干旱胁迫对4个锦带花品种叶绿素及PSⅡ光化学活性的影响

海小霞 吕 飞 郑素珊 刘炳响 王志刚 聂庆娟

(河北农业大学，保定,071001)

干旱胁迫对4个锦带花品种叶绿素及PSⅡ光化学活性的影响

海小霞 吕 飞 郑素珊 刘炳响 王志刚 聂庆娟

(河北农业大学，保定,071001)

为了明确干旱胁迫对四季锦带、红王子锦带、紫叶锦带和金叶锦带4个品种叶绿素质量分数和荧光参数的影响，采用田间持续干旱法，测定了各参数的变化曲线。结果表明：在干旱胁迫下，各品种叶绿素质量分数变化规律较一致，均呈不规则波动，其中四季锦带和金叶锦带、红王子锦带和紫叶锦带叶绿素质量分数曲线的变化趋势两两相似；胁迫显著降低了PSⅡ单位面积有活性反应中心数量RC/CSo、光化学性能指数PI,A,B,S值；荧光诱导曲线中K点相对可变荧光(Wk)和J点相对可变荧光(Vj)的值均较对照不同程度增加；暗适应下初始荧光Fo值、PSⅡ最大光化学效率Fv/Fm值均呈现下降趋势。总之，干旱胁迫下4个锦带花品种PSⅡ光化学活性受到不同程度的抑制，四季锦带对干旱的响应最强烈，其次是紫叶锦带和金叶锦带，红王子锦带最弱。

锦带花、干旱胁迫、叶绿素质量分数、叶绿素荧光参数

由于全球水资源的匮乏和旱灾日趋严重，水资源短缺已成为制约农、林业发展的重要因素[1]。选育抗旱性能优良的品种，不仅可以节约用水，而且可以实现农业生产的稳产、高产，同时降低能源的消耗。因此，对植物抗旱性研究涉及较广，如大田作物、林木、牧草等[2-6]。水分缺失导致植物光合器官受损，从而使光合作用受到抑制。而叶绿体是植物进行光合作用的主要场所，通过测定叶绿素质量分数的变化，可以直观地反映逆境对光合作用的影响。叶绿素荧光是光合作用的有效探针，可以测定植物PSⅡ光化学活性所有过程，在植物对环境胁迫的响应及抗逆性等领域中广泛应用，可以在不影响植物的正常生理条件下，快速准确地反映植物光合生理反应的内在变化[7]。因此，对叶绿素质量分数及叶绿素荧光参数的测定可以真实地反映干旱胁迫下植物光合生理的内在调节机制。

锦带花(WeigelafloridaBunge)是一种落叶灌木，属忍冬科，锦带花属。有“五色海棠”之称，是绿化景观中一道亮丽的风景。主要分布在美国、朝鲜、日本等地；我国分布广泛，黑龙江(栽培)、吉林(栽培)、辽宁、河北、山东、山西和江苏北部均有分布[8]。具有适应性强，耐寒、耐旱、生长迅速、花期较长等特点，是一种北方城市园林绿化中重要的观赏植物，尤其是他的一些优良栽培品种(红王子锦带、四季锦带、金叶锦带等)得到了广泛的应用。近年来，对锦带花抗逆性研究主要是针对抗寒、抗盐、抗旱能力三方面；如闫永庆等[9]测定了低温对红王子锦带生理指标的影响，结果发现红王子锦带的耐寒能力较强；任志彬等[10-11]探讨了在盐胁迫环境下，锦带花种子及一年生锦带花扦插苗各生理生化指标的变化规律，并分析其耐盐能力；而对于各个锦带花品种之间的抗旱性报道较少，仅见刘晓东等[12]测定了“金亮”和“宝石”锦带的可溶性糖质量分数的生理指标，发现二者之间具有显著差别。但干旱胁迫对优良栽培品种(红王子锦带、四季锦带、金叶锦带、紫叶锦带)的叶绿素荧光参数影响未见报道。因此，文中通过田间持续干旱的方法，测定4个具有不同特征的锦带花栽培品种的叶绿素质量分数和荧光参数的变化规律，进而分析干旱胁迫对4个品种叶绿素质量分数及其荧光参数的影响。

1 试验地概况

试验在河北保定市河北农业大学西校区林学院苗圃地进行，位于太行山东麓，冀中平原西部，地理坐标东经115°26′～115°55′，北纬38°49′～39°09′，海拔17.2 m；属暖温带亚湿润气候，春季干旱多风，夏季炎热多雨，秋季气候凉爽，冬季寒冷少雪，四季分明；年平均气温12.7 ℃，7月份平均气温27 ℃，1月份平均气温-3 ℃，极端温度-13 ℃；年均降水量500 mm，平均相对湿度60%，无霜期165～210 d。

试验地栽培土质为沙壤土，C质量分数19.4 g·kg-1，N质量分数1.42 g·kg-1，C/N为13.7，pH值为7.7。

2 材料与方法

试验材料为锦带花的4个优良品种，分别为四季锦带(Weigelaflorida(Bunge) A.DC.)、红王子锦带(Weigelaflorida‘Red Prince’)、紫叶锦带(Weigelaflorida‘Foliia Purpureis’)和金叶锦带(Weigela‘Red Prince’+vat)，均为两年生；各品种广泛用于北方城市园林绿化中。

试验地设计：试验地按照图1设计150 cm×75 cm×40 cm(长×宽×高)立方小区6个，其中包括对照区和处理区，分别设置3个重复，试验小区间隔40 cm；每试验小区用塑料布与底部、四周土壤分割开，防止外界水分通过土壤流入试验小区干扰试验正常进行。

图1 试验小区样地种植示意图(各品种随机种植)

试验材料移栽定植：2013年3月下旬，选取2年生植株整齐、生长健壮、高度及丰满程度一致的红王子锦带、四季锦带、金叶锦带和紫叶锦带4个品种各30株，共120株。每个小区随机栽植各品种5株，共20株，株间距25 cm。给予各小区、各品种相同条件的养护管理。

2013年5月27日开始进行试验处理，处理前一天傍晚充分浇水保持田间最大持水量后，处理区任其自然干旱、对照区正常浇水。试验处理开始，在试验小区上方搭防雨棚，雨天在防雨棚上方搭防雨用具以防止雨水进入试验小区影响试验数据采集；晴天取下防雨用具，正常照光，排除光照对试验材料的影响。在充分浇水后达田间最大持水量时以及自然干旱处理后的第5、10、15、20、25 d 07:00—10:00进行叶绿素荧光参数的测定，并采集植株中部枝条上生长健康的功能叶进行叶绿素质量分数测定，同时，测定各小区20 cm土壤深度的土壤含水量。

土壤含水量的测定：采用烘干法测定。用土钻分层钻取深度为0～30 cm土样，自表层开始，每层为10 cm，直到30 cm深。每个样本3次重复。土样取回后置于烘箱中105 ℃烘干至恒质量，计算含水量。

叶绿素质量分数的测定：随机采集每株幼苗完全舒展并且成熟的叶(第3位至第8位功能叶)，先用自来水轻轻冲洗除去表面污物，然后用95%乙醇提取，采用分光光度计法测定提取液在663、645 nm处的吸光值，按下列公式[13]计算叶绿素a(Chla)、叶绿素b(Chlb)及叶绿素(a+b)(Chl(a+b))质量分数，叶绿素a/叶绿素b(Chl a/Chl b)值。

叶绿素a质量分数=(12.71×D663-2.59×D645)×V/(1 000×W)，

叶绿素b质量分数=(22.88×D645-4.67×D663)×V/(1 000×W)，

叶绿素(a+b)=叶绿素a质量分数+叶绿素b质量分数，

叶绿素a/叶绿素b=叶绿素a质量分数/叶绿素b质量分数。

式中：V为提取液总体积；W为提取的叶片质量。

叶绿素荧光参数的测定：采用连续激发式植物效率仪Pocket-PEA(Hansatech，英国)测定4个锦带花品种功能叶片的叶绿素荧光参数，叶片暗适应15～20 min后，暴露在饱和脉冲光(3 500 mol·m-2·s-1)下1 s，仪器自动记录荧光数值。

根据Strasser[14]计算暗适应下初始荧光(Fo)、K点相对可变荧光(Wk)、J点相对可变荧光(Vj)、PSⅡ单位面积有活性反应中心数量(RC/CSo)、PSⅡ最大光化学效率(Fv/Fm)、光化学性能指数(PI，A，B，S)。计算公式如下：

Wk=Vk/Vj=(Fk-Fo)/(Fj-Fo)，

Vj=(F2ms-Fo)/(Fm-Fo)，

Fv/Fm=1-(Fo/Fm)，

PI，A，B，S=(RC/AB，S)×[ΦPo/(1-ΦPo)]×[Ψo/(1-Ψo)]。

利用Excel2003对试验数据进行处理、作图，用SPSS 21.0软件对4个品种叶片叶绿素质量分数、叶绿素荧光参数进行单因素方差分析(ANOVA)，通过LSD多重比较法分析其显著性差异。

3 结果与分析

3.1 随着干旱时间的延长土壤含水量的变化

土壤含水量随着干旱时间的延续逐渐下降，对各个时间段处理后土壤含水量做显著性差异分析发现，除处理10、15 d后土壤含水量差异不显著外，其他均有显著性差异。因此，将整个处理阶段划分为胁迫前期、中期、后期3个阶段(表1)。

3.2 干旱胁迫对4个锦带花品种叶绿素的影响

从表2中可知，随着干旱胁迫的持续，4个品种的叶绿素a、b、(a+b)质量分数的变化规律基本相同，均呈现不规则波动；其中红王子锦带和紫叶锦带的叶绿素a、b质量分数变化趋势为“升—降—升”，红王子锦带和紫叶锦带叶绿素(a+b)质量分数变化趋势分别为“升—降”和“升—降—升—降”；四季锦带叶绿素a、b质量分数呈“降—升”、叶绿素(a+b)质量分数呈“降—升—降”的变化趋势；金叶锦带叶绿素a、b、(a+b)质量分数均呈“降—升—降—升”。就升降幅度而言，四季锦带波动最剧烈。胁迫后期处理时，除红王子锦带外，其他各品种叶绿素质量分数均高于对照。与对照相比，金叶锦带和四季锦带呈显著性差异。而对于叶绿素a/叶绿素b值均呈不同程度波动下降趋势，但各品种下降程度不同。其中金叶锦带下降趋势最明显，其他较平缓。

表1 干旱胁迫阶段划分

注：同列不同字母表示差异显著p<0.05。

表2 干旱胁迫下4个锦带花品种叶绿素的变化

干旱程度土壤含水量/%Chl(a+b)质量分数/mg·g-1SJHWZZYJYChla/ChlbSJHWZZYJY对照19．24(2．42±0．39)b(2．72±0．37)a(1．47±0．29)ab(1．29±0．19)a (2．85±0．13)b(2．97±0．12)a(2．61±0．15)a(3．55±0．07)a胁迫前期13．28(2．36±0．46)b(2．87±0．43)a(1．72±0．16)ab(1．19±0．15)ab(2．86±0．15)b(2．87±0．12)a(2．50±0．09)a(3．48±0．32)a胁迫中期9．02(1．97±0．43)b(2．57±0．47)ab(1．34±0．23)b(1．33±0．37)abc(2．86±0．23)b(2．88±0．12)a(2．53±0．05)a(3．28±0．19)ab7．92(2．17±0．44)b(2．48±0．53)ab(1．72±0．39)ab(1．30±0．16)bcd(2．68±0．13)b(2．79±0．23)a(2．62±0．10)a(3．21±0．09)ab胁迫后期7．12(3．45±0．41)a(2．06±0．27)b(1．83±0．22)ab(1．61±0．15)cd(2．78±0．11)b(2．74±0．25)a(2．47±0．23)a(3．06±0．18)b5．43(1．85±0．43)a(1．42±0．51)ab(1．49±0．16)a(2．00±0．40)d(2．60±0．22)a(2．83±0．14)a(2．41±0．17)a(2．96±0．07)b

注：表中数据根据叶片鲜质量测得；数据为平均值±平均差；SJ、HWZ、ZY、JY分别代表四季锦带、红王子锦带、紫叶锦带、金叶锦带；同列不同字母表示差异显著(p<0.05)。

3.3 干旱胁迫对叶绿素荧光参数的影响

3.3.1 干旱胁迫对4个锦带花品种PSⅡ反应中心、供体侧及受体侧的影响

随着干旱胁迫的持续，4个锦带花品种的相对可变荧光参数Vj和Wk总体均呈现升—降—升的趋势(图2)。胁迫前期Vj和Wk值急剧升高，均与对照差异显著；中期时Vj和Wk值与对照差异不显著；而后期除红王子锦带外，其他3个品种的Vj和Wk均较对照显著升高，升高程度由大到小的排序为四季锦带(45.40%)、金叶锦带(27.65%)、紫叶锦带(23.86%)。

3.3.2 干旱胁迫对4个锦带花品种PSⅡ反应中心的影响

4个锦带花品种在胁迫前期初始荧光(Fo)急剧上升，之后呈波动下降趋势(图3)；在胁迫后期，四季锦带的Fo值较对照升高，其他3个品种呈下降趋势，但均和对照无显著性差异；单位面积有活性反应中心数量(RC/CSo)整体呈下降趋势，两个最低峰分别出现在胁迫前期和胁迫后期。胁迫后期，四季锦带、红王子锦带、紫叶锦带和金叶锦带的RC/CSo值分别较对照降低了34%、12%、25%和29%，红王子锦带差异不显著。

a.四季锦带；b.红王子锦带；c.紫叶锦带；d.金叶锦带。

a.四季锦带；b.红王子锦带；c.紫叶锦带；d.金叶锦带。

3.3.3 干旱胁迫对性能指数(PI，A，B，S)和最大光化学量子效率(Fv/Fm)的影响

随着干旱胁迫的持续，4个品种的Fv/Fm值和光化学性能指数(PI，A，B，S)均呈不规则波动下降，PI，A，B，S下降更明显(图4)。就Fv/Fm值而言，胁迫前期，四季锦带与对照差异不显著，其他3个品种呈显著性差异；胁迫后期，红王子锦带与对照差异不显著，其他3个品种呈显著性差异。而PI，A，B，S值，4个品种均在胁迫前期出现最低峰；随后，四季锦带持续下降，其他3个品种均上下波动下降。

a.四季锦带；b.红王子锦带；c.紫叶锦带；d.金叶锦带。

4 结论与讨论

植物在受到干旱胁迫时，其生理经历不受影响、积极调整和失去控制三个阶段，而不同植物品种在各个阶段的生理反应不同，有的能够迅速进入生理调整期；有的在较长时间没有明显反应[15]。本研究发现，在干旱胁迫下4个品种的叶绿素a、叶绿素b和叶绿素(a+b)质量分数的变化趋势均呈不规则波动，与高春红[16]测定的5个锦带花品种在干旱胁迫下的叶绿素质量分数的变化趋势结果是一致的。其中四季锦带和金叶锦带、红王子锦带和紫叶锦带叶绿素质量分数曲线的变化趋势两两相似，这说明了在干旱胁迫过程中表现出了两种不同的生理调节模式。而4个品种在胁迫中期下降的试验结果与邹春静等[17]对沙地云杉生态型对干旱胁迫的生理生态响应的研究结果相一致，这可能是由于干旱胁迫引起品种体内活性氧积累加剧，导致叶绿素破坏所致。

聂华堂等[18]认为随着干旱胁迫的加剧，植物叶绿素a/叶绿素b值的变化幅度可以反应植物的抗旱能力强弱，变化幅度越小的植物抗旱能力越强。本研究中发现，4个品种锦带花的叶绿素a/叶绿素b值曲线均呈下降趋势，造成该结果的原因可能是叶绿素酶活性增强或活性氧对叶绿素的破坏加剧[19]，使叶绿素a质量分数降幅较叶绿素b更快，从而比值呈现明显的下降趋势。

随着干旱胁迫的持续，4个锦带花品种的相对可变荧光参数Wk和Vj均呈现不同程度的“升—降—升”趋势。胁迫初期表现的升高趋势，可能是由于放氧复合体(OEC)受到可逆性伤害反应中心出现不同程度关闭所致；胁迫后期除红王子锦带外，其他3个品种的Wk和Vj均较对照显著升高，Wk显著升高说明PSⅡ供体侧放氧复合体OEC的结构和功能发生改变，影响了PSII供体侧及反应中心电子的传递[20-21]；Vj的升高说明逆境损伤了PSⅡ受体侧的电子传递，单位面积内电子传递能量减少[22]。综合表明，锦带花对干旱胁迫的高度敏感，干旱胁迫后叶片PSⅡ反应中心电子传递链供体侧和受体侧的电子传递能力均显著减弱，OEC数量减少[23]。

试验中发现四季锦带的Fo值较对照显著升高，该试验结果与杨晓青等[24]对不同抗旱类型冬小麦幼苗叶绿素荧光参数的研究结果较一致；其他3个品种呈下降趋势。可能是由于PSⅡ反应中心的破坏或可逆失活导致Fo的增加，而其他3个品种的Fo降低可能是由于PSII天线色素的热耗散增加导致[25]。各品种的单位面积有活性反应中心数量(RC/CSo)呈现不同程度的下降，说明4个品种叶片PSⅡ反应中心均发生不同程度降解和失活。

Fv/Fm下降是植物受到光抑制的重要指标[26]，本研究结果显示，4个品种锦带花的Fv/Fm值均呈现波动下降，这与付士磊等[27]研究结果相一致，说明干旱胁迫下各品种的PSII原初光能转换效率降低，影响了光合电子传递的正常进行。试验中发现，4个品种的PI，A，B，S显著下降，说明干旱胁迫严重影响了植物对光能的吸收，导致叶片的光能转化效率发生显著改变，整个光合机构的功能已显著受到不同程度的伤害。

综上所述，在土壤干旱胁迫下，随胁迫时间的延长和胁迫强度的递增，分别通过对四季锦带、红王子锦带、紫叶锦带和金叶锦带的叶绿素质量分数、叶绿素a/叶绿素b以及荧光参数(Wk、Vj、Fo、RC/CSo、Fv/Fm、PI，A，B，S)变化趋势和规律的分析，说明四季锦带可能与另外3个品种有着不同的光保护机制，同时光合作用受抑制程度最强，红王子锦带与对照差异不显著，说明其光合机构的功能受伤害最轻，具有可逆性，而紫叶锦带和金叶锦带介于二者之间。

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Effects of Chlorophyll and Photosystem Ⅱ Photochemical Activity of Four Cultivated Variety ofWeigelafloridaunder Drought Stress

/Hai Xiaoxia, Lü Fei, Zheng Sushan, Liu Bingxiang, Wang Zhigang, Nie Qingjuan

(Agricultural University of Hebei, Baoding 071000, P. R. China)//Journal of Northeast Forestry University.-2014,42(11).-51～56

We explored the response of chlorophyll content and chlorophyll fluorescence parameter of four cultivated varieties ofWeigelafloridato the drought stress, and determined the change curve of each variety of the content of chlorophyll and chlorophyll fluorescence parameters by continuous drought in the field. The change rule of chlorophyll a, b, (a+b) contents of various varieties was irregular. The change curve ofWeigelafloridacv. Red Prince andW.floridacv. Foliia Purpure showed rise-lower-rise, whileW.floridaBunge A.DC and W.‘Red Prince’+vat showed “lower-rise”. The density ofRC/CSoandPI,A,B,Sof the various varieties significantly decreased compared with the control under drought stress.WkandVjincreased compared with the control in the O-J-I-P chlorophyll fluorescence transients. BothFoandFv/Fmdecreased compared with the control. The resistance drought ability of four cultivated variety were restrained to various degrees under drought stress, and the most obvious response to the drought stress wasW.floridaBunge A.DC, followed byW.floridacv. Foliia Purpureis, W. ‘Red Prince’+vat, andW.floridacv. Red Prince.

WeigelafloridaBunge; Drought stress; Chlorophyll content; Chlorophyll fluorescence parameter

海小霞，1984年4月生，河北农业大学教务处，科员。

王志刚，河北农业大学林学院、河北省林木种质资源与森林保护重点实验室(河北农业大学),教授。E-mail:wzhg@hebau.edu.cn。

2014年4月4日。

S685.99； Q945.78

责任编辑：任 俐。