辣木起源于印度和非洲的干旱或半干旱地区，凭借超强的生态适应力、丰富的营养价值和独特的生物活性，成为一种极具开发潜力的树种^[1]。辣木生长快速且具有很高的经济价值，用途广泛，是目前已发现的最好的植物蛋白、维生素、叶酸、泛酸、钙、铁、硒等多种营养素来源，且辣木含有氨基甲酸酯和酚性成分，具有抗菌、降血压、降血糖等作用。此外，辣木种子含有净水活性很高的蛋白质，这种蛋白具有天然、无毒、无副作用、易于降解等特点；辣木籽油是高级烹调油、化妆品、香料和防腐剂的优良原料^[2]。辣木具有生育期短、耐旱和耐贫瘠等特性，水分胁迫条件下有生理落叶及根腐的现象。因此，探索辣木的水分需求特性对提高辣木产量和品质、发展山区多种经济、增加农民收入具有重要意义。但目前对水分胁迫条件下辣木的耐受程度以及生长发育和光合特性的变化仍然未知。

水分胁迫破坏植株体内的水分代谢，导致叶绿素含量减少、光合作用下降、植株生长受阻，是限制植物生长发育的重要因子^[3]。光合作用是植物最基本的生命活动，是对水分胁迫最敏感的生理过程之一，植物受到水分胁迫后会出现光合速率下降的现象^[4-7]。叶绿素荧光是探测和分析植物光合功能的重要手段，具有便捷、灵敏、快速、无损伤等特点，其参数中包含着非常丰富的信息，近年来成为研究作物光合生理与干旱胁迫关系的有力工具^[8]。利用荧光动力学参数揭示光合作用的生理机制，在玉米和小麦上已有较多报道，研究表明：水分胁迫可引起作物的叶绿素荧光参数F_v/F_o和F_v/F_m显著降低，反映了PSⅡ反应中心光合潜能的下降^[9]。这方面的研究在其他作物上进行的较多^[10]，但在辣木上的研究较少，目前尚不清楚水分胁迫下辣木叶片的叶绿素荧光参数变化。因此本试验以辣木为材料，研究水分胁迫对其生长发育和光合作用的影响，旨在了解辣木的水分需求特性，揭示水分胁迫与辣木光合作用及相关生理指标之间的关系，为辣木栽培管理、抗性筛选提供理论参考。

1.   材料与方法

1.1   试验材料

供试辣木品种为多油辣木PKM-1。

1.2   试验设置

试验在云南省热带作物科学研究所中—古辣木科技合作示范基地(N22°0′31″，E100°46′56″，海拔570 m)进行。供试土壤为砖红壤土，pH 5.43、全氮1.70 g/kg、有机质24.86 g/kg、全磷1.20 g/kg、全钾8.28 g/kg、全钙3.26 g/kg、全镁1.70 g/kg。供试土壤用前碾碎，分别加入20%和5%的有机肥和钙镁磷肥混合均匀后装桶。栽培容器为聚乙烯塑料桶，高22 cm，内径26 cm，每盆装土7 kg。

1.3   水分处理

采用土盒烘干法测得田间持水量为48.46%。利用称重法计算补水量，设5个处理，分别为：充分供水(TA)、轻度水分胁迫(TB)、中度水分胁迫(TC)、重度水分胁迫(TD)和严重水分胁迫(TE)，其土壤含水量分别为田间最大持水量的90%、70%、50%、30%和10%。以上处理各设3个重复，每个重复3盆，共计45盆。利用透明防雨棚遮挡自然降水，2017年7月26日选取长势较一致的辣木穴盘苗定植，每盆种植1株，保持正常供水，40 d后植株成活稳定进行茎粗、株高、冠幅等基数的测定；2017年9月6日开始分梯度控水，持续到整个苗期结束(2017年10月10日)。

1.4   性状参数的测定

1.4.1   形态与生理指标

采用直接测量法测株高、茎粗、冠幅、单株叶片数；扫描法测叶面积；称重法测叶片重、茎秆重、根重；采用乙醇提取法测叶绿素含量^[11]；鲜干重差值法测叶片、茎秆、根相对含水量^[11]。

1.4.2   叶绿素荧光参数

采用PAM-2500便携式叶绿素荧光仪测定叶绿素荧光动力学参数。测定叶绿素荧光时，叶片预先暗适应30 min，然后直接读出初始荧光(F_o)、最大荧光(F_m)、可变荧光F_v，代表PSⅡ最大光化学量子产量的参数F_v/F_m、代表PSⅡ潜在活性的参数F_v/F_o、反映PSⅡ反应中心中开放程度的参数光化学猝灭系数qP。其中F_v=F_m−F_o，qP=(F_m′−F_s)/(F_m′−F_o′)，F_m′和F_o′分别表示光下最大和最小荧光，对各参数均重复测定5次，取平均值^[12]。

1.4.3   快速光曲线拟合参数的测定

快速光曲线测定参照朱弘等^[13]的方法，通过在Imagining-PAM的光响应曲线窗口设置不同光强梯度系列测定光响应曲线。

1.5   数据处理

利用Excel进行数据整理并作图，利用DPS v7.05统计软件进行方差分析及显著性检验，采用单因素方差分析差异性，结果用平均值±标准差表示。

2.   结果与分析

2.1   不同水分胁迫下辣木幼苗生物量积累变化

2.1.1   水分胁迫对辣木幼苗植株形态的影响

由图1可知：水分胁迫前，植株形态指标较一致，无显著差异。水分胁迫后，TA处理全部死亡；TC处理的株高、茎粗、冠幅和叶片数均显著高于TD和TE处理；随着水分胁迫程度的加剧，各个指标呈递减趋势，差异均达到显著水平；TB处理的株高、茎粗和叶片数均显著底于TC处理。

图  1  水分胁迫对辣木苗期植株形态的影响

注：TA. 充分供水；TB. 轻度胁迫；TC. 中度胁迫；TD. 重度胁迫；TE. 严重胁迫；不同小写字母表示差异显著(P<0.05)；下同。

Figure  1.  Effects of water stress on the morphology of M. oleifera seedlings

Note: TA. optimal water content ; TB. mild water stress; TC. moderate water stress; TD. severe water stress; TE. extremely severe water stress; different letters within a column indicate significant differences between treatments (P<00.05); the same as below.

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2.1.2   水分胁迫对辣木苗期地上部和根部生物产量的影响

由表1可知：TC处理的叶干重、茎干重、根干重、叶面积、根含水量、根长、根幅和根粗均高于TD和TE处理，且随着干旱胁迫程度的加剧，呈递减趋势，根冠比呈递增趋势。其中，茎干重、根干重、根含水量、根长、根幅、根粗和根冠比6个指标中，TC与TD之间没有达到差异显著水平，而TC与TE之间均达到差异显著水平。TB处理的叶面积和根长均显著低于TC处理，其他各个指标差异不显著。

表  1  水分胁迫对辣木苗期植株形态的影响

Table  1.  Effect of water stress on the plant morphology of M. oleifera seedlings

处理 treatment	叶干重/g leaf dry weigt	叶含水量/% leaf relative water content	茎干重/g stem dry weight	茎含水量/% stem relative water content	根干重/g root dry weight	根含水量/% root relative water content
TB	5.11±1.48 a	81.94±0.55 a	9.45±3.38 a	85.26±0.78 a	5.14±1.19 ab	78.31±0.88 a
TC	5.85±0.24 a	81.14±0.79 a	10.16±2.22 a	86.08±1.96 a	6.91±0.88 a	78.23±1.47 a
TD	3.26±0.33 b	82.82±3.33 a	6.52±0.37 ab	82.64±2.32 a	5.27±0.53 ab	74.43±2.19 a
TE	1.92±0.40 b	79.39±0.12 a	3.46±0.45 b	83.20±0.34 a	3.68±0.42 b	64.19±0.96 b
处理 treatment	叶面积/cm2 leaf area	根长/cm root length	根幅/cm root crown	根粗/mm root thick	根冠比 root/shoot ratio
TB	1 019.72±211.85 b	10.07±1.04 b	7.30±1.24 a	20.90±0.31 a	0.37±0.09 c
TC	1 442.29±139.68 a	15.88±0.68 a	7.15±0.51 a	23.27±1.06 a	0.43±0.02 bc
TD	799.34±40.20 b	14.90±1.25 a	6.41±1.13 ab	23.26±1.82 a	0.54±0.05 b
TE	466.87±95.14 c	11.74±0.76 b	4.62±0.37 b	17.47±1.34 b	0.69±0.07 a
注：TB. 轻度胁迫；TC. 中度胁迫；TD. 重度胁迫；TE. 严重胁迫；不同小写字母表示差异显著(P<0.05)；下同。 Note：TB. mild water stress; TC. moderate water stress; TD. severe water stress; TE. extremely severe water stress; different letters indicate significant differences(P<0.05); the same as below.

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2.2   水分胁迫对辣木苗期光合色素含量的影响

由图2可知：随着水分胁迫程度的加剧，叶绿素a、叶绿素b和叶绿素a+b的含量均呈递减趋势。

图  2  水分胁迫对辣木苗期光合色素含量的影响

Figure  2.  Effect of water stress on photosynthetic pigment content of M. oleifera seedlings

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2.3   水分胁迫对辣木苗期叶绿素荧光参数的影响

2.3.1   水分胁迫对辣木苗期叶片F_o、F_m、F_v值的影响

由表2可知：随着水分胁迫程度的加剧，TC、TD和TE处理的初始荧光F_o值呈递增趋势，最大荧光F_m和可变荧光F_v值呈递减趋势，且TC处理的F_o和F_v值与TE处理均达到差异显著水平，而与TD处理未达到差异显著水平，表明TC处理的光合潜力最大，TD处理的胁迫程度较轻。此外，TB处理的F_m和F_v值显著小于TC处理，表明TB处理的光合潜力小于TC处理。

表  2  水分胁迫对辣木苗期叶片F_o、F_m和F_v值的影响

Table  2.  Effects of water stress on F_o, F_m and F_v values of M. oleifera seedling

处理treatment	Fo	Fm	Fv
TB	0.53±0.02 c	2.79±0.09 b	2.26±0.11 b
TC	0.57±0.02 bc	3.04±0.14 a	2.47±0.12 a
TD	0.58±0.01 b	2.98±0.16 ab	2.40±0.15 ab
TE	0.64±0.04 a	2.87±0.14 ab	2.24±0.17 b

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2.3.2   水分胁迫对辣木苗期叶片F_v/F_m、F_v/F_o和qP值的影响

由图3可知：随着水分胁迫程度的加剧，TC、TD和TE处理的F_v/F_m、F_v/F_o和qP值均呈递减趋势，其中，TC处理与TE处理均达到差异显著水平，而TC与TD处理均未达到差异显著水平。表明TC处理的光合能力最强，TD处理的胁迫程度较轻，TE处理的胁迫程度对辣木的生长发育影响较大。TB处理的F_v/F_m、F_v/F_o和qP值小于TC处理，表明TB处理的光合能力小于TC处理。

图  3  水分胁迫对辣木苗期叶片F_v/F_m、F_v/F_o和qP值的影响

Figure  3.  Effect of water stress on F_v/F_m, F_v/F_o and qP in leaves of M. oleifera seedlings

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2.3.3   快速光响应曲线

由图4可知：TE处理的最大潜在电子传递速率rETRmax值显著小于其他3个处理，TC处理的rETRmax值最高，但与TB和TD处理的差异不显著。表明TE处理的胁迫程度对辣木的生长发育影响较大。

图  4  水分胁迫对辣木叶片快速光响应曲线的影响

Figure  4.  Effect of water stress on the fast light response curves of M. oleifera leaves

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3.   讨论

水分胁迫下，作物幼苗的生长会发生一系列形态建成过程的改变^[14]。水分敏感程度不同的作物品种对水分响应的生长表现不同，因而研究水分胁迫条件下辣木苗期生长过程的变化，可反映出辣木幼苗对水分胁迫的适应性和耐受程度，揭示辣木的耐旱机理。有研究表明：辣木幼苗经历轻度缺水后，幼苗的抗旱能力有所提高^[15]。辣木幼苗对干旱胁迫具有一定的耐受性，通过保持较高的相对含水量，提高水分利用效率，增加光合色素含量和平衡抗氧化体系。本研究表明：充分供水(TA)和轻度水分胁迫(TB)易引起辣木涝水胁迫，辣木在中度水分胁迫(TC)下长势最好，重度水分胁迫(TD)和严重水分胁迫(TE)易引起辣木干旱胁迫。干旱胁迫影响辣木幼苗的多项形态指标，抑制辣木幼苗的生长，与前人在玉米、棉花等作物上的研究结果^[16-17]一致。同时涝水胁迫严重时易导致幼苗死亡，轻微涝水胁迫将抑制辣木地上部以及根部生长发育。

本研究结果表明：水分胁迫对辣木苗期植株叶面积、根冠比和光合作用影响显著，叶片、茎秆和根的含水量变化不显著。干旱胁迫和涝水胁迫都将降低植株叶面积和光合能力，而植株的含水量几乎没有变化。干旱胁迫条件下辣木苗期植株的根冠比显著增加。不同作物适应干旱的方式多种多样，辣木主要通过减少叶面积和发达的根系来适应干旱，而且植株体内仍保持较高的含水量和光合速率。严重水分胁迫处理(土壤最大持水量的10%)时，辣木幼苗未出现叶片凋落和幼苗死亡现象，说明辣木幼苗确实具有较强的干旱适应能力。

植物体内的叶绿素荧光变化与光合作用中光系统对光能的吸收、传递、耗散、分配等反应紧密相连，各种因素对光合作用某些过程的影响都可通过叶绿素荧光测定以荧光参数的变化反映出来。初始荧光F_o是光系统Ⅱ(PSⅡ)反应中心处于完全开放时的荧光产量，F_o增加表明PSⅡ反应中心遭受不易逆转的破坏^[18]。F_v/F_m是PSⅡ最大光化学量子产量，其大小反映了PSⅡ反应中心内原初光能的转换效率(最大PSⅡ的光能转换效率)，非胁迫条件下该参数的变化极小，不受物种和生长条件的影响，胁迫条件下该参数明显下降，是反映光抑制程度的良好指标^[19]。F_v/F_o则反映了PSⅡ的潜在活性，二者是光化学反应状况评价的2个重要参数^[20]。光化学淬灭系数(qP)反映了PSⅡ反应中心中开放程度。本研究发现：水分胁迫下辣木叶绿素荧光参数的变化与其抗旱性密切相关。TC、TD和TE处理的初始荧光F_o值程递增趋势，最大荧光F_m和可变荧光F_v值呈递减趋势，表明干旱胁迫导致PSⅡ反应中心受到破坏或可逆失活，光合潜力下降，活性降低。干旱胁迫和涝水胁迫下F_m、F_v、F_v/F_m、F_v/F_o和qP值降低，表明水分胁迫下叶片的光合效率和光能利用率均有所下降，这与前人在小麦上的研究结果^[21]一致。辣木在TC土壤水分含量为土壤最大持水量的50%时光合能力最强，说明适度的干旱胁迫有利于辣木的生长发育。TC处理的F_o、F_v、F_v/F_m、F_v/F_o、qP和rETRmax值与TD处理差异不显著，表明辣木在重度水分胁迫(TD)下仍能保持较高的光合能力，辣木确实具有较强的干旱适应能力。

4.   结论

中度水分胁迫(土壤水分含量为土壤最大持水量的50%)最适宜辣木苗期的栽培生长。水分胁迫下，辣木叶绿素荧光参数的降低是生物量减少的主要原因。在干旱胁迫条件下辣木仍保持较高水势、根冠比和光合能力是辣木抗旱耐旱的重要生理基础。