水分胁迫后复水对豌豆叶片叶绿素含量的影响
2016-04-25张红萍李明达
张红萍，李明达
(1.甘肃省农业广播电视学校， 甘肃 兰州 730010； 2.甘肃农业职业技术学院， 甘肃 兰州 730020)
水分胁迫后复水对豌豆叶片叶绿素含量的影响
张红萍1，李明达2
(1.甘肃省农业广播电视学校， 甘肃 兰州 730010； 2.甘肃农业职业技术学院， 甘肃 兰州 730020)
摘要：采用盆栽人工控水法，研究了水分胁迫及复水对豌豆叶片叶绿素含量的影响。结果表明：苗期水分胁迫，豌豆叶片中叶绿素a、叶绿素b及叶绿素总量上升，均显著或极显著高于对照水平；叶绿素a与b的比值(a/b)则呈现先增大而后又减小的趋势；初花期短历时水分胁迫，叶绿素a、叶绿素b和叶绿素总量均显著高于对照水平，长历时胁迫后，叶绿素各组分含量均低于对照水平；a/b值也是呈现先增大而后又减小的趋势；荚果充实期短历时胁迫后，豌豆叶片中叶绿素a、叶绿素总量高于对照水平，叶绿素b则是轻度胁迫高于对照水平，重度胁迫低于对照水平，a/b值轻度胁迫接近对照水平，重度胁迫高于对照水平；水分胁迫10 d后，叶绿素各组分含量均下降；复水后，叶绿素各组分均表现出了一定程度的补偿效应，且苗期与初花期水分胁迫后复水的补偿效应高于荚果充实期。
关键词：水分胁迫；复水；豌豆；叶绿素
水分胁迫可直接或间接地引起植物一系列代谢功能的变化，这些变化可作为鉴定植物抗旱性的重要指标。因此，水分胁迫对作物生长发育的影响一直是国内外学者研究的焦点，也取得了显著的成果[1-4]。叶绿素是植物进行光合作用的主要色素，它在光合作用的光吸收中起核心作用，作物叶片叶绿素含量与作物的抗旱性具有密切的关系[5-6]。研究表明，水分胁迫会导致玉米、春大豆、苎麻及盆栽小黑麦叶片叶绿素含量显著降低[7-11]。也有研究发现，水分胁迫会使花生叶片中叶绿素含量明显升高[12]；余世雄等研究表明，小麦花期干旱胁迫，叶绿素含量先是有所上升，但随着干旱处理时间的延长以及小麦的逐渐成熟，叶绿素含量又呈现出显著下降的趋势[13]；陈凤娟等研究发现，干旱胁迫使豌豆幼苗叶片中的叶绿素含量呈先升后降、最后又上升的趋势[14]。豌豆是一种抗旱作物，在我国旱地农业轮作倒茬中占有重要地位，近年来，有关水分胁迫及复水对豌豆生长发育影响的研究报道较多[15-16]，但对于水分胁迫对豌豆叶片叶绿素含量的影响研究较少[14]，对水分胁迫后复水对豌豆叶片叶绿素含量影响的研究至今尚未见报道。本文旨在通过对不同时期、不同强度、不同历时的水分胁迫及复水对豌豆叶片中叶绿素含量的影响研究，探究水分胁迫对豌豆叶片叶绿素含量的影响及复水后的补偿规律，为旱地豌豆优质高产栽培提供理论依据。
1材料与方法
1.1试验地点、材料及试验设计
试验在甘肃农业大学试验网室前空地进行。试验所用豌豆种子为银豌一号，由甘肃省白银市农业技术推广中心提供。试验用土为耕层10～20 cm土壤。
试验采用随机区组设计，试验因素有土壤水分、水分胁迫时期和胁迫历时3个。土壤水分按土壤相对含水量分为75%(对照，即充分供水，CK)、60%(轻度胁迫，MS)和45%(重度胁迫，SS)；水分胁迫分苗期、初花期和荚果充实期3个时期；胁迫历时分5天(胁迫5 d，短历时胁迫)和10天((胁迫10 d，长历时胁迫)。共18个处理，每处理重复15次(即15盆)。栽培用盆为陶土盆，盆高30 cm，外径32 cm，每盆装施好基肥的土壤13 kg(每盆施磷酸二铵4 g)。3月20日播种，每盆等距离播种4穴，每穴播精选的优良种子3粒。苗高8～10 cm时间苗并定苗，每盆留生长健壮整齐的幼苗4株。在豌豆苗期、初花期和荚果充实期分别进行水分胁迫并复水至充分供水，在胁迫结束后及复水5 d、10 d后分别测定叶中片叶绿素a、b、叶绿素a与b比值(a/b)及叶绿素总量等指标，每个处理取3个重复测定，取其平均值。
试验全部采用盆栽人工控水法。豌豆整个生育期间，利用活动式防雨棚遮挡自然降水，晴天打开，确保光照充足一致。除试验因素外，其他田间管理措施保持一致。
1.2土壤水分含量测定和控制
土壤水分含量的测定和控制均运用称重法。
1.3叶绿素含量的测定
叶绿素含量采用丙酮乙醇混合法测定[17]。采集豌豆主茎上新展开3～5天的4片功能叶为样本，用剪刀将洗净的样本剪成1～2 mm宽左右细条，准确称取0.1 g，放入具塞三角瓶，加混合提取液(80%丙酮与无水乙醇等体积混合)10 ml，盖塞，室温下暗处提取8～12 h，待材料变白后取上清液在663 nm和645 nm波长下测定光密度，并分别计算叶绿素a、b和叶绿素总量。
2结果与分析
2.1苗期水分胁迫后复水对豌豆叶片叶绿素含量的影响
表1结果表明，水分胁迫5 d后，豌豆叶片中叶绿素a和叶绿素b的含量、叶绿素a与叶绿素b的比值(a/b)及叶绿素总量上升，平均分别比CK增加9.52%、7.44%、1.84%和8.98%，显著或极显著高于对照水平，且SS>MS；水分胁迫10 d后，叶绿素a、叶绿素b和叶绿素总量分别比CK增加11.34%、17.99%和13.04%，而a/b随胁迫的加剧降低。本研究中，水分胁迫结束后各处理叶绿素含量均高于对照水平，可能是因为水分胁迫导致叶片生长受到较大抑制，而叶绿素合成受阻相对较小或分解较少，导致叶绿素产生浓缩现象。
表1 苗期水分胁迫对叶片叶绿素含量的影响/(mg·g-1)
由表2可以看出，豌豆苗期水分胁迫5 d后复水5 d，叶片中叶绿素a的含量、a/b和叶绿素总量均呈现下降趋势，接近或显著低于对照水平，而叶绿素b的含量在轻度胁迫后复水的处理中显著低于对照水平，重度胁迫却显著高于对照；复水10 d后，叶绿素a、b和叶绿素总量均显著或极显著低于对照水平，平均分别为CK的87.2l%、82.33%和81.36%，且SS
表2 苗期水分胁迫后复水对叶绿素含量的影响/(mg·g-1)
2.2初花期水分胁迫后复水对豌豆叶片叶绿素含量的影响
由表3可知，初花期不同强度、不同历时的水分胁迫对豌豆叶片叶绿素各组分的影响不同。水分胁迫5 d，叶绿素a、叶绿素b和叶绿素总量均显著高于对照水平，分别为对照的1.05、1.09和1.06倍，且SS>MS，a/b值则随胁迫强度加剧降低；水分胁迫10 d后，叶绿素a、叶绿素b、a/b和叶绿素总量均略低于或显著低于对照水平，且SS 表3 初花期水分胁迫对叶片叶绿素含量的影响/(mg·g-1) 由表4可知，初花期水分胁迫5 d后复水，MS处理叶绿素a、叶绿素b和叶绿素总量呈现先增加而后又显著下降的趋势，而a/b值则呈现首先大幅下降而后又小幅上升的趋势；SS处理，叶绿素a、叶绿素b和叶绿素总量在复水后仍高于对照水平，a/b值则是先降低而后又上升。水分胁迫10 d后复水，MS处理叶绿素a、叶绿素b和总量仍低于对照，a/b值则高于对照水平；SS处理叶绿素a、叶绿素b和叶绿素总量，在复水5 d时显著高于对照水平，而复水10 d后，各组分含量均与对照基本持平，a/b值低于对照水平。因此，初花期水分胁迫后复水对豌豆叶片中叶绿素各组分均具有不同程度的补偿效应，总的趋势是，重度胁迫补偿效应大于轻度胁迫，长历时胁迫大于短历时胁迫。 2.3荚果充实期水分胁迫后复水对豌豆叶片叶绿素含量的影响 由表5可以看出，荚果充实期水分胁迫对豌豆叶片叶绿素含量的影响因胁迫强度和胁迫时间长短的不同存在差异。水分胁迫5 d后，豌豆叶片中叶绿素a、叶绿素总量高于对照，分别为CK的1.04倍和1.03倍，且MS>SS；叶绿素b则是MS显著高于CK，为CK的1.05倍，SS略低于CK；而a/b值在轻度胁迫的条件下接近CK，重度胁迫后，显著高于CK。水分胁迫10 d后，叶绿素各组分均下降，叶绿素a、叶绿素b、a/b和叶绿素总量分别只为CK的81.84%、85.00%、96.19%和82.23%，且SS 表4 初花期水分胁迫后复水对叶绿素含量的影响/(mg·g-1) 表5 荚果充实期干旱胁迫对叶片叶绿素含量的影响/(mg·g-1) 如表6所示，荚果充实期水分胁迫后复水，叶绿素各组分含量降低，均显著或极显著低于对照。从荚果充实期水分胁迫后复水开始，各处理叶绿素a、叶绿素b和叶绿素总量均极显著降低，且降低幅度与胁迫强度和胁迫时间的长短呈正相关，这可能是由豌豆叶片迅速衰老所致。由此推测，荚果充实期水分胁迫后复水对叶绿素的补偿效应较小，且干旱加速了叶片的老化。 表6 荚果充实期干旱胁迫后复水对叶绿素含量的影响/(mg·g-1) 3讨论 叶绿素参与光能的吸收、传递和转换等过程，与植物的抗旱性密切相关。一般认为，水分胁迫不仅影响植物叶片叶绿素的生物合成，而且促进已形成的叶绿素加速分解，导致植物叶片叶绿素含量降低[18]。本研究中，除初花期和荚果充实期长历时胁迫外，其他处理均使豌豆叶片中叶绿素各组分含量上升，且因不同的水分胁迫处理对叶绿素a和b积累的影响不同，使各处理叶片中a/b值变化存在差异。复水后，各处理叶绿素各组分含量与对照间的差异缩小，均存在不同程度的补偿效应。这一结果与水稻、小麦花期干旱及豌豆幼苗等作物上的研究结论相似[13,18-19]，而与对玉米、小麦、春大豆和盆栽小黑麦等作物的研究结果不同[7-10]。 本研究结果表明，豌豆苗期、初花期、荚果充实期进行不同历时、不同强度的水分胁迫，各处理豌豆叶片中叶绿素含量均不同程度增加(初花期和荚果充实期长历时胁迫除外)，这是豌豆对干旱的一种适应，也可能是因为在苗期、初花期和荚果充实期对豌豆进行适度的水分胁迫，使叶片生长受到较大抑制，而叶绿素合成受阻相对较小或分解较少，导致叶绿素产生浓缩现象。复水后，各指标与对照的差异显著缩小，说明水分胁迫后复水对豌豆叶片叶绿素a、叶绿素b、叶绿素总量等均具有一定程度的补偿效应。由研究结果还可以看出，豌豆苗期干旱胁迫，叶绿素各组分含量变化最明显，同时，复水后的补偿效应也最显著；初花期次之；而荚果充实期因豌豆渐进成熟，叶片老化，叶绿素各组分含量均呈现下降趋势，其旱后复水的补偿效应也最小。因此，在豌豆的整个生育期间，并不是只有一直保持充分供水才能取得高产，根据各生育时期的需水特性进行适度的水分亏缺，即可节约有限的水资源，又可保证作物少减产、不减产甚至增产，提高水分利用效率，实现节水、高产、高效的栽培目标。 参 考 文 献： [1]彭云岭，赵小强，任敏伟，等.开花期干旱胁迫对不同基因型玉米生理特性和产量的影响[J]. 干旱地区农业研究，2014，32(3):9-14. 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The results showed that the content of chlorophyll a (Chla), chlorophyll b (Chlb) and total chlorophyll (Total chl) were significantly higher than those of the control treatment (CK) under water stress at seedling stage. The ratio of chlorophyll a vs. b (a/b) was increased first and then went decreased. At the beginning of flowering, the contents of Chla, Chlb and Total chl were significantly higher than those of CK under short duration of water stress, and became decreased under long duration of water stress. The a/b ratio was also increased first and was then decreased. At pod filling stage, the contents of Chla and Total chl were significantly higher than those of CK. The content of Chlb was higher than CK under mild water stress, but lower than that of CK under the severe stress. The a/b ratio was close to CK under the mild stress, but higher than CK under severe stress. The chlorophyll compositions were decreased after long duration of stress. After rewatering, there was a compensation effect on chlorophyll compositions. The compensation effects at seedling stage and at the beginning of flowering were higher than that at pod filling stage. Keywords:water stress; rewatering; pea; chlorophyll 中图分类号：S332.1 文献标志码：A 作者简介：张红萍(1969—)，女，甘肃武威人，硕士研究生，农艺师，主要从事农作物高产高效栽培技术研究及农民教育培训。E-mail：617718740@qq.com。 收稿日期：2015-01-08 doi:10.7606/j.issn.1000-7601.2016.02.29 文章编号：1000-7601(2016)02-0177-05 [12]Grundmann O, Nakajima J I, Seo S, et al. Anti-anxiety effects of Apocynum venetum L. in the elevated plus maze test[J]. Journal of Ethnopharmacology, 2007,110(3):406-411. [13]Munns R, Brady C J, Barlow E W R. Solute accumulation in the apex and leaves of wheat during water stress[J]. Fuctional Plant Biology, 1979,6(3):379-389. [14]樊怀福，郭世荣，杜长霞，等．外源NO对NaCl胁迫下黄瓜幼苗氮化合物和硝酸还原酶活性的影响[J].西北植物学报，2006，26(10):2063-2068. [15]蔡昆争，吴学祝，骆世明．不同生育期水分胁迫对水稻根叶渗透调节物质变化的影响[J]．植物生态学报，2008，32(2):491-500. [16]Greemvay H, Munns R. 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