湿害胁迫对不同生育期桔梗光合生理指标的影响

欧泉，马云桐，杨淑茗，梁善卓

·品种品质·

湿害胁迫对不同生育期桔梗光合生理指标的影响

欧泉，马云桐，杨淑茗，梁善卓

目的：探索湿害对不同生育期桔梗光合生理指标的影响。方法：分别在苗期、拔节期、花期、果期对桔梗进行湿害处理，以丙酮提取法测定叶绿素a、叶绿素b、叶绿素a/b、总叶绿素含量，光合测定仪测定净光合速率、气孔导度、胞间二氧化碳浓度、蒸腾速率，比较4个生育期中光合生理指标的耐湿差异。结果湿害条件下，不同生育期桔梗光合色素含量下降，光合参数存在不同程度差异。结论：拔节期桔梗耐湿性最强。该研究为系统探索桔梗不同生长条件的适应性提供生理基础。

桔梗；光合生理；耐湿性；生育期；隶属函数

中药材桔梗为桔梗科植物桔梗Platycodon grandiflorum(Jacq.) A.DC的干燥根，具宣肺、利咽、祛痰、排脓之效[1]，为常用大宗中药材、同时也是兼药食赏多种用途的经济植物、商品桔梗以栽培品为主[2-3]。

植物在遭受湿害胁迫后，其正常的能量代谢途径和生理过程会发生变化，进而造成植株形态结构及组织生理的改变。湿害处理下旱生作物的生理响应研究一直是作物抗、耐性研究的热点[4-5]。桔梗作为为半旱生植物，多植于向阳、排水良好的坡地，忌积水。土壤积水易致桔梗根部腐烂，并诱发根腐病，对桔梗生长发育及品质、产量造成极大影响[6]。目前，对于桔梗逆境方面的研究较少，且主要集中于干旱高温胁迫方面，关于湿害方面的研究尚未见报道[7-8]。本实验根据桔梗栽培中存在的实际问题，对湿害胁迫下桔梗部分光合生理指标进行研究，并进行耐湿性评价，为系统研究湿害处理下桔梗光合特性及指导大田栽培奠定基础。

1 材料与方法

1.1 试验材料及处理

于2015年10月份于四川省安岳县采集二年生桔梗种子，经成都中医药大学生药教研室马云桐教授鉴定，播种于成都中医药大学温室内。试验与2016年3-10月开展进行。3月份选择颗粒饱满桔梗种子浸于50℃温水中搅拌至凉，放置12小时后条播于70cm×40cm×25cm规格大型塑胶菜盆中。播种基质为壤土，其土壤饱和持水量（环刀法测定）为349.92 g．k g-1，田间持水量为186.03 g．k g-1，播后参照大田土壤含水量，定期浇水维持盆内土壤含水量（烘干法测定）在18%左右[9]。

待桔梗苗长至3对真叶全展时间苗，保持株距8 cm×行距16 cm范围，每盆定苗24株，对照（CK）、处理（T）各3重复。分别于5月21日（苗期）、6月16日（拔节期）、7月6日（花期）、8月11日（果期）进行试验处理：对照、处理组各随机选取10株大小一致桔梗挂牌标记，进行后续光合生理指标测定。处理组模拟湿害状态，每日早晚大量灌水水维持其土壤吸水达到饱和状态，对照组每周浇水2-3次，维持土壤含水量在18%左右。处理组持续湿害胁迫15d后采集叶片进行相关生理指标及光合参数测定。

1.2 测定指标与方法

湿害胁迫第15d后，对照、处理各随机选取3株桔梗，采取顶芽以下第2，3对叶片，采用丙酮提取法[10]进行生理叶绿素（Chl）含量等指标测定。使用美国LICOR公司的Li-6400 便携式光合仪，于上午 9:00—11:00 在自然条件下进行光合参数的测定。净光合速率(Photo )、气孔导度(Cond)、胞间CO2浓度(Ci)、蒸腾速率(Trmmol)等参数由仪器直接测得，选择开放式气路，红蓝光源，叶室光合有效辐射为800 μmolm-2．s-1，样品室流速500 μmol．s-1，参比室CO2浓度为390～420 μmol．mol-1，样品室相对湿度(RHS)30%～40%。测定时均选择大小一致的健康株各4株，每株择取顶芽下第3-4对长势一致的全展叶片进行测定，每株3个重复。

1.3 数据处理

各数据采用SPSS19.0及Excel进行相关处理分析。采用隶属函数法对不同生育期桔梗的光合生理指标进行综合评价，判定其耐湿性强弱。针对不同时期供试桔梗，为消除其基础性状差异产生的影响，对各测定项一律采用相对值（即耐湿性系数α）进行相关计算分析。α=湿害处理测定值 /对照测定值×100%。

各指标隶属函数值 U(Xi) : U(Xi)= (Xi－Xmin)/(Xmax－Xmin)

式中:Xmin为第i个综合指标的最小值;Xmax为第i个综合指标的最大值[11]。

2 结果与分析

2.1 湿害胁迫下桔梗叶绿素含量变化

正常浇水下，对照组各植株生长状况良好，4份供试材料则因生育期不同而呈现出一定程度的基础性状差异。由表1可知，对各时期供试桔梗，湿害对叶绿素a、叶绿素b、叶绿素总含量均呈现不同程度的抑制作用，其中对拔节期、花期的叶绿素a、叶绿素b及拔节期的叶绿素总含量均呈现显著促进作用。而指标叶绿素a/b则呈现出正向负向两种不同的影响，在苗期、拔节期表现为抑制作用，在花期、果期则为促进作用。可见，湿害胁迫下，各生育期桔梗光和色素含量均呈下降趋势，说明持续性湿害胁迫导致了叶绿素的降解。叶绿素a/b（捕光色素蛋白复合体）对湿害呈现两种不同的反应[12]，在花期、果期表现为上升趋势，表明湿害可在一定程度上促进桔梗叶片的捕光能力。

表1 湿害胁迫下桔梗叶绿素含量变化

2.2 湿害胁迫下桔梗光合参数变化

湿害处理后，各生育期桔梗光合作用减弱（表2）：除花期外，净光合速率下降；除苗期外，气孔导度及蒸腾速率均呈上升趋势；胞间二氧化碳浓度则在所有时期表现为升高现象。其中，对照组与处理组的胞间二氧化碳浓度与蒸腾速率差异在拔节期、花期、果期均达到显著或极显著水平，气孔导度则在拔节期与花期存在极显著差异，净光合速率在各生育期间差异均未达到显著性水平。净光合速率是植株光合系统能否正常工作的主要指标[13]，本实验中，除花期略有上升外，处理组植株净光合速率相比对照组均有所下降，说明湿害对桔梗光合作用整体上表现为抑制作用。苗期湿害处理下，气孔导度下降，表明水湿环境下，桔梗叶片出现气孔关闭现象；各时期材料胞间二氧化碳浓度上升，则可能为气孔阻力加大或光合碳还原能力下降所造成的[14]。

表2 湿害胁迫下桔梗光合参数的变化

处理 8.630 0.043 142.088 1.182拔节期 对照 10.440 0.068 137.175 3.065处理 9.339 0.269** 235.500** 8.918**花期 对照 9.683 0.147 200.250 4.593处理 9.448 0.405** 246.000** 10.113**果期 对照 8.896 0.064 162.988 2.554处理 8.048 0.111 231.500* 3.960*

2.3 湿害胁迫下桔梗耐湿性指数变化及其隶属函数分析

湿害处理后（表3、表4），桔梗光合色素含量下降，各生育期植株叶绿素a、叶绿素b、叶绿素总含量均低于对照组植株，叶绿素a/b则在花期存在显著上升。这与实验后期，处理组植株绿叶色泽变淡，部分植株叶片出现一定程度皱缩卷曲相符合。各供试材料净光合速率除在花期有微小上升外，其余各时期均低于对照株。苗期实验组桔梗在气孔导度、胞间二氧化碳浓度、蒸腾速率均低于对照组，而在拔节期、花期、果期处理组的气孔导度、胞间二氧化碳浓度、蒸腾速率指标均高于对照植株。

表3 湿害胁迫下桔梗光合生理指标耐湿性指数α（%）

以净光合速率、气孔导度、胞间二氧化碳浓度、蒸腾速率、叶绿素a、叶绿素b、叶绿素a/b、叶绿素总含量共计8项生理指标的耐湿性指数为依据，进行隶属函数分析，计算其隶属函数值，结果见表4。综合各指标隶属函数值分别求得桔梗在苗期、拔节期、花期、果期的平均隶属函数得分，得到各生育期的耐湿性强弱依次为：拔节期＞果期＞花期＞苗期。即就光合生理指标而言，桔梗在拔节期耐湿性最强，果期、花期次之，苗期耐湿性最弱。

表4 湿害胁迫下桔梗光合生理指标隶属函数值

3 讨论

逆境胁迫下，植物体会发生从外部形态结构到内部生理生化特性的多重变化。湿害状态下，因水分过多，土壤通气不良，植株首先表现为根系的损伤。长期处于水湿缺氧环境下的植株，根毛减少，根系活力减弱，造成代谢紊乱，引发一系列次生损伤，进而引起植株地上部分相关生理指标的变化[15-18]。光合作用是植物整个生命活动的重要过程，受多种内、外因子的共同影响。在作物栽培中，对同一品种而言，光合速率主要受光照、二氧化碳、温度、水分、矿质营养等环境因子的影响。植物遭受逆境损伤时，其光合作用会受到不同程度的影响。李柯妮[8]等发现喷施Ca2+和SA可缓解高温造成的桔梗光合作用下降现象。净光合速率是植株光合系统能否正常工作的主要指标[19]，本实验中，除花期外，其余时期各处理组植株净光合速率相比对照组均有所下降，说明湿害对桔梗光合作用整体上表现为抑制作用；除苗期外，各时期气孔导度均下降，表明水湿环境下，桔梗叶片出现气孔关闭现象；所有材料胞间二氧化碳浓度上升，则可能为气孔阻力加大或光合碳还原能力下降所造成的[14]；实验组各光合色素含量均低于对照组，说明持续湿害处理导致了桔梗植株叶绿素降解，这与湿害处理后期实验组植株叶色失绿相吻合。而负责光能吸收与传递，提高捕光面积和捕光效率的叶绿素a/b值在花期与果期要高于对照组，且在花期达到极显著性差异水平，表明在桔梗整个生命周期中，湿害处理可改善部分生育期桔梗叶片光合色素的捕光能力。

植物耐湿性是一个复杂的数量性状，受基因型、环境等相方面多种因素的影响。湿害胁迫下，净光合速率、气孔导度、胞间二氧化碳浓度、蒸腾速率等8项生理指标在桔梗4个生育期内存在不同程度的正向、负向两种反应。以其中某项单一指标难以对湿害处理下的光合生理指标做出全面、有效评价，基于多指标为评价的隶属函数分析法能够相对客观准确地对某一复杂性状进行综合评价。该方法在水稻、小麦、芝麻、苎麻、人参[20-21]等作物品种中已有较多应用。本研究综合供试材料各生理指标的耐湿性指数进行隶属函数分析，得到4个生育期桔梗材料光合生理指标的耐湿性强弱依次为：拔节期＞果期＞花期＞苗期。

综上而言，就光合生理指标而言，桔梗在拔节期耐湿性最强，果期、花期为中等耐湿性，苗期耐湿性则较差。本研究为系统研究湿害胁迫下桔梗的生长生理特性提供参考。

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（责任编辑：陈思敏）

Effects of waterlogging stress on photosynthetic indexes of Jiegeng different growth stages/

OU Quan, MA Yun-tong,YA Shu-ming, LIANG Shan-zhuo//(School of Pharmacy, Chengdu University of Traditional Chinese Medicine; Key Laboratory of Standardization for Chinese Herbal Medicine, Ministry of Education; National Key Laboratory Breeding Base of Systematic Research, Development and Utilization of Chinese Medicine Resources, Chengdu 611137, Sichuan)

Objective:To study the effect of waterlogging stress on photosynthetic indexes of Jiegeng in different growth stages.MethodJiegeng were treated waterlogging stress at seedling stage, jointing stage, fl owering stage and fruit stage. The contents of chlorophyll a, chlorophyll b, chlorophyll a/b and total chlorophyll were detected by acetone extraction method. The net photosynthetic rate, stomatal conductance, intercellular concentrations of carbon dioxide, transpiration rate were measured by Photosynthetic analyzer. The differences of waterlogging tolerance were compared.Result:With the continuous waterlogging stress treatment, the content of photosynthetic pigment in Jiegeng decreased and the photosynthetic parameters varied at different growth stages. ConclusionJiegeng has the highest waterlogging tolerance at the jointing stage. The study lays a foundation for the systematic study of the physiological responses of Jiegeng under different growth conditions.

Jiegeng; photosynthetic physiology; waterlogging tolerance; growth stages; subordinate function

R 282

] A

1674-926X(2017)02-005-04

四川省科技厅“三区”人才计划（编号：319-622）

成都中医药大学药学院，中药资源系统研究与开发利用省部共建国家重点实验室培育基地，四川成都 611137

欧泉，在读硕士研究生，主要从事药用植物资源与栽培研究Tel:18782057503 Email:ouquan5@foxmail.com

马云桐，教授，博士生导师，主要从事中药资源与开发研究Tel:13980598196 Email:mayuntong06@163.com

2016-12-12