干旱胁迫对红花檵木叶片色素含量及光合特性的影响

王晓娟，杨东生，先 锐，王光剑，马光良，周兰英

(1.泸州市林业科学研究院，四川 泸州 624000；2.四川农业大学林学院，四川 温江 611100)

红花檵木(Loropetalumchinensevar.rubrum)是金缕梅科(Hamamelidaceae)檵木属(Loropetalum)檵木(Loropetalumchinense)的变种，又名红檵木、红桎木[1]。该树种树姿优美、花叶俱佳、耐修剪、易造型[2]，因其突出的观赏特性和较强的适应性及抗逆性，被广泛应用于园林绿化、盆景等领域[3]，具有较高的观赏价值和经济价值。

干旱是影响植物生长与分布的主要环境胁迫因子之一[4]，近年来干旱发生的频率、范围和持续时间均有所增加[5,6]，其对农林业造成的损失超过了其它自然灾害所造成损失的总和[7]。红花檵木作为我国特色珍贵园林绿化植物，同样容易遭受干旱胁迫，影响其景观效果、引种栽培和经营管理。本文对不同程度土壤干旱胁迫下红花檵木叶片中的色素含量及光合特征值进行了研究，以弄清在不同土壤水分条件下红花檵木的叶色和光合生理变化情况，为红花檵木的园林应用及栽培管理提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验材料是由温江苗圃基地提供的两年生红花檵木实生苗，平均株高25cm。植株取回当天，栽入带有托盘的18 cm×20 cm的塑料盆中，置于四川农业大学植物苑四周通风透气的塑料大棚里。定期浇水，保证土壤含水量在25%左右(约为田间持水量的80%)，经过一段时间的适应性生长之后选择长势相近的植株进行试验。

1.2 试验设计

采用盆栽控水法人工模拟土壤干旱胁迫，设置4个水分处理，每个处理3次重复，每重复6盆，共72盆。处理于2017年4月1日开始，采用HH2便携式土壤水分测定仪(ML2x，GBR)每天同一时间对土壤含水量进行监测，并通过换算确定需要补充的水分，确保土壤含水量控制在设定值范围内。

(1)对照(CK)：约为田间持水量的80%；

(2)轻度胁迫(T1)：约为田间持水量的60%；

(3)中度胁迫(T2)：约为田间持水量的40%；

(4)重度胁迫(T3)：约为田间持水量的20%。

1.3 指标测定

光合色素含量：采用分光光度法[8]在各处理达到设定的土壤含水量起，干旱胁迫30 d左右从各处理植株上采取具有代表性的新叶，洗净擦干，去叶柄及中脉后剪碎混匀，称取0.1 g置于研钵中，用2 ml 80%丙酮和少许CaCO3研磨成匀浆，定容至10 ml，离心，取上清液避光保存后备用，以80%丙酮为对照测定其在440 nm、644 nm、622 nm处的吸收值(OD)，每个处理重复5次。

按以下公式计算色素的含量(mg·g-1)：

叶绿素a的含量(Chla)：Ca=0.1×(9.78×OD662-0.99×OD644)

叶绿素b的含量(Chlb)：Cb=0.1×(21.43×OD644-4.65×OD662)

叶绿素的总含量(Chl)：Ca+b=0.1(5.13×OD662-20.44×OD644)

类胡萝卜素含量(Cx+c)：Cx+c=(1000×A470-3.27×Ca-104×Cb)/229

花色素苷含量：按参考文献[9]的方法在各处理达到设定的土壤含水量起，每10 d测定1次，连续测定60 d。从各处理上采取具有代表性的叶片，洗净擦干，去叶柄及中脉后剪碎混匀，称取1g放入加有10 ml 0.1NHCl的15 mm离心管中，将其放入30℃的恒温箱中，4h后取出，以 3 000 r·min-1离心10 min，取上清液在722型分光光度计下测定在525 nm波长处的吸光度值，以0.1NHCl做空白对照，每个处理重复5次。

计算公式：花色素苷含量(mg·g-1)=OD525/0.1

1.4 数据分析

采用Excel2007进行数据整理和图表绘制；SPSS19.0统计分析软件对数据进行单因素方差分析(One-way ANOVA)，并用最小显著差数法(LSD)进行多重比较。

2 结果与分析

2.1 干旱胁迫对红花檵木叶片色素含量的影响

2.1.1 光合色素含量的变化

干旱胁迫下红花檵木叶片光合色素的变化情况如表1。由表1可知：随胁迫程度的加深叶片Chla、Chlb、Chl和Cx+c含量的变化趋势相同，均先升高后降低，其中T1与T2之间无显著差异(P>0.05)，其他处理间差异极显著(P<0.01)，各色素含量的排序为：T1>T2>T3>CK。Chla与Chlb的比值随胁迫程度的加深而先降低后升高，T1与T2之间无显著差异(P>0.05)，其他处理间差异极显著(P<0.01)，各处理Chla/Chlb均小于对照。可见在轻度和中度土壤干旱胁迫时红花檵木出现应激反应，Chla、Chlb和Cx+c大量增加，而随着胁迫加剧色素开始分解，且Chla的积累程度低于Chlb。

表1 干旱胁迫下红花檵木叶片色素含量方差分析表Tab.1 Analysis of pigment content in leaves under drought stress of Loropetalum chinense

图1 叶片花色素苷含量的变化Fig.1 The change of anthocyanin content in leaves

2.1.2 花色素苷含量的变化

干旱胁迫下红花檵木叶片花色素苷的含量变化如图1，多重比较如表2所示。由图1和表2可知：随着胁迫时间的推移，CK、T2、T3的花色素苷含量逐渐下降，这与外观表现叶色转青一致，而T1的花色素苷在整个胁迫过程中变化不明显。其中，胁迫初期便引起了T3的花色素苷含量显著下降(0.010.05)；胁迫第20～40d左右，CK与T2下降幅度相近，两者间保持显著差异水平(0.01

表2 不同处理的叶片花色素苷含量多重比较表Tab.2 The multiple comparisons of anthocyanin content in leaves with different treatment

2.2 干旱胁迫对红花檵木叶片光合特性的影响

2.2.1 光合特征值的变化

干旱胁迫下红花檵木叶片光合参数的变化如图2所示。由图2可知：Pn、Tr和Gs具有相同的变化趋势，即随胁迫程度的加深而下降，且各处理之间差异显著(P<0.05)。Ci随胁迫程度的加深先降低后升高，各处理之间差异显著(P<0.05)，其中T1的Ci最低，与CK相比下降了13.04%，T3的Ci迅速升高达到最大值，与CK相比上升了15.22%。WUE则随胁迫程度的加深呈先缓后快的上升趋势，其中轻度干旱胁迫下WUE上升不显著(P>0.05)；而中度干旱胁迫下WUE显著上升(P<0.05)，与CK相比上升了13.60%；重度干旱胁迫下WUE急剧升高(P<0.05)，与CK相比上升了36.03%。

图2 干旱胁迫下红花檵木Pn、Tr、GS、Ci及WUE的变化Fig.2 The change of Pn,Tr,Gs,Ci and WUE of Loropetalum chinense under drought stress

2.2.2 光合指标的相关性分析

干旱胁迫下对红花檵木光合过程中各指标进行相关性分析，如表3所示。由表3可知：干旱胁迫下红花檵木各光合指标之间存在一定的相关性，其中Pn与Tr、Gs和WUE之间呈极显著相关(P<0.01)，相关系数分别为0.983、0.962和-0.870。Tr与Gs和WUE呈极显著相关(P<0.01)，相关系数分别为0.951和0.920，与Ci呈显著相关(r=0.655，P<0.05)。Gs与呈显著相关(r=0.589，P<0.05)，与WUE呈极显著相关(r=0.940，P<0.01)。Ci与WUE呈极显著相关(r=0.814，P<0.01)。可见，在干旱胁迫过程中土壤含水量越低，Pn、Tr、Gs就越低，WUE就越高，说明干旱胁迫对红花檵木叶片气孔调控具有抑制或破坏作用。

表3 各光合指标相关分析结果Tab.3 Correlation analysis results of each photosynthetic parameters

3 讨论

3.1 干旱胁迫对红花檵木叶片色素含量的影响

色素在植物光合作用能量转化过程中担负着吸收和传递的重任，色素含量的高低与植物生长动态有一定联系，含量越高，光合作用越强[11]。本实验中干旱胁迫下红花檵木叶片色素含量先升高后降低，但总体保持升高的变化趋势，而Chla/Chlb先下降后上升。说明干旱胁迫诱导了红花檵木叶片色素含量的增加，使其在逆境条件下能进行光合作用以维持其生命活动，轻度和中度干旱胁迫极大地促进了红花檵木叶片光和色素的合成；但随胁迫程度加剧植株叶片萎蔫受损，影响了色素的正常合成，光和色素含量有所下降，重度干旱胁迫下红花檵木叶片未出现失绿，体内叶绿素没有完全分解，仍能保持较高含量。

花色素苷是红花檵木叶片呈色的重要色素，其生成受温度、光、糖、pH值、酶等多种因素的影响[12]。本实验中，在正常供水及中度和重度土壤干旱胁迫条件下，红花檵木的花色素苷含量下降，叶色转绿；而在轻度干旱胁迫条件下花色素苷含量无显著变化，未出现转绿现象。出现此种变化可能与花色素苷的不稳定性有关，充分供水条件下花色素苷含量下降可能是因为具有较高的土壤含水量，这与费芳，王慧颖和唐前瑞[12]的研究结果相一致，即高温高湿会加速红花檵木叶片返青。而中度和重度胁迫条件下下降，则可能是因为红花檵木受害严重，细胞衰老，加速了花色素苷的降解；轻度干旱胁迫下红花檵木为抵御逆境胁迫，酶活性升高，糖代谢活跃，且土壤水分含量适中，避免了干旱胁迫的不良影响[13]。

3.2 干旱胁迫对红花檵木光合特性的影响

光合作用是植物重要的代谢活动，其强弱关系着植物的生长发育和抗逆性，因此常用Pn、Tr、Gs、Ci等光合参数作为判断植物生长和抗逆性强弱的指标，WUE则用于衡量水分消耗与CO2固定能力的关系，研究认为一定的干旱胁迫能促进WUE显著提高[14]。本文实验结果显示，红花檵木的光合作用对土壤干旱胁迫反应较为敏感，且各光合指标之间存在显著的相关性，轻度干旱胁迫下Gs和Ci均下降，而中度和重度干旱胁迫时Gs继续下降而Ci逐渐上升，由此说明轻度干旱胁迫条件下光合速率下降的原因主要是气孔限制，中度干旱胁迫条件下气孔和非气孔限制共同作用，重度干旱胁迫条件下以非气孔限制为主，这与袁良济，杨海燕，邵远玉等[15]，主要环境因子对植物光合特性调控机制的影响研究的研究结果相似；此外，干旱胁迫显著提高了红花檵木的WUE，这种促进作用随胁迫程度的加深而更加显著。可见，在土壤干旱胁迫下红花檵木已形成一套较为完善的光合生理，它可通过叶绿体色素含量的增加以及气孔的调节来适应水分亏缺的不良环境。

4 结论

对红花檵木的干旱胁迫研究结果表明红花檵木具有一定的抗旱性，干旱胁迫下可通过光合作用和蒸腾作用的降低来减少对水分需求的同时提高水分利用效率，以维持其正常生长；但不同程度土壤水分亏缺对其叶色影响有所差异，整个实验过程中各处理叶片叶绿体色素含量总体升高，植株未出现失绿，但随着时间的推移，对照组及中度和重度胁迫下叶片花色素苷含量逐步下降，叶色返青，影响了其景观效果。因此我们在日后的管理和引种栽培过程中，可根据当地水分条件和不同的绿化效果，对其进行适当的水分管理，在合理利用水资源的同时满足多元化化的需求。