两种石斛属植物光合特性对干旱胁迫及复水的响应

吕朝燕，高智席，邓富梅，韩 畅，魏 英

（1.遵义师范学院生物与农业科技学院，贵州 遵义 563006；2.遵义师范学院食品绿色化加工与营养调控工程研究所，贵州 遵义 563006）

0 引言

水是影响植物生存、生长和分布的关键非生物胁迫因子之一[1,2]，植物在漫长的演化过程中，已进化出不同的生理机制和策略以适应其分布区的环境条件（主要是水热因子）[3]，植物对干旱胁迫的响应和适应机制一直以来都是学术界研究的热点和重点[4,5]。植物可以通过光合作用将无机物质转化为有机物，同时固定太阳光能，光合作用是地球生态系统最为重要的化学反应，也是绿色植物对各种内外环境因子最为敏感的生理过程之一[6]。水是光合作用最关键的环境影响因子，不同水分状况对光合作用过程影响很大[7]。轻度的干旱胁迫会导致植物气孔关闭和光合速率降低；严重干旱胁迫会引起光合器官受损，导致光合速率进一步下降[8]。植物对干旱的适应不仅表现在干旱胁迫过程中，更为重要的是植物能否在遭受干旱后的复水过程中迅速恢复并弥补由干旱胁迫造成的损伤，这也是植物逆境适应性的重要表现[9]。

金钗石斛（Dendrobium nobile）和铁皮石斛（Dendrobium officinale）均是兰科石斛属多年生附生草本植物，传统名贵珍稀中药材，观赏价值亦很高[10]。它们大多附生在宿主植物的树杈或岩石缝隙中，由于其根裸露在空气中，不能像陆生植物那样从土壤中吸收水分，附生植物的水分来源相对比较贫乏，经常遭受水分胁迫。因而，水分是限制附生植物生存和生长最重要的环境因子。由于对生长条件的特殊要求，生长繁殖缓慢，加上滥采滥拔，生境及野生资源大规模破坏等原因，野生金钗石斛和铁皮石斛已濒于绝迹。前人已经在两种石斛属植物的药用活性成分[11]、药理作用[12]、栽培模式[13]等方面做了大量的工作。对于其耐旱水分生理方面，仅有个别研究从栽培技术角度就不同基质含水量对铁皮石斛光合作用的影响进行了初步分析[14]。然而，从生态学角度，研究两种石斛属植物抗旱水分生理的研究工作依然相对缺乏。本研究通过观测不同干旱历时对金钗石斛和铁皮石斛叶片光合作用的影响及其复水后光合作用的变化，研究两种石斛属植物叶片光合作用在节律性干旱胁迫下的变化，揭示其抗旱水分生理机制，研究结果可以丰富附生石斛属植物生态学研究内容，并为金钗石斛和铁皮石斛的仿生栽培及资源利用提供基础理论指导。

1 材料与方法

1.1 试验材料与仪器

材料：3年生金钗石斛和铁皮石斛苗。

仪器：植物光合仪（美国LI-COR 公司，LI-6400）、土壤水分测定仪（美国spectrum公司，SM100）。

1.2 试验方法

金钗石斛和铁皮石斛苗均采用盆栽方式种植，花盆直径24 cm，高度26 cm，盆栽土壤为泥炭土、树皮和水苔按照1∶1∶1 的体积比均匀混合而成。金钗石斛和铁皮石斛各种植30盆，放置于荫棚内，避免阳光直射，统一管理。试验于2020年6月16日开始进行，首先进行为期1月的充分供水处理，每日8∶00充分浇水，以托盘底部有水渗出为标准，保证植物在没有受到干旱胁迫的情况下正常生长。其后停止供水进行干旱处理，在基部老叶个别出现黄化或萎蔫时停止，共干旱处理60 d，其后重新恢复充分浇水。并于停止供水前一天、停止供水20 d、40 d、60 d 和复水10 d、15 d、20 d 分别测定两种石斛叶片的光合作用特征。

光合作用的测定从8∶00 开始到18∶00 结束，每隔2 h 测定一次。随机分别选取6株金钗石斛和铁皮石斛，在每株石斛中上部标记3片健康叶片作为待测叶片，测定指标包括净光合速率Pn[μmol CO2/（m2·s）]、蒸腾速率Tr[mmol H2O/（m2·s）]、气孔导度Gs[mol H2O/（m2·s）]和胞间CO2浓度Ci[μmol CO2/mol]，并按下式计算瞬时水分利用效率WUE：

以上各指标均重复测定18 次，取平均值。同时，各随机选择6 盆两种石斛测定土壤含水率，每日10∶00 测定，每盆每次测定3个位点，也是重复测定18次。

1.3 数据处理

应用SPSS 26.0 统计软件中单因素方差分析（One-way ANOVA）对两种石斛属植物不同干旱和复水历时的各光合特征参数进行单因素方差分析，采用最小显著差异法（LSD）进行多重比较（P＜0.05），并采用Pearson 相关分析对各参数进行双变量相关性分析。同时，采用Excel 2021软件进行统计分析并作图。

2 结果与分析

2.1 干旱胁迫及复水对金钗石斛叶片光和参数的影响

金钗石斛叶片净光合速率（Pn）随干旱时间的延长呈降低趋势[图1（a）]。日平均Pn由大到小依次为充分供水＞干旱20 d＞干旱40 d＞干旱60 d。充分供水时，Pn日变化曲线呈“双峰”型，8:00-10:00时段内Pn快速升高，在10:00时出现第一个峰值，其后呈下降趋势，到14:00 时出现波谷，其后快速上升，在16:00 时出现第二个峰值，其后再次呈下降趋势，且10:00 和16:00 时Pn均显著高于干旱20、40 和60 d 时（P＜0.05）。干旱20 d时，Pn日变化曲线呈单峰型，8:00-10:00时段内Pn逐渐升高，在10:00 时出现峰值，其后呈下降趋势，到14:00 时出现波谷，其后呈小幅上升趋势。干旱40 和60 d 时，Pn日变化较小，且10:00 和16:00 时Pn显著低于充分供水和干旱20 d 时（P＜0.05）。复水后，金钗石斛叶片Pn随复水时间的延长呈小幅波动上升趋势[图2（a）]。日平均Pn由大到小依次为充分供水＞复水20 d＞复水10 d＞复水15 d，且10:00 和16:00 时，复水10、15 和20 d 时Pn均显著小于充分供水时（P＜0.05）。复水20 d 时，10:00 时的Pn高于复水10 d 和15 d 时，但是，仍显著小于充分供水时，未恢复到充分供水时的水平（P＜0.05）。可见，干旱直接导致了金钗石斛叶片Pn的下降，干旱时间越长，Pn下降越多。且复水后，金钗石斛在光合速率方面表现出较差的恢复能力。

图1 金钗石斛叶片光合参数随干旱时间的变化Fig.1 The variation of photosynthetic parameters of Dendrobium nobile leaves with drought time

金钗石斛叶片气孔导度（Gs）随干旱时间的延长呈降低趋势[图1（b）]。日平均Gs由大到小依次为充分供水＞干旱20 d＞干旱40 d＞干旱60 d。充分供水时，Gs日变化曲线呈单峰型，8:00-12:00 时段内Gs逐渐升高，在12:00 时出现峰值，其后呈下降趋势，且除18:00 外，8:00-16:00 各时刻Gs均显著高于干旱20、40 和60 d 时（P＜0.05）。干旱20 d 时，Gs日变化曲线呈“双峰”型，8:00-10:00 时段内Gs逐渐升高，在10:00时出现第一个峰值，显著低于充分供水时，但显著高于干旱40 和60 d 时（P＜0.05），其后逐渐下降，到14:00 时出现波谷，其后逐渐升高，到18:00 时达到第二个峰值，显著高于干旱40 和60 天时（P＜0.05）。干旱40 d 时，Gs最大值出现在上午8:00 时，显著高于干旱60 d 时（P＜0.05），其后呈下降趋势。干旱60 d 时，各时刻Gs变化不大，且均显著低于充分供水时（P＜0.05）。复水后，金钗石斛叶片Gs随复水时间的增加呈逐渐升高的趋势[图2（b）]。Gs在10:00 时，由大到小依次为充分供水＞复水20 d＞复水15 d＞复水10 d。并且，复水20 d时，10:00和16:00时Gs仍显著小于充分供水时，未恢复到充分供水时的水平（P＜0.05）。可见，干旱直接抑制了金钗石斛叶片气孔的开放，导致叶片Gs下降，干旱时间越长，抑制程度越大。且复水后，金钗石斛在气孔导度方面表现出较差的恢复能力。

金钗石斛叶片胞间CO2浓度（Ci）随干旱时间的延长整体呈先降低后升高的趋势[图1（c）]。充分供水、干旱20、40和60 d 时，Ci日变化曲线在8:00-16:00 时段内均整体呈下降趋势，在16:00 时出现波谷，其后呈上升趋势，且日平均Ci由大到小依次为充分供水＞干旱60 d＞干旱40 d＞干旱20 d。充分供水时，日平均Ci显著高于干旱20、40 和60 d 时（P＜0.05）。干旱20 d 时，日平均Ci明显下降，显著低于充分供水时、干旱40 和60 d 时（P＜0.05）。其后，干旱40 和60 d 时，日平均Ci略有升高，但仍显著低于充分供水时（P＜0.05）。复水后，金钗石斛叶片Ci随复水时间的增加整体呈波动下降趋势[图2（c）]。日平均Ci由大到小依次为复水10 d＞复水20 d＞充分供水＞复水15 d。复水10 d时，各时刻Ci均明显升高，其后复水15 和20 d 时略有下降。且复水20 d 时，10:00 和16:00 时Ci均显著大于充分供水时，恢复到了充分供水时以上的水平（P＜0.05）。可见，干旱20 d 时，干旱导致金钗石斛叶片气孔关闭，Ci显著降低，其后，随干旱程度加深，光合器官受到严重伤害，调节能力降低，Ci逐渐升高。复水后，金钗石斛叶片Ci恢复到了充分供水时以上的水平，表现出较好的恢复能力。

金钗石斛叶片蒸腾速率（Tr）随干旱时间的延长呈降低趋势[图1（d）]。日平均Tr由大到小依次为充分供水＞干旱20 d＞干旱40 d＞干旱60 d。充分供水时，Tr日变化曲线呈单峰型，8:00-12:00 时段内Tr快速升高，在12:00 时出现峰值，其后呈下降趋势，且除18:00 外，各时刻Tr均显著大于干旱20、40 和60 d 时（P＜0.05）。干旱20 d 时，Tr日变化曲线呈“双峰”型，8:00-10:00 时段内Tr逐渐升高，在10:00 时出现第一个峰值，其后逐渐下降，在14:00 时出现波谷，其后逐渐回升，在18∶00 时出现第二个峰值，且第一个峰值显著小于充分供水时（P＜0.05）；干旱40 和60 d 时，蒸腾速率日变化较小，且各时刻Tr均显著小于充分供水时（P＜0.05）。复水后，金钗石斛叶片Tr呈升高趋势[图2（d）]。日平均Tr由大到小依次为充分供水＞复水20 d＞复水15 d＞复水10 d。复水20 d时，10:00 时的Tr显著高于复水10 和15 d 时，但仍显著小于充分供水时，未恢复到充分供水时的水平（P＜0.05）。可见，干旱直接导致了金钗石斛叶片Tr的下降，干旱时间越长，Tr下降越多。且复水后，金钗石斛在蒸腾速率方面表现出较差的恢复能力。

2.2 干旱胁迫及复水对铁皮石斛叶片光和参数的影响

铁皮石斛叶片净光合速率（Pn）随干旱时间的延长呈先升高后降低的趋势[图3（a）]。日平均Pn由大到小依次为干旱20 d＞充分供水＞干旱60 d＞干旱40 d。充分供水时，Pn日变化曲线呈“双峰”型，8:00-10:00 时段内快速升高，在10:00时出现第一个峰值，其后呈下降趋势，在12:00 时出现波谷，然后逐渐升高，到16:00 时出现第二个峰值，然后再次下降，且10:00 和16:00 时Pn与干旱20 d 时差异不显著（P＞0.05），但显著高于干旱40 和60 天时（P＜0.05）。干旱20 天时，Pn日变化曲线与充分供水时的变化趋势相同，除10:00 时略低于充分供水时外，其他各时刻Pn均高于充分供水时，且日平均Pn显著高于充分供水时（P＜0.05）。干旱40 和60 天时，Pn日变化较小，且10:00 和16:00 时Pn均显著小于充分供水和干旱20天时（P＜0.05）。复水后，铁皮石斛叶片Pn随复水时间的延长呈升高趋势[图4（a）]。日平均Pn由大到小依次为复水20 d＞复水15 d＞复水10 d＞充分供水。复水10 d时，日平均Pn与充分供水时差异不显著（P＞0.05）。复水20 d时，Pn日变化曲线呈“双峰”型，8:00-10:00 时段内Pn逐渐升高，在10:00 时达到第一个峰值，其后缓慢下降，到16:00 时出现波谷，其后再次上升，到18:00 时出现第二个峰值，且日平均Pn显著高于充分供水、复水10 和15 d 时，已恢复到充分供水时以上的水平（P＜0.05）。可见，干旱导致铁皮石斛叶片Pn在干旱初期升高后即快速下降，干旱时间越长，Pn下降越多。且复水后，铁皮石斛在光合速率方面表现出较强的恢复能力。

图3 铁皮石斛叶片光合参数随干旱时间的变化Fig.3 The variation of photosynthetic parameters of Dendrobium officinale leaves with drought time

图4 铁皮石斛叶片光合参数随复水时间的变化Fig.4 The variation of photosynthetic parameters of Dendrobium officinale leaves with rewatering time

铁皮石斛叶片气孔导度（Gs）随干旱时间的延长整体呈先升高后降低趋势[图3（b）]。日平均Gs由大到小依次为干旱20 d＞充分供水＞干旱60 d＞干旱40 d。充分供水时，Gs日变化曲线呈单峰型，8:00-10:00 时段内Gs缓慢升高，在10:00 时出现峰值，其后呈下降趋势，且日平均Gs显著大于干旱40 和60 d 时（P＜0.05），但与干旱20 d 时差异不显著（P＞0.05）。干旱20 d 时，Gs日变化曲线也呈单峰型，在8:00 时出现峰值，其后呈下降趋势，日平均Gs略高于充分供水时，但差异不显著（P＞0.05）。干旱40 d 时，Gs日变化曲线峰值出现在上午8:00 时，其后呈下降趋势，且10:00 和16:00 时，Gs显著小于充分供水、干旱20 和60 d 时（P＜0.05）。干旱60 d 时，Gs日变化曲线呈“双峰”型，8:00-10:00 时段内Gs迅速升高，在10:00 出现第一个峰值，其后逐渐下降，在12:00 时出现波谷，其后呈上升趋势，在18:00 出现第二个峰值，且10:00 和16:00时Gs均显著高于干旱40 d时（P＜0.05）。复水后，铁皮石斛叶片Gs随复水时间的增加呈先升高后降低的趋势[图4（b）]。日平均Gs由大到小依次为复水15 d＞复水10 d＞复水20 d＞充分供水时。复水20 d时，10:00和16:00时Gs均显著高于充分供水时，已恢复到充分供水时以上的水平（P＜0.05）。可见，干旱20 d 后，铁皮石斛叶片气孔开放受到抑制，导致叶片Gs下降，干旱时间越长，抑制程度越大。且复水后，铁皮石斛在气孔导度方面表现出较好的恢复能力。

铁皮石斛叶片胞间CO2浓度（Ci）随干旱时间的延长整体呈先小幅降低后升高的趋势[图3（c）]。日平均Ci由大到小依次为干旱60 d＞充分供水＞干旱40 d＞干旱20 d。充分供水时，Ci日变化曲线呈“W”型，在8:00时出现第一个峰值，其后逐渐下降，到10:00 时出现第一个波谷，其后逐渐回升，在12:00时出现第二个峰值，然后再次下降，在14:00时出现第二个波谷，其后再次回升，到18:00时出现第三个峰值，且10:00和16:00 时，Ci均显著小于干旱40 和60 d 时（P＜0.05）。干旱20 d时，Ci日变化曲线从8:00时出现峰值后，一直呈缓慢降低的趋势，日平均Ci略低于充分供水时，且显著低于干旱40 和60 d 时（P＜0.05）。干旱40 d 时，Ci日变化幅度较小。到干旱60 d 时，Ci日变化曲线呈“双峰”型，8:00-10:00 时段内Ci快速升高，在10∶00 时出现第一个峰值，其后迅速下降，到12:00时出现波谷，其后呈升高趋势，在18:00时出现第二个峰值，且10:00 和16:00 时，Ci均显著高于充分供水时（P＜0.05）。复水后，铁皮石斛叶片Ci随复水时间的增加整体呈先降低后升高趋势[图4（c）]。日平均Ci由大到小依次为复水10 d＞复水20 d＞复水15 d＞充分供水。复水10 d 时，各时刻Ci均显著高于充分供水时（P＜0.05）。其后复水15 和20 d 时，日平均Ci略有下降。复水10、15 和20 d 时，10:00 和16:00 时的Ci均显著高于充分供水时，恢复到了充分供水时以上的水平（P＜0.05）。可见，同金钗石斛一样，干旱20 d时，干旱导致铁皮石斛叶片气孔关闭，Ci显著降低，其后，随干旱程度加深，光合器官受到严重伤害，调节能力降低，Ci逐渐升高。复水后，铁皮石斛叶片Ci恢复到了充分供水时以上的水平，表现出较强的恢复能力。

铁皮石斛叶片蒸腾速率（Tr）随干旱时间的延长整体呈先降低后升高的趋势[图3（d）]。日平均Tr由大到小依次为充分供水＞干旱20 d＞干旱60 d＞干旱40 d。充分供水时，Tr日变化曲线呈“双峰”型，8:00-10:00 时段内Tr逐渐升高，在10:00 出现第一个峰值，且显著高于干旱20、40 和60 d 时（P＜0.05），其后快速下降，在14:00时出现波谷，然后再次上升，在16:00 时出现第二个峰值，且显著高于干旱20、40 和60 d 时（P＜0.05），其后再次下降。干旱20 d 时，Tr日变化曲线在8:00 时出现峰值，其后呈下降趋势；干旱40 d 时，Tr从8:00 开始逐渐降低，在12:00 时出现波谷，其后呈升高趋势，且10:00和16:00时，Tr均显著小于充分供水和干旱20、60 d时（P＜0.05）。干旱60 d 时，Tr日变化曲线呈“双峰”型，8:00-10:00时段内Tr逐渐升高，在10:00时出现第一个峰值，其后逐渐下降，到12:00 时出现波谷，然后呈上升趋势，到18:00 时出现第二个峰值，且10:00 和16:00 时Tr均显著小于充分供水和干旱20 d 时，但显著高于干旱40 d 时（P＜0.05）。复水后，铁皮石斛叶片Tr整体呈波动下降趋势[图4（d）]。日平均Tr由大到小依次为复水10 d＞复水15 d＞充分供水＞复水20 d。复水20 d 时，10:00 和16:00 时Tr均与充分供水时差异不显著（P＞0.05），Tr基本恢复到与充分供水时相当的水平。综合来看，干旱直接导致了铁皮石斛叶片Tr的下降，且复水后，铁皮石斛在蒸腾速率方面表现出较好的恢复能力。

2.3 干旱胁迫及复水对金钗石斛叶片水分利用效率的影响

金钗石斛叶片水分利用效率（WUE）随干旱时间的延长整体呈先升高后降低的趋势[图5（a）]。日平均WUE由大到小依次为干旱20 d＞干旱60 d＞干旱40 d＞充分供水。充分供水时，WUE日变化曲线呈“双峰”型，8:00-10:00 时段内WUE逐渐升高，在10:00 出现第一个峰值，显著低于干旱20和40 d 时（P＜0.05），与干旱60 d 时差异不显著（P＞0.05），其后逐渐下降，在14:00时出现波谷，然后快速上升，在16:00出现第二个峰值，显著低于干旱60 d 时（P＜0.05），与干旱20和40 d时差异不显著（P＞0.05），其后再次下降。干旱20 d时，WUE日变化曲线呈单峰型，8:00-12:00 时段内逐渐下降，在12:00 时出现波谷，其后快速上升，在14:00 时出现峰值，其后再次下降，且10:00 时WUE显著高于充分供水、干旱40和60 d 时（P＜0.05）。干旱40 d 时，WUE日变化曲线在8:00时出现峰值，其后呈小幅波动下降趋势，且10:00时WUE显著高于充分供水和干旱60 d 时（P＜0.05）。干旱60 d 时，WUE日变化曲线呈“双峰”型，8:00-10:00 时段内逐渐下降，在10:00时出现第一个波谷，其后逐渐上升，在12:00时出现第一个峰值，其后呈升高趋势，在16:00 均出现第二个峰值，显著高于充分供水、干旱20 和40 d 时（P＜0.05）。可见，干旱直接导致了金钗石斛叶片WUE的升高，干旱20 和60 d 时，日平均WUE差异不显著（P＞0.05），但均显著高于充分供水时（P＜0.05），且干旱60 d 时的日平均WUE是充分供水时的2.27倍。

复水后，金钗石斛叶片水分利用效率（WUE）随复水时间的增加呈升高趋势[图5（b）]。日平均WUE由大到小依次为复水20 d＞复水15 d＞复水10 d＞充分供水。复水10 d 时，WUE日变化曲线呈单峰型，8:00-10:00时段内WUE逐渐下降，在10∶00出现第一个波谷，其后逐渐上升，在16:00时出现峰值，显著高于充分供水时（P＜0.05），然后再次下降。复水15 d 时，WUE日变化曲线呈“双峰”型，8:00-10:00 时段内WUE呈升高趋势，在12:00 出现第一个峰值，其后下降，在14:00 时出现波谷，然后再次上升，在16:00 时出现第二个峰值，显著高于充分供水时（P＜0.05），其后再次下降。复水20 d 时，WUE日变化曲线呈“W”型，在8:00 时出现第一个峰值，显著高于充分供水、复水10 和15 d 时（P＜0.05），其后快速下降，在10:00 出现第一个波谷，其后上升，在12:00时出现第二个峰值，显著高于充分供水、复水10 和15 d 时（P＜0.05），然后再次下降，在16:00时出现第二个波谷，其后再次上升，在18:00 时出现第三个峰值，显著高于充分供水、复水10 和15 d 时（P＜0.05）。整体来看，金钗石斛叶片WUE随复水时间延长而逐渐升高，到复水20 d 时，日平均WUE是充分供水时的4.99倍，恢复到了比充分供水时更高的水平。

图5 金钗石斛叶片水分利用效率随干旱和复水时间的变化Fig.5 The changes of water use efficiency of Dendrobium nobile leaves with drought and rewatering time

2.4 干旱胁迫及复水对铁皮石斛叶片水分利用效率的影响

铁皮石斛叶片水分利用效率（WUE）随干旱时间的延长整体呈先升高后降低的趋势[图6（a）]。日平均WUE由大到小依次为干旱20 d＞干旱40 d＞干旱60 d＞充分供水。充分供水时，WUE日变化曲线呈“双峰”型，8:00-10:00 时段内WUE逐渐升高，在10:00出现第一个峰值，其后快速下降，在12:00 时出现波谷，然后再次上升，在16:00 时出现第二个峰值，其后再次下降。干旱20 d时，WUE日变化曲线呈单峰型，8:00-10:00 时段内WUE逐渐升高，在10:00 时出现峰值，显著高于充分供水、干旱40 和60 d 时（P＜0.05），其后呈下降趋势。干旱40 d 时，WUE日变化曲线在8∶00 时出现峰值，其后呈下降趋势，且日平均WUE显著高于充分供水时和干旱60 d 时（P＜0.05）。干旱60 d 时，WUE日变化曲线呈“双峰”型，在8∶00 时出现第一个峰值，其后快速下降，在10:00 时出现波谷，然后逐渐上升，在16:00 出现第二个峰值，显著高于充分供水、干旱20 和40 d 时（P＜0.05），之后再次下降。可见，干旱直接导致了铁皮石斛叶片WUE的升高，干旱60 d时，其日平均WUE是充分供水时的1.19倍。

复水后，铁皮石斛叶片水分利用效率（WUE）随复水时间的增加也整体呈先升高后降低趋势[图6（b）]。日平均WUE由大到小依次为复水15 d＞复水20 d＞复水10 d＞充分供水。复水10 d 时，WUE日变化曲线呈单峰型，8:00-14:00 时段内WUE呈上升趋势，在14∶00 时出现峰值，显著高于充分供水、复水15 和20 d 时（P＜0.05），其后逐渐下降。复水15 d时，WUE日变化曲线呈“W”型，从8:00 开始出现第一个峰值，其后逐渐下降，在10∶00 时出现第一个波谷，然后逐渐上升，在12:00 时出现第二个峰值，显著高于充分供水、复水10 和20 d 时（P＜0.05），其后再次下降，在14:00 出现第二个波谷，之后再次上升，在18:00 时出现第三个峰值，显著高于充分供水、复水10 和20 d 时（P＜0.05）。复水20 d 时，WUE在8:00时出现峰值，显著高于充分供水、复水10和15 d时（P＜0.05），其后呈下降趋势。整体来看，铁皮石斛叶片WUE随复水时间的延长呈升高趋势，到复水20 d 时，日平均WUE是充分供水时的1.91倍，恢复到了比充分供水时更高的水平。

图6 铁皮石斛叶片水分利用效率随干旱和复水时间的变化Fig.6 The changes of water use efficiency of Dendrobium officinale leaves with drought and rewatering time

2.5 干旱胁迫下金钗石斛各生理指标间的相关性分析

干旱胁迫下，金钗石斛叶片各生理指标间均表现出极强的相关性（表1）。Pn同Gs、Tr、WUE和土壤含水率呈极显著正相关，与Ci呈极显著负相关（P＜0.01）；Gs与Pn、Ci、Tr和土壤含水率均呈极显著正相关，与WUE呈极显著负相关（P＜0.01）；Ci与Gs、Tr和土壤含水率呈极显著正相关，与Pn和WUE呈极显著负相关（P＜0.01）；Tr与Pn、Gs、Ci和土壤含水率呈极显著正相关，与WUE呈极显著负相关（P＜0.01）；WUE与Pn呈极显著正相关，与Gs、Ci、Tr和土壤含水率呈极显著负相关（P＜0.01）；土壤含水率与Pn、Gs、Ci和Tr呈极显著正相关，与WUE呈极显著负相关（P＜0.01）。

表1 干旱胁迫下金钗石斛各生理指标间的相关性分析Tab.1 Correlation analysis among various physiological indicators of Dendrobium nobile under drought stress

2.6 干旱胁迫下铁皮石斛各生理指标间的相关性分析

干旱胁迫下，铁皮石斛叶片各生理指标间均表现出一定程度的相关性（表2）。Pn与Gs、Tr、和WUE呈极显著正相关，与Ci呈极显著负相关（P＜0.01）；Gs与Pn、Ci和Tr呈极显著正相关（P＜0.01），与土壤含水率呈显著正相关（P＜0.05），与WUE呈极显著负相关（P＜0.01）；Ci与Gs和Tr呈极显著正相关，与Pn和WUE呈极显著负相关（P＜0.01）；Tr与Pn、Gs、Ci和土壤含水率呈极显著正相关，与WUE呈极显著负相关（P＜0.01）；WUE与Pn呈极显著正相关，与Gs、Ci、Tr和土壤含水率呈极显著负相关（P＜0.01）；土壤含水率与Tr呈极显著正相关（P＜0.01），与Gs呈显著正相关（P＜0.05），与WUE呈极显著负相关（P＜0.01）。

表2 干旱胁迫下铁皮石斛各生理指标间的相关性分析Tab.2 Correlation analysis among various physiological indicators of Dendrobium officinale under drought stress

3 讨论

3.1 干旱胁迫及复水对两种石斛属植物叶片光合作用的影响

光合作用是植物生长发育的基础，是植物最为重要的生命活动，而水分是其关键影响因子之一[15,16]。干旱胁迫直接影响植物的光合作用，进而影响植物的生长发育，其作用强度取决于干旱的程度和持续的时间[17]。植物光合作用对干旱胁迫异常敏感，其受干旱胁迫的影响程度是判断植物耐旱能力的重要指标[18]。水分亏缺时，植物主动降低气孔导度（Gs），减少水分流失，进而降低净光合速率（Pn），减少对水分的需求，以增强对干旱胁迫的适应。引起植物光合速率降低的因素，除了气孔限制以外，还有非气孔限制，气孔导度（Gs）和胞间CO2浓度（Ci）是判断光合速率下降原因的主要依据[19-21]。Farguhar[22]指出，当Pn、Gs和Ci变化趋势一致时，光合速率下降主要由气孔限制引起，而当它们变化不一致时，光合速率下降主要由叶肉细胞活性决定，即非气孔限制。本实验结果表明，干旱40 d 前，金钗石斛和铁皮石斛叶片Pn一直呈降低的趋势，Gs和Ci也呈降低趋势，蒸腾速率（Tr）也呈下降趋势，这与小冠花（Coronilla varia）[23]的研究结果一致。干旱胁迫早期，金钗石斛和铁皮石斛叶片Pn、Gs和Ci变化趋势一致，光合速率的降低主要由气孔限制引起[24]。干旱胁迫40 d后，金钗石斛和铁皮石斛叶片Pn仍整体呈下降趋势，但此时的Gs和Ci整体呈上升趋势，变化趋势不一致，此时光合速率下降主要由非气孔限制引起，光合结构的破坏导致叶肉细胞光合能力的下降[25]。 这与葡萄（Vitis vinifera）[25]和崖柏（Thuja sutchuenensis）[24]分别在干旱14 d 和30 d 后开始出现由非气孔限制引起光合作用降低的研究结论基本一致。可见，金钗石斛和铁皮石斛在干旱40 d 后才开始出现非气孔限制引起的光合作用下降，它们的干旱胁迫耐受能力相对较强。

同时，干旱胁迫时，植物光合作用受到抑制不仅仅表现在干旱过程中，而且，在干旱胁迫解除后，其恢复能力的大小一定程度上也体现出干旱胁迫对光合作用抑制程度的高低[26]。植物的干旱适应性包括耐旱能力和复水恢复能力两个方面，复水恢复能力既是植物适应干旱环境的重要内容，也是适应干旱胁迫的重要机制[27]。石斛属植物多附生于树杈或岩石缝隙中，其生境水分条件多变，间歇性甚至长时间水分亏缺时有发生，环境条件决定了石斛属植物只有具备良好的干旱适应性尤其复水恢复能力，才能更好的生长与发育。本实验结果表明，复水后，金钗石斛叶片除Ci外，Pn、Gs和Tr均未恢复到充分供水时的水平，长时间的干旱可能对金钗石斛叶片光合结构造成了不可逆转的伤害[24]。Miyashita 等[28]发现严重干旱胁迫使菜豆（Phaseolus vulgaris）光合作用下降明显，且复水后原来的叶片也无法恢复生机，与本实验研究结果类似。同时，复水后，铁皮石斛叶片的Pn、Gs和Ci均恢复到了充分供水时以上的水平，Tr恢复到了与充分供水时基本相当的水平，可见，铁皮石斛具有比金钗石斛更好的复水恢复能力，这一定程度上也体现了不同植物干旱适应策略的差异[29]。

3.2 干旱胁迫及复水对两种石斛属植物叶片水分利用效率的影响

水分利用效率（WUE）直接反映植物光合作用和蒸腾作用间的关系，并提供有关水分代谢功能的重要信息[30,31]。干旱胁迫下，植物首先关闭气孔以降低Tr，减少水分消耗，并通过限制气体交换影响Pn。WUE在一定程度上可以反映植物的耗水特征和对干旱的适应，提高WUE是植物适应干旱胁迫的重要响应机制之一[23]。本实验结果表明，金钗石斛和铁皮石斛叶片水分利用效率随干旱时间的延长均整体呈升高趋势，且在复水后均恢复到了充分供水时以上的水平。刘吉利等[31]研究表明，花生（Arachis hypogaea）在经受5 d 的干旱胁迫后复水，叶片WUE可以快速恢复到充分供水以上的水平，与本实验研究结论基本一致。可见，两种石斛属植物在经历了长达60 d的干旱胁迫后，仍具有相对较强的复水恢复能力，且在WUE上表现出一定程度的补偿性增长。

同时，植物对多变环境的适应能力是植物生存和繁衍的基础，不同植物发展出了不同的策略以适应环境条件的不断变化。针对水分胁迫，综合分析植物适应干旱胁迫时的生理指标变化，大致可以将植物分为干旱逃避型、干旱避免型和干旱忍受型3种类型[23]。干旱逃避型植物大多为短命植物，其生活周期可以在干旱到来前即完成，以避开干旱胁迫的影响；干旱避免型植物大多通过气孔调节，限制水分消耗，并（或）增加根系对水分的吸收来适应干旱胁迫；干旱忍受型植物以仙人掌类植物为主要代表，植物体储存大量水分，即使根系无法吸收到水分也能确保短期生存[32]。已有研究表明，地中海松（Pinus halepensis）[33,34]和崖柏（Thuja sutchuenensis）[24]等干旱避免型植物的气孔对水分亏缺非常敏感，其气孔在叶片水分条件改变前即关闭，并引起光合速率的下降，而腓尼基桧（Juniperus phoenicea）[35]等干旱忍耐型植物的光合速率不受干旱引起的气孔关闭的影响。本实验结果表明，金钗石斛和铁皮石斛在干旱胁迫初期，叶片Gs和Ci呈下降趋势，而WUE呈上升趋势，气孔限制导致光合性能降低，这与地中海松和崖柏相同。所以，一定程度上可以认为金钗石斛和铁皮石斛均属于干旱避免型植物。另外，本研究仅从干旱胁迫对两种石斛属植物叶片光合生理影响方面进行了初步研究，后期仍需从生化和分子方面进一步开展深入研究。

4 结论

通过对不同干旱和复水历时金钗石斛和铁皮石斛叶片光合特性的综合分析，得到以下结论：

（1）干旱40 d 前，金钗石斛和铁皮石斛叶片Pn一直呈降低的趋势，Gs和Ci也呈降低趋势，Pn与Ci和Gs变化趋势基本一致，光合速率的降低主要由气孔限制引发；干旱胁迫40 d 后，金钗石斛和铁皮石斛叶片Pn仍整体呈下降趋势，但此时的Gs和Ci整体呈上升趋势，变化趋势不一致，此时光合速率下降主要由非气孔限制引起；金钗石斛和铁皮石斛在干旱40 d 后才开始出现非气孔限制引起的光合作用下降，说明它们的干旱胁迫耐受能力相对较强。

（2）复水后，铁皮石斛叶片的Pn、Gs和Ci均恢复到了充分供水时以上的水平，Tr恢复到了与充分供水时基本相当的水平，而金钗石斛叶片除Ci外，Pn、Gs和Tr均未恢复到充分供水时的水平，说明铁皮石斛具有比金钗石斛更好的复水恢复能力。

（3）金钗石斛和铁皮石斛叶片WUE均随干旱时间的延长整体呈升高趋势，且复水后均恢复到了充分供水时以上的水平，说明两种石斛属植物在经历了长达60 d 的干旱胁迫后，仍然具有相对较强的复水恢复能力。

（4）金钗石斛和铁皮石斛叶片气孔对干旱胁迫非常敏感，在干旱胁迫40 d 前，叶片Gs和Ci均整体呈下降趋势，气孔限制导致光合性能的降低。可见，两种石斛属植物均通过气孔调节来限制水分消耗以适应干旱胁迫，一定程度上可以初步认为两种石斛属植物均属于干旱避免型植物。