干旱脅迫對苜蓿幼苗葉綠素熒光特性和膜脂過氧化的影響

張翠梅,師尚禮,陳建綱

(甘肅農業大學 草業學院/草業生態系統教育部重點實驗室/甘肅省草業工程實驗室/中-美草地畜牧業可持續研究中心,甘肅 蘭州 730070)

干旱是影響作物生長發育、分布和產量的主要非生物脅迫因素之一。據統計，世界上約有1/3 的地區屬于干旱和半干旱區，我國干旱半干旱地區約占國土面積的1/2[1-2]。在我國黃土高原區普遍降水量少、蒸發量大，尤其黃土高原隴中地區旱災十分頻繁，對紫花苜蓿的種植面積和產量構成了嚴重威脅[3-4]。

干旱脅迫導致作物及牧草減產主要是通過影響其葉片的光合功能，抑制光合作用，進而導致減產[5]。大量研究發現，受到干旱脅迫后，多數植物的光合速率會下降[6-14]。現有的研究表明，在植物遭受輕度和中度干旱脅迫時，光合作用下降的主要原因是氣孔限制，即氣孔導度下降，導致胞間CO2濃度下降，進而降低光合速率；而在持續干旱或重度干旱脅迫時，因干旱致使葉綠素結構發生變化，植物膜系統受損傷，膜脂過氧化加劇而產生超氧自由基，光合色素嚴重降解，光合電子系統遭破壞，光系統Ⅱ(PSⅡ)活性下降，RuBP羧化酶活性受到抑制，從而導致光合作用受損，即所謂的光合作用的非氣孔限制[15-16]。葉綠素熒光動力學技術是研究光合作用機制和探測光合生理狀況的一種新興技術，在測定葉片光合作用過程中光系統對光能的吸收、傳遞、耗散、分配等方面具有獨特的作用。與反映“表觀性”的氣體交換指標相比，葉綠素熒光參數具有反映“內在性”的特點，是研究植物光合生理與逆境脅迫的內在探針[17-18]。通過探討干旱對植物幼苗葉綠素熒光參數的影響，可有助于分析植物體內光合機構運行狀況和鑒別植物的不同抵抗或忍耐干旱能力[19-21]。

干旱脅迫下，苜蓿體內光合生理指標的變化幅度及變化類型與其抗旱性密切相關，不同品種在抗旱性方面所表現的差異，都有其相應的生理生化基礎[22]。已有的干旱脅迫對紫花苜蓿光合作用影響的研究多集中在對其光合特性及葉綠素熒光特性[6-8]、光合速率及葉綠素熒光參數日變化規律[23-24]等方面；而從苜蓿的水分狀態、葉綠素含量、葉綠素熒光參數及膜脂過氧化作用等方面系統分析不同抗旱性苜蓿品種的光合生理適應機制的研究較少。研究不同抗旱性苜蓿品種響應干旱的光合生理機制，對發展節水農業具有重要意義。隴中苜蓿(Medicagosativacv.Longzhong)屬地方品種，長期生長在年降水量200～350 mm的黃土高原隴中干旱地區，該地區每年連續5～6個月的旱災經常性發生，連續8～9個月旱災時而發生，隴中苜蓿對當地的生長條件表現出極強的適應性[25-26]；隴東苜蓿(Medicagosativacv.Longdong)亦屬地方品種，生長于年均降水量400～600 mm的黃土高原隴東地區，抗旱性中等[27]；甘農3號紫花苜蓿(Medicagosativacv.Gannong No.3)系育成的荒漠綠洲灌區豐產型品種，抗旱性較弱[24]。因此，通過PEG-6000 模擬干旱對不同抗旱性苜蓿品種幼苗的葉綠素熒光參數和膜脂過氧化程度影響的比較，明確干旱脅迫下不同抗旱性苜蓿品種的光合生理反應及適應機制差異，以期為紫花苜蓿品種的選育、推廣和高產栽培提供光合生理生態方面的理論依據。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

以3個不同抗旱性紫花苜蓿品種，強抗旱隴中苜蓿、中抗旱隴東苜蓿和弱抗旱甘農3號紫花苜蓿為試驗材料[28-29]。種子由甘肅農業大學草業生態系統教育部重點實驗室提供。

1.2 試驗方法

2017年9月，在甘肅農業大學草業學院采用營養液砂培法培養幼苗。選擇成熟、飽滿且大小一致的苜蓿種子經0.1% HgCl2溶液消毒5 min后，用蒸餾水反復沖洗，再用濾紙吸干，均勻播種于培養缽中。選用消毒后的細砂(121℃，高溫滅菌26 min)，裝入直徑為9 cm，高度為11 cm的營養缽中，擺放在長×寬×高為25 cm×15 cm×10 cm的塑料方盆中。播種后將種子轉移至光照培養室中，每天光照14 h，光通量密度400 μmol/(m2·s)，晝夜溫度分別為(25±1)℃和(20±1)℃，相對濕度60%。每天澆水保證其正常出芽，10 d后進行間苗，每缽保留10株長勢一致的幼苗，并采用Hoagland營養液澆灌。幼苗生長至42 d時，每隔2 d每盆澆灌300 mL含PEG-6000(水勢為-1.2 MPa)的Hoagland營養液進行脅迫處理，以僅含Hoagland營養液的處理為對照，連續培養12 d，分別在處理后0、3、6、9和12 d取樣測定各項生理指標。每處理取3次重復。

1.3 指標測定

1.3.1 葉綠素熒光參數測定 于光照充足的上午9∶00～11∶00，采用德國WALZ 生產的便攜式調制葉綠素熒光儀PAM-2100 對葉片進行活體測定。測定時，先將葉片置于暗中適應20 min，之后照射測量光<0.5 μmol/(m2·s)測定初始熒光(Fo)，然后照射飽和脈沖(2 800.0 μmol/(m2·s)測定最大熒光(Fm)。接著打開內源光化光(600.0 μmol/(m2·s))，持續5 min 后測定光適應下的穩定態熒光(Ft)，隔20 s 打開飽和脈沖(2 800.0 μmol/(m2·s))測定光適應下的最大熒光(Fm′)[30]。根據所測定的參數計算光系統Ⅱ(PSⅡ)潛在光化學效率(Fv/Fo)=(Fm-Fo)/Fo，PSⅡ最大光化學效率(Fv/Fm)=(Fm-Fo)/Fm，PSⅡ光化學量子產量Yield=(Fm′-Ft)/Fm′，表觀光合電子傳遞速率ETR=Y×PAR(光合有效輻射)×0.50×0.84，光化學猝滅系數qP=(Fm′-Ft)/(Fm′-Fo)，非光化學猝滅系數qN=(Fm-Fm′)/(Fm-Fo)。

1.3.2 生理指標測定 葉片相對含水量采用稱重法測定[33]；葉綠素含量采用丙酮乙醇混合液提取法測定[32]；超氧陰離子自由基(O2·-)產生速率采用對氨基苯磺酸法測定[32]；雙氧水(H2O2)含量采用KI 顯色法測定[34]；羥自由基(OH·)濃度采用2-脫氧-D-核糖顯色法測定[35]；丙二醛(MDA)含量采用硫代巴比妥酸法測定[36]。

1.4 數據統計分析

采用Microsoft Excel 2010和Origin 8.0軟件整理數據，SPSS 19.0 軟件進行數據統計分析，用最小顯著性差異法(LSD)進行差異顯著性檢驗(P<0.05)。

2 結果與分析

2.1 干旱脅迫對不同抗旱性苜蓿品種葉片相對含水量(RWC)和葉綠素(Chl)含量的影響

隨脅迫時間延長，隴中苜蓿，隴東苜蓿和甘農3號苜縮幼苗葉片的RWC、Chla含量及Chla/b比值不斷下降，Chlb含量不斷增加(圖1A，1B，1C和1D)。脅迫3 d時，供試苜蓿幼苗葉片的Chlb含量顯著增加，Chla含量和Chla/b比值顯著下降。脅迫6 d時，供試苜蓿葉片的RWC顯著下降。脅迫第12 d時，隴中苜蓿，隴東苜蓿和甘農3號苜蓿幼苗葉片的RWC、Chla含量及Chla/b比值降至最低值，其中RWC的降幅分別為34.14%，44.64%和48.32%；而Chlb含量增至最高值，其增幅分別為100.29%，98.92%和91.93%(P<0.05)。

品種間比較，脅迫第9～12 d時，隴中苜蓿幼苗葉片的RWC均顯著高于隴東苜蓿和甘農3號苜蓿(P<0.05)。脅迫第3～12 d時，隴中苜蓿幼苗葉片的Chla/b比值均顯著高于隴東苜蓿和甘農3號苜蓿(P<0.05)。

2.2 干旱脅迫對不同抗旱性苜蓿品種葉片初始熒光(Fo)和最大熒光(Fm)的影響

隨脅迫天數的增加，供試苜蓿的Fo值呈先增加后下降的變化趨勢，而Fm值不斷下降(圖2A、2B)。隴中，隴東和甘農3號苜蓿的Fm值在脅迫第9 d時顯著下降，且在脅迫12 d時降至最低值，降幅分別為14.26%，20.71%和29.31%(P<0.05)。除脅迫12 d外，供試苜蓿間的Fm值變化差異不顯著(P>0.05)。

2.3 干旱脅迫對不同抗旱性苜蓿品種葉片潛在光化學效率(Fv/Fo)和最大光化學效率(Fv/Fm)的影響

供試苜蓿幼苗的Fv/Fo和Fv/Fm值隨干旱時間的延長均呈不斷下降趨勢(圖3A,3B)。脅迫9 d時，隴中苜蓿，隴東苜蓿和甘農3號的Fv/Fo和Fv/Fm值均開始顯著下降，且在脅迫12 d時降至最低值，降幅分別為28.42%，29.77%，38.59%和9.83%，8.80%，10.79%(P<0.05)。品種間比較，隴中苜蓿的Fv/Fo值僅在脅迫第6 d時顯著高于隴東苜蓿和甘農3號，而在其他脅迫時間下，三者的Fv/Fo和Fv/Fm值差異不顯著。

圖2 不同干旱脅迫時間處理下各抗旱性苜蓿品種葉片的Fo和Fm值Fig.2 Dynamics of initial fluorescence (Fo) and maximal fluorescence (Fm) in leaf of different drought-tolerant alfalfa varieties under different drought stress time treatments

圖3 不同干旱脅迫時間處理下各抗旱性苜蓿品種葉片潛在Fv/Fo和Fv/Fm值Fig.3 Dynamics of potential photochemical efficiency (Fv/Fo) and the maximal chemical efficiency (Fv/Fm) in leaf of different drought-tolerant alfalfa varieties under different drought stress time treatments

2.4 干旱脅迫對不同抗旱性苜蓿品種葉片光化學淬滅系數(qP)和非光化學淬滅系數(qN)的影響

隨脅迫時間的延長，供試苜蓿幼苗的qP不斷下降；隴中苜蓿和隴東苜蓿的qN不斷升高，而甘農3號的qN呈先升高后下降的變化趨勢(圖4A,4B)。脅迫第6 d，隴中苜蓿，隴東苜蓿和甘農3號的qP均顯著下降，且在脅迫第12 d時降至最低值，降幅分別為39.39%，45.74%和65.05%(P<0.05)。供試苜蓿幼苗的qN均在脅迫6 d時顯著增加，其中甘農3號的qN在脅迫第9 d時增至最大值，而隴中苜蓿和隴東苜蓿在脅迫第12 d時增至最大值，增幅分別為78.80%和82.26%(P<0.05)。品種間比較，甘農3號的qP和qN在脅迫9 d時顯著高于隴中苜蓿和隴東苜蓿；而其qN在脅迫12 d時顯著低于隴中苜蓿和隴東苜蓿(P<0.05)。

2.5 干旱脅迫對不同抗旱性苜蓿品種光系統Ⅱ實際光化學量子產量(Yield)及表觀光合電子傳遞速率(ETR)的影響

供試苜蓿的Yield和ETR隨脅迫時間延長呈不斷下降的趨勢(圖5A，5B)。隴中苜蓿，隴東苜蓿和甘農3號的Yield和ETR均在脅迫第6 d時顯著下降，且在脅迫第12 d時降至最低值，降幅分別為44.91%，56.65%，60.63%和36.50%，51.10%，52.89%(P<0.05)。脅迫第9 d時，隴中苜蓿的Yield和ETR均顯著高于隴東苜蓿和甘農3號(P<0.05)；脅迫第12 d時，隴中苜蓿的ETR較隴東苜蓿和甘農3號分別高出31.77%和39.43%(P<0.05)。

圖4 不同干旱脅迫時間處理下各抗旱性苜蓿品種葉片的qP和qN值Fig.4 Dynamics of photochemical quenching (qP) and non-photochemical quenching (qN) in leaf of different drought-tolerant alfalfa varieties under different drought stress time treatments

圖5 不同干旱脅迫時間處理下各抗旱性苜蓿品種葉片的Yield和ETR值Fig.5 Dynamics of photochemical quantum yield of photosystem II (Yield) and photosynthetic electron transport rate (ETR) in leaf of different drought-tolerant alfalfa varieties under different drought stress time treatments

2.6 干旱脅迫對不同抗旱性苜蓿品種葉片活性氧(O2· -，H2O2和OH·)與丙二醛(MDA)含量的影響

隨脅迫天數的增加，供試苜蓿幼苗O2·-產生速率，H2O2含量，OH·濃度和MDA含量均不斷增加(圖6A，6B，6C和6D)。脅迫3 d時，供試苜蓿的MDA含量均顯著增加，隴中苜蓿和隴東苜蓿O2·-產生速率也顯著增加。脅迫6 d 時，甘農3號的活性氧(H2O2，OH·和O2· -)含量顯著增加；隴東苜蓿的H2O2含量和OH·濃度也顯著增加，而隴中苜蓿幼苗的H2O2含量和OH·濃度自脅迫9 d時顯著增加。脅迫第12 d，供試苜蓿幼苗的活性氧(H2O2，OH·和O2· -)和MDA含量均達到最高值。其中，隴中，隴東和甘農3號苜蓿葉片MDA含量的增幅為240.14%，352.61%和279.61%(P<0.05)。品種間比較，隴中苜蓿的H2O2和OH·含量在脅迫12 d時均最低，分別較隴東苜蓿和甘農3號低出12.36%、25.78%、17.39%和18.41%(P<0.05)。

2.7 不同抗旱性苜蓿品種各抗旱生理指標間關聯性特征及主要成分分析

相關性分析表明，品種間比較，隴中苜蓿葉片內，RWC與Chla/b(r=0.901，P<0.01)正相關，與Chlb(r=-0.918，P<0.01)負相關，與MDA(r=-0.908，P<0.01)負相關；Fv/Fo與Fv/Fm(r=0.912，P<0.01)正相關，qP與Yield(r=0.936，P<0.01)正相關，qP與qN(r=-0.839，P<0.01)負相關；ETR與Yield(r=0.933，P<0.01)正相關；MDA與O2· -(r=0.928，P<0.01)、H2O2(r=0.969，P<0.01)和OH·(r=0.974，P<0.01)均呈正相關。隴東苜蓿葉片內，RWC與Chla/b(r=0.933，P<0.01)正相關，與Chlb(r=-0.928，P<0.01)負相關，與MDA(r=-0.938，P<0.01)負相關；Fv/Fo與Fv/Fm(r=0.980，P<0.01)正相關，qP與Yield(r=0.967，P<0.01)正相關，qP與qN(r=-0.915，P<0.01)負相關，ETR與Yield(r=0.952，P<0.01)正相關；MDA與O2· -(r=0.975，P<0.01)、H2O2(r=0.981，P<0.01)和OH·(r=0.973，P<0.01)均呈正相關。甘農3號葉片內，RWC與Chla/b(r=0.900，P<0.01)正相關，與Chlb(r=-0.833，P<0.01)負相關，與MDA(r=-0.777，P<0.01)負相關；Fv/Fo與Fv/Fm(r=0.966，P<0.01)正相關，qP與Yield(r=0.842，P<0.01)正相關，ETR與Yield(r=0.939，P<0.01)正相關；MDA與O2· -(r=0.993，P<0.01)、H2O2(r=0.984，P<0.01)和OH·(r=0.979，P<0.01)均呈正相關(表1，2和3)。

圖6 不同干旱脅迫時間處理下各抗旱性苜蓿品種葉片活性氧(H2O2，OH·和O2· -)與MDA含量Fig.6 Dynamics ofreactive oxygen species(H2O2，OH·，and O2·-)and malondialdehyde (MDA) in leaf of different drought-tolerant alfalfa varieties under different drought stress time treatments

RWCChl a Chl b Chl a/bFo Fm Fv/FoFv/FmqPqNETRYieldO2·-H2O2OH·MDARWC1Chl a0.828??1Chl b-0.918??-0.869??1Chl a/b0.901??0.940??-0.981??1Fo-0.500??-0.563??0.627??-0.637??1Fm0.557??0.395?-0.640??0.557??-0.432?1Fv/Fo0.695??0.639??-0.803??0.765??-0.819??0.855??1Fv/Fm0.848??0.801??-0.892??0.885??-0.728??0.726??0.912??1qP0.795??0.908??-0.872??0.922??-0.560??0.415?0.640??0.777??1續表1RWCChl a Chl b Chl a/bFo Fm Fv/FoFv/FmqPqNETRYieldO2·-H2O2OH·MDAqN-0.604??-0.805??0.716??-0.804??0.507??-0.180-0.443?-0.585??-0.839??1ETR0.878??0.962??-0.922??0.961??-0.582??0.488??0.698??0.833??0.918??-0.793??1Yield0.768??0.948??-0.852??0.928??-0.540??0.373?0.608??0.769??0.936??-0.878??0.933??1O2·--0.823??-0.686??0.886??-0.828??0.488??-0.586??-0.673??-0.716??-0.705??0.586??-0.807??-0.659??1H2O2-0.876??-0.685??0.930??-0.852??0.516??-0.666??-0.741??-0.790??-0.701??0.510??-0.796??-0.641??0.959??1OH·-0.907??-0.778??0.956??-0.913??0.524??-0.612??-0.723??-0.818??-0.763??0.655??-0.854??-0.740??0.930??0.961??1MDA-0.908??-0.792??0.981??-0.936??0.551??-0.650??-0.759??-0.835??-0.804??0.641??-0.871??-0.764??0.928??0.969??0.974??1

注：*、**分別表示在5%和1%水平顯著性，下同

表2 干旱脅迫下隴東苜蓿各項耐旱性狀相關系數矩陣

表3 干旱脅迫下甘農3號各項耐旱性狀相關系數矩陣

主成分分析表明，干旱脅迫下，決定隴中苜蓿抗旱性第1主成分大小的主要是qN、Yield、Chla、qP、ETR，第2主成分大小的主要是Fm，兩個主成分均與葉綠素熒光特性相關的性狀。決定隴東苜蓿抗旱性第1主成分大小的主要是Chlb、OH·、MDA、Chla/b、H2O2，可以概括為葉綠素及膜脂過氧化因子；決定甘農3號苜蓿抗旱性第1主成分大小的主要是H2O2、O2· -、MDA、Fm、OH·，可概括為膜脂過氧化因子；此外，決定隴東苜蓿和甘農3號苜蓿第2主成分大小的都是Fo(表4)。

表4 干旱脅迫下各抗旱性苜蓿品種主成分特征向量及貢獻率

3 討論

植物吸收光能后主要有熱耗散、光合作用和熒光3個去向。其中，絕大部分光能以熱耗散的形式釋放，而用于進行光合作用的光能不足吸收光能的20%，還有一部分光能以葉綠素熒光方式釋放，三者之間此消彼長[18]。光合作用是植物生長的基礎，是植物生產力構成的最主要因素。干旱脅迫會抑制光合作用光反應中心電子傳遞、光能轉換、光合磷酸化及光合作用暗反應等一系列過程[37-38]。葉綠素熒光參數(如Fo、Fm、Fv/Fo、Fv/Fm、Yield、ETR、qP和qN)可以更好地從內部快速靈敏、無損傷地反映PSⅡ的狀態，成為分析評價植物光合機構的功能以及環境脅迫對其影響的重要參數[20-21,39-40]。葉綠素熒光淬滅系數有qP和qN兩種，其中qP反映的是PSⅡ天線色素吸收的光能用于光化學電子傳遞的份額，而qN反映的是PSⅡ天線色素吸收的光能不能用于光合電子傳遞而以熱的形式耗散掉的光能部分[17]。通過對不同抗旱性苜蓿品種幼苗葉片的葉綠素熒光參數分析，結果發現，干旱脅迫下，供試苜蓿幼苗的qN顯著增加，而Fm、Fv/Fo、Fv/Fm、qP、Yield和ETR顯著降低，說明干旱脅迫破壞了供試苜蓿的PSⅡ反應中心，抑制了PSⅡ光化學活性，降低了PSⅡ原初光能轉化效率，使PSⅡ潛在活性受損，進而破壞了紫花苜蓿的光合作用原初反應過程。這與前人對干旱脅迫下，番茄(Lycopersiconesculentum)[1]、甜菜(Betavulgaris)[9]、花生(Arachishypogaea)[10]、玉米(Zeamays)[39]和小麥(Triticumaestivum)[4,10]等葉綠素熒光參數變化的研究結果一致。

供試苜蓿幼苗葉片的葉綠素熒光參數變化對干旱脅迫表現相同和差異的響應特征。苜蓿的qP、Yield和ETR均在脅迫第6 d時顯著下降，而Fm、Fv/Fo和Fv/Fm則均在脅迫第9 d時顯著降低，說明超過一定脅迫時間的水分虧缺會引發苜蓿植株光合機構的異常，同時影響光合電子的傳遞，進而降低了紫花苜蓿的光合作用。相比之下，干旱脅迫下，葉綠素熒光參數(Fm、Fv/Fo、Fv/Fm、qP、Yield和ETR)的降幅以強抗旱隴中苜蓿最低，弱抗旱甘農3號最高，且在脅迫第12 d時，隴中苜蓿的qP和ETR均顯著高于隴東苜蓿和甘農3號。干旱脅迫第3～12 d時，供試苜蓿的qN均顯著增加，但脅迫時間超過9 d時，甘農3號qN的增幅降低。說明供試苜蓿均能以熱耗散的形式散失葉片吸收的熱能，以防御光抑制帶來的破壞，從而保護PSⅡ免受傷害，但甘農3號的熱耗散能力在脅迫超過9 d時顯著下降。隴中苜蓿的光合結構受破壞的程度低于隴東苜蓿和甘農3號，從而表現出較強的非輻射熱耗散能力和較高的電子傳遞速率。這與李超等[24]、謝燕等[41]和張仁和等[42]的研究結果一致，但與韓瑞宏等[6]的研究結果不同，可能是由于干旱脅迫下，除PSⅡ反應中心電子傳遞活性外，其他因素也會引起苜蓿光合機構的損傷。因此，試驗加入葉片RWC、葉綠素含量及活性氧產生速率等指標以系統分析不同抗旱性苜蓿品種響應干旱脅迫的光合生理差異[15-16]。

干旱脅迫下，植物的PSⅡ活性降低導致激發能的上升，引起能量過剩，產生過量的活性氧(ROS)，若不及時清除ROS會造成氧化脅迫[12,43]。研究表明，隨脅迫時間的增加，供試苜蓿的RWC不斷下降，而活性氧(O2· -，H2O2和OH·)和MDA含量均持續增加，說明持續干旱脅迫會引起苜蓿細胞脫水，破壞苜蓿體內ROS的產生與清除平衡狀態，細胞內ROS的大量積累加劇了膜脂過氧化作用，導致光合器官結構與功能的破壞及細胞內物質和能量代謝的失調，最終降低了葉片光合能力[44]。葉綠素含量、葉綠素成分組成及比例在不同植物間有著不同的變化[2,12]。Guo等[12]研究發現，干旱脅迫下，黑果枸杞(Lyciumruthenicum)的Chla，Chlb和Chl(a+b)的含量降低且Chla/b比率增加。而此次研究發現，隨脅迫時間延長，供試苜蓿的Chla含量和Chla/b比值不斷下降，而Chlb含量卻持續增加，可能是由于干旱脅迫下，Chla對ROS的反應較Chlb敏感，Chla含量的大幅降低引起了Chla/b比值的下降[45]。脅迫第3～9 d時，隴中苜蓿的RWC和Chla/b比值顯著高于隴東苜蓿和甘農3號，而H2O2含量和OH·濃度顯著低于隴東苜蓿和甘農3號，說明一定干旱脅迫條件下，隴中苜蓿具有較高的RWC和Chla/b比值，葉片遭受ROS的氧化損傷程度較輕，從而表現出較強的抗旱性；而當脅迫時間超過9 d時，供試苜蓿的MDA含量變化差異不顯著，說明干旱脅迫對供試苜蓿的膜系統均會造成嚴重的氧化損傷，供試苜蓿抗旱能力的差異可能與其體內酶促及非酶促抗氧化系統的協調能力有關。

通過相關性分析所測指標間的相關密切程度及其與苜蓿抗旱能力的關系，結果發現，除Fo外，其他指標間的相關密切程度均較高，說明干旱脅迫下，供試苜蓿葉綠素熒光參數變化及其體內膜脂過氧化程度能夠同時反映供試苜蓿的抗旱能力強弱。采用主成分分析進一步鑒定出對供試苜蓿抗旱能力貢獻較大的指標，其中對隴中苜蓿抗旱能力影響最大的主要為葉綠素熒光特性因子，而對隴東苜蓿和甘農3號抗旱能力影響最大的指標主要為膜脂過氧化因子。說明隨脅迫時間延長，不同抗旱性苜蓿品種體內的生理指標響應干旱脅迫的敏感性不同。干旱脅迫對隴中苜蓿的葉綠素熒光參數影響較小，但卻顯著增加了隴東苜蓿和甘農3號葉片內OH·，H2O2、O2· -和MDA含量，這可能也是隴中苜蓿具有強抗旱性的重要生理原因。然而，試驗僅從葉綠素熒光特性和膜脂過氧化程度的變化角度研究了不同抗旱性苜蓿品種響應干旱脅迫的生理機制。有關干旱脅迫下不同抗旱性苜蓿品種葉片PSⅡ光能利用與活性氧代謝協同調控的分子機制還需進一步深入研究。

4 結論

隨干旱脅迫時間延長，隴中苜蓿、隴東苜蓿和甘農3號幼苗的RWC、Chla含量、Chla/b比值、Fm、Fv/Fo、Fv/Fm、qP、Yield和ETR不斷下降；而Chlb含量、ROS(O2· -，H2O2和OH·)和MDA含量不斷增加。但隴中苜蓿葉片RWC、Chla含量、Fm、Fv/Fo、Fv/Fm、Yield和ETR的降幅及H2O2和MDA含量的增幅均低于隴東苜蓿和甘農3號。供試苜蓿葉片的RWC、Chla、Chla/b、Fm與Fv/Fo、Fv/Fm、ETR、Yield均呈極顯著正相關，RWC、Chla、Chla/b、Fm、Fv/Fm、qP、ETR、Yield與O2· -、H2O2、OH·、MDA均呈極顯著負相關。其中，對隴中苜蓿抗旱性影響最大的主要為葉綠素熒光特性因子，而對隴東苜蓿和甘農3號抗旱性影響最大的主要為膜脂過氧化因子。相比隴東苜蓿和甘農3號，隴中苜蓿的各項葉綠素參數受干旱影響小，其抗旱的重要生理原因是具有較強的葉片保水能力，較低的光合機構損傷及膜脂過氧化程度。