干旱胁迫对科尔沁沙地南蛇藤幼苗生理及光合特性的影响

肖巍

(1.辽宁章古台科尔沁沙地系统国家生态定位观测研究站，辽宁 阜新 123000；2.辽宁省沙地治理与利用研究所，辽宁 阜新 123000；3.辽宁工程技术大学环境科学与工程学院，辽宁 阜新 123000)

南蛇藤(CelastrusorbiculatusThunb.)，卫矛科南蛇藤属藤状灌木，在科尔沁沙地广泛分布。近年来，研究认为南蛇藤茎、根、叶、果实、种子均可入药，药用价值很高[1-3]。目前，对南蛇藤的抗旱性研究还少有报道。本文采用盆栽试验，通过人为控制土壤水分，测定南蛇藤幼苗叶片相对水分亏缺、丙二醛(MDA)、可溶性糖(SS)、相对电导率等生理指标和净光合速率、气孔导度等光合参数，研究干旱胁迫下南蛇藤叶片生理特性和光合参数的变化，旨在揭示南蛇藤幼苗在干旱胁迫下的光合生理适应特性，为南蛇藤在干旱、半干旱地区的推广种植提供参考。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

研究区位于辽宁省彰武县章古台镇，121°53′—122°22′ E，42°43′—42°51′ N，属于科尔沁沙地南缘，是典型的亚湿润大陆性气候区。平均海拔226.5 m，年降水量450～550 mm，年蒸发量1 200～1 450 mm，年均气温6.1 ℃，年无霜期155 d，年均风速3.7 m·s-1。土壤以风沙土为主，有机质及其他养分含量较低。地处蒙古和华北植物区系交汇地带，植被多为抗旱性较强的沙生植物。

1.2 试验材料

4月中旬，将生长基本一致的2年生南蛇藤苗80株分别装入营养杯中，常规水肥管理。7月末，将营养杯搬入防雨棚内，进行实验。采用人工控水模拟干旱胁迫的方法，设4个水分梯度，每个梯度20株，即：对照(CK)，土壤含水量20%；轻度胁迫(K1)，土壤含水量12%；中度胁迫(K2)，土壤含水量8%；重度胁迫(K3)，土壤含水量5%。

1.3 测试方法

丙二醛含量采用硫代巴比妥酸法测定，可溶性糖含量采用蒽酮法测定，相对电导率采用电导率仪测定，光合参数用LI-Cor-6400XTR 型便携式光合仪测定。

1.4 数据处理

所得数据用SPSS软件进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 干旱胁迫对南蛇藤生理特性的影响

表1 不同程度干旱胁迫下南蛇藤的生理指标

叶片相对水分亏缺是体现植物保水能力的指标，叶片相对水分亏缺愈大，说明水分亏缺愈严重[4]。丙二醛是细胞膜脂过氧化作用的产物，植物一旦受到逆境胁迫，将会加剧膜脂过氧化作用，丙二醛含量的高低能够反映膜脂过氧化程度。可溶性糖是植物体内重要的渗透调节物质，植物在干旱胁迫下，可增加可溶性糖的含量，来维持细胞正常的渗透压及膜系统的稳定性[5]。相对电导率可以反映细胞膜透性，在干旱胁迫下，膜脂过氧化作用导致细胞膜的结构和功能受到损伤，导致细胞膜透性增大[6]。

由表1可知，南蛇藤叶片的相对水分亏缺、丙二醛、可溶性糖和相对电导率均随着干旱胁迫程度的加剧呈逐渐上升的趋势。轻度胁迫时，只有相对电导率与CK差异显著，说明此时南蛇藤叶片细胞膜受到的伤害程度较轻，基本可以忽略。中度胁迫时，相对水分亏缺、丙二醛、可溶性糖和相对电导率均开始显著升高，说明南蛇藤应对干旱胁迫的响应机制已经开始启动，但不同物质应对干旱的响应时间和响应程度不同，致使各物质增加的幅度不同。重度胁迫时，4项指标与CK的差异均达到显著程度。其中，相对水分亏缺上升幅度最大，其次为可溶性糖，丙二醛上升幅度最小，分别比CK升高了184.28%、141.52%、102.11%，说明南蛇藤在应对重度胁迫时，体内产生的可溶性糖比丙二醛发挥的作用更大。

2.2 干旱胁迫对南蛇藤气体交换参数的影响

表2 不同程度干旱胁迫下南蛇藤的气体交换参数

由表2可以看出，随着干旱胁迫程度的加剧，南蛇藤的Pn、Gs和Tr均呈逐渐下降趋势，Ci先降低后升高。中度干旱胁迫开始，Pn、Gs和Tr3种参数的变化幅度开始增大。重度胁迫时，Pn、Gs和Tr分别较CK下降了62.90%、94.94%和71.56%，Ci比CK上升了10.53%。可见，中度和重度干旱胁迫对南蛇藤光合的抑制作用非常明显。重度干旱胁迫时，南蛇藤依然有光合作用的发生。

净光合速率和蒸腾速率是光合系统功能的直接体现，也是植物光合系统是否正常工作的指标[7]。随着干旱胁迫程度的加剧，南蛇藤的Pn和Tr逐渐降低，说明南蛇藤可以不断根据环境条件调整自己的光合作用，以适应外界环境的不利影响。气孔是植物与大气进行水汽和CO2交换的通道，影响着植物的光合与蒸腾[8]。南蛇藤幼苗的Gs逐渐下降，Ci先下降后升高，说明南蛇藤光合作用的调节是由气孔因素和非气孔因素共同作用产生的。

3 讨论与结论

3.1 随着干旱胁迫的加剧，南蛇藤的相对水分亏缺、丙二醛含量、可溶性糖含量和相对电导率均呈逐渐上升趋势。在轻度胁迫时，相对水分亏缺、丙二醛含量、可溶性糖含量变化不大，说明轻度胁迫对植株伤害较轻，但是随着胁迫程度的持续加大，相对水分亏缺、丙二醛含量、可溶性糖含量和相对电导率均表现出明显升高，说明其细胞膜的受到严重破坏。

3.2 随着干旱胁迫程度的加剧，南蛇藤幼苗光合生长受到明显抑制，净光合速率、气孔导度和蒸腾速率逐渐降低，胞间CO2浓度先降低后升高。引起植物叶片净光合速率降低的因素主要有气孔限制和非气孔限制两类。在干旱胁迫下，气孔限制是通过气孔开度的减小甚至关闭，在保持植物体内水分平衡的同时，降低了光合作用；非气孔限制是叶肉细胞光合活性下降导致的光合作用降低。前者使胞间CO2浓度降低，后者使其升高。说明在中度干旱胁迫，光合器官已经受到了损伤，导致光合作用降低。

3.3 虽然干旱胁迫对南蛇藤叶片生理指标和光合参数产生了一定影响，但在重度干旱胁迫下，南蛇藤依然存在光合作用，说明南蛇藤可以适应半干旱地区土壤水分亏缺下的生存条件，可以在科尔沁沙地南缘进行野外造林。