張金政，張起源，孫國峰，何卿，李曉東* ，劉洪章*

(1.中國科學(xué)院植物研究所，北京100093;2.吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，吉林長春130118;3.國家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作北京中心，北京100190)

近年來，在全球氣候變化背景下干旱頻繁發(fā)生且日趨嚴(yán)重，大部分國家和地區(qū)都不同程度地受到干旱威脅［1］，合理利用水資源成為一個(gè)世界性的課題。而水資源短缺已成為干旱地區(qū)限制植物正常生長發(fā)育的關(guān)鍵因素。

玉簪屬(Hosta)植物作為重要的耐陰地被觀賞植物，被世界各地廣泛栽培應(yīng)用。玉簪為淺根性地被植物，根系分布不超過40 cm，其耐旱能力與木本植物相比是有限的。大多數(shù)玉簪喜潮濕環(huán)境，生長季節(jié)每周平均的降雨量25～30 mm利于玉簪生長［2］。在園林綠化過程中，經(jīng)常會(huì)因降雨過少而導(dǎo)致干旱脅迫從而使玉簪的生長受到抑制。由于玉簪屬植物應(yīng)用量較大，需要進(jìn)行節(jié)水栽培。目前園林應(yīng)用的玉簪主要有兩類，有走莖的玉簪和無明顯走莖的玉簪;二者對(duì)肥料的需求和利用效率不同［3］;而二者對(duì)水分的需求和利用效率有無差異尚不清楚。

干旱脅迫能夠?qū)χ参锏耐獠啃螒B(tài)、內(nèi)源激素、光合作用等產(chǎn)生多方面的影響［4-5］。短期或輕度干旱脅迫下植物葉片水勢(shì)降低、氣孔關(guān)閉，降低了CO2的攝取與光合作用;長期而嚴(yán)重的干旱脅迫可抑制植株生長，并引起外觀形態(tài)和生物量的變化，甚至?xí)率怪参锼劳觯?-10］。而短期干旱脅迫后復(fù)水，部分生理指標(biāo)能得到不同程度的恢復(fù)［11］，既保證了植物的生長發(fā)育需要又做到了節(jié)水，成為近年研究的一個(gè)熱點(diǎn)。然而有關(guān)干旱脅迫及復(fù)水對(duì)玉簪生長和光合作用的影響方面的研究尚未見報(bào)道。本文以中國原產(chǎn)玉簪屬原種東北玉簪(H.clausa var.ensata)(有走莖小型玉簪)和紫萼玉簪(H.ventricosa)(無走莖大型玉簪)為材料，通過研究干旱脅迫及脅迫后復(fù)水對(duì)2種玉簪干物質(zhì)量、部分形態(tài)指標(biāo)、葉綠素含量、氣體交換和葉綠素?zé)晒鈪?shù)的影響，旨在揭示干旱脅迫及復(fù)水對(duì)玉簪屬植物生長和光合作用的影響機(jī)制，為提高玉簪屬植物水分利用效率和實(shí)行節(jié)水栽培提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料與處理

試驗(yàn)在中國科學(xué)院植物研究所植物園引種馴化組試驗(yàn)地進(jìn)行。2010年4月選擇田間生長一致的3年生東北玉簪(有走莖小型玉簪)和紫萼玉簪(無走莖大型玉簪)大苗移栽到花盆中(規(guī)格為29 cm×24 cm，每盆裝栽培土6 kg，栽植1株，每株留1芽)，進(jìn)行正常的栽培管理。光照強(qiáng)度為自然光照的50%(黑色遮陽網(wǎng)遮蔭)。栽培基質(zhì)為園土∶黃沙土∶草炭 =3∶1∶1，其營養(yǎng)狀況為:全氮0.012%、水解性氮11.3 mg/kg、全磷12.2 mg/kg、全鉀 1.68%、有機(jī)質(zhì) 0.312%、pH 8.2。

于2010年6月開始進(jìn)行干旱脅迫處理。根據(jù)張起源［12］的研究結(jié)果，試驗(yàn)設(shè)3個(gè)水分梯度:對(duì)照(CK，土壤相對(duì)含水量為90% ～95%)、中度干旱脅迫(moderate drought stress，簡寫為MD，土壤相對(duì)含水量為50% ～55%)和重度干旱脅迫(severe drought stress，簡寫為SD，土壤相對(duì)含水量為30% ～35%)。脅迫時(shí)間:15，30和45 d。開始控水后每天18:00采用稱重法測量土壤含水量，補(bǔ)充當(dāng)天的水分消耗，使土壤含水量保持在設(shè)定范圍內(nèi)。對(duì)不同脅迫處理到達(dá)設(shè)定脅迫時(shí)間后的相關(guān)指標(biāo)(形態(tài)指標(biāo)、生物量、葉綠素含量、氣體交換參數(shù)和葉綠素?zé)晒鈪?shù))進(jìn)行測定，作為復(fù)水前的基準(zhǔn)值;測定完立即復(fù)水(rewatering，簡寫為RW，恢復(fù)至土壤相對(duì)含水量為80% ～85%)，復(fù)水后15 d再次分別對(duì)CK、MD、SD、中度干旱脅迫處理15 d后復(fù)水15 d(MD15+RW15)和重度干旱脅迫處理15 d后復(fù)水15 d(SD15+RW15)、中度干旱脅迫處理30 d后復(fù)水15 d(MD30+RW15)和重度干旱脅迫處理30 d后復(fù)水15 d(SD30+RW15)的相關(guān)指標(biāo)進(jìn)行測定。3次重復(fù)。

1.2 測定項(xiàng)目及方法

干物質(zhì)量測定:干旱脅迫處理后15，30，45 d，以及脅迫后復(fù)水15 d，每個(gè)處理取3盆植株分別測定地上部、地下部干物質(zhì)量。取3盆植株清除根系周圍的泥土并清洗全株后，用吸水紙吸去多余的水分，在105℃下殺青20 min，85℃烘干至恒重，用電子天平(精確度0.001 g)稱其干物質(zhì)量。

形態(tài)指標(biāo)測定:分別于干旱處理后15，30，45 d，以及脅迫后復(fù)水15 d測定側(cè)芽數(shù)、葉片數(shù)、總?cè)~面積、須根數(shù)量、株高等。其中總?cè)~面積采用數(shù)碼相機(jī)和Photoshop軟件非破壞性測定［13］。

葉綠素含量測定:參考Arnon［14］的方法，分別于干旱處理后15，30，45 d，以及脅迫后復(fù)水15 d，選取5片成熟功能葉片，用直徑6 mm的打孔器分別打20個(gè)葉圓片，用25 mL 80%丙酮于暗處浸提48 h，其間每隔2 h振蕩1次，使葉綠素均勻分布于丙酮溶液中，至葉圓片完全泡白。用UV-4802型分光光度計(jì)(USA)分別在663，646及470 nm波長下測定 OD值，根據(jù)修正的Arnon公式計(jì)算出葉綠素a(Chla)、葉綠素b(Chlb)和總?cè)~綠素［Chl(a+b)］含量。修正的Arnon公式如下:

氣體交換參數(shù)測定:采用LI-6400便攜式光合儀(LICOR Inc，USA)，分別于干旱處理后15，30，45 d，以及脅迫后復(fù)水15 d的上午8:00－11:00選取玉簪中部成熟功能葉片進(jìn)行測定。儀器采用開放式氣路，內(nèi)置光源，光強(qiáng)為600 μmol/(m2·s)(2 種玉簪飽和光強(qiáng)［15］)，主要測定葉片凈光合速率(Pn，μmol/m2·s)、氣孔導(dǎo)度(Gs，mmol/m2·s)、胞間 CO2濃度(Ci，μmol/m2·s)、蒸騰速率(Tr，mmol/m2·s)等參數(shù)，5 次重復(fù)。

葉綠素?zé)晒鈪?shù)測定:采用LI-6400便攜式光合儀(LICOR Inc，USA)，分別于干旱處理后15，30，45 d，以及脅迫后復(fù)水15 d的上午8:00－11:00選取玉簪中部成熟功能葉片于光合速率測定過程中，施加作用光(600 μmol/m2·s)，測定光適應(yīng)下的最大熒光(Fm')、光適應(yīng)下最小熒光(Fo')、穩(wěn)態(tài)熒光產(chǎn)量(Fs);于22:00－24:00選取中部功能葉片測定暗適應(yīng)下的初始熒光(Fo)和最大熒光(Fm)，5次重復(fù)。根據(jù)以下公式計(jì)算出以下熒光參數(shù):1)光系統(tǒng)II(PSII)最大光能轉(zhuǎn)化效率，F(xiàn)v/Fm=(Fm－Fo)/Fm;2)光適應(yīng)下PSII最大光能轉(zhuǎn)化效率，F(xiàn)v'/Fm'=(Fm'－Fo')/Fm';3)PSII電子傳遞量子效率，ФPSII=(Fm'－Fs)/Fm';4)光化學(xué)猝滅系數(shù)，qP=(Fm'－Fs)/(Fm'－Fo');5)非光化學(xué)猝滅系數(shù)，NPQ=(Fm－Fm')－1。

1.3 數(shù)據(jù)處理與分析

采用Excel進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，SPSS 11.0軟件(SPSS Inc.，USA)進(jìn)行方差分析和Duncan多重比較，并用Sigma Plot 10.0(SPSS Inc.，USA)進(jìn)行作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 干旱脅迫及復(fù)水對(duì)2種玉簪干物質(zhì)量的影響

與對(duì)照相比，隨干旱脅迫時(shí)間的延長東北玉簪MD和SD 處理地上部干物質(zhì)量逐漸減少。處理后15 d，MD和SD處理與對(duì)照無顯著差異;處理后30 d，SD處理顯著低于對(duì)照;處理后45 d，SD處理顯著低于MD處理，MD處理顯著低于對(duì)照(圖1A)。重度干旱脅迫處理15 d后復(fù)水15 d(SD15+RW15)，干物質(zhì)量恢復(fù)到對(duì)照水平;而無論中度干旱脅迫處理30 d后復(fù)水15 d(MD30+RW15)，還是重度干旱脅迫處理30 d后復(fù)水15 d(SD30+RW15)，干物質(zhì)量均顯著低于對(duì)照和干旱脅迫處理(圖1A)。干旱脅迫處理后短期內(nèi)(處理后15 d)MD和SD處理地下部干物質(zhì)量顯著高于對(duì)照(即所謂的旱長根);而隨干旱脅迫時(shí)間的延長MD和SD處理對(duì)地下部干物質(zhì)量增長的抑制作用逐漸顯現(xiàn):處理后30 d，SD處理顯著低于對(duì)照;處理后45 d，SD處理顯著低于MD處理，MD處理顯著低于對(duì)照(圖1B)。無論中度干旱脅迫處理還是重度干旱脅迫處理后復(fù)水，地下部干物質(zhì)量均能得到不同程度的恢復(fù);尤其是中度干旱脅迫處理15 d后復(fù)水15 d(MD15+RW15)地下部干物質(zhì)量還顯著高于對(duì)照(圖1B)。

干旱脅迫對(duì)紫萼玉簪干物質(zhì)量的影響與對(duì)東北玉簪的影響相似(圖1C、圖1D)。與東北玉簪最大不同之處在于，無論中度干旱脅迫處理還是重度干旱脅迫處理30 d后復(fù)水15 d，地下部干物質(zhì)量均無法得到有效恢復(fù)(圖1D)。

圖1 干旱脅迫及復(fù)水后東北玉簪(A、B)和紫萼玉簪(C、D)干物質(zhì)量的變化Fig.1 The changes of dry weights of H.clausa var.ensata(A，B)and H.ventricosa(C，D)after drought stress and rewatering

2.2 干旱脅迫及復(fù)水對(duì)2種玉簪形態(tài)指標(biāo)的影響

對(duì)于東北玉簪，干旱脅迫處理后15 d，僅MD和SD處理(MD15和SD15)的根數(shù)顯著低于對(duì)照，SD處理顯著低于MD處理。隨著干旱脅迫時(shí)間的延長，干旱處理對(duì)玉簪不同形態(tài)指標(biāo)的抑制作用開始逐漸顯現(xiàn):干旱脅迫處理后30 d，MD處理(MD30)的葉片數(shù)，SD處理(SD30)的側(cè)芽數(shù)、葉片數(shù)、總?cè)~面積、根數(shù)和株高均顯著低于對(duì)照;干旱脅迫處理后45 d，MD處理(MD45)的除根數(shù)外的所有形態(tài)指標(biāo)，SD處理(SD45)的所有形態(tài)指標(biāo)均顯著低于對(duì)照(表1)。中度和重度干旱脅迫處理15 d后復(fù)水15 d(MD15+RW15和SD15+RW15)，側(cè)芽數(shù)和總?cè)~面積指標(biāo)能夠恢復(fù)到對(duì)照水平;而僅中度干旱脅迫處理30 d后復(fù)水15 d(MD30+RW15)，側(cè)芽數(shù)指標(biāo)能夠恢復(fù)到對(duì)照水平(表1)。

表1 干旱脅迫及復(fù)水后東北玉簪和紫萼玉簪形態(tài)指標(biāo)的變化Table 1 The changes of morphologic index of H.clausa var.ensata and H.ventricosa after drought stress and rewatering

干旱脅迫對(duì)紫萼玉簪形態(tài)指標(biāo)的影響與對(duì)東北玉簪的影響相似，亦表現(xiàn)出隨干旱脅迫時(shí)間的延長，干旱處理對(duì)不同形態(tài)指標(biāo)的抑制作用增大的現(xiàn)象。干旱脅迫處理后15 d，MD處理(MD15)的根數(shù)，SD處理(SD15)的葉片數(shù)和根數(shù)顯著低于對(duì)照;干旱脅迫處理后30 d，MD處理(MD30)的總?cè)~面積和根數(shù)，SD處理(SD30)的側(cè)芽數(shù)、總?cè)~面積、根數(shù)和株高均顯著低于對(duì)照;干旱脅迫處理后45 d，MD處理(MD45)的總?cè)~面積、根數(shù)和株高，SD處理(SD45)的所有形態(tài)指標(biāo)均顯著低于對(duì)照(表1)。重度干旱脅迫處理15 d后復(fù)水15 d(SD15+RW15)，側(cè)芽數(shù)和總?cè)~面積指標(biāo)能夠得到不同程度的恢復(fù);中度干旱脅迫處理30 d后復(fù)水15 d(MD30+RW15)，總?cè)~面積指標(biāo)能夠得到部分恢復(fù)，重度干旱脅迫處理30 d后復(fù)水15 d(SD30+RW15)，側(cè)芽數(shù)和總?cè)~面積指標(biāo)能夠得到部分恢復(fù)(表1)。

2.3 干旱脅迫及復(fù)水對(duì)2種玉簪葉綠素含量的影響

對(duì)于東北玉簪，干旱脅迫處理后15和30 d，僅SD處理(SD15和SD30)的總?cè)~綠素［Chl(a+b)］含量顯著低于對(duì)照，隨著干旱脅迫時(shí)間的延長，即干旱脅迫處理后45 d，MD處理(MD45)和SD處理(SD45)的Chl(a+b)含量均顯著低于對(duì)照(圖2A)。中度和重度干旱脅迫處理30 d后復(fù)水15 d(MD30+RW15和SD30+RW15)，Chl(a+b)含量指標(biāo)能夠得到一定程度的恢復(fù)(圖2A)。干旱脅迫處理后的各個(gè)時(shí)期Chla含量的變化規(guī)律與Chl(a+b)含量一致，表明干旱脅迫及脅迫后復(fù)水對(duì)東北玉簪Chl(a+b)含量的影響主要是對(duì)Chla含量的影響。

對(duì)于紫萼玉簪，從干旱脅迫處理后15 d，MD和SD處理的Chl(a+b)含量即顯著低于對(duì)照;但干旱脅迫處理后45 d，僅SD處理(SD45)的Chl(a+b)含量顯著低于對(duì)照(圖2B)。且重度干旱脅迫處理30 d后復(fù)水15 d(SD30+RW15)，Chl(a+b)指標(biāo)能夠恢復(fù)到對(duì)照水平(圖2B)。干旱脅迫及脅迫后復(fù)水對(duì)紫萼玉簪Chl(a+b)含量的影響亦主要是對(duì)Chla含量的影響。

圖2 干旱脅迫及復(fù)水后東北玉簪(A)和紫萼玉簪(B)葉綠素含量的變化F ig.2 The changes of chlorophyll contents of H.clausa var.ensata(A)and H.ventricosa(B)after drought stress and rewatering

2.4 干旱脅迫及復(fù)水對(duì)2種玉簪氣體交換參數(shù)的影響

對(duì)于東北玉簪，MD和SD處理的凈光合速率(Pn)隨干旱脅迫時(shí)間的延長急劇下降，且從干旱脅迫處理后15 d開始顯著低于對(duì)照;干旱脅迫處理后30和45 d，SD處理顯著低于MD處理。中度和重度干旱脅迫處理15 d后復(fù)水15 d(MD15+RW15和SD15+RW15)，Pn恢復(fù)到對(duì)照水平;中度和重度干旱脅迫處理30 d后復(fù)水15 d(MD30+RW15和SD30+RW15)，Pn亦能夠得到部分恢復(fù)，且MD30+RW15能夠恢復(fù)到與對(duì)照相同的水平(圖3A)。

干旱脅迫及脅迫后復(fù)水對(duì)東北玉簪氣孔導(dǎo)度(Gs)的影響與對(duì)Pn的影響基本一致(圖3B)。

MD處理的蒸騰速率(Tr)從干旱脅迫處理后30 d開始顯著低于對(duì)照，SD處理的Tr從干旱脅迫處理后15 d開始顯著低于對(duì)照;且在干旱脅迫處理后30和45 d，SD處理顯著低于MD處理。中度和重度干旱脅迫處理15 d后復(fù)水15 d(MD15+RW15和SD15+RW15)，Tr能夠得到有效恢復(fù)而且均顯著高于對(duì)照;中度和重度干旱脅迫處理30 d后復(fù)水15 d(MD30+RW15和SD30+RW15)，Tr均能夠恢復(fù)到與對(duì)照相同的水平(圖3C)。

MD和SD處理的胞間CO2濃度(Ci)在所測試期間無顯著差異，且從干旱脅迫處理后30 d開始顯著低于對(duì)照。中度和重度干旱脅迫處理15 d后復(fù)水15 d(MD15+RW15和SD15+RW15)和干旱脅迫處理30 d后復(fù)水15 d(MD30+RW15和SD30+RW15)，Ci均能夠恢復(fù)到與對(duì)照相同的水平(圖3D)。

圖3 干旱脅迫及復(fù)水后東北玉簪(A～D)和紫萼玉簪(E～H)氣體交換參數(shù)的變化Fig.3 The changes of gas exchange parameters of H.clausa var.ensata(A －D)and H.ventricosa(E－H)after drought stress and rewatering

干旱脅迫及脅迫后復(fù)水對(duì)紫萼玉簪Pn、Gs和Tr的影響與對(duì)東北玉簪的影響一致，只是脅迫后復(fù)水15 d恢復(fù)的程度比東北玉簪小一些(圖3D～圖3G)。干旱脅迫及脅迫后復(fù)水對(duì)紫萼玉簪Ci的影響與對(duì)東北玉簪的影響不同。MD處理的Ci僅在干旱脅迫處理后30 d顯著低于對(duì)照;而SD處理的Ci卻在干旱脅迫處理后45 d顯著高于對(duì)照。中度和重度干旱脅迫處理15 d后復(fù)水15 d(MD15+RW15和SD15+RW15)和干旱脅迫處理30 d后復(fù)水15 d(MD30+RW15和SD30+RW15)均顯著降低了Ci(圖3H)。

2.5 干旱脅迫及復(fù)水對(duì)2種玉簪葉綠素?zé)晒鈪?shù)的影響

對(duì)于東北玉簪，MD和SD處理能夠顯著降低干旱脅迫處理后15 d的Fv/Fm、ΦPSII，干旱脅迫處理后30 d的Fv/Fm、ΦPSII和qP，以及干旱脅迫處理后45 d的Fv/Fm、Fv'/Fm'和ΦPSII;顯著提高干旱脅迫處理后30和45 d的NPQ。其中SD處理在干旱脅迫處理后45 d的Fv/Fm顯著低于MD處理。中度和重度干旱脅迫處理15或30 d后復(fù)水 15 d(MD15+RW15、SD15+RW15、MD30+RW15和 SD30+RW15)，F(xiàn)v/Fm、Fv'/Fm'、ΦPSII、qP 和 NPQ 指標(biāo)均能夠得到不同程度的恢復(fù)。其中重度干旱脅迫處理15或30 d后復(fù)水15 d(SD15+RW15和SD30+RW15)，不能夠?qū)⒏珊邓斐傻腇v/Fm降低恢復(fù)到與對(duì)照相同的水平(圖4A～圖4E)。

干旱脅迫及脅迫后復(fù)水對(duì)紫萼玉簪Fv/Fm、Fv'/Fm'、ΦPSII、qP和NPQ的影響與對(duì)東北玉簪的影響一致(圖4F～圖4J)。

3 討論與結(jié)論

本研究結(jié)果表明，短期(15 d)中度干旱脅迫(MD:土壤相對(duì)含水量為50% ～55%)和重度干旱脅迫(SD:土壤相對(duì)含水量為30%～35%)能夠促進(jìn)東北玉簪的生物量分配向地下部生長和干物質(zhì)量的積累。而隨干旱脅迫時(shí)間的延長MD和SD處理對(duì)地上部和地下部干物質(zhì)量增長的抑制作用逐漸顯現(xiàn):處理后30 d，SD處理顯著低于對(duì)照;處理后45 d，SD處理顯著低于MD處理，MD處理顯著低于對(duì)照。干旱脅迫處理15 d后復(fù)水15 d(MD15+RW15和SD15+RW15)，地上部和地下部干物質(zhì)量能夠得到有效恢復(fù)。而延長干旱脅迫處理30 d后再復(fù)水15 d(MD30+RW15和SD30+RW15)，地上部干物質(zhì)量無法得到有效恢復(fù)，僅地下部干物質(zhì)量得到部分恢復(fù)(圖1A和圖1B)。干旱脅迫對(duì)紫萼玉簪干物質(zhì)量的影響與對(duì)東北玉簪的影響相似，但無論MD處理還是SD處理30 d后復(fù)水15 d，地上部和地下部干物質(zhì)量均無法得到有效恢復(fù)(圖1C和圖1D)。上述結(jié)果表明，東北玉簪和紫萼玉簪都具有一定的抗短期干旱的能力;短期干旱脅迫后復(fù)水能夠部分或全部恢復(fù)干旱所造成的干物質(zhì)量的損失;具有走莖的小型玉簪(東北玉簪)抗旱能力強(qiáng)于無走莖大型玉簪(紫萼玉簪)。

干旱脅迫45 d未對(duì)2種玉簪造成致死性傷害，但隨著干旱程度的加重(脅迫時(shí)間延長或由中度干旱脅迫到重度干旱脅迫)，干旱處理對(duì)玉簪不同形態(tài)指標(biāo)的抑制作用逐漸加大。干旱脅迫處理后15 d，2種玉簪主要表現(xiàn)為根數(shù)的減少;干旱脅迫處理后30 d，MD處理的部分指標(biāo)(東北玉簪的葉片數(shù)、紫萼玉簪的總?cè)~面積和根數(shù))顯著低于對(duì)照，而SD處理的所測指標(biāo)均顯著低于對(duì)照;干旱脅迫處理后45 d，MD處理和SD處理的所測形態(tài)指標(biāo)均低于或顯著低于對(duì)照。此外，中度和重度干旱脅迫處理15或30 d后復(fù)水15 d主要表現(xiàn)為側(cè)芽數(shù)、葉片數(shù)和總?cè)~面積的部分或全部恢復(fù)(表1)。

干旱脅迫導(dǎo)致植物葉片失水，進(jìn)而影響葉綠素的生物合成，并促進(jìn)已合成的葉綠素分解。本研究結(jié)果表明:中度和重度干旱脅迫處理能夠降低或顯著降低2種玉簪的總?cè)~綠素［Chl(a+b)］含量;而中度和重度干旱脅迫處理30 d后復(fù)水15 d(MD30+RW15和SD30+RW15)，Chl(a+b)含量能夠得到部分或全部恢復(fù)(圖2A和圖2B)。且干旱脅迫及脅迫后復(fù)水對(duì)2種玉簪Chl(a+b)含量的影響主要是通過對(duì)Chla含量的影響實(shí)現(xiàn)。

干旱脅迫下植物葉片的光合速率降低是所有植物的共同現(xiàn)象［16］。2種玉簪均表現(xiàn)出，MD和SD處理的凈光合速率(Pn)隨干旱脅迫時(shí)間的延長急劇下降，且從干旱脅迫處理后15 d開始顯著低于對(duì)照的結(jié)果(圖3A和圖3E)。干旱脅迫導(dǎo)致Pn下降的主要原因即可能是氣孔限制(stomatal limitations)，也可能是非氣孔限制(non-stomatal limitations)。Farquhar和Sharkey［17］提出檢查氣孔限制是否為Pn下降原因的判斷方法:看Gs和Ci的變化趨勢(shì)是否一致，Gs降低而Ci升高或不變?yōu)榉菤饪紫拗?Gs降低伴隨著Ci降低為氣孔限制。本研究結(jié)果表明，干旱脅迫對(duì)2種玉簪Gs與對(duì)Pn的影響基本一致(圖3B和圖3F)。而對(duì)2種玉簪Ci的影響不同，對(duì)于東北玉簪MD和SD處理Ci在所測試期間無顯著差異，且從干旱脅迫處理后30 d開始顯著低于對(duì)照;而對(duì)于紫萼玉簪MD處理的Ci僅在干旱脅迫處理后30 d顯著低于對(duì)照;而SD處理的Ci卻在干旱脅迫處理后45 d顯著高于對(duì)照。上述結(jié)果表明，中度和重度干旱脅迫處理致東北玉簪Pn的降低主要是由氣孔限制引起;中度干旱脅迫處理致紫萼玉簪Pn的降低主要是由氣孔限制引起，而重度干旱脅迫處理致紫萼玉簪Pn的降低主要是由非氣孔限制引起。此外，中度和重度干旱脅迫處理15或30 d后復(fù)水15 d(MD15+RW15、SD15+RW15、MD30+RW15和SD30+RW15)，2種玉簪Pn、Gs和Tr能夠得到恢復(fù)或部分恢復(fù)(圖3A～圖3C和圖3E～圖3G)。而對(duì)于東北玉簪復(fù)水處理能夠顯著提高Ci，使Ci恢復(fù)到與對(duì)照相同的水平(圖3D);對(duì)于紫萼玉簪復(fù)水處理卻顯著降低了Ci(圖3H)。

圖4 干旱脅迫及復(fù)水后東北玉簪(A～E)和紫萼玉簪(F～J)葉綠素?zé)晒鈪?shù)的變化Fig.4 The changes of chlorophyll fluorescence parameters of H.clausa var.ensata(A －E)and H.ventricosa(F－J)after drought stress and rewatering

對(duì)于植物的光合作用機(jī)理及植物對(duì)環(huán)境響應(yīng)機(jī)理的研究，葉綠素?zé)晒鈪?shù)分析是一種反應(yīng)靈敏、操作簡便且對(duì)植物無侵?jǐn)_的方法［18］。Fv/Fm反映PSII原初光能轉(zhuǎn)化效率及PSII潛在活性，非逆境條件下植物的Fv/Fm一般為0.75～0.85［19-20］，在逆境條件下或受到傷害時(shí)Fv/Fm會(huì)顯著降低［21］，F(xiàn)v/Fm的變化可以用來鑒別植物對(duì)干旱的耐受能力。Fv'/Fm'反映光下開放的(open)PSII反應(yīng)中心的激發(fā)能捕獲效率，ΦPSII反映光下PSII實(shí)際的光化學(xué)量子效率，與凈光合速率顯著正相關(guān)，在一定程度上能夠代表凈光合速率的變化［22］。qP代表光系統(tǒng)Ⅱ反應(yīng)中心開放部分的比例［23］，較高的qP有利于光系統(tǒng)Ⅱ反應(yīng)中心的電荷分離和電子傳遞［24］。NPQ反映出了光合器官的一種自我保護(hù)機(jī)制，通過重新構(gòu)建跨類囊體的質(zhì)子濃度梯度來防止過度激發(fā)PSII反應(yīng)中心［25］。MD和SD處理能夠顯著降低2種玉簪干旱脅迫處理后30～45 d的Fv/Fm、Fv'/Fm'、ΦPSII和qP;而且顯著提高同時(shí)期的NPQ，表明干旱脅迫使2種玉簪的光合作用原初反應(yīng)過程受到部分破壞，并造成了PSII的結(jié)構(gòu)性傷害。此外，中度和重度干旱脅迫處理15或30 d后復(fù)水15 d，F(xiàn)v/Fm、Fv'/Fm'、ΦPSII、qP和NPQ均能夠得到有效恢復(fù)(圖4A～圖4J)，表明30 d的干旱脅迫未造成光合細(xì)胞器的不可逆損傷。而干旱脅迫及復(fù)水對(duì)玉簪屬植物生長和光合作用的影響機(jī)制尚需進(jìn)一步補(bǔ)充分子證據(jù)來揭示。

［1］田其云，曹艷英.我國干旱半干旱地區(qū)治理環(huán)境資源問題的技術(shù)規(guī)范探討［J］.干旱區(qū)資源與環(huán)境，2005，19(3):98-103.

［2］Sam J C.In Hosta heaven［J］.American Nurseryman，1990，10:121-135.

［3］Zhang J Z，Wang W，Sun G F，et al.Photosynthesis of Hosta under light and controlled release nitrogen fertilizer［J］.Russian Journal of Plant Physiology，2011，58(2):261-270.

［4］Liu F.Biomass partitioning，specific leaf area，and water use efficiency of vegetable amaranth(Amaranthus spp.)in response to drought stress［J］.Scientia Horticulturae，2004，102(1):15-27.

［5］任慶成，楊鐵釗，劉培玉，等.植物抗旱性研究進(jìn)展［J］.中國農(nóng)學(xué)通報(bào)，2009，25(15):76-79.

［6］崔秀妹，劉信寶，李志華，等.不同水分脅迫下水楊酸對(duì)分枝期扁蓿豆生長及光合生理的影響［J］.草業(yè)學(xué)報(bào)，2012，21(6):82-93.

［7］溫翠平，李威，漆智平，等.水分脅迫對(duì)王草生長的影響［J］.草業(yè)學(xué)報(bào)，2012，21(4):72-78.

［8］Dai Y J，Shen Z G，Liu Y，et al.Effects of shade treatments on the photosynthetic capacity，chlorophyll fluorescence，and chlorophyll content of Tetrastigma hemsleyanum Diels et Gilg［J］.Environmental and Experimental Botany，2009，65(2-3):177-182.

［9］關(guān)義新，戴俊英，林艷.水分脅迫下植物葉片光合的氣孔和非氣孔限制［J］.植物生理學(xué)通訊，1995，31(4):293-297.

［10］姚慶群，謝貴水.干旱脅迫下光合作用的氣孔與非氣孔限制［J］.熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)，2005，25(4):80-85.

［11］宋家壯，李萍萍，付為國.水分脅迫及復(fù)水對(duì)虉草生理生化特性的影響［J］.草業(yè)學(xué)報(bào)，2012，21(2):62-69.

［12］張起源.水分脅迫對(duì)2種玉簪生長及光合特性的影響［D］.長春:吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)，2011.

［13］肖強(qiáng)，葉文景，朱珠，等.利用數(shù)碼相機(jī)和Photoshop軟件非破壞性測定葉面積的簡便方法［J］.生態(tài)學(xué)雜志，2005，24(6):711-714.

［14］Arnon D I.Copper enzymes in isolated chloroplasts:Polyphenooxidase in Beta vulgaris［J］.Plant Physiology，1949，24:1-15.

［15］王巍，董然，李曉東，等.控釋氮肥對(duì)紫萼玉簪生長和光合特性的影響植物研究［J］.植物研究，2009，29(5):544-548.

［16］Zhang J Z，Shi L，Shi A P.Photosynthetic responses of four Hosta cultivars to shade treatment［J］.Photosynthetica，2004，42(2):213-218.

［17］Farquhar G D，Sharkey T D.Stomatal conductance and photosynthesis［J］.Annual Review of Plant Physiology，1982，33(3):317-345.

［18］Schreiber U，Bilger W，Neubauer C.Chlorophyll florescence as a nonintrusive indicator for rapid assessment of in vivo photosynthesis［J］.Ecological Studies，1995，100:49-70.

［19］Csintalan Z，Proctor M C F，Tuba Z.Chlorophyll fluorescence during drying and rehydration in the mosses Rhytidiadelphus loreus(Hedw.)Warnst.，Anomodon viticulosus(Hedw.)Hook.＆ Tayl.and Grimmia pulvinata(Hedw.)Sm［J］.Annals of Botany，1999，84:235-244.

［20］何炎紅，郭連生，田有亮.白刺葉不同水分狀況下光合速率及其葉綠素?zé)晒馓匦缘难芯浚跩］.西北植物學(xué)報(bào)，2005，25(11):2226-2233.

［21］許大全，張玉忠，張榮銑.植物光合作用的光抑制［J］.植物生理學(xué)通訊，1992，28(4):237-243.

［22］Fryer M J，Andrews J R，Oxborough K，et al.Relationship between CO2assimilation，photosynthetic electron transport，and active O2metabolism in leaves of maize in the field during periods of low temperature［J］.Plant Physiology，1998，116:571-580.

［23］Maxwell K，Johnson G N.Chlorophyll fluorescence-a practical guide［J］.Journal of Experimental Botany，2000，51(345):659-668.

［24］Dias P C，Araujo W L，Moraes G A B K，et al.Morphological and physiological responses of two coffee progenies to soilwater availability［J］.Journal of Plant Physiology，2007，164(12):1639-1647.

［25］Ivanov B，Edwards G.Influence of ascorbate and the Mehler peroxidase reaction on non-photochemical quenching of chlorophyll fluorescence in maize mesophyll chloroplasts［J］.Planta，2000，210(5):765-774.