施用保水劑對干旱脅迫下大麥幼苗生長及光合特性的影響

趙鋒 包奇軍 張華瑜 柳小寧 牛小霞 潘永東

摘要：為了探討施用保水劑對干旱脅迫下大麥幼苗生長及光合特性的影響，給保水劑在大麥抗旱栽培中的應用提供理論依據。采用盆栽法通過測定在不同干旱脅迫下大麥幼苗根長、莖長、葉片相對含水量、葉片光合參數、葉綠素含量等指標，結果表明，在同等水分條件下，施用保水劑可增加大麥幼苗根長、莖長及葉片相對含水量，顯著增加大麥幼苗葉片的凈光合速率、氣孔導度、胞間CO2濃度、蒸騰速率，說明保水劑可以通過保持大麥葉片較高的光合特性來增強其碳同化能力，進而促進大麥幼苗的生長。且施用保水劑后大麥幼苗葉綠素含量得到顯著提高，從而減小了干旱脅迫對植株帶來的損害，延緩植株衰老。施用保水劑可以較好地促進干旱脅迫下大麥幼苗的生長發育。

關鍵詞：大麥；保水劑；干旱脅迫；幼苗生長

中圖分類號：S512.3? ? ? ? ? ? ? 文獻標志碼：A? ? ? ? ? ? ? 文章編號：2097-2172（2022）03-0227-04

doi：10.3969/j.issn.2097-2172.2022.03.008

Effects of Water-retaining Agent on the Growth and Photosynthesis

Characteristics of Barley Seedlings under Drought Stress

ZHAO Feng， BAO Qijun， ZHANG Huayu， LIU Xiaoning， NIU Xiaoxia， PAN Yongdong

（Institute of Economic Crop and Beer Materials， Gansu Academy of Agricultural Sciences， Lanzhou Gansu 730070， China）

Abstract： In this study， the physiological basis for the application of water-retaining agent to improve the drought resistance of barley seedlings under different drought stresses was investigated by measuring root length， stem length， leaves relative water content， leaf photosynthetic parameters and chlorophyll content using the pot method. The results showed that water-retaining agent could effectively enhance root length， stem length and relative leaf water content of barley seedlings under drought stress. Application of water-retaining agent could increase the carbon assimilation capacity of barley seedlings by enhancing net photosynthetic rate， stomatal conductance， intercellular CO2 concentration and transpiration rate， and maintaining high photosynthetic characteristics of leaves， thus promoting the growth of forage barley seedlings. Application of water-retaining agent could significantly increase the chlorophyll content of barley seedlings， reduce the damage caused by drought stress and delay plant senescence. Thus， Application of water-retaining agent could better promote the growth and development of barley seedlings under drought conditions.

Key words： Barley; Water-retaining agent; Drought stress; Seedling growth

干旱一直是制約我國農業發展的重要因素，近年來，由于全球氣候變暖，干旱情況也隨之加劇，水資源已經成為影響植物生長的主要脅迫因素［1 ］。幼苗期是植物對外界環境非常敏感的時期，容易受到外界環境的影響［2 ］。大麥（Hordeum vulgare L.）屬于禾本科大麥屬植物，是世界上最古老的農作物之一，作為僅次于小麥、水稻和玉米的第四大禾谷類作物，主要被應用于飼料飼草、啤酒釀造、食用及藥品制造［3 - 4 ］，與其他谷類作物相比，能更好地適應干旱、寒冷、鹽脅迫等惡劣環境［5 ］。倪秀珍等［6 ］研究發現，缺水條件下，大麥種子的萌發與幼苗生長會受到嚴重抑制。

土壤保水劑是一種吸水性很強的新型高分子聚合物，能迅速吸收并保持自身質量數百倍乃至數千倍的水分，在干旱情況下又可將水分緩慢釋放供作物利用，能提高干旱脅迫下植物的滲透調節能力，誘導葉片葉綠素合成，提高光合作用［7 - 8 ］。目前，關于保水劑的研究大都在保水劑類型及改善土壤方面。李陽明等［9 ］研究發現，隨著保水劑施用量增加，土壤中的飽和含水量會明顯增大，施用保水劑后土壤重力水明顯增加，同時土壤的入滲性能受到抑制，從而減緩了土壤水分蒸發速率。胡楊等［10 ］通過研究保水劑用量對土壤持水性的影響發現，保水劑對渣土的持水性在低吸力段依靠其毛管孔隙狀況，且隨用量的增加渣土毛管孔隙持水能力隨之增加。郭東權等［11 ］通過研究發現，保水劑在保水固沙有著一定的作用。在對作物施用保水劑后的研究方面也僅限于對樹苗的研究，如龐海穎［12 ］通過研究發現，施用保水劑可緩解仁用杏幼苗的水分脅迫，提高植物的抗旱性。目前關于保水劑對大麥幼苗干旱脅迫下生長發育的研究相對較少。我們采用盆栽法，通過測定在不同干旱脅迫下大麥幼苗根長、莖長、葉片相對含水量、葉片光合參數、葉綠素含量等指標，探討施用保水劑對干旱脅迫下大麥幼苗生長及光合特性的影響，為保水劑在大麥抗旱栽培中的應用提供理論依據。

1? ?材料與方法

1.1? ?供試材料

指示大麥品種為甘啤8號，由甘肅省農業科學院經濟作物與啤酒原料研究所提供。試驗選用保水劑為海瑞達保水劑，由甘肅海瑞達公司提供。保水劑吸水倍率為300倍，推薦（規定）用量為0.14 g/kg土。營養土和蛭石均由甘肅中瑞化工有限公司提供，其中營養土含全氮130 mg/kg、全磷160 mg/kg、全鉀135 mg/kg、有機質385 g/kg，pH 7.25。

1.2? ?試驗方法

試驗于2022年3月20日至4月15日在位于武威市黃羊鎮的甘肅省農業科學院黃羊麥類作物試驗站進行。試驗采用盆栽法，將甘啤8號大麥種子播種于規格為28 cm（盆高）×32 cm（外徑）的塑料盆中，盆中裝有營養土和蛭石按質量比為1∶1的比例混合均勻的試驗用土壤（田間持水量為35%）3 kg，按照試驗設計將保水劑與試驗用土壤均勻混合裝入盆中，放置在露天透光遮雨棚下。

試驗共設6個處理：①CK，充足水分條件下（土壤相對含水量為75%）不施保水劑；②CK-S，充足水分條件下（土壤相對含水量為75%）施用保水劑0.42 g；③W1，輕度干旱條件下（土壤相對含水量為55%）不施保水劑；④W1-S，輕度干旱條件下（土壤相對含水量為55%）施用保水劑0.42 g；⑤W2，重度干旱條件下土壤相對含水量為35%）不施保水劑；⑥W2-S，重度干旱條件下（土壤相對含水量為35%）施保水劑0.42 g。每處理均種植6盆大麥，每盆種植8株，共計36盆，播種深度2 cm。播種后按照充足水分條件（土壤相對含水量75%）每2 d通過容重法和水分測定儀對所有處理均補充1次水分，以確保大麥發芽。大麥發芽后按照試驗處理每2 d補充1次水分，每次補水至土壤相對含水量分別達到試驗設計要求，大麥3葉期測定各處理相關指標。試驗設計方案見表1。

1.3? ?測定項目及方法

1.3.1? ? 幼苗根長和莖長? ? 每處理隨機取3葉期大麥5株，將大麥幼苗沖洗干凈，用直尺測量其幼苗根長，每株主莖的高度即為大麥莖長，取平均值。

1.3.2? ? 葉片相對含水量? ? 隨機取5株3葉期大麥幼苗的完全展開葉，測定每株大麥葉片鮮重（FW），再將葉片置于 4 ℃完全黑暗的環境中吸水 8 h 測定其葉片飽和重（TW），然后將其葉片置于80 ℃烘箱 24 h 后測定其干重（DW），計算葉片相對含水量（RWC），最終結果取5株的平均值。

葉片相對含水量（RWC）＝［（FW-DW）/（TW- DW）］×100%

1.3.3? ? 葉綠素含量? ? 取3葉期大麥新鮮葉片，經丙酮研磨，用分光光度計測定葉綠素 a、葉綠素 b 及葉綠素總量的含量［13 ］。

1.3.4? ? 光合參數測定? ? 使用美國LI-COR 公司LI-6400便攜式光合儀，于晴朗天氣8：00 — 10：00時測定大麥幼苗3葉期光合作用凈光合速率、氣孔導度、胞間CO2濃度及蒸騰速率。每處理隨機選5株3葉期大麥，每株選1個大麥葉片，重復3次，取平均值。

1.4? ?數據處理及分析方法

試驗所有數據均采用軟件Excel 2016和軟件SPSS22.0 進行統計分析。

2? ?結果與分析

2.1? ?不同處理對大麥幼苗生長的影響

從表2可以看出，隨著干旱程度的增加，大麥幼苗的根長、莖長以及葉片相對含水量均呈現顯著降低的趨勢。與未施用保水劑同等水分條件的處理相比，施用保水劑后，大麥幼苗的根長和莖長均顯著增加。在輕度干旱和重度干旱脅迫條件下，施用保水劑后各處理大麥幼苗葉片相對含水量均顯著增加，在正常澆水條件下施用保水劑后葉片相對含水量較未施用保水劑葉片相對含水量增長不明顯。由此表明，在正常澆水和干旱脅迫下，施用保水劑對大麥幼苗的生長均有一定的促進作用。

2.2? ?不同處理對大麥幼苗葉片光合特性的影響

從表3可以看出，隨著干旱程度的增加，大麥幼苗的凈光合速率、氣孔導度、胞間CO2濃度、蒸騰速率均呈降低的趨勢。與未施用保水劑同等水分條件的處理相比，施用保水劑后，在不同干旱脅迫條件下大麥幼苗的凈光合速率、氣孔導度、胞間CO2濃度、蒸騰速率均有不同程度的增加。在施用保水劑情況下，正常澆水與輕度干旱脅迫下大麥幼苗的凈光合速率、氣孔導度、胞間CO2濃度、蒸騰速率差異不顯著，但兩者均與重度干旱下差異顯著。說明施用保水劑后，可以保持葉片較高的光合性能，進而促進大麥幼苗的生長。

2.3? ?不同處理對大麥幼苗葉片葉綠素含量的影響

從表4可以看出，在輕度干旱情況下，大麥幼苗葉片的葉綠素a、葉綠素b含量會適量提高，但在重度干旱條件下會出現下降的趨勢。同一干旱條件下，與未施用保水劑同等水分條件的處理相比，施用保水劑后，大麥幼苗葉片葉綠素a、葉綠素b含量均明顯提高，與未施用保水劑的處理差異顯著。說明施用保水劑后可以在一定程度上增加大麥幼苗葉片的葉綠素含量，有利大麥的光合作用。

3? ?討論與結論

葉片相對含水量可以反映植物在受到干旱脅迫后的水分虧缺情況［14 ］。本研究中，隨著干旱程度的增加，大麥幼苗葉片含水量呈現顯著降低的趨勢。在輕度干旱和重度干旱條件下，施用保水劑后可以明顯提高大麥幼苗葉片相對含水量，從而降低干旱脅迫對大麥幼苗的影響。與未施用保水劑同等水分條件的處理相比，施用保水劑后，大麥幼苗的根長和莖長均顯著增加，促進幼苗的生長。這與劉禮等［15 ］人的研究相同，即施用一定量的保水劑會在一定程度上促進農作物根系的生長，同時也會提高葉片相對含水量，從而促進作物生長。

光合作用對植物的生長發育中起著至關重要的作用，干旱脅迫通過降低植物幼苗葉片的光合作用，抑制其生長 ［16 - 17 ］。在本研究中，與未施用保水劑同等水分條件的處理相比，施用保水劑后，大麥幼苗在不同干旱脅迫條件下的凈光合速率、氣孔導度、胞間CO2濃度、蒸騰速率均有不同程度的增加。韓玉玲等［18 ］在研究分析干旱脅迫下施用保水劑對辣椒葉片的影響時也發現，施用保水劑可顯著增強辣椒的凈光合速率、胞間CO2濃度、氣孔導度和蒸騰速率等光合參數。

植物葉綠素含量的高低也在一定程度上說明了植物生長的狀況的好壞［19 - 21 ］。在本研究中，同一干旱條件下，施用保水劑后，大麥幼苗葉片葉綠素a、葉綠素b含量較未施用保水劑同等水分條件的處理均明顯提高。施用保水劑可增加大麥幼苗的葉綠素含量，提高其光合作用能力，從而增強大麥抗旱能力。王啟劍等［22 ］在研究不同根部處理劑對植物根苗移栽成活率和生理特性的過程中也發現，施用保水劑可以顯著提高植物葉片的葉綠素含量。

綜上所述，施用保水劑可增加干旱脅迫下大麥幼苗根長、莖長、葉片相對含水量，可通過增強大麥幼苗葉片的凈光合速率、氣孔導度、胞間CO2濃度、蒸騰速率，保持葉片較高的光合性能，增強其碳同化能力，進而促進大麥幼苗的生長。同時，施用保水劑可增加大麥幼苗的葉綠素含量，減小干旱脅迫對植株帶來的損害，延緩植株衰老，從而增強大麥幼苗抗旱能力。

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收稿日期：2022 - 10 - 13；修訂日期：2022 - 11 - 03

基金項目：國家自然基金（31760358、? 32260535）；國家大麥青稞產業體系 （CARS-05-01A-08）；甘肅省農業科學院中青年基金項目（2021GAAS38）。

作者簡介：趙? ?鋒（1990 — ），男，甘肅寧縣人，助理研究員，碩士，主要從事大麥青稞遺傳育種及栽培技術研究工作。Email：gsagrzhao@163.com。

通信作者：潘永東（1962 — ），男，甘肅武威人，研究員，主要從事大麥青稞遺傳育種及栽培技術研究工作。Email：panyongdong1010@163.com。