水分脅迫對廣藿香葉綠素熒光特征的影響

黃艷萍， 袁 萍， 沈曉萌， 黃勇紅， 劉 浩

(南藥資源保護與利用工程技術開發(fā)研究中心，廣東食品藥品職業(yè)學院，廣東廣州 510520)

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水分脅迫對廣藿香葉綠素熒光特征的影響

黃艷萍， 袁 萍， 沈曉萌， 黃勇紅， 劉 浩

(南藥資源保護與利用工程技術開發(fā)研究中心，廣東食品藥品職業(yè)學院，廣東廣州 510520)

廣藿香為唇形科植物廣藿香Pogostemoncablin(Blanco)Benth.的干燥地上部分，是臨床上常用的芳香化濕藥，也是藿香正氣丸、藿香正氣液及保濟丸等大宗中成藥的主要組成藥材[1]。廣藿香主要分布在廣州石牌(枝香)、廣東高要(肇香)、廣東湛江(湛香)和海南(瓊香)等地。目前有關廣藿香的研究主要集中在真?zhèn)舞b別、藥理、化學成分及抗鹽堿等方面[2]。水分對藥用植物的生長發(fā)育、生理生化以及次生代謝具有顯著的影響[3]。廣藿香的生長旺盛期在6、7和8月，這個時期廣藿香的主要種植地廣東、海南具有明顯的局部水濕和季節(jié)性干旱，而目前因農戶對廣藿香種植水分管理粗放，對廣藿香的需水規(guī)律研究力度不夠，制約了廣藿香產量的提高，所以研究水分脅迫對廣藿香的影響極為必要。

葉綠素熒光動力學技術被稱為研究植物光合功能的快速、無損傷探針[4]，植物葉片熒光參數的變化可以有效地衡量植物的逆境受害程度和光合潛能的高低。葉綠素熒光參數能夠快速靈敏、無損傷地反映光系統Ⅱ(PSⅡ)對光能的吸收、傳遞、耗散、分配等方面的狀況，是研究植物光合能力以及對環(huán)境脅迫響應的有效手段[5]，該研究通過盆栽試驗模擬水分脅迫的方法，研究不同土壤水分變化與廣藿香葉綠素熒光特征之間的關系，為廣藿香適應水分的生理機制、灌溉、品種選育和栽培提供參考。

1材料與方法

1.1試驗材料和地點以石牌廣藿香為試驗材料，經廣東省中藥研究所袁亮副主任藥師鑒定為Pogostemoncablin(Blanco)Benth.。2011年末收集試驗廣藿香后，移栽于廣東省中藥研究所南藥試驗基地，建立廣藿香種質資源。

1.2試驗設計采用盆栽試驗于2013年3～6月在廣東省中藥研究所南藥試驗基地大棚室進行。選用盆口直徑20 cm、高15 cm的塑料盆。土壤為沙壤土。每盆裝土3 kg，土壤田間最大持水量為24.6%。廣藿香幼苗于2014年3月5日移栽盆中，育苗成功后正常灌水，每盆植1株，種植2個月后，選擇生長正常、形態(tài)一致的幼苗作為試驗材料。設置5個處理水平，即土壤含水量分別為土壤田間最大持水量的80%(RWC 80%，對照)、95%(RWC 95%)、60%(RWC 60%)、40%(RWC 40%)和20%(RWC 20%)。每天18:00稱定重量并補充水分[6]。每個脅迫處理10株，3次重復。待移植廣藿香適用生長環(huán)境后，于2014年5月12日開始通過人工稱重法進行土壤水分控制，各處理達到土壤水分條件后，在7、14和21 d后對不同水分處理下廣藿香苗的葉綠素熒光參數進行測定。

1.3測定指標采用便攜式LI-6400(Li-Cor.USA)光合儀測定。測定時間為09:00～11:30，葉片選取自上而下的第2片功能葉，隨機處理3個重復。測定及計算參數為初始熒光(Fo)、最大熒光(Fm)、可變熒光(Fv)、PSⅡ最大光化學效率(Fv/Fm)和PSⅡ電子傳遞量子產率(ΦPSⅡ)。

1.4數據處理采用統計分析軟件SPSS 16.0和Excel 2003對試驗數據進行分析。

2結果與分析

2.1水分脅迫對廣藿香初始熒光(F0)的影響F0是光系統Ⅱ(PSⅡ)反應中心處于完全開放時的熒光產量，PSⅡ天線色素的熱耗散常導致F0降低。PSⅡ反應中心的破壞或可逆失活則能引起F0的增加，可根據F0的變化衡量PSⅡ的穩(wěn)定性；F0也常用來測量色素吸收的能量中以熱和熒光形式散失的部分[7]。從圖1可以看出，第7天時RWC 20%處理廣藿香F0就出現大幅度的升高，隨著脅迫時間的延長而增加，且在第21天時達最大值；第7天時RWC 95%處理廣藿香F0也出現明顯的升高，第14天達最大值，在第21天時F0有所下降但高于RWC 80%處理，且與RWC 80%處理比較有顯著性差異。在水分脅迫期間，RWC 60%處理的F0最佳，表現為隨著時間的延長保持在一個比較低的水平，在第14天時比RWC 80%處理下降了10%，在第21天時比RWC 80%處理下降了15%，差異性顯著(P<0.05)。

圖1　不同土壤水分脅迫時間下不同土壤水分含量對廣藿香初始熒光(F0)的影響Fig.1　Effects of different soil water contents on Pogostemon cablin (Blanco)Benth.initial fluorescence(F0) under variuous water stress time

圖2　不同土壤水分脅迫時間下不同土壤水分含量對廣藿香最大熒光 (Fm)的影響Fig.2　Effects of different soil water contents on Pogostemon cablin (Blanco)Benth.maximum fluorescence(Fm) under variuous water stress time

2.2水分脅迫對廣藿香最大熒光(Fm)的影響Fm是PSⅡ反應中心處于完全關閉時的熒光產量，反映通過PSⅡ的電子傳遞情況[4]。從圖2可以看出，水分脅迫期間廣藿香Fm隨著脅迫時間的延長呈下降趨勢，脅迫時間越長下降幅度也越明顯。第7天時，RWC 20%處理與RWC 80%處理廣藿香Fm呈顯著性差異；第14天和第21天，RWC 20%、RWC 40%、RWC 95%處理與RWC 80%處理廣藿香Fm呈顯著性差異；在各處理時間內，RWC 60%處理與RWC 80%處理廣藿香Fm差異不顯著。2.3水分脅迫對廣藿香可變熒光(Fv)的影響可變熒光Fv是PSⅡ反應中心活性大小的相對指標[8]，可變熒光Fv代表可參與PSⅡ光化學反應的光能輻射部分，它的大小及其變化過程與PSⅡ的原初反應過程，特別是電子受體QA的氧化還原狀態(tài)密切相關[9]。由圖3可知，第7天時，RWC 20%處理的Fv最大，與其他各處理呈顯著性差異；第21天時，RWC 20%處理的Fv最小，RWC 60%和RWC 80%處理的Fv表現平穩(wěn)，而其余3個處理表現為隨脅迫時間的延長Fv趨于下降的趨勢。

2.4水分脅迫對廣藿香PSⅡ最大光化學效率(Fv/Fm)的影響Fv/Fm降低被認為是植物發(fā)生光抑制最明顯的特征[10]，是PSⅡ的最大光量子產量，反映了PSⅡ的光能轉換效率[11]。由圖4可見，RWC 60%處理下的廣藿香Fv/Fm最高，而RWC 20%和RWC 95%2種相對重度的水分脅迫下在第14天時明顯下降，隨著脅迫時間的延長和脅迫強度的加重，廣藿香Fv/Fm值總體趨于下降，表明水分脅迫可使廣藿香葉的PSⅡ活性中心受損，下降程度表現為RWC 20%>RWC 95%> RWC 40%>RWC 80%>RWC 60%。

圖3　不同土壤水分脅迫時間下不同土壤水分含量對廣藿香可變熒光(Fv)的影響Fig.3　Effects of different soil water contents on Pogostemon cablin (Blanco)Benth.variable fluorescence(Fv) under variuous water stress time

圖4　不同土壤水分脅迫時間下不同土壤水分含量對廣藿香PSⅡ最大光化學效率 (Fv/Fm)的影響Fig.4　Effects of different soil water contents on Pogostemon cablin (Blanco)Benth.maximal photochemical efficiency(Fv/Fm) under variuous water stress time

圖5　不同土壤水分脅迫時間下不同土壤水分含量對廣藿香PSⅡ電子傳遞量子產率(ΦPSⅡ)的影響Fig.5　Effects of different soil water contents on Pogostemon cablin (Blanco)Benth.quantum yield of PSⅡelectron transport(ΦPSⅡ) under variuous water stress time

2.5水分脅迫對廣藿香PSⅡ電子傳遞量子產率(ΦPSⅡ)的影響ΦPSⅡ表示的是PSⅡ反應中心受到環(huán)境脅迫時，存在部分反應中心關閉情況下的實際光化學效率。ΦPSⅡ值降低，光能過剩，導致光抑制或光破壞，較高的ΦPSⅡ值說明能夠把所捕獲的光能更多地用于光化學反應，光合能力較強[12]。由圖5可知，土壤水分含量太高或太低均降低廣藿香的ΦPSⅡ值；廣藿香在RWC 95%處理中ΦPSⅡ值低于RWC 20%處理，而在RWC 60%處理中ΦPSⅡ值最高，可見土壤相對含水量為60%時較適宜廣藿香生長。

3討論與結論

植物受到土壤環(huán)境脅迫后會有一個復雜的適用性的生理和生態(tài)學過程，期間受到各種因素的影響，且各種因素之間又可能存在相互影響。該研究通過對土壤水分脅迫下的廣藿香的葉綠素熒光參數初始熒光(F0)、最大熒光(Fm)、可變熒光(Fv)、PSⅡ最大光化學效率(Fv/Fm)、PSⅡ電子傳遞量子產率(ΦPSⅡ)進行研究，結果發(fā)現土壤水分含量對上述參數均有顯著影響(P<0.05)。

水分脅迫使廣藿香F0上升，說明廣藿香葉片PSⅡ天線色素吸收的能量流向光化學的部分減少，以熱耗散和熒光形式散失的能量增加；水分脅迫使Fv下降，降低了PSⅡ反應中心QA的氧化態(tài)數量，使QA→QB傳遞電子的能力下降[13]；最大光化學效率(Fv/Fm)反映了當所有PSⅡ反應中心均處于開放狀態(tài)時的量子產量，曹玲等[14]研究認為當植物受到脅迫時,其值會顯著下降。該研究結果顯示,7 d時，除RWC 60%處理外，其余各處理組與對照均有顯著的差異，水分脅

迫降低了PSII原初光能轉化效率，使PSⅡ潛在活性受損，光合作用原初反應過程受抑制。Fv/Fm隨著脅迫時間的延長總體趨于下降趨勢，表明長期水分脅迫可使廣藿香葉的PSⅡ活性中心受損；第21天時，RWC 20%和RWC 95%處理的廣藿香Fv/Fm分別比對照下降了28.62%和36.48%,說明長時間土壤水分過低、過高脅迫會對廣藿香苗的PSⅡ系統產生不利影響。

ΦPSⅡ降低，光能過剩，導致光抑制或光破壞，較高的ΦPSⅡ說明能夠把所捕獲的光能更多地用于光化學反應，光合能力較強，廣藿香在RWC 95%處理中ΦPSⅡ值低于RWC 20%處理，而在RWC 60%處理中ΦPSⅡ值最高，可見RWC 60%處理較適宜廣藿香生長。

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摘要以廣藿香為供試材料，采用盆栽試驗方法，研究不同土壤水分對廣藿香葉綠素熒光參數的影響。結果表明，土壤水分脅迫對廣藿香初始熒光(F0)、最大熒光(Fspan)、可變熒光(Fspan)、PSⅡ最大光化學效率(Fspan/Fspan)、PSⅡ電子傳遞量子產率(Φspan)均有顯著影響(P<0.05)；隨著土壤水分脅迫強度增大和脅迫時間的延長，廣藿香光化學效率(Fspan/Fspan)呈下降趨勢，下降程度表現為土壤田間最大持水量的20%(RWC 20%)>土壤田間最大持水量的95%(RWC 95%)>土壤田間最大持水量的40%(RWC 40%)>土壤田間最大持水量的80%(RWC 80%)>土壤田間最大持水量的60%(RWC 60%)；RWC 60%處理廣藿香葉綠素熒光參數水平最佳，此土壤水分條件有利于廣藿香生長。

關鍵詞廣藿香；水分脅迫；葉綠素熒光；影響

Effects of Water Stress on Chlorophyll Fluorescence ofPogostemoncablin(Blanco)Benth.

HUANG Yan-ping, YUAN Ping, SHEN Xiao-meng et al (Research & Development Center for Engineering and Technology of Medicinal Resources Protection and Utilization in South China, Guandong Food and Drug Vacational College, Guangzhou, Guangdong 510520)

AbstractThe effects of different soil water contents on the chlorophyll fluorescence parameters ofPogostemoncablin(Blanco)Benth.were studied by using a pot experiment.The results showed that soil water stress had significant effects (P>0.05) onPogostemoncablin(Blanco)Benth.initial fluorescence(F0), maximum fluorescence(Fspan), variable fluorescence(Fspan), maximal photochemical efficiency(Fspan/Fspan) and quantum yield of PSⅡelectron transport(Φspan); with the increasing of water stress intensity and the extending of stress time, the photochemical efficiency(Fspan/Fspan) ofPogostemoncablin(Blanco)Benth.decreased presenting as RWC 20%>RWC 95%>RWC 40%>RWC 80%>RWC 60%; the chlorophyll fluorescence parameters under the condition of RWC 60% were optimal, these soil water conditions were more suitable for the growth ofPogostemoncablin(Blanco)Benth.

Key wordsPogostemoncablin(Blanco)Benth.; Water stress; Chlorophyll fluorescence; Influence

收稿日期2015-11-30

作者簡介黃艷萍(1976- )，男，廣東南雄人，高級實驗師，碩士，從事中草藥及植物化學研究。

基金項目廣東省科技計劃項目(2011B020301007)。

中圖分類號S 567

文獻標識碼A

文章編號0517-6611(2016)01-171-03