地上地下水分协同作用是植物应对日益严重的水分匮乏，土壤盐渍以及寒冷造成的渗透胁迫的重要方式之一[1]。研究植物在渗透胁迫下细胞、组织到器官系列的生理生化过程，是近年来植物非生物胁迫研究工作的热点[2]。李文娆等[3]认为干旱胁迫可导致紫花苜蓿(Medicago Sativa)根系吸水阻力增加，主根长度受到抑制混合盐碱处理下，紫花苜蓿氮素同化有关酶活性发生的改变影响了养分的平衡，造成正常生长受到抑制[4]，而低温冷害则影响着植物生长发育的各个阶段[5]。目前研究认为，植物成熟保卫细胞可通过胞壁结构迅捷的接受外部环境变化信号，调节气孔的开闭，控制植物与外界环境水分和气体交换，改变植物光合和蒸腾作用[6-7]。植物这种逆境下的生理生化反应可保证植物逆境胁迫时的最优生长发育，那么气孔运动水分调节的深入探讨对植物逆境的适应机理具有重要理论价值。

作为世界上栽培面积最大，利用率最广的豆科“牧草之王”：紫花苜蓿，其产量和品质的提高，是牧草育种者最为关注的焦点，而其独特高蒸腾的生物学特性，是品种产量的关键因素。孙东宝等[8]研究发现灌水能改变苜蓿叶片Pn的日变化格局，灌水较多的苜蓿叶片没有出现光合“午休”现象，Pn的日变化趋势呈现“单峰”型；罗永忠等[9]认为苜蓿叶水势、蒸腾速率(Tr)、气孔导度(Gs)均随水分胁迫加剧而降低；干热胁迫下苜蓿净光合速率与蒸腾速率、气孔导度、水分利用效率均成极显著正相关而与胞间二氧化碳浓度成极显著负相关[10]。佟长福[11]研究了苜蓿的叶水势、蒸腾速率在不同灌溉水平下的日变化规律与土壤含水率和气象因素之间关系，建立了叶水势和蒸腾速率与气象因素间的定量关系式。本文拟对渗透胁迫下紫花苜蓿幼苗的气孔运动与光合生理变化进行研究，旨在揭示紫花苜蓿水分胁迫与光合生理以及生长的关系，试验结果可为深入研究紫花苜蓿抵抗渗透胁迫的机制及苜蓿高产育种提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

紫花苜蓿品种维多利亚(Medicago Sativa‘victorian’)，购自杨凌金道种子公司。

1.2 试验方法

1.2.1 幼苗培养 本试验于2015年3月在西北农林科技大学动科学院草业科学实验室进行。挑选整齐一致完整的紫花苜蓿种子，用5% NaClO对种子消毒，浸泡30 min同时每隔10 min搅拌一次，最后用蒸馏水冲洗3～4次洗净，并用吸水纸吸干种子残留水分。在121℃下对培养皿进行高压灭菌，持续40 min。将消毒种子均匀地摆在垫有滤纸的培养皿中，每个培养皿50粒种子，于25±1℃，1 500 lx(12 h·d-1)的光培养箱中萌发。待两片子叶完全展开时选择健康、生长一致的幼苗进行移栽，1/4MS营养液培养。幼苗第三片真叶完全展开时对幼苗进行处理，每个处理设3个重复。处理分别是：CK(对照)：1/4MS营养液；TM(胁迫)：1/4MS营养液+15% PEG-6000。

每日交通实际当量轴次Ni主要与每日交通量、方向系数、车辆类型、车辆类型分布系数、车辆当量轴载换算系数及车道系数等因素有关，具体计算如式（2）：

该区出露地层为第四系上更新统冲洪积(Q3-4apl)卵砾石层和黄土层状粉土。上部为黄土状分图层，边坡出露厚度6～12 m，发育垂向节理；下部为卵砾石层，出露厚度大于10 m，局部夹有冲洪积粗砂层，多呈互层状。

亚兰阿姨这番“人、树之喻”，似乎是我所见闻过的评人之论中，最新颖独特的了。也希望当今之人，能对上代知识文化者的经验见地有所借鉴。

由图4B可看出，15%PEG胁迫的第3天，TM的光能利用率与CK无显著差异，第5、7天有显著差异(P<0.05)，第7天TM比CK减少了33.3%，TM和CK第7天的光能利用率比第3天增加了255%，445%。渗透胁迫使紫花苜蓿幼苗叶片光能利用效率显著降低(P<0.05)。

1.3 数据分析

2.2.1 渗透胁迫对气孔密度和气孔大小的影响 由图2,3-A可知，15%PEG胁迫的第3天，TM气孔密度与CK尚无显著差异，处理后第5天TM与CK存在显著差异，降低了22%(P<0.05)，第7天时则降低了55%(P<0.05)；15% PEG胁迫显著影响苜蓿着幼苗气孔宽度，第3，5，7天TM比CK分别减少了32%，18%，12%(P<0.05)(图2,3-C)，但对苜蓿叶片气孔长度影响较小，仅在第7天TM比CK降低了46.9%(P<0.05)(图2,3-B)。这说明：15%PEG胁迫处理对紫花苜蓿叶片气孔长度造成的影响不大，却导致紫花苜蓿叶片的气孔宽度及密度发生显著变化。

2 结果与分析

2.1 渗透胁迫下紫花苜蓿幼苗生长变化

2.2.2 渗透胁迫对紫花苜蓿气孔开度大小的影响 由图3D可知，15%PEG胁迫的第3天，TM和CK的气孔开度长存在显著差异，降低了18%(P<0.05)；胁迫时间逐渐延长，TM和CK无显著差异(5，7天)。由图3E可知，15%PEG胁迫的第3，5，7天，TM和CK的气孔开度宽均存在显著差异，分别降低了38%、82%和56%(P<0.05)，那么，当外部水分不足时，紫花苜蓿的气孔开宽度降低，通过气孔逐渐闭合的方式来降低蒸腾作用，从而达到生物节水的目的。

2.2 渗透胁迫对紫花苜蓿气孔运动的影响

试验数据通过Excel 2007进行整理，数据表示means±SD，采用DPS软件对平均数以Duncan’s 新复级差法进行多重比较。差异显著记为P<0.05，差异极显著记为P<0.01。

15% PEG渗透胁迫下，第5、7天TM株高比CK减少了10.8%和22.3%(P<0.05)，第7天CK株高比第3、5天增加了24.8%、19.5%(P<0.05)，第7天TM株高仅变化了5.3%；苜蓿幼苗根系生长也发生显著变化，第5、7天TM根长比CK分别减少了5.7%和4.0%(P<0.05)(图1-A,B,D,E,F)，比地上生长受抑制程度明显要小。胁迫初期(第3、5天)对幼苗侧根数影响不大，但第7天TM幼苗侧根数比CK减少了34.9%(P<0.05)(图1-C,D,E，F)；第7天CK侧根数比第3天增加了152%，而TM增加了146%。渗透胁迫会抑制苜蓿幼苗侧根数的增加，随着渗透胁迫处理时间的延长，苜蓿幼苗的侧根数都有所增加，但是TM侧根数增加的比较少。渗透胁迫影响了苜蓿幼苗生长及根系发育，尤其地上生长显著受抑制。

2.3 渗透胁迫对紫花苜蓿幼苗光合作用的影响

2.3.2 渗透胁迫对紫花苜蓿蒸腾的影响 由图4C可知，15%PEG胁迫的第3，5，7天，TM的蒸腾速率(Tr) 比CK分别下降了34%，36%和37%(P<0.05)；第3天TM与CK叶片瞬时水分利用率无显著差异，第5，7天时TM与CK存在显著差异，分别下降了35%和30%(P<0.05)(图4D)。随着水分不足的加深，植物则不断进行自我蒸腾能力的调节，来维持生命活动基本水分要求，降低水分不足对细胞和组织的伤害。

1.2.3 叶片气孔指标测定 光合测定后，取叶片置于4%戊二醛溶液中，4℃冷藏，经过乙醇梯度脱水，丙酮置换浸透，临界点干燥，粘台喷金后，在JSM-6360 LI扫描电镜下观察叶片表皮气孔形态特征，选取典型视野照相。统计单位视野内的气孔数目，计算气孔密度；测量气孔(保卫细胞)的长度(纵轴长)和宽度(横轴长)与开度的长度和宽度，5次重复，每片叶随机观察10个视野。

1.2.2 光合特性指标与幼苗测定 处理后第3 d、5 d、7 d，幼苗株高、根长、侧根数用根系扫描仪扫描植株，再利用win RHNZOR分析软件进行测定，每处理测定5株，取均值；净光合速率(Pn，μmol CO2·m-2·s-1)、蒸腾速率(Tr，mmol H2O·m-2·s-1)、气孔导度(Gs，cm气s-1)及胞间CO2浓度(Ci，μmol·mol-1)等用CI-340型手持式轻便型光合测定系统在自然光条件下进行测定，每个处理测5株，取均值。叶片瞬时水分利用效率：WUE(μmol CO2·mmol-1)=Pn/Tr[12]， 光能利用效率：LUE(mmol CO2·mol-1) = Pn/PAR[13]。

2.3.1 净光合速率变化 由图4A可看出，15%PEG胁迫第3、5、7天，TM与CK相比，紫花苜蓿叶片净光和速率(Pn)显著下降(P<0.05)，分别减少了33.7%、44.9%、31.9%；第7天与第3天相比，TM和CK的净光合速率分别增加了19.7%、16.2%。渗透胁迫显著抑制植物的光合作用，降低其光合速率，处理的第5天植物光合下降最多，随后植物可能经过自身的调节出现升高趋势。

2.4 渗透胁迫下紫花苜蓿生长与光合之间的关系

相关分析表明(表1)：渗透胁迫下，紫花苜蓿叶片Tr与根长、株高、侧根数呈极显著负相关(P<0.01)；根长与Ci、株高呈显著正相关(P<0.05)；株高与Pn呈极显著正相关(P <0.01)，与Tr、Gs呈极显著负相关或负相关(P<0.01或P<0.05)；侧根数与Ci、株高呈极显著正相关或显著正相关(P<0.01或P<0.05)，与Tr呈极显著负相关(P<0.01)。

办了离婚手续之后，镇上的押车人讲，那天正好是中秋节。没想到过节的日子里下起了大暴雨，镇政府食堂的门敞着，灶里的柴火烧得彤红，小伙子坐在门口那儿弹着吉他。

表1 渗透胁迫下生长与光合相关系数表 Table 1 The effect of osmotic stress on photosynthetic characteristics and Seedling growth of Alfalfa.

净光合速率Pn蒸腾速率Tr气孔导度Gs胞间CO2浓度Ci根长Root length株高Stem length侧根数Lateral root numberPn-0.690*-0.990*-0.3300.3200.830**0.280Tr-0.690*0.560-0.460-0.910**-0.980**-0.890**Gs-0.990*0.5600.480-0.170-0.720*-0.120Ci-0.330-0.4600.4800.790*0.2600.820**根长0.320-0.910**-0.1700.790*0.800*1.000**株高0.830**-0.980**-0.720*0.2600.800*0.770*侧根数0.280-0.890**-0.1200.820**1.000**0.770*

注：上标*和 ** 分别表示在0.05水平和0.01水平上的差异显著性

Note：* and ** indicate the significant difference at the 0.05 level and 0.01 level, respectively

3 讨论与结论

植物叶表皮上气孔是植物与外界水、气交换的主要通道，直接控制蒸腾强度。叶水势为-4.68 MPa或Tr为3.27 g·m-2·h-1时，苜蓿气孔开始关闭[14]，严重干旱时苜蓿气孔关闭来限制水分的散失[15]，观察了12个抗旱性不同苜蓿品种的叶表皮特征，李波等[16]认为气孔开度和密度与苜蓿品种抗旱性强弱相关。随着胁迫(15% PEG)强度加大，本试验中苜蓿幼苗气孔密度逐渐减少，气孔的大小及开度随胁迫时间也逐渐减小；黄瓜(Cucumis sativus) [17]为了延缓干旱胁迫，其幼苗叶片气孔密度及开度变小，大多数呈现关闭状态，与本试验研究结果一致，即苜蓿气孔数目，大小和开度大小与蒸腾强度密切相关。15% PEG处理下苜蓿气孔密度减少、气孔开度大小的降低，减缓了蒸腾作用提高了苜蓿水分利用率，叶片净光合速率和蒸腾速率决定着水分利用率，反映出植物对逆境适应能力的强弱，那么，干旱下气孔密度及开度变化就可衡量苜蓿蒸腾强度及其抗旱强弱。

区域构造发育，主要为一套趋于NNE向的构造体系(图1)。区域岩浆岩不甚发育，仅在局部地段见有煌斑岩细脉出露。

光合作用是植物体最重要的生理生化过程，直接关系着植物生长、产量及其抗逆性。干旱胁迫致使玉米(Zea mays)气孔关闭引起蒸腾及光合下降，是玉米减产的主要生理机制[18]；抗旱性强的紫花苜蓿PSⅡ反应中心电子传递活性受到的影响小，净光合速率下降较慢[19]，光合强弱显著关联着植物生长及其抗逆性。渗透胁迫最先影响植物的根系[20-21]，根系体积和根长密度会因土壤干旱而显著增加[22]；根系吸水阻力增加引起气孔关闭及蒸腾减少，是水分匮乏下苜蓿幼叶净光合速率下降主要原因[23]。干旱胁迫下紫花苜蓿的主根长受到显著抑制[3]，苜蓿根系会纵向伸长[24]，在15% PEG模拟水分胁迫下，苜蓿幼苗侧根数与Ci呈极显著正相关(r=0.820)，则干旱下苜蓿主根受抑制而侧根变发达，极有可能是由气孔关闭后CO2浓度的升高引起。作物根系茂密会消耗大量光合同化物，造成水分利用效率降低[25]，15% PEG渗透胁迫下苜蓿侧根数的增加不能促进光合作用，表明干旱时侧根增加只利于苜蓿抗旱却对苜蓿产量贡献不大；本试验中与苜蓿产量相关的根长、株高均与蒸腾速率呈显著负相关(r =-0.910，r =-0.980)，净光合速率与蒸腾速率也呈显著负相关(r =-0.690)，所以当苜蓿遭遇水分胁迫时，通过气孔关闭或密度减少促使蒸腾下降，确保其体内有足够的光合有效水分，以此保证水分匮乏时的光合能力，这有可能是旱作下苜蓿抗旱又增产的一个有效途径。

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