水分胁迫对不同抗旱性豇豆生长及光合特性的影响

曹岩坡，戴素英，代 鹏，岳晓历，要荣慈，韩 鹏

（1.河北省农林科学院经济作物研究所，河北 石家庄 050051；2.河北省农业技术推广总站，河北 石家庄 050000）

干旱是作物生长过程中常见的逆境之一，不同品种对干旱胁迫的响应不尽相同，研究植株在水分胁迫下的生长差异对解析植物的抗旱性机理具有重要意义[1，2]。研究表明，在水分胁迫下，与抗旱性弱的品种相比，抗旱性强的玉米和大豆品种光合能力和叶片相对含水量显著增高[3～5]；抗旱性强的黄瓜和番茄品种水分利用率、叶片光合速率、植株干物质累积量和叶面积指数均显著提高[6，7]。康利平等[8，9]研究表明，在水分胁迫下，豇豆的叶片相对含水量逐渐降低，可溶性糖和脯氨酸含量增加，叶绿素含量减少。目前，关于水分胁迫对不同抗旱性豇豆品种生长和生理特性影响的研究鲜见报道。以抗旱性存在显著差异的2个豇豆品种为试材，研究其在水分胁迫下生长发育及叶片水气交换参数的变化，以期解析豇豆的抗旱性机理，并为利用抗旱品种进行豇豆节水栽培提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

选择抗旱性存在显著差异的豇豆品种长青102（抗旱性强）和三尺绿（水分敏感型），2015年3～7月在河北省农林科学院日光温室内进行试验。3月4日在花盆（规格为25cm×30cm）中播种豇豆种子，1株/盆。栽培基质由草炭、蛭石和鸡粪按照质量比2∶2∶1配制而成，最大持水量为34.1%，pH值6.65。待植株长至5叶1心（3月28日）时选取生长一致的幼苗，采用称重法调控基质含水量，每个品种均设对照（土壤相对含水量80%，CK）和水分胁迫（土壤相对含水量40%）2个处理。每处理均20盆/区，3次重复，随机排列。每天8：00称重1次，补充土壤水分。

结荚盛期（5月8日），每处理均随机选择3株，每株均选取上数第4片完全展开功能叶，测定叶绿素含量、水势和水气交换参数[10]。其中，叶绿素含量测定采用丙酮比色法；植株叶片水势（LWP）测定采用美国WESCOR公司生产的PSYPRO水势仪；净光合速率（Pn）和蒸腾速率（Tr）测定采用Li-6400XT型光合仪，计算叶片水分利用效率（LWUE，Pn/Tr）。7月19日拉秧，测定单株嫩荚产量；同时随机选取5株，测定豇豆的株高、茎粗、根干重和地上部干重。

利用SPSS 22和Excel 2010软件进行数据统计分析。

2 结果与分析

2.1 水分胁迫对豇豆生长量和产量的影响

非水分胁迫处理下，2个豇豆品种的株高、茎粗、根干重和地上部干重均无显著差异，但长青102产量较三尺绿高12.5%且差异达显著水平（表1）。

表1 水分胁迫对豇豆生长量和产量的影响Table 1 Effects of water stress on the growth and yield of cowpea

水分胁迫处理下，豇豆生长受到明显抑制，2个品种的测定指标除长青102株高降低不显著外，其他指标均明显下降。与CK相比，长青102的株高、茎粗、根干重、地上部干重和产量分别降低了8.2%、12.2%、15.9%、19.6%和18.9%，三尺绿的各指标值依次降低了23.2%、20.8%、30.9%、30.5%和27.2%。表明长青102的各项指标值降幅均＜三尺绿。最终，长青102的各项指标值均显著＞三尺绿。综上分析可以看出，长青102较三尺绿更适宜在水分胁迫环境下生长。

2.2 水分胁迫对豇豆叶片叶绿素含量的影响

非水分胁迫处理下，2个豇豆品种的叶片叶绿素a、叶绿素b以及叶绿素a+b含量均无显著差异（表2）。

表2 水分胁迫对豇豆叶片叶绿素含量的影响 (mg/g)Table 2 Effect of water stress on the chlorophyll content of cowpea

水分胁迫处理下，2个品种的叶绿素含量均显著降低。与CK相比，长青102的叶绿素a、叶绿素b和叶绿素a+b含量分别降低了10.1%、7.1%和9.6%，三尺绿的各指标值依次降低了21.6%、13.3%和19.4%。表明长青102的各项指标值降幅均＜三尺绿。最终，长青102的各项指标值均显著＞三尺绿。综上分析可以看出，长青102较三尺绿更适宜在水分胁迫环境下生长。

2.3 水分胁迫对豇豆叶片净光合速率的影响

不同水分处理下，2个豇豆品种的叶片净光合速率日变化均呈不对称的双峰曲线，且2个峰值均出现在 11：00和 15：00（图1）。

非水分胁迫处理下，长青102的Pn显著＞三尺绿。

水分胁迫处理下，2个豇豆品种的Pn均明显下降，但长青102的降幅＜三尺绿。与CK相比，11：00时长青102和三尺绿的Pn分别下降了12.4%和18.6%；15：00时二者的Pn分别下降了15.6%和19.6%。说明长青102较三尺绿更适宜在水分胁迫环境下生长。

2.4 水分胁迫对豇豆叶片水分耗散和水分利用率的影响

2.4.1 对叶片水势的影响 不同水分处理下，2个豇豆品种的叶片水势日变化均呈先降低后升高的变化趋势 （图2）。

图1 不同水分处理对豇豆叶片净光合速率日变化的影响Fig.1 Effects of different treatments on the diurnal changes of Pn in cowpea leaves

图2 不同水分处理对豇豆叶片水势日变化的影响Fig.2 Effects of different treatments on the diurnal changes of LWP in cowpea leaves

非水分胁迫处理下，除11：00时长青102的LWP显著＞三尺绿外，其他时间2个品种间均无显著差异。

水分胁迫处理下，2个豇豆品种的LWP均显著降低，但长青102的降幅＞三尺绿。其中15：00时下降最明显，与CK相比，长青102和三尺绿分别下降了91.9%和68.2%。

2.4.2 对叶片蒸腾速率的影响 不同水分处理下，2个豇豆品种的叶片蒸腾速率日变化均呈先升高后降低的变化趋势（图3）。

图3 不同水分处理对豇豆叶片蒸腾速率日变化的影响Fig.3 Effects of different treatments on the diurnal changes of Tr in cowpea leaves

非水分胁迫处理下，2个降低品种的Tr无显著差异。

水分胁迫处理下，2个豇豆品种的Tr均显著降低，但长青102的降幅＞三尺绿。其中15：00时下降最明显，与CK相比，长青102和三尺绿分别下降了40.3%和30.2%。

2.4.3 对叶片水分利用效率的影响 不同水分处理下，2个豇豆品种的叶片水分利用效率日变化均呈升高—降低—升高—降低的变化趋势（图4）。

图4 不同水分处理对豇豆叶片水分利用效率日变化的影响Fig.4 Effects of different treatments on the diurnal changes of water use efficiency in cowpea leaves

非水分胁迫处理下，2个豇豆品种的LWUE差异不显著。

水分胁迫处理下，2个豇豆品种的LWUE均显著提高，但长青102的增幅＞三尺绿。其中15：00增幅最大，与CK相比，时长青102和三尺绿的LWUE分别增加了41.4%和15.1%。

综上所述，水分胁迫条件下，长青102的叶片水势和蒸腾速率降幅均＞三尺绿，水分利用效率＞三尺绿，表现出了较强的抗旱性。

3 结论与讨论

在本试验条件下，水分正常供应时，2个豇豆品种的株高、茎粗以及干物质量均无显著差异；但在水分胁迫处理下，长青102的株高、茎粗、根干重和地上部干重等生长指标值均显著＞三尺绿。说明长青102较三尺绿更适宜在水分胁迫环境下生长。

植株生物量的累积主要依赖于叶片的光合作用，水分是植物光合作用的反应物，水分胁迫下植株含水量降低，导致光合速率下降[11]。同时，水分胁迫条件下往往造成植株叶片叶绿素合成不足，进而降低光合作用[12]。本研究结果显示，水分胁迫处理下，抗旱性较强的长青102叶绿素含量和净光合速率的降低幅度均＜三尺绿，从而使得长青102在水分胁迫下能够获得更多的生物量累积。

水分胁迫下，植株一方面通过降低叶片水势达到从土壤中吸收更多水分的目的[13]，另一方面通过降低蒸腾作用减少体内水分的散失[14]。高水平的水分利用效率是缺水条件下植株健壮生长的关键，水分胁迫条件下植株通过增强水分利用效率，以维持体内正常的代谢[15]。本试验中，水分胁迫处理下，参试豇豆叶片的水势和蒸腾速率均降低，水分利用率提高，与前人研究结果相一致；对2个品种进行比较发现，在水分胁迫条件下，长青102的水势和蒸腾速率降幅均＞三尺绿，水分利用率＞三尺绿，从而表现出较强的抗旱性。

水分胁迫条件下，抗旱性较强的豇豆品种植株生长量、产量、光合速率和水分利用率均显著高于水分敏感型品种。在豇豆栽培过程中，应用抗旱品种可在一定程度上达到生物节水的目的。

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