干旱脅迫對核桃幼苗光合作用的影響

摘要：為了解干旱脅迫對核桃幼苗葉片中葉綠素含量的影響，探究不同干旱處理下2年生核桃幼苗響應機制。本研究以甘肅省隴南市武都區核桃研究基地2年生“波尼”核桃幼苗作為實驗材料，采用自然干旱法進行脅迫處理，對脅迫0 d、3 d、6 d、9 d核桃幼苗分別測定葉綠素a含量、葉綠素b含量及總葉綠素含量。通過單因素方差分析、多重比較分析、相關性分析及預測模型構建的手段進行分析。結果表明，不同干旱脅迫處理下，“波尼”核桃幼苗葉片中葉綠素a含量、葉綠素b含量及總葉綠素含量存在顯著性差異（Plt;0.05）。葉綠素a含量隨著干旱脅迫天數增加而降低，葉綠素b含量在干旱脅迫第6 d顯著高于干旱脅迫第9 d，總葉綠素含量隨干旱脅迫天數的不斷增加呈降低趨勢。因此，“波尼”核桃幼苗抗旱性不敏感，短期的干旱不會對其造成傷害。本研究結果可為“波尼”核桃在西北干旱區核桃推廣栽培提供一定的理論依據。

關鍵詞：核桃；干旱脅迫；光合作用；葉綠素

Effects of drought stress on photosynthesis of Juglans regia seedlings

WANG Mingguo1，2，WANG Yating3 ，LIU Kailin2，LIU Xiaopin2

（1Minqin National Research Station for Desert Steppe Ecosystem， Minqin Gansu 733300; 2Gansu Desert Control Research Institute， Lanzhou Gansu 730070；

3Gansu Agricultural University Landscape Engineering College，Lanzhou Gansu，730070）

Abstract： To understand the effect of drought stress on chlorophyll content in leaves of J. regia seedlings and explore the response mechanism of 2-year-old J. regia seedlings under different drought treatments. This study used 2-year-old ' Boni ' J. regia seedlings from the J. regia research base in Wudu District， Longnan City， Gansu Province as experimental materials. The stress treatment was carried out using natural drought method， and the chlorophyll a content， chlorophyll b content， and total chlorophyll content of J. regia seedlings were measured after 0 d， 3 d， 6 d， and 9 d of stress. One-way analysis of variance， multiple comparison analysis， correlation analysis and prediction model construction were used for analysis. The results showed that there were significant differences in chlorophyll a content， chlorophyll b content and total chlorophyll content in leaves of ' Boni ' J. regia seedlings under different drought stress treatments （ P lt; 0.05 ）. The content of chlorophyll a decreased with the increase of drought stress days. The content of chlorophyll b was significantly higher on the 6th day of drought stress than on the 9th day of drought stress. The total chlorophyll content decreased with the increase of drought stress days. Therefore， the drought resistance of ' Boni ' J. regia seedlings is not sensitive， and short-term drought will not cause damage to them. The results of this study can provide a theoretical basis for the promotion and cultivation of J. regia in the arid area of Northwest China.

Key words： Juglans regia；drought；photosynthesis；chlorophyll

干旱脅迫是影響植物生長最主要的非生物脅迫之一，會對植物的形態發育、代謝以及各方面的生理生化指標產生負面影響[1]。葉綠素是綠色植物進行光合作用的主要色素及重要物質基礎，它的含量直接影響到植株的生長狀況，與植物葉片的光合能力息息相關[2-4]。據相關研究表明，干旱脅迫會影響葉片生長，導致葉片氣孔關閉，葉片中葉綠素含量降低，使得核桃葉片光合作用降低，從而影響核桃產量。近年來，國內對核桃抗旱性研究方法多采用自然干旱脅迫及復水法、模擬干旱脅迫法，主要研究核桃不同品種的抗旱性、核桃葉片結構、不同品種核桃對干旱脅迫的響應機制等，選育出高產、優質、高抗性的核桃品種，以此來實現核桃經濟效益最大化[5，6]。

目前關于核桃干旱脅迫的相關研究大多是對1年生幼苗或在室內培養核桃幼苗開展干旱脅迫處理研究，而對于多年生的核桃幼苗進行干旱處理的研究相對較少，1年生核桃幼苗對外界環境較敏感，其干旱脅迫后的光合指標變化浮動較大，可能存在偏差。因此本研究以2年生的核桃幼苗為實驗材料，通過不同干旱脅迫處理，測定其葉片光合指標葉綠素a含量、葉綠素b含量及總葉綠素含量，分析不同干旱處理下2年生核桃幼苗葉片葉綠素a含量、葉綠素b含量、總葉綠素含量的變化特征及其差異性，探究不同干旱處理下2年生核桃幼苗響應機制，為核桃干旱脅迫研究及西北干旱區核桃推廣栽培提供一定的理論依據。

1" 材料與方法

1.1" 實驗地概況

核桃苗木來自于甘肅省隴南市武都區核桃研究基地，選擇長勢較好，且無病蟲害的2年生“波尼”品種核桃幼苗。該地屬于北亞熱帶半濕潤氣候與暖溫帶半干早氣候的過渡區域，溫差懸殊，四季分明，海拔低于1000 m，年均溫度為14.9℃，最高溫40℃，最低溫-9℃，干燥度小于1，無霜期大于280 d，春夏多陰雨，日照時數為1400 ～ 2200 h，輻射量在419 ～ 502×104 kJ/（cm2·a）。

1.2" 實驗材料

選擇甘肅省隴南市武都區核桃研究基地內生長健康且樹體大小基本一致的“波尼”核桃品種苗木作為實驗材料，將其移栽至規格為30 cm×30 cm×20 cm的圓形塑料花盆中，共12盆，置于室內培育。栽培苗木的基質為蛭石與泥炭混合（比例為1：2），首次移栽，試驗核桃幼苗澆透水，后每天正常澆水，保持培養基質濕潤，培養15 d。采用自然干旱法進行脅迫處理，在干旱脅迫處理第0 d（CK）、3 d、6 d、9 d土壤含水量分別在田間持水量的80%～70%（正常供水）、60%～50%（輕度脅迫）、40%～30%（中度脅迫）、20%～10%（重度脅迫）時進行取樣，每次選取同一植株上的葉片，3次重復，標記，帶回實驗室保存備用。

1.3" 測定方法

分別取干旱脅迫處理第0 d（CK）、3 d、6 d、9 d新鮮干凈核桃幼苗葉片，采用分析天平（lt;0.001 g）稱量0.5 g于研缽中剪碎，加入少許石英砂、碳酸鈣粉、4～6 mL95%乙醇，充分研磨，繼續加入95%乙醇研磨至葉片組織變為白色，靜置一段時間，取1張干凈濾紙放干漏斗內壁，用乙醇浸濕，玻璃棒置于濾紙3層處，把勻漿沿玻璃棒引流，過濾到50 mL棕色容量瓶中，用乙醇洗研缽及玻璃棒，一并轉入，最后用95%乙醇定容至50 mL，重復3次。

取潔凈比色皿，先用少量待測液清洗2～3次，然后將溶液倒入比色皿中，將灑出的溶液用濾紙吸干，第1個比色皿中放95%乙醇溶液為空白對照。然后測定其在波長663 nm和645 nm下的吸光度，取3次重復平均值。

葉綠素a含量=（12.7D663nm-2.69D645nm）×V/1000m

葉綠素b含量=（22.9D645nm-4.68D663nm）×V/1000m

總葉綠素含量=（20.21D645 nm +8.02D663 nm）×V/1000m

式中：D663 nm、D645 nm分別為在663 nm、645 nm下的吸光度值；

V為待測液的體積（mL）；

m為葉片鮮質量（g）。

1.4" 數據分析

采用Microsoft Excel 2010對采集的試驗數據進行整理，利用SPSS 20.0軟件進行方差分析、多重比較分析、相關性分析及預測模型構建，顯著性檢驗（Plt;0.05），利用Origin 2017進行圖表制作。

2" 結果與分析

2.1" 不同干旱處理對核桃幼苗葉綠素含量的顯著性分析

通過對核桃幼苗不同程度的干旱脅迫（脅迫處理第0 d（CK）、3 d、6 d、9 d），測定其葉綠素a、葉綠素b和葉綠素總量的變化特征。結果表明，不同干旱脅迫處理對核桃幼苗葉綠素a、葉綠素b以及總葉綠素含量間存在極顯著性差異（Plt;0.01），說明不同程度干旱脅迫對核桃幼苗葉片葉綠素含量影響較大。

2.2" 不同干旱處理對核桃幼苗葉綠素含量多重比較分析

為探究不同干旱脅迫處理對核桃幼苗葉綠素含量的影響機制，在單因素方差分析的基礎上，對不同干旱脅迫處理下核桃幼苗葉綠素含量進行多重比較分析，結果表明，在不同干旱脅迫處理下，核桃幼苗葉片中的葉綠素a含量由高到低依次是干旱脅迫處理第0 d gt; 3 d gt; 6 d gt; 9 d，其值分別為：1.1467、0.9467、0.7767和0.6100；葉綠素b含量由高到低依次是干旱脅迫處理脅迫第0 d gt; 6 d gt; 3 d gt; 9 d，其值分別為：0.6400、0.5733、0.5933和0.3900；總葉綠素含量由高到低依次是干旱脅迫處理脅迫第0 d gt; 3 d gt; 6 d gt; 9 d，其值分別為：1.7600、1.4800、1.3800和1.0000。說明核桃幼苗當遭受到干旱時，其葉片中葉綠素a、葉綠素b及總葉綠素含量會隨著干旱程度的加劇而降低，進而影響其光合效率（表3）。

2.3" 不同干旱處理對核桃幼苗葉綠素含量變化趨勢分析

利用Origin 2017軟件對不同干旱處理對核桃幼苗葉綠素含量變化趨勢進行對比分析，核桃幼苗葉片中葉綠素a和總葉綠素含量在干旱脅迫處理第0 d（CK）、3 d、6 d、9 d呈現不斷下降的趨勢，在干旱脅迫處理第9 d達到最低值，相對光合效率也隨之降低；葉綠素b含量在干旱脅迫處理第6 d較第9 d的含量明顯升高。由圖1得出，不同干旱脅迫處理時間下，核桃幼苗葉片中的葉綠素含量會受到不同程度的影響。

2.4" 不同干旱處理對核桃幼苗葉綠素含量相關性分析

通過對不同干旱脅迫處理下核桃幼苗葉片葉綠素a、葉綠素b以及總葉綠素含量相關性分析表明，葉綠素a含量與葉綠素b含量呈極顯著正相關關系，其相關系數為0.840，葉綠素a與總葉綠素呈極顯著正相關關系，其相關系數為0.966，葉綠素b與總葉綠素呈極顯著正相關關系，其相關系數為0.939。分析結果表明不同葉綠素含量之間存在極強的相關性。

2.5" 不同干旱處理對核桃幼苗葉綠素含量預測模型構建

利用Microsoft Excel 2010對不同干旱脅迫處理下核桃幼苗葉片中葉綠素a、葉綠素b以及總葉綠素含量進行預測模型構建。發現葉綠素a、葉綠素b及總葉綠素含量相互之間構建的回歸預測模型擬合效果均達到統計學上的極顯著水平，說明預測模型具有良好的擬合效果，可以利用葉綠素a含量或葉綠素b含量預測總葉綠素含量，也可利用總葉綠素含量預測葉綠素a含量或葉綠素b含量。

3" 討論

本文主要以甘肅省隴南市武都區核桃研究基地2年生“波尼”核桃幼苗為研究對象。有研究表明，核桃葉片中葉綠素含量會隨著干旱脅迫天數的遞增而降低。本研究中，從不同干旱脅迫與葉綠素含量之間單因素方差分析（表2），得出葉綠素a、葉綠素b以及總葉綠素含量在不同干旱脅迫程度間存在顯著性差異（Plt;0.05）。在對不同干旱脅迫處理下葉綠素含量單因素方差分析的基礎上進行了不同干旱脅迫處理下核桃幼苗葉綠素含量的多重比較分析（表3），發現不同干旱脅迫處理下核桃幼苗葉片中葉綠素a、葉綠素b及總葉綠素含量較對照組有所下降，說明干旱脅迫會影響核桃葉片中葉綠素的含量，本實驗結論與沈媛媛[7]一致。

在不同干旱脅迫處理下核桃幼苗葉綠素含量相關性分析結果顯示，不同葉綠素a、葉綠素b和葉綠素總量之間存在一定的相關性。本實驗結果表明，葉綠素a含量和葉綠素b含量呈極顯著正相關關系，相關系數為0.840，葉綠素a含量和總葉綠素含量呈極顯著正相關關系，相關系數為0.966，葉綠素b含量和總葉綠素含量呈極顯著正相關關系，相關系數為0.939。因此，干旱脅迫對核桃幼苗不同葉綠素含量之間存在極強的正相關性，在黃曉露等[8]對核桃光合及生理研究中也有相同的研究結論，進一步印證了本研究的實驗結論。

干旱對作物的影響主要通過光合作用和水分利用等生理過程完成[9，10]。不同干旱脅迫會造成一定程度上核桃幼苗葉片葉綠素含量的降低。核桃受到干旱脅迫后，幼苗葉片氣孔關閉減少蒸騰，二氧化碳無法進行氣體交換導致葉片光合效率降低[11，12]。相關研究結果顯示，干旱脅迫下植物體內會產生大量的自由基，使得葉綠體膜過氧化，膜系統遇到損傷，致使葉綠素降解，造成葉綠素含量降低，這是因為植物體內葉綠素的合成與降解之間的平衡被破壞[13]。本實驗中，不同干旱脅迫處理對核桃幼苗葉綠素含量變化趨勢研究結果表明（圖1），干旱脅迫下，核桃幼苗葉片中的葉綠素a含量及總葉綠素含量隨著干旱脅迫天數的增加而降低。葉綠素是植物進行光合作用的主要成分，雖葉綠素b不能進行光合作用，但它可以吸收光能并將所吸光能全部傳給葉綠素a。可能是因為干旱脅迫導致葉片相對含水量降低，葉片生長速度變緩。為了確保核桃葉片對光能的充分利用，葉片單位面積的葉綠素含量就會升高，提高轉化率保證碳同化，增強體內的新陳代謝，增強它的抗旱性。葉綠素含量雖升高，但會因為水分含量減少導致葉綠素的活性降低[14]，生長速度減緩。研究結果印證了葉綠素b含量在干旱脅迫6 d時升高，9 d又下降到正常值這一現象。因此，本實驗結果表明，干旱脅迫處理下核桃幼苗葉片葉綠素b含量沒有葉綠素a和總葉綠素含量變化趨勢明顯，連續的干旱脅迫不會對葉綠素b含量造成嚴重影響。本實驗不能更好的印證干旱脅迫會不會對核桃葉片中葉綠素b含量造成影響，可能是因為干旱脅迫導致核桃幼苗葉片相對含水量降低，為保證葉片充分利用光能而提升葉片單位面積葉綠素含量，所以本研究結果有待進一步論證。

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