持續干旱對科爾沁沙地3種灌木葉綠素熒光參數的影響

遲琳琳

(遼寧省固沙造林研究所，遼寧 阜新 123000)

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持續干旱對科爾沁沙地3種灌木葉綠素熒光參數的影響

(遼寧省固沙造林研究所，遼寧 阜新 123000)

試驗以連翹(Forsythiasuspensa)、水蠟(Ligustrumobtusifolium)、紫丁香(Syringaoblata)為材料，研究了不同干旱脅迫對3種灌木葉綠素熒光參數的影響，結果表明：隨著干旱脅迫程度的加劇，3種灌木的最大熒光(Fm)、原初光能轉換效率(Fv/Fm)、PSⅡ潛在活性(Fv/Fo)、光化學淬滅系數(qP)和光合量子產額(Yield)逐漸下降，非光化學淬滅系數(qN)逐漸上升，初始熒光(Fo)先下降后上升。3種灌木各參數的變化幅度不同，運用隸屬函數對3種灌木進行分析，得出抗旱性強弱次序為水蠟>紫丁香>連翹。

干旱脅迫；灌木；葉綠素熒光；抗旱性

連翹、水蠟和紫丁香均為木犀科灌木，是極具觀賞價值且適應性強的綠化、造林樹種，近年來被廣泛應用于科爾沁沙地乃至東北大部分地區。葉綠素熒光技術是利用植物體內葉綠素a熒光的變化，研究和探測植物體內光合生理狀況及各種外界因素對其影響的測定技術[1]。近年來，這種技術被越來越多的應用于果樹、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，通過對不同干旱脅迫下其葉綠素熒光參數的分析，探討3種灌木葉綠素熒光與抗旱性之間的聯系，以期為科爾沁沙地造林、綠化灌木提供快速、可行的抗旱指標鑒定方法。

1　材料與方法

試驗所用連翹、水蠟和紫丁香均采集于遼寧省固沙造林研究所(以下簡稱固沙所)實驗苗圃內。2015年4月，將生長健壯、長勢基本一致的優質2年生苗裝入30 cm×30 cm的營養杯中，每種灌木30盆。7月末，隨機抽取每種苗木各10盆搬入固沙所人工干旱氣候室內，模擬野外環境，設4個水分梯度，即：對照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%)。葉綠素熒光參數應用OS5P調制葉綠素熒光儀測定，所得數據用SPSS軟件進行方差分析。

2　結果與分析

2.1干旱脅迫對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Ⅱ(PSⅡ)反應中心處于完全開放時的熒光產量，Fo升高是由于PSⅡ反應中心遭到不可逆轉的破壞所致[2]。

由圖1可知，3種灌木Fo變化趨勢相似，均隨脅迫程度的加劇呈現先下降后上升趨勢。在中度干旱脅迫時，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，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)是在暗適應狀態下當PSⅡ的所有反應中心處于完全關閉狀態時的熒光產量，可反映通過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，3種灌木的Fm明顯小于對照，連翹、水蠟和紫丁香的Fm分別比對照低37.22%、26.60%和29.14%。以上分析說明干旱脅迫使3種灌木PSⅡ反應中心均遭到了不可逆轉的破壞，這種破壞抑制了PSⅡ光化學活性，降低了PSⅡ原初光能轉化效率，破壞了3種灌木的光合作用，進而影響了灌木體內干物質的形成，其中對連翹的影響最為嚴重，其次為紫丁香，對水蠟的影響相對較小。

2.2干旱脅迫對3種灌木Fv/Fm值和Fv/Fo值的影響

Fv/Fm和Fv/Fo是原初光能轉換效率和PSⅡ潛在活性，是表明光化學反應的重要參數。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，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均與對照產生顯著差異。連翹的Fv/Fo在輕度干旱脅迫時即與CK呈顯著差異，水蠟和紫丁香在中度脅迫開始Fv/Fo與CK差異顯著。在重度脅迫時，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，輕度干旱脅迫已經對3種灌木的原初光能轉換效率和PSⅡ潛在活性產生影響，隨著脅迫的加劇，影響增大，其中對連翹的影響最大，對水蠟的影響最小。

表1　不同干旱脅迫對3種灌木葉綠素熒光參數的影響

數據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3種灌木qP值和qN值的影響

qP是光化學淬滅系數，反映了PSⅡ原初電子受體質體醌A(QA)的還原狀態，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即與CK差異顯著(P<0.05)，紫丁香在中度干旱脅迫開始與CK差異顯著；在重度干旱脅迫時，連翹、水蠟、紫丁香的qP分別比CK低24.25%、18.02%和20.53%。qN是非光化學淬滅系數,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,是一種保護機制[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，連翹、水蠟、紫丁香的qN值分別比CK高12.74%、6.19%和11.11%。可見,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，說明其對光保護的機制越敏感，抗旱性越弱。上述分析得出：水蠟的抗旱性明顯強于連翹和紫丁香。

2.4干旱脅迫對3種灌木光合量子產額(Yield)值的影響

光合量子產額(Yield)是植物光合作用電子傳遞的量子產額，是植物葉片光合電子傳遞速率快慢的相對指標，反映了整個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，且從輕度脅迫開始即與CK差異顯著(P<0.05)，重度脅迫時，3種灌木的Yield值分別比對照低29.01%、21.43%和29.41%，說明從輕度脅迫開始，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越大，抗旱性不同的植物，受到的影響略有差異，降幅越大，說明其利用光能的能力越弱，反之，說明其有較高的光能轉換效率，抗旱性越強。由表1可知，水蠟的光能轉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分析

抗旱性是一個受多種因素影響的復雜數量性狀，不同植物或材料對干旱脅迫有著不同的適應方式，單一的指標很難全面而準確地反映抗旱性的強弱。本文采用模糊數學的隸屬函數法，通過各指標隸屬值的平均值對3種灌木的抗旱性進行綜合分析，計算方法為：

當指標與抗旱性成正相關時：

當指標與抗旱性成負相關時：

式中:Zij為i灌木j指標的隸屬函數值；Xij為i灌木j指標的測定值;Ximax和Ximin分別為各灌木中指標的最大值和最小值;n為指標數[5]。

對3種灌木的抗旱性進行綜合評價分析(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基本一致。

表2　3 種灌木抗旱性的隸屬度函數綜合評判

3　結論

3.1干旱脅迫下，3種灌木的最大熒光(Fm)、原初光能轉換效率(Fv/Fm)、PSⅡ潛在活性(Fv/Fo)、光化學淬滅系數(qP)和光合量子產額(Yield)隨著干旱脅迫的加劇逐漸下降，非光化學淬滅系數(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。

3.2隨干旱脅迫的加劇，3種灌木各葉綠素熒光參數的變化幅度不同，抗旱性越強的灌木變化幅度越小，反之越大，7個參數均可以作為簡單評價沙區灌木抗旱性強弱的指標。

3.3運用隸屬函數法對3種灌木進行抗旱性進行綜合評價，分析得出各灌木的抗旱性強弱依次為：水蠟>紫丁香>連翹。

[1] 陳小鳳,李楊瑞,葉燕萍,等.利用葉綠素熒光參數和凈光合速率評價引進禾本科牧草的抗旱性[J].草業科學，2007,24(5):53-57

[2] 吳甘霖,段仁燕,王志高.干旱和復水對草莓葉片葉綠素熒光特性的影響[J].生態學報，2010,30(14):3941-3946

[3] 張謐,王慧娟,于長青.超旱生植物沙冬青高溫脅迫下的快速葉綠素熒光動力學特征[J]．生態環境學報，2009,18(6):2272-2277

[4] 鄭淑霞,上官周平.8種闊葉樹種葉片氣體交換特征和葉綠素熒光特性比較[J]．生態學報，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態變化[J]．生態學報，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

遼寧省科技攻關計劃項目(2011207004)；遼寧省農業攻關計劃項目(2015020065)

遲琳琳(1982-)，女，內蒙古赤峰人，碩士，工程師，現從事生態修復方面研究.

Q948

A

10.13601/j.issn.1005-5215.2016.09.004