許 喆，任 健，田 英，米 楠*

(1.寧夏大學(xué)農(nóng)學(xué)院，寧夏 銀川 750021； 2. 云南農(nóng)業(yè)大學(xué)草業(yè)科學(xué)系，云南 昆明 650201)

植物在生長(zhǎng)中受到各種環(huán)境因素的影響，干旱是植物生長(zhǎng)發(fā)育最重要的限制因子之一，對(duì)植物生長(zhǎng)和生物量的形成均有一定影響[1]。當(dāng)植物處于干旱脅迫時(shí)，體內(nèi)的脫落酸(Abscisic acid，ABA)會(huì)大量增加，從而提高對(duì)逆境的抗性[2]，降低干旱對(duì)植物細(xì)胞膜的傷害[3]。ABA是公認(rèn)的五大植物激素之一，在調(diào)控植物生長(zhǎng)發(fā)育、應(yīng)對(duì)非生物脅迫中發(fā)揮著重要作用，能調(diào)節(jié)植物氣孔開(kāi)閉、休眠、葉片衰老等[4-5]。研究發(fā)現(xiàn)，噴施外源ABA能延緩番茄(LycopersiconesculentumMill.)[6]、玉米(ZeamaysL.)[7]、香蕉(MusananaLour.)[8]、水稻(OryzasativaL.)[9]等植物葉片中葉綠素的降解速度，增加脯氨酸含量和保護(hù)酶的活性。外源ABA可以提高植物的抗冷性和保水能力，促使氣孔關(guān)閉、降低蒸騰速率、提高光合作用及葉片含水量，減少干旱脅迫對(duì)植物細(xì)胞與組織的傷害[10-12]。

多年生黑麥草(Loliumperenne)屬禾本科黑麥草屬植物，是全世界種植最廣泛的冷季型草種之一[13-14]，在我國(guó)主要分布在華東、華中和西南等地。由于黑麥草再生性強(qiáng)、耐刈割、耐放牧[15]，具有成坪快、品質(zhì)優(yōu)良、耐踐踏等優(yōu)點(diǎn)，是草坪建植重要的先鋒草種[16]，也是草食家畜的優(yōu)質(zhì)牧草和養(yǎng)魚(yú)的好飼料[17]。然而，多年生黑麥草的根系較淺，主要分布在15厘米深的表層土壤中[18]，所以很容易受到干旱脅迫的影響。有研究表明，在干旱環(huán)境下多年生黑麥草的過(guò)氧化物酶(Peroxidase,POD)、超氧化物歧化酶(Superoxide Dismutase,SOD)等酶活性升高，并帶動(dòng)其他酶活性的變化[19-20]。目前有關(guān)干旱對(duì)多年生黑麥草的影響方面的研究報(bào)道較少，生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑對(duì)多年生黑麥草抗旱性的影響尚不清楚。因此，本研究以多年生黑麥草為材料，探究干旱脅迫下外源ABA對(duì)多年生黑麥草耐旱性的影響，尤其是光合能力的變化，為干旱氣候下多年生黑麥草草坪管理提供理論基礎(chǔ)與參考。

1 材料與方法

1.1 供試材料和試驗(yàn)設(shè)計(jì)

供試材料為多年黑麥草(品種：冬牧)。選取大小、形狀、色澤一致且飽滿的種子，先用0.1%HgCl溶液消毒15 min，清水沖洗干凈，播種至育苗盆(19 cm×15 cm×6 cm)中培養(yǎng)，培養(yǎng)基質(zhì)為蛭石。2017年4月12日于人工氣候箱中發(fā)芽，人工氣候箱培養(yǎng)條件：白天溫度(25±1)℃，夜晚溫度(20±1)℃，每天光照12 h，黑暗12 h，光強(qiáng)4 000 lx，濕度70%。發(fā)芽后用Hoagland營(yíng)養(yǎng)液培養(yǎng)15 d后，平均株高10 cm時(shí)開(kāi)展干旱脅迫。利用聚乙二醇(Polyethylene glycol，PEG 6000)模擬干旱脅迫，該化合物是一種高分子滲壓劑，性質(zhì)穩(wěn)定，方便易行[21]。脫落酸ABA為國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司生產(chǎn)。

采用雙因素隨機(jī)區(qū)組試驗(yàn)，試驗(yàn)因素包括ABA和PEG，其中ABA設(shè)3個(gè)梯度：0(A0)，200 μmol·L-1(A2)和500 μmol·L-1(A5)，葉面噴施，對(duì)照組以等量蒸餾水代替。PEG設(shè)3個(gè)梯度：正常澆水(PEG 0%)、中度干旱(PEG濃度10%)和重度干旱(PEG濃度30%)，對(duì)照以等量的Hoagland營(yíng)養(yǎng)液代替。土壤水分傳感器測(cè)得土壤水分的體積百分比分別為65%，51%和34%。試驗(yàn)共9個(gè)處理，即ABA 0 μmol·L-1+PEG 0%(CK),ABA 200 μmol·L-1+PEG 0%(A2P0),ABA 500 μmol·L-1+PEG 0%(A5P0),ABA 0 μmol·L-1+PEG 10%(A0P10),ABA 0μmol·L-1+PEG 30%(A0P30),ABA 200 μmol·L-1+PEG 10%(A2P10),ABA 200 μmol·L-1+PEG 30%(A2P30),ABA 500 μmol·L-1+PEG 10%(A5P10),ABA 500 μmol·L-1+PEG 30%(A5P30)，每處理重復(fù)三次。ABA2 d噴施一次，每次各噴施15 ml，PEG培養(yǎng)液3 d澆灌一次，每次各200 ml，脅迫時(shí)間為1個(gè)月后測(cè)定相關(guān)指標(biāo)。

1.2 葉綠素含量

采用N-N-甲基甲酰胺浸提法測(cè)定[22]。

1.3 光合參數(shù)

2017年6月，選擇葉片全展開(kāi)、無(wú)病蟲(chóng)害的葉片進(jìn)行光合作用測(cè)定。利用LI-6400XT光合-熒光測(cè)定儀(美國(guó)LI-COR公司)上午9：00-11:00在室內(nèi)測(cè)定葉片凈光合速率(Net photosynthetic rate,Pn)、胞間CO2濃度(Intercellular carbon dioxide concentration,Ci)、蒸騰速率(Transpiration rate,Tr)、氣孔導(dǎo)度(Stomatal conductance,Gs)等光合生理參數(shù)，計(jì)算出水分利用效率(Water use efficiency,WUE=Pn/Tr)，使用開(kāi)放式氣路，CO2濃度400 μmol·mol-1，飽和光強(qiáng)設(shè)定為800 μmol· (m2·s)-1，測(cè)定時(shí)光照強(qiáng)度穩(wěn)定3min[23]。

1.4 葉綠素?zé)晒?/h3>

采用LI-6400-40葉綠素?zé)晒庀到y(tǒng)葉室，選擇無(wú)傷害有代表性的葉片完全暗適應(yīng)12 h。測(cè)定光合的初始熒光(Basic fluorescence,Fo)、最大熒光(Maximum fluorescence,Fm)和可變熒光(Variable fluorescence,Fv)，計(jì)算PSII最大光化學(xué)量子產(chǎn)量(PSII Maximum photochemical quantum yield,Fv/Fm)、PSII潛在活性(PSII potential activity,Fv/F0)。葉片光適應(yīng)20min后進(jìn)行測(cè)定，非光化學(xué)猝滅(Photochemical quenching coefficient,qP)、光化學(xué)猝滅(Non-photochemical quenching,NPQ)等熒光參數(shù)。每處理測(cè)定3個(gè)葉片，各熒光參數(shù)重復(fù)記錄6次。

1.5 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計(jì)方法

利用SPSS19.0統(tǒng)計(jì)分析軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析(ANOVA)，不同處理間差異比較(Mean±SE)采用Duncan法，數(shù)據(jù)均用EXCEL軟件作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 對(duì)葉綠素含量的影響

干旱脅迫顯著影響了多年生黑麥草的葉綠素含量(P<0.05)(圖1)。與CK相比，中度干旱脅迫使葉綠素a，b和總?cè)~綠素含量分別提高了13.7%，15.5%和13.8%，而重度干旱脅迫下外源ABA 500 μmol·L-1與未噴施ABA處理相比葉綠素a，b和總?cè)~綠素含量分別上升77.9%，75.9%和77.2%。說(shuō)明ABA能夠抑制正常生長(zhǎng)和中度干旱脅迫下的葉綠素含量，但是，適度干旱脅迫能增加多年生黑麥草的葉綠素含量，在重度干旱脅迫下噴施外源ABA，尤其是ABA 500 μmol·L-1使葉綠素a，b和總?cè)~綠素含量變化顯著(P<0.05)。

2.2 對(duì)光合參數(shù)的影響

干旱脅迫對(duì)多年生黑麥草的光合參數(shù)影響顯著(圖2)，導(dǎo)致葉片的光合機(jī)構(gòu)數(shù)量和活性下降，導(dǎo)致光合作用減弱。在重度干旱脅迫下與CK相比，多年生黑麥草Pn，Gs和WUE分別下降124.8%,155.8%和57.9%，原因是氣孔導(dǎo)降低(P<0.05)，從而抑制了植物的光合作用。

ABA僅對(duì)多年生黑麥草Gs產(chǎn)生了明顯的影響(P<0.05)。與對(duì)照相比，噴施外源ABA 200 μmol·L-1對(duì)凈光合速率(Pn)的影響不明顯，但顯著提高了水分利用效率(WUE)(P<0.05)，相反胞間CO2濃度(Ci)下降了23.7%(P<0.05)。外源ABA 500 μmol·L-1使凈光合速率(Pn)下降了47.6%，ABA能夠抑制正常生長(zhǎng)條件下的凈光合速率(Pn)。

由于多年生黑麥草在中度干旱脅迫下具有抗旱性，因此，噴施不同濃度的ABA產(chǎn)生的影響不顯著。氣孔是植物對(duì)干旱脅迫反應(yīng)的重要標(biāo)志，是植物氣體交換的“窗口”，在重度干旱脅迫下，噴施ABA 500 μmol·L-1與未噴施ABA處理相比Gs顯著上升(P<0.05)，Pn和WUE分別上升85.1%和89.5%，降低葉片的失水速度，提高葉片的抗氧化能力，減緩因干旱脅迫造成的傷害。在重度干旱脅迫下噴施ABA 500 μmol·L-1能緩解干旱對(duì)多年生黑麥草光合作用的傷害。

圖1 干旱脅迫下ABA對(duì)多年生黑麥草葉綠素a，b及葉綠素總量的影響

2.3 對(duì)葉綠素?zé)晒獾挠绊?/h3>

干旱脅迫對(duì)多年生黑麥草Fo，F(xiàn)m，F(xiàn)v，F(xiàn)v/Fm，F(xiàn)v/Fo和NPQ均有著顯著影響(表1，2)。與CK相比，重度干旱脅迫(PEG 30%)造成了光抑制現(xiàn)象，使Fv/Fm和Fv/Fo分別下降2.6%和19.4%(P<0.05)；NPQ上升97.3%(P<0.05)，ABA對(duì)正常生長(zhǎng)的多年生黑麥草Fv/Fm和Fv/Fo有顯著影響(P<0.05)。但在干旱脅迫下外源ABA在Fo，F(xiàn)m，F(xiàn)v，F(xiàn)v/Fm，F(xiàn)v/Fo和NPQ方面存在的交互作用(P<0.05)，即噴施外源素ABA影響了干旱對(duì)光反應(yīng)中心PSII的作用。

中度干旱脅迫下表現(xiàn)出較強(qiáng)的抗逆性，隨著噴施ABA濃度的升高Fv/Fm和Fv/Fo下降；中度干旱下噴施ABA 200 μmol·L-1能提高電子傳遞速率，而噴施ABA 500 μmol·L-1則能夠緩解對(duì)葉綠體光合機(jī)構(gòu)的破壞。

重度干旱下噴施ABA 500 μmol·L-1能緩解干旱對(duì)多年生黑麥草的傷害，與未噴施ABA處理相比，F(xiàn)v/Fo顯著升高21.1%(P<0.05)PSII電子傳遞活性升高，植物光合活性的水平上升，葉片利用光能的能力增強(qiáng)。

3 討論與結(jié)論

干旱是不可避免的自然災(zāi)害，在自然界植物會(huì)遭受周期性或長(zhǎng)期性干旱脅迫[24-25]。受到嚴(yán)重干旱脅迫后，植物在形態(tài)結(jié)構(gòu)、生理代謝和產(chǎn)量都會(huì)受到不同程度的影響[26-28]，從而直接或者間接影響到光合色素及光合特性。本研究中，多年生黑麥草在中度干旱脅迫下葉綠素含量出現(xiàn)了升高，相反，重度干旱脅迫下葉綠素降低，這與干旱脅迫對(duì)甘蔗葉綠素的影響結(jié)果一致[29]，也進(jìn)一步證明了張艷俠[30]對(duì)花生的研究結(jié)果。葉綠體是植物光合作用的主要場(chǎng)所，干旱脅迫影響了植物進(jìn)行光合作用，使植物的葉綠體結(jié)構(gòu)造成破壞導(dǎo)致葉綠素含量降低[31]。多年生黑麥草在重度干旱下噴施ABA 200 μmol·L-1和500 μmol·L-1提高葉綠素的含量，使葉綠素a、葉綠素b和總?cè)~綠素上升。重度干旱脅迫下噴施ABA可以防止葉綠素降解引起的最大光能轉(zhuǎn)化效率有明顯的緩解作用[12，32]。

表2 干旱脅迫下ABA對(duì)多年生黑麥草Fv/Fo,qP,NPQ和ETR的影響

干旱導(dǎo)致的水分脅迫使得植物光合作用減弱，凈光合速率(Pn)降低[33]，導(dǎo)致植物減產(chǎn)[34-35]。氣孔導(dǎo)度影響著植物的蒸騰和光合作用，氣孔導(dǎo)度降低，葉綠體光合能力受到明顯抑制[36]，氣孔部分關(guān)閉或全部關(guān)閉[13]，降低蒸騰速率(Tr)，減少葉片內(nèi)水分蒸發(fā)，CO2的進(jìn)入阻力增大，胞間CO2濃度(Ci)上升，光合速率下降。

多年生黑麥草作為冷季型草坪草屬于C3植物，CO2補(bǔ)償點(diǎn)較高，胞間CO2增加并不是因?yàn)楣夂献饔孟拗?，而是受非氣孔因素的限制，這與顧振瑜等[37]研究結(jié)果一致。王書(shū)宏等[38]研究發(fā)現(xiàn)外源ABA能夠顯著提高干旱脅迫下草莓(Fragaria×ananassaDuch.)葉片的凈光合速率(Pn)，緩解干旱造成的光抑制現(xiàn)象。本研究結(jié)果表明中度干旱脅迫下噴施ABA 200 μmol·L-1能夠提高多年生黑麥草的凈光合速率(Pn)和水分利用效率(WUE)，氣孔導(dǎo)度(Gs)和胞間CO2濃度(Ci)下降，這與陳露露[39]和郭貴華[40]等研究一致。試驗(yàn)還發(fā)現(xiàn)多年生黑麥草光合參數(shù)隨著干旱程度的加深和ABA濃度增加而逐漸上升。但不同強(qiáng)度或類型的干旱脅迫可能導(dǎo)致不同程度或方式的適應(yīng)性反應(yīng)[41]，由于植物存在差異性，ABA也是一種生長(zhǎng)抑制物質(zhì)，關(guān)于干旱脅迫程度和外源ABA濃度的關(guān)系還需要進(jìn)一步研究。在正常生長(zhǎng)的植物上，噴施ABA效果與干旱脅迫下植物受到的影響有所不同。在沒(méi)有干旱脅迫下，噴施ABA 200 μmol·L-1，多年生黑麥草水分利用效率(WUE)提高，胞間CO2濃度(Ci)降低，這與李雪梅對(duì)小麥[42]研究一致。相反，噴施ABA 500 μmol·L-1，葉片光合作用受到了抑制。但是，劉小金等[43]對(duì)檀香幼苗的研究發(fā)現(xiàn)葉面噴施適量的ABA能夠提高檀香(SantalumalbumL.)幼苗的凈光合速率(Pn)，氣孔導(dǎo)度(Gs)和蒸騰速率(Tr)上升，而水分利用效率(WUE)下降；隨著ABA濃度的升高氣孔導(dǎo)度(Gs)和蒸騰速率(Tr)提高，而水分利用效率(WUE)顯著降低。

葉綠素?zé)晒鈪?shù)能夠準(zhǔn)確檢測(cè)植物的光合機(jī)構(gòu)在逆境下的響應(yīng)能力，從而反映植物的抗逆性[44]。裴斌等[45]發(fā)現(xiàn)干旱導(dǎo)致葉片初始熒光上升，而最大熒光、最大光化學(xué)效率和實(shí)際光化學(xué)效率逐漸降低。PSII原初光能轉(zhuǎn)化效率可以用葉綠素?zé)晒鈪?shù)Fv/Fm反映，干旱脅迫可導(dǎo)致植物的Fv/Fm和Fv/Fo降低[46]。Fo的增長(zhǎng)越小，干旱脅迫對(duì)反應(yīng)中心破壞程度越小，植物的抗旱性越強(qiáng)[47]。在干旱脅迫下，多年生黑麥草Fv/Fm和Fv/Fo呈下降趨勢(shì)，說(shuō)明干旱對(duì)植物葉片造成了光抑制作用，影響光合電子的傳遞過(guò)程，與王飛[48]、代微然[49]研究結(jié)果一致，在逆境脅迫下或植物遭受到傷害時(shí)Fv/Fm會(huì)顯著降低[50]。

若Fo上升，表明PSII光合機(jī)構(gòu)受到了損壞或者是植物本身一些防御性的激發(fā)能熱耗散過(guò)程加強(qiáng)的反映[51-53]，多年生黑麥草在干旱脅迫下Fo變化顯著，表明干旱脅迫對(duì)PSII反應(yīng)中心的破壞較大，且隨著脅迫的加劇，其光合功能的破壞程度增加，這進(jìn)一步證明了胡化廣[54]和吳甘霖等[55]的研究結(jié)論。

另外，干旱脅迫使qP和ETR呈下降趨勢(shì)，非光化學(xué)猝滅系數(shù)(NPQ)是光合機(jī)構(gòu)的一種自我保護(hù)機(jī)制，NPQ上升從而降低PSII活性，從而適應(yīng)干旱環(huán)境，這與諶端玉[56]、史勝青[57]等研究結(jié)果一致。多年生黑麥草在干旱脅迫下，表觀電子傳遞速率(ETR)下降，可以有效緩解因PSII吸收太多的光能而產(chǎn)生的光抑制和光氧化[58]。在重度干旱脅迫下，噴施ABA 500 μmol·L-1對(duì)Fv/Fm和Fv/Fo沒(méi)有產(chǎn)生顯著影響，說(shuō)明當(dāng)干旱脅迫超過(guò)一定程度噴施ABA并不能改變對(duì)植物光合器官的傷害，產(chǎn)生光抑制現(xiàn)象。NPQ上升光合作用受到抑制，影響植物進(jìn)行電子傳遞。

ABA對(duì)正常生長(zhǎng)的多年生黑麥草的葉綠素含量產(chǎn)生抑制作用，但在重度干旱脅迫下噴施ABA能夠提高葉綠素含量并緩解干旱脅迫造成的影響，從而發(fā)揮促進(jìn)作用。本研究中ABA濃度不同產(chǎn)生的影響不同，在大田進(jìn)行ABA噴施時(shí)要掌握好噴施的濃度，以免造成不必要的損失，從而更加有效的緩解干旱對(duì)植物的傷害。