干旱胁迫对通脱木幼苗生理特性及光合作用的影响

农云开，徐传贵，党桂兰，韦贵元，覃兰芳

(广西壮族自治区中医药研究院，广西 南宁 530022)

通脱木〔Tetrapanaxpapyrifer(Hook.) K. Koch〕为五加科通脱木属植物，主产于贵州、广西、四川、湖南、广东、福建和台湾等地。通草为通脱木的干燥茎髓，是常用中药材，具有清热利尿、通气下乳的功效，主要用于湿热淋证、水肿尿少和乳汁不下；通草纸为其干燥茎髓切成的薄片，是制作通草画、通草纸花等小工艺品的原料。植物在幼苗阶段对干旱胁迫的反应极敏感，揭示其对干旱胁迫的生理生态响应具有重要意义。干旱胁迫通过关闭气孔、降低光合色素含量、改变光合器官结构或降低光合酶活性等多种方式降低植物的光合能力。不同方式的综合影响迫使植物在光合作用过程中受到气孔限制或非气孔限制，前者是直接导致气孔导度下降，CO2进入叶片受阻，光合能力降低，从而抑制光合作用的正常功能；后者是干旱破坏叶绿体结构，使光合色素降解或合成降低，从而影响光合电子传递的过程，使光合酶活性降低等，进而导致植物光合速率的降低[3-6]。

目前通脱木的研究主要集中在组织培养、生药鉴别、化学成分、药理作用及临床应用等方面[7-15]，而通脱木的耐旱性及光合作用的研究尚未见报道；由于连年过度采挖，其野生资源逐渐减少，自然条件下其幼苗稀少，种群自然更新困难。开展通脱木野生抚育及人工栽培方面的研究具有重要意义。为此，研究干旱胁迫对1年生通脱木幼苗生理特性和光合作用的影响，以期为通脱木野生抚育及人工栽培奠定基础。

1 材料与方法

1.1 材料

1.1.1 植物 1年生通脱木实生苗，广西壮族自治区中医药研究院大通草种植示范基地。

1.1.2 土壤 赤红壤，容重为1.19 g/cm3，持水量为53.41%，pH 5.35。

1.1.3 仪器设备 Li-6800便携式光合测定仪，Li-COR(USA)生产。

1.2 方法

1.2.1 试验设计 试验设3个水分胁迫处理，即土壤相对含水量(土壤含水量占田间持水量的百分数)分别为(20±2.5)%(重度胁迫)、(40±2.5)%(中度胁迫)和(60±2.5)%(轻度胁迫)，以(80±2.5)%为对照(CK)，每个处理20盆。试验在广西南宁广西壮族自治区中医药研究院大通草种植示范基地(海拔75～80 m，年平均日照1 827 h，年平均气温21.7 ℃)进行。2018年4月将幼苗移到花盆(直径20 cm，高30 cm)中定植培育，花盆盛土25 cm，每盆1株。2018年7月选择无病虫害、长势一致的幼苗(平均株高40.1 cm，平均地径0.9 cm)采用盆栽称量控水法[16]进行干旱胁迫处理。在胁迫开始的第30天测定各项指标。

1.2.2 指标测定

1) 生长指标。试验开始前和处理30 d时，每个处理随机选取5株幼苗分别测量基径(D0、D1)和苗高 (H0、H1)，取平均值作为测量结果，计算基径增量(D)和苗高增量(H)。采用常规烘干法将幼苗烘干，分别称量植株地上部生物量和根系生物量，计算植株生物量和根冠比。

D=D1-D0

H=H1-H0

植株生物量=地上部生物量+根系生物量

根冠比=根系生物量/地上部生物量

2) 叶片生理指标。叶片相对含水量采用烘干称重法测定，叶绿素含量采用分光光度法测定，超氧化物歧化酶(SOD)活性采用氯化硝基四氮唑蓝(NBT)光化还原法测定，丙二醛(MDA)含量采用硫代巴比妥酸显色(TBA)法测定[17]。

3) 光合作用参数。干旱胁迫处理结束后，于晴天09:00—11:00，选取生长一致的幼苗相同节位的叶片，利用光合测定仪测定其叶片气孔导度(Gs)、净光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)和胞间二氧化碳浓度(Ci)，5次重复。设定CO2含量为400 μmol/mol，饱和光强为1 200 μmol/(m2·s)。

1.3 数据统计与分析

采用Excel 2010作图，SPSS 19.0进行方差分析和多重比较。

2 结果与分析

2.1 不同干旱胁迫下通脱木幼苗生长指标的变化

由表1看出，干旱胁迫对通脱木幼苗苗高、基径、生物量和根冠比均有不同程度的影响。

2.1.1 苗高 随着干旱胁迫增强，通脱木幼苗苗高较对照呈下降趋势。其中，轻度胁迫的苗高与CK差异不显著，但二者均显著高于中度胁迫和重度胁迫；中度胁迫的苗高较CK低40.9%，重度胁迫的苗高较CK低61.6%，二者差异显著。

2.1.2 基径 随着干旱胁迫增强，通脱木幼苗基径增量均呈下降趋势。其中，轻度胁迫基径增量与CK差异不显著，但二者均显著高于中度胁迫和重度胁迫；中度胁迫基径增量较CK减少30.9%，重度胁迫基径增量较CK减少60.2%，二者差异显著。

2.1.3 生物量 随着干旱胁迫增强，通脱木幼苗地上部分、根系和植株的生物量均呈下降趋势。其中，轻度胁迫各部分的生物量略低于CK，与CK差异不显著，但二者均显著高于中度胁迫和重度胁迫；中度胁迫幼苗地上部分、根系、总生物量较CK分别降低44.8%、15.8%和34.5%，重度胁迫幼苗地上部分、根系、总生物量较CK分别降低68.2%、35.6%和56.7%，二者差异显著。

2.1.4 根冠比 通脱木幼苗的根冠比随着干旱胁迫增强呈上升趋势。其中，轻度胁迫通脱木幼苗的根冠比与CK相当；中度胁迫幼苗的根冠比较CK上升28.6%，重度胁迫较CK上升56.1%，二者间差异显著，且二者均与轻度胁迫和CK的差异显著。

表1 不同干旱胁迫下通脱木幼苗的生长指标Table 1 Growth indexes of T. papyrifer seedlings under different drought stress

注：同列不同小写字母表示处理间差异显著(P<0.05)，下同。
Note: Different lowercase letters in the same column indicate significant difference atP<0.05 level. The same below.

2.2 不同干旱胁迫下通脱木幼苗叶片生理指标的变化

由表2看出，随着干旱胁迫增强，通脱木幼苗叶片相对含水量及叶绿素含量较CK总体呈逐渐下降趋势，SOD活性呈先升后降趋势，MDA含量呈逐渐升高趋势。其中，中度胁迫和重度胁迫通脱木幼苗叶片相对含水量和叶绿素含量分别较CK下降6.74%、8.92%和9.35%、20.87%，与CK差异显著；而轻度胁迫与CK差异不显著。SOD是生物体内清除自由基的首要物质，干旱胁迫下通脱木幼苗叶片SOD活性以中度胁迫最高，为225.29 U/(g·min)，较CK升高18.18%；重度胁迫最低，为145.68 U/(g·min)，较CK降低23.58%。干旱胁迫导致通脱木幼苗叶片MDA的产生和积累，中度胁迫和重度胁迫下叶片的MDA含量分别较CK提高23.71%和46.81%。SOD活性和MDA含量中度胁迫与重度胁迫间差异显著，且均与CK和轻度胁迫差异显著，CK与轻度胁迫差异不显著。

表2 不同干旱胁迫下通脱木幼苗叶片的生理指标Table 2 Leaf physiological indexes of T. papyrifer seedlings under different drought stress

2.3 不同干旱胁迫通脱木幼苗叶片光合参数的变化

由图1可知，干旱胁迫对通脱木幼苗叶片气体交换参数影响显著。

2.3.1 净光合速率 通脱木幼苗叶片净光合速率整体随着干旱胁迫增强呈先升后降趋势。其中，轻度胁迫的净光合速率较CK略有上升，但二者差异不明显；中度胁迫和重度胁迫较CK分别下降20.57%和38.68%，二者差异明显，且均与CK和轻度胁迫差异显著。

2.3.2 气孔导度 通脱木幼苗叶片气孔导度随干旱胁迫增强呈先升后降趋势。其中，轻度胁迫的气孔导度略高于CK，但二者差异不明显；中度胁迫和重度胁迫较CK分别降低13.33%和37.78%，二者差异明显，且均与CK和轻度胁迫差异显著。

2.3.3 胞间CO2浓度 通脱木幼苗叶片胞间CO2浓度随干旱胁迫增强呈先升后降再升趋势。其中，轻度胁迫和重度胁迫的胞间CO2浓度较CK分别升高9.15%和6.36%，二者差异不显著，但均显著高于CK和中度胁迫；中度胁迫较CK降低13.11%，二者差异显著。

2.3.4 蒸腾速率 随着干旱胁迫增强，通脱木幼苗叶片蒸腾速率呈逐渐降低趋势。其中，轻度胁迫较CK略低，但二者差异不明显；中度胁迫和重度胁迫较CK分别降低22.66%和54.08%，二者差异显著，且均与轻度胁迫和CK差异显著。

3 结论与讨论

植物通过关闭气孔、降低蒸腾速率、调节生长和生物量的分配及增大根冠比等系列形态和生理机制响应干旱胁迫[18-19]。作为植物应对干旱胁迫的一种表现，随干旱胁迫增强，植物根系的生物量分配比例增大，茎叶生物量的分配比例减少，根冠比增大，以获取更多水分适应土壤的干旱环境，提高自身的生存能力[20]。研究结果表明，中度和重度干旱胁迫下，通脱木幼苗的苗高、基径增量及植株总生物量均显著降低，其中，中度胁迫和重度胁迫的苗高分别较CK低40.9%和61.6%，基径增量较CK分别减少30.9%和60.2%，总生物量较 CK 分别降低34.5%和56.7%；随干旱胁迫增强，根冠比逐渐增大，中度胁迫和重度胁迫分别较CK上升28.6%和56.1%。说明，通脱木幼苗能够通过调节生物量的分配比例适应干旱环境。

干旱胁迫通过关闭气孔、改变光合器官结构、降低光合色素含量及降低光合酶活性等多种方式迫使植物在光合作用过程中受到气孔限制或非气孔限制[3-6]，从而降低植物的光合能力。研究结果表明，轻度干旱胁迫能一定程度上提高通脱木幼苗净光合速率和气孔导度值，而中度和重度干旱胁迫则起到显著的抑制作用，中度胁迫和重度胁迫的净光合速率分别较CK下降20.57%和38.68%，气孔导度较CK分别降低13.33%和37.78%。与李田等[28-30]的研究结果一致；而降香黄檀和风箱果幼苗在重度干旱胁迫下净光合速率的下降是气孔限制引起的[16，31]，说明，不同植物对干旱胁迫的响应机制不同。

总体看，通脱木幼苗对干旱胁迫具有较强的生态适应性，表现出一定的耐旱潜力，研究结果对通脱木在干旱、半干旱地区的人工恢复及育苗具有一定的指导意义。研究结论是基于通脱木幼苗期的响应结果，而植物耐旱性是一种复合性状，干旱胁迫常与土壤养分、温度及光照等环境因子相互作用，共同对植物生长产生影响，通脱木对这些生态因子综合作用的适应性还有待进一步深入研究。