干旱胁迫条件下朱槿叶绿素荧光特性

徐传保 郑伟兵 戴庆敏 赵承森

摘要 以朱槿为试验材料，研究了干旱胁迫及复水对朱槿叶片叶绿素荧光参数的影响。结果表明：朱槿在经受25 d自然干旱胁迫后，除Fv/Fm值显著降低外，Y（Ⅱ）、qP、NPQ、ETR等值均有所上升。复水1 d后，Fv/Fm值有止降回升的趋势，Y（Ⅱ）、qP、NPQ、ETR等参数则恢复到对照水平。利用直角双曲线修正模型拟合的快速光曲线结果表明，中度干旱胁迫提高了朱槿光化学反应的启动能力，在弱光条件下具有最高的光能利用效率。当光强超过190 μmol/（m2·s）时，CK和复水1 d的适应能力更强，具有最大适应光强变化的能力和光合活性。研究综合认为，朱槿在干旱胁迫下具有良好的自身调节能力，具有较强的光合系统损伤修复能力，表现出极强的抗干旱胁迫能力，可在较干旱地区栽培应用。

关键词 朱槿；自然干旱胁迫；复水；叶绿素荧光特性；快速光曲线

中图分类号 Q945.78  文献标识码 A

文章编号 0517-6611（2024）06-0110-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2024.06.024

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

Chlorophyll Fluorescence Characteristics of Hibiscus rosa-sinensis Under Drought Stress

XU Chuan-bao1，ZHENG Wei-bing2，DAI Qing-min1 et al

（1.College of Ecology，Lishui University，Lishui，Zhejiang 323000; 2.Natural Resources and Planning Bureau of Songyang County，Songyang，Zhejiang 323400）

Abstract The article studied the effects of drought stress and rehydration on the chlorophyll fluorescence parameters of Hibiscus leaves.Results showed that Y（Ⅱ），qP，NPQ，ETR are increased of drought stress for 25 days，except for Fv/Fm decreased significantly.Fv/Fm showed tendency of stop falling and rebound，and parameters such as Y（Ⅱ），qP，NPQ，ETR returned to the CK level after one day of rehydration.The results of RLC by the modified rectangular hyperbolic model showed that moderate drought stress improves the initiation of the photochemical reaction of Hibiscus，and has the highest light energy utilization efficiency of low light conditions.When the light intensity exceeds 190 μmol/（m2·s），the adaptability for light energy utilization efficiency of CK and one day after rehydration is stronger，and it has the greatest adaptability and photosynthetic activity of light intensity changing.The research concluded that Hibiscus has better self-regulation ability under drought stress，has a good ability for repairing of photosynthetic system damaged.It exhibits stronger resistance to drought stress，and can be cultivated and applied in arid areas.

Key words Hibiscus rosa-sinensis;Natural drought stress;Rehydration;Chlorophyll fluorescence characteristics;RLC

干旱胁迫是影响植物生长发育和物种地理分布的主要非生物胁迫因素之一。干旱不仅影响植物生长，也影响其生态表现［1-2］。植物对水分缺失的生理反应是当前恢复生态学和植物生理学研究的重点。研究表明，植物生长过程严重缺水会导致植物光合器官损伤，从而抑制光合作用进程，对植物光合作用具有重要影响［3］。叶绿素荧光特性指标测定是探测和分析植物光合功能指标的重要方法和主要途径，研究干旱胁迫条件下光合参数的变化，有利于在微观层面了解植物光合系统的光能吸收、转换和利用效率，有助于进一步探明缺水逆境对植物光系统功能的伤害机理。叶绿素荧光参数测定具有便捷、灵敏、快速、无损伤的特点，对于研究植物生长阶段的逆境胁迫条件下光合功能变化十分客观和有效［4-7］。

朱槿（Hibiscus rosa-sinensis Linn.），常绿灌木，锦葵科木槿属植物，又名佛桑、扶桑、状元红、大红花等。朱槿原产于我国，因其花大色艳，全年花期，自古就是极受人们喜爱的园林观赏植物［8］。朱槿不仅是我国著名的观赏植物，也是世界名花。它是夏威夷、南宁、茂名、玉溪、高雄等多地的市花，也是马来西亚、苏丹、斐济等国的国花［9］。朱槿还具有较高的药用价值，其根、茎、叶、花均可入藥，具有解毒、利尿、调经等功效［10］。目前，关于朱槿的研究主要集中于花朵特性［11-12］、物质成分活性［13-14］、病虫害［15-16］和生长繁育技术［17-19］等方面，对于干旱胁迫条件下叶绿素荧光特性的研究尚鲜见报道。笔者以朱槿为研究对象，研究自然干旱条件下叶绿素荧光参数及快速光曲线的变化，分析叶绿素荧光参数的变化规律，以期为全面探索朱瑾伤害—修复—补偿机制、栽种管理及抗旱品种选育提供理论依据，为朱槿抗旱机理研究和优良种源筛选提供数据支持。

1 材料与方法

1.1 试验材料

选用植株长势良好，株型一致的2年生朱槿为供试材料，盆栽土为珍珠岩∶泥炭土∶黄壤土=1∶2∶5的混合基质。

1.2 试验方法

1.2.1 干旱胁迫处理。

朱槿干旱胁迫采用室内盆栽自然干旱法。干旱胁迫前充分浇水，使土壤含水量保持一致，然后停止浇水进行25 d的自然干旱胁迫处理后再进行复水。利用ZDR-20T土壤水分温度记录仪进行土壤湿温度监测，每2 h 记录1次。利用德国WALZ公司MINI-PAM-Ⅱ超便携叶绿素荧光仪于1 d（CK）、5、15、25 d及复水1 d后8：30—11：30 进行叶绿素荧光参数及快速光曲线（RLC）测定。

1.2.2 叶绿素荧光参数测定。将

植株置于暗环境中20～30 min 进行暗处理。设置光化光强度为0、25、45、65、90、125、190、285、420、625、820、1 150、1 500 μmol/（m2·s），暗恢复时间20 s，饱和脉冲时间20 s。测定表观光电子传递效率（ETR）、光合有效辐射强度（PAR）、原初光能转换效率（Fv/Fm）、光化学淬灭系数（qP）、非光化学淬灭系数（NPQ）、实际量子产量（Y（Ⅱ））等叶绿素荧光参数。

1.2.3 快速光曲线测定与拟合。

测定快速光曲线，根据直角双曲线修正方程拟合公式计算最大电子传递速率（Jmax）、饱和光强（PARsat）、半饱和光强（IK）、快速光曲线初始斜率（α）等光合参数［20］。

直角双曲线修正模型拟合公式：J=α1-bI1+cII

式中：J为光合电子传递速率；α为快速光曲线初始斜率；b和c为系数。

饱和光强（PARsat）：PARsat=（b+c）/b-1c

半饱和光强（Ik）：Ik=Jmaxα

最大电子传递速率（Jmax）：Jmax=ab+c-bc2

1.3 数据处理与分析

采用DPSv 7.05统计软件进行方差分析和多重比较，利用Excel进行数据整理及图表制作。

2 结果与分析

2.1 干旱胁迫及复水对朱槿土壤温湿度的影响

图1为ZDR-20T土壤水分温度记录仪测定的土壤湿温度变化情况。如图1所示，试验期间土壤温度较稳定，土壤湿度则随胁迫时间的延长而匀速下降，胁迫25 d时土壤湿度降至最低，较CK降低了87.19%。根据土壤湿度变化情况，可将干旱胁迫过程分为3个阶段（轻度胁迫：1～5 d；中度胁迫：5～15 d；重度胁迫：15～25 d）。复水后土壤湿度恢复到初始水平。

2.2 干旱胁迫及复水对朱槿叶绿素荧光参数的影响

2.2.1 对叶片原初光能转化效率的影响。

Fv/Fm表示PS Ⅱ 最大光化学量子产量，又称为最大原初光化学量子效率，它反映了PS Ⅱ 反应中心内禀光能转换效率即最大PS Ⅱ的光能转换效率，表明植物对光能的利用能力。Fv/Fm值在非逆境胁迫条件下较稳定。如图2所示，随着时间的延长，干旱胁迫程度持续增加，Fv/Fm呈逐渐降低趋势。与CK相比，胁迫5 d 时Fv/Fm下降幅度极小，15 d时下降了5.6%，25 d时Fv/Fm 值仅为0.748，下降了9.6%。复水1 d后，Fv/Fm下降趋势有所减缓，有止降回升的迹象，但复水1 d内难以恢复到初始水平。这可能是由于干旱胁迫时间较长，而复水时间较短，光合系统损伤在较短时间内难以修复自愈。多重比较结果表明，胁迫处理5、15、25 d的Fv/Fm值达到显著水平（P<0.05），胁迫25 d与复水1 d的Fv/Fm值无显著差异（P>0.05）。

2.2.2 对朱槿叶片光化学淬灭系数和非光化学淬灭系数的影响。

qP为叶绿素荧光光化学淬灭系数，是反映植物光系统受损状况的指标。qP值反映了PS Ⅱ原初电子受体QA的氧化还原状态和PS Ⅱ开放中心的数目，qP值越高，PS Ⅱ的电子传递活性越高。干旱胁迫5 d和15 d的qP值无明显变化，但当胁迫程度达到重度干旱水平时，qP值快速增加，胁迫25 d时qP值较胁迫15 d时增加了26%，复水1 d时又恢复到初始水平（图3）。多重比较结果显示，CK与胁迫5、15 d及复水1 d的qP值差异不显著（P>0.05），与胁迫25 d差异显著（P<0.05）。

NPQ表示叶绿素荧光非光化学淬灭系数，反映了植物将多余的光能转化为热量耗散掉的能力，这是植物的一种光保护能力。由图3可知，轻度干旱胁迫时，朱槿NPQ值迅速降低，仅为CK的51.6%。随着水分干旱胁迫時间的不断延长，植株的干旱胁迫程度不断增大，NPQ值迅速增加，胁迫25 d时的NPQ值比CK增加了17.5％。复水1 d时NPQ值上升趋势明显减缓，仅比胁迫25 d增加了4.3%，且二者间差异不显著（P<0.05）。

2.2.3 对朱槿叶片PS Ⅱ实际量子产量和表观光合电子传递效率的影响。

Y（Ⅱ）值用来判断PS Ⅱ实际参与光化学反应的量子产量，反映光下叶片的实际光能转换效率和PS Ⅱ反应中心部分关闭时的实际光能转化效率。Y（Ⅱ）大小反映了PS Ⅱ反应中心的开放程度，是衡量植物光合电子传递速率快慢的指标，表示植物的光合机构将吸收的光能进行转化的能力［21］，反映了植物的光合速率。由图4可知，Y（Ⅱ）值在干旱胁迫期间有所增加，复水后则快速降低。干旱胁迫提高了朱槿PS Ⅱ的实际量子产量，增大了PS Ⅱ反应中心的开放水平，提高了朱槿叶片的实际光能转化效率。多重比较结果表明，CK、5、15、25 d朱槿叶片的Y（Ⅱ）值差异不显著（P>0.05）。

表观电子传递效率（ETR）是非循环光合电子传递速率，反映了实际光照强度下表观电子传递速率。由图4可知，朱槿叶片ETR值变化趋势与Y（Ⅱ）值一致。胁迫25 d时ETR值较CK有所增加，但未达到显著差异水平（P>0.05）。LSD多重比较结果表明，CK朱槿叶片ETR值与干旱胁迫5、15 d及复水1 d的差异不显著（P>0.05），处理25 d与CK、处理15 d 差异显著（P<0.05）。

2.2.4 对朱槿叶片快速光曲线（RLC）的影响。

RLC表达植物光合作用活性及PS Ⅱ电子传递速率特点，直观反映出植物对光强变化的响应能力。由表1和图5可知，随着干旱胁迫程度的增加，RLC初始斜率α呈现先增后降的变化趋势，并在胁迫15 d时达到最大。这说明中度干旱胁迫提高了朱槿光系统光化学反应的启动能力，增强了弱光条件下的光能利用效率。比较半饱和光强和最大电子传递速率，胁迫15 d时的IK值最低，仅83.67 μmol/（m2·s），说明胁迫15 d时的朱槿在弱光条件下具有最高的光能利用效率。但当光强超过190 μmol/（m2·s）时，CK和复水1 d的适应能力更强，较干旱胁迫条件下具有更大的适应光强变化能力和光合活性。

3 结论

严重干旱的栽种环境是影响植物光合作用的重要限制条件，不仅能直接造成植物体光合机构的损伤，同时也会影响光合电子传递。叶绿素荧光动力学测定方法作为评价植物光合作用的有效探针，可以灵敏、快速、准确地检测出植物光合系统对干旱胁迫的响应。

自然干旱胁迫条件下，朱槿Fv/Fm表现出持续下降趋势，说明干旱胁迫降低了朱槿叶片PS Ⅱ 原初光能转化效率，造成了PS Ⅱ 潜在活性中心受损，减弱了光合作用的原初反应过程，抑制了光合电子由PS Ⅱ 反应中心向QA、QB及PQ库的传递过程，复水后Fv/Fm下降趋势明显放缓，有止降恢复的迹象。因该试验仅进行了复水1 d的参数测定，复水时间较短，尚难以判断Fv/Fm恢复所需时间和恢复程度。

qP一定程度上反映PS Ⅱ反应中心的开放程度，而NPQ则反映光合机构的自我保护机制。该研究表明，自然干旱胁迫条件下朱槿叶片的qP增大，说明干旱胁迫提高了朱槿叶片PSⅡ反应中心的开放程度，提高了光合电子传递速率。这一变化在ETR和Y（Ⅱ）值也有所体现。

该研究结果表明，朱槿在自然干旱胁迫后进行复水，Y（Ⅱ）、qP、NPQ、ETR等叶绿素荧光参数均可恢复到对照水平，表明朱槿在较长时间干旱胁迫条件下并未发生不可逆的植物机能损伤，且在复水后光合指标能迅速恢复，具有较好的自身调节功能，具备较强的修复光合系统损伤的能力，表现了极强的抗旱能力，可以在较干旱地区栽培应用。这与黄旭光等［22］研究MDA、保护酶、渗透调节物质等指标的结论是相符合的。

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