水分胁迫对黄秋葵生理以及光合特性的影响

王继玥 石登红 杜斌 谢文钢 宋常美 杨丹 刘燕

摘 要 设置4个水分胁迫处理（每3 d一次浇水，每7 d一次浇水，每15 d一次浇水和每30 d一次浇水），通过测定黄秋葵幼苗期、花期和收获期农艺性状，产量和产量构成因素、生理生化反应以及光合特性等指标，研究水分胁迫对黄秋葵生长、生理以及光合作用的影响。结果表明，随着水分胁迫程度的增加，各生育期黄秋葵农艺性状、籽粒产量以及产量构成因素均显著降低，重度缺水导致黄秋葵绝收；黄秋葵叶片的净光合速率、气孔导度均随着水分胁迫强度的增加而减少，叶片叶绿素含量随着水分胁迫程度增强，呈现先增加后降低的趋势；黄秋葵的可溶性糖、可溶性蛋白、游离脯氨酸、丙二醛含量均随着水分胁迫强度的增加而增加。

关键词 水分胁迫；黄秋葵；生长；生理生化反应；光合特性

中图分类号 S63 文献标识码 A

Effect of Water Stress on the Physiological and Photosynthesis

Characteristic of Okra（Abloschus esculentus L.）

WANG Jiyue1， SHI Denghong1*， DU Bin2， XIE Wengang1，

SONG Changmei1， YANG Dan1， LIU Yan1 **

1 School of Biological and Environmental Engineering， Guiyang University， Guiyang， Guizhou 550005， China

2 School of the Food and Pharmaceutical Engineering， Guiyang University， Guiyang， Guizhou 550005， China

Abstract We conducted a study of the effect of water stress on gowth， physiological metabolism and photosynthesis in okra. Four different water stress treatments（watering once per 30 d， watering once per 15 d， watering once per 7 d， watering once per 3 d）were investigated based on pot experiments. The agronomic traits of plants in okra during seeding stage， flowering stage and harvesting time， grain yield and its components， physiological and biochemical indexes and photosynthetic traits of okra were determined in this study. The results showed that with the enhancement of drought stress intensity， the agronomic traits， grain yield and its components of okra in each growth stage were reduced. Even the plant was failed by severe dehydration. Furthermore， the stomatal conductance and net photosynthesis rate were reduced with the increasing of the intensity of water stress. The chlorophyll content in blade increased first and then decreased. Soluble protein， proline， soluble sugar and malondialdehyde content of okra were also decreased with the increasing of the intensity of water stress.

Key words Water stress； okra； growth； physiological and biochemical reaction； photosynthesis characteristic

doi 10.3969/j.issn.1000-2561.2017.09.006

黃秋葵（Abloschus esculentus L.）是一种重要的药食兼用型蔬菜，为锦葵科秋葵属一年生植物[1]，原产于非洲，目前主要种植于非洲、亚洲、美洲等地。黄秋葵嫩茎叶可入药，嫩果富含蛋白质、不饱和脂肪酸、微量元素、多糖、黄酮、生物碱等营养和生物活性成分，不仅食用鲜美，还具有抗氧化、抗疲劳、抗癌、健胃等药用功效[2-3]。近年来，学者们多关注于黄秋葵的遗传资源[4-5]、生理特性[6]、栽培方法[7-9]、提取工艺[10-11]、药用价值[12-13]以及分子机制[14-16]等方面，而鲜有对其抗非生物胁迫机制的研究报道。

干旱是威胁农业生产的重大自然灾害之一，干旱会影响作物生长发育，导致作物大量减产。目前全世界约有43%的耕地位于干旱、半干旱地区。而我国也有近半数的土地处于干旱、半干旱地带，干旱问题严重制约我国农业生产以及国民经济的发展。因此，培育和推广种植抗干旱等非生物胁迫的高产、稳产作物品种具有重大的现实意义。

黄秋葵为喜温性植物，耐热、耐旱，对土壤的适应性较广，适宜在土壤含水量40%～60%条件下生长[17]。韦吉等[18]的研究表明，黄秋葵株高、日均净光合速率、叶片的相对含水量、过氧化物酶活性、过氧化氢酶活性可作为其抗旱性鉴定指标。但目前缺少对黄秋葵抗旱性机制的系统性研究。本试验设置不同的水分胁迫处理，研究水分胁迫对黄秋葵全生育期生长、生理生化反应以及光合特性的影响，为揭示其耐旱的生理机制提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料

黄秋葵种子来自贵阳学院生物与环境工程学院，前期PEG模拟干旱胁迫实验表现出较强的抗干旱胁迫能力。试验于2016年4～8月份在贵阳学院温室大棚中进行。

1.2 方法

1.2.1 试验处理 本研究采用盆栽试验，设置4个不同水分胁迫处理，分别为每3 d一次浇水处理、每7 d一次浇水处理、每15 d一次浇水处理和每30 d一次浇水处理。每处理30次重复，完全随机排列，总共120盆，摆放于贵阳学院温室大棚内。本试验于2016年3月23日播种，4月8日定植。

精选大小一致的黄秋葵种子，先在光照培养箱中催芽，待种子萌发后，选取长势均一的幼苗移栽到高80 cm、直径50 cm的盆钵中，每盆种1株。分别在播种前施基肥（0.2 kg/株），苗期（0.2 kg/株）和花期（0.1 kg/株）分别追肥1次。分别在黄秋葵幼苗期、花期和收获期记录其生长状况。

1.2.2 指标测定 （1）农艺性状。在种子发芽后的40～45 d（5月21日）左右调查幼苗的株高、叶片数、最大叶片长，最大叶片宽、茎粗、展开叶片数。在90 d（7月10日）左右，黄秋葵开花后，调查株高、叶片数、最大叶片长，最大葉片宽、花瓣直径、茎粗，记录花开时间及其伤害率。在120 d（8月25日）左右测量收获期的株高、茎粗、叶片数、果实横径、果实长度、单株鲜重、单株干重、单株角果数、每角果粒数、单株籽粒产量并计算抗旱指数和伤害率。每处理调查10株。

伤害率=（对照值-处理值）/对照值×100%

抗旱指数（DC） =Xd/Xw

式中Xd和Xw分别为干旱胁迫下和正常供水下干重。

（2）叶片光合特性。分别在苗期和花期，每处理中随机选取5株，采用Li-6400便携式光合测定仪，在上午9 ： 00～12 ： 00测定光合速率（Pn）、气孔导度（Gs）以及CO2浓度（Ci），每个样品重复测定3次。另每处理随机选取5株采用UV-2450紫外分光光度法，测定主茎中部叶片叶绿素含量，每样品3次重复。

（3）生理指标。收获后将单个整株黄秋葵在70 ℃烘箱内烘干，粉碎混匀后，测定其可溶性蛋白、游离脯氨酸、可溶性糖、MAD含量，每处理5次重复。考马斯亮蓝法测定可溶性蛋白含量，蔥酮比色法测定可溶性糖含量，茚三酮法测定游离脯氨酸含量，根据石芸[9]的方法测定MAD含量。

1.3 数据处理

利用Excel 2010和SPASS.11工具进行数据处理和统计分析。

2 结果与分析

2.1 水分胁迫对黄秋葵生长的影响

分别在苗期、花期和收获期调查了不同水分胁迫下黄秋葵的生长情况（表1～3）。由表1可以看出，苗期黄秋葵的株高、茎粗、展开叶片数、叶片数、最大叶宽、最大叶长等性状均随着水分胁迫程度的增加而减少。其中株高、最大叶片长各处理间差异显著，而展叶比各处理间差异均不显著。表2显示花期黄秋葵的株高、茎粗、叶片数、分枝数、最大叶片宽、最大叶片长、花直径、花瓣长等性状均随着水分胁迫程度的增加而减少，其中株高各处理间差异显著，叶片数、最大叶片宽、最大叶片长、花直径、花瓣长，除3 d处理与7 d处理间差异不显著外，其余差异均显著。同时，随着水分胁迫程度的增加，黄秋葵的开花时间也延迟，30 d处理比3 d处理延迟了半个月。表3中的数据表明收获期黄秋葵的株高、茎粗、叶片数、分枝数、果长、果茎、单株鲜重和单株干重等性状均随着水分胁迫程度的增加而减小。其中株高、单株鲜重各处理间差异显著。30 d处理中黄秋葵未能结实，其余处理间角果直径差异不显著。以3 d处理为对照计算抗旱指数，随着水分胁迫强度的增加黄秋葵的抗旱指数也显著增加，且从15 d处理到30 d处理增加的幅度远高于7 d处理到15 d处理。

2.2 水分胁迫对黄秋葵籽粒产量以及产量构成因素的影响

不同水分胁迫处理下黄秋葵的籽粒产量及其构成因素列于表4。由表4可以看出，黄秋葵单株籽粒产量以及构成因素（每角果粒数、百粒重、单株角果数）均随水分胁迫程度增加呈显著下降趋势。其中各处理间单株角果数、单株株籽实际产量、单株株籽理论产量的差异达到极显著水平。而30 d处理中黄秋葵的籽粒未结实，表明水分胁迫到达一定程度不仅抑制黄秋葵营养生长，还严重破坏其生殖生长，导致绝收。从表5可以看出，黄秋葵单株籽粒产量以及构成因素的伤害率均随水分胁迫程度加重呈极显著增加趋势。产量构成因素的伤害率中单株角果数的伤害率明显高于每角果粒数和百粒重的伤害率。

2.3 水分胁迫对黄秋葵叶片光合特性的影响

表6是不同水分胁迫处理对苗期和花期黄秋葵叶片的光合特性表现。由表6可以看出，黄秋葵叶片的净光合速率、气孔导度均随着水分胁迫强度的增加而减少，且各处理间均差异显著，CO2浓度随着水分胁迫强度的增加而增加。花期各处理间的差异明显大于苗期，其中两个时期各处理间CO2浓度均差异极显著。苗期和花期黄秋葵叶片叶绿素含量没有表现出一致的规律，苗期各处理间叶片叶绿素含量均差异不显著。花期叶片叶绿素含量随着水分胁迫程度增强，呈现先增加后降低的趋势，即轻度干旱胁迫时（7 d）叶片叶绿素含量较对照（3 d）增加，但处理间差异显著，重度干旱胁迫时（15 d和30 d）叶片叶绿素含量较对照（3 d）显著降低。

2.4 水分胁迫对黄秋葵生理指标的影响

收获后笔者测定了黄秋葵可溶性蛋白、游离脯氨酸、可溶性糖以及丙二醛含量。结果表明黄秋葵的可溶性糖、可溶性蛋白、游离脯氨酸、丙二醛含量均随着水分胁迫强度的增加而增加（表7）。各处理间可溶性蛋白和丙二醛含量差异极显著，其含量增幅也随着水分胁迫强度的增加而增加。游离脯氨酸含量15 d处理和30 d处理间差异不显著，其余处理间差异极显著。可溶性糖含量15 d处理和30 d浇水处理间差异不显著，3 d处理和7 d处理间差异也不显著。

3 讨论

3.1 黄秋葵的生长发育与水分胁迫的关系

本研究结果显示，随着水分胁迫程度的增加，各生育期苗期黄秋葵农艺性状、籽粒产量以及产量构成因素均有不同程度的降低。这与水稻[19]、玉米[20]、大豆[21]等作物在干旱胁迫下的表型类似。植物通过外部表型对干旱等逆境胁迫做出响应来适应环境的变化以维持生长和发育。Xu等[22]的研究表明，干旱胁迫使水稻幼苗茎和叶的干重显著降低，而水稻根系干重未出现明显变化。Lemoine等[22]的研究也发现水分胁迫对植物地上部分的影响要显著高于地下部分。本研究发现干旱胁迫下黄秋葵株高、单株鲜重等表型显著降低，而角果直径未显著降低，说明不同植物器官对干旱胁迫的响应不同。而不同植物由于其遗传特性[23-24]与生长环境差异较大，所以对干旱胁迫的响应机制也不相同[25-26]。

3.2 光合效率与水分胁迫的关系

本研究结果显示，苗期和花期黄秋葵展开叶片数、叶片的净光合速率、气孔导度均随着水分胁迫强度的增加而减少，细胞间CO2浓度随着水分胁迫强度的增加而增加，说明水分胁迫会抑制黄秋葵叶片的光合反应，降低其光合效率。这与棉花[27]、海南蒲桃[28]等植物中的研究结果相一致。缺水条件下，黄秋葵叶片萎蔫，并关闭叶片气孔，使气孔导度降低，蒸腾作用减弱，限制CO2进入，使得细胞间的CO2浓度相对增加，从而导致光合作用活性下降，影响碳代谢过程，因此黄秋葵干物质量的累积也明显减少。有研究表明[29]，轻度干旱胁迫下，影响植物光合速率的主要因素的气孔性限制，极端干旱胁迫下，由于叶片受损，此时叶绿体同化力是影响光合作用的主要因素。

本研究结果显示7 d处理下，黄秋葵叶片叶绿素含量高于对照（3 d），15 d和30 d条件下，叶片叶绿素含量显著低于对照。这一结果说明黄秋葵叶绿素对水分胁迫具有适应范围，在轻度干旱胁下，黄秋葵叶片叶绿素的合成增加，提高光合能力以抵御缺水对植物代谢的影响，而重度胁迫会破坏叶绿素分子的结构，从而降低叶片叶绿素的含量。这与苹果[30]、三叶草[31]中的研究结果类似。植物叶片叶绿素含量在一定程度上会影响叶片的光合强度。刘建伟等[32]指出，随干旱胁迫程度的增加，植物叶片的净光合速率显著降低，光合产物不在累积，生长出现停滞。因此，水分胁迫下黄秋葵由于叶片受损伤，影响了光合作用，导致同化力降低，从而抑制黄秋葵的生长、发育。

3.3 渗透调节物质与水分胁迫的关系

本试验发现黄秋葵的可溶性糖、可溶性蛋白、游离脯氨酸、丙二醛含量均随着水分胁迫强度的增加而增加，这与韦吉等[18]的研究结果一致。可溶性糖（SP）是植物的主要储藏物质，在逆境条件下对细胞起渗透调作用，以维持植物正常的生长发育和新陈代谢过程。王琼等[33]的研究表明植物体内可溶性糖含量与植物抗旱能力相关，含量越高抗性越强。可溶性蛋白质是参与植物细胞渗透势调节作用，其含量与植物吸收水分有关。干旱胁迫下，植物诱导产生许多特异蛋白，影响其新陈代谢过程，在一定程度上可以降低缺水对植物的伤害。脯氨酸（Pro）是植物体内重要的渗透调节物质，具有较强的水合能力。干旱胁迫下，能够防止细胞脱水变性，维持原生质胶体的稳定性，从而稳定细胞代谢，减少水分散失。丙二醛（MAD）是膜脂过氧化的主要产物，其含量反映出植物细胞膜的功能。逆境胁迫下，MAD含量的变化是植物脂膜受损程度的重要标志。干旱胁迫使细胞失水而破损，引起细胞膜脂过氧化，从而导致细胞内MAD含量增加。

4 结论

水分供应不足会影响黄秋葵的生长、发育以及籽粒产量的形成，严重缺水导致黄秋葵绝收。缺水导致黄秋葵叶片萎蔫，关闭气孔，光合效率降低，细胞膜脂过氧化，叶绿体结构受损。黄秋葵可能通过增加可溶性糖、可溶性蛋白、游离脯氨酸以抵御水分胁迫的伤害。

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