干旱和盐胁迫对花生干物质积累及光合特性的影响

张冠初 史晓龙 慈敦伟 丁 红 杨吉顺 田家明 张智猛,* 戴良香,*

(1 山东省花生研究所，山东 青岛 266100；2 沈阳农业大学农学院，辽宁 沈阳 110866；3 新疆农业大学农学院， 新疆维吾尔自治区 乌鲁木齐 830052)

花生(ArachishypogaeaLinn.)是我国重要的油料作物和经济作物[1]，随着人民生活水平的提高，对其需求量也日益增多。我国盐碱地面积大，多处于尚未开发状态，潜力巨大[2]。花生作为中度耐盐作物，是适宜盐碱地种植的作物[3]。同时，盐碱地种植花生还可有效缓解因在原有耕地增加花生种植面积而导致的粮油争地矛盾加剧问题。近年来，通过耐盐品种筛选[4]、大水压盐[5-6]、选择最佳播期、适宜密度[7]、合理施肥[8]等一系列措施使花生种植效益逐年提高，但受降雨量分布不均、早春多风干旱、蒸发强烈等自然环境因素的影响[9]，使盐分聚集在土壤表层[10]，导致旱盐双重胁迫，从而制约了花生产量的提高。

目前，对花生非生物胁迫方面的研究主要集中在单一胁迫。孟德云等[8]和史晓龙等[11]研究表明，盐胁迫降低了花生叶片叶绿素含量、净光合速率(net photosynthetric rate, Pn)和叶面积指数；厉广辉等[12]研究发现干旱也会降低花生净光合速率。而关于旱盐互作对花生生长发育及光合作用影响的研究尚鲜见报道。本研究针对盐碱地花生开花期易遭遇干旱和盐双重胁迫现象，采用外源NaCl盆栽试验，模拟大田干旱和盐胁迫环境，探究花生开花期旱盐胁迫对花生生长发育及光合特性的影响，以期为盐碱地花生合理灌溉、高产、稳产提供理论指导。

1 材料与方法

1.1 试验材料

选取花生品种花育25号(HY25)为供试材料，由山东省花生研究所提供。

土壤基本理化性质为土壤pH值7.7、土壤有机质含量13.23 g·kg-1、全磷(P2O5)0.84 g·kg-1、全钾(K2O)10.53 g·kg-1、全氮1.70 g·kg-1、水解氮(N)92.1 mg·kg-1、速效磷(P2O5)11.7 mg·kg-1、速效钾(K2O)103.2 mg·kg-1。

1.2 试验设计

试验于2015年在山东省花生研究所防雨棚中进行。播种于内径40 cm、高26 cm塑料盆中，每盆播种6粒，定苗3株。土壤取自山东省花生研究所试验站耕地表层土(0～20 cm)，土壤装盆前过筛(筛孔直径≤1 cm)，每盆装土量为18 kg，土壤含水量为9.72%。试验共设4个处理(表1)，即正常供水(CK)、中度干旱胁迫(记作D)、盐胁迫(记作S)、旱盐胁迫(记作DS)。其中水分胁迫程度参照 Hsiao[13]和黎裕[14]的方法进行划分，土壤含水量为占土壤最大持水量的百分数；盐胁迫为于开花期(50%植株开花时)以NaCl水溶液形式施入土壤，施入量按照土壤含盐量0.3%计算。每个处理3次重复，每个重复20盆，共计240盆。施入盐分晾晒3 d后进行干旱处理，水分控制采用称重法，持续10 d后复水，正常生长至收获。

表1 试验设计Table 1 Experimental design

1.3 测定项目与方法

1.3.1 样品采集 分别于苗期、开花期、结荚期、饱果期、收获期采集植物样本，测量植株主茎高、侧枝长及地上部分干物质量。每次取样各处理每个重复均采集2盆，3次重复，即每个处理采集18株。

1.3.2 叶片相对含水量的测定 于上午植株露水或雨水蒸发后进行取样，取主茎上倒3叶称取鲜重(M1)，浸入无离子水中12 h至恒重称重(M2)，然后置于烘箱中105℃杀青1 h，85℃烘干至恒重(M0)，按照公式计算叶片相对含水量：

叶片相对含水量=(M1-M0)/(M2-M0)×100%(1)。

1.3.3 净光合速率和SPAD值的测定 分别于干旱处理前(day after drought treatment, DAT0)、干旱处理后3 d (DAT3)、6 d (DAT6)、9 d (DAT9)、复水后第10天(DAR10)，选择晴朗天气，于9:00-11:00利用CIRAS-3便携式光合作用系统 (PPSYSTEMS公司，美国)测定叶片的净光合速率。叶片选择每株花生的功能叶(倒3叶，从上往下第三片面向阳光的叶片)，叶片被测部位在叶片的中上部，且避开叶脉。采用SPAD-502叶绿素仪(柯尼卡美能达公司，日本)测定SPAD值。各处理每个重复测定5片叶子。

1.3.4 光响应参数的测定 旱盐胁迫至第10天和复水后第10天，于晴朗天气上午9:00-11:30，利用CIRAS-3便携式光合作用系统测定花生叶片净光合速率光响应过程[15]。每个重复测定2片叶子，重复3次，即每个处理共测定6片功能叶。选取花生功能叶，利用人工光源将光合有效辐射(photosynthetic active radiation，PAR，μmol·m-2·s-1)控制在100～2 000 μmol·m-2·s-1的10个梯度内，PAR由高到低进行Pn测定。通过绘制不同胁迫下花生叶片Pn的光响应曲线，根据实测数据走势估计暗呼吸速率(dark respiration rate，Rd，μmol·m-2·s-1)、光补偿点(light compensation point，LCP，μmol·m-2·s-1)和最大净光合速率 (Pnmax，μmol·m-2·s-1)作为光响应参数的实测值。

1.3.5 荚果产量及产量构成因素的测定 于收获期各处理每个重复选取2盆，考察农艺性状(主茎高、侧枝长和植株干重)、单株结果数、单株荚果干鲜重和双仁果数。剩余植株统一收获，荚果风干，随机选取有经济价值的荚果计算双仁果率和出米率。

1.4 数据处理

采用SPSS 19.0进行Logistic曲线模拟和方差分析；Origin 8.5作图。

2 结果与分析

2.1 旱盐胁迫对花生农艺性状及干物质积累的影响

由表2可知，花生主茎高、侧枝长、植株干重的相关系数(R2)均达显著或极显著水平，表明CK、D、S和DS处理均可用 Logistic生长曲线良好拟合，且与CK相比，各处理下花生的主茎高、侧枝长和植株干重的最大生长速率(maximum growth rate，Vmax)均降低。其中，D 和S处理的主茎高和植株干重Ⅴmax降幅分别为6.69%、8.28%和34.45%、50.00%；DS处理的主茎高、侧枝长和植株干重Ⅴmax降幅分别为56.69%、70.76%、69.33%。结果表明，干旱胁迫、盐胁迫均使花生的植株生长和光合产物积累受到抑制，旱盐胁迫会严重阻碍花生生长和光合产物积累。主茎高、侧枝长和植株干重Ⅴmax出现时间(time of Vmaxappearance，Tm)因胁迫处理方式和持续时间不同而表现出提前或滞后，其中D处理主茎高、侧枝长和植株干重的Tm分别较CK滞后1.24、1.13、2.34 d，而S和DS处理则均较CK提前，且均以侧枝长Tm提前较多，分别为1.8和12.1 d，植株干重Tm提前不明显，均不足1 d。

表2 旱盐胁迫下花生农艺性状Logistic拟合方程Table 2 Logistic fitting equations of agronomic trait under stress of drought and saline

注：*和**分别表示拟合方程在0.05和0.01水平上显著和极显著。

Note：*and**indicate fitting equations are significant and extremely significant at 0.05 and 0.01 level, respectively.

2.2 旱盐胁迫对叶片相对含水量的影响

由图1可知，在DAT0～DAT6胁迫时间内，随着胁迫时间的延长，D、S和DS处理的叶片相对含水量均呈下降的趋势。各胁迫处理的叶片相对含水量在DAT3、DAT6、DAT9时与CK间差异均达到显著水平。DAT6后S和DS处理的叶片相对含水量变化趋于平稳，DAT9时较CK分别降低4.01%和8.52%。DAR10时，D处理叶片相对含水量恢复到CK水平，二者间差异不显著，而DS处理叶片相对含水量未恢复到CK水平，较CK降低6.18%，且与CK、D和S处理均差异显著。方差分析表明，DAT6、DAT9时干旱和盐胁迫无显著交互效应(P=0.092、P=0.067)。

注:不同小写字母表示各处理间差异显著(P<0.05)。下同。Note: Different lowercase letters mean significant difference at 0.05 level among treatments. The same as following．图1 旱盐胁迫下花生叶片相对含水量的变化Fig.1 Changes in relative water content of peanut leaves under stress of drought and saline

2.3 旱盐胁迫对SPAD值的影响

由图2可知，随着胁迫时间的延长，各胁迫处理下SPAD值变化趋势不同。D和DS处理的SPAD值均呈先升高后降低的趋势，且分别在DAT6和DAT3时达到峰值，其中D处理较CK升高8.22%，DS处理较CK降低11.85%；S处理的SPAD值随着胁迫时间的延长，呈先下降后略上升再下降的趋势，DAT6时其SPAD值最低，较CK降低18.74%。DAT3、DAT6、DAT9时各胁迫处理间差异达到显著水平；DAR10时，D处理SPAD值降低，但仍显著高于S和DS处理。方差分析表明，DAT6、DAT9时干旱胁迫和盐胁迫无显著交互效应(P=0.104、P=0.061)。

图2 旱盐胁迫下花生叶片的SPAD值的变化Fig.2 Changes in SPAD value of peanut leaves under stress of drought and saline

2.4 旱盐胁迫对净光合速率的影响

由图3可知，复水前(DAT0～DAT9)，随着胁迫时间的延长，D、S和DS处理的Pn均呈逐渐下降的趋势。DAT3时，各处理间差异显著，其中D和DS处理的Pn下降幅度较大，分别较CK降低31.27%和49.79%；DAT9时，D和DS处理的Pn分别为CK的47.47%和54.09%。S处理Pn随着胁迫时间的延长呈缓慢下降趋势，DAT9时较CK显著下降36.96%。DAT3、DAT6、DAT9时，各处理间差异均达显著水平。各胁迫处理下，均以DS处理的Pn最小，且在DAT3、DAT6、DAT9、DAT10时与其他处理均差异显著。方差分析表明，DAT9时干旱和盐胁迫对Pn无显著交互作用(P=0.102)。DAR10时，D处理的Pn升高，但与CK差异不显著；S处理持续下降，较CK降低43.75%；DS处理未恢复到S处理水平，且与S处理差异显著。

图3 旱盐胁迫下花生叶片净光合速率的变化Fig.3 Changes in Pn of peanut leaves under stress of drought and saline

2.5 旱盐胁迫对植株光合特性的影响

由图4可知，胁迫第10天，光合作用Pn对光响应的非直线双曲线模型模拟的相关系数均达到极显著水平(R2>0.99)，说明模型适宜。CK、D、S和DS处理的Pnmax分别为26.07、19.38、14.63和9.72 μmol·CO2·m-2·s-1，其中D、S和DS处理分别降低了25.66%、43.88%、62.72%。各处理的Rd分别为0.45、0.74、0.63和0.91 μmol·m-2·s-1，其中DS处理增幅最大。各胁迫处理的LCP较CK分别升高157.11%、119.96%、332.43%。

图4 旱盐胁迫第10天花生叶片净光合速率光响应Fig.4 Response in Pn of peanuts leaves under stress of drought and saline 10 days after treatment

由图5可知，复水10 d的非直线双曲线模型模拟良好。CK、D、S和DS处理的Pnmax分别为27.73、29.98、14.02、10.21 μmol·CO2·m-2·s-1，复水解除了非盐胁迫下短期干旱对光合速率的抑制作用，D处理的Pnmax最高，但对旱盐胁迫抑制花生Pn的缓解作用较弱，DS处理较CK显著降低63.18%，较S处理降低16.67%。CK、D、S和DS处理的LCP分别为19.84、19.27、51.12、91.03 μmol·m-2·s-1，Rd分别为0.52、0.60、0.83、1.21 μmol·m-2·s-1，与复水前相比，复水10 d降低了D处理的LCP和Rd，但未降低DS处理的LCP和Rd。S处理的LCP和Rd均持续升高，分别较CK升高157.66%、59.62%。

图5 复水后10 d花生叶片净光合速率光响应Fig.5 Pn of leaves under stress of drought and saline 10 days after rehydration

2.6 旱盐胁迫对花生荚果产量的影响

由表3可知，DS处理显著降低了花生的单株荚果数、双果仁率、单株产量和出米率。DS处理的单株荚果数较S处理降低11.11%，但二者差异不显著，出米率较S处理显著降低16.54%。D处理的单株荚果产量较CK降低2.74%，出米率降低2.31%，但差异不显著。表明盐胁迫下花生遭遇开花期短期干旱较非盐胁迫下遭遇短期干旱对花生产量、出米率的危害更加严重。方差分析表明，旱盐胁迫对单株荚果产量和出米率均存在显著的交互效应(P=0.031、P=0.045)，干旱加剧了盐胁迫对花生生长的危害，导致其单株产量和出米率显著降低。

表3 旱盐胁迫对花生产量及产量构成因素的影响Table 3 Effect on peanut yield and yield component under stress of drought and saline

3 讨论

叶绿素是光合作用的基础，光合作用是花生干物质积累和产量形成的基础[16-18]。盐胁迫下，土壤中的盐分进入植物细胞中，阻止了叶绿素的合成[19]，同时加速了叶绿素分解，最终导致叶片中叶绿素含量和净光合速率下降[20-25]。本研究中，花生通过降低SPAD值和Pn，增加Rd和LCP，从而使花生主茎、第一侧枝和植株干重的最大生长速率Vmax降低，同时Tm提早，易造成花生早衰[7]，导致花生产量和出米率降低。D处理提高叶片SPAD值，S处理降低SPAD值，但二者均降低了花生叶片的Pn，提高了Rd和LCP。这与厉广辉等[12]、秦斐斐等[26]和严美玲等[27]的研究结论类似。Rd和LCP升高，呼吸消耗增强，S处理产量和出米率均显著低于CK。复水10 d后，D处理的SPAD值、Pn和叶片相对含水量恢复到CK水平，收获期植株产量、出米率与CK差异不显著，未造成减产。盐胁迫和干旱均可通过降低气孔导度来降低净光合速率，少量的盐胁迫可以提高冬小麦和碱蓬的抗旱能力[28-29]，但过量盐分会产生盐害，加剧干旱对燕麦生长的抑制作用[30]。本试验结果表明，DS处理降低了花生主茎高、侧枝长、植株干重的Vmax；复水10 d后，DS处理的Pn、LCP和Rd未恢复到S处理水平，呼吸消耗加强，光合同化积累速率下降，旱盐交互加剧了盐胁迫对单株荚果重和出米率的抑制，DS处理的单株产量和出米率较S处理分别降低24.42%和19.81%，且差异显著，而D处理较CK分别降低2.82%和2.31%，但差异不显著，旱盐互作加剧了盐胁迫对花生生长的抑制作用。因此，盐胁迫下遭遇开花期短期干旱对花生单株荚果产量和出米率的危害较非盐胁迫下遭遇开花期短期干旱更为严重。

4 结论

开花期短期干旱与盐胁迫对单株荚果产量和出米率均存在显著的交互作用，旱盐互作加剧了盐胁迫对花生生长的危害，导致产量和出米率下降。复水后，DS较S处理的单株荚果重和出米率下降显著，而D处理较CK差异不显著，因此盐胁迫下花生遭遇开花期干旱应及时补水。