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PEG 6000 模拟干旱胁迫对铁皮石斛幼苗生理和叶绿素荧光特性的影响冯蕊，周琪，吴令上，朱玉球，高燕会（浙江农林大学省部共建亚热带森林培育国家重点实验室，浙江杭州311300）摘要：【目的目的】研究聚乙二醇 6000(PEG6000)模拟干旱对铁皮石斛 Dendrobium candidum 生理和叶绿素荧光特性的影响，为铁皮石斛的品种选育、产业化栽培和近野生栽培等提供参考。【方法方法】以铁皮石斛晶品 1 号D.candidumJingpinNo.1幼苗为实验材料，通过不同质量分数 PEG6000(5%、10%、20%、30%)模拟干旱胁迫处理铁皮石斛幼苗，观察铁皮石斛幼苗茎段和叶片细胞结构，并检测铁皮石斛叶片过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)活性及丙二醛(MDA)质量摩尔浓度、可溶性糖质量分数、可溶性蛋白质量分数、叶绿素质量分数及叶绿素荧光参数的动态变化。【结果结果】高质量分数 PEG6000(20%30%)处理后铁皮石斛茎段和叶片细胞内叶绿素质量分数减少。PEG6000 模拟干旱胁迫处理对铁皮石斛幼苗可溶性糖和可溶性蛋白、MDA、POD 和 CAT 有显著影响(P0.05)。可溶性糖质量分数随着PEG6000 质量分数的增加和处理时间的延长均呈上升趋势，到第 12 天时达最高值；可溶性蛋白则呈下降趋势；MDA 质量摩尔浓度、POD 活性和 CAT 活性随着 PEG6000 质量分数的增加呈先上升后下降的趋势，在 PEG6000 为 20%时达到峰值。PEG6000 模拟干旱处理对铁皮石斛幼苗最大光化学效率(Fv/Fm)、光合效率()、电子传递速度(ETR)、光化学猝灭系数(qP)和非化学猝灭系数(qNP)等叶绿素荧光参数有显著的影响(P0.05)。随着 PEG6000 胁迫处理时间的延长和 PEG6000 质量分数的增加，、ETR、Fv/Fm和 qP均呈显著下降趋势(P0.05)；而 qNP则呈先上升后下降的趋势。【结论结论】20%PEG6000 处理 12d 可用作铁皮石斛抗干旱品种的筛选，铁皮石斛幼苗可通过增加可溶性糖质量分数，减少可溶性蛋白质量分数，提高 POD 和 CAT 活性等防御酶活性抵抗和适应一定程度的干旱胁迫；铁皮石斛幼苗的最大光能转换效率降低，光合系统(PS)受到胁迫损伤，严重影响铁皮石斛幼苗的光合作用。同时，铁皮石斛幼苗通过启动qNP途径来消耗 PS反应中心吸收的过剩光能，维持正常的光合作用。因此，可溶性糖和可溶性蛋白、POD 和 CAT 以及叶绿体荧光参数均可作为铁皮石斛耐干旱的指标。图 6 参 44关键词：铁皮石斛；干旱胁迫；生理生化指标；叶绿素荧光参数；聚乙二醇中图分类号：S718.4文献标志码：A文章编号：2095-0756(2024)01-0132-13EffectsofPEG6000simulateddroughtstressonphysiologicalandchlorophyllfluorescencecharacteristicsofDendrobium candidumseedlingsFENGRui，ZHOUQi，WULingshang，ZHUYuqiu，GAOYanhui（StateKeyLaboratoryofSubtropicalSilviculture,ZhejiangA&FUniversity,Hangzhou311300,Zhejiang,China）Abstract:ObjectiveTheobjectiveistostudytheeffectsofPEG6000simulateddroughtonphysiologicalandchlorophyllfluorescencecharacteristicsofDendrobium candidum,soastoprovidereferenceforvarietyselection,industrial cultivation,and near wild cultivation of D.candidum.Method The seedlings of D.candidum Jingpin No.1 were used as experimental materials and treated with PEG 6000 at differentconcentrationstosimulatedroughtstress.ThestemsegmentandleafcellstructureofD.candidumseedlings收稿日期：2023-05-11；修回日期：2023-09-04基金项目：国家级大学生创新创业训练计划(201910341008)；浙江省农业新品种选育重大科技专项(2021C02074)作者简介：冯蕊(ORCID:0009-0000-3483-4829)，从事药用植物和观赏植物遗传改良和生物技术研究。E-mail:。通信作者：高燕会(ORCID:0000-0001-8827-9867)，副教授，从事观赏和药用植物遗传改良和生物技术研究。E-mail:浙江农林大学学报，2024，41（1）：132144Journal of Zhejiang A&F Universitydoi:10.11833/j.issn.2095-0756.20230301were observed,and the dynamic changes of peroxidase(POD),catalase(CAT)activity,malondialdehyde(MDA),soluble sugar,soluble protein,chlorophyll content and chlorophyll fluorescence parameters in D.candidum leaves were detected.Result(1)The content of chlorophyll in the stem and leaf cells of D.candidumdecreasedaftertreatmentwithhighconcentrationofPEG6000(20%30%).(2)PEG6000simulateddroughtstresssignificantlyaffectedthecontentofsolublesugarandprotein,MDA,PODandCATactivityofD.candidumseedlings.ThesolublesugarcontentincreasedwiththeincreaseofPEG6000concentrationandtheextensionoftreatmenttime,reachingitshighestvalueonthe12thday,whilethesolubleproteinshowedadownwardtrend.MDAcontent,PODandCATactivityincreasedfirstandthendecreasedwiththeincreaseofPEG6000concentration,reachingthepeakataPEG6000concentrationof20%.(3)PEG6000simulateddroughttreatmentofD.candidumseedlingssignificantlyaffectedchlorophyllfluorescenceparameterssuchasmaximum photochemical efficiency(Fv/Fm),photosynthetic efficiency(),electron transfer rate(ETR),photochemicalquenchingcoefficient(qP)andnon-chemicalquenchingcoefficient(qNP).WiththeextensionofPEG6000stresstreatmenttimeandtheincreaseofPEG6000concentration,ETR,Fv/FmandqPshowedasignificantdownwardtrend,whileqNPshowedatrendoffirstincreasingandthendecreasing.Conclusion20%PEG 6000 treatment for 12 days can be used as a method for screening drought resistant varieties of D.candidum,whichcanresistandadapttoacertaindegreeofdroughtstressbyincreasingthecontentofsolublesugar,reducingthecontentofsolubleproteinandimprovingtheactivitiesofdefenseenzymessuchasPODandCAT.The maximum light energy conversion efficiency of D.candidum seedlings decreases,and thephotosystem(PS)is damaged by stress,which seriously affect the photosynthesis of D.candidumseedlings.Atthesametime,D.candidumseedlingsconsumetheexcesslightenergyabsorbedbythePSreactioncenterbyactivatingtheqNPpathwaytomaintainnormalphotosynthesis.Therefore,solublesugarsandprotein,POD and CAT,and chloroplast fluorescence parameters can all be used as indicators of droughtresistanceinD.candidum.Ch,6fig.44ref.Key words:Dendrobium candidum;drought stress;physiology and biochemistry indicators;chlorophyllfluorescenceparameters;PEG干旱作为植物重要的非生物胁迫之一，是全球面临的重大环境问题，严重影响植物的生长、发育和生存1。植物会通过形态、生理生化、光合作用及分子水平等层次的响应抵御干旱胁迫29。植物受干旱胁迫伤害时，脂膜过氧化导致丙二醛(MDA)积累，使蛋白质和核酸变性，导致膜流动性降低，膜透性增强，因此 MDA 的多少可衡量植物细胞受伤害的程度10；活性氧保护酶过氧化物酶(POD)、超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化氢酶(CAT)协同作用可有效清除植物体内过多的自由基，从而维持植物体内活性氧代谢系统的平衡1112；植物还会积累可溶性糖等渗透调节物质以提高细胞保水能力，从而维持细胞的正常生理过程来响应干旱胁迫1315；干旱胁迫还能破坏植物水分代谢，导致叶绿素分解，影响光能电子传递和转换、光合磷酸化及暗反应等过程，使植物光合速率下降，严重时还可导致叶绿体光合机构的破坏，对植物体造成不可逆影响。叶绿素荧光参数对干旱胁迫的响应非常灵敏，可作为监测光合作用过程中光能的吸收、传递、耗散和分配的指标，判断植物干旱胁迫的程度；董斌等16利用叶绿素荧光检测油茶 Camellia oleifera 的干旱抗性，选育出抗干旱的油茶品种。植物根系利用细胞水势低于土壤水势的原理进行吸水，聚乙二醇 6000(PEG6000)可降低溶液水势，根系不易从周围吸收水分，从而造成干旱胁迫17。已有学者1819利用不同质量分数 PEG6000 模拟不同程度的干旱胁迫对小麦 Triticum aestvum 和玉米 Zea mays 的影响。铁皮石斛 Dendrobium candidum 是兰科 Orchidaceae 多年生草本植物，兼具很高的药用和观赏价值，分布于中国安徽、浙江、福建等地2021。目前，已将铁皮石斛野生资源成功进行驯化和人工移栽，实现了铁皮石斛的大面积规模化产业种植和近野生栽培，不仅提高了铁皮石斛的经济价值，还推动中国中药材产业的可持续发展22。在铁皮第 41 卷第 1 期冯蕊等：PEG6000 模拟干旱胁迫对铁皮石斛幼苗生理和叶绿素荧光特性的影响133石斛产业化种植和近野生栽培过程中，水分是一个重要的限制性生态因子，因缺水引起的干旱严重影响铁皮石斛的产量和品质，因此了解干旱胁迫下铁皮石斛生理生化和叶绿素荧光参数的变化特征，对研究铁皮石斛耐干旱机制及铁皮石斛的近野生栽培意义重大。近年来，已有关于干旱对铁皮石斛的生长和生理特性变化的报道。阮凌暄等23研究发现：随着 PEG6000 模拟干旱胁迫时间的延长和胁迫强度的增加，3 年生盆栽铁皮石斛叶片活性氧积累呈上升趋势，保护酶 POD 和 SOD 活性先增加后降低，第 8 天时达到最大值，叶片叶绿素最大荧光(Fm)、最大光化学效率(Fv/Fm)和光化学猝灭系数(qp)逐渐降低，光反应能力降低。吕朝燕等24研究指出：3 年生盆栽铁皮石斛叶片净光合速率和气孔导度随干旱胁迫时间的延长呈先升高后降低的趋势，而胞间二氧化碳(CO2)摩尔分数和蒸腾速率则相反，呈先降低再升高的趋势，认为铁皮石斛为干旱避免型植物。为进一步探讨铁皮石斛抵抗干旱胁迫的生理特性，本研究拟通过不同质量分数 PEG6000 模拟干旱胁迫，对铁皮石斛幼苗 MDA、可溶性糖和可溶性蛋白、POD、CAT 等生理生化指标和叶绿素质量分数、叶绿素荧光参数等进行分析，探讨铁皮石斛幼苗抗旱的生理和叶绿素荧光特性，以期为铁皮石斛的品种选育及产业化栽培和近野生栽培技术的建立提供参考。1材料与方法1.1 材料试验材料铁皮石斛晶品 1 号D.candidumJingpinNo.1幼苗于光照 15003000lx 和(252)的植物组织培养室培养 60d，每天光照和黑暗时间分别为 14h 和 10h。1.2 PEG 6000 模拟干旱胁迫处理在 MS 液体培养基中添加不同质量分数 PEG6000(5%、10%、20%、30%)模拟干旱胁迫，以不含PEG6000的 MS 液体培养基为对照(ck)25。选择长势良好，生长较一致的晶品 1 号幼苗，接种于不同质量分数 PEG6000 的培养液中进行培养，光照 15003000lx，每天光照和黑暗时间分别为14h 和 10h，培养温度(252)，每个处理 60 株，处理后每隔 2d 定时取 5 株植株叶片和茎段观察细胞学结构(分别记为 D2、D4、D6、D8、D10和 D12)；取 5 株混合样测定铁皮石斛幼苗的 MDA、POD、CAT、可溶性糖、可溶性蛋白和叶绿素等各项生理生化指标，选择 5 株植株测定叶片的叶绿素各荧光参数。每个处理 3 个生物学重复。1.3 测定方法1.3.1叶片和茎段组织细胞学观察采用琼脂糖包埋法对铁皮石斛晶品 1 号茎段和叶片进行固定。具体做法为：试验当天将新鲜茎段和叶片样品置于磷酸盐(PBS)缓冲溶液(pH7.4)中，配制质量分数为5%琼脂糖凝胶，待凝胶温度为 5060 时，将新鲜茎段和叶片置于凝胶中，于室温冷却至凝胶凝固，完成样品的固定；将固定好的茎段和叶片置于震荡切片机上进行横切，切片厚度为 50100m，切好的茎段和叶片横切片置于载玻片上，滴加 1 滴 PBS 缓冲液(pH7.4)，盖上盖玻片，于莱卡荧光显微镜(LeicaDM-4000)下观察茎段和叶片的细胞结构变化，并拍照记录26。1.3.2生理指标的测定采用硫代巴比妥酸法(TBA 法)测定丙二醛(MDA)质量摩尔浓度2728；采用愈创木酚法测定 POD 酶活性；紫外分光光度法的 CAT 活性测定11；蒽酮法测定茎段的可溶性糖质量分数29；考马斯亮蓝比色法测定可溶性蛋白质量分数30。1.3.3叶绿素质量分数测定用紫外分光度法测定叶片的叶绿素质量分数31。分别取不同处理晶品1 号幼苗叶片，去叶脉叶缘，剪碎叶片，将 0.1g 新鲜叶片放入 10mL 离心管，加入 8mL 体积分数为95%乙醇提取液，避光浸提24h 后，测定波长663、645 和 470nm 处吸光度，并计算叶绿素质量分数。1.3.4叶绿素荧光参数测定采用便携式调制叶绿素荧光仪(PAM-2500)，于 9:0011:00，选择从上往下数的第 3 片叶子，先用暗适应夹夹住叶片暗适应 20min，然后开始测定不同质量分数 PEG6000 处理的铁皮石斛晶品 1 号幼苗叶片的电子传递速率(ETR)、qP、光合效率()、非化学猝灭系数(qNP)和Fv/Fm等叶绿素荧光参数。每个处理测定 5 株，每株测定 3 次，取平均值。1.4 数据统计通过 Excel2018整理所有原始数据，Graphpad8.0 作图，SPSS20进行方差分析，并采用单因素方差134浙江农林大学学报2024 年 2 月 20 日分析法和新复极差法对数据进行差异性分析和显著性比较，误差线用标准差表示。显著性水平为 0.05。2结果与分析2.1 PEG 6000 模拟干旱胁迫对铁皮石斛幼苗生理生化指标的影响2.1.1对铁皮石斛丙二醛质量摩浓度的影响PEG6000 模拟干旱胁迫处理不同时间对铁皮石斛幼苗丙二醛质量摩尔浓度的影响差异显著(P0.05)。不同质量分数 PEG6000 模拟干旱胁迫处理 28d 时的铁皮石斛幼苗茎段丙二醛比较稳定，说明短时间(8d)的不同质量分数 PEG6000 模拟干旱胁迫处理对铁皮石斛细胞膜的影响较小，而到第 8 天时丙二醛急剧上升，到第 10 天时达最大值，比同期 ck 组分别增加2.36(5%PEG6000)、2.43(10%PEG6000)、2.03(20%PEG6000)和 2.50 倍(30%PEG6000)(图 1)，说明不同质量分数 PEG6000 模拟干旱胁迫对铁皮石斛幼苗细胞膜造成不同程度的伤害，PEG6000 质量分数越高(30%)对铁皮石斛细胞膜的伤害越大，抵御干旱的能力下降。ck5102030051015PEG 6000 质量分数/%丙二醛质量摩尔浓度/(mol g1)不同小写字母表示相同处理时间不同质量分数 PEG 6000 处理间差异显著(P0.05)，不同大写字母表示同一质量分数 PEG 6000 不同时间处理间差异显著(P0.05)。CaDdDbCaBdAdCcDdcEcDcAbBbCDdDEcCaEcAabBabCbCDbEbDbcAcBcCcCaCaCbAaBaD2D4D6D8D10D12图1PEG6000 模拟干旱胁迫后铁皮石斛幼苗丙二醛的变化Figure1ChangeofMDAcontentsinD.candidumseedlingsunderPEG6000simulateddroughtstress2.1.2对铁皮石斛防御酶活性的影响PEG6000 模拟干旱胁迫处理不同时间对铁皮石斛幼苗 CAT 和POD 活性的影响差异显著(P0.05)。由图 2A 可以看出：铁皮石斛幼苗 CAT 活性随着不同质量分数PEG6000 处理时间的延长呈先上升后下降的趋势，且在处理 10d 时 CAT 活性达到最高值，12d 时CAT 活性下降(图 2A)；铁皮石斛幼苗 CAT 活性随着 PEG6000 质量分数的增加呈先上升后下降的趋势，PEG6000 质量分数为 20%时 CAT 活性明显高于其他处理，且在处理第 10 天时，CAT 活性是 ck 组的 3.87 倍；PEG6000 质量分数为 30%时 CAT 活性降低，可能由于高质量分数 PEG6000 可使细胞脱水，严重影响细胞正常生活，降低 CAT 活性。由图 2A 和图 2B 可知：PEG6000 模拟干旱胁迫后，铁皮石斛幼苗 POD 活性的变化趋势与 CAT 活性基本一致。没有 PEG6000 处理的铁皮石斛幼苗的 POD 活性几乎保持不变，随着 PEG6000 处理时间延长，铁皮石斛 POD 活性均呈现先上升后下降的趋势，在处理第 8 天时达到最高值(图 2B)，而后开始缓慢下降；PEG6000 模拟干旱处理后铁皮石斛幼苗 POD 活性均高于 ck 组，且随着 PEG6000 质量分数的增加，POD 活性呈先上升后下降的趋势，当 PEG6000 质量分数为 20%时达到峰值，为 11916.67nkatmin1g1(图 2B)。2.1.3对铁皮石斛幼苗可溶性糖和可溶性蛋白质量分数的影响PEG6000 模拟干旱胁迫处理不同时间对铁皮石斛幼苗可溶性糖和可溶性蛋白质量分数的影响差异显著(P0.05)。可溶性糖不仅能够为植物提供碳源物质，还能维持一定的渗透压。从图 3A 可看出：铁皮石斛幼苗的可溶性糖质量分数随着 PEG6000 质量分数的增加和处理时间的延长均呈上升趋势，到第 12 天时达最高，且随着 PEG6000 质量分数的增加，可溶性糖质量分数呈上升趋势，PEG6000 为 30%时，可溶性糖上升显著，说明铁皮石斛植株受到不同质量分数 PEG6000 模拟干旱胁迫时，通过增加可溶性糖来维持植物体内细胞的渗透压。从图 3B 可知：不同质量分数 PEG6000 处理对铁皮石斛幼苗的可溶性蛋白质量分数有显著影响第 41 卷第 1 期冯蕊等：PEG6000 模拟干旱胁迫对铁皮石斛幼苗生理和叶绿素荧光特性的影响135(P0.05)，且随着 PEG6000 处理时间的延长，铁皮石斛幼苗的可溶性蛋白质量分数均呈下降趋势，且在处理相同时间，PEG6000 质量分数越高，铁皮石斛幼苗的可溶蛋白质量分数越少。当 PEG6000 质量050100150CAT 活性/(nkat min1 g1)POD 活性/(nkat min1 g1)DdDdCcCdABcAdEcDbCDbCcAbBCcCbBbBbAbAbAbDaDaCaBaAaBaCbCcCcCdAbBcAck5102030ck510203005001 0001 5002 0002 500PEG 6000 质量分数/%不同小写字母表示相同处理时间不同质量分数 PEG 6000 处理间差异显著(P0.05)，不同大写字母表示同一质量分数 PEG 6000 不同时间处理间差异显著(P0.05)。DdDcBCdAdBdBCe CdCcBCdAcAcBdCbCbBcAbAbBcCaBaBaAaAaAaEcDbBCbAbABbCbBD2D4D6D8D10D12图2PEG6000 模拟干旱胁迫后铁皮石斛幼苗 CAT 和 POD 活性的变化Figure2ChangesofCATandPODenzymeactivitiesinD.candidumseedlingsafterPEG6000simulateddroughtstress050100150200ck5102030ck5102030PEG 6000 质量分数/%不同小写字母表示相同处理时间不同质量分数 PEG 6000 处理间差异显著(P0.05)，不同大写字母表示同一质量分数 PEG 6000 不同时间处理间差异显著(P0.05)。可溶性糖质量分数/(mg g1)DdDdDdCeBeAdFdEcCcDdBdAdEcDcCcBcAcAcEbFbDbBbCbAbDaFaEaCaBaAaA010203040506070可溶性蛋白质量分数/(mg g1)Aa AaAaBaAaBaAaAbAaBaCbCbBbABcAbCabDcDcBcAcBcBabCcCdABcBdAcABbDdCeBD2D4D6D8D10D12图3PEG6000 模拟干旱胁迫后铁皮石斛幼苗可溶性糖和可溶性蛋白质量分数的变化Figure3ChangesofsolublesugarandsolubleproteincontentsinD.candidumseedlingsafterPEG6000simulateddroughtstress136浙江农林大学学报2024 年 2 月 20 日分数为30%时，可溶性蛋白质量分数在第 810 天时下降。此时蛋白质分解加速，合成减少，说明铁皮石斛幼苗可在一定程度上消耗可溶性蛋白来调节适应PEG6000 的胁迫处理，但需要一定的胁迫强度和时间。2.2 PEG 6000 模拟干旱胁迫对铁皮石斛幼苗叶绿素质量分数的影响由图 4A 可知：PEG6000 模拟干旱胁迫对铁皮石斛幼苗茎段和叶片叶绿素质量分数有显著影响(P0.05)。随着 PEG6000 模拟干旱胁迫时间的延长，铁皮石斛幼苗叶绿素质量分数呈现逐渐减少的趋势，在 PEG6000 模拟干旱处理 28d 时，叶绿素质量分数呈现缓慢下降的趋势，到第 10 天时，叶绿素质量分数急剧下降，较同一时间的 ck 分别下降了 32.01%(5%PEG6000)、35.03%(10%PEG6000)、44.07%(20%PEG6000)和 57.06%(30%PEG6000)，且随着 PEG6000 质量分数的增加，叶绿素下降幅度明显增加。方差分析结果表明：不同质量分数 PEG6000 处理对铁皮石斛幼苗叶绿素质量分数的有显著的影响(P0.05)。对不同质量分数 PEG6000 处理 12d 时铁皮石斛幼苗茎段和叶片琼脂糖包埋震荡切片观察发现：铁皮石斛茎段和叶片细胞内叶绿素随着 PEG6000 质量分数的增加而减少(图 4B)，与测得叶绿素质量分数的结果一致。ck510203000.20.40.60.81.0PEG 6000 质量分数/%叶绿素质量分数/(mg g1)AaBbBaBaBaBaAcBcAaDcCcAbEbBbBCbCbDdEbAABBcCdDbEcAcBcCdCeDeEeA不同小写字母表示相同处理时间不同质量分数 PEG 6000 处理间差异显著(P0.05)，不同大写字母表示同一质量分数 PEG 6000 不同时间处理间差异显著(P0.05)。Bck5102030叶片茎段PEG 6000 质量分数/%D2D4D6D8D10D12图4PEG6000 模拟干旱胁迫处理后铁皮石斛幼苗叶绿素质量分数(A)及在茎和叶上的分布(B)Figure4Chlorophyllcontents(A)anditsdistributiononstemsandleaves(B)ofD.candidumseedlingsafterPEG6000simulateddroughtstresstreatment2.3 对铁皮石斛幼苗光合效率和电子传递速率的影响由图 5A 和 5B 可知：PEG6000 模拟干旱胁迫对铁皮石斛幼苗处理不同时间对 和 ETR 的影响差异显著(P0.05)。随着 PEG6000 胁迫处理时间的延长和 PEG6000 质量分数的增加，和 ETR 均呈下降趋势，在48d 时下降的幅度最大。与ck 组相比，随着PEG6000 质量分数的增加，下降幅度增大(图5A)。在 PEG6000为 30%处理时 ETR 下降幅度最大，PEG6000 为 20%和 30%处理 12d 时 ETR 达到最低(图 5B)，说明 PEG6000 胁迫处理会使铁皮石斛幼苗的光合作用减弱，且随着胁迫程度增加，光合作用减弱的幅度越大。这与 PEG6000 胁迫处理下铁皮石斛叶绿素质量分数降低的结果一致。2.4 PEG 6000 模拟干旱胁迫对铁皮石斛幼苗叶绿素荧光参数的影响2.4.1对铁皮石斛幼苗光能转换效率的影响由图 6A 可知：Fv/Fm随着不同质量分数 PEG6000 处理时第 41 卷第 1 期冯蕊等：PEG6000 模拟干旱胁迫对铁皮石斛幼苗生理和叶绿素荧光特性的影响137间的延长呈逐渐下降的趋势，在 PEG6000 处理第 2 天时，Fv/Fm为 0.7230.743。未添加 PEG6000 处理在第 28 天时，铁皮石斛幼苗 Fv/Fm为 0.7030.743，说明光能转换正常，但到第 1012 天时，Fv/Fm显著下降(P0.05)，光转换效率降低，可能由于长时间液体培养会对铁皮石斛幼苗生长产生不利影响。随着 PEG6000 质量分数的增加，Fv/Fm呈现显著下降趋势(P0.05)，低质量分数 PEG6000(5%)处理后第 28 天，Fv/Fm为 0.6980.713，说明低质量分数 PEG6000 对铁皮石斛幼苗 PS的损伤较小，而第812 天逐渐下降；10%30%PEG6000 处理后第 4 天，Fv/Fm开始显著下降，说明铁皮石斛幼苗受到模拟干旱胁迫后，植株的最大光能转换效率降低，PS受到胁迫损伤，严重影响铁皮石斛幼苗的光合作用。2.4.2对荧光猝灭系数的影响荧光猝灭主要有光化学猝灭和非光化学猝灭，光化学猝灭是由碳代谢酶光活化和气孔开放引起的 PS电子传递速率增加，光化学猝灭系数(qP)一定程度上反映 PS反应中心的开放程度；非光化学猝灭是由能量转变导致的热耗散效率增加，qNP为非光化学猝灭系数。非光化学猝灭是一种保护途径，通过热耗散消耗过剩的光能，使光合机构免受伤害3233。PEG6000 模拟干旱胁迫对铁皮石斛幼苗处理不同时间对 qNP和 qP的影响差异显著(P0.05)。由图 6B 可知：不同质量分数 PEG6000 处理均使 qP在第 212 天逐渐降低，且随着 PEG6000 质量分数的增加而下降，说明 PS反应中心的开放程度随之降低，参加光化学反应的激发能量明显降低，过剩的光能就会增加。由图 6C 可看出：当 PEG6000 质量分数为 010%时，铁皮石斛幼苗 qNP随着处理时间的延长呈先上升后下降的趋势，PEG6000 为 0 和 5%时，在处理的第 10 天 qNP达最高值(0.584 和 0.593)，PEG6000 为 10%时于第 8 天qNP达最高值(0.509)；PEG6000 为 20%和 30%时，铁皮石斛幼苗 qNP随着处理时间的延长持续下降，说明低质量分数 PEG6000 胁迫下，非光化学猝灭途径发挥了保护作用，qNP增大；但随着处理时间的延长或在高质量分数 PEG6000 胁迫下，qNP自我保护机制达到一定限度，导致光合反应受到伤害，无法逆转，使 qNP呈现持续下降的趋势。00.10.20.30.4AaBaABaBaBaCaAbAaBbBbBbCcBcAbCcDcCDcCDbBcAbBbCcCDcDcBdAcBdCdCcCdAck5102030ck510203005101520PEG 6000 质量分数/%不同小写字母表示相同处理时间不同质量分数 PEG 6000 处理差异显著(P0.05)，不同大写字母表示同一质量分数 PEG 6000 处理不同时间间差异显著(P0.05)。ETR/(mol m2 s1)ABaAaBaCaCaCaAbAbBbBbCbCbAbAbcBcCbCbDbAbBcdCcDcEcFcAbBdCdCcDcDcBD2D4D6D8D10D12图5PEG6000 模拟干旱胁迫后铁皮石斛幼苗光合效率和电子传递速率的变化Figure5ChangesofphotosyntheticefficiencyandelectrontransferrateofD.candidumseedlingsafterPEG6000simulateddroughtstress138浙江农林大学学报2024 年 2 月 20 日3讨论3.1 铁皮石斛对干旱胁迫的生理生化响应干旱是全球性环境问题之一。植物不能逃避恶劣的自然环境条件，只能加速适应各种逆境。大多数植物可改变自身的生理生化指标来响应干旱逆境胁迫，以维持植物正常生长。MDA 是细胞膜受到逆境胁迫伤害引起的膜脂过氧化产物，MDA 质量摩尔浓度是判断植物细胞膜受到伤害程度的重要指标，MDA 质量摩尔浓度越高说明细胞膜受伤程度越大28,3435。本研究中，铁皮石斛幼苗 MDA 质量摩尔浓度随 PEG6000 质量分数和处理时间不同存在差异，短时间(8d)PEG6000 模拟干旱胁迫处理后铁皮石斛幼苗 MDA 变化不大，对细胞膜影响较小，而长时间(10d)处理后MDA 急剧上升，且 PEG6000 质量分数越高，MDA 质量摩尔浓度越高，因此，PEG6000 模拟干旱程度增加会导致细胞膜受到极大的伤害，膜脂过氧化程度也越大。这与构树 Broussonetia papyrifera36、北美红栎 Quercus rubra37和大豆 Glycine max38幼苗在干旱胁迫时 MDA 的变化一致。小分子渗透调节物质葡萄糖、果糖、蔗糖等可溶性糖能通过渗透调节平衡细胞渗透势，提高细胞保水能力而维持细胞的正常生理过程。同时，干旱胁迫会导致植物细胞膜受损，透性增大，引起膜脂过氧化反应，会对蛋白质造成伤害，因此细胞内可溶性糖和蛋白变化能够稳定渗透调节能力，是反映植物抗旱性的有效指标之一14,39。本研究中，铁皮石斛幼苗可溶性糖质量分数随 PEG6000 质量分数和胁迫处ck510203000.20.40.60.81.0Fv/FmABaBabAaABaABabAABaBabBabBaBabAAABabBbcBaBbcBbAabBbcBcBbcBbBbBbBcBcBcAck510203000.20.40.60.8ck5102030PEG 6000 质量分数/%不同小写字母表示相同处理时间不同质量分数 PEG 6000 处理间差异显著(P0.05)，不同大写字母表示同一质量分数 PEG 6000 不同时间处理间差异显著(P0.05)。qNPDeCcCcCcAaBaEdDbCbcBaAaBCaCcAbAbAbBbBbAbAbAbBdBbCcAaAaAaBdCcDdC00.10.20.30.40.5qPAaBCaBaBCaBaCaAbBCbBbCbDb DbAbcBbcCcBbDdDcAcBcCcdCcCcDcAcBcDdCdCe CdBD2D4D6D8D10D12图6PEG6000 模拟干旱胁迫后铁皮石斛幼苗叶绿素荧光参数的变化Figure6ChangesofchlorophyllfluorescenceparametersofD.candidumseedlingsafterPEG6000simulateddroughtstress第 41 卷第 1 期冯蕊等：PEG6000 模拟干旱胁迫对铁皮石斛幼苗生理和叶绿素荧光特性的影响139理时间的延长呈上升趋势，说明铁皮石斛幼苗细胞通过积累可溶性糖来提高细胞液浓度，降低细胞膜的渗透势，维持体内细胞的渗透压保持自身正常的生理过程。这与玉米的可溶性糖质量分数随干旱胁迫的加剧逐渐升高的变化趋势一致40。在处理时间相同时，PEG6000 质量分数越高，铁皮石斛幼苗可溶性蛋白质量分数越低，说明干旱环境对铁皮石斛细胞造成极大的伤害。植物体内较低的活性氧不会对植物细胞产生伤害41，而当植物受干旱胁迫时活性氧的代谢平衡被严重破坏，活性氧增多，攻击植物蛋白质上各种氨基酸残基，使蛋白质和叶绿素等分子解体，从而对植物细胞产生各种毒害作用。POD、CAT 等保护酶能有效抑制和清除植物体内的各种活性氧和自由基42。本研究表明：PEG6000 模拟干旱处理铁皮石斛幼苗后，POD 和 CAT 活性都呈现先上升后下降的趋势，POD 和 CAT 酶活性的大幅提高大大增强对活性氧的抵抗能力和对植物光合机构的保护能力。该结果与三叶草 Trifolium repens 受到干旱胁迫时 POD 和 CAT 的活性变化一致25。因此，植物受干旱胁迫时通过提高相关保护酶活性来保持体内活性氧平衡。3.2 PEG 6000 模拟干旱胁迫对叶绿素荧光参数的影响叶绿素是光合作用最重要的色素，光合作用时叶绿素吸收能量，为 CO2转变为碳水化合物提供能量；水分是叶绿素的合成原料，干旱胁迫能使叶绿素合成减缓及叶绿素解体，直接导致叶绿素质量分数降低。本研究中 PEG60