侯維海，王建林，胡單，馮西博

（西藏農(nóng)牧學(xué)院植物科學(xué)學(xué)院，西藏林芝 860000）

0 引言

【研究意義】干旱是植物遭遇非生物脅迫因素中最復(fù)雜和最具破壞性的環(huán)境因子，引起植物形態(tài)、生理和代謝等多個方面的改變[1]，最終影響光合作用和產(chǎn)量形成[2]?；ê蠊酀{期是作物產(chǎn)量形成的關(guān)鍵時期，也是對土壤干旱最敏感的時期[3]。通過合理的灌溉措施維持灌漿期葉片光合生理對產(chǎn)量形成具有重要影響[4]。在西藏高原，青稞主產(chǎn)區(qū)多集中在海拔高、輻射強、降水少、蒸發(fā)量大的干旱和半干旱地區(qū)，該地區(qū)占西藏耕地面積的2/3。青稞花后灌漿期常遇到階段性不同程度的干旱，導(dǎo)致青稞產(chǎn)量和品質(zhì)下降[5]。另外，隨著全球氣候變化的影響，干旱發(fā)生的頻率和嚴重性逐漸增加[6]，干旱已成為西藏高原青稞高產(chǎn)和穩(wěn)產(chǎn)的限制因素之一。因此，研究高原環(huán)境下干旱脅迫對青稞花后灌漿期葉片水勢、光合生理、產(chǎn)量及籽粒表型關(guān)系，系統(tǒng)揭示花后干旱對青稞造成的影響，并提供無損、準確和快速判斷青稞受旱情況的方法，將有助于指導(dǎo)青稞花后節(jié)水灌溉，并為抗旱品種篩選提供參考?！厩叭搜芯窟M展】干旱脅迫導(dǎo)致土壤水分虧缺，引起植物體內(nèi)水分含量變化，進而影響葉片蒸騰作用帶來的水分散失和體溫調(diào)控[7]。葉片水勢可直接反映植物體內(nèi)水分狀況，是評價植物水分虧缺最敏感的度量單位[8]，與土壤含水量呈線性負相關(guān)，并與氣孔導(dǎo)度存在密切關(guān)聯(lián)[9]。另外，葉溫冷卻值與植物體內(nèi)自由水含量和束縛水含量顯著相關(guān)，能反映葉片水分狀況，也可衡量植物受旱程度[7]。當植物發(fā)生缺水現(xiàn)象時，光合器官生理活性表現(xiàn)出高度敏感的復(fù)雜變化[10]。傳統(tǒng)的葉片氣體交換技術(shù)研究表明，干旱脅迫誘導(dǎo)植物葉片氣孔關(guān)閉，導(dǎo)致氣孔導(dǎo)度（gs）、凈光合速率（Pn）、胞間 CO2濃度（Ci）和蒸騰速率（Tr）降低，最終引起作物光合能力的下降[11-13]。但當干旱脅迫達到一定嚴重程度時，簡單的葉片氣體交換僅能反映植物“表觀”光合能力，而葉綠素熒光（CHIF）技術(shù)能反映“內(nèi)在”光系統(tǒng)性能[14-15]。據(jù)研究，干旱脅迫導(dǎo)致植物光合器官PSII反應(yīng)中心受損，光合電子傳遞能力降低，原初光能的捕獲效率下降，光合作用受到不同程度抑制。大麥在嚴重或持久的干旱脅迫下，ΦPSII下降，而qN上升[16]。干旱脅迫降低小麥旗葉實際量子產(chǎn)量、ETR和NPQ值[17]。玉米隨著干旱脅迫程度加劇，ΦPSII、ETR和qP均下降，而qN先升后降[18]。胡麻Fv/Fm、ΦPSII、qP明顯下降，而qN明顯上升[19]。隨著干旱脅迫增加，結(jié)縷草葉綠素初始熒光（Fo）和qN逐漸增加，F(xiàn)m、ΦPSII、Yield、ETR和qP呈逐漸下降趨勢。彩葉草隨著干旱脅迫增加，葉綠素含量、葉片含水量、Fo、Fv/Fm和 Fv/Fo表現(xiàn)逐漸降低趨勢[20]?？傊?，干旱脅迫引起光合器官的破壞，反映為光合生理參數(shù)的改變，導(dǎo)致光合能力降低。在實踐中常將葉片氣體交換和葉綠素熒光技術(shù)有機結(jié)合，準確反映植物“表觀”和 “內(nèi)在”光系統(tǒng)狀態(tài)和性能，完整解釋外界環(huán)境脅迫對光合器官的影響。光合器官是植物生長、發(fā)育、干物質(zhì)積累和產(chǎn)量形成的基礎(chǔ)。以往研究表明，小麥[21-22]和大麥[23-24]花后干旱可導(dǎo)致植株整體發(fā)生改變，包括衰老加速、氣孔導(dǎo)度降低，光合作用受阻，灌漿時間縮短，穗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒重、籽粒產(chǎn)量的降低。大多數(shù)作物的產(chǎn)量以收獲籽粒為主，籽粒品質(zhì)與其大小、飽滿度等表型性狀有關(guān)，如粒長、粒寬、粒面積等，同時與籽粒粒級有關(guān)。但迄今為止，國內(nèi)外相關(guān)研究鮮見報道。【本研究切入點】前人雖對干旱脅迫下小麥、水稻、玉米等作物光合、葉綠素熒光參數(shù)及產(chǎn)量性狀有過研究，但在高原環(huán)境下系統(tǒng)深入研究干旱脅迫對青稞水勢、光合特征、葉綠素熒光特性和產(chǎn)量的相關(guān)報道還較少，同時，與之緊密相關(guān)的籽粒表型性狀及群體粒級的精細剖析也極少見?！緮M解決的關(guān)鍵問題】本研究在高原環(huán)境下對干旱脅迫的青稞花后葉片水勢、光合生理特性、產(chǎn)量因素、籽粒表型性狀及群體粒級進行系統(tǒng)分析，以期獲得以上指標對干旱脅迫的響應(yīng)程度并建立響應(yīng)曲線，探索判別青稞受旱程度的簡單、準確和快速的方法，為西藏高原青稞生產(chǎn)提供精準的田間灌溉量，也為深入系統(tǒng)地了解干旱脅迫對青稞光合生理和產(chǎn)量提供理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料與處理

選取西藏農(nóng)區(qū)主栽春青稞品種“喜馬拉雅22號”為供試材料，2016年3月20日在西藏農(nóng)牧學(xué)院實習(xí)農(nóng)場干旱棚內(nèi)進行試驗（經(jīng)度94°25′，緯度29°59′，海拔2 960 m）。采用盆栽種植，人工模擬春青稞花后干旱脅迫。盆高30 cm，底部直徑20 cm，盆面內(nèi)徑40 cm。每盆裝質(zhì)地相同的0—20cm耕層土壤28.6 kg，其類型為砂壤土，含有機質(zhì)9.72 g·kg-1、全氮1.18 g·kg-1、全磷 0.32 g·kg-1、全鉀 12.10 g·kg-1、堿解氮 83.60 mg·kg-1、速效磷 37.45 mg·kg-1、速效鉀81.70 mg·kg-1。盆裝土前，將土壤和肥料混伴，其中，氮磷鉀混伴配比量分別為 75 mg N·kg-1，100 mg P2O5·kg-1，

100 mg KCl·kg-1。將飽滿、大小一致、無病害種子按照每盆3行播于盆中，待3葉期，每盆邊行定苗4株，中間行定苗5株，共13株。于開花后第3天進行干旱脅迫處理，以田間最大持水量的 75%—85%為對照（CK），設(shè)3個干旱脅迫處理水平，分別為輕度干旱脅迫（田間最大持水量為 65%—75%，CK灌水量的3/4，LD）；中度干旱脅迫（田間最大持水量的 50%—55%，CK灌水量的2/4，MD）；重度干旱脅迫（田間最大持水量的35%—45%，CK灌水量的1/4，HD）?？厮_始時測定土壤含水量以達到預(yù)設(shè)水平，此后每隔2 d于16：00稱重補水，持續(xù)處理13 d，隨后進行相關(guān)指標測定。每個處理重復(fù)5次?？厮八止芾硗瑢φ?，注意病蟲草害發(fā)生，并于5月中下旬噴施三銼酮防治銹病。

1.2 測定項目

1.2.1 葉片水勢（LWP）測定 選擇晴朗無風(fēng)天氣，于11:30取受光方向一致的旗葉、倒2葉為測定對象，用打孔器打出10個直徑為1 cm碎圓片，放置于WP4C型露點水勢儀的樣品盒內(nèi)，進行水勢測定。

1.2.2 旗葉蒸發(fā)冷卻值和光合參數(shù)測定 采用Li-6400XT便攜式光合儀（Li-Cor，Inc，USA）并以開放式氣路系統(tǒng)方式對青稞旗葉蒸發(fā)冷卻值和光合參數(shù)進行測定。設(shè)置氣體流速為 500 μmol·s-1，3 cm×2 cm LED紅藍光光源提供1 300 μmol·m-2s-1的光合有效輻射（PAR），獲得瞬時凈光合速率（Pn）、氣孔導(dǎo)度（gs）、胞間CO2濃度（Ci）、蒸騰速率（Tr）、大氣CO2濃度（Ca）、空氣溫度（Tair）和葉片溫度（Tleaf）。依公式計算氣孔限制度Ls=1-Ci/Ca，葉蒸發(fā)冷卻值ΔT=Tleaf-Tair。

1.2.3 旗葉葉綠素熒光參數(shù)測定 于9：00—11：30，取受光方向一致的旗葉，利用OS5P便攜式脈沖調(diào)制葉綠素熒光儀（OPTI-science，USA）的3種測量模式，獲取葉綠素熒光動力學(xué)參數(shù)。所有指標均技術(shù)重復(fù)6 次，生物學(xué)重復(fù)3次，并采用交叉測量（先每處理測一次，再循環(huán) 2次），保證各處理間的測定盡量在同一時間進行，以消除氣象差異。在Fv/Fm模式下，葉片預(yù)先暗適應(yīng)30 min，獲得初始熒光（Fo）、最大熒光（Fm）、可變熒光（Fv），計算出PS II的最大量子效率Fv/Fm=(Fm-Fo)/Fm；在Yield模式下，葉片充分光照下適應(yīng)30 min，獲得穩(wěn)態(tài)熒光（Fs）、光下最大熒光（Fms）、Yield=PS II的實際光量子產(chǎn)量ΦPSII=(Fms-Fs)/Fms；Kinetic模式下，葉片充分光照下適應(yīng)30 min，獲得光化學(xué)淬滅（qP）、非光化學(xué)淬滅（qN或 NPQ）、光合電子傳遞的相對速率（ETR）

1.2.4 室內(nèi)考種 各處理材料成熟后，單獨收獲，分別脫粒，獲取千粒重、籽粒產(chǎn)量、單株粒重、干物質(zhì)積累量等數(shù)據(jù)。

1.2.5 籽粒表型性狀和粒級分析 各處理取全部籽粒進行無影拍照，獲得高質(zhì)量電子圖片。利用Image-pro plus軟件分析籽粒表型性狀（圖1），測定粒二維面積、粒寬、粒長、粒直徑、粒周長、粒圓度值指標。

為定量分析干旱脅迫對籽粒大小影響，以粒二維面積（Ga）為指標，將籽粒分為小粒（Ga＜0.18 cm2）、中粒（0.18 cm2＜Ga≤0.23 cm2）、大粒（Ga＞0.23 cm2）3個等級，分析不同干旱脅迫對粒級的影響。

圖1 按照粒二維面積大小對籽粒進行分級Fig. 1 Classification of seeds according to the size of two-dimensional area of grain

1.3 數(shù)據(jù)處理

利用 R軟件進行簡單線性回歸分析和作圖，SPSS 20進行Pearson相關(guān)分析。

2 結(jié)果

2.1 干旱脅迫對青稞不同葉水勢（LWP）影響

與CK相比，LD處理的旗葉和倒2葉水勢略有下降，降幅分別為0.24和0.04 Mpa（圖2）。隨著干旱脅迫加深，旗葉和倒2葉LWP明顯下降，其中MD處理較CK降幅分別為0.82、0.61 Mpa，HD處理較CK降幅分別為2.26、1.32 Mpa。Pearson相關(guān)分析顯示，干旱脅迫與旗葉和倒 2葉水勢的相關(guān)系數(shù)均為0.92（P＜0.05）。以干旱脅迫程度為自變量x，旗葉和倒2葉LWP為因變量y建立回歸曲線（圖3-A，圖3-B），其回歸方程分別為y=4.32x-5.94和y=2.73x-4.6，兩者均為一次線性增函數(shù)。說明干旱脅迫均可明顯引起旗葉和倒2葉LWP變化，且前者LWP對干旱脅迫更敏感。

圖2 不同干旱脅迫下青稞旗葉和倒2葉水勢Fig. 2 Water potential changes of flag leaf and the 2nd leaf from top in hulless barley under different drought stress

2.2 干旱脅迫對青稞旗葉蒸發(fā)冷卻值（ΔT）影響

隨著干旱脅迫的加重，旗葉ΔT呈逐漸增大趨勢（圖 3-C），其中 MD和 HD處理引起旗葉ΔT升高達1.67℃和2.97℃。同時，兩者可用簡單線性回歸方程y=-3.57x+3.66描述，表明隨著干旱脅迫的加重，植物冷卻系統(tǒng)調(diào)控力度增加，阻礙了氣體交換和熱量散失，從而引起植物體溫上升。相關(guān)分析表明，ΔT與干旱脅迫存在顯著負相關(guān)（r=-0.978，P＜0.05）。

2.3 干旱脅迫對青稞旗葉葉片光合參數(shù)的影響

花后干旱對青稞光合參數(shù)的影響如圖4所示。LD處理下，旗葉Pn、gs、Ci分別較CK下降2%、7%、6%，Tr和Ls較CK增加1%和10.1%；MD處理下，旗葉Pn、gs、Ci、Tr分別較CK下降45%、72%、65%，67%，而Tr增加53.31%；HD處理下，旗葉Pn、gs、Ci、Tr分別較 CK 下降 88%、97%、99%，98%，而Tr增加63.4%。在 MD和 HD處理下，gs、Ci、Tr下降明顯，而Tr的變化極小，其中g(shù)s分別降至0.06和0.01 mol H2O·m-2·s-1；Ci分別降至85.43 和1.56 μmol·mol-1；

Tr分別降至 1.36和0.08 g·m-2·h-1。以上表明，中、重度干旱脅迫導(dǎo)致氣孔幾乎關(guān)閉，Ls達到最大值，引起Ci和Tr顯著下降，此時的水分含量已是維持青稞生命活動的極限水量。相關(guān)分析顯示，干旱脅迫程度與gs和Ci的相關(guān)系數(shù)分別是0.967和0.964，均達顯著水平（P＜0.05），而與Ls的相關(guān)系數(shù)是-0.963，呈顯著負相關(guān)（P＜0.05）。

圖3 干旱脅迫程度與葉水勢和葉溫的簡單回歸模型Fig. 3 Simple regression model of leaf water potential, leaf temperature and drought stress degree

圖4 干旱脅迫下青稞旗葉光合參數(shù)變化Fig. 4 Variation of photosynthetic parameters of flag leaf for hulless barley under different drought stress

2.4 干旱脅迫對青稞旗葉葉綠素熒光參數(shù)（ChIF）影響

2.4.1 干旱脅迫對初始熒光（Fo）、最大熒光（Fm）及PS II的最大量子產(chǎn)量（Fv/Fm）的影響 LD、MD和HD干旱脅迫處理導(dǎo)致Fo較CK升高2.9%、6.8%和13.5%（圖5-A），F(xiàn)o的增加表明PSII反應(yīng)中心破壞或者可逆失活[25]；Fm的大小反映了 PSII的電子傳遞能力，F(xiàn)m的變化與Fo變化趨勢相反（圖5-B），即隨著干旱脅迫增加，F(xiàn)m較CK分別下降3.4%、16.8%和31.6%。在CK條件下，F(xiàn)o最小，而Fm最大，表明此時的水分對青稞光合最適宜的。隨著干旱脅迫的加劇，青稞旗葉PSII的電子傳遞能力逐漸下降。相關(guān)分析顯示，干旱脅迫程度與Fm和Fo的相關(guān)系數(shù)分別為0.971和-0.981（P＜0.05），表明干旱脅迫呈度與 Fm呈顯著正相關(guān)，而與Fo呈顯著負相關(guān)。

如圖5-C所示，CK 的Fv/Fm值為0.78，LD、MD和HD處理的Fv/Fm值分別為0.76、0.71和0.63，F(xiàn)v/Fm值的減小呈先慢后快的趨勢。相關(guān)分析表明，干旱脅迫與Fv/Fm呈顯著正相關(guān)，其相關(guān)系數(shù)達到0.966（P＜0.05）。該結(jié)果表明，不同干旱處理下Fv/Fm值的降幅不同，但均導(dǎo)致青稞旗葉PSII活性中心受損，光合作用原初反應(yīng)過程受抑制。

2.4.2 干旱脅迫對青稞旗葉實際光量子產(chǎn)量（ΦPSII）和電子傳遞速率（ETR）的影響 ΦPSII反映了植物實際光合效率，ETR為最大潛在相對電子傳遞速率，兩者在無光抑制的光照條件下直接測得。由圖 5-D和圖5-E所示，青稞旗葉ΦPSII和ETR在LD、MD和HD處理間差異顯著，均表現(xiàn)為LD＞MD＞HD。相關(guān)分析顯示，干旱脅迫程度與ΦPSII和ETR呈極顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別是 0.995和 0.992（P＜0.05）。

2.4.3 干旱脅迫對青稞旗葉熒光淬滅系數(shù)影響 光化學(xué)淬滅（qP）在CK和LD條件下幾乎一致，之后隨著干旱程度加重，qP下降較快，而非光化學(xué)淬滅（NPQ）表現(xiàn)出與qP相反的趨勢，其值逐漸增加（圖5-F、G）。相關(guān)分析顯示，干旱脅迫程度與 qP顯著正相關(guān)，而與 NPQ呈顯著負相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為0.959和-0.98（P＜0.05）。以上結(jié)果表明，干旱脅迫增加了PSII的天線色素耗散熱的能力，降低了干旱脅迫對PSII的破壞。

2.5 不同干旱脅迫對青稞千粒重（TKW）、單穗粒重（SGW）、干物質(zhì)積累量（DMC）、籽粒產(chǎn)量（GW）和經(jīng)濟系數(shù)（EC）的影響

如表1所示，LD、MD、HD處理下，青稞TKW比 CK分別下降 19.12%、25.78%、41.06%；SGW分別下降5.08%、14.28和31.25%；DMC分別下降4.32%、9.35%、28.06%；GW 分別下降 8.47%、18.64%、44.07%；EC分別降低 4.35%、10.25%、22.25%。相關(guān)分析表明，干旱脅迫程度分別與TKW、SGW、GW和EC呈顯著正相關(guān)，其相關(guān)系數(shù)依次為0.984、0.955、0.954和0.958（P＜0.05）。

以干旱脅迫程度x為自變量，分別與應(yīng)變量y（TKW、GW、DMC、Ec、SGW）做簡單回歸分析（圖6），發(fā)現(xiàn)x和y兩者之間存在明顯的相關(guān)性，呈一次函數(shù)變化。干旱對TKW的擬合回歸方程為y=26.46x+勻23.495；對GW擬合回歸方程為y=33.6x+27.5；對DMC擬合回歸方程為y=49.6x+93.5；對EC擬合回歸方程為y=0.12x-0.31；對 SGW 擬合回歸方程為y=2.65x+2.12。擬合方程的斜率值均為正值，表明自變量x與應(yīng)變量y均呈正相關(guān)。這一結(jié)果與相關(guān)性分析相似。

表1 不同干旱脅迫下的青稞產(chǎn)量參數(shù)Table 1 Analysis on yield reduction of hulless barley yield under different drought stress

圖5 不同干旱脅迫下青稞旗葉葉綠素熒光參數(shù)Fig. 5 Chlorophyll fluorescence parameters of flag leaf form hulless barley under different drought stress

圖6 干旱脅迫程度與青稞產(chǎn)量參數(shù)的簡單回歸模型Fig. 6 A simple regression model for production parameters of hulless barley and drought stress degree

2.6 不同干旱脅迫下，籽粒表型的相關(guān)分析及回歸分析

利用Image-pro plus軟件對不同干旱脅迫的青稞籽粒表型性狀進行精細分析（表2）。不同干旱脅迫下，青稞籽粒表型表現(xiàn)出明顯規(guī)律性變化（圖7）。隨著干旱脅迫增加，粒二維面積、粒周長、粒長、粒寬均有減少，而粒圓度值增大。表明干旱改變了籽粒的大小，影響了籽粒的性狀，隨著干旱脅迫的加劇，這種改變能力越大。相關(guān)分析表明，干旱脅迫對青稞籽粒表型性狀影響明顯，其中干旱對粒周長影響呈極顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.994（P＜0.01）；對粒面積、粒直徑和粒長呈顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為0.976，0.977和0.988（P＜0.05）；與粒寬呈正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為 0.914（P＞0.05），而與粒圓度值呈負相關(guān)，相關(guān)系數(shù)是-0.939（P＞0.05）。

對粒二維面積（Ga）分級顯示（表3），隨著干旱脅迫增加，小粒（Ga＜0.18 cm2）二維面積占比明顯增加，中粒（0.18cm2＜Ga≤0.23 cm2）二維面積占比先增后降，大粒（Ga＜0.23 cm2）占比明顯降低。該結(jié)果進一步說明，干旱對籽粒大小具有明顯影響，導(dǎo)致小粒明顯增加，而大粒明顯降低。

為定量描述干旱脅迫對籽粒表型性狀影響程度，利用簡單回歸分析建立了以干旱脅迫程度x為自變量，以種子表型性狀為因變量y的線性回歸模型（圖7）。結(jié)果顯示，干旱對粒二維面積的回歸方程為y=0.076x+0.159；對粒直徑的回歸方程為y=0.092x+0.449；對粒周長的回歸方程為y=0.291x+1.585；對粒圓度值的歸回方程為y=-0.048x+1.247；對粒長的回歸方程為y=0.118x+0.677；對粒寬的回歸方程為y=0.075x+0.328。由此可見，干旱對籽粒表型性狀影響差異較大，根據(jù)回歸方程斜率值大小，推斷干旱對粒周長影響最大，其次為粒長和粒直徑，再次為粒面積和粒寬。

表2 不同水分脅迫對青稞籽粒表型性狀參數(shù)的影響Table 2 Phenotypic character parameters of hulless barley grain under different drought stress

圖7 干旱脅迫程度與青稞籽粒表型的簡單回歸模型Fig. 7 A simple regression model for the phenotypic of hulless barley and drought stress degree

表3 不同干旱處理對青稞籽粒粒級影響Table 3 Effect of different drought stress on grain classification of hulless barley under different drought stress

圖8 干旱脅迫、葉水勢、光合參數(shù)、葉綠素熒光參數(shù)和產(chǎn)量指標之間的Pearson相關(guān)網(wǎng)絡(luò)圖Fig. 8 Pearson correlation network diagram on drought stress, leaf water potential, photosynthesis parameter, chlorophyll fluorescence parameter, and yield index

2.7 干旱脅迫程度、葉水勢、光合、葉綠素熒光參數(shù)及產(chǎn)量因子的Pearson相關(guān)網(wǎng)絡(luò)圖

ΔT和NPQ與大部分參數(shù)呈直接負相關(guān)，而與個別參數(shù)雖無直接相關(guān)，但存在間接相關(guān)（圖 8）。灌水量與gs、qP、ETR、ΦPSII、Fv/Fm和籽粒產(chǎn)量呈直接正相關(guān)；旗葉水勢與qP、Fv/Fm、Pn、籽粒產(chǎn)量和干物質(zhì)積累量呈直接正相關(guān)；Pn與ΔT和NPQ呈直接負相關(guān)，除與灌水量存在間接正相關(guān)外，皆與其他指標呈直接正相關(guān)。gs與Pn、灌水量、Fv/Fm、ΦPSII、ETR和qP呈直接正相關(guān)，而與ΔT和NPQ呈直接負相關(guān)；千粒重與ETR、ΦPSII和灌水量呈直接正相關(guān)。以上結(jié)果表明，在干旱脅迫下，青稞光合生理、產(chǎn)量指標等參數(shù)間關(guān)系比較復(fù)雜，既存在直接影響，也具有間接影響。

3 討論

3.1 葉水勢與干旱脅迫的關(guān)系分析

植物葉水勢與受旱脅迫直接相關(guān)[26]，與土壤水分含量呈良好的線性關(guān)系[13,27]。本研究表明，青稞功能葉水勢可靈敏反映其受旱程度，且旗葉水勢較倒2葉對干旱脅迫更敏感，同時相關(guān)分析顯示葉水勢與氣孔導(dǎo)度呈間接正相關(guān)（圖 7）。據(jù)研究，葉水勢的降低與氣孔開閉程度有關(guān)[27-28]。由此推測，生理活性較旺盛的旗葉遇到干旱脅迫時，氣孔導(dǎo)度下降快，阻礙了蒸騰作用，導(dǎo)致蒸騰拉力減弱和膨壓下降，土壤水向頂部運輸壓力不足，從而旗葉較倒2葉水勢下降更多。因此，青稞旗葉水勢可直觀、快速判斷整個植株持水狀況，反映土壤水分虧缺程度，可用于快速和精確地指導(dǎo)節(jié)水灌溉。

3.2 葉蒸發(fā)冷卻值與干旱脅迫的關(guān)系分析

作物通過氣孔的蒸騰作用散失水分，以降低體溫維持正常的生理活動。當土壤水分不足時，會影響蒸騰作用水分散失和體溫調(diào)控，葉蒸發(fā)冷卻值（ΔT）可衡量植物受干旱脅迫程度的大小[9]。本研究發(fā)現(xiàn)，ΔT與干旱脅迫呈顯著負相關(guān)（P＜0.05）且呈一次增函數(shù)，同時相關(guān)性網(wǎng)絡(luò)圖顯示（圖7），ΔT與gs、ΦPSII、Fv/Fm呈負相關(guān)。這可能與干旱脅迫誘導(dǎo)氣孔導(dǎo)度下降，影響植物與外界環(huán)境的氣體和熱量交換，造成葉冷卻系統(tǒng)受損有關(guān)。相似的研究結(jié)果也在干旱脅迫的山毛櫸、高粱等植物中報道過[8,29]。因此，ΔT和LWP均可作為衡量土壤水分或植物受旱程度的直接指標，甚至ΔT比LWP更敏感。

3.3 光合參數(shù)與干旱脅迫的關(guān)系

植物光合器官對干旱脅迫敏感，干旱脅迫下植物光合作用的反應(yīng)過程和機制與植物生長階段、基因型、干旱程度等因素有關(guān)[30]。本研究在青稞花后灌漿期進行干旱脅迫，且品種相同，因此，干旱脅迫對青稞光合參數(shù)的變化應(yīng)當取決于干旱程度。本研究發(fā)現(xiàn)，隨著干旱脅迫的加重，青稞旗葉Pn、gs、Ci和Tr均表現(xiàn)出不同程度的下降趨勢，而Ls呈逐漸增加趨勢，其中各參數(shù)快速下降或上升的拐點均發(fā)生在中度干旱脅迫附近，推測當土壤含水量為最大田間持水量的 50%時，光合作用將明顯降低。相關(guān)分析表明，干旱脅迫與gs和Ci呈顯著正相關(guān)，而與Ls呈顯著負相關(guān)；與Pn和Tr沒有直接相關(guān)性，但存在間接正相關(guān)。結(jié)果進一步表明，干旱對氣孔調(diào)控顯著，gs降低，Ls增加，維持了組織水分含量。本研究結(jié)果與大麥、小麥在干旱脅迫下植株的衰老，葉綠素的分解、光合作用的抑制相似[3,24]，也進一步說明干旱脅迫加速了青稞葉片衰老，引起整個植株持綠性下降，導(dǎo)致葉片捕光面積減少，氣孔導(dǎo)度下降并伴隨著胞間 CO2濃度降低，進而導(dǎo)致光合作用的下降[30-31]。

3.4 葉綠素熒光參數(shù)與干旱脅迫的關(guān)系

葉綠素熒光常用于監(jiān)測、定量分析和比較植物對脅迫的反應(yīng)。當植物受到干旱脅迫時，葉片氣孔關(guān)閉導(dǎo)致光抑制產(chǎn)生，引起 PSII反應(yīng)中心損傷，使得葉綠素熒光參數(shù)發(fā)生改變[33-34]。本研究發(fā)現(xiàn)，隨著干旱脅迫的加重，青稞旗葉 Fo逐漸升高，在中度和重度干旱脅迫下，F(xiàn)o升高較快，F(xiàn)m則表現(xiàn)出與Fo相反的變化趨勢。說明輕度干旱脅迫對青稞旗葉 PSII反應(yīng)中心的破壞較小，隨著干旱脅迫加劇，PSII反映中心遭到了不易逆轉(zhuǎn)的破壞或可逆失活，其色素吸收的能量以熱和熒光散失的形式增加，而用于光合作用的能量逐漸減少。Fv/Fm能快速和有效反映PSII最大光化學(xué)量子效率。低的 Fv/Fm 表明植物處于逆境脅迫條件下，PSII受到光抑制或下調(diào)。因此，F(xiàn)v/Fm值的大小可指示作物的健康狀況。大部分作物健康的光合組織Fv/Fm平均值約在0.83，低于該值表明植物處于生理修復(fù)狀態(tài)[35]。例如，在水分[36]、溫度[37]、病原物侵染的生物脅迫[38]等外界環(huán)境因素脅迫下，F(xiàn)v/Fm明顯下降。本研究發(fā)現(xiàn)，在正常灌水條件下，青稞旗葉LWP為-2.09 Mpa時，F(xiàn)v/Fm為0.78，低于前人報道的0.83。推測青稞可能處于生理修復(fù)狀態(tài)，這與西藏林芝地區(qū)低氧、低溫、持續(xù)陰雨等特殊的氣候環(huán)境有關(guān)，也可能歸因于高原作物在長期的進化、演化和選擇中形成與低地作物相差異的光合適應(yīng)模式。此后，隨干旱脅迫增加，青稞旗葉LWP和Fv/Fm呈逐漸降低趨勢，說明青稞已受到水分脅迫，并引起 PSII的損傷，光合初反應(yīng)受到抑制。中度和重度干旱脅迫下，F(xiàn)v/Fm有一定程度的下降，可作為干旱脅迫引起植物可看見的生理紊亂之前的一種潛在提示，這在山毛櫸植物中也得到了驗證[29]。

有研究學(xué)者認為，F(xiàn)v/Fm對早期輕度干旱不敏感，而Fs、ΦPSII、NPQ能比Fv/Fm更敏感地捕捉輕度干旱脅迫對光合器官造成的損傷[39]。前人研究表明，水分脅迫并未顯著影響小麥和硬粒小麥的 PSII 的原初光化學(xué)反應(yīng)[40]。但相反的結(jié)論認為Fv/Fm、NPQ 、qP、Fo均有改變[41]。本研究在輕度干旱脅迫下，發(fā)現(xiàn)旗葉Fs、ΦPSII、NPQ變幅比Fv/Fm更大，表明以上參數(shù)對干旱脅迫非常敏感，這與前人研究成果相似。在中度和重度干旱脅迫下，旗葉ΦPSII、ETR、qP逐漸降低，表明PSII反應(yīng)中心受到破壞，光合電子傳遞活性降低，原初光能的捕獲效率下降，光合作用受到不同程度抑制；而Fs和NPQ呈增大趨勢，反映PSII天線色素吸收的過量光能以熱和發(fā)射熒光的形式耗散，從而保護光合器官，已有研究認為這是植物適應(yīng)干旱脅迫的一種保護機制[42]。

3.5 產(chǎn)量性狀、種子表型和群體粒級與干旱脅迫的關(guān)系

青稞花后干旱處理下，千粒重、單穗粒重、籽粒產(chǎn)量、經(jīng)濟系數(shù)、干物質(zhì)積累量均有不同程度的降低，并引起籽粒表型參數(shù)下降，表現(xiàn)為籽粒橫向變窄、縱向縮短、粒二維面積降低，同時群體粒級發(fā)生改變，小粒占比明顯增加，而大粒占比呈明顯下降。上述性狀均屬于數(shù)量性狀遺傳，相關(guān)性網(wǎng)絡(luò)圖顯示（圖7），干旱脅迫與各觀測參數(shù)聯(lián)系緊密，既存在直接相關(guān)也存在間接相關(guān)，其中干旱脅迫與gs、qP、ETR、ΦPSII、Fv/Fm、籽粒產(chǎn)量和千粒重均呈直接正相關(guān)，而與ΔT和NPQ呈直接負相關(guān)。該結(jié)果表明，干旱脅迫引起光合器官破壞，導(dǎo)致碳同化能力下降，最終造成青稞產(chǎn)量性狀，種子表型和群體粒級改變，這與前人研究結(jié)果一致[23-24]。

4 結(jié)論

在不同的梯度干旱脅迫下，灌溉水量與葉水勢和葉蒸發(fā)冷卻值（ΔT）呈線性相關(guān)，兩者均能靈敏反映干旱脅迫程度（或土壤水分）大小，可代表青稞受旱程度；干旱脅迫引起青稞光合器官的破壞，導(dǎo)致光合及葉綠素熒光參數(shù)的改變；產(chǎn)量參數(shù)、籽粒表型性狀、群體粒級均隨干旱脅迫的加重而逐漸降低。