芒果生理參數(shù)對干旱脅迫的響應研究

摘要 研究不同水分條件下芒果生理參數(shù)響應特征，對芒果田間水分管理、提高芒果品質和產量具有重要理論意義。采用盆栽實驗，設置水分充足、干旱3 d、干旱6 d、干旱9 d、干旱12 d、干旱15 d的6個處理，研究貴妃芒在干旱梯度下的生理響應。結果表明，輕度干旱條件下（干旱3～6 d，土壤含水量12.80%～13.86%），芒果幼苗凈光合速率、Vcmax、Jmax與水分充足條件下差異不顯著。而干旱9 d、12 d（土壤含水量8.01%～9.91%）后，芒果幼苗光合速率、Vcmax、Jmax均顯著下降，干旱15 d（土壤含水量5.80%）凈光合速率、Vcmax、Jmax均降至最低，此時會嚴重抑制芒果生長。

關鍵詞 芒果；干旱脅迫；光合作用；生理參數(shù)；響應

中圖分類號：Q945.78 文獻標識碼：B 文章編號：2095–3305（2023）02–0111-03土壤水分是影響植物生理過程和生長發(fā)育的重要因子，干旱是限制植物生產力的重要因素[1]。Vcmax（最大羧化速率）、Jmax（最大電子傳遞速率）等生理參數(shù)直接控制植物光合過程，影響植物生產力[2]。研究干旱脅迫下植物Vcmax、Jmax及光合速率響應特征，對芒果田間水分科學管理具有重要參考意義。

芒果（Mangifera indica L.）是漆樹科杧果屬水果，素有“熱帶果王”之譽，是我國熱帶和南亞熱帶地區(qū)重要的經濟來源和支柱產業(yè)。然而，我國的廣西右江河谷、云南元江、攀枝花、海南島西部等地季節(jié)性干旱頻發(fā)。針對芒果的研究表明，干旱脅迫會影響幼葉的生長[3]，葉綠素的合成，導致芒果葉片的凈光合速率[4-7]、Jmax[8]大幅下降。本研究從干旱脅迫下芒果生理參數(shù)變化著手，分析芒果生理參數(shù)Vcmax、Jmax和凈光合速率對不同干旱脅迫梯度的響應特征，以及土壤含水量對芒果光合作用關鍵生理參數(shù)的影響，為芒果田間水分管理提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料與試驗設計

試驗在南寧師范大學武鳴校區(qū)進行。選用生長健壯、無病蟲害、生長勢基本一致的2年生貴妃芒幼苗作為供試材料。2021年12月進行苗木移栽（共栽植30盆，每盆1株，營養(yǎng)袋規(guī)格為35 cm×40 cm），于2022年6月底選取25盆長勢一致的芒果苗進行土壤水分處理和光合作用觀測。

設置水分充足、干旱3 d、干旱6 d、干旱9 d、干旱12 d、干旱15 d共6個處理，每個處理5盆，分別為A1～A5、B1～B5、C1～C5、D1～D5、E1～E5、F1～F3（F1～F3選用A1～A3進行15 d干旱脅迫）。試驗期間搭建簡易遮雨棚，防止雨水進入干旱控制區(qū)。

1.2 測定指標及方法

光響應曲線：上午9：00～12：00用Li-cor 6800便攜式光合儀測定，每株選取第二層完全展開、健康的成熟葉片，設定光合強度 （PPFD）為2 000、1 800、1 500、1 200、1 000、800、600、500、400、200、100、50、0 ?mol·m-2·s-1。記錄芒果葉片在不同光強下凈光合速率（An）等參數(shù)。

CO2響應曲線：上午9：00～12：00用Li-cor 6800便攜式光合儀測定，每株選取第二層完全展開、健康的成熟葉片，設定飽和光強（PPFD）為1 200 ?mol·m-2·s-1，設定CO2濃度為400、300、200、100、50、0、400、400、600、800、1 000、1 200 ?mol·m-2·s-1。CO2響應曲線測量用于擬合芒果葉片Vcmax、Jmax等參數(shù)。

土壤含水量：在響應曲線測定完成后，立即用土壤傳感器監(jiān)測盆中3處不同位置的土壤體積含水量。

1.3 數(shù)據(jù)處理

此研究選取An、Vcmax和Jmax指標表征芒果葉片的光合能力，其中，An由Li-cor 6800直接記錄，Vcmax和Jmax由CO2響應擬合得出（借助R語言plantecophys[9]程序包）。使用Excel軟件和R語言進行數(shù)據(jù)處理。

2 結果與分析

2.1 干旱脅迫下土壤含水量變化

干旱脅迫過程中土壤含水量變化如圖1所示。結果表明：水分充足時，土壤含水量平均值為23.45%，干旱3 d、6 d、9、12、15 d時的土壤含水量平均值分別為13.86%、12.80%、9.91%、8.01%、5.80%，標準差分別為1.73%、2.39%、2.45%、0.84%、0.95%、0.52%?？偟膩碚f，土壤含水量隨斷水時間的延長而逐漸降低，0～3 d下降幅度較大，之后下降幅度趨于平緩，干旱脅迫至第15 d，土壤含水量降至最低，為5.8%，與水分充足相比下降了17.6%。

2.2 干旱脅迫下芒果葉片凈光合速率的響應特征

干旱脅迫下芒果葉片凈光合速率的變化特征如圖2所示。不同干旱脅迫下，芒果葉片凈光合速率An隨PPFD的變化規(guī)律基本一致，表現(xiàn)為：隨著PPFD的增加，An先迅速增大（PPFD≤200 ?mol·m-2·s-1），后緩慢增大至光飽和點（LSP），此后An增幅減緩并趨于穩(wěn)定。

在相同光照強度下，芒果葉片凈光合速率An在不同干旱脅迫下存在明顯差異。隨著干旱脅迫的加劇，芒果葉片凈光合速率An明顯降低。相同光照強度下，芒果葉片凈光合速率An變化規(guī)律表現(xiàn)為：水分充足、干旱3 d、干旱6 d的較為接近，飽和光強（1 200 ?mol·m-2·s-1）下凈光合速率平均約為4.94 ?mol·m-2·s-1，說明輕度干旱對芒果光合作用的影響較?。桓珊? d（土壤體積含水量約9.91%）芒果凈光合速率大幅下降，飽和光強（1 200 ?mol·m-2·s-1）下平均凈光合速率約為3.76 ?mol·m-2·s-1；干旱12 d（土壤體積含水量約8.01%）的芒果凈光合速率在飽和光強下降至1.02 ?mol·m-2·s-1，相比輕度干旱下降幅度為79.35%；干旱15 d芒果葉片凈光合速率降至最低，僅為0.02 ?mol·m-2·s-1，相比輕度干旱下降幅度為99.60%，表明該水分條件下芒果生長受到了嚴重影響。

2.3 干旱脅迫下芒果葉片Vcmax、Jmax的響應特征

在干旱脅迫過程中，芒果葉片Vcmax、Jmax的變化如圖3所示。芒果葉片的Vcmax、Jmax在水分充足、干旱3 d、干旱6 d條件下無明顯差異。而干旱9 d、干旱12 d、干旱15 d后，芒果葉片Vcmax、Jmax則大幅下降。

在水分充足、干旱3 d、干旱6 d條件下，芒果葉片Vcmax均值為35.59 ?mol·m-2·s-1，干旱9、12 d的Vcmax相比前3個處理的降幅分別為44.20%、61.62%，干旱15 d的Vcmax降至最低，為1.27 ?mol·m-2·s-1，相比前3個處理下降幅度為96.43%。

水分充足時，芒果葉片Jmax為51.28 ?mol·m-2·s-1，干旱9 d、干旱12 d、干旱15 d后芒果葉片Jmax相比水分充足時分別降低了48.56%、64.07%、93.98%。

3 討論與結論

光合作用是植物生長和一切代謝活動的生理基礎.以往研究表明，干旱脅迫下，植物總葉綠素合成減少[10-11]，光合作用和蒸騰作用減弱[12-13]，植物生長受到抑制甚至全株死亡[14]。進而導致生態(tài)系統(tǒng)植被生產力[15-16]、生態(tài)系統(tǒng)呼吸[17-18]以及生態(tài)系統(tǒng)演替[19-20]等碳循環(huán)的關鍵過程受到影響，最終對生態(tài)系統(tǒng)的碳收支造成影響。

有關干旱脅迫對植物光合作用等生理機能影響的研究較多，但針對芒果干旱脅迫的研究較少。有學者研究發(fā)現(xiàn)，干旱脅迫下，2個品種的甜菜幼苗的凈光合速率、蒸騰速率均低于正常生長條件下的對照組。曹兵等[21]研究發(fā)現(xiàn)臭椿幼苗可以忍耐中度以下的土壤干旱脅迫（田間持水量的50%～75%），在嚴重土壤干旱脅迫下（田間持水量的12.5%），臭椿幼苗葉片失綠枯黃，生長停止，失去光合能力。

本研究通過芒果干旱脅迫實驗發(fā)現(xiàn)，隨著干旱脅迫程度的增加，芒果幼苗葉片的凈光合速率、Vcmax、Jmax等生理指標逐漸降低。芒果幼苗表現(xiàn)出一定的耐旱性，輕度干旱脅迫（土壤含水量12.80%～13.86%）對幼苗的影響較小，該土壤含水量下，芒果幼苗能夠進行正常光合作用。中度干旱脅迫（土壤含水量8.01%～9.91%）的影響較大，嚴重干旱脅迫（土壤含水5.80%）下幼苗生長與生理受到嚴重抑制，部分幼苗出現(xiàn)枯萎現(xiàn)象。

本研究以芒果幼苗為材料，研究芒果凈光合速率、Vcmax、Jmax等生理指標對干旱脅迫下的響應特征，不同土壤含水量下芒果生理參數(shù)變化可為芒果水分管理提供參考，對芒果田間生產管理具有重要意義。

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責任編輯：黃艷飛

Response of Mango Physiological Parameters to Drought Stress

Song Shu-ting （School of Geography and Planning， Nanning Normal University， Nanning， Guangxi 530001）

Abstract Studying the response characteristics of mango physiological parameters under different water conditions has important theoretical significance for mango field water management and improving mango quality and yield. In this paper， pot experiments were used to set up 6 treatments of sufficient water， drought for 3 days， drought for 6 days， drought for 9 days， drought for 12 days， and drought for 15 days to study the physiological response of Guifei mango under the drought gradient. The results showed that under mild drought conditions （dry 3～6 d， soil water content 12.80%～13.86%）， the net photosynthetic rate， Vcmax and Jmax of mango seedlings were not significantly different from those under water sufficient conditions. However， after 9 and 12 d of drought （soil water content was 8.01%～9.91%）， the photosynthetic rate， Vcmax and Jmax of mango seedlings decreased significantly， and the net photosynthetic rate， Vcmax and Jmax of mango seedlings decreased to the lowest for 15 d of drought （soil water content of 5.80%）， which severely inhibited the growth of mango trees.

Key words Mango; Drought stress; Photosynthesis; Physiological parameters; Response

基金項目 國家自然科學基金（31870382）；廣西科技計劃項目（桂科AD20238059）。

作者簡介 宋舒婷（1996—），女，湖北襄陽人，主要從事農業(yè)生態(tài)與地理信息技術研究。

收稿日期 2022-11-22