呈降低趨勢(shì)[圖1（a）]。日平均Pn由大到小依次為充分供水＞干旱20 d＞干旱40 d＞干旱60 d。充分供水時(shí)，Pn日變化曲線呈“雙峰”型，8:00-10:00時(shí)段內(nèi)Pn快速升高，在10:00時(shí)出現(xiàn)第一個(gè)峰值，其后呈下降趨勢(shì)，到14:00 時(shí)出現(xiàn)波谷，其后快速上升，在16:00 時(shí)出現(xiàn)第二個(gè)峰值，其后再次呈下降趨勢(shì)，且10:00 和16:00 時(shí)Pn均顯著高于干旱20、40 和60 d 時(shí)（P＜0.05）。干旱20 d時(shí)，Pn日變化曲線呈單峰型，8:00-10:00時(shí)段內(nèi)Pn逐漸升高，在10:00 時(shí)出現(xiàn)峰值，其后呈下降趨勢(shì)，到14:00 時(shí)出現(xiàn)波谷，其后呈小幅上升趨勢(shì)。干旱40 和60 d 時(shí)，Pn日變化較小，且10:00 和16:00 時(shí)Pn顯著低于充分供水和干旱20 d 時(shí)（P＜0.05）。復(fù)水后，金釵石斛葉片Pn隨復(fù)水時(shí)間的延長呈小幅波動(dòng)上升趨勢(shì)[圖2（a）]。日平均Pn由大到小依次為充分供水＞復(fù)水20 d＞復(fù)水10 d＞復(fù)水15 d，且10:00 和16:00 時(shí)，復(fù)水10、15 和20 d 時(shí)Pn均顯著小于充分供水時(shí)（P＜0.05）。復(fù)水20 d 時(shí)，10:00 時(shí)的Pn高于復(fù)水10 d 和15 d 時(shí)，但是，仍顯著小于充分供水時(shí)，未恢復(fù)到充分供水時(shí)的水平（P＜0.05）?？梢?，干旱直接導(dǎo)致了金釵石斛葉片Pn的下降，干旱時(shí)間越長，Pn下降越多。且復(fù)水后，金釵石斛在光合速率方面表現(xiàn)出較差的恢復(fù)能力。

圖1 金釵石斛葉片光合參數(shù)隨干旱時(shí)間的變化Fig.1 The variation of photosynthetic parameters of Dendrobium nobile leaves with drought time

金釵石斛葉片氣孔導(dǎo)度（Gs）隨干旱時(shí)間的延長呈降低趨勢(shì)[圖1（b）]。日平均Gs由大到小依次為充分供水＞干旱20 d＞干旱40 d＞干旱60 d。充分供水時(shí)，Gs日變化曲線呈單峰型，8:00-12:00 時(shí)段內(nèi)Gs逐漸升高，在12:00 時(shí)出現(xiàn)峰值，其后呈下降趨勢(shì)，且除18:00 外，8:00-16:00 各時(shí)刻Gs均顯著高于干旱20、40 和60 d 時(shí)（P＜0.05）。干旱20 d 時(shí)，Gs日變化曲線呈“雙峰”型，8:00-10:00 時(shí)段內(nèi)Gs逐漸升高，在10:00時(shí)出現(xiàn)第一個(gè)峰值，顯著低于充分供水時(shí)，但顯著高于干旱40 和60 d 時(shí)（P＜0.05），其后逐漸下降，到14:00 時(shí)出現(xiàn)波谷，其后逐漸升高，到18:00 時(shí)達(dá)到第二個(gè)峰值，顯著高于干旱40 和60 天時(shí)（P＜0.05）。干旱40 d 時(shí)，Gs最大值出現(xiàn)在上午8:00 時(shí)，顯著高于干旱60 d 時(shí)（P＜0.05），其后呈下降趨勢(shì)。干旱60 d 時(shí)，各時(shí)刻Gs變化不大，且均顯著低于充分供水時(shí)（P＜0.05）。復(fù)水后，金釵石斛葉片Gs隨復(fù)水時(shí)間的增加呈逐漸升高的趨勢(shì)[圖2（b）]。Gs在10:00 時(shí)，由大到小依次為充分供水＞復(fù)水20 d＞復(fù)水15 d＞復(fù)水10 d。并且，復(fù)水20 d時(shí)，10:00和16:00時(shí)Gs仍顯著小于充分供水時(shí)，未恢復(fù)到充分供水時(shí)的水平（P＜0.05）?？梢?，干旱直接抑制了金釵石斛葉片氣孔的開放，導(dǎo)致葉片Gs下降，干旱時(shí)間越長，抑制程度越大。且復(fù)水后，金釵石斛在氣孔導(dǎo)度方面表現(xiàn)出較差的恢復(fù)能力。

金釵石斛葉片胞間CO2濃度（Ci）隨干旱時(shí)間的延長整體呈先降低后升高的趨勢(shì)[圖1（c）]。充分供水、干旱20、40和60 d 時(shí)，Ci日變化曲線在8:00-16:00 時(shí)段內(nèi)均整體呈下降趨勢(shì)，在16:00 時(shí)出現(xiàn)波谷，其后呈上升趨勢(shì)，且日平均Ci由大到小依次為充分供水＞干旱60 d＞干旱40 d＞干旱20 d。充分供水時(shí)，日平均Ci顯著高于干旱20、40 和60 d 時(shí)（P＜0.05）。干旱20 d 時(shí)，日平均Ci明顯下降，顯著低于充分供水時(shí)、干旱40 和60 d 時(shí)（P＜0.05）。其后，干旱40 和60 d 時(shí)，日平均Ci略有升高，但仍顯著低于充分供水時(shí)（P＜0.05）。復(fù)水后，金釵石斛葉片Ci隨復(fù)水時(shí)間的增加整體呈波動(dòng)下降趨勢(shì)[圖2（c）]。日平均Ci由大到小依次為復(fù)水10 d＞復(fù)水20 d＞充分供水＞復(fù)水15 d。復(fù)水10 d時(shí)，各時(shí)刻Ci均明顯升高，其后復(fù)水15 和20 d 時(shí)略有下降。且復(fù)水20 d 時(shí)，10:00 和16:00 時(shí)Ci均顯著大于充分供水時(shí)，恢復(fù)到了充分供水時(shí)以上的水平（P＜0.05）?？梢姡珊?0 d 時(shí)，干旱導(dǎo)致金釵石斛葉片氣孔關(guān)閉，Ci顯著降低，其后，隨干旱程度加深，光合器官受到嚴(yán)重傷害，調(diào)節(jié)能力降低，Ci逐漸升高。復(fù)水后，金釵石斛葉片Ci恢復(fù)到了充分供水時(shí)以上的水平，表現(xiàn)出較好的恢復(fù)能力。

金釵石斛葉片蒸騰速率（Tr）隨干旱時(shí)間的延長呈降低趨勢(shì)[圖1（d）]。日平均Tr由大到小依次為充分供水＞干旱20 d＞干旱40 d＞干旱60 d。充分供水時(shí)，Tr日變化曲線呈單峰型，8:00-12:00 時(shí)段內(nèi)Tr快速升高，在12:00 時(shí)出現(xiàn)峰值，其后呈下降趨勢(shì)，且除18:00 外，各時(shí)刻Tr均顯著大于干旱20、40 和60 d 時(shí)（P＜0.05）。干旱20 d 時(shí)，Tr日變化曲線呈“雙峰”型，8:00-10:00 時(shí)段內(nèi)Tr逐漸升高，在10:00 時(shí)出現(xiàn)第一個(gè)峰值，其后逐漸下降，在14:00 時(shí)出現(xiàn)波谷，其后逐漸回升，在18∶00 時(shí)出現(xiàn)第二個(gè)峰值，且第一個(gè)峰值顯著小于充分供水時(shí)（P＜0.05）；干旱40 和60 d 時(shí)，蒸騰速率日變化較小，且各時(shí)刻Tr均顯著小于充分供水時(shí)（P＜0.05）。復(fù)水后，金釵石斛葉片Tr呈升高趨勢(shì)[圖2（d）]。日平均Tr由大到小依次為充分供水＞復(fù)水20 d＞復(fù)水15 d＞復(fù)水10 d。復(fù)水20 d時(shí)，10:00 時(shí)的Tr顯著高于復(fù)水10 和15 d 時(shí)，但仍顯著小于充分供水時(shí)，未恢復(fù)到充分供水時(shí)的水平（P＜0.05）?？梢?，干旱直接導(dǎo)致了金釵石斛葉片Tr的下降，干旱時(shí)間越長，Tr下降越多。且復(fù)水后，金釵石斛在蒸騰速率方面表現(xiàn)出較差的恢復(fù)能力。

2.2 干旱脅迫及復(fù)水對(duì)鐵皮石斛葉片光和參數(shù)的影響

鐵皮石斛葉片凈光合速率（Pn）隨干旱時(shí)間的延長呈先升高后降低的趨勢(shì)[圖3（a）]。日平均Pn由大到小依次為干旱20 d＞充分供水＞干旱60 d＞干旱40 d。充分供水時(shí)，Pn日變化曲線呈“雙峰”型，8:00-10:00 時(shí)段內(nèi)快速升高，在10:00時(shí)出現(xiàn)第一個(gè)峰值，其后呈下降趨勢(shì)，在12:00 時(shí)出現(xiàn)波谷，然后逐漸升高，到16:00 時(shí)出現(xiàn)第二個(gè)峰值，然后再次下降，且10:00 和16:00 時(shí)Pn與干旱20 d 時(shí)差異不顯著（P＞0.05），但顯著高于干旱40 和60 天時(shí)（P＜0.05）。干旱20 天時(shí)，Pn日變化曲線與充分供水時(shí)的變化趨勢(shì)相同，除10:00 時(shí)略低于充分供水時(shí)外，其他各時(shí)刻Pn均高于充分供水時(shí)，且日平均Pn顯著高于充分供水時(shí)（P＜0.05）。干旱40 和60 天時(shí)，Pn日變化較小，且10:00 和16:00 時(shí)Pn均顯著小于充分供水和干旱20天時(shí)（P＜0.05）。復(fù)水后，鐵皮石斛葉片Pn隨復(fù)水時(shí)間的延長呈升高趨勢(shì)[圖4（a）]。日平均Pn由大到小依次為復(fù)水20 d＞復(fù)水15 d＞復(fù)水10 d＞充分供水。復(fù)水10 d時(shí)，日平均Pn與充分供水時(shí)差異不顯著（P＞0.05）。復(fù)水20 d時(shí)，Pn日變化曲線呈“雙峰”型，8:00-10:00 時(shí)段內(nèi)Pn逐漸升高，在10:00 時(shí)達(dá)到第一個(gè)峰值，其后緩慢下降，到16:00 時(shí)出現(xiàn)波谷，其后再次上升，到18:00 時(shí)出現(xiàn)第二個(gè)峰值，且日平均Pn顯著高于充分供水、復(fù)水10 和15 d 時(shí)，已恢復(fù)到充分供水時(shí)以上的水平（P＜0.05）。可見，干旱導(dǎo)致鐵皮石斛葉片Pn在干旱初期升高后即快速下降，干旱時(shí)間越長，Pn下降越多。且復(fù)水后，鐵皮石斛在光合速率方面表現(xiàn)出較強(qiáng)的恢復(fù)能力。

圖3 鐵皮石斛葉片光合參數(shù)隨干旱時(shí)間的變化Fig.3 The variation of photosynthetic parameters of Dendrobium officinale leaves with drought time

圖4 鐵皮石斛葉片光合參數(shù)隨復(fù)水時(shí)間的變化Fig.4 The variation of photosynthetic parameters of Dendrobium officinale leaves with rewatering time

鐵皮石斛葉片氣孔導(dǎo)度（Gs）隨干旱時(shí)間的延長整體呈先升高后降低趨勢(shì)[圖3（b）]。日平均Gs由大到小依次為干旱20 d＞充分供水＞干旱60 d＞干旱40 d。充分供水時(shí)，Gs日變化曲線呈單峰型，8:00-10:00 時(shí)段內(nèi)Gs緩慢升高，在10:00 時(shí)出現(xiàn)峰值，其后呈下降趨勢(shì)，且日平均Gs顯著大于干旱40 和60 d 時(shí)（P＜0.05），但與干旱20 d 時(shí)差異不顯著（P＞0.05）。干旱20 d 時(shí)，Gs日變化曲線也呈單峰型，在8:00 時(shí)出現(xiàn)峰值，其后呈下降趨勢(shì)，日平均Gs略高于充分供水時(shí)，但差異不顯著（P＞0.05）。干旱40 d 時(shí)，Gs日變化曲線峰值出現(xiàn)在上午8:00 時(shí)，其后呈下降趨勢(shì)，且10:00 和16:00 時(shí)，Gs顯著小于充分供水、干旱20 和60 d 時(shí)（P＜0.05）。干旱60 d 時(shí)，Gs日變化曲線呈“雙峰”型，8:00-10:00 時(shí)段內(nèi)Gs迅速升高，在10:00 出現(xiàn)第一個(gè)峰值，其后逐漸下降，在12:00 時(shí)出現(xiàn)波谷，其后呈上升趨勢(shì)，在18:00 出現(xiàn)第二個(gè)峰值，且10:00 和16:00時(shí)Gs均顯著高于干旱40 d時(shí)（P＜0.05）。復(fù)水后，鐵皮石斛葉片Gs隨復(fù)水時(shí)間的增加呈先升高后降低的趨勢(shì)[圖4（b）]。日平均Gs由大到小依次為復(fù)水15 d＞復(fù)水10 d＞復(fù)水20 d＞充分供水時(shí)。復(fù)水20 d時(shí)，10:00和16:00時(shí)Gs均顯著高于充分供水時(shí)，已恢復(fù)到充分供水時(shí)以上的水平（P＜0.05）。可見，干旱20 d 后，鐵皮石斛葉片氣孔開放受到抑制，導(dǎo)致葉片Gs下降，干旱時(shí)間越長，抑制程度越大。且復(fù)水后，鐵皮石斛在氣孔導(dǎo)度方面表現(xiàn)出較好的恢復(fù)能力。

鐵皮石斛葉片胞間CO2濃度（Ci）隨干旱時(shí)間的延長整體呈先小幅降低后升高的趨勢(shì)[圖3（c）]。日平均Ci由大到小依次為干旱60 d＞充分供水＞干旱40 d＞干旱20 d。充分供水時(shí)，Ci日變化曲線呈“W”型，在8:00時(shí)出現(xiàn)第一個(gè)峰值，其后逐漸下降，到10:00 時(shí)出現(xiàn)第一個(gè)波谷，其后逐漸回升，在12:00時(shí)出現(xiàn)第二個(gè)峰值，然后再次下降，在14:00時(shí)出現(xiàn)第二個(gè)波谷，其后再次回升，到18:00時(shí)出現(xiàn)第三個(gè)峰值，且10:00和16:00 時(shí)，Ci均顯著小于干旱40 和60 d 時(shí)（P＜0.05）。干旱20 d時(shí)，Ci日變化曲線從8:00時(shí)出現(xiàn)峰值后，一直呈緩慢降低的趨勢(shì)，日平均Ci略低于充分供水時(shí)，且顯著低于干旱40 和60 d 時(shí)（P＜0.05）。干旱40 d 時(shí)，Ci日變化幅度較小。到干旱60 d 時(shí)，Ci日變化曲線呈“雙峰”型，8:00-10:00 時(shí)段內(nèi)Ci快速升高，在10∶00 時(shí)出現(xiàn)第一個(gè)峰值，其后迅速下降，到12:00時(shí)出現(xiàn)波谷，其后呈升高趨勢(shì)，在18:00時(shí)出現(xiàn)第二個(gè)峰值，且10:00 和16:00 時(shí)，Ci均顯著高于充分供水時(shí)（P＜0.05）。復(fù)水后，鐵皮石斛葉片Ci隨復(fù)水時(shí)間的增加整體呈先降低后升高趨勢(shì)[圖4（c）]。日平均Ci由大到小依次為復(fù)水10 d＞復(fù)水20 d＞復(fù)水15 d＞充分供水。復(fù)水10 d 時(shí)，各時(shí)刻Ci均顯著高于充分供水時(shí)（P＜0.05）。其后復(fù)水15 和20 d 時(shí)，日平均Ci略有下降。復(fù)水10、15 和20 d 時(shí)，10:00 和16:00 時(shí)的Ci均顯著高于充分供水時(shí)，恢復(fù)到了充分供水時(shí)以上的水平（P＜0.05）?？梢姡疴O石斛一樣，干旱20 d時(shí)，干旱導(dǎo)致鐵皮石斛葉片氣孔關(guān)閉，Ci顯著降低，其后，隨干旱程度加深，光合器官受到嚴(yán)重傷害，調(diào)節(jié)能力降低，Ci逐漸升高。復(fù)水后，鐵皮石斛葉片Ci恢復(fù)到了充分供水時(shí)以上的水平，表現(xiàn)出較強(qiáng)的恢復(fù)能力。

鐵皮石斛葉片蒸騰速率（Tr）隨干旱時(shí)間的延長整體呈先降低后升高的趨勢(shì)[圖3（d）]。日平均Tr由大到小依次為充分供水＞干旱20 d＞干旱60 d＞干旱40 d。充分供水時(shí)，Tr日變化曲線呈“雙峰”型，8:00-10:00 時(shí)段內(nèi)Tr逐漸升高，在10:00 出現(xiàn)第一個(gè)峰值，且顯著高于干旱20、40 和60 d 時(shí)（P＜0.05），其后快速下降，在14:00時(shí)出現(xiàn)波谷，然后再次上升，在16:00 時(shí)出現(xiàn)第二個(gè)峰值，且顯著高于干旱20、40 和60 d 時(shí)（P＜0.05），其后再次下降。干旱20 d 時(shí)，Tr日變化曲線在8:00 時(shí)出現(xiàn)峰值，其后呈下降趨勢(shì)；干旱40 d 時(shí)，Tr從8:00 開始逐漸降低，在12:00 時(shí)出現(xiàn)波谷，其后呈升高趨勢(shì)，且10:00和16:00時(shí)，Tr均顯著小于充分供水和干旱20、60 d時(shí)（P＜0.05）。干旱60 d 時(shí)，Tr日變化曲線呈“雙峰”型，8:00-10:00時(shí)段內(nèi)Tr逐漸升高，在10:00時(shí)出現(xiàn)第一個(gè)峰值，其后逐漸下降，到12:00 時(shí)出現(xiàn)波谷，然后呈上升趨勢(shì)，到18:00 時(shí)出現(xiàn)第二個(gè)峰值，且10:00 和16:00 時(shí)Tr均顯著小于充分供水和干旱20 d 時(shí)，但顯著高于干旱40 d 時(shí)（P＜0.05）。復(fù)水后，鐵皮石斛葉片Tr整體呈波動(dòng)下降趨勢(shì)[圖4（d）]。日平均Tr由大到小依次為復(fù)水10 d＞復(fù)水15 d＞充分供水＞復(fù)水20 d。復(fù)水20 d 時(shí)，10:00 和16:00 時(shí)Tr均與充分供水時(shí)差異不顯著（P＞0.05），Tr基本恢復(fù)到與充分供水時(shí)相當(dāng)?shù)乃?。綜合來看，干旱直接導(dǎo)致了鐵皮石斛葉片Tr的下降，且復(fù)水后，鐵皮石斛在蒸騰速率方面表現(xiàn)出較好的恢復(fù)能力。

2.3 干旱脅迫及復(fù)水對(duì)金釵石斛葉片水分利用效率的影響

金釵石斛葉片水分利用效率（WUE）隨干旱時(shí)間的延長整體呈先升高后降低的趨勢(shì)[圖5（a）]。日平均WUE由大到小依次為干旱20 d＞干旱60 d＞干旱40 d＞充分供水。充分供水時(shí)，WUE日變化曲線呈“雙峰”型，8:00-10:00 時(shí)段內(nèi)WUE逐漸升高，在10:00 出現(xiàn)第一個(gè)峰值，顯著低于干旱20和40 d 時(shí)（P＜0.05），與干旱60 d 時(shí)差異不顯著（P＞0.05），其后逐漸下降，在14:00時(shí)出現(xiàn)波谷，然后快速上升，在16:00出現(xiàn)第二個(gè)峰值，顯著低于干旱60 d 時(shí)（P＜0.05），與干旱20和40 d時(shí)差異不顯著（P＞0.05），其后再次下降。干旱20 d時(shí)，WUE日變化曲線呈單峰型，8:00-12:00 時(shí)段內(nèi)逐漸下降，在12:00 時(shí)出現(xiàn)波谷，其后快速上升，在14:00 時(shí)出現(xiàn)峰值，其后再次下降，且10:00 時(shí)WUE顯著高于充分供水、干旱40和60 d 時(shí)（P＜0.05）。干旱40 d 時(shí)，WUE日變化曲線在8:00時(shí)出現(xiàn)峰值，其后呈小幅波動(dòng)下降趨勢(shì)，且10:00時(shí)WUE顯著高于充分供水和干旱60 d 時(shí)（P＜0.05）。干旱60 d 時(shí)，WUE日變化曲線呈“雙峰”型，8:00-10:00 時(shí)段內(nèi)逐漸下降，在10:00時(shí)出現(xiàn)第一個(gè)波谷，其后逐漸上升，在12:00時(shí)出現(xiàn)第一個(gè)峰值，其后呈升高趨勢(shì)，在16:00 均出現(xiàn)第二個(gè)峰值，顯著高于充分供水、干旱20 和40 d 時(shí)（P＜0.05）?？梢姡珊抵苯訉?dǎo)致了金釵石斛葉片WUE的升高，干旱20 和60 d 時(shí)，日平均WUE差異不顯著（P＞0.05），但均顯著高于充分供水時(shí)（P＜0.05），且干旱60 d 時(shí)的日平均WUE是充分供水時(shí)的2.27倍。

復(fù)水后，金釵石斛葉片水分利用效率（WUE）隨復(fù)水時(shí)間的增加呈升高趨勢(shì)[圖5（b）]。日平均WUE由大到小依次為復(fù)水20 d＞復(fù)水15 d＞復(fù)水10 d＞充分供水。復(fù)水10 d 時(shí)，WUE日變化曲線呈單峰型，8:00-10:00時(shí)段內(nèi)WUE逐漸下降，在10∶00出現(xiàn)第一個(gè)波谷，其后逐漸上升，在16:00時(shí)出現(xiàn)峰值，顯著高于充分供水時(shí)（P＜0.05），然后再次下降。復(fù)水15 d 時(shí)，WUE日變化曲線呈“雙峰”型，8:00-10:00 時(shí)段內(nèi)WUE呈升高趨勢(shì)，在12:00 出現(xiàn)第一個(gè)峰值，其后下降，在14:00 時(shí)出現(xiàn)波谷，然后再次上升，在16:00 時(shí)出現(xiàn)第二個(gè)峰值，顯著高于充分供水時(shí)（P＜0.05），其后再次下降。復(fù)水20 d 時(shí)，WUE日變化曲線呈“W”型，在8:00 時(shí)出現(xiàn)第一個(gè)峰值，顯著高于充分供水、復(fù)水10 和15 d 時(shí)（P＜0.05），其后快速下降，在10:00 出現(xiàn)第一個(gè)波谷，其后上升，在12:00時(shí)出現(xiàn)第二個(gè)峰值，顯著高于充分供水、復(fù)水10 和15 d 時(shí)（P＜0.05），然后再次下降，在16:00時(shí)出現(xiàn)第二個(gè)波谷，其后再次上升，在18:00 時(shí)出現(xiàn)第三個(gè)峰值，顯著高于充分供水、復(fù)水10 和15 d 時(shí)（P＜0.05）。整體來看，金釵石斛葉片WUE隨復(fù)水時(shí)間延長而逐漸升高，到復(fù)水20 d 時(shí)，日平均WUE是充分供水時(shí)的4.99倍，恢復(fù)到了比充分供水時(shí)更高的水平。

圖5 金釵石斛葉片水分利用效率隨干旱和復(fù)水時(shí)間的變化Fig.5 The changes of water use efficiency of Dendrobium nobile leaves with drought and rewatering time

2.4 干旱脅迫及復(fù)水對(duì)鐵皮石斛葉片水分利用效率的影響

鐵皮石斛葉片水分利用效率（WUE）隨干旱時(shí)間的延長整體呈先升高后降低的趨勢(shì)[圖6（a）]。日平均WUE由大到小依次為干旱20 d＞干旱40 d＞干旱60 d＞充分供水。充分供水時(shí)，WUE日變化曲線呈“雙峰”型，8:00-10:00 時(shí)段內(nèi)WUE逐漸升高，在10:00出現(xiàn)第一個(gè)峰值，其后快速下降，在12:00 時(shí)出現(xiàn)波谷，然后再次上升，在16:00 時(shí)出現(xiàn)第二個(gè)峰值，其后再次下降。干旱20 d時(shí)，WUE日變化曲線呈單峰型，8:00-10:00 時(shí)段內(nèi)WUE逐漸升高，在10:00 時(shí)出現(xiàn)峰值，顯著高于充分供水、干旱40 和60 d 時(shí)（P＜0.05），其后呈下降趨勢(shì)。干旱40 d 時(shí)，WUE日變化曲線在8∶00 時(shí)出現(xiàn)峰值，其后呈下降趨勢(shì)，且日平均WUE顯著高于充分供水時(shí)和干旱60 d 時(shí)（P＜0.05）。干旱60 d 時(shí)，WUE日變化曲線呈“雙峰”型，在8∶00 時(shí)出現(xiàn)第一個(gè)峰值，其后快速下降，在10:00 時(shí)出現(xiàn)波谷，然后逐漸上升，在16:00 出現(xiàn)第二個(gè)峰值，顯著高于充分供水、干旱20 和40 d 時(shí)（P＜0.05），之后再次下降?？梢?，干旱直接導(dǎo)致了鐵皮石斛葉片WUE的升高，干旱60 d時(shí)，其日平均WUE是充分供水時(shí)的1.19倍。

復(fù)水后，鐵皮石斛葉片水分利用效率（WUE）隨復(fù)水時(shí)間的增加也整體呈先升高后降低趨勢(shì)[圖6（b）]。日平均WUE由大到小依次為復(fù)水15 d＞復(fù)水20 d＞復(fù)水10 d＞充分供水。復(fù)水10 d 時(shí)，WUE日變化曲線呈單峰型，8:00-14:00 時(shí)段內(nèi)WUE呈上升趨勢(shì)，在14∶00 時(shí)出現(xiàn)峰值，顯著高于充分供水、復(fù)水15 和20 d 時(shí)（P＜0.05），其后逐漸下降。復(fù)水15 d時(shí)，WUE日變化曲線呈“W”型，從8:00 開始出現(xiàn)第一個(gè)峰值，其后逐漸下降，在10∶00 時(shí)出現(xiàn)第一個(gè)波谷，然后逐漸上升，在12:00 時(shí)出現(xiàn)第二個(gè)峰值，顯著高于充分供水、復(fù)水10 和20 d 時(shí)（P＜0.05），其后再次下降，在14:00 出現(xiàn)第二個(gè)波谷，之后再次上升，在18:00 時(shí)出現(xiàn)第三個(gè)峰值，顯著高于充分供水、復(fù)水10 和20 d 時(shí)（P＜0.05）。復(fù)水20 d 時(shí)，WUE在8:00時(shí)出現(xiàn)峰值，顯著高于充分供水、復(fù)水10和15 d時(shí)（P＜0.05），其后呈下降趨勢(shì)。整體來看，鐵皮石斛葉片WUE隨復(fù)水時(shí)間的延長呈升高趨勢(shì)，到復(fù)水20 d 時(shí)，日平均WUE是充分供水時(shí)的1.91倍，恢復(fù)到了比充分供水時(shí)更高的水平。

圖6 鐵皮石斛葉片水分利用效率隨干旱和復(fù)水時(shí)間的變化Fig.6 The changes of water use efficiency of Dendrobium officinale leaves with drought and rewatering time

2.5 干旱脅迫下金釵石斛各生理指標(biāo)間的相關(guān)性分析

干旱脅迫下，金釵石斛葉片各生理指標(biāo)間均表現(xiàn)出極強(qiáng)的相關(guān)性（表1）。Pn同Gs、Tr、WUE和土壤含水率呈極顯著正相關(guān)，與Ci呈極顯著負(fù)相關(guān)（P＜0.01）；Gs與Pn、Ci、Tr和土壤含水率均呈極顯著正相關(guān)，與WUE呈極顯著負(fù)相關(guān)（P＜0.01）；Ci與Gs、Tr和土壤含水率呈極顯著正相關(guān)，與Pn和WUE呈極顯著負(fù)相關(guān)（P＜0.01）；Tr與Pn、Gs、Ci和土壤含水率呈極顯著正相關(guān)，與WUE呈極顯著負(fù)相關(guān)（P＜0.01）；WUE與Pn呈極顯著正相關(guān)，與Gs、Ci、Tr和土壤含水率呈極顯著負(fù)相關(guān)（P＜0.01）；土壤含水率與Pn、Gs、Ci和Tr呈極顯著正相關(guān)，與WUE呈極顯著負(fù)相關(guān)（P＜0.01）。

表1 干旱脅迫下金釵石斛各生理指標(biāo)間的相關(guān)性分析Tab.1 Correlation analysis among various physiological indicators of Dendrobium nobile under drought stress

2.6 干旱脅迫下鐵皮石斛各生理指標(biāo)間的相關(guān)性分析

干旱脅迫下，鐵皮石斛葉片各生理指標(biāo)間均表現(xiàn)出一定程度的相關(guān)性（表2）。Pn與Gs、Tr、和WUE呈極顯著正相關(guān)，與Ci呈極顯著負(fù)相關(guān)（P＜0.01）；Gs與Pn、Ci和Tr呈極顯著正相關(guān)（P＜0.01），與土壤含水率呈顯著正相關(guān)（P＜0.05），與WUE呈極顯著負(fù)相關(guān)（P＜0.01）；Ci與Gs和Tr呈極顯著正相關(guān)，與Pn和WUE呈極顯著負(fù)相關(guān)（P＜0.01）；Tr與Pn、Gs、Ci和土壤含水率呈極顯著正相關(guān)，與WUE呈極顯著負(fù)相關(guān)（P＜0.01）；WUE與Pn呈極顯著正相關(guān)，與Gs、Ci、Tr和土壤含水率呈極顯著負(fù)相關(guān)（P＜0.01）；土壤含水率與Tr呈極顯著正相關(guān)（P＜0.01），與Gs呈顯著正相關(guān)（P＜0.05），與WUE呈極顯著負(fù)相關(guān)（P＜0.01）。

表2 干旱脅迫下鐵皮石斛各生理指標(biāo)間的相關(guān)性分析Tab.2 Correlation analysis among various physiological indicators of Dendrobium officinale under drought stress

3 討論

3.1 干旱脅迫及復(fù)水對(duì)兩種石斛屬植物葉片光合作用的影響

光合作用是植物生長發(fā)育的基礎(chǔ)，是植物最為重要的生命活動(dòng)，而水分是其關(guān)鍵影響因子之一[15,16]。干旱脅迫直接影響植物的光合作用，進(jìn)而影響植物的生長發(fā)育，其作用強(qiáng)度取決于干旱的程度和持續(xù)的時(shí)間[17]。植物光合作用對(duì)干旱脅迫異常敏感，其受干旱脅迫的影響程度是判斷植物耐旱能力的重要指標(biāo)[18]。水分虧缺時(shí)，植物主動(dòng)降低氣孔導(dǎo)度（Gs），減少水分流失，進(jìn)而降低凈光合速率（Pn），減少對(duì)水分的需求，以增強(qiáng)對(duì)干旱脅迫的適應(yīng)。引起植物光合速率降低的因素，除了氣孔限制以外，還有非氣孔限制，氣孔導(dǎo)度（Gs）和胞間CO2濃度（Ci）是判斷光合速率下降原因的主要依據(jù)[19-21]。Farguhar[22]指出，當(dāng)Pn、Gs和Ci變化趨勢(shì)一致時(shí)，光合速率下降主要由氣孔限制引起，而當(dāng)它們變化不一致時(shí)，光合速率下降主要由葉肉細(xì)胞活性決定，即非氣孔限制。本實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，干旱40 d 前，金釵石斛和鐵皮石斛葉片Pn一直呈降低的趨勢(shì)，Gs和Ci也呈降低趨勢(shì)，蒸騰速率（Tr）也呈下降趨勢(shì)，這與小冠花（Coronilla varia）[23]的研究結(jié)果一致。干旱脅迫早期，金釵石斛和鐵皮石斛葉片Pn、Gs和Ci變化趨勢(shì)一致，光合速率的降低主要由氣孔限制引起[24]。干旱脅迫40 d后，金釵石斛和鐵皮石斛葉片Pn仍整體呈下降趨勢(shì)，但此時(shí)的Gs和Ci整體呈上升趨勢(shì)，變化趨勢(shì)不一致，此時(shí)光合速率下降主要由非氣孔限制引起，光合結(jié)構(gòu)的破壞導(dǎo)致葉肉細(xì)胞光合能力的下降[25]。 這與葡萄（Vitis vinifera）[25]和崖柏（Thuja sutchuenensis）[24]分別在干旱14 d 和30 d 后開始出現(xiàn)由非氣孔限制引起光合作用降低的研究結(jié)論基本一致?？梢姡疴O石斛和鐵皮石斛在干旱40 d 后才開始出現(xiàn)非氣孔限制引起的光合作用下降，它們的干旱脅迫耐受能力相對(duì)較強(qiáng)。

同時(shí)，干旱脅迫時(shí)，植物光合作用受到抑制不僅僅表現(xiàn)在干旱過程中，而且，在干旱脅迫解除后，其恢復(fù)能力的大小一定程度上也體現(xiàn)出干旱脅迫對(duì)光合作用抑制程度的高低[26]。植物的干旱適應(yīng)性包括耐旱能力和復(fù)水恢復(fù)能力兩個(gè)方面，復(fù)水恢復(fù)能力既是植物適應(yīng)干旱環(huán)境的重要內(nèi)容，也是適應(yīng)干旱脅迫的重要機(jī)制[27]。石斛屬植物多附生于樹杈或巖石縫隙中，其生境水分條件多變，間歇性甚至長時(shí)間水分虧缺時(shí)有發(fā)生，環(huán)境條件決定了石斛屬植物只有具備良好的干旱適應(yīng)性尤其復(fù)水恢復(fù)能力，才能更好的生長與發(fā)育。本實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，復(fù)水后，金釵石斛葉片除Ci外，Pn、Gs和Tr均未恢復(fù)到充分供水時(shí)的水平，長時(shí)間的干旱可能對(duì)金釵石斛葉片光合結(jié)構(gòu)造成了不可逆轉(zhuǎn)的傷害[24]。Miyashita 等[28]發(fā)現(xiàn)嚴(yán)重干旱脅迫使菜豆（Phaseolus vulgaris）光合作用下降明顯，且復(fù)水后原來的葉片也無法恢復(fù)生機(jī)，與本實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果類似。同時(shí)，復(fù)水后，鐵皮石斛葉片的Pn、Gs和Ci均恢復(fù)到了充分供水時(shí)以上的水平，Tr恢復(fù)到了與充分供水時(shí)基本相當(dāng)?shù)乃?，可見，鐵皮石斛具有比金釵石斛更好的復(fù)水恢復(fù)能力，這一定程度上也體現(xiàn)了不同植物干旱適應(yīng)策略的差異[29]。

3.2 干旱脅迫及復(fù)水對(duì)兩種石斛屬植物葉片水分利用效率的影響

水分利用效率（WUE）直接反映植物光合作用和蒸騰作用間的關(guān)系，并提供有關(guān)水分代謝功能的重要信息[30,31]。干旱脅迫下，植物首先關(guān)閉氣孔以降低Tr，減少水分消耗，并通過限制氣體交換影響Pn。WUE在一定程度上可以反映植物的耗水特征和對(duì)干旱的適應(yīng)，提高WUE是植物適應(yīng)干旱脅迫的重要響應(yīng)機(jī)制之一[23]。本實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，金釵石斛和鐵皮石斛葉片水分利用效率隨干旱時(shí)間的延長均整體呈升高趨勢(shì)，且在復(fù)水后均恢復(fù)到了充分供水時(shí)以上的水平。劉吉利等[31]研究表明，花生（Arachis hypogaea）在經(jīng)受5 d 的干旱脅迫后復(fù)水，葉片WUE可以快速恢復(fù)到充分供水以上的水平，與本實(shí)驗(yàn)研究結(jié)論基本一致?？梢姡瑑煞N石斛屬植物在經(jīng)歷了長達(dá)60 d的干旱脅迫后，仍具有相對(duì)較強(qiáng)的復(fù)水恢復(fù)能力，且在WUE上表現(xiàn)出一定程度的補(bǔ)償性增長。

同時(shí)，植物對(duì)多變環(huán)境的適應(yīng)能力是植物生存和繁衍的基礎(chǔ)，不同植物發(fā)展出了不同的策略以適應(yīng)環(huán)境條件的不斷變化。針對(duì)水分脅迫，綜合分析植物適應(yīng)干旱脅迫時(shí)的生理指標(biāo)變化，大致可以將植物分為干旱逃避型、干旱避免型和干旱忍受型3種類型[23]。干旱逃避型植物大多為短命植物，其生活周期可以在干旱到來前即完成，以避開干旱脅迫的影響；干旱避免型植物大多通過氣孔調(diào)節(jié)，限制水分消耗，并（或）增加根系對(duì)水分的吸收來適應(yīng)干旱脅迫；干旱忍受型植物以仙人掌類植物為主要代表，植物體儲(chǔ)存大量水分，即使根系無法吸收到水分也能確保短期生存[32]。已有研究表明，地中海松（Pinus halepensis）[33,34]和崖柏（Thuja sutchuenensis）[24]等干旱避免型植物的氣孔對(duì)水分虧缺非常敏感，其氣孔在葉片水分條件改變前即關(guān)閉，并引起光合速率的下降，而腓尼基檜（Juniperus phoenicea）[35]等干旱忍耐型植物的光合速率不受干旱引起的氣孔關(guān)閉的影響。本實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，金釵石斛和鐵皮石斛在干旱脅迫初期，葉片Gs和Ci呈下降趨勢(shì)，而WUE呈上升趨勢(shì)，氣孔限制導(dǎo)致光合性能降低，這與地中海松和崖柏相同。所以，一定程度上可以認(rèn)為金釵石斛和鐵皮石斛均屬于干旱避免型植物。另外，本研究僅從干旱脅迫對(duì)兩種石斛屬植物葉片光合生理影響方面進(jìn)行了初步研究，后期仍需從生化和分子方面進(jìn)一步開展深入研究。

4 結(jié)論

通過對(duì)不同干旱和復(fù)水歷時(shí)金釵石斛和鐵皮石斛葉片光合特性的綜合分析，得到以下結(jié)論：

（1）干旱40 d 前，金釵石斛和鐵皮石斛葉片Pn一直呈降低的趨勢(shì)，Gs和Ci也呈降低趨勢(shì)，Pn與Ci和Gs變化趨勢(shì)基本一致，光合速率的降低主要由氣孔限制引發(fā)；干旱脅迫40 d 后，金釵石斛和鐵皮石斛葉片Pn仍整體呈下降趨勢(shì)，但此時(shí)的Gs和Ci整體呈上升趨勢(shì)，變化趨勢(shì)不一致，此時(shí)光合速率下降主要由非氣孔限制引起；金釵石斛和鐵皮石斛在干旱40 d 后才開始出現(xiàn)非氣孔限制引起的光合作用下降，說明它們的干旱脅迫耐受能力相對(duì)較強(qiáng)。

（2）復(fù)水后，鐵皮石斛葉片的Pn、Gs和Ci均恢復(fù)到了充分供水時(shí)以上的水平，Tr恢復(fù)到了與充分供水時(shí)基本相當(dāng)?shù)乃剑疴O石斛葉片除Ci外，Pn、Gs和Tr均未恢復(fù)到充分供水時(shí)的水平，說明鐵皮石斛具有比金釵石斛更好的復(fù)水恢復(fù)能力。

（3）金釵石斛和鐵皮石斛葉片WUE均隨干旱時(shí)間的延長整體呈升高趨勢(shì)，且復(fù)水后均恢復(fù)到了充分供水時(shí)以上的水平，說明兩種石斛屬植物在經(jīng)歷了長達(dá)60 d 的干旱脅迫后，仍然具有相對(duì)較強(qiáng)的復(fù)水恢復(fù)能力。

（4）金釵石斛和鐵皮石斛葉片氣孔對(duì)干旱脅迫非常敏感，在干旱脅迫40 d 前，葉片Gs和Ci均整體呈下降趨勢(shì)，氣孔限制導(dǎo)致光合性能的降低。可見，兩種石斛屬植物均通過氣孔調(diào)節(jié)來限制水分消耗以適應(yīng)干旱脅迫，一定程度上可以初步認(rèn)為兩種石斛屬植物均屬于干旱避免型植物。