PEG模擬干旱脅迫對不同種源白及生理指標的影響

楊平飛， 楊麗麗， 孔 嬌， 劉 海， 羅 鳴， 張金霞， 宋智琴， 吳明開*

(1.遵義師范學院 赤水河流域環境保護與山地農業發展協同創新中心， 貴州 遵義 563006； 2.貴州省農業科學院 現代中藥材研究所， 貴州 貴陽 550006)

0 引言

【研究意義】白及(Bletillastriata)，又名白芨，為多年生蘭科白及屬草本植物，是我國常用的一味中藥材；具有收斂止血，消腫生肌等功效，廣泛用于醫藥行業，還被應用于美容化工行業[1]。我國白及野生品主產于西南地區貴州、云南、廣西、四川等省區，目前以貴州栽培規模較大。作為全國中藥材主產地之一的貴州，具有特殊喀斯特地貌，全年各地降雨不均一，土壤保水性較差，嚴重影響中藥材生長，成為制約中藥材產業發展的主要因素之一。隨著白及市場需求的逐年增加，白及規模化種植勢在必行。而面對缺少的生長條件，亟需選擇抗旱性較好的白及品種進行規模化種植，以滿足市場所需。【前人研究進展】當前，對白及的研究主要集中在組培快繁、大田栽培、化學成分、藥理等方面[2-8]。但對其栽培生理方面的研究相對較少，生理生態研究的不足，以致隨著白及栽培面積的擴大，栽培技術相關問題日漸凸顯。隨著全球氣候變暖，干旱極端氣候事件的發生有加重增多的趨勢[9]。旱災是中國最為嚴重農業氣象災害之一，造成的損失達62%[10]。吳明開等[11]對白及光合生理生態特性的研究表明，白及抗旱能力不強，建議白及在人工栽培時應適當遮陰，保持土壤與空氣濕度。過度干旱會導致植物細胞損傷、生理代謝受阻、光合作用減弱[12-13]，白及對干旱的適應性直接影響到白及的人工栽培質量。【研究切入點】銅仁、正安、安龍白及是當前貴州小規模主栽的白及品種，由于各地栽培品種混亂，加之各區域降雨不均，土壤保水差，大田種植白及長勢和質量參差不齊，嚴重制約白及產業的發展。【擬解決的關鍵問題】對不同種源白及在干旱脅迫下的光合生理特性進行研究，明確其光合系統對干旱脅迫的響應規律，以期為白及抗旱性機理研究、育種和白及種源選擇提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料

白及種苗：分別由銅仁、正安、安龍白及種子組培育苗而得，試驗種苗為合格苗以上。

試劑：Hoagland's營養液(南京信帆生物技術有限公司生產)、PEG6000(西隴科學股份有限公司生產)、95%乙醇(上海國藥集團化學試劑有限公司生產)。

儀器：BSA2202S-CW電子天平(DHG-9426A)(上海佑科儀器儀表有限公司生產)、721-A型紫外分光光度計〔翱藝儀器(上海)有限公司生產〕、LI-6400XT光合儀(北京力高泰科技有限公司生產)、研缽〔四川蜀玻(集團)有限責任公司生產〕、容量瓶〔四川蜀玻(集團)有限責任公司生產〕、試管〔四川蜀玻(集團)有限責任公司生產〕。

1.2 方法

選取長勢均一白及種苗，置于Hoagland’s營養液中培養，用珍珠巖固定，于人工氣候室內進行培養。定期補充營養液，培養白及幼苗1個月。用Hoagland's營養液添加PEG6000配成PEG濃度分別為0 g/L、5 g/L、20 g/L、50 g/L的營養液模擬4種干旱脅迫水平，對不同種源白及進行處理，每隔2 d換1次營養液。第15天測量葉綠素、光合等指標。

1.2.1 葉綠素含量測定 稱取新鮮白及葉片0.1 g，放入研缽中，加入液氮和3 mL95%乙醇，研磨均勻并定容至15 mL，黑暗浸提至葉片組織全部變白，運用721-A型紫外分光光度計測定在665 nm和649 nm波長的吸光值[14]。葉綠素含量=葉綠素濃度×提取液體積×稀釋倍數/鮮重(葉綠素濃度=葉綠素a+葉綠素b，葉綠素a=13.95A665-6.88A649，葉綠素b=24.96A649-7.32A665)。

1.2.2 光合指標的測定 運用LI-6400XT光合儀進行測定。測定部位：白及頂端第一片完全展開葉，每個處理3個重復。測定時間：晴天早上9：00-11：00點進行，測定指標包括凈光合速率(Pn)、氣孔導度(Gs)、胞間CO2濃度(Ci)、蒸騰速率(Tr)。瞬時水分利用率(WUE)=Pn/Tr。

1.3 數據分析

運用Excel 2003和SPSS 17.0進行數據統計與分析。

2 結果與分析

2.1 不同PEG濃度處理不同種源白及的葉綠素含量

葉綠素是光合作用中的主要色素，在環境的變化過程中保證光合系統的正常運轉[9]。從表1可知，銅仁白及、安龍白及以及正安白及葉綠素在不同PEG濃度處理下葉綠素含量差異明顯。銅仁白及在空白處理時葉綠素含量最高,為2.07SPAD，在PEG濃度為50 g/L時葉綠素含量最低，為0.71SPAD；安龍白及在空白處理時葉綠素含量最高，為2.33SPAD，在PEG濃度為50 g/L時葉綠素含量最低，為0.91SPAD；正安白及在PEG濃度空白處理時葉綠素含量最高，為2.27SPAD，在PEG濃度為50 g/L時葉綠素含量最低，為0.62SPAD。各種源白及葉綠素隨著PEG濃度的增加呈下降趨勢，且低于對照，干旱對白及光合作用具有較大影響。在空白處理及各PEG濃度處理中，以安龍白及葉綠素含量較高，銅仁白及葉綠素含量較低；隨著PEG濃度的增大，正安白及葉綠素的下降幅度最大，達64.15%，安龍白及葉綠素的下降幅度最小，為50.16%。

表1 不同PEG濃度處理不同種源白及的葉綠素含量

2.2 不同PEG濃度處理不同種源白及的光合指標變化

2.2.1 凈光合速率 凈光合速率反映光合作用的強弱。從表2可知，在未用PEG處理時，銅仁、安龍和正安白及的凈光合速率分別為7.37 μmol/(m2·s)、6.98 μmol/(m2·s)和4.79 μmol/(m2·s)；在PEG濃度為50 g/L時，銅仁、安龍和正安白及的凈光合速率分別為1.01 μmol/(m2·s)、1.37 μmol/(m2·s)和0.83 μmol/(m2·s)。各種源白及凈光合速率隨著PEG濃度的上升呈下降趨勢。銅仁白及凈光合速率下降幅度最大，達79.48%，安龍白及凈光合速率下降幅度最小，為73.34%。

表2 不同濃度PEG處理不同種源白及的凈光合速率

2.2.2 蒸騰速率 蒸騰速率反映植物地上部分失水快慢，在受到干旱脅迫時會發生不同程度的減弱。從表3可知，在未用PEG處理時，各種源白及蒸騰速率最高，銅仁、安龍和正安白及的蒸騰速率分別為3.07 mmol/(m2·s)、3.03 mmol/(m2·s)和3.04 mmol/(m2·s)，其中，銅仁白及蒸騰速率最高，安龍白及蒸騰速率最低；在PEG濃度為50 g/L時，各種源白及蒸騰速率最低，銅仁、安龍和正安白及的蒸騰速率分別為0.43 mmol/(m2·s)、0.62 mmol/(m2·s)，和0.32 mmol/(m2·s)。各種源白及蒸騰速率隨著PEG濃度的上升呈下降趨勢。正安白及蒸騰速率下降幅度最大，達85.52%，安龍白及蒸騰速率下降幅度最小，為78.30%。

表3 不同濃度PEG處理不同種源白及的蒸騰速率

2.2.3 瞬時水分利用率 瞬時水分利用率是凈光合速率與蒸騰速率的比值， 由于各時期蒸騰速率下降幅度大于凈光合速率下降幅度，所以提高了瞬時水分利用率。從表4可知，在未用PEG處理時，銅仁、安龍以及正安白及瞬時水分利用率分別為2.40%、2.31%和1.68%，其中銅仁白及瞬時水分利用率最高，正安白及瞬時水分利用率最低；在PEG濃度為50 g/L時，銅仁、安龍以及正安白及瞬時水分利用率分別為2.48%、2.19%和2.58%。各種源白及瞬時水分利用率隨著PEG濃度的上升呈現先降后升的變化，說明凈光合速率下降幅度較蒸騰速率下降幅度先變小后增大。

表4 不同濃度PEG處理不同種源白及的瞬時水分利用率

2.2.4 氣孔導度 氣孔導度的大小反映水分蒸發的速度，在干旱脅迫的情況下，白及會調節氣孔的開張，保持體內水環境的平衡。從表5可知，在未用PEG處理時，銅仁、安龍和正安白及的氣孔導度分別為0.055 5 μmol/(m2·s)、0.055 8 μmol/(m2·s)和0.042 1 μmol/(m2·s)，其中安龍白及氣孔導度最高，正安白及氣孔導度最低；在PEG濃度為50 g/L時，銅仁、安龍和正安白及的氣孔導度分別為0.015 5 μmol/(m2·s)、0.023 1 μmol/(m2·s)和0.012 4 μmol/(m2·s)，各種源白及氣孔導度隨著PEG濃度的上升呈下降趨勢。PEG濃度從5 g/L上升至50 g/L，各種源白及氣孔導度下降不顯著，銅仁白及氣孔導度下降幅度最大，達70.36%，安龍白及氣孔導度下降幅度最小，為54.97%。

表5 不同濃度PEG處理不同種源白及的氣孔導度

2.2.5 胞間CO2濃度 干旱脅迫下，氣孔導度通過減小開度來維持體內水環境的平衡，胞間CO2濃度隨之減小。從表6可知，在未用PEG處理時，銅仁、安龍和正安白及的胞間CO2濃度分別為283.55 μmol/mol、281.27 μmol/mol和281.26 μmol/mol，其中銅仁白及胞間CO2濃度最高，正安白及胞間CO2濃度最低。各種源白及胞間CO2濃度隨著PEG濃度的上升呈下降趨勢。正安白及胞間CO2濃度下降幅度最大，達56.05%，安龍白及胞間CO2濃度下降幅度最小，為39.50%。

表6 不同濃度PEG處理不同種源白及的胞間CO2濃度

3 討論

研究中，銅仁白及、安龍白及和正安白及的葉綠素、凈光合速率、氣孔導度、胞間CO2濃度、蒸騰速率等光合指標均隨著PEG濃度的增大而呈下降趨勢，其中安龍白及的光合指標下降幅度最小；3個種源白及瞬時水分利用率均隨PEG濃度上升至20 g/L時呈下降趨勢，隨后隨PEG濃度上升至50 g/L時呈上升趨勢。

當植物受水分脅迫時，會導致葉片氣孔關閉，引起氣孔導度降低，使光合同化底物CO2減少。在干旱脅迫下，植物碳同化能力降低，吸收的光能無法有效利用，對光合機構造成損害，進一步對光合作用產生非氣孔限制[15-16]。研究結果證實，干旱脅迫可使植物的光合能力下降[17-18]。葉綠素含量隨著PEG濃度的增大而呈下降趨勢與吳明開等[11]研究一致。氣孔導度、凈光合速率等光合指標隨著PEG濃度的增大而呈下降趨勢，與權雪等[19]研究一致，干旱處理使白及的氣孔導度和光合速率明顯下降。

4 結論

安龍白及抗干旱脅迫較好，在大田栽培時可優先選擇安龍白及。在白及的栽培過程中，若遇到高溫干旱，要及時做好遮陰、水分供應，對于緩解干旱脅迫對白及的影響具有重要作用。