花后干旱對西藏青稞葉片水勢、光合生理、籽粒表型和產量的影響

侯維海，王建林，胡單，馮西博

（西藏農牧學院植物科學學院，西藏林芝 860000）

0 引言

【研究意義】干旱是植物遭遇非生物脅迫因素中最復雜和最具破壞性的環境因子，引起植物形態、生理和代謝等多個方面的改變[1]，最終影響光合作用和產量形成[2]。花后灌漿期是作物產量形成的關鍵時期，也是對土壤干旱最敏感的時期[3]。通過合理的灌溉措施維持灌漿期葉片光合生理對產量形成具有重要影響[4]。在西藏高原，青稞主產區多集中在海拔高、輻射強、降水少、蒸發量大的干旱和半干旱地區，該地區占西藏耕地面積的2/3。青稞花后灌漿期常遇到階段性不同程度的干旱，導致青稞產量和品質下降[5]。另外，隨著全球氣候變化的影響，干旱發生的頻率和嚴重性逐漸增加[6]，干旱已成為西藏高原青稞高產和穩產的限制因素之一。因此，研究高原環境下干旱脅迫對青稞花后灌漿期葉片水勢、光合生理、產量及籽粒表型關系，系統揭示花后干旱對青稞造成的影響，并提供無損、準確和快速判斷青稞受旱情況的方法，將有助于指導青稞花后節水灌溉，并為抗旱品種篩選提供參考。【前人研究進展】干旱脅迫導致土壤水分虧缺，引起植物體內水分含量變化，進而影響葉片蒸騰作用帶來的水分散失和體溫調控[7]。葉片水勢可直接反映植物體內水分狀況，是評價植物水分虧缺最敏感的度量單位[8]，與土壤含水量呈線性負相關，并與氣孔導度存在密切關聯[9]。另外，葉溫冷卻值與植物體內自由水含量和束縛水含量顯著相關，能反映葉片水分狀況，也可衡量植物受旱程度[7]。當植物發生缺水現象時，光合器官生理活性表現出高度敏感的復雜變化[10]。傳統的葉片氣體交換技術研究表明，干旱脅迫誘導植物葉片氣孔關閉，導致氣孔導度（gs）、凈光合速率（Pn）、胞間 CO2濃度（Ci）和蒸騰速率（Tr）降低，最終引起作物光合能力的下降[11-13]。但當干旱脅迫達到一定嚴重程度時，簡單的葉片氣體交換僅能反映植物“表觀”光合能力，而葉綠素熒光（CHIF）技術能反映“內在”光系統性能[14-15]。據研究，干旱脅迫導致植物光合器官PSII反應中心受損，光合電子傳遞能力降低，原初光能的捕獲效率下降，光合作用受到不同程度抑制。大麥在嚴重或持久的干旱脅迫下，ΦPSII下降，而qN上升[16]。干旱脅迫降低小麥旗葉實際量子產量、ETR和NPQ值[17]。玉米隨著干旱脅迫程度加劇，ΦPSII、ETR和qP均下降，而qN先升后降[18]。胡麻Fv/Fm、ΦPSII、qP明顯下降，而qN明顯上升[19]。隨著干旱脅迫增加，結縷草葉綠素初始熒光（Fo）和qN逐漸增加，Fm、ΦPSII、Yield、ETR和qP呈逐漸下降趨勢。彩葉草隨著干旱脅迫增加，葉綠素含量、葉片含水量、Fo、Fv/Fm和 Fv/Fo表現逐漸降低趨勢[20]。總之，干旱脅迫引起光合器官的破壞，反映為光合生理參數的改變，導致光合能力降低。在實踐中常將葉片氣體交換和葉綠素熒光技術有機結合，準確反映植物“表觀”和 “內在”光系統狀態和性能，完整解釋外界環境脅迫對光合器官的影響。光合器官是植物生長、發育、干物質積累和產量形成的基礎。以往研究表明，小麥[21-22]和大麥[23-24]花后干旱可導致植株整體發生改變，包括衰老加速、氣孔導度降低，光合作用受阻，灌漿時間縮短，穗數、穗粒數、千粒重、籽粒產量的降低。大多數作物的產量以收獲籽粒為主，籽粒品質與其大小、飽滿度等表型性狀有關，如粒長、粒寬、粒面積等，同時與籽粒粒級有關。但迄今為止，國內外相關研究鮮見報道。【本研究切入點】前人雖對干旱脅迫下小麥、水稻、玉米等作物光合、葉綠素熒光參數及產量性狀有過研究，但在高原環境下系統深入研究干旱脅迫對青稞水勢、光合特征、葉綠素熒光特性和產量的相關報道還較少，同時，與之緊密相關的籽粒表型性狀及群體粒級的精細剖析也極少見。【擬解決的關鍵問題】本研究在高原環境下對干旱脅迫的青稞花后葉片水勢、光合生理特性、產量因素、籽粒表型性狀及群體粒級進行系統分析，以期獲得以上指標對干旱脅迫的響應程度并建立響應曲線，探索判別青稞受旱程度的簡單、準確和快速的方法，為西藏高原青稞生產提供精準的田間灌溉量，也為深入系統地了解干旱脅迫對青稞光合生理和產量提供理論基礎。

1 材料與方法

1.1 試驗材料與處理

選取西藏農區主栽春青稞品種“喜馬拉雅22號”為供試材料，2016年3月20日在西藏農牧學院實習農場干旱棚內進行試驗（經度94°25′，緯度29°59′，海拔2 960 m）。采用盆栽種植，人工模擬春青稞花后干旱脅迫。盆高30 cm，底部直徑20 cm，盆面內徑40 cm。每盆裝質地相同的0—20cm耕層土壤28.6 kg，其類型為砂壤土，含有機質9.72 g·kg-1、全氮1.18 g·kg-1、全磷 0.32 g·kg-1、全鉀 12.10 g·kg-1、堿解氮 83.60 mg·kg-1、速效磷 37.45 mg·kg-1、速效鉀81.70 mg·kg-1。盆裝土前，將土壤和肥料混伴，其中，氮磷鉀混伴配比量分別為 75 mg N·kg-1，100 mg P2O5·kg-1，

100 mg KCl·kg-1。將飽滿、大小一致、無病害種子按照每盆3行播于盆中，待3葉期，每盆邊行定苗4株，中間行定苗5株，共13株。于開花后第3天進行干旱脅迫處理，以田間最大持水量的 75%—85%為對照（CK），設3個干旱脅迫處理水平，分別為輕度干旱脅迫（田間最大持水量為 65%—75%，CK灌水量的3/4，LD）；中度干旱脅迫（田間最大持水量的 50%—55%，CK灌水量的2/4，MD）；重度干旱脅迫（田間最大持水量的35%—45%，CK灌水量的1/4，HD）。控水開始時測定土壤含水量以達到預設水平，此后每隔2 d于16：00稱重補水，持續處理13 d，隨后進行相關指標測定。每個處理重復5次。控水前水分管理同對照，注意病蟲草害發生，并于5月中下旬噴施三銼酮防治銹病。

1.2 測定項目

1.2.1 葉片水勢（LWP）測定 選擇晴朗無風天氣，于11:30取受光方向一致的旗葉、倒2葉為測定對象，用打孔器打出10個直徑為1 cm碎圓片，放置于WP4C型露點水勢儀的樣品盒內，進行水勢測定。

1.2.2 旗葉蒸發冷卻值和光合參數測定 采用Li-6400XT便攜式光合儀（Li-Cor，Inc，USA）并以開放式氣路系統方式對青稞旗葉蒸發冷卻值和光合參數進行測定。設置氣體流速為 500 μmol·s-1，3 cm×2 cm LED紅藍光光源提供1 300 μmol·m-2s-1的光合有效輻射（PAR），獲得瞬時凈光合速率（Pn）、氣孔導度（gs）、胞間CO2濃度（Ci）、蒸騰速率（Tr）、大氣CO2濃度（Ca）、空氣溫度（Tair）和葉片溫度（Tleaf）。依公式計算氣孔限制度Ls=1-Ci/Ca，葉蒸發冷卻值ΔT=Tleaf-Tair。

1.2.3 旗葉葉綠素熒光參數測定 于9：00—11：30，取受光方向一致的旗葉，利用OS5P便攜式脈沖調制葉綠素熒光儀（OPTI-science，USA）的3種測量模式，獲取葉綠素熒光動力學參數。所有指標均技術重復6 次，生物學重復3次，并采用交叉測量（先每處理測一次，再循環 2次），保證各處理間的測定盡量在同一時間進行，以消除氣象差異。在Fv/Fm模式下，葉片預先暗適應30 min，獲得初始熒光（Fo）、最大熒光（Fm）、可變熒光（Fv），計算出PS II的最大量子效率Fv/Fm=(Fm-Fo)/Fm；在Yield模式下，葉片充分光照下適應30 min，獲得穩態熒光（Fs）、光下最大熒光（Fms）、Yield=PS II的實際光量子產量ΦPSII=(Fms-Fs)/Fms；Kinetic模式下，葉片充分光照下適應30 min，獲得光化學淬滅（qP）、非光化學淬滅（qN或 NPQ）、光合電子傳遞的相對速率（ETR）

1.2.4 室內考種 各處理材料成熟后，單獨收獲，分別脫粒，獲取千粒重、籽粒產量、單株粒重、干物質積累量等數據。

1.2.5 籽粒表型性狀和粒級分析 各處理取全部籽粒進行無影拍照，獲得高質量電子圖片。利用Image-pro plus軟件分析籽粒表型性狀（圖1），測定粒二維面積、粒寬、粒長、粒直徑、粒周長、粒圓度值指標。

為定量分析干旱脅迫對籽粒大小影響，以粒二維面積（Ga）為指標，將籽粒分為小粒（Ga＜0.18 cm2）、中粒（0.18 cm2＜Ga≤0.23 cm2）、大粒（Ga＞0.23 cm2）3個等級，分析不同干旱脅迫對粒級的影響。

圖1 按照粒二維面積大小對籽粒進行分級Fig. 1 Classification of seeds according to the size of two-dimensional area of grain

1.3 數據處理

利用 R軟件進行簡單線性回歸分析和作圖，SPSS 20進行Pearson相關分析。

2 結果

2.1 干旱脅迫對青稞不同葉水勢（LWP）影響

與CK相比，LD處理的旗葉和倒2葉水勢略有下降，降幅分別為0.24和0.04 Mpa（圖2）。隨著干旱脅迫加深，旗葉和倒2葉LWP明顯下降，其中MD處理較CK降幅分別為0.82、0.61 Mpa，HD處理較CK降幅分別為2.26、1.32 Mpa。Pearson相關分析顯示，干旱脅迫與旗葉和倒 2葉水勢的相關系數均為0.92（P＜0.05）。以干旱脅迫程度為自變量x，旗葉和倒2葉LWP為因變量y建立回歸曲線（圖3-A，圖3-B），其回歸方程分別為y=4.32x-5.94和y=2.73x-4.6，兩者均為一次線性增函數。說明干旱脅迫均可明顯引起旗葉和倒2葉LWP變化，且前者LWP對干旱脅迫更敏感。

圖2 不同干旱脅迫下青稞旗葉和倒2葉水勢Fig. 2 Water potential changes of flag leaf and the 2nd leaf from top in hulless barley under different drought stress

2.2 干旱脅迫對青稞旗葉蒸發冷卻值（ΔT）影響

隨著干旱脅迫的加重，旗葉ΔT呈逐漸增大趨勢（圖 3-C），其中 MD和 HD處理引起旗葉ΔT升高達1.67℃和2.97℃。同時，兩者可用簡單線性回歸方程y=-3.57x+3.66描述，表明隨著干旱脅迫的加重，植物冷卻系統調控力度增加，阻礙了氣體交換和熱量散失，從而引起植物體溫上升。相關分析表明，ΔT與干旱脅迫存在顯著負相關（r=-0.978，P＜0.05）。

2.3 干旱脅迫對青稞旗葉葉片光合參數的影響

花后干旱對青稞光合參數的影響如圖4所示。LD處理下，旗葉Pn、gs、Ci分別較CK下降2%、7%、6%，Tr和Ls較CK增加1%和10.1%；MD處理下，旗葉Pn、gs、Ci、Tr分別較CK下降45%、72%、65%，67%，而Tr增加53.31%；HD處理下，旗葉Pn、gs、Ci、Tr分別較 CK 下降 88%、97%、99%，98%，而Tr增加63.4%。在 MD和 HD處理下，gs、Ci、Tr下降明顯，而Tr的變化極小，其中gs分別降至0.06和0.01 mol H2O·m-2·s-1；Ci分別降至85.43 和1.56 μmol·mol-1；

Tr分別降至 1.36和0.08 g·m-2·h-1。以上表明，中、重度干旱脅迫導致氣孔幾乎關閉，Ls達到最大值，引起Ci和Tr顯著下降，此時的水分含量已是維持青稞生命活動的極限水量。相關分析顯示，干旱脅迫程度與gs和Ci的相關系數分別是0.967和0.964，均達顯著水平（P＜0.05），而與Ls的相關系數是-0.963，呈顯著負相關（P＜0.05）。

圖3 干旱脅迫程度與葉水勢和葉溫的簡單回歸模型Fig. 3 Simple regression model of leaf water potential, leaf temperature and drought stress degree

圖4 干旱脅迫下青稞旗葉光合參數變化Fig. 4 Variation of photosynthetic parameters of flag leaf for hulless barley under different drought stress

2.4 干旱脅迫對青稞旗葉葉綠素熒光參數（ChIF）影響

2.4.1 干旱脅迫對初始熒光（Fo）、最大熒光（Fm）及PS II的最大量子產量（Fv/Fm）的影響 LD、MD和HD干旱脅迫處理導致Fo較CK升高2.9%、6.8%和13.5%（圖5-A），Fo的增加表明PSII反應中心破壞或者可逆失活[25]；Fm的大小反映了 PSII的電子傳遞能力，Fm的變化與Fo變化趨勢相反（圖5-B），即隨著干旱脅迫增加，Fm較CK分別下降3.4%、16.8%和31.6%。在CK條件下，Fo最小，而Fm最大，表明此時的水分對青稞光合最適宜的。隨著干旱脅迫的加劇，青稞旗葉PSII的電子傳遞能力逐漸下降。相關分析顯示，干旱脅迫程度與Fm和Fo的相關系數分別為0.971和-0.981（P＜0.05），表明干旱脅迫呈度與 Fm呈顯著正相關，而與Fo呈顯著負相關。

如圖5-C所示，CK 的Fv/Fm值為0.78，LD、MD和HD處理的Fv/Fm值分別為0.76、0.71和0.63，Fv/Fm值的減小呈先慢后快的趨勢。相關分析表明，干旱脅迫與Fv/Fm呈顯著正相關，其相關系數達到0.966（P＜0.05）。該結果表明，不同干旱處理下Fv/Fm值的降幅不同，但均導致青稞旗葉PSII活性中心受損，光合作用原初反應過程受抑制。

2.4.2 干旱脅迫對青稞旗葉實際光量子產量（ΦPSII）和電子傳遞速率（ETR）的影響 ΦPSII反映了植物實際光合效率，ETR為最大潛在相對電子傳遞速率，兩者在無光抑制的光照條件下直接測得。由圖 5-D和圖5-E所示，青稞旗葉ΦPSII和ETR在LD、MD和HD處理間差異顯著，均表現為LD＞MD＞HD。相關分析顯示，干旱脅迫程度與ΦPSII和ETR呈極顯著正相關，相關系數分別是 0.995和 0.992（P＜0.05）。

2.4.3 干旱脅迫對青稞旗葉熒光淬滅系數影響 光化學淬滅（qP）在CK和LD條件下幾乎一致，之后隨著干旱程度加重，qP下降較快，而非光化學淬滅（NPQ）表現出與qP相反的趨勢，其值逐漸增加（圖5-F、G）。相關分析顯示，干旱脅迫程度與 qP顯著正相關，而與 NPQ呈顯著負相關，相關系數分別為0.959和-0.98（P＜0.05）。以上結果表明，干旱脅迫增加了PSII的天線色素耗散熱的能力，降低了干旱脅迫對PSII的破壞。

2.5 不同干旱脅迫對青稞千粒重（TKW）、單穗粒重（SGW）、干物質積累量（DMC）、籽粒產量（GW）和經濟系數（EC）的影響

如表1所示，LD、MD、HD處理下，青稞TKW比 CK分別下降 19.12%、25.78%、41.06%；SGW分別下降5.08%、14.28和31.25%；DMC分別下降4.32%、9.35%、28.06%；GW 分別下降 8.47%、18.64%、44.07%；EC分別降低 4.35%、10.25%、22.25%。相關分析表明，干旱脅迫程度分別與TKW、SGW、GW和EC呈顯著正相關，其相關系數依次為0.984、0.955、0.954和0.958（P＜0.05）。

以干旱脅迫程度x為自變量，分別與應變量y（TKW、GW、DMC、Ec、SGW）做簡單回歸分析（圖6），發現x和y兩者之間存在明顯的相關性，呈一次函數變化。干旱對TKW的擬合回歸方程為y=26.46x+勻23.495；對GW擬合回歸方程為y=33.6x+27.5；對DMC擬合回歸方程為y=49.6x+93.5；對EC擬合回歸方程為y=0.12x-0.31；對 SGW 擬合回歸方程為y=2.65x+2.12。擬合方程的斜率值均為正值，表明自變量x與應變量y均呈正相關。這一結果與相關性分析相似。

表1 不同干旱脅迫下的青稞產量參數Table 1 Analysis on yield reduction of hulless barley yield under different drought stress

圖5 不同干旱脅迫下青稞旗葉葉綠素熒光參數Fig. 5 Chlorophyll fluorescence parameters of flag leaf form hulless barley under different drought stress

圖6 干旱脅迫程度與青稞產量參數的簡單回歸模型Fig. 6 A simple regression model for production parameters of hulless barley and drought stress degree

2.6 不同干旱脅迫下，籽粒表型的相關分析及回歸分析

利用Image-pro plus軟件對不同干旱脅迫的青稞籽粒表型性狀進行精細分析（表2）。不同干旱脅迫下，青稞籽粒表型表現出明顯規律性變化（圖7）。隨著干旱脅迫增加，粒二維面積、粒周長、粒長、粒寬均有減少，而粒圓度值增大。表明干旱改變了籽粒的大小，影響了籽粒的性狀，隨著干旱脅迫的加劇，這種改變能力越大。相關分析表明，干旱脅迫對青稞籽粒表型性狀影響明顯，其中干旱對粒周長影響呈極顯著正相關，相關系數為0.994（P＜0.01）；對粒面積、粒直徑和粒長呈顯著正相關，相關系數分別為0.976，0.977和0.988（P＜0.05）；與粒寬呈正相關，相關系數為 0.914（P＞0.05），而與粒圓度值呈負相關，相關系數是-0.939（P＞0.05）。

對粒二維面積（Ga）分級顯示（表3），隨著干旱脅迫增加，小粒（Ga＜0.18 cm2）二維面積占比明顯增加，中粒（0.18cm2＜Ga≤0.23 cm2）二維面積占比先增后降，大粒（Ga＜0.23 cm2）占比明顯降低。該結果進一步說明，干旱對籽粒大小具有明顯影響，導致小粒明顯增加，而大粒明顯降低。

為定量描述干旱脅迫對籽粒表型性狀影響程度，利用簡單回歸分析建立了以干旱脅迫程度x為自變量，以種子表型性狀為因變量y的線性回歸模型（圖7）。結果顯示，干旱對粒二維面積的回歸方程為y=0.076x+0.159；對粒直徑的回歸方程為y=0.092x+0.449；對粒周長的回歸方程為y=0.291x+1.585；對粒圓度值的歸回方程為y=-0.048x+1.247；對粒長的回歸方程為y=0.118x+0.677；對粒寬的回歸方程為y=0.075x+0.328。由此可見，干旱對籽粒表型性狀影響差異較大，根據回歸方程斜率值大小，推斷干旱對粒周長影響最大，其次為粒長和粒直徑，再次為粒面積和粒寬。

表2 不同水分脅迫對青稞籽粒表型性狀參數的影響Table 2 Phenotypic character parameters of hulless barley grain under different drought stress

圖7 干旱脅迫程度與青稞籽粒表型的簡單回歸模型Fig. 7 A simple regression model for the phenotypic of hulless barley and drought stress degree

表3 不同干旱處理對青稞籽粒粒級影響Table 3 Effect of different drought stress on grain classification of hulless barley under different drought stress

圖8 干旱脅迫、葉水勢、光合參數、葉綠素熒光參數和產量指標之間的Pearson相關網絡圖Fig. 8 Pearson correlation network diagram on drought stress, leaf water potential, photosynthesis parameter, chlorophyll fluorescence parameter, and yield index

2.7 干旱脅迫程度、葉水勢、光合、葉綠素熒光參數及產量因子的Pearson相關網絡圖

ΔT和NPQ與大部分參數呈直接負相關，而與個別參數雖無直接相關，但存在間接相關（圖 8）。灌水量與gs、qP、ETR、ΦPSII、Fv/Fm和籽粒產量呈直接正相關；旗葉水勢與qP、Fv/Fm、Pn、籽粒產量和干物質積累量呈直接正相關；Pn與ΔT和NPQ呈直接負相關，除與灌水量存在間接正相關外，皆與其他指標呈直接正相關。gs與Pn、灌水量、Fv/Fm、ΦPSII、ETR和qP呈直接正相關，而與ΔT和NPQ呈直接負相關；千粒重與ETR、ΦPSII和灌水量呈直接正相關。以上結果表明，在干旱脅迫下，青稞光合生理、產量指標等參數間關系比較復雜，既存在直接影響，也具有間接影響。

3 討論

3.1 葉水勢與干旱脅迫的關系分析

植物葉水勢與受旱脅迫直接相關[26]，與土壤水分含量呈良好的線性關系[13,27]。本研究表明，青稞功能葉水勢可靈敏反映其受旱程度，且旗葉水勢較倒2葉對干旱脅迫更敏感，同時相關分析顯示葉水勢與氣孔導度呈間接正相關（圖 7）。據研究，葉水勢的降低與氣孔開閉程度有關[27-28]。由此推測，生理活性較旺盛的旗葉遇到干旱脅迫時，氣孔導度下降快，阻礙了蒸騰作用，導致蒸騰拉力減弱和膨壓下降，土壤水向頂部運輸壓力不足，從而旗葉較倒2葉水勢下降更多。因此，青稞旗葉水勢可直觀、快速判斷整個植株持水狀況，反映土壤水分虧缺程度，可用于快速和精確地指導節水灌溉。

3.2 葉蒸發冷卻值與干旱脅迫的關系分析

作物通過氣孔的蒸騰作用散失水分，以降低體溫維持正常的生理活動。當土壤水分不足時，會影響蒸騰作用水分散失和體溫調控，葉蒸發冷卻值（ΔT）可衡量植物受干旱脅迫程度的大小[9]。本研究發現，ΔT與干旱脅迫呈顯著負相關（P＜0.05）且呈一次增函數，同時相關性網絡圖顯示（圖7），ΔT與gs、ΦPSII、Fv/Fm呈負相關。這可能與干旱脅迫誘導氣孔導度下降，影響植物與外界環境的氣體和熱量交換，造成葉冷卻系統受損有關。相似的研究結果也在干旱脅迫的山毛櫸、高粱等植物中報道過[8,29]。因此，ΔT和LWP均可作為衡量土壤水分或植物受旱程度的直接指標，甚至ΔT比LWP更敏感。

3.3 光合參數與干旱脅迫的關系

植物光合器官對干旱脅迫敏感，干旱脅迫下植物光合作用的反應過程和機制與植物生長階段、基因型、干旱程度等因素有關[30]。本研究在青稞花后灌漿期進行干旱脅迫，且品種相同，因此，干旱脅迫對青稞光合參數的變化應當取決于干旱程度。本研究發現，隨著干旱脅迫的加重，青稞旗葉Pn、gs、Ci和Tr均表現出不同程度的下降趨勢，而Ls呈逐漸增加趨勢，其中各參數快速下降或上升的拐點均發生在中度干旱脅迫附近，推測當土壤含水量為最大田間持水量的 50%時，光合作用將明顯降低。相關分析表明，干旱脅迫與gs和Ci呈顯著正相關，而與Ls呈顯著負相關；與Pn和Tr沒有直接相關性，但存在間接正相關。結果進一步表明，干旱對氣孔調控顯著，gs降低，Ls增加，維持了組織水分含量。本研究結果與大麥、小麥在干旱脅迫下植株的衰老，葉綠素的分解、光合作用的抑制相似[3,24]，也進一步說明干旱脅迫加速了青稞葉片衰老，引起整個植株持綠性下降，導致葉片捕光面積減少，氣孔導度下降并伴隨著胞間 CO2濃度降低，進而導致光合作用的下降[30-31]。

3.4 葉綠素熒光參數與干旱脅迫的關系

葉綠素熒光常用于監測、定量分析和比較植物對脅迫的反應。當植物受到干旱脅迫時，葉片氣孔關閉導致光抑制產生，引起 PSII反應中心損傷，使得葉綠素熒光參數發生改變[33-34]。本研究發現，隨著干旱脅迫的加重，青稞旗葉 Fo逐漸升高，在中度和重度干旱脅迫下，Fo升高較快，Fm則表現出與Fo相反的變化趨勢。說明輕度干旱脅迫對青稞旗葉 PSII反應中心的破壞較小，隨著干旱脅迫加劇，PSII反映中心遭到了不易逆轉的破壞或可逆失活，其色素吸收的能量以熱和熒光散失的形式增加，而用于光合作用的能量逐漸減少。Fv/Fm能快速和有效反映PSII最大光化學量子效率。低的 Fv/Fm 表明植物處于逆境脅迫條件下，PSII受到光抑制或下調。因此，Fv/Fm值的大小可指示作物的健康狀況。大部分作物健康的光合組織Fv/Fm平均值約在0.83，低于該值表明植物處于生理修復狀態[35]。例如，在水分[36]、溫度[37]、病原物侵染的生物脅迫[38]等外界環境因素脅迫下，Fv/Fm明顯下降。本研究發現，在正常灌水條件下，青稞旗葉LWP為-2.09 Mpa時，Fv/Fm為0.78，低于前人報道的0.83。推測青稞可能處于生理修復狀態，這與西藏林芝地區低氧、低溫、持續陰雨等特殊的氣候環境有關，也可能歸因于高原作物在長期的進化、演化和選擇中形成與低地作物相差異的光合適應模式。此后，隨干旱脅迫增加，青稞旗葉LWP和Fv/Fm呈逐漸降低趨勢，說明青稞已受到水分脅迫，并引起 PSII的損傷，光合初反應受到抑制。中度和重度干旱脅迫下，Fv/Fm有一定程度的下降，可作為干旱脅迫引起植物可看見的生理紊亂之前的一種潛在提示，這在山毛櫸植物中也得到了驗證[29]。

有研究學者認為，Fv/Fm對早期輕度干旱不敏感，而Fs、ΦPSII、NPQ能比Fv/Fm更敏感地捕捉輕度干旱脅迫對光合器官造成的損傷[39]。前人研究表明，水分脅迫并未顯著影響小麥和硬粒小麥的 PSII 的原初光化學反應[40]。但相反的結論認為Fv/Fm、NPQ 、qP、Fo均有改變[41]。本研究在輕度干旱脅迫下，發現旗葉Fs、ΦPSII、NPQ變幅比Fv/Fm更大，表明以上參數對干旱脅迫非常敏感，這與前人研究成果相似。在中度和重度干旱脅迫下，旗葉ΦPSII、ETR、qP逐漸降低，表明PSII反應中心受到破壞，光合電子傳遞活性降低，原初光能的捕獲效率下降，光合作用受到不同程度抑制；而Fs和NPQ呈增大趨勢，反映PSII天線色素吸收的過量光能以熱和發射熒光的形式耗散，從而保護光合器官，已有研究認為這是植物適應干旱脅迫的一種保護機制[42]。

3.5 產量性狀、種子表型和群體粒級與干旱脅迫的關系

青稞花后干旱處理下，千粒重、單穗粒重、籽粒產量、經濟系數、干物質積累量均有不同程度的降低，并引起籽粒表型參數下降，表現為籽粒橫向變窄、縱向縮短、粒二維面積降低，同時群體粒級發生改變，小粒占比明顯增加，而大粒占比呈明顯下降。上述性狀均屬于數量性狀遺傳，相關性網絡圖顯示（圖7），干旱脅迫與各觀測參數聯系緊密，既存在直接相關也存在間接相關，其中干旱脅迫與gs、qP、ETR、ΦPSII、Fv/Fm、籽粒產量和千粒重均呈直接正相關，而與ΔT和NPQ呈直接負相關。該結果表明，干旱脅迫引起光合器官破壞，導致碳同化能力下降，最終造成青稞產量性狀，種子表型和群體粒級改變，這與前人研究結果一致[23-24]。

4 結論

在不同的梯度干旱脅迫下，灌溉水量與葉水勢和葉蒸發冷卻值（ΔT）呈線性相關，兩者均能靈敏反映干旱脅迫程度（或土壤水分）大小，可代表青稞受旱程度；干旱脅迫引起青稞光合器官的破壞，導致光合及葉綠素熒光參數的改變；產量參數、籽粒表型性狀、群體粒級均隨干旱脅迫的加重而逐漸降低。