干旱脅迫對科爾沁沙地南蛇藤幼苗生理及光合特性的影響

肖巍

(1.遼寧章古臺科爾沁沙地系統國家生態定位觀測研究站，遼寧 阜新 123000；2.遼寧省沙地治理與利用研究所，遼寧 阜新 123000；3.遼寧工程技術大學環境科學與工程學院，遼寧 阜新 123000)

南蛇藤(CelastrusorbiculatusThunb.)，衛矛科南蛇藤屬藤狀灌木，在科爾沁沙地廣泛分布。近年來，研究認為南蛇藤莖、根、葉、果實、種子均可入藥，藥用價值很高[1-3]。目前，對南蛇藤的抗旱性研究還少有報道。本文采用盆栽試驗，通過人為控制土壤水分，測定南蛇藤幼苗葉片相對水分虧缺、丙二醛(MDA)、可溶性糖(SS)、相對電導率等生理指標和凈光合速率、氣孔導度等光合參數，研究干旱脅迫下南蛇藤葉片生理特性和光合參數的變化，旨在揭示南蛇藤幼苗在干旱脅迫下的光合生理適應特性，為南蛇藤在干旱、半干旱地區的推廣種植提供參考。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

研究區位于遼寧省彰武縣章古臺鎮，121°53′—122°22′ E，42°43′—42°51′ N，屬于科爾沁沙地南緣，是典型的亞濕潤大陸性氣候區。平均海拔226.5 m，年降水量450～550 mm，年蒸發量1 200～1 450 mm，年均氣溫6.1 ℃，年無霜期155 d，年均風速3.7 m·s-1。土壤以風沙土為主，有機質及其他養分含量較低。地處蒙古和華北植物區系交匯地帶，植被多為抗旱性較強的沙生植物。

1.2 試驗材料

4月中旬，將生長基本一致的2年生南蛇藤苗80株分別裝入營養杯中，常規水肥管理。7月末，將營養杯搬入防雨棚內，進行實驗。采用人工控水模擬干旱脅迫的方法，設4個水分梯度，每個梯度20株，即：對照(CK)，土壤含水量20%；輕度脅迫(K1)，土壤含水量12%；中度脅迫(K2)，土壤含水量8%；重度脅迫(K3)，土壤含水量5%。

1.3 測試方法

丙二醛含量采用硫代巴比妥酸法測定，可溶性糖含量采用蒽酮法測定，相對電導率采用電導率儀測定，光合參數用LI-Cor-6400XTR 型便攜式光合儀測定。

1.4 數據處理

所得數據用SPSS軟件進行統計分析。

2 結果與分析

2.1 干旱脅迫對南蛇藤生理特性的影響

表1 不同程度干旱脅迫下南蛇藤的生理指標

葉片相對水分虧缺是體現植物保水能力的指標，葉片相對水分虧缺愈大，說明水分虧缺愈嚴重[4]。丙二醛是細胞膜脂過氧化作用的產物，植物一旦受到逆境脅迫，將會加劇膜脂過氧化作用，丙二醛含量的高低能夠反映膜脂過氧化程度。可溶性糖是植物體內重要的滲透調節物質，植物在干旱脅迫下，可增加可溶性糖的含量，來維持細胞正常的滲透壓及膜系統的穩定性[5]。相對電導率可以反映細胞膜透性，在干旱脅迫下，膜脂過氧化作用導致細胞膜的結構和功能受到損傷，導致細胞膜透性增大[6]。

由表1可知，南蛇藤葉片的相對水分虧缺、丙二醛、可溶性糖和相對電導率均隨著干旱脅迫程度的加劇呈逐漸上升的趨勢。輕度脅迫時，只有相對電導率與CK差異顯著，說明此時南蛇藤葉片細胞膜受到的傷害程度較輕，基本可以忽略。中度脅迫時，相對水分虧缺、丙二醛、可溶性糖和相對電導率均開始顯著升高，說明南蛇藤應對干旱脅迫的響應機制已經開始啟動，但不同物質應對干旱的響應時間和響應程度不同，致使各物質增加的幅度不同。重度脅迫時，4項指標與CK的差異均達到顯著程度。其中，相對水分虧缺上升幅度最大，其次為可溶性糖，丙二醛上升幅度最小，分別比CK升高了184.28%、141.52%、102.11%，說明南蛇藤在應對重度脅迫時，體內產生的可溶性糖比丙二醛發揮的作用更大。

2.2 干旱脅迫對南蛇藤氣體交換參數的影響

表2 不同程度干旱脅迫下南蛇藤的氣體交換參數

由表2可以看出，隨著干旱脅迫程度的加劇，南蛇藤的Pn、Gs和Tr均呈逐漸下降趨勢，Ci先降低后升高。中度干旱脅迫開始，Pn、Gs和Tr3種參數的變化幅度開始增大。重度脅迫時，Pn、Gs和Tr分別較CK下降了62.90%、94.94%和71.56%，Ci比CK上升了10.53%。可見，中度和重度干旱脅迫對南蛇藤光合的抑制作用非常明顯。重度干旱脅迫時，南蛇藤依然有光合作用的發生。

凈光合速率和蒸騰速率是光合系統功能的直接體現，也是植物光合系統是否正常工作的指標[7]。隨著干旱脅迫程度的加劇，南蛇藤的Pn和Tr逐漸降低，說明南蛇藤可以不斷根據環境條件調整自己的光合作用，以適應外界環境的不利影響。氣孔是植物與大氣進行水汽和CO2交換的通道，影響著植物的光合與蒸騰[8]。南蛇藤幼苗的Gs逐漸下降，Ci先下降后升高，說明南蛇藤光合作用的調節是由氣孔因素和非氣孔因素共同作用產生的。

3 討論與結論

3.1 隨著干旱脅迫的加劇，南蛇藤的相對水分虧缺、丙二醛含量、可溶性糖含量和相對電導率均呈逐漸上升趨勢。在輕度脅迫時，相對水分虧缺、丙二醛含量、可溶性糖含量變化不大，說明輕度脅迫對植株傷害較輕，但是隨著脅迫程度的持續加大，相對水分虧缺、丙二醛含量、可溶性糖含量和相對電導率均表現出明顯升高，說明其細胞膜的受到嚴重破壞。

3.2 隨著干旱脅迫程度的加劇，南蛇藤幼苗光合生長受到明顯抑制，凈光合速率、氣孔導度和蒸騰速率逐漸降低，胞間CO2濃度先降低后升高。引起植物葉片凈光合速率降低的因素主要有氣孔限制和非氣孔限制兩類。在干旱脅迫下，氣孔限制是通過氣孔開度的減小甚至關閉，在保持植物體內水分平衡的同時，降低了光合作用；非氣孔限制是葉肉細胞光合活性下降導致的光合作用降低。前者使胞間CO2濃度降低，后者使其升高。說明在中度干旱脅迫，光合器官已經受到了損傷，導致光合作用降低。

3.3 雖然干旱脅迫對南蛇藤葉片生理指標和光合參數產生了一定影響，但在重度干旱脅迫下，南蛇藤依然存在光合作用，說明南蛇藤可以適應半干旱地區土壤水分虧缺下的生存條件，可以在科爾沁沙地南緣進行野外造林。