高溫干旱雙重脅迫下水稻灌漿結(jié)實(shí)期的光合生理變化

高煥曄，宗學(xué)鳳，呂 俊，徐 宇，何秀娟，董玉鋒，張 燕，王三根*

（1.貴州大學(xué) 煙草學(xué)院，貴陽(yáng) 550025；2.西南大學(xué) 農(nóng)學(xué)與生物科技學(xué)院/三峽庫(kù)區(qū)生態(tài)農(nóng)業(yè)與可持續(xù)發(fā)展研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，重慶 400716）

綠色植物有機(jī)物90%以上來自光合作用，因此作物的產(chǎn)量特別是生育后期的產(chǎn)量與其光合特性關(guān)系極其密切。非生物逆境，尤其是高溫和干旱是影響作物優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)低耗的重要限制因素，高溫伏旱是造成我國(guó)南方各地水稻（Oryza sativaL.）品質(zhì)下降和減產(chǎn)的重要災(zāi)害[1-2]。

有關(guān)單一溫度與水分脅迫對(duì)水稻的影響已有很多研究。但水稻灌漿結(jié)實(shí)期經(jīng)常遭遇高溫伏旱并非單一的高溫或干旱脅迫，而是高溫與干旱的復(fù)合脅迫。然而，由于多重脅迫試驗(yàn)因素的增多，試驗(yàn)條件控制的難度增大以及試驗(yàn)規(guī)模的擴(kuò)大，導(dǎo)致開展植物多重脅迫研究的難度相對(duì)較大，相關(guān)報(bào)道很少。高溫和干旱復(fù)合脅迫對(duì)作物生長(zhǎng)發(fā)育和產(chǎn)量品質(zhì)的影響，已有部分研究者在少數(shù)幾個(gè)作物上開展了相關(guān)研究。如Kaur等[3]，戴廷波等[4]研究了高溫和水分逆境復(fù)合脅迫對(duì)小麥生長(zhǎng)與生理特性的影響。而水稻在這方面的研究罕見。在植物眾多的生理過程中，光合作用是對(duì)環(huán)境高溫和干旱的響應(yīng)最為敏感的過程之一，在高溫和干旱引起的其他脅迫癥狀尚未出現(xiàn)時(shí)，光合作用就可能已經(jīng)受到抑制[5]。進(jìn)行高溫干旱脅迫下水稻灌漿結(jié)實(shí)期的光合生理變化研究有重要意義。

由于重慶與三峽庫(kù)區(qū)水稻灌漿結(jié)實(shí)期常常遭遇高溫干旱雙重脅迫，導(dǎo)致植株生理功能異常，葉片早衰，產(chǎn)量和品質(zhì)下降，因此開展相關(guān)光合生理特性監(jiān)測(cè)，可為制訂水稻抗逆的遺傳育種和栽培措施提供有價(jià)值的參考資料[6-7]。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料與設(shè)計(jì)

本研究模擬高溫干旱逆境條件，在人工氣候室采用盆栽方法進(jìn)行。土壤養(yǎng)分含量為有機(jī)質(zhì)17.21 g/kg，全氮1.09 g/kg，全磷0.81 g/kg，全鉀19.75 g/kg，堿解氮71 mg/kg，有效磷15 mg/kg，有效鉀160 mg/kg。溫度因子設(shè)高溫（日均30℃±0.5℃）和適溫（日均25℃±0.5℃）兩個(gè)水平；水分因子設(shè)正常供水（盆缽?fù)撩姹３炙畬?～5 cm）、中度干旱（盆缽?fù)寥老鄬?duì)含水量為50%～60%）和嚴(yán)重干旱（盆缽?fù)寥老鄬?duì)含水量為30%～40%）三個(gè)水平。高溫與干旱脅迫從齊穗開始，脅迫時(shí)間設(shè)10 d，20 d，30 d，40 d四個(gè)水平。采用整體稱重法進(jìn)行盆缽?fù)寥篮康谋O(jiān)測(cè)，實(shí)時(shí)補(bǔ)水調(diào)控至設(shè)定水平。當(dāng)高溫脅迫完成后，盆缽即刻移入適溫溫室；干旱脅迫結(jié)束后，立即對(duì)盆缽進(jìn)行復(fù)水處理。試驗(yàn)材料為水稻品系H5，實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)在西南大學(xué)。

以適溫-正常供水[Optimal temperature，Wellwatered，OT-WW（CK）]為對(duì)照組；考查適溫-中度 干旱 （Optimal temperature，Moderate drought，OT-MD）；適溫-重度干旱（Optimal temperature，Severe drought，OT-SD）；高溫-正常供水（High temperature，Well-watered，HT-WW）；高溫-中度干旱 （High temperature，Moderate drought，HTMD）；高溫-重度干旱（High temperature，Severe drought，HT-SD）這五種處理?xiàng)l件下的變化。

1.2 測(cè)定方法

葉綠素含量測(cè)定：將所測(cè)定葉片洗凈，去掉較粗主脈，剪成4～8 mm小葉條，混勻，稱取0.1 g放入20 mL具塞試管，加入10 mL 95%乙醇直接浸提葉綠體色素8～12 h，其間振蕩2～3次，直至小葉條全部變白為止。搖勻提取液，吸取1 mL于光徑1 cm的比色杯中，加入2 mL 95%乙醇稀釋，搖勻后立即進(jìn)行比色，讀取665 nm、649 nm、470 nm下的吸光度。以95%乙醇為空白調(diào)零。計(jì)算光合色素含量[8]。

光合指標(biāo)測(cè)定:從灌漿結(jié)實(shí)期高溫干旱雙重脅迫的當(dāng)天開始，根據(jù)試驗(yàn)設(shè)計(jì)的脅迫天數(shù)，選取各處理劍葉的中部位置進(jìn)行測(cè)量，重復(fù)測(cè)定3～4次。測(cè)定儀器為L(zhǎng)I-6400便攜式光合作用測(cè)量系統(tǒng)（LI-COR Inc，USA），葉室為紅藍(lán)光源葉室，測(cè)定條件為CO2濃度400 μL/L，光強(qiáng)為1 200 μmol/(m2·s)。測(cè)定指標(biāo)包括凈光合速率（Pn）、氣孔導(dǎo)度（Gs）、蒸騰速率（Tr）以及胞間CO2濃度（Ci）[9]。

1.3 數(shù)據(jù)處理與分析

用Microsoft Office Excel進(jìn)行數(shù)據(jù)整理，用DPS統(tǒng)計(jì)分析軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 灌漿結(jié)實(shí)期高溫與干旱脅迫對(duì)水稻葉綠素a含量的影響

圖1表明，在適溫-正常供水的情況下，水稻葉綠素a含量呈緩慢下降趨勢(shì)。與OT-WW（CK）相比，灌漿結(jié)實(shí)期高溫與干旱雙重脅迫導(dǎo)致了水稻葉綠素a含量先上升后下降，特別是HT-MD脅迫10 d時(shí)上升到最高值，之后又急劇下降到最低值。葉綠素a含量總體上以O(shè)T-MD脅迫處理最高，以HT-WW處理最低。也就是說，在適溫條件下，適當(dāng)?shù)母珊得{迫反而有利于葉綠素a含量的升高。方差分析結(jié)果見表1。

圖1 灌漿結(jié)實(shí)期高溫與干旱脅迫下水稻葉綠素a含量的動(dòng)態(tài)變化Fig.1 Dynamic change of chlorophyll a content during grain filling stage of rice under high temperature and drought stress

表1 灌漿結(jié)實(shí)期高溫與干旱脅迫對(duì)水稻葉綠素a含量的差異顯著性Table 1 Significance of chlorophyll a content under high temperature and drought stress in grain filling stage of rice

表1的方差分析結(jié)果表明，灌漿結(jié)實(shí)期高溫脅迫、干旱脅迫對(duì)水稻葉綠素a含量的影響達(dá)到顯著和極顯著水平。高溫脅迫總體上會(huì)導(dǎo)致水稻葉綠素a含量的降低，與適溫處理相比，高溫處理的葉綠素a含量的平均值降低了0.2 mg/g。與正常供水處理相比，中度干旱脅迫能導(dǎo)致葉綠素a的增加，增加幅度為0.36 mg/g，重度干旱脅迫下的葉綠素a含量與中度干旱下的接近。

2.2 灌漿結(jié)實(shí)期高溫與干旱脅迫對(duì)水稻葉綠素b含量的影響

圖2表明，在OT-WW的情況下，水稻葉綠素b含量呈先緩慢上升后下降趨勢(shì)。與對(duì)照組相比，灌漿結(jié)實(shí)期高溫與干旱在初期有刺激葉綠素b升高的效應(yīng)，但隨著處理時(shí)間延長(zhǎng)，葉綠素b含量開始下降，特別是OT-SD脅迫下水稻葉綠素b含量急劇下降到最低值。值得注意的是，適溫和正常供水其葉綠素b含量在試驗(yàn)后期（40 d）大大高于其他處理。方差分析結(jié)果見表2。

圖2 灌漿結(jié)實(shí)期高溫與干旱脅迫下水稻葉綠素b含量的動(dòng)態(tài)變化Fig.2 Dynamic change of chlorophyll b content during grain filling stage of rice under high temperature and drought stress

表2 灌漿結(jié)實(shí)期高溫與干旱脅迫對(duì)水稻葉綠素b含量的差異顯著性Table 2 Significance of chlorophyll b content under high temperature and drought stress in grain filling stage of rice

表2的方差分析結(jié)果表明，灌漿結(jié)實(shí)期高溫脅迫、干旱脅迫對(duì)水稻劍葉葉綠素b含量的影響達(dá)到顯著和極顯著水平。且隨著脅迫時(shí)間延長(zhǎng)，這種差異更為顯著。

2.3 灌漿結(jié)實(shí)期高溫與干旱脅迫對(duì)水稻類胡蘿卜素含量的影響

圖3表明，在OT-WW的情況下，水稻類胡蘿卜素含量在試驗(yàn)初期開始增加，但隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，其含量呈緩慢下降趨勢(shì)。與OT-WW相比，灌漿結(jié)實(shí)期高溫與中度干旱雙重脅迫導(dǎo)致了水稻類胡蘿卜素含量在10 d時(shí)上升到最高值后又急劇下降。OT-SD和HT-SD脅迫下水稻類胡蘿卜素含量變化較特別，在10 d時(shí)下降，在20 d時(shí)又緩慢下降。同時(shí)值得關(guān)注的是，高溫與重度干旱脅迫下類胡蘿卜素含量在試驗(yàn)后期（30～40 d）明顯高于其他處理。方差分析結(jié)果見表3。

圖3 灌漿結(jié)實(shí)期高溫與干旱脅迫下水稻類胡蘿卜素含量的動(dòng)態(tài)變化Fig.3 Dynamic change of carotenoid content during grain filling stage of rice under high temperature and drought stress

表3 灌漿結(jié)實(shí)期高溫與干旱脅迫對(duì)水稻類胡蘿卜素含量的差異顯著性Table 3 Significance of carotenoid content under high temperature and drought stress in grain filling stage of rice

表3的方差分析結(jié)果表明，灌漿結(jié)實(shí)期高溫脅迫、干旱脅迫對(duì)水稻類胡蘿卜素含量的影響達(dá)到顯著和極顯著水平，這種變化在干旱脅迫的處理中尤為突出，并且隨著脅迫時(shí)間延長(zhǎng)，差異更甚。

2.4 灌漿結(jié)實(shí)期高溫與干旱脅迫對(duì)水稻葉綠素a與葉綠素b比值的影響

圖4表明，在OT-WW處理下，水稻葉綠素a/b在前10 d呈緩慢下降，10～20 d上升不明顯，20 d以后急劇上升。與之相比，灌漿結(jié)實(shí)期中度干旱脅迫、高溫脅迫均導(dǎo)致了水稻葉綠素a/b在10 d前下降，10 d后上升。特別是在中度干旱與重度干旱脅迫下，葉綠素a/b在30 d后急劇上升到較高水平。HT-MD和HT-SD雙重脅迫下，水稻葉綠素a/b也有變化，但在前30 d時(shí)較平穩(wěn)，在30 d后緩慢上升。圖4還表明，在試驗(yàn)后期（30～40 d）葉綠素a/b可分為兩組，其中適溫處理組明顯高于高溫處理組。

圖4 灌漿結(jié)實(shí)期高溫與干旱脅迫下水稻葉綠素a/b的動(dòng)態(tài)變化Fig.4 Dynamic change of chlorophyll a/b during grain filling stage of rice under high temperature and drought stress

2.5 灌漿結(jié)實(shí)期高溫與干旱脅迫對(duì)水稻葉綠素a+b的影響

圖5表明，在OT-WW處理情況下，水稻葉綠素a+b（總?cè)~綠素）的含量總體上是下降的。

圖5 灌漿結(jié)實(shí)期高溫與干旱脅迫下水稻葉綠素a+b的動(dòng)態(tài)變化Fig.5 Dynamic change of chlorophyll a+b content during grain fillingstageofriceunderhightemperatureanddroughtstress

HT-MD在10 d時(shí)水稻葉綠素a+b的含量上升到最高，但之后急劇下降至最低值。在中度干旱、重度干旱脅迫的前20 d水稻葉綠素a+b的含量略有上升，但在脅迫20 d后呈下降趨勢(shì)，40 d時(shí)下降到最低值。

2.6 灌漿結(jié)實(shí)期高溫與干旱脅迫對(duì)水稻凈光合速率的影響

圖6表明，在OT-WW的情況下，水稻葉片凈光合速率（Pn）在脅迫的0～10 d為上升趨勢(shì)，10d后則緩慢下降。HT-WW、HT-MD及HT-SD，還有OT-MD、OT-SD在脅迫0～10 d時(shí)的Pn均呈上升趨勢(shì)，10～20 d急劇下降，20～30 d繼續(xù)下降但幅度減小，30～40 d OT-MD、OT-SD脅迫下的Pn繼續(xù)平緩下降，但HT-WW、HT-MD脅迫下的Pn則突然急劇上升。HT-SD脅迫40 d的Pn由于脅迫強(qiáng)度較大而未能正常測(cè)出，故柱形圖上未予標(biāo)出。方差分析結(jié)果見表4。

圖6 灌漿結(jié)實(shí)期高溫與干旱脅迫下水稻凈光合速率（Pn）的動(dòng)態(tài)變化Fig.6 Dynamicchangeofnetphotosyntheticrate(Pn)during grainfillingstageofriceunderhightemperatureanddroughtstress

表4 灌漿結(jié)實(shí)期高溫與干旱脅迫對(duì)水稻Pn的差異顯著性Table 4 Significance of Pn under high temperature and drought stress in grain filling stage of rice

表4的方差分析結(jié)果表明，灌漿結(jié)實(shí)期高溫脅迫、干旱脅迫對(duì)水稻葉片凈光合速率（Pn）的影響達(dá)顯著和極顯著水平。從表4還可以看出，中度干旱對(duì)Pn的影響較小，但是在嚴(yán)重干旱下水稻葉片的Pn大幅度下降。

2.7 灌漿結(jié)實(shí)期高溫與干旱脅迫對(duì)水稻胞間CO2濃度的影響

圖7表明，包括OT-WW的對(duì)照組在內(nèi)，所有處理的水稻葉片胞間CO2濃度（Ci）隨著脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)呈下降趨勢(shì)，脅迫20 d時(shí)達(dá)最低點(diǎn)；20～30 d時(shí)又都急劇上升，30～40 d期間，HT-WW、HT-MD繼續(xù)較快上升，OT-SD平緩上升；但OT-WW、OT-MD處理的水稻葉片Ci呈下降趨勢(shì)。高溫與重度干旱的雙重脅迫在脅迫40 d時(shí)參數(shù)因脅迫強(qiáng)度過大而未能正常測(cè)出，故Ci在柱形圖上未予顯示。方差分析結(jié)果見表5。

圖7 灌漿結(jié)實(shí)期高溫與干旱脅迫下水稻胞間CO2濃度（Ci）的動(dòng)態(tài)變化Fig.7 Dynamic change of CO2concentration inside leaf(Ci)during grain filling stage of rice under high temperature and drought stress

表5 灌漿結(jié)實(shí)期高溫與干旱脅迫對(duì)水稻Ci的差異顯著性Table 5 Significance of Ci under high temperature and drought stress in grain filling stage of rice

表5的方差分析結(jié)果表明，灌漿結(jié)實(shí)期高溫脅迫、干旱脅迫對(duì)水稻葉片Ci的影響達(dá)顯著和極顯著水平。與OT-WW相比，高溫脅迫、中度干旱脅迫總體上導(dǎo)致Ci上升，但重度干旱脅迫則導(dǎo)致Ci的大幅度下降。

2.8 灌漿結(jié)實(shí)期高溫與干旱脅迫對(duì)水稻氣孔導(dǎo)度（Gs）的影響

圖8表明，OT-WW、高溫、干旱及其雙重脅迫處理，隨著脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)，其水稻葉片氣孔導(dǎo)度（Gs）都呈下降趨勢(shì)，脅迫20 d時(shí)達(dá)到最低點(diǎn)；20 d以后又上升，尤其在20～30 d時(shí)上升最快。在脅迫20 d后，各處理間以重度干旱脅迫的氣孔導(dǎo)度最低。高溫與嚴(yán)重干旱的雙重脅迫在脅迫40 d時(shí)的參數(shù)因脅迫強(qiáng)度過大而未能正常測(cè)出，故Gs在柱形圖上未予顯示。方差分析結(jié)果見表6。

圖8 灌漿結(jié)實(shí)期高溫與干旱脅迫下水稻氣孔導(dǎo)度的動(dòng)態(tài)變化Fig.8 Dynamicchangeofstomatalconductance(Gs)duringgrain fillingstageofriceunderhightemperatureanddroughtstress

表6 灌漿結(jié)實(shí)期高溫與干旱脅迫下水稻Gs的差異顯著性Table 6 Significance of Gs under high temperature and drought stress in grain filling stage of rice

表6的方差分析結(jié)果表明，灌漿結(jié)實(shí)期高溫脅迫、干旱脅迫對(duì)水稻劍葉氣孔導(dǎo)度（Gs）的影響達(dá)顯著和極顯著水平。特別值得一提的是，在中度干旱下水稻葉片的Gs略有升高，而在嚴(yán)重干旱下水稻葉片的Gs又大幅度下降。

2.9 灌漿結(jié)實(shí)期高溫與干旱脅迫對(duì)水稻蒸騰速率的影響

圖9表明，OT-WW處理以及高溫、干旱及其雙重脅迫處理葉片蒸騰速率（Tr），隨脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)均呈下降趨勢(shì)，脅迫20 d時(shí)降到最低點(diǎn)；20～30 d急劇上升，30 d后，OT-WW與高溫脅迫的Tr趨于平緩；但中度干旱脅迫、高溫-中度干旱的雙重脅迫則導(dǎo)致Tr的急速下降，重度干旱脅迫下Tr則急劇上升。高溫與重度干旱的雙重脅迫在脅迫40 d時(shí)的參數(shù)因脅迫強(qiáng)度過大而未能正常測(cè)出，故Tr在柱形圖上未予顯示。方差分析結(jié)果見表7。

表7 灌漿結(jié)實(shí)期高溫與干旱脅迫對(duì)水稻Tr的差異顯著性Table 7 Significance of Tr under high temperature and drought stress in grain filling stage of rice

表7的方差分析結(jié)果表明，灌漿結(jié)實(shí)期高溫脅迫、干旱脅迫對(duì)水稻劍葉蒸騰速率（Tr）的影響達(dá)到顯著和極顯著水平。同時(shí)可以看出，高溫脅迫對(duì)水稻劍葉的Tr影響更為顯著；中度干旱可適度提高其Tr，而嚴(yán)重干旱下水稻劍葉的Tr又極顯著降低。

3 討論和結(jié)論

高溫和干旱的單一脅迫對(duì)水稻生理代謝、基因表達(dá)有重要影響，相關(guān)方面國(guó)內(nèi)外學(xué)者已經(jīng)有較多的研究[5-6，10-14]。而我國(guó)南方許多地方，特別是重慶與三峽庫(kù)區(qū)水稻灌漿結(jié)實(shí)期常常遭遇的是高溫干旱雙重脅迫，但是，采用同一材料同時(shí)比較研究高溫、干旱以及高溫干旱雙重脅迫對(duì)水稻產(chǎn)量品質(zhì)、生理代謝的影響涉及得不多[2，7]，趙鳳云等[15]研究了干旱高溫復(fù)合脅迫下轉(zhuǎn)基因水稻苗期的光合與抗氧化生理變化。高溫干旱雙重脅迫對(duì)水稻生育后期光合生理特性影響的研究難覓，我們實(shí)驗(yàn)室[16]就高溫干旱雙重脅迫對(duì)水稻劍葉光合特性、膜脂過氧化作用的影響做了初步研究，但沒有系統(tǒng)地比較高溫、干旱的單一脅迫與雙重脅迫間的光合生理差異。有研究者在其他作物上進(jìn)行了高溫干旱雙重脅迫的試驗(yàn)。如戴廷波等[4]研究了花后高溫及溫度和水分互作對(duì)小麥的作用，區(qū)分了兩個(gè)逆境因素對(duì)相關(guān)指標(biāo)的影響。Grigorova等[17-18]分析了干旱與高溫互作對(duì)小麥熱激蛋白的效應(yīng)，并進(jìn)一步揭示了這種互作對(duì)小麥葉綠體和線粒體超微結(jié)構(gòu)的影響。Prasad等[19]研究了小麥灌漿期高溫與干旱單一與雙重脅迫對(duì)其產(chǎn)量和葉綠體的影響。我們的試驗(yàn)首次系統(tǒng)地比較研究了水稻在高溫、干旱的單一脅迫與雙重脅迫間的葉綠素a、葉綠素b、類胡蘿卜素含量、Pn、Ci、Gs、Tr等影響光合作用的重要生理指標(biāo)，比較分析了其灌漿結(jié)實(shí)期的表現(xiàn)，可為水稻栽培育種提供重要參考。

水稻在高溫脅迫下，會(huì)發(fā)生葉綠體結(jié)構(gòu)受損，光合色素降解，光合相關(guān)酶活性降低，光合速率顯著下降[20-21]。李穩(wěn)香等[22]研究表明，雜交中稻組合葉片的總?cè)~綠素含量、類胡蘿卜素含量在自然高溫以及人工高溫脅迫下均顯著下降，而后者的變化量與結(jié)實(shí)率顯著相關(guān)。曹云英等[23]的研究表明，水稻開花期高溫脅迫處理降低了水稻葉面積指數(shù)，劍葉葉綠素含量和光合速率下降，植株干物質(zhì)生產(chǎn)減少。王澤港等[24]的試驗(yàn)結(jié)果表明水分脅迫處理會(huì)引起水稻的葉綠素含量和Pn下降。文漢等[25]研究也表明，抽穗后期的干旱逆境能導(dǎo)致水稻旗葉葉綠素含量迅速下降，抽穗后30 d水稻劍葉的葉綠素含量，在正常供水下僅比抽穗后2 d下降了31.07%，而同期干旱脅迫處理則下降了42.23%。本研究表明水稻在灌漿結(jié)實(shí)期高溫干旱脅迫下，不同色素對(duì)高溫與干旱脅迫的響應(yīng)存在差異。與OT-WW的對(duì)照相比，水稻在高溫正常供水處理中，葉綠素a含量下降，但在中度干旱、重度干旱以及高溫與中度干旱、高溫與重度干旱的雙重脅迫下，葉綠素a相對(duì)含量比對(duì)照有所增加，以O(shè)T-MD下的葉綠素a含量最高；葉綠素b含量總體均比對(duì)照低，但變幅不大；類胡蘿卜素含量也在重度干旱、高溫與中度干旱、高溫與重度干旱的雙重脅迫處理中表現(xiàn)出比OT-WW組更高的含量。觀察發(fā)現(xiàn)，隨著高溫與干旱脅迫的加劇，水稻植株從下部葉片開始逐漸發(fā)黃，但在植株綠葉數(shù)逐漸減少的情況下，葉片幾種光合色素含量表現(xiàn)有差別，并非都呈下降趨勢(shì)，這種現(xiàn)象背后的機(jī)制值得深入研究。我們的試驗(yàn)證明，幾種光合色素對(duì)高溫與干旱雙重脅迫的響應(yīng)不一致，如適當(dāng)?shù)母珊得{迫有利于葉綠素a含量的升高（圖1），適溫和正常供水其葉綠素b含量在試驗(yàn)后期（40 d）大大高于其他處理（圖2），高溫與重度干旱脅迫下類胡蘿卜素含量在試驗(yàn)后期（30～40 d）明顯高于其他處理。其中部分葉綠素a是反應(yīng)中心色素分子，其他光合色素屬于聚光色素分子。這些結(jié)果提示在水稻育種與栽培實(shí)踐中，可以利用光合色素的不同表現(xiàn)，調(diào)控其代謝過程，監(jiān)測(cè)其變化趨勢(shì)，以最大限度地提高光能利用效率。

本文關(guān)于水稻光合特性的研究表明，在本試驗(yàn)條件下定期監(jiān)測(cè)補(bǔ)水，維持一定含水量的高溫-干旱脅迫，總體上看，水稻植株P(guān)n，Ci，Gs，Tr等光合指標(biāo)僅在HT-SD脅迫下相比對(duì)照出現(xiàn)了較大幅度的下降，并且與其他各處理間的差距較大。如中度干旱對(duì)植株P(guān)n的影響較小，但在嚴(yán)重干旱下水稻葉片的Pn大幅度下降（表4）；水稻葉片Gs在脅迫20 d時(shí)達(dá)到最低點(diǎn)，20 d以后又上升，尤其在20～30 d時(shí)上升最快（圖8）。這些結(jié)果表明水稻對(duì)高溫-干旱脅迫有一定的適應(yīng)能力，這種現(xiàn)象可為制訂水稻抗逆的遺傳育種和栽培措施提供有價(jià)值的參考，如利用Gs的變化規(guī)律來調(diào)控光合速率的變化。CO2是植物進(jìn)行光合作用的原料，其吸收是光合作用對(duì)高溫最敏感的過程之一。在C3植物中，CO2的光合吸收包括從大氣擴(kuò)散到Rubisco酶活性位點(diǎn)一般要包括邊界層、氣孔傳導(dǎo)和葉肉傳導(dǎo)三個(gè)過程。由于氣孔導(dǎo)度的影響而引起的光合速率降低現(xiàn)象稱為氣孔限制[26]。高溫脅迫下是否會(huì)導(dǎo)致氣孔限制，與伴隨高溫的環(huán)境水分狀況有關(guān)。高溫已經(jīng)導(dǎo)致環(huán)境水分下降甚至引起干旱時(shí)，氣孔內(nèi)外環(huán)境的蒸汽壓差增大，植物為了減少蒸騰而關(guān)閉氣孔，便會(huì)形成氣孔限制。如果高溫沒有形成環(huán)境水分的下降，Gs則會(huì)隨葉溫增加而增加，甚至在光合系統(tǒng)遭到破壞的情況下，氣孔仍然是開放的[27]。參與光合作用的CO2在進(jìn)入氣孔后，還必須從胞間擴(kuò)散并溶解到胞內(nèi)葉綠體基質(zhì)中才能進(jìn)行羧化。CO2從胞間向胞內(nèi)的擴(kuò)散受碳酸酐酶和水孔蛋白的調(diào)控，高溫會(huì)影響這兩種蛋白質(zhì)的熱穩(wěn)定性而使擴(kuò)散受阻[28]。滕中華等[29]的試驗(yàn)結(jié)果表明，高溫脅迫下水稻葉片葉綠素含量降低；溫度鈍感水稻的Pn比適溫處理的對(duì)照組高，而溫度敏感型水稻在灌漿前期與適溫處理的差異不明顯，灌漿后期則高溫脅迫處理的Pn下降。張桂蓮等[30]的研究表明灌漿結(jié)實(shí)期高溫對(duì)水稻劍葉光合生理特性的影響和稻米品質(zhì)有關(guān)。戴新賓等[31]研究表明，如果干旱程度并不十分嚴(yán)重，水稻Gs等光合參數(shù)會(huì)表現(xiàn)出相應(yīng)的下降，而碳酸酐酶（CA）活性卻因?yàn)槟婢痴T導(dǎo)而有較大幅度的上升，從而促使葉肉導(dǎo)度上升和CO2有效供給增加，在一定程度上彌補(bǔ)由于氣孔關(guān)閉導(dǎo)致的光合速率的下降。胡繼超等[32]研究表明，水稻葉片水勢(shì)在干旱脅迫處理后明顯低于對(duì)照，凌晨葉片水勢(shì)的臨界值與葉片的Pn密切相關(guān)。何海兵等[33]研究了干旱區(qū)控制灌溉下水稻光合特性與蒸騰效率。我們的試驗(yàn)則系統(tǒng)地比較了水稻在高溫、干旱的單一脅迫與雙重脅迫間的光合生理差異，特別是在高溫干旱雙重脅迫下水稻Ci、Gs、Tr的變化以及由此表現(xiàn)出的Pn的變化。但是在高溫、干旱的單一脅迫與雙重脅迫下影響光合作用的氣孔限制與非氣孔限制的比重如何，需要進(jìn)一步的比較研究。

在本研究中，總體上看，光合色素含量以及光合生理指標(biāo)均以高溫干旱的雙重脅迫處理最低，表明了灌漿結(jié)實(shí)期高溫與干旱的雙重脅迫對(duì)水稻光合系統(tǒng)的傷害遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于單一的高溫脅迫或干旱脅迫。高溫干旱雙重脅迫對(duì)水稻生產(chǎn)的嚴(yán)重不利影響應(yīng)該引起栽培學(xué)家及育種學(xué)家的高度重視，也需要從機(jī)理上深入探究。在重慶與三峽庫(kù)區(qū)水稻灌漿結(jié)實(shí)期，因?yàn)榻?jīng)常遭遇到高溫干旱雙重脅迫，可從培養(yǎng)抗逆品種、調(diào)控栽培措施入手，防止植株葉片早衰，保障光合色素含量，提高光合效率，進(jìn)而穩(wěn)定產(chǎn)量和品質(zhì)。此外，由于葉綠體除了進(jìn)行光合作用外，還參與許多生物化學(xué)過程，如淀粉的合成和轉(zhuǎn)運(yùn)、亞硝酸鹽還原、硫酸鹽還原、蛋白質(zhì)與氨基酸的合成、DNA與RNA的合成、酯類、萜類和酚類的合成、四吡咯的合成以及這幾大類物質(zhì)的降解，因此，在高溫干旱雙重逆境研究中，還應(yīng)該加大上述系列物質(zhì)合成與降解代謝紊亂對(duì)水稻生理的傷害研究。

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