为探索土壤极端干旱的水分范围和特征水分阈值,揭示植物光合作用响应极端干旱阈值—阈值胁迫持续的叶绿素荧光机理,在沂蒙山区,以3年生金银花为试验材料,采用CIRAS-2光合仪测定了多级土壤水分条件下的光合作用,利用FMS2.02脉冲调制荧光系统测定不同极端干旱(包括水分阈值和持续时间)处理下的叶绿素荧光参数。结果表明:(1)随着土壤相对含水量(RSWC)的逐渐降低,限制金银花叶片净光合速率(Pn)的主要原因从气孔因素转变为非气孔因素,转折水分点为RSWC=29.71%;(2)当RSWC≤29.71%时,随着土壤湿度继续降低,Pn显著降低,发生了光合作用的非气孔限制,由此确定了RSWC≤29.71%的含水量为金银花极端干旱的水分范围。同时,根据光合作用内在机理、叶片外部形态和有机物净积累的变化特征,确定了极端干旱下金银花的2个水分阈值:RSWC=29.71%和RSWC=11.44%;(3)极端干旱下,随着RSWC的降低,Pn显著减小,初始荧光(Fo)显著增大,同时,最大荧光(Fm)、光化学淬灭系数(qP)、PSII最大光化学效率(Fv/Fm)、PSII实际光化学效率(ΦPSII)、非光化学淬灭系数(NPQ)显著下降。表明,极端干旱下,随着土壤湿度的降低,PSII原初光能转换效率和光合电子传递效率显著降低,光合结构和PSII发生严重破坏或不可逆失活;(4)在极端干旱期间,两个水分阈值胁迫持续30d期间,Pn持续降低至0,Fo持续增大至较高值,Fm、Fv/Fm、ΦPSII、qP、NPQ持续降低至0。表明,2个极端干旱阈值胁迫持续期间,金银花叶片PSII热耗散能力持续降低,光合机构受损程度持续增大,其中以胁迫持续前5-10d的损伤最大,Pn降低速度最快,并且在胁迫持续至一定时间后,PSII严重受损或发生可逆性破坏,Pn一直维持0值的最低水平。研究成果有助于深入了解土壤干旱下金银花的光合生理生态学特性,为气候变化下沂蒙山区金银花积极适应土壤持续干旱逆境的措施体系构建奠定基础。
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