干旱脅迫及復(fù)水對金銀花光合作用的影響.pdf

1、在氣候變化背景下，土壤水分脅迫發(fā)生概率呈增大趨勢，嚴(yán)重制約植物的生長發(fā)育和生產(chǎn)力形成。研究土壤不同水分脅迫程度下植物光合作用的變化過程與機(jī)理，可以獲取植物受水分脅迫影響的早期信號(hào)，有助于深入了解植物對水分和光照等生境因子的適應(yīng)性和抗逆性特征。金銀花（ Lonicera japonica）、酸棗（Ziziphus jujuba）是我國北方土石山區(qū)廣泛分布的藤本、灌木經(jīng)濟(jì)植物和水土保持樹種，兩種植物都具有較強(qiáng)的抗旱性，但在抗旱性方面具有不同

2、的生物學(xué)表現(xiàn)。目前，對金銀花與酸棗抗旱性的研究多見在其形態(tài)學(xué)和解剖結(jié)構(gòu)特征等方面的報(bào)道，但兩種植物在抗旱的光合生理特性、機(jī)理及其差異性方面，因缺乏相關(guān)研究還不清楚。為此，研究土壤水分脅迫對金銀花與酸棗光響應(yīng)過程的影響，對深入認(rèn)識(shí)兩種植物光合作用的變化過程與機(jī)理、科學(xué)指導(dǎo)兩種植物栽培的田間水分管理具有重要意義。
　　研究選用3年生金銀花(沂蒙3號(hào))與酸棗為試驗(yàn)材料，在山東農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)實(shí)驗(yàn)站溫室大棚內(nèi)開展盆栽試驗(yàn)布設(shè)，采用人工灌水和植

3、物自然耗水的控水方法獲取多級土壤水分梯度，測定了兩個(gè)樹種的光合作用、葉綠素?zé)晒庵笜?biāo)。研究兩種植物氣體交換參數(shù)和葉綠素?zé)晒鈪?shù)對不同水分條件和光強(qiáng)的響應(yīng)。主要研究目的：1）闡明不同土壤水分條件下金銀花與酸棗氣體交換參數(shù)的光響應(yīng)特征和葉綠素?zé)晒鈪?shù)的水分響應(yīng)特征；2）揭示不同水分脅迫程度對金銀花與酸棗光合生產(chǎn)力的影響程度、熒光機(jī)制以及對土壤水分條件和光強(qiáng)的適應(yīng)性與差異性；3）嘗試提出基于“產(chǎn)”、“效”的土壤水分有效性的分級。
　　研究

4、的主要結(jié)果：
　?。?）金銀花與酸棗 Pn與 WUE的光響應(yīng)曲線隨著光強(qiáng)的增大表現(xiàn)出相似的規(guī)律，即：先快速升高后緩慢升高至穩(wěn)定的最大值。在飽和含水量至最低含水量范圍內(nèi)，光合作用參數(shù)對土壤水分表現(xiàn)出明顯的閾值響應(yīng)規(guī)律，金銀花Pn在RWC為79.59％時(shí)達(dá)到最高，而酸棗在RWC為65.06%時(shí)達(dá)到最高值；金銀花WUE在RWC為36.40%時(shí)達(dá)到最高水平，酸棗WUE在RWC為41.05%時(shí)達(dá)到最高水平。并通過對各參數(shù)土壤水分的響應(yīng)規(guī)律分

5、析得出，RWC=29.71%與RWC=38.53%分別為金銀花與酸棗葉片氣孔機(jī)制轉(zhuǎn)折點(diǎn)（RWCSL-NSL）。相對于金銀花，酸棗LSP與 LCP跨度更大，具有更寬的生態(tài)幅，既有一定的耐蔭性，又能適應(yīng)較強(qiáng)的光輻射，是對光適應(yīng)的生態(tài)幅較寬的植物。
　　(2)對比金銀花與酸棗，在適宜的水分條件下，金銀花Pnmax為18.3μmol·m-2·s-1，而酸棗為17.19μmol·m-2·s-1，金銀花具有更高的光合能力。但酸棗能夠在較大的光

6、強(qiáng)范圍內(nèi)保持較高的光合速率水平且不發(fā)生明顯的光抑制現(xiàn)象，相對于金銀花其保持較高Pn的光強(qiáng)范圍較寬，對高光強(qiáng)的適應(yīng)能力較高。金銀花與酸棗Φ均在Pn最高水分點(diǎn)達(dá)到最大值，且酸棗Φ在各個(gè)水分點(diǎn)下均高于金銀花，表現(xiàn)出較強(qiáng)的弱光下捕獲光量子的能力。金銀花與酸棗葉片的 LUE對光照強(qiáng)度的響應(yīng)過程均表現(xiàn)為顯著的單峰曲線，不同土壤水分下兩個(gè)樹種 LUE表現(xiàn)出明顯的閾值響應(yīng)，金銀花與酸棗分別在RWC為79.59%、65.06%時(shí)達(dá)到最大且金銀花LUE始終

7、高于酸棗，金銀花光能利用的狀況優(yōu)于酸棗。
　?。?）適度的水分脅迫有利于提高金銀花與酸棗PSⅡ反應(yīng)中心的電子傳遞和轉(zhuǎn)換效率，進(jìn)而有利于提高植物的光合能力，土壤水分過多對于消除光抑制有一定幫助，但會(huì)影響植物的 PSⅡ的光化學(xué)效率及電子傳遞活性等，不利于提高植物的光合生產(chǎn)力。隨著土壤水分的減少，金銀花與酸棗的Fo逐漸增大，F(xiàn)m、Fv/Fm、ΦPSⅡ及qP下降，植物的PSⅡ反應(yīng)中心發(fā)生了可逆失活以及嚴(yán)重的光抑制現(xiàn)象。并且在脅迫初期，金銀

8、花與酸棗通過熱耗散消耗掉的光能逐漸增加，可有效地避免過剩光能對光合機(jī)構(gòu)的損傷，是植物對逆境光抑制的一種被動(dòng)適應(yīng)。這雖然降低了光化學(xué)效率，但可以使兩個(gè)樹種在遭受到水分脅迫時(shí)免受或減少光破壞、減輕光抑制造成的光合生產(chǎn)力的更大損失。
　　（4）根據(jù)對金銀花與酸棗Pn、Tr、WUE等具有最高和最低有效性的土壤水分臨界值，將土壤水分劃分為不同的閾值區(qū)間，提出金銀花與酸棗土壤水分有效性及生產(chǎn)力分級標(biāo)準(zhǔn)。
　　金銀花土壤水分分級為：當(dāng) R

9、WC<11.44%時(shí)，為“無產(chǎn)無效水”；RWC在29.10%~36.40%之間時(shí)，為“低產(chǎn)高效水”；RWC在36.40%~79.59%之間時(shí)，為“高產(chǎn)高效水”；當(dāng)RWC>79.59%時(shí)，為“高產(chǎn)低效水”。
　　酸棗土壤水分分級為：當(dāng) RWC<11.32%時(shí)，為“無產(chǎn)無效水”；RWC在38.53%~41.05%之間時(shí)，為“低產(chǎn)高效水”；RWC在41.05%~65.06%之間時(shí)，為“高產(chǎn)高效水”；當(dāng)RWC>65.06%時(shí)，為“高產(chǎn)低效

10、水”。
　　綜上所述，金銀花與酸棗均對水分脅迫環(huán)境具有一定的適應(yīng)性，在遭受脅迫時(shí)，通過熱耗散消耗掉的光能逐漸增加，可有效地避免過剩光能對光合機(jī)構(gòu)的損傷，使兩個(gè)樹種在遭受到水分脅迫時(shí)免受光破壞、減輕光抑制造成的光合生產(chǎn)力的更大損失。但兩個(gè)樹種抗旱能力有差異，金銀花在適宜的水分下能夠達(dá)到更高的凈光合速率，且其光能利用效率較高，而酸棗對高光強(qiáng)的適應(yīng)能力較高，能夠在較寬的光強(qiáng)范圍內(nèi)保持穩(wěn)定的凈光合速率，且對弱光具有較強(qiáng)的利用能力。根據(jù)兩個(gè)