干旱脅迫對(duì)燕麥幼苗葉片光合特性及活性氧清除系統(tǒng)的影響

吳雨涵，劉文輝，劉凱強(qiáng)，張永超

（青海省青藏高原優(yōu)良牧草種質(zhì)資源利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，青海大學(xué)畜牧獸醫(yī)科學(xué)院，青海西寧 810016）

水分是影響作物生長(zhǎng)發(fā)育的主要因素之一，水分虧缺對(duì)植株形態(tài)結(jié)構(gòu)和生理生化會(huì)產(chǎn)生消極影響，嚴(yán)重缺水甚至?xí)鹬仓臧l(fā)生凋亡［1］。葉片作為響應(yīng)水分脅迫最敏感的器官之一，它既是光合作用的主要器官，同時(shí)也是植株內(nèi)部互相連接及植株與外界進(jìn)行物質(zhì)交換和能量傳遞的紐帶［2-3］。研究表明，干旱脅迫導(dǎo)致植株葉片相對(duì)含水量下降，葉綠素分解加快而合成速度受到抑制，從而引起葉片失綠，干物質(zhì)積累遞減［4］，進(jìn)而產(chǎn)生大量的活性氧物質(zhì)，如單線態(tài)氧（singlet oxygen，1O2）、超氧化物（superoxide，O2·-）、超氧化物陰離子自由基（superoxide anion，和過(guò)氧化氫（hydrogen peroxide，H2O2）等。過(guò)量的氧自由基使細(xì)胞膜遭受氧化毒害，會(huì)造成光合速率降低、葉綠素和類(lèi)胡蘿卜素發(fā)生降解等一系列生理生化現(xiàn)象［5］。研究發(fā)現(xiàn)，嚴(yán)重干旱甚至?xí)鹑~片功能器官發(fā)生不可逆的機(jī)械損傷，如葉綠體、類(lèi)囊體、線粒體等的結(jié)構(gòu)皺縮形變、功能衰退，最終導(dǎo)致整個(gè)植株發(fā)生病變。

在植物長(zhǎng)期的進(jìn)化過(guò)程中，形成了一套自我防御策略，通過(guò)體內(nèi)的酶類(lèi)抗氧化劑和非酶類(lèi)抗氧化劑相互協(xié)調(diào)，清除過(guò)量的活性氧物質(zhì)，前者含有超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，SOD）、過(guò)氧化物酶（peroxidase，POD）、過(guò)氧化氫酶（catalase，CAT）、抗壞血酸過(guò)氧化物酶（aseorbate peroxidase，APX）、谷胱甘肽還原酶（glutathione reductase，GR）、谷胱甘肽S-轉(zhuǎn)移酶（glutathione S-transferase，GST）、單脫氫抗壞血酸還原酶（monodehydroascorbate reductase，MDHAR）和脫氫抗壞血酸還原酶（dehydrogenase，DHAR），后者則由谷胱甘肽（glutathione，GSH）、抗壞血酸（ascorbic acid，ASA）和類(lèi)胡蘿卜素（carotenoids，Car）組成［6］，保護(hù)細(xì)胞處于一個(gè)良好的生境，維持機(jī)體的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，保證植物在遭受水分脅迫后仍能繼續(xù)正常生長(zhǎng)發(fā)育。目前關(guān)于干旱脅迫對(duì)燕麥（Avena sativa）幼苗活性氧清除系統(tǒng)的研究多集中在抗氧化酶活性的響應(yīng)方面［7-8］，而關(guān)于非酶類(lèi)抗氧化劑對(duì)水分脅迫響應(yīng)及在不同水分脅迫程度下酶類(lèi)抗氧化劑及非酶類(lèi)抗氧化劑在活性氧清除系統(tǒng)中發(fā)揮作用方面的研究較少。探究作物在不同干旱脅迫程度下葉片的光合特性及其防御機(jī)制對(duì)于了解作物生長(zhǎng)發(fā)育及指導(dǎo)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)具有重要意義。

燕麥?zhǔn)呛瘫究蒲帑湆伲ˋvena）一年生草本植物，具有喜涼耐寒，對(duì)土壤適應(yīng)性強(qiáng)，病蟲(chóng)害少，耐瘠薄、抗雜類(lèi)草性能較強(qiáng)等特點(diǎn)［9］，適宜在青藏高原高寒牧區(qū)和半農(nóng)半牧區(qū)種植，燕麥作為高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)、糧飼兼用作物［10］，對(duì)青海省畜牧業(yè)生產(chǎn)的穩(wěn)定發(fā)展起到了重要作用［11-12］。青海地處青藏高原，年降水量少且分布不均勻，燕麥播種時(shí)期大多集中在4-5月，而降水多集中于6-8月，苗期是燕麥需水的關(guān)鍵期，種子萌發(fā)過(guò)程中內(nèi)藏物質(zhì)已經(jīng)消耗殆盡，此時(shí)燕麥莖稈相對(duì)較弱，有效葉片數(shù)相對(duì)較少，植株存儲(chǔ)的能量和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)較少，光合作用積累的養(yǎng)分十分有限，此時(shí)受到干旱脅迫燕麥光合能力下降，進(jìn)而對(duì)幼苗生長(zhǎng)造成致命影響，導(dǎo)致其后期籽粒產(chǎn)量下降。前人對(duì)燕麥苗期干旱的研究大多集中在植株體內(nèi)糖分積累、內(nèi)源激素轉(zhuǎn)運(yùn)、光合特性變化及外源物質(zhì)對(duì)干旱的緩解作用方面［13-15］，而關(guān)于燕麥苗期遭受干旱脅迫后葉片光合特性及其抗氧化防御調(diào)控策略尚不清楚。因此，本研究擬以青海本地推廣品種‘青燕1號(hào)’為研究對(duì)象，采用不同的水分脅迫梯度，比較分析干旱脅迫對(duì)燕麥苗期葉片的影響，以期為青藏高原地區(qū)抗旱燕麥品種評(píng)價(jià)提供理論基礎(chǔ)和科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試品種為青海本地推廣品種：青燕1號(hào)（Avena sativa‘Qingyan No.1’），供試燕麥種子由青海省畜牧獸醫(yī)科學(xué)院提供。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2019年12月于青海省畜牧獸醫(yī)科學(xué)院省級(jí)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行。挑選顆粒飽滿、大小一致的燕麥種子，用2% NaClO滅菌15 min，去離子水洗滌3～5次晾干備用。采用沙培法將消毒后的種子點(diǎn)播于培養(yǎng)穴中，放置于晝夜溫度為20℃/15℃的人工氣候培養(yǎng)箱中，光周期為16 h/8 h，相對(duì)濕度為65%。每周使用1/2 Hoagland營(yíng)養(yǎng)液澆灌植物兩次。

待幼苗兩葉期時(shí)，采用干旱脅迫處理燕麥幼苗：1）CK：澆灌1/2 Hoagland營(yíng)養(yǎng)液；2）P10：10%的PEG（polyethylene glycol，-0.53 MPa）干旱脅迫處理；3）P20：20%的PEG（-1.10 MPa）干旱脅迫處理。每個(gè)處理3次重復(fù)，分別在脅迫4、7和10 d時(shí)采集葉片樣品，液氮冷凍后保存在-80℃超低溫冰箱中，用于后期生理生化指標(biāo)分析。

1.3 測(cè)定指標(biāo)與方法

1.3.1氣體交換參數(shù)的測(cè)定 每個(gè)處理選取3株長(zhǎng)勢(shì)均勻的幼苗，用便攜式光合儀（Li-6800，LI-COR，USA）于9：00-12：00測(cè)定每株幼苗旗葉的光合參數(shù)，每個(gè)葉片重復(fù)3次。葉室各參數(shù)指標(biāo)如下：光照強(qiáng)度1200 μmol·m-2·s-1、CO2濃度（400±5.0）μmol·mol-1（CO2小鋼瓶提供）、相對(duì)濕度（60%±1.0%）、溫度25℃。待葉室穩(wěn)定讀取凈光合速率（net photosynthetic rate，Pn）、蒸騰速率（transpiration rate，Tr）、胞間CO2濃度（intercellular CO2concentration，Ci）和氣孔導(dǎo)度（stomatal conductance，Gs）。

1.3.2葉綠素?zé)晒鈪?shù)的測(cè)定 測(cè)定時(shí)間與氣體交換參數(shù)同步，幼苗在黑暗條件下適應(yīng)1 h后，每個(gè)處理選取3株長(zhǎng)勢(shì)均勻的幼苗，測(cè)定每株幼苗的旗葉，每個(gè)葉片重復(fù)3次。飽和脈沖設(shè)為8000 μmol·m-2·s-1，記錄初始熒光產(chǎn)量（minimal fluorescence，F(xiàn)o）、最大暗適應(yīng)態(tài)熒光產(chǎn)量（maximal fluorescence yield of the dark-adapted state，F(xiàn)m）、最大光適應(yīng)態(tài)熒光產(chǎn)量（maximal fluorescence yield of the light-adapted state，F(xiàn)m'）、可變熒光（variable fluorescence，F(xiàn)v）和穩(wěn)態(tài)熒光產(chǎn)量（steady state fluorescence yield，F(xiàn)s）等參數(shù)。參考王迪［16］的計(jì)算方法，計(jì)算光系統(tǒng)Ⅱ（PSII）的最大光化學(xué)效率（maximal photochemistry efficiency，F(xiàn)v/Fm）：Fv/Fm=（Fm-Fo）/Fm；PSII實(shí)際光化學(xué)效率（practical efficiency，ΦPSⅡ）：ΦPSⅡ=（Fm'-Fs）/Fm'；非光化學(xué)猝滅（non-photochemical quenching，NPQ）：NPQ=（Fm-Fm'）/Fm'。

1.3.3測(cè)定葉片生理指標(biāo) 葉綠素（chlorophyll，Chl）和類(lèi)胡蘿卜素（carotenoids）含量采用分光光度計(jì)法進(jìn)行測(cè)定；超氧陰離子（O2-）含量參考Schneider等［17］的方法測(cè)定；過(guò)氧化氫（H2O2）含量參考Liu等［18］的方法進(jìn)行測(cè)定。

1.3.4測(cè)定酶類(lèi)和非酶類(lèi)抗氧化劑的含量 超氧化物歧化酶活性（SOD）參考Asish等［19］的方法，過(guò)氧化氫酶（CAT）測(cè)定參考Zhang等［20］的方法，抗壞血酸過(guò)氧化物酶活性（APX）及脫氫抗壞血酸還原酶活性（DHAR）采用Yoshiyuki等［21］的方法進(jìn)行測(cè)定，谷胱甘肽過(guò)氧化物酶（GPX）采用Elia等［22］的方法進(jìn)行測(cè)定，谷胱甘肽還原酶（GR）活性采用Foyer等［23］的方法進(jìn)行測(cè)定，抗壞血酸（ASA）、谷胱甘肽（GSH）、脫氫抗壞血酸（dehydroascorbic acid，DHA）及氧化型谷胱甘肽（oxidative glutathione，GSSG）含量的測(cè)定參考牛奎舉［24］的方法。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Microsoft Excel 2016軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理與作圖，采用SPSS 16.0軟件進(jìn)行方差分析、Duncan多重比較、多元回歸分析及通徑分析，采用Origin 2018作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同干旱脅迫對(duì)燕麥葉片生理指標(biāo)的影響

從表1可以看出，干旱脅迫程度和干旱脅迫時(shí)間對(duì)Chl、Car、H2O2、O2-含量的影響均達(dá)到極顯著水平（P＜0.01），干旱時(shí)間和干旱程度的互作效應(yīng)對(duì)Chl、Car、H2O2、O2-含量的影響達(dá)到極顯著水平（P＜0.01）。其中，各因素對(duì)Chl、Car、H2O2含量影響大小表現(xiàn)為：干旱程度＞干旱時(shí)間＞干旱時(shí)間和程度互作，O2-含量表現(xiàn)為干旱時(shí)間＞干旱時(shí)間與程度互作＞干旱程度。

表1 干旱脅迫對(duì)燕麥葉片生理指標(biāo)影響的方差分析Table 1 The variance analysis of effects on oat leaf physiological indicators under drought stress

不同干旱時(shí)間處理對(duì)燕麥葉片Chl含量影響顯著（P＜0.05）（圖1a），其中Chl含量在P10和P20處理下顯著低于CK（P＜0.05）。隨著干旱時(shí)間和干旱程度的加劇，Chl含量在P20處理第10天時(shí)達(dá)到最低，相比CK降低46.9%。P10和P20處理下Car含量在第7和10天顯著增加（P＜0.05），而在第4天沒(méi)有顯著變化（P＞0.05）（圖1b）。

P10和P20處理下O2-和H2O2的生成速率在4 d內(nèi)變化不大（圖1c，d），但在7和10 d內(nèi)顯著增加（P＜0.05）。與CK相 比，P10和P20在7～10 d O2-、H2O2含量增加幅度分別為3.18～16.51 mmol·min-1·g-1和55.20～158.30 mmol·min-1·g-1。

2.2 不同干旱脅迫對(duì)燕麥氣體交換參數(shù)的影響

從表2可以看出，干旱程度和干旱時(shí)間對(duì)Pn、Tr、Gs、Ci的影響達(dá)到極顯著水平（P＜0.01），干旱時(shí)間和干旱程度的互作效應(yīng)對(duì)Pn、Tr、Gs、Ci達(dá)到極顯著水平（P＜0.01）。其中，各因素對(duì)Pn、Tr、Gs、Ci的影響大小表現(xiàn)為：干旱程度＞干旱時(shí)間＞干旱程度與干旱時(shí)間互作。

表2 干旱脅迫對(duì)燕麥氣體交換參數(shù)影響的方差分析Table 2 The variance analysis of effects on oat gas exchange parameters under drought stress

從不同干旱時(shí)間及干旱程度對(duì)‘青燕1號(hào)’燕麥幼苗光合參數(shù)的影響來(lái)看（表3），P10和P20的Pn從第4天均開(kāi)始下降。干旱脅迫對(duì)Pn有抑制作用，4、7和10 d干旱脅迫對(duì)Pn的抑制作用明顯高于CK。

表3 不同干旱脅迫下燕麥氣體交換參數(shù)的變化Table 3 Changes of gas exchange parameters of oat under different water stress

在第4天，CK和P10處理之間的Tr、Gs和Ci均無(wú)顯著差異（P＜0.05），而P20處理下的Tr和Gs在第4天開(kāi)始顯著增加（P＜0.05）。干旱誘導(dǎo)Tr、Gs和Ci在4～10 d內(nèi)持續(xù)下降，在P20處理10 d后的下降幅度分別比CK下降93.0%、96.1%和43.2%。

2.3 不同干旱脅迫對(duì)燕麥幼苗熒光特性的影響

從表4可以看出，干旱時(shí)間對(duì)Fo、Fv/Fm、ΦPSⅡ、NPQ的影響達(dá)到極顯著差異水平（P＜0.01），干旱程度對(duì)Fv/Fm、ΦPSⅡ、NPQ的影響達(dá)到極顯著差異水平（P＜0.01），而干旱程度對(duì)Fo無(wú)顯著影響（P＞0.05），干旱時(shí)間與干旱程度的互作效應(yīng)對(duì)Fo、Fv/Fm、ΦPSⅡ、NPQ的影響達(dá)到極顯著差異（P＜0.01）。

表4 不同干旱脅迫對(duì)燕麥幼苗熒光特性影響的方差分析Table 4 The variance analysis of effects on oat chlorophyll fluorescence characteristics under drought stress

由表5可知，在P10干旱條件下，F(xiàn)o隨干旱時(shí)間的延長(zhǎng)先增加后降低。處理7 d后，P10和P20顯著增加（P＜0.05），分別比CK增加9.7%和11.1%。在干旱脅迫10 d時(shí)P10和P20處理下的Fo開(kāi)始明顯下降，其中P20下降幅度最大，為30.0%。

4 d時(shí)所有處理對(duì)Fv/Fm無(wú)明顯影響（表5）。干旱脅迫7～10 d時(shí)，與CK相比，P20處理下的Fv/Fm下降高于P10處理。

表5 不同水分脅迫下燕麥熒光參數(shù)的變化Table 5 Changes of fluorescence parameters of oat under different water stress

在P20處理下，ΦPSⅡ第4天開(kāi)始下降，在第10天達(dá)到最低，在第4和10天分別比CK下降了28.3%和68.2%。P10和P20的NPQ隨著干旱時(shí)間和干旱程度的增加而顯著增加（P＜0.05），其中第10天NPQ增加最多，分別比CK增加147.2%和134.7%。

2.4 不同干旱脅迫對(duì)燕麥活性氧清除系統(tǒng)的影響

植物的多種代謝過(guò)程均可產(chǎn)生活性氧自由基，體內(nèi)活性氧成分在正常水平下處于一個(gè)動(dòng)態(tài)平衡，適量的活性氧還可作為信號(hào)分子，調(diào)控細(xì)胞基因轉(zhuǎn)錄［25-26］。當(dāng)植物遭受水分脅迫后會(huì)打破這個(gè)動(dòng)態(tài)，活性氧的產(chǎn)生大于其清除速率，造成植物組織遭受氧化脅迫，破壞細(xì)胞膜脂；而植物在應(yīng)對(duì)活性氧脅迫的過(guò)程中，進(jìn)化形成了一套由酶類(lèi)和非酶類(lèi)抗氧化劑組成的防御系統(tǒng)，清除活性氧帶來(lái)的負(fù)面效應(yīng)，來(lái)幫助植物在遭受環(huán)境變化時(shí)得以生存。

2.4.1不同干旱脅迫對(duì)燕麥抗氧化酶活性的影響 從表6可以看出，干旱程度對(duì)SOD、CAT、APX、GPX、DHAR活性的影響均達(dá)到極顯著水平（P＜0.01），而對(duì)GR無(wú)影響（P＞0.05），干旱時(shí)間對(duì)SOD、GPX、DHAR活性的影響均達(dá)到極顯著水平（P＜0.01），而對(duì)CAT、APX、GR無(wú)影響（P＞0.05），干旱時(shí)間與干旱程度的互作效應(yīng)對(duì)SOD、CAT、APX、GPX、DHAR、GR的影響均達(dá)到極顯著（P＜0.01）差異水平。

表6 不同干旱脅迫對(duì)燕麥抗氧化酶活性的方差分析Table 6 The variance analysis of effects on activity of enzymatic antioxidants under different drought stress

不同干旱脅迫對(duì)燕麥葉片抗氧化酶活性的影響結(jié)果表明（圖2），隨著干旱脅迫程度及持續(xù)時(shí)間的增加，SOD活性持續(xù)升高。其中，P20的SOD活性升高幅度最大，P10次之。說(shuō)明隨著水分脅迫加劇其清除活性氧能力逐漸下降（圖2a）。

干旱脅迫4 d的CAT活性相比CK顯著增高（P＜0.05），P10和P20處理分別增加7.9%和17.0%。隨著干旱持續(xù)時(shí)間的增加，P10處理在7～10 d比CK顯著增加（P＜0.05），但P20并未出現(xiàn)此規(guī)律（圖2b）。

在干旱脅迫 下，APX活 性 在P10和P20處理下4和7 d較 高（圖2c），P10處理在4和7 d分別達(dá)到5.02和4.70 μmol·min-1·g-1，P20處理在4和7 d分別達(dá)到4.91和5.12 μmol·min-1·g-1。第10天時(shí)，P10處理下APX活性仍然高于CK，而P20處理下APX活性開(kāi)始急劇下降。

在干旱脅迫處理期間，GPX在第4和7天的變化與APX相似（圖2d）。GPX活性在P10和P20處理下4和7 d與CK相比均明顯增加（P＜0.05）。10 d后，P10處理下GPX活性然高于CK，P20處理下則低于CK。

干旱脅迫4～7 d時(shí)，DHAR活性在P10處理下高于CK，而P20始終保持下降趨勢(shì)，且在干旱持續(xù)時(shí)間內(nèi)顯著低于CK（P＜0.05）（圖2e）。

GR活性在P10和CK處理下在第4和7天無(wú)明顯變化（圖2f），隨著干旱持續(xù)時(shí)間的增加，P10處理下GR活性在第10天逐漸增加。P20處理7 d時(shí)GR活性最高，在第10天時(shí)急劇下降。

2.4.2不同干旱脅迫對(duì)燕麥非酶類(lèi)抗氧化劑的影響 從表7可以看出，干旱時(shí)間和脅迫程度對(duì)ASA、GSH、DHA、GSSG、ASA/DHA、GSH/GSSG的影響均達(dá)到顯著水平（P＜0.05）或極顯著水平（P＜0.01）。干旱時(shí)間和干旱程度互作效應(yīng)對(duì)ASA、GSH、GSSG、ASA/DHA的影響達(dá)到極顯著（P＜0.01）水平，而對(duì)DHA、GSH/GSSG的影響無(wú)顯著差異（P＞0.05）。

表7 不同干旱脅迫對(duì)燕麥非酶抗氧化劑影響的方差分析Table 7 The variance analysis of effects on activity of non-enzymatic antioxidants under different drought stress

由圖3a，b可知，干旱脅迫處理后ASA和GSH活性顯著增加（P＜0.05）。P20處理第10天ASA含量處于最高水平，相比CK增加了589.6%，而GSH含量在P10和P20處理4～7 d均保持較高水平。

氧化型產(chǎn)物DHA和GSSG含量對(duì)干旱脅迫的響應(yīng)相似（圖3c，d）。在4～10 d，P10處理下的DHA含量比CK分別增加了66.7%、160.0%和146.8%，P20的DHA含量也分別增加了107.9%、168.1%和100.3%。在干旱4～10 d，P10處 理 下 的GSSG含 量 比CK分 別 增 加 了12.3%、52.8%和69.5%，P20的GSSG含 量 也 分 別 增 加 了17.5%、93.7%和51.4%。

GSH/GSSG和ASA/DHA大小可以反映非酶類(lèi)抗氧化劑清除活性氧的能力（圖3e，f），在所有處理4～7 d時(shí)，ASA/DHA未發(fā)生顯著變化（P＞0.05），在干旱處理10 d時(shí)顯著增加（P＜0.05），P10和P20處理下ASA/DHA分別增加了8.0%和244.4%。干旱導(dǎo)致GSH/GSSG在第4天明顯增加，而隨著持續(xù)時(shí)間的增加，與CK相比，P10與P20處理分別在第10和7天開(kāi)始呈遞減趨勢(shì)，說(shuō)明隨著干旱脅迫增加，其清除活性氧能力在逐漸降低。

3 討論

3.1 不同干旱脅迫對(duì)葉片光合特性的影響

葉綠素是葉片光合同化的主要色素，在酸、堿、氧化脅迫下極易發(fā)生分解［27］，水分脅迫下葉綠素含量的變化可以在一定程度上反映植物的生產(chǎn)性能和抵抗逆境脅迫的能力［28］，類(lèi)胡蘿卜素為天然水溶性自由基清除劑，在植物吸收光能、保護(hù)葉綠素、猝滅活性氧方面具有重要作用［29］。在本研究中，干旱脅迫下的葉綠素含量隨時(shí)間的增加而不斷下降，而類(lèi)胡蘿卜素含量則隨時(shí)間的延長(zhǎng)而增加。此外，隨著脅迫梯度的增加，O2-和H2O2含量顯著高于對(duì)照，葉綠素與O2-和H2O2呈負(fù)相關(guān)，與類(lèi)胡蘿卜素則呈顯著正相關(guān)（圖1）。這表明活性氧（reactive oxygen species，ROS）的增加可能加劇了燕麥的氧化損傷程度，抑制了葉綠素含量，而類(lèi)胡蘿卜素的增加可以緩解氧化損傷。

3.2 干旱脅迫對(duì)葉片生理特性的影響

影響植物光合速率的因素主要有氣孔限制和非氣孔限制，前者多為可逆修復(fù)，后者一般為不可逆損傷。本試驗(yàn)得出，不同水分脅迫下，Pn、Tr、Ci和Gs下降明顯，而氣孔限制值顯著提高，其中Gs變化最為敏感，根據(jù)氣孔限制學(xué)說(shuō)可知，導(dǎo)致Pn下降的主要原因是氣孔關(guān)閉，葉片的氣孔導(dǎo)度減小，引起胞間CO2濃度下降，最終導(dǎo)致凈光合速率下降；不同水分脅迫下，凈光合速率下降幅度大于蒸騰速率，說(shuō)明氣孔限制對(duì)蒸騰速率的影響大于凈光合速率，本研究結(jié)果與此一致。水分利用效率表示作物消耗單位質(zhì)量的水所生成的干物質(zhì)量，高水分利用效率往往是作物抵御水分脅迫的重要策略，主要原因是氣孔限制對(duì)蒸騰速率的影響大于凈光合速率，本試驗(yàn)得出同樣結(jié)論，隨著水分脅迫梯度增加，蒸騰速率的下降幅度大于凈光合速率，水分利用效率呈遞增趨勢(shì)。

光合電子傳遞產(chǎn)生活性氧，活性氧的過(guò)量積累對(duì)光合系統(tǒng)造成損害，葉綠素?zé)晒鈩?dòng)力學(xué)可以從能量代謝及轉(zhuǎn)化的角度快速、靈敏、無(wú)損傷的探測(cè)逆境對(duì)植物光合作用的影響，是植物遭受水分脅迫危害的一種理想監(jiān)測(cè)手段［30-32］。Fo代表初始熒光，是光系統(tǒng)Ⅱ（PSⅡ）反應(yīng)中心完全開(kāi)放時(shí)的熒光產(chǎn)量，逆境時(shí)Fo增加被認(rèn)為是誘導(dǎo)光系統(tǒng)Ⅱ活性中心失活的結(jié)果，其變化與葉綠素濃度有關(guān)。本試驗(yàn)得出，在短時(shí)間、輕度脅迫時(shí)Fo顯著上升，但隨著脅迫時(shí)間及程度增加，葉綠素降解速度加快，F(xiàn)o的含量呈下降趨勢(shì)。Fv/Fm和ΦPSⅡ反應(yīng)PSⅡ反應(yīng)中心原初光能轉(zhuǎn)化效率和實(shí)際光能轉(zhuǎn)化效率，當(dāng)植物遭受脅迫時(shí)，PSⅡ活性中心降低，光能轉(zhuǎn)化效率下降，過(guò)剩光能對(duì)光合機(jī)構(gòu)產(chǎn)生光抑制效應(yīng)，因此，F(xiàn)v/Fm和ΦPSⅡ減小常常被認(rèn)為是植物發(fā)生光抑制和光合電子傳遞速率減弱的表現(xiàn)［33-34］。本試驗(yàn)顯示，隨著脅迫濃度增加，F(xiàn)v/Fm和ΦPSⅡ明顯降低，說(shuō)明缺水造成了燕麥PSⅡ活性中心的損傷，導(dǎo)致活性氧增加造成光系統(tǒng)中心對(duì)光吸收和利用效率降低。此外，與對(duì)照相比，NPQ含量顯著升高，說(shuō)明過(guò)剩光能以熱消耗的形式散失，避免了過(guò)剩光能抑制光合機(jī)構(gòu)活性。

3.3 干旱脅迫對(duì)葉片抗氧化防御應(yīng)對(duì)策略的影響

抗氧化防御系統(tǒng)在植物緩解逆境脅迫方面具有重要作用，在植物的正常代謝過(guò)程中葉綠體、線粒體等在進(jìn)行電子傳遞的過(guò)程均可產(chǎn)生活性氧［35］，少量的活性氧對(duì)植株沒(méi)有毒害作用，但活性氧大量積累會(huì)對(duì)細(xì)胞產(chǎn)生氧化脅迫［36］，植物在進(jìn)化過(guò)程中建立了酶類(lèi)抗氧化和非酶類(lèi)抗氧化劑防御體系，二者協(xié)同作用能迅速清除體內(nèi)過(guò)量的活性氧物質(zhì)，保持機(jī)體處于良性循環(huán)狀態(tài)。

酶類(lèi)抗氧化劑被譽(yù)為最有效、最直接的活性氧清除系統(tǒng)［33］，包括SOD、CAT、APX、GPX、DHAR和GR等。SOD是清除活性氧的第一道防御，它能催化O2-歧化生成H2O2，而產(chǎn)生的H2O2可被CAT、APX、GPX清除。其中CAT能直接清除H2O2生成H2O，而APX、GPX必須要有ASA和GSH的參與，二者催化H2O2氧化ASA和GSH生成氧化型物質(zhì)DHA和GSSG［37］。

從不同干旱脅迫對(duì)燕麥葉片抗氧化酶活性的影響結(jié)果來(lái)看（圖2），隨著干旱脅迫程度及持續(xù)時(shí)間的增加，SOD活性持續(xù)升高。其中，P20的SOD活性升高幅度最大，P10次之。說(shuō)明隨著水分脅迫加劇其清除活性氧能力逐漸下降。本研究中，以P20處理下SOD和CAT活性最高，隨著脅迫濃度增加酶活性顯著下降；而APX和GPX活性隨著脅迫濃度增加呈上升趨勢(shì)，其中P20處理下，APX活性逐漸下降，而GPX則未發(fā)生變化，說(shuō)明輕度脅迫主要以SOD和CAT清除活性氧為主，而重度脅迫下以APX和GPX依賴ASA、GSH清除占主導(dǎo)地位。DHAR和GR能將DHA和GSSG還原為ASA和GSH，源源不斷地為APX和GPX提供底物，因此，APX、GPX、DHAR和GR的完美協(xié)同是機(jī)體高效清除活性氧的重要信號(hào)。本研究中，DHAR和GR受水分脅迫影響變化明顯，在重度脅迫下DHAR和GR活性顯著低于對(duì)照。

類(lèi)胡蘿卜素、ASA和GSH是非酶類(lèi)抗氧化劑的重要組成部分，類(lèi)胡蘿卜素能減輕活性氧對(duì)細(xì)胞遺傳物質(zhì)和細(xì)胞膜的損傷［38］，而ASA和GSH是ASA-GSH循環(huán)的重要參與者。本研究中，水分脅迫下類(lèi)胡蘿卜素、ASA、GSH含量顯著增加，這與董守坤等［39］的研究結(jié)果一致，水分脅迫促使非酶類(lèi)抗氧化劑增加，解除或減輕燕麥遭受的氧化脅迫。APX、GPX、DHAR和GR四種酶對(duì)ASA-GSH循環(huán)起重要調(diào)控作用，APX、GPX將ASA、GSH氧化后，DHAR和GR將氧化型產(chǎn)物DHA和GSSG又還原成ASA和GSH，形成“氧化-還原-氧化”的循環(huán)，因此，有研究也常將ASA/DHA和GSH/GSSG的大小作為非酶類(lèi)抗氧化劑清除能力的體現(xiàn)。

本研究中，ASA、GSH、GSSG和DHA均隨著水分脅迫程度加深有不同程度的增加，ASA/DHA和GSH/GSSG隨水分脅迫增加或持續(xù)下降或先升高后下降，說(shuō)明雖然水分脅迫引起了ASA、GSH等抗氧化劑的增加，但其氧化型物質(zhì)同樣也在增加，而DHAR和GR的還原力是有限的，活性氧物質(zhì)積累最終導(dǎo)致燕麥清除速度小于其生成速度，其清除活性氧能力在逐漸降低，最終抗氧化系統(tǒng)開(kāi)始衰變。

4 結(jié)論

1）干旱脅迫能引起植株短時(shí)間內(nèi)水分利用效率增加，但氣孔關(guān)閉以及光反應(yīng)中心遭到破壞是植株光合性能減弱的主要原因。

2）在輕度脅迫下，‘青燕1號(hào)’燕麥主要通過(guò)酶類(lèi)抗氧化劑清除活性氧毒害物質(zhì)，而在重度脅迫下以非酶類(lèi)抗氧化劑清除系統(tǒng)為主。