干旱胁迫对核桃幼苗光合作用的影响

摘要：为了解干旱胁迫对核桃幼苗叶片中叶绿素含量的影响，探究不同干旱处理下2年生核桃幼苗响应机制。本研究以甘肃省陇南市武都区核桃研究基地2年生“波尼”核桃幼苗作为实验材料，采用自然干旱法进行胁迫处理，对胁迫0 d、3 d、6 d、9 d核桃幼苗分别测定叶绿素a含量、叶绿素b含量及总叶绿素含量。通过单因素方差分析、多重比较分析、相关性分析及预测模型构建的手段进行分析。结果表明，不同干旱胁迫处理下，“波尼”核桃幼苗叶片中叶绿素a含量、叶绿素b含量及总叶绿素含量存在显著性差异（Plt;0.05）。叶绿素a含量随着干旱胁迫天数增加而降低，叶绿素b含量在干旱胁迫第6 d显著高于干旱胁迫第9 d，总叶绿素含量随干旱胁迫天数的不断增加呈降低趋势。因此，“波尼”核桃幼苗抗旱性不敏感，短期的干旱不会对其造成伤害。本研究结果可为“波尼”核桃在西北干旱区核桃推广栽培提供一定的理论依据。

关键词：核桃；干旱胁迫；光合作用；叶绿素

Effects of drought stress on photosynthesis of Juglans regia seedlings

WANG Mingguo1，2，WANG Yating3 ，LIU Kailin2，LIU Xiaopin2

（1Minqin National Research Station for Desert Steppe Ecosystem， Minqin Gansu 733300; 2Gansu Desert Control Research Institute， Lanzhou Gansu 730070；

3Gansu Agricultural University Landscape Engineering College，Lanzhou Gansu，730070）

Abstract： To understand the effect of drought stress on chlorophyll content in leaves of J. regia seedlings and explore the response mechanism of 2-year-old J. regia seedlings under different drought treatments. This study used 2-year-old ' Boni ' J. regia seedlings from the J. regia research base in Wudu District， Longnan City， Gansu Province as experimental materials. The stress treatment was carried out using natural drought method， and the chlorophyll a content， chlorophyll b content， and total chlorophyll content of J. regia seedlings were measured after 0 d， 3 d， 6 d， and 9 d of stress. One-way analysis of variance， multiple comparison analysis， correlation analysis and prediction model construction were used for analysis. The results showed that there were significant differences in chlorophyll a content， chlorophyll b content and total chlorophyll content in leaves of ' Boni ' J. regia seedlings under different drought stress treatments （ P lt; 0.05 ）. The content of chlorophyll a decreased with the increase of drought stress days. The content of chlorophyll b was significantly higher on the 6th day of drought stress than on the 9th day of drought stress. The total chlorophyll content decreased with the increase of drought stress days. Therefore， the drought resistance of ' Boni ' J. regia seedlings is not sensitive， and short-term drought will not cause damage to them. The results of this study can provide a theoretical basis for the promotion and cultivation of J. regia in the arid area of Northwest China.

Key words： Juglans regia；drought；photosynthesis；chlorophyll

干旱胁迫是影响植物生长最主要的非生物胁迫之一，会对植物的形态发育、代谢以及各方面的生理生化指标产生负面影响[1]。叶绿素是绿色植物进行光合作用的主要色素及重要物质基础，它的含量直接影响到植株的生长状况，与植物叶片的光合能力息息相关[2-4]。据相关研究表明，干旱胁迫会影响叶片生长，导致叶片气孔关闭，叶片中叶绿素含量降低，使得核桃叶片光合作用降低，从而影响核桃产量。近年来，国内对核桃抗旱性研究方法多采用自然干旱胁迫及复水法、模拟干旱胁迫法，主要研究核桃不同品种的抗旱性、核桃叶片结构、不同品种核桃对干旱胁迫的响应机制等，选育出高产、优质、高抗性的核桃品种，以此来实现核桃经济效益最大化[5，6]。

目前关于核桃干旱胁迫的相关研究大多是对1年生幼苗或在室内培养核桃幼苗开展干旱胁迫处理研究，而对于多年生的核桃幼苗进行干旱处理的研究相对较少，1年生核桃幼苗对外界环境较敏感，其干旱胁迫后的光合指标变化浮动较大，可能存在偏差。因此本研究以2年生的核桃幼苗为实验材料，通过不同干旱胁迫处理，测定其叶片光合指标叶绿素a含量、叶绿素b含量及总叶绿素含量，分析不同干旱处理下2年生核桃幼苗叶片叶绿素a含量、叶绿素b含量、总叶绿素含量的变化特征及其差异性，探究不同干旱处理下2年生核桃幼苗响应机制，为核桃干旱胁迫研究及西北干旱区核桃推广栽培提供一定的理论依据。

1" 材料与方法

1.1" 实验地概况

核桃苗木来自于甘肃省陇南市武都区核桃研究基地，选择长势较好，且无病虫害的2年生“波尼”品种核桃幼苗。该地属于北亚热带半湿润气候与暖温带半干早气候的过渡区域，温差悬殊，四季分明，海拔低于1000 m，年均温度为14.9℃，最高温40℃，最低温-9℃，干燥度小于1，无霜期大于280 d，春夏多阴雨，日照时数为1400 ～ 2200 h，辐射量在419 ～ 502×104 kJ/（cm2·a）。

1.2" 实验材料

选择甘肃省陇南市武都区核桃研究基地内生长健康且树体大小基本一致的“波尼”核桃品种苗木作为实验材料，将其移栽至规格为30 cm×30 cm×20 cm的圆形塑料花盆中，共12盆，置于室内培育。栽培苗木的基质为蛭石与泥炭混合（比例为1：2），首次移栽，试验核桃幼苗浇透水，后每天正常浇水，保持培养基质湿润，培养15 d。采用自然干旱法进行胁迫处理，在干旱胁迫处理第0 d（CK）、3 d、6 d、9 d土壤含水量分别在田间持水量的80%～70%（正常供水）、60%～50%（轻度胁迫）、40%～30%（中度胁迫）、20%～10%（重度胁迫）时进行取样，每次选取同一植株上的叶片，3次重复，标记，带回实验室保存备用。

1.3" 测定方法

分别取干旱胁迫处理第0 d（CK）、3 d、6 d、9 d新鲜干净核桃幼苗叶片，采用分析天平（lt;0.001 g）称量0.5 g于研钵中剪碎，加入少许石英砂、碳酸钙粉、4～6 mL95%乙醇，充分研磨，继续加入95%乙醇研磨至叶片组织变为白色，静置一段时间，取1张干净滤纸放干漏斗内壁，用乙醇浸湿，玻璃棒置于滤纸3层处，把匀浆沿玻璃棒引流，过滤到50 mL棕色容量瓶中，用乙醇洗研钵及玻璃棒，一并转入，最后用95%乙醇定容至50 mL，重复3次。

取洁净比色皿，先用少量待测液清洗2～3次，然后将溶液倒入比色皿中，将洒出的溶液用滤纸吸干，第1个比色皿中放95%乙醇溶液为空白对照。然后测定其在波长663 nm和645 nm下的吸光度，取3次重复平均值。

叶绿素a含量=（12.7D663nm-2.69D645nm）×V/1000m

叶绿素b含量=（22.9D645nm-4.68D663nm）×V/1000m

总叶绿素含量=（20.21D645 nm +8.02D663 nm）×V/1000m

式中：D663 nm、D645 nm分别为在663 nm、645 nm下的吸光度值；

V为待测液的体积（mL）；

m为叶片鲜质量（g）。

1.4" 数据分析

采用Microsoft Excel 2010对采集的试验数据进行整理，利用SPSS 20.0软件进行方差分析、多重比较分析、相关性分析及预测模型构建，显著性检验（Plt;0.05），利用Origin 2017进行图表制作。

2" 结果与分析

2.1" 不同干旱处理对核桃幼苗叶绿素含量的显著性分析

通过对核桃幼苗不同程度的干旱胁迫（胁迫处理第0 d（CK）、3 d、6 d、9 d），测定其叶绿素a、叶绿素b和叶绿素总量的变化特征。结果表明，不同干旱胁迫处理对核桃幼苗叶绿素a、叶绿素b以及总叶绿素含量间存在极显著性差异（Plt;0.01），说明不同程度干旱胁迫对核桃幼苗叶片叶绿素含量影响较大。

2.2" 不同干旱处理对核桃幼苗叶绿素含量多重比较分析

为探究不同干旱胁迫处理对核桃幼苗叶绿素含量的影响机制，在单因素方差分析的基础上，对不同干旱胁迫处理下核桃幼苗叶绿素含量进行多重比较分析，结果表明，在不同干旱胁迫处理下，核桃幼苗叶片中的叶绿素a含量由高到低依次是干旱胁迫处理第0 d gt; 3 d gt; 6 d gt; 9 d，其值分别为：1.1467、0.9467、0.7767和0.6100；叶绿素b含量由高到低依次是干旱胁迫处理胁迫第0 d gt; 6 d gt; 3 d gt; 9 d，其值分别为：0.6400、0.5733、0.5933和0.3900；总叶绿素含量由高到低依次是干旱胁迫处理胁迫第0 d gt; 3 d gt; 6 d gt; 9 d，其值分别为：1.7600、1.4800、1.3800和1.0000。说明核桃幼苗当遭受到干旱时，其叶片中叶绿素a、叶绿素b及总叶绿素含量会随着干旱程度的加剧而降低，进而影响其光合效率（表3）。

2.3" 不同干旱处理对核桃幼苗叶绿素含量变化趋势分析

利用Origin 2017软件对不同干旱处理对核桃幼苗叶绿素含量变化趋势进行对比分析，核桃幼苗叶片中叶绿素a和总叶绿素含量在干旱胁迫处理第0 d（CK）、3 d、6 d、9 d呈现不断下降的趋势，在干旱胁迫处理第9 d达到最低值，相对光合效率也随之降低；叶绿素b含量在干旱胁迫处理第6 d较第9 d的含量明显升高。由图1得出，不同干旱胁迫处理时间下，核桃幼苗叶片中的叶绿素含量会受到不同程度的影响。

2.4" 不同干旱处理对核桃幼苗叶绿素含量相关性分析

通过对不同干旱胁迫处理下核桃幼苗叶片叶绿素a、叶绿素b以及总叶绿素含量相关性分析表明，叶绿素a含量与叶绿素b含量呈极显著正相关关系，其相关系数为0.840，叶绿素a与总叶绿素呈极显著正相关关系，其相关系数为0.966，叶绿素b与总叶绿素呈极显著正相关关系，其相关系数为0.939。分析结果表明不同叶绿素含量之间存在极强的相关性。

2.5" 不同干旱处理对核桃幼苗叶绿素含量预测模型构建

利用Microsoft Excel 2010对不同干旱胁迫处理下核桃幼苗叶片中叶绿素a、叶绿素b以及总叶绿素含量进行预测模型构建。发现叶绿素a、叶绿素b及总叶绿素含量相互之间构建的回归预测模型拟合效果均达到统计学上的极显著水平，说明预测模型具有良好的拟合效果，可以利用叶绿素a含量或叶绿素b含量预测总叶绿素含量，也可利用总叶绿素含量预测叶绿素a含量或叶绿素b含量。

3" 讨论

本文主要以甘肃省陇南市武都区核桃研究基地2年生“波尼”核桃幼苗为研究对象。有研究表明，核桃叶片中叶绿素含量会随着干旱胁迫天数的递增而降低。本研究中，从不同干旱胁迫与叶绿素含量之间单因素方差分析（表2），得出叶绿素a、叶绿素b以及总叶绿素含量在不同干旱胁迫程度间存在显著性差异（Plt;0.05）。在对不同干旱胁迫处理下叶绿素含量单因素方差分析的基础上进行了不同干旱胁迫处理下核桃幼苗叶绿素含量的多重比较分析（表3），发现不同干旱胁迫处理下核桃幼苗叶片中叶绿素a、叶绿素b及总叶绿素含量较对照组有所下降，说明干旱胁迫会影响核桃叶片中叶绿素的含量，本实验结论与沈媛媛[7]一致。

在不同干旱胁迫处理下核桃幼苗叶绿素含量相关性分析结果显示，不同叶绿素a、叶绿素b和叶绿素总量之间存在一定的相关性。本实验结果表明，叶绿素a含量和叶绿素b含量呈极显著正相关关系，相关系数为0.840，叶绿素a含量和总叶绿素含量呈极显著正相关关系，相关系数为0.966，叶绿素b含量和总叶绿素含量呈极显著正相关关系，相关系数为0.939。因此，干旱胁迫对核桃幼苗不同叶绿素含量之间存在极强的正相关性，在黄晓露等[8]对核桃光合及生理研究中也有相同的研究结论，进一步印证了本研究的实验结论。

干旱对作物的影响主要通过光合作用和水分利用等生理过程完成[9，10]。不同干旱胁迫会造成一定程度上核桃幼苗叶片叶绿素含量的降低。核桃受到干旱胁迫后，幼苗叶片气孔关闭减少蒸腾，二氧化碳无法进行气体交换导致叶片光合效率降低[11，12]。相关研究结果显示，干旱胁迫下植物体内会产生大量的自由基，使得叶绿体膜过氧化，膜系统遇到损伤，致使叶绿素降解，造成叶绿素含量降低，这是因为植物体内叶绿素的合成与降解之间的平衡被破坏[13]。本实验中，不同干旱胁迫处理对核桃幼苗叶绿素含量变化趋势研究结果表明（图1），干旱胁迫下，核桃幼苗叶片中的叶绿素a含量及总叶绿素含量随着干旱胁迫天数的增加而降低。叶绿素是植物进行光合作用的主要成分，虽叶绿素b不能进行光合作用，但它可以吸收光能并将所吸光能全部传给叶绿素a。可能是因为干旱胁迫导致叶片相对含水量降低，叶片生长速度变缓。为了确保核桃叶片对光能的充分利用，叶片单位面积的叶绿素含量就会升高，提高转化率保证碳同化，增强体内的新陈代谢，增强它的抗旱性。叶绿素含量虽升高，但会因为水分含量减少导致叶绿素的活性降低[14]，生长速度减缓。研究结果印证了叶绿素b含量在干旱胁迫6 d时升高，9 d又下降到正常值这一现象。因此，本实验结果表明，干旱胁迫处理下核桃幼苗叶片叶绿素b含量没有叶绿素a和总叶绿素含量变化趋势明显，连续的干旱胁迫不会对叶绿素b含量造成严重影响。本实验不能更好的印证干旱胁迫会不会对核桃叶片中叶绿素b含量造成影响，可能是因为干旱胁迫导致核桃幼苗叶片相对含水量降低，为保证叶片充分利用光能而提升叶片单位面积叶绿素含量，所以本研究结果有待进一步论证。

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