持续干旱对科尔沁沙地3种灌木叶绿素荧光参数的影响

迟琳琳

(辽宁省固沙造林研究所，辽宁 阜新 123000)



持续干旱对科尔沁沙地3种灌木叶绿素荧光参数的影响

(辽宁省固沙造林研究所，辽宁 阜新 123000)

试验以连翘(Forsythiasuspensa)、水蜡(Ligustrumobtusifolium)、紫丁香(Syringaoblata)为材料，研究了不同干旱胁迫对3种灌木叶绿素荧光参数的影响，结果表明：随着干旱胁迫程度的加剧，3种灌木的最大荧光(Fm)、原初光能转换效率(Fv/Fm)、PSⅡ潜在活性(Fv/Fo)、光化学淬灭系数(qP)和光合量子产额(Yield)逐渐下降，非光化学淬灭系数(qN)逐渐上升，初始荧光(Fo)先下降后上升。3种灌木各参数的变化幅度不同，运用隶属函数对3种灌木进行分析，得出抗旱性强弱次序为水蜡>紫丁香>连翘。

干旱胁迫；灌木；叶绿素荧光；抗旱性

连翘、水蜡和紫丁香均为木犀科灌木，是极具观赏价值且适应性强的绿化、造林树种，近年来被广泛应用于科尔沁沙地乃至东北大部分地区。叶绿素荧光技术是利用植物体内叶绿素a荧光的变化，研究和探测植物体内光合生理状况及各种外界因素对其影响的测定技术[1]。近年来，这种技术被越来越多的应用于果树、花卉、粮食作物等的栽培研究中，本文以科尔沁沙地连翘、水蜡和紫丁香为材料，通过对不同干旱胁迫下其叶绿素荧光参数的分析，探讨3种灌木叶绿素荧光与抗旱性之间的联系，以期为科尔沁沙地造林、绿化灌木提供快速、可行的抗旱指标鉴定方法。

1　材料与方法

试验所用连翘、水蜡和紫丁香均采集于辽宁省固沙造林研究所(以下简称固沙所)实验苗圃内。2015年4月，将生长健壮、长势基本一致的优质2年生苗装入30 cm×30 cm的营养杯中，每种灌木30盆。7月末，随机抽取每种苗木各10盆搬入固沙所人工干旱气候室内，模拟野外环境，设4个水分梯度，即：对照CK(田间持水量-土壤含水量20%)、轻度胁迫(田间持水量的55%-土壤含水量11%)、中度胁迫(田间持水量的35%-土壤含水量7%)、重度胁迫(田间持水量的25%-土壤含水量5%)。叶绿素荧光参数应用OS5P调制叶绿素荧光仪测定，所得数据用SPSS软件进行方差分析。

2　结果与分析

2.1干旱胁迫对3种灌木初始荧光(Fo)和最大荧光(Fm)的影响

初始荧光(Fo)是光系统Ⅱ(PSⅡ)反应中心处于完全开放时的荧光产量，Fo升高是由于PSⅡ反应中心遭到不可逆转的破坏所致[2]。

由图1可知，3种灌木Fo变化趋势相似，均随胁迫程度的加剧呈现先下降后上升趋势。在中度干旱胁迫时，连翘的Fo比CK高9.25%，与CK差异显著(P<0.05)，水蜡和紫丁香分别比CK高5.23%和3.27%，与CK差异不显著(P>0.05)；重度胁迫时，3种灌木的Fo均与CK差异显著(P<0.05)，分别比CK高16.18%、9.80%和11.11%；最大荧光(Fm)是在暗适应状态下当PSⅡ的所有反应中心处于完全关闭状态时的荧光产量，可反映通过PSⅡ的电子传递情况。3种灌木的Fm均随着胁迫的加剧而下降，且各处理与CK间均存在显著的差异(P<0.05)，重度干旱胁迫时，3种灌木的Fm明显小于对照，连翘、水蜡和紫丁香的Fm分别比对照低37.22%、26.60%和29.14%。以上分析说明干旱胁迫使3种灌木PSⅡ反应中心均遭到了不可逆转的破坏，这种破坏抑制了PSⅡ光化学活性，降低了PSⅡ原初光能转化效率，破坏了3种灌木的光合作用，进而影响了灌木体内干物质的形成，其中对连翘的影响最为严重，其次为紫丁香，对水蜡的影响相对较小。

2.2干旱胁迫对3种灌木Fv/Fm值和Fv/Fo值的影响

Fv/Fm和Fv/Fo是原初光能转换效率和PSⅡ潜在活性，是表明光化学反应的重要参数。随着干旱胁迫的加剧，3种灌木的Fv/Fm和Fv/Fo均有不同程度的下降。在轻度干旱胁迫时，3种灌木的Fv/Fm降幅较小，与CK差异不显著(P>0.05)，至中度和重度干旱胁迫时均与对照产生显著差异。连翘的Fv/Fo在轻度干旱胁迫时即与CK呈显著差异，水蜡和紫丁香在中度胁迫开始Fv/Fo与CK差异显著。在重度胁迫时，连翘、水蜡和紫丁香的Fv/Fm和Fv/Fo分别比CK低21.5%和57.6%、9.2%和35.5%、15.2%和45.9%，由此表明，轻度干旱胁迫已经对3种灌木的原初光能转换效率和PSⅡ潜在活性产生影响，随着胁迫的加剧，影响增大，其中对连翘的影响最大，对水蜡的影响最小。

表1　不同干旱胁迫对3种灌木叶绿素荧光参数的影响

数据后不同字母表示同一作物不同处理间差异显著(P< 0.05)。

2.3干旱胁迫对3种灌木qP值和qN值的影响

qP是光化学淬灭系数，反映了PSⅡ原初电子受体质体醌A(QA)的还原状态，qP值愈大，PSⅡ的电子传递活性愈大[3]。由表1可知：在干旱胁迫下，3种灌木的qP值逐渐下降，qN值逐渐升高，连翘和水蜡的qP值在轻度干旱胁迫时即与CK差异显著(P<0.05)，紫丁香在中度干旱胁迫开始与CK差异显著；在重度干旱胁迫时，连翘、水蜡、紫丁香的qP分别比CK低24.25%、18.02%和20.53%。qN是非光化学淬灭系数,反映的是PSⅡ天线色素吸收的光能以热的形式耗散掉的光能部分,是一种保护机制[4]。大部分植物在干旱胁迫下,qN值升高,耗散能力增加,从而避免过多光能引起的光氧化伤害。在干旱胁迫下，3种灌木的qN值均逐渐升高，重度胁迫时，连翘、水蜡、紫丁香的qN值分别比CK高12.74%、6.19%和11.11%。可见,抗旱性不同的灌木在干旱胁迫下，qP和qN值的变化幅度是不同的，变化幅度越大，说明其对光保护的机制越敏感，抗旱性越弱。上述分析得出：水蜡的抗旱性明显强于连翘和紫丁香。

2.4干旱胁迫对3种灌木光合量子产额(Yield)值的影响

光合量子产额(Yield)是植物光合作用电子传递的量子产额，是植物叶片光合电子传递速率快慢的相对指标，反映了整个光合作用的光合效率。随着干旱胁迫的加剧，连翘、水蜡和紫丁香的Yield值均逐渐降低，且从轻度胁迫开始即与CK差异显著(P<0.05)，重度胁迫时，3种灌木的Yield值分别比对照低29.01%、21.43%和29.41%，说明从轻度胁迫开始，叶片光合电子的传递即受到影响，随着胁迫的加剧影响越来越大，抗旱性不同的植物，受到的影响略有差异，降幅越大，说明其利用光能的能力越弱，反之，说明其有较高的光能转换效率，抗旱性越强。由表1可知，水蜡的光能转换效率明显高于连翘和紫丁香，连翘和紫丁香之间的差异不显著。

2.53种灌木抗旱性隶属函数分析

抗旱性是一个受多种因素影响的复杂数量性状，不同植物或材料对干旱胁迫有着不同的适应方式，单一的指标很难全面而准确地反映抗旱性的强弱。本文采用模糊数学的隶属函数法，通过各指标隶属值的平均值对3种灌木的抗旱性进行综合分析，计算方法为：

当指标与抗旱性成正相关时：

当指标与抗旱性成负相关时：

式中:Zij为i灌木j指标的隶属函数值；Xij为i灌木j指标的测定值;Ximax和Ximin分别为各灌木中指标的最大值和最小值;n为指标数[5]。

对3种灌木的抗旱性进行综合评价分析(表2)，得出各灌木的抗旱能力大小为：水蜡>紫丁香>连翘，这与3种灌木的野外生存表现基本一致。

表2　3 种灌木抗旱性的隶属度函数综合评判

3　结论

3.1干旱胁迫下，3种灌木的最大荧光(Fm)、原初光能转换效率(Fv/Fm)、PSⅡ潜在活性(Fv/Fo)、光化学淬灭系数(qP)和光合量子产额(Yield)随着干旱胁迫的加剧逐渐下降，非光化学淬灭系数(qN)随干旱胁迫程度的增加逐渐上升，初始荧光(Fo)则呈先下降后上升的趋势。

3.2随干旱胁迫的加剧，3种灌木各叶绿素荧光参数的变化幅度不同，抗旱性越强的灌木变化幅度越小，反之越大，7个参数均可以作为简单评价沙区灌木抗旱性强弱的指标。

3.3运用隶属函数法对3种灌木进行抗旱性进行综合评价，分析得出各灌木的抗旱性强弱依次为：水蜡>紫丁香>连翘。

[1] 陈小凤,李杨瑞,叶燕萍,等.利用叶绿素荧光参数和净光合速率评价引进禾本科牧草的抗旱性[J].草业科学，2007,24(5):53-57

[2] 吴甘霖,段仁燕,王志高.干旱和复水对草莓叶片叶绿素荧光特性的影响[J].生态学报，2010,30(14):3941-3946

[3] 张谧,王慧娟,于长青.超旱生植物沙冬青高温胁迫下的快速叶绿素荧光动力学特征[J]．生态环境学报，2009,18(6):2272-2277

[4] 郑淑霞,上官周平.8种阔叶树种叶片气体交换特征和叶绿素荧光特性比较[J]．生态学报，2006,26(4):1080-1087

[5] 黎燕琼,刘兴良,郑邵伟，等.岷江上游干旱河谷4种灌木的抗旱生理动态变化[J]．生态学报，2007，27(3)：870-878

Effect of Persistent Drought Stress on Chlorophyll Fluorescence Parameters in Four Shrubs

Chi Linlin

(Liaoning Institute of Sand-fixation and Afforestation,Fuxin 123000,China)

TakingForsythiasuspensa,LigustrumobtusifoliumandSyringaoblataas research objects,the effects of different drought stress on fluorescence parameters chlorophyll were studied. Result shows that with the degree of drought stress,the maximal fluorescence (Fm),maximal photochemical efficiency of PSⅡ(Fv/Fm),PSⅡpotential activity(Fv/Fo),photochemical quenching coefficient (qP) and photosynthetic quantum yield decline gradually,the non- photochemical quenching coefficient (qN) increase gradually;the minimal fluorescence (Fo) first decreased and then increased . Three kinds of shrubs change range of the parameters are different,the order of the drought resistance for three shrubs obtained by the analysis of membership function wasLigustrumobtusifolium>Syringaoblata>Forsythiasuspensa.

drought stress;shrubs;fluorescence of chlorophyll;drought resistance

1005-5215(2016)09-0011-03

2016-07-22

辽宁省科技攻关计划项目(2011207004)；辽宁省农业攻关计划项目(2015020065)

迟琳琳(1982-)，女，内蒙古赤峰人，硕士，工程师，现从事生态修复方面研究.

Q948

A

10.13601/j.issn.1005-5215.2016.09.004