PEG模拟干旱胁迫对不同种源白及生理指标的影响

杨平飞， 杨丽丽， 孔 娇， 刘 海， 罗 鸣， 张金霞， 宋智琴， 吴明开*

(1.遵义师范学院 赤水河流域环境保护与山地农业发展协同创新中心， 贵州 遵义 563006； 2.贵州省农业科学院 现代中药材研究所， 贵州 贵阳 550006)

0 引言

【研究意义】白及(Bletillastriata)，又名白芨，为多年生兰科白及属草本植物，是我国常用的一味中药材；具有收敛止血，消肿生肌等功效，广泛用于医药行业，还被应用于美容化工行业[1]。我国白及野生品主产于西南地区贵州、云南、广西、四川等省区，目前以贵州栽培规模较大。作为全国中药材主产地之一的贵州，具有特殊喀斯特地貌，全年各地降雨不均一，土壤保水性较差，严重影响中药材生长，成为制约中药材产业发展的主要因素之一。随着白及市场需求的逐年增加，白及规模化种植势在必行。而面对缺少的生长条件，亟需选择抗旱性较好的白及品种进行规模化种植，以满足市场所需。【前人研究进展】当前，对白及的研究主要集中在组培快繁、大田栽培、化学成分、药理等方面[2-8]。但对其栽培生理方面的研究相对较少，生理生态研究的不足，以致随着白及栽培面积的扩大，栽培技术相关问题日渐凸显。随着全球气候变暖，干旱极端气候事件的发生有加重增多的趋势[9]。旱灾是中国最为严重农业气象灾害之一，造成的损失达62%[10]。吴明开等[11]对白及光合生理生态特性的研究表明，白及抗旱能力不强，建议白及在人工栽培时应适当遮阴，保持土壤与空气湿度。过度干旱会导致植物细胞损伤、生理代谢受阻、光合作用减弱[12-13]，白及对干旱的适应性直接影响到白及的人工栽培质量。【研究切入点】铜仁、正安、安龙白及是当前贵州小规模主栽的白及品种，由于各地栽培品种混乱，加之各区域降雨不均，土壤保水差，大田种植白及长势和质量参差不齐，严重制约白及产业的发展。【拟解决的关键问题】对不同种源白及在干旱胁迫下的光合生理特性进行研究，明确其光合系统对干旱胁迫的响应规律，以期为白及抗旱性机理研究、育种和白及种源选择提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料

白及种苗：分别由铜仁、正安、安龙白及种子组培育苗而得，试验种苗为合格苗以上。

试剂：Hoagland's营养液(南京信帆生物技术有限公司生产)、PEG6000(西陇科学股份有限公司生产)、95%乙醇(上海国药集团化学试剂有限公司生产)。

仪器：BSA2202S-CW电子天平(DHG-9426A)(上海佑科仪器仪表有限公司生产)、721-A型紫外分光光度计〔翱艺仪器(上海)有限公司生产〕、LI-6400XT光合仪(北京力高泰科技有限公司生产)、研钵〔四川蜀玻(集团)有限责任公司生产〕、容量瓶〔四川蜀玻(集团)有限责任公司生产〕、试管〔四川蜀玻(集团)有限责任公司生产〕。

1.2 方法

选取长势均一白及种苗，置于Hoagland’s营养液中培养，用珍珠岩固定，于人工气候室内进行培养。定期补充营养液，培养白及幼苗1个月。用Hoagland's营养液添加PEG6000配成PEG浓度分别为0 g/L、5 g/L、20 g/L、50 g/L的营养液模拟4种干旱胁迫水平，对不同种源白及进行处理，每隔2 d换1次营养液。第15天测量叶绿素、光合等指标。

1.2.1 叶绿素含量测定 称取新鲜白及叶片0.1 g，放入研钵中，加入液氮和3 mL95%乙醇，研磨均匀并定容至15 mL，黑暗浸提至叶片组织全部变白，运用721-A型紫外分光光度计测定在665 nm和649 nm波长的吸光值[14]。叶绿素含量=叶绿素浓度×提取液体积×稀释倍数/鲜重(叶绿素浓度=叶绿素a+叶绿素b，叶绿素a=13.95A665-6.88A649，叶绿素b=24.96A649-7.32A665)。

1.2.2 光合指标的测定 运用LI-6400XT光合仪进行测定。测定部位：白及顶端第一片完全展开叶，每个处理3个重复。测定时间：晴天早上9：00-11：00点进行，测定指标包括净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、胞间CO2浓度(Ci)、蒸腾速率(Tr)。瞬时水分利用率(WUE)=Pn/Tr。

1.3 数据分析

运用Excel 2003和SPSS 17.0进行数据统计与分析。

2 结果与分析

2.1 不同PEG浓度处理不同种源白及的叶绿素含量

叶绿素是光合作用中的主要色素，在环境的变化过程中保证光合系统的正常运转[9]。从表1可知，铜仁白及、安龙白及以及正安白及叶绿素在不同PEG浓度处理下叶绿素含量差异明显。铜仁白及在空白处理时叶绿素含量最高,为2.07SPAD，在PEG浓度为50 g/L时叶绿素含量最低，为0.71SPAD；安龙白及在空白处理时叶绿素含量最高，为2.33SPAD，在PEG浓度为50 g/L时叶绿素含量最低，为0.91SPAD；正安白及在PEG浓度空白处理时叶绿素含量最高，为2.27SPAD，在PEG浓度为50 g/L时叶绿素含量最低，为0.62SPAD。各种源白及叶绿素随着PEG浓度的增加呈下降趋势，且低于对照，干旱对白及光合作用具有较大影响。在空白处理及各PEG浓度处理中，以安龙白及叶绿素含量较高，铜仁白及叶绿素含量较低；随着PEG浓度的增大，正安白及叶绿素的下降幅度最大，达64.15%，安龙白及叶绿素的下降幅度最小，为50.16%。

表1 不同PEG浓度处理不同种源白及的叶绿素含量

2.2 不同PEG浓度处理不同种源白及的光合指标变化

2.2.1 净光合速率 净光合速率反映光合作用的强弱。从表2可知，在未用PEG处理时，铜仁、安龙和正安白及的净光合速率分别为7.37 μmol/(m2·s)、6.98 μmol/(m2·s)和4.79 μmol/(m2·s)；在PEG浓度为50 g/L时，铜仁、安龙和正安白及的净光合速率分别为1.01 μmol/(m2·s)、1.37 μmol/(m2·s)和0.83 μmol/(m2·s)。各种源白及净光合速率随着PEG浓度的上升呈下降趋势。铜仁白及净光合速率下降幅度最大，达79.48%，安龙白及净光合速率下降幅度最小，为73.34%。

表2 不同浓度PEG处理不同种源白及的净光合速率

2.2.2 蒸腾速率 蒸腾速率反映植物地上部分失水快慢，在受到干旱胁迫时会发生不同程度的减弱。从表3可知，在未用PEG处理时，各种源白及蒸腾速率最高，铜仁、安龙和正安白及的蒸腾速率分别为3.07 mmol/(m2·s)、3.03 mmol/(m2·s)和3.04 mmol/(m2·s)，其中，铜仁白及蒸腾速率最高，安龙白及蒸腾速率最低；在PEG浓度为50 g/L时，各种源白及蒸腾速率最低，铜仁、安龙和正安白及的蒸腾速率分别为0.43 mmol/(m2·s)、0.62 mmol/(m2·s)，和0.32 mmol/(m2·s)。各种源白及蒸腾速率随着PEG浓度的上升呈下降趋势。正安白及蒸腾速率下降幅度最大，达85.52%，安龙白及蒸腾速率下降幅度最小，为78.30%。

表3 不同浓度PEG处理不同种源白及的蒸腾速率

2.2.3 瞬时水分利用率 瞬时水分利用率是净光合速率与蒸腾速率的比值， 由于各时期蒸腾速率下降幅度大于净光合速率下降幅度，所以提高了瞬时水分利用率。从表4可知，在未用PEG处理时，铜仁、安龙以及正安白及瞬时水分利用率分别为2.40%、2.31%和1.68%，其中铜仁白及瞬时水分利用率最高，正安白及瞬时水分利用率最低；在PEG浓度为50 g/L时，铜仁、安龙以及正安白及瞬时水分利用率分别为2.48%、2.19%和2.58%。各种源白及瞬时水分利用率随着PEG浓度的上升呈现先降后升的变化，说明净光合速率下降幅度较蒸腾速率下降幅度先变小后增大。

表4 不同浓度PEG处理不同种源白及的瞬时水分利用率

2.2.4 气孔导度 气孔导度的大小反映水分蒸发的速度，在干旱胁迫的情况下，白及会调节气孔的开张，保持体内水环境的平衡。从表5可知，在未用PEG处理时，铜仁、安龙和正安白及的气孔导度分别为0.055 5 μmol/(m2·s)、0.055 8 μmol/(m2·s)和0.042 1 μmol/(m2·s)，其中安龙白及气孔导度最高，正安白及气孔导度最低；在PEG浓度为50 g/L时，铜仁、安龙和正安白及的气孔导度分别为0.015 5 μmol/(m2·s)、0.023 1 μmol/(m2·s)和0.012 4 μmol/(m2·s)，各种源白及气孔导度随着PEG浓度的上升呈下降趋势。PEG浓度从5 g/L上升至50 g/L，各种源白及气孔导度下降不显著，铜仁白及气孔导度下降幅度最大，达70.36%，安龙白及气孔导度下降幅度最小，为54.97%。

表5 不同浓度PEG处理不同种源白及的气孔导度

2.2.5 胞间CO2浓度 干旱胁迫下，气孔导度通过减小开度来维持体内水环境的平衡，胞间CO2浓度随之减小。从表6可知，在未用PEG处理时，铜仁、安龙和正安白及的胞间CO2浓度分别为283.55 μmol/mol、281.27 μmol/mol和281.26 μmol/mol，其中铜仁白及胞间CO2浓度最高，正安白及胞间CO2浓度最低。各种源白及胞间CO2浓度随着PEG浓度的上升呈下降趋势。正安白及胞间CO2浓度下降幅度最大，达56.05%，安龙白及胞间CO2浓度下降幅度最小，为39.50%。

表6 不同浓度PEG处理不同种源白及的胞间CO2浓度

3 讨论

研究中，铜仁白及、安龙白及和正安白及的叶绿素、净光合速率、气孔导度、胞间CO2浓度、蒸腾速率等光合指标均随着PEG浓度的增大而呈下降趋势，其中安龙白及的光合指标下降幅度最小；3个种源白及瞬时水分利用率均随PEG浓度上升至20 g/L时呈下降趋势，随后随PEG浓度上升至50 g/L时呈上升趋势。

当植物受水分胁迫时，会导致叶片气孔关闭，引起气孔导度降低，使光合同化底物CO2减少。在干旱胁迫下，植物碳同化能力降低，吸收的光能无法有效利用，对光合机构造成损害，进一步对光合作用产生非气孔限制[15-16]。研究结果证实，干旱胁迫可使植物的光合能力下降[17-18]。叶绿素含量随着PEG浓度的增大而呈下降趋势与吴明开等[11]研究一致。气孔导度、净光合速率等光合指标随着PEG浓度的增大而呈下降趋势，与权雪等[19]研究一致，干旱处理使白及的气孔导度和光合速率明显下降。

4 结论

安龙白及抗干旱胁迫较好，在大田栽培时可优先选择安龙白及。在白及的栽培过程中，若遇到高温干旱，要及时做好遮阴、水分供应，对于缓解干旱胁迫对白及的影响具有重要作用。