濕害脅迫對不同生育期桔梗光合生理指標(biāo)的影響

歐泉，馬云桐，楊淑茗，梁善卓

·品種品質(zhì)·

濕害脅迫對不同生育期桔梗光合生理指標(biāo)的影響

歐泉，馬云桐，楊淑茗，梁善卓

目的：探索濕害對不同生育期桔梗光合生理指標(biāo)的影響。方法：分別在苗期、拔節(jié)期、花期、果期對桔梗進行濕害處理，以丙酮提取法測定葉綠素a、葉綠素b、葉綠素a/b、總?cè)~綠素含量，光合測定儀測定凈光合速率、氣孔導(dǎo)度、胞間二氧化碳濃度、蒸騰速率，比較4個生育期中光合生理指標(biāo)的耐濕差異。結(jié)果濕害條件下，不同生育期桔梗光合色素含量下降，光合參數(shù)存在不同程度差異。結(jié)論：拔節(jié)期桔梗耐濕性最強。該研究為系統(tǒng)探索桔梗不同生長條件的適應(yīng)性提供生理基礎(chǔ)。

桔梗；光合生理；耐濕性；生育期；隸屬函數(shù)

中藥材桔梗為桔梗科植物桔梗Platycodon grandiflorum(Jacq.) A.DC的干燥根，具宣肺、利咽、祛痰、排膿之效[1]，為常用大宗中藥材、同時也是兼藥食賞多種用途的經(jīng)濟植物、商品桔梗以栽培品為主[2-3]。

植物在遭受濕害脅迫后，其正常的能量代謝途徑和生理過程會發(fā)生變化，進而造成植株形態(tài)結(jié)構(gòu)及組織生理的改變。濕害處理下旱生作物的生理響應(yīng)研究一直是作物抗、耐性研究的熱點[4-5]。桔梗作為為半旱生植物，多植于向陽、排水良好的坡地，忌積水。土壤積水易致桔梗根部腐爛，并誘發(fā)根腐病，對桔梗生長發(fā)育及品質(zhì)、產(chǎn)量造成極大影響[6]。目前，對于桔梗逆境方面的研究較少，且主要集中于干旱高溫脅迫方面，關(guān)于濕害方面的研究尚未見報道[7-8]。本實驗根據(jù)桔梗栽培中存在的實際問題，對濕害脅迫下桔梗部分光合生理指標(biāo)進行研究，并進行耐濕性評價，為系統(tǒng)研究濕害處理下桔梗光合特性及指導(dǎo)大田栽培奠定基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料及處理

于2015年10月份于四川省安岳縣采集二年生桔梗種子，經(jīng)成都中醫(yī)藥大學(xué)生藥教研室馬云桐教授鑒定，播種于成都中醫(yī)藥大學(xué)溫室內(nèi)。試驗與2016年3-10月開展進行。3月份選擇顆粒飽滿桔梗種子浸于50℃溫水中攪拌至涼，放置12小時后條播于70cm×40cm×25cm規(guī)格大型塑膠菜盆中。播種基質(zhì)為壤土，其土壤飽和持水量（環(huán)刀法測定）為349.92 g．k g-1，田間持水量為186.03 g．k g-1，播后參照大田土壤含水量，定期澆水維持盆內(nèi)土壤含水量（烘干法測定）在18%左右[9]。

待桔梗苗長至3對真葉全展時間苗，保持株距8 cm×行距16 cm范圍，每盆定苗24株，對照（CK）、處理（T）各3重復(fù)。分別于5月21日（苗期）、6月16日（拔節(jié)期）、7月6日（花期）、8月11日（果期）進行試驗處理：對照、處理組各隨機選取10株大小一致桔梗掛牌標(biāo)記，進行后續(xù)光合生理指標(biāo)測定。處理組模擬濕害狀態(tài)，每日早晚大量灌水水維持其土壤吸水達到飽和狀態(tài)，對照組每周澆水2-3次，維持土壤含水量在18%左右。處理組持續(xù)濕害脅迫15d后采集葉片進行相關(guān)生理指標(biāo)及光合參數(shù)測定。

1.2 測定指標(biāo)與方法

濕害脅迫第15d后，對照、處理各隨機選取3株桔梗，采取頂芽以下第2，3對葉片，采用丙酮提取法[10]進行生理葉綠素（Chl）含量等指標(biāo)測定。使用美國LICOR公司的Li-6400 便攜式光合儀，于上午 9:00—11:00 在自然條件下進行光合參數(shù)的測定。凈光合速率(Photo )、氣孔導(dǎo)度(Cond)、胞間CO2濃度(Ci)、蒸騰速率(Trmmol)等參數(shù)由儀器直接測得，選擇開放式氣路，紅藍光源，葉室光合有效輻射為800 μmolm-2．s-1，樣品室流速500 μmol．s-1，參比室CO2濃度為390～420 μmol．mol-1，樣品室相對濕度(RHS)30%～40%。測定時均選擇大小一致的健康株各4株，每株擇取頂芽下第3-4對長勢一致的全展葉片進行測定，每株3個重復(fù)。

1.3 數(shù)據(jù)處理

各數(shù)據(jù)采用SPSS19.0及Excel進行相關(guān)處理分析。采用隸屬函數(shù)法對不同生育期桔梗的光合生理指標(biāo)進行綜合評價，判定其耐濕性強弱。針對不同時期供試桔梗，為消除其基礎(chǔ)性狀差異產(chǎn)生的影響，對各測定項一律采用相對值（即耐濕性系數(shù)α）進行相關(guān)計算分析。α=濕害處理測定值 /對照測定值×100%。

各指標(biāo)隸屬函數(shù)值 U(Xi) : U(Xi)= (Xi－Xmin)/(Xmax－Xmin)

式中:Xmin為第i個綜合指標(biāo)的最小值;Xmax為第i個綜合指標(biāo)的最大值[11]。

2 結(jié)果與分析

2.1 濕害脅迫下桔梗葉綠素含量變化

正常澆水下，對照組各植株生長狀況良好，4份供試材料則因生育期不同而呈現(xiàn)出一定程度的基礎(chǔ)性狀差異。由表1可知，對各時期供試桔梗，濕害對葉綠素a、葉綠素b、葉綠素總含量均呈現(xiàn)不同程度的抑制作用，其中對拔節(jié)期、花期的葉綠素a、葉綠素b及拔節(jié)期的葉綠素總含量均呈現(xiàn)顯著促進作用。而指標(biāo)葉綠素a/b則呈現(xiàn)出正向負向兩種不同的影響，在苗期、拔節(jié)期表現(xiàn)為抑制作用，在花期、果期則為促進作用。可見，濕害脅迫下，各生育期桔梗光和色素含量均呈下降趨勢，說明持續(xù)性濕害脅迫導(dǎo)致了葉綠素的降解。葉綠素a/b（捕光色素蛋白復(fù)合體）對濕害呈現(xiàn)兩種不同的反應(yīng)[12]，在花期、果期表現(xiàn)為上升趨勢，表明濕害可在一定程度上促進桔梗葉片的捕光能力。

表1 濕害脅迫下桔梗葉綠素含量變化

2.2 濕害脅迫下桔梗光合參數(shù)變化

濕害處理后，各生育期桔梗光合作用減弱（表2）：除花期外，凈光合速率下降；除苗期外，氣孔導(dǎo)度及蒸騰速率均呈上升趨勢；胞間二氧化碳濃度則在所有時期表現(xiàn)為升高現(xiàn)象。其中，對照組與處理組的胞間二氧化碳濃度與蒸騰速率差異在拔節(jié)期、花期、果期均達到顯著或極顯著水平，氣孔導(dǎo)度則在拔節(jié)期與花期存在極顯著差異，凈光合速率在各生育期間差異均未達到顯著性水平。凈光合速率是植株光合系統(tǒng)能否正常工作的主要指標(biāo)[13]，本實驗中，除花期略有上升外，處理組植株凈光合速率相比對照組均有所下降，說明濕害對桔梗光合作用整體上表現(xiàn)為抑制作用。苗期濕害處理下，氣孔導(dǎo)度下降，表明水濕環(huán)境下，桔梗葉片出現(xiàn)氣孔關(guān)閉現(xiàn)象；各時期材料胞間二氧化碳濃度上升，則可能為氣孔阻力加大或光合碳還原能力下降所造成的[14]。

表2 濕害脅迫下桔梗光合參數(shù)的變化

處理 8.630 0.043 142.088 1.182拔節(jié)期 對照 10.440 0.068 137.175 3.065處理 9.339 0.269** 235.500** 8.918**花期 對照 9.683 0.147 200.250 4.593處理 9.448 0.405** 246.000** 10.113**果期 對照 8.896 0.064 162.988 2.554處理 8.048 0.111 231.500* 3.960*

2.3 濕害脅迫下桔梗耐濕性指數(shù)變化及其隸屬函數(shù)分析

濕害處理后（表3、表4），桔梗光合色素含量下降，各生育期植株葉綠素a、葉綠素b、葉綠素總含量均低于對照組植株，葉綠素a/b則在花期存在顯著上升。這與實驗后期，處理組植株綠葉色澤變淡，部分植株葉片出現(xiàn)一定程度皺縮卷曲相符合。各供試材料凈光合速率除在花期有微小上升外，其余各時期均低于對照株。苗期實驗組桔梗在氣孔導(dǎo)度、胞間二氧化碳濃度、蒸騰速率均低于對照組，而在拔節(jié)期、花期、果期處理組的氣孔導(dǎo)度、胞間二氧化碳濃度、蒸騰速率指標(biāo)均高于對照植株。

表3 濕害脅迫下桔梗光合生理指標(biāo)耐濕性指數(shù)α（%）

以凈光合速率、氣孔導(dǎo)度、胞間二氧化碳濃度、蒸騰速率、葉綠素a、葉綠素b、葉綠素a/b、葉綠素總含量共計8項生理指標(biāo)的耐濕性指數(shù)為依據(jù)，進行隸屬函數(shù)分析，計算其隸屬函數(shù)值，結(jié)果見表4。綜合各指標(biāo)隸屬函數(shù)值分別求得桔梗在苗期、拔節(jié)期、花期、果期的平均隸屬函數(shù)得分，得到各生育期的耐濕性強弱依次為：拔節(jié)期＞果期＞花期＞苗期。即就光合生理指標(biāo)而言，桔梗在拔節(jié)期耐濕性最強，果期、花期次之，苗期耐濕性最弱。

表4 濕害脅迫下桔梗光合生理指標(biāo)隸屬函數(shù)值

3 討論

逆境脅迫下，植物體會發(fā)生從外部形態(tài)結(jié)構(gòu)到內(nèi)部生理生化特性的多重變化。濕害狀態(tài)下，因水分過多，土壤通氣不良，植株首先表現(xiàn)為根系的損傷。長期處于水濕缺氧環(huán)境下的植株，根毛減少，根系活力減弱，造成代謝紊亂，引發(fā)一系列次生損傷，進而引起植株地上部分相關(guān)生理指標(biāo)的變化[15-18]。光合作用是植物整個生命活動的重要過程，受多種內(nèi)、外因子的共同影響。在作物栽培中，對同一品種而言，光合速率主要受光照、二氧化碳、溫度、水分、礦質(zhì)營養(yǎng)等環(huán)境因子的影響。植物遭受逆境損傷時，其光合作用會受到不同程度的影響。李柯妮[8]等發(fā)現(xiàn)噴施Ca2+和SA可緩解高溫造成的桔梗光合作用下降現(xiàn)象。凈光合速率是植株光合系統(tǒng)能否正常工作的主要指標(biāo)[19]，本實驗中，除花期外，其余時期各處理組植株凈光合速率相比對照組均有所下降，說明濕害對桔梗光合作用整體上表現(xiàn)為抑制作用；除苗期外，各時期氣孔導(dǎo)度均下降，表明水濕環(huán)境下，桔梗葉片出現(xiàn)氣孔關(guān)閉現(xiàn)象；所有材料胞間二氧化碳濃度上升，則可能為氣孔阻力加大或光合碳還原能力下降所造成的[14]；實驗組各光合色素含量均低于對照組，說明持續(xù)濕害處理導(dǎo)致了桔梗植株葉綠素降解，這與濕害處理后期實驗組植株葉色失綠相吻合。而負責(zé)光能吸收與傳遞，提高捕光面積和捕光效率的葉綠素a/b值在花期與果期要高于對照組，且在花期達到極顯著性差異水平，表明在桔梗整個生命周期中，濕害處理可改善部分生育期桔梗葉片光合色素的捕光能力。

植物耐濕性是一個復(fù)雜的數(shù)量性狀，受基因型、環(huán)境等相方面多種因素的影響。濕害脅迫下，凈光合速率、氣孔導(dǎo)度、胞間二氧化碳濃度、蒸騰速率等8項生理指標(biāo)在桔梗4個生育期內(nèi)存在不同程度的正向、負向兩種反應(yīng)。以其中某項單一指標(biāo)難以對濕害處理下的光合生理指標(biāo)做出全面、有效評價，基于多指標(biāo)為評價的隸屬函數(shù)分析法能夠相對客觀準(zhǔn)確地對某一復(fù)雜性狀進行綜合評價。該方法在水稻、小麥、芝麻、苧麻、人參[20-21]等作物品種中已有較多應(yīng)用。本研究綜合供試材料各生理指標(biāo)的耐濕性指數(shù)進行隸屬函數(shù)分析，得到4個生育期桔梗材料光合生理指標(biāo)的耐濕性強弱依次為：拔節(jié)期＞果期＞花期＞苗期。

綜上而言，就光合生理指標(biāo)而言，桔梗在拔節(jié)期耐濕性最強，果期、花期為中等耐濕性，苗期耐濕性則較差。本研究為系統(tǒng)研究濕害脅迫下桔梗的生長生理特性提供參考。

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（責(zé)任編輯：陳思敏）

Effects of waterlogging stress on photosynthetic indexes of Jiegeng different growth stages/

OU Quan, MA Yun-tong,YA Shu-ming, LIANG Shan-zhuo//(School of Pharmacy, Chengdu University of Traditional Chinese Medicine; Key Laboratory of Standardization for Chinese Herbal Medicine, Ministry of Education; National Key Laboratory Breeding Base of Systematic Research, Development and Utilization of Chinese Medicine Resources, Chengdu 611137, Sichuan)

Objective:To study the effect of waterlogging stress on photosynthetic indexes of Jiegeng in different growth stages.MethodJiegeng were treated waterlogging stress at seedling stage, jointing stage, fl owering stage and fruit stage. The contents of chlorophyll a, chlorophyll b, chlorophyll a/b and total chlorophyll were detected by acetone extraction method. The net photosynthetic rate, stomatal conductance, intercellular concentrations of carbon dioxide, transpiration rate were measured by Photosynthetic analyzer. The differences of waterlogging tolerance were compared.Result:With the continuous waterlogging stress treatment, the content of photosynthetic pigment in Jiegeng decreased and the photosynthetic parameters varied at different growth stages. ConclusionJiegeng has the highest waterlogging tolerance at the jointing stage. The study lays a foundation for the systematic study of the physiological responses of Jiegeng under different growth conditions.

Jiegeng; photosynthetic physiology; waterlogging tolerance; growth stages; subordinate function

R 282

] A

1674-926X(2017)02-005-04

四川省科技廳“三區(qū)”人才計劃（編號：319-622）

成都中醫(yī)藥大學(xué)藥學(xué)院，中藥資源系統(tǒng)研究與開發(fā)利用省部共建國家重點實驗室培育基地，四川成都 611137

歐泉，在讀碩士研究生，主要從事藥用植物資源與栽培研究Tel:18782057503 Email:ouquan5@foxmail.com

馬云桐，教授，博士生導(dǎo)師，主要從事中藥資源與開發(fā)研究Tel:13980598196 Email:mayuntong06@163.com

2016-12-12