杨树在中国分布广泛，是主要的造林树种之一，现有林面积已逾亿亩，是工业、民用材的重要原料，也是水土保持林、防护林等的重要树种。在广大的分布区内，由于立地条件的不同，尤其是水文条件的变化，导致杨树林生产力、生态经济效益的巨大差异。水是树木生长和形成木材的先决条件，水对树种分布、生长、生态生理过程等有重要的影响(Feng et al., 1996；冯玉龙等，1998)。了解树木对水分的适应，对干旱、半干旱地区造林树种、品种、无性系的选择具有重要的意义。有关水分条件对杨树生长(王沙生等，1991；王世绩，1991)、水分代谢和光合作用(王文章等，1989；Gebre et al., 1991；刘建伟等，1993；1994；侯凤莲等，1996；杨敏生等，1997；李洪建等，2000)等影响的研究较多，发现干旱条件下树木生长减慢，蒸腾、光合速率降低等，并提出用净光合速率为0时的土壤含水量、水势等评价树木的抗旱能力(刘建伟等，1994；郭连生等，1994)。研究表明，根据某些生理指标，筛选杨树优良无性系是一种行之有效的方法(Ceulemans et al.，1987；Ceulemans，1989；Bassman et al., 1991)，其它树种也有类似的报道(冯玉龙等，1999；2000)。但已有的研究只阐明了干旱与光合作用的关系，并没有解释干旱条件下光合作用降低的内在原因；比较杨树无性系对水分胁迫反应的试验研究也较少(刘建伟等，1993)。为此，“九五”期间作者系统研究了杨树无性系生理生态特性，比较研究了杨树不同无性系幼苗对光抑制、水分胁迫的抗性差异及与活性氧的关系等，旨在阐明杨树抗旱性的生理生态机制。本文报道水分胁迫处理期间及解除胁迫后杨树不同无性系生长、净光合速率和各种水分参数等的变化。

1 材料与方法 1.1 试验材料

试验材料为昭林杨6号(Populus×xiaozhuanica‘Zhaolin-6’)和欧美杨64号(Populus×euramericana cv.‘N3016’)。1998年春，在辽宁省建平县黑水林场选大小一致的插穗各100个，插于中国林业科学研究院林业研究所温室(透光率约为60%)内的塑料桶(8 L)中，土壤为沙壤土，定期护理，培养成单杆幼苗。5月15日到7月15日定期测量每株幼苗的苗高(H)和地径(D)，其生长过程见图 1。7月19日17：00浇饱水后选大小一致的幼苗随机分成2组，一组为对照，每天17：00浇水，一组为干旱处理，停止供水, 使土壤含水量逐渐降低(图 2)。8月15日对干旱组恢复供水。

1.2 试验方法

7月19日起每10 d测定一次苗高和地径，至9月7日止，分组记录数据，计算出每次测量时幼苗的平均苗高与地径。

7月21日至9月3日，定期用LI-6200便携式光合系统(Li-Cor，Inc，USA)测定不同处理组内幼苗的完全展开叶片(顶端第5或6片叶)的净光合速率(P_n)、呼吸速率(R)、蒸腾速率(Tr)、气孔导度(G_s)、胞间CO₂浓度(C_i), 水分利用率(WUE)= P_n/Tr, 气孔限制值(L_s)按Berry和Dowton(1982)方法计算。每次测定均在8：30 ~ 10：00进行，每一参数取6 ~ 10次测定结果的平均值。

干旱处理后，每7 d的17：00取各处理的杨树幼苗第7叶，称重后将其放入装有蒸馏水的烧杯中，密闭吸水15 h，再次称饱和重并立即装入压力室中，用Hammel逐步升压法测定并绘制PV曲线(王万里，1984)。以幂函数拟合PV曲线曲线部分的曲线方程，用此回归线性部分的直线方程，计算出充分膨胀时的渗透势(ψ_s¹⁰⁰)、压力势为0时的渗透势(ψ_s⁰)、压力势为0时的相对渗透水含量(ROWC⁰)(冯玉龙等，2001a)。

2 结果 2.1 水分胁迫对杨树幼苗生长的影响

干旱处理后，昭林杨6号和欧美杨64号土壤含水量的变化相似，随处理时间的延长土壤含水量逐渐降低，处理后第25天降至约4.5%(图 2)。干旱处理早期，昭林杨6号苗高和地径与对照无显著差异(图 3)，处理后第27天苗高和地径与对照差异达显著和极显著水平，第50天(9月7日)苗高与地径明显低于对照, 差异均达极显著水平。欧美杨64号的生长对水分胁迫较敏感, 干旱处理后第27天(8月15日)苗高与地径明显低于对照, 差异均达极显著水平。与高生长相比，直径生长对水分胁迫更敏感。

从外部形态上看，昭林杨6号和欧美杨64号对水分胁迫的反应也不同。停止供水后第17天，欧美杨64号幼叶开始萎蔫；停水后第20天，9：00幼叶开始萎蔫，老叶也部分萎蔫，10：0 0全部叶片萎蔫，17：00光强只有240 μmol·m^-2 s^-1时尚未恢复，而对照组只中午有2 ~ 3片幼叶萎蔫；停水后第23天，6：00大部分叶就处于轻度萎蔫状态；停水后第25天下部叶变黄、干枯。停止供水后第20天中午，昭林杨6号叶片才轻度萎蔫；停水后第23天叶片萎蔫仍不明显。可见昭林杨6号幼苗受水分胁迫的影响较小，对干旱条件的适应能力强。

2.2 水分胁迫对杨树幼苗气体交换特性的影响

测定了干旱处理不同时间2个杨树无性系幼苗气体交换参数，由于测定时天气的变化，每日测定值均不相同，如晴天净光合速率等较高，阴天则较低，胁迫处理和对照均表现出类似的规律，但从处理组和对照组各参数的差异上可以看出胁迫对杨树无性系幼苗的影响。

2.2.1 水分胁迫对杨树幼苗叶片光合作用和呼吸作用的影响

干旱处理早期，昭林杨6号叶片净光合速率(P_n)与对照相似(图 4)，干旱处理2周后，P_n明显低于对照，差异达显著水平(第16天)。随胁迫时间的延长，P_n进一步降低，与对照组差异达极显著水平(第21天、第26天)。恢复供水3 d后，P_n仍明显低于对照(差异极显著)，表现出水分胁迫的后效应；恢复供水一周后，P_n与对照的差异消失，表明昭林杨6号的生理过程基本恢复。水分胁迫对欧美杨64号光合作用的影响较大，解除胁迫后恢复较慢(图 4)，停止供水后第16天P_n与对照的差异就达极显著水平，恢复供水第7天P_n与对照仍具显著差异。与欧美杨64号相比，昭林杨6号P_n受水分胁迫影响小，解除胁迫后恢复快，说明其适应干旱的能力强。解除干旱后不同树种、不同无性系P_n恢复正常所需时间不同，这与胁迫强度、胁迫时间和实验材料的抗性有关(刘建伟等，1993；Tan et al., 1992)。

随胁迫时间的延长，杨树幼苗呼吸速率逐渐降低，昭林杨6号呼吸作用对水分胁迫更敏感(图 4)。这与其它树种的研究结果相同(Mulkey et al., 1993; Ibrahim et al., 1997; Holmgren, 2000)。干旱时呼吸速率降低有利于植物在低P_n条件下保持碳平衡，维持生长(Holmgren, 2000)。恢复供水后干旱组幼苗呼吸速率高于对照组，强的呼吸速率可能与其恢复生理过程等有关。

2.2.2 水分胁迫对杨树幼苗蒸腾和水分利用率的影响

干旱处理对2个无性系蒸腾作用和水分利用率的影响相似，干旱处理前8 d 2个无性系幼苗蒸腾作用和水分利用率与其对照无差异，随处理时间的延长，蒸腾速率降低，水分利用率升高。干旱处理第26天2个无性系蒸腾速率降到最低点，复水后处理组蒸腾速率仍低于对照，表现出后效应；而干旱处理第15天2个无性系水分利用率升至最高点，之后逐渐降低，复水后与对照相似。

2.2.3 水分胁迫对杨树幼苗气孔导度、胞间CO₂浓度和气孔限制值的影响

与蒸腾作用相似，随干旱处理的延长，2个无性系气孔导度降低，且也表现出胁迫的后效应。胁迫处理的前16 d，随处理时间的延长，2个无性系胞间CO₂浓度渐低，第16天降至最低点，之后渐增，欧美杨64号在第21天升至最高，复水后第3天仍明显高于对照，昭林杨6号在第21天升至最高，复水后第3天已与对照相似。与胞间CO₂浓度相反，水分胁迫的前16 d气孔限制值渐增至最大值，之后就逐渐降低，第26天降至最低，复水后渐增，7 d后恢复至正常。相比之下，昭林杨6号的气孔限制值要高于欧美杨64号。

2.3 水分胁迫对杨树幼苗叶片水分参数的影响 2.3.1 水分胁迫对叶片ψ_s¹⁰⁰的影响

充分膨胀时叶片的渗透势(ψ_s¹⁰⁰)取决于细胞中可溶性溶质的数量和种类，以及细胞体积的变化，主要指细胞中自由水和束缚水的变化，其大小表明了植物保持最大压力势的能力。水分胁迫1周时，欧美杨64号ψ_s¹⁰⁰与对照相似，尚无渗透调节，但昭林杨6号的ψ_s¹⁰⁰明显低于对照(图 7A)，表明已发生了渗透调节；水分胁迫1周后，2个无性系的ψ_s¹⁰⁰均低于对照，表明二者都已发生了渗透调节。

2.3.2 水分胁迫对杨树叶片ψ_s⁰的影响

压力势为0时的渗透势(ψ_s⁰)的大小表明了植物维持最低压力势的极限渗透势，ψ_s⁰越低植物维持压力势的能力越强。干旱处理1周时，欧美杨64号ψ_s⁰与对照相似，昭林杨6号幼苗ψ_s⁰明显低于对照(图 7B)；干旱处理1周后，2个无性系的ψ_s⁰均低于对照，但昭林杨6号ψ_s⁰降低的幅度大于欧美杨64号，表明2个无性系都增强了维持压力势的能力，发生了渗透调节，昭林杨6号的渗透调节能力强于欧美杨64号。昭林杨6号ψ_s⁰降低出现的早，降低的幅度大表明其适应干旱的能力强。

2.3.3 水分胁迫对杨树ψ_s¹⁰⁰与ψ_s⁰差值的影响

干旱处理后，昭林杨6号ψ_s¹⁰⁰和ψ_s⁰的差值(渗透势只有在ψ_s¹⁰⁰~ψ_s⁰范围内，植物才具有渗透调节能力)均大于对照，随胁迫时间延长，两组间ψ_s¹⁰⁰和ψ_s⁰差值的差异也越来越大(图 7C)。说明昭林杨6号叶片渗透调节和维持压力势的能力逐渐增强。水分胁迫第1周，欧美杨64号ψ _s¹⁰⁰和ψ_s⁰的差值与对照相似，渗透调节作用不明显；第2周后二者的差值高于对照，表现出渗透调节作用。

2.3.4 水分胁迫对杨树ROWC⁰的影响

ROWC⁰是初始质壁分离时相对渗透水含量，一般认为ROWC⁰越低，植物的耐旱性越强。水分胁迫前2周，欧美杨64号ROWC⁰略低于对照，差异不显著，水分胁迫后2周ROWC⁰明显低于对照；实验过程中昭林杨6号ROWC⁰均低于对照，胁迫时间越长其值越低，表明其耐旱性越强(图 7D)。水分胁迫2周后，欧美杨64号ROWC⁰才低于对照，说明其耐旱性增强较慢，适应干旱条件的能力弱。植物可以通过减少细胞内水分和细胞体积、增加细胞内溶质等3条途径进行渗透调节(汤章城，1983)。本文表明水分胁迫时杨树叶片ROWC⁰减少参与了渗透调节作用。

3 讨论

干旱胁迫时昭林杨6号和欧美杨64号净光合速率降低，胁迫时间越长净光合速率越低，但净光合速率降低的原因却不同。干旱胁迫初期(停止供水的前16 d)，净光合速率降低，气孔导度和胞间CO₂浓度也同时降低，表明净光合速率主要受气孔限制。干旱胁迫后期，净光合速率、气孔导度降得更低，但胞间CO₂浓度却高于对照，表明叶肉细胞的CO₂固定能力降低，非气孔因素是净光合速率降低的主要原因。复水后的恢复期内净光合速率仍受非气孔限制。薛崧等(1992)研究表明轻度胁迫时植物光合作用受气孔限制，随胁迫强度的增大，光合作用也由气孔限制转变为非气孔限制。高辉远等(1994)亦报道午前大豆P_n降低主要由气孔因素引起，午后非气孔因素逐渐起主导作用。随干旱时间的延长，杨树气孔导度降低，P_n降低使碳同化利用的光能减少，过剩光能增加。这些过剩光能若不能及时耗散掉，就会发生光抑制，甚至光氧化，破坏光合器官(Demmig-Adams et al.，1992)。停止供水后渐增的过剩光能逐渐超出了杨树的过剩光能耗散能力，导致活性氧积累，膜脂过氧化，P_n进一步降低，此时P_n降低可能与活性氧代谢失调有关(冯玉龙等, 2001b)。长时间、高强度的水分胁迫对树木光合机构等造成了深刻的影响，恢复供水后仍不能马上恢复其光合能力，P_n仍受非气孔限制。恢复供水后干旱处理幼苗呼吸速率高于对照组，强的呼吸速率可能与其生理过程的恢复有关。

随着水分胁迫时间的延长，杨树不同无性系的净光合速率(P_n)的降低有着明显的差异，因而是评价抗旱能力的重要依据(刘建伟等, 1994)。与欧美杨64号相比，昭林杨6号P_n受水分胁迫影响小，解除胁迫后恢复快，说明其适应干旱的能力强。干旱时杨树幼苗呼吸速率逐渐降低。这与其它树种的研究结果相同(Mulkey et al., 1993；Ibrahim et al., 1997；Holmgren, 2000)。干旱时呼吸速率降低有利于植物在低P_n条件下保持碳平衡，维持生长(Holmgren, 2000)。干旱时昭林杨6号呼吸速率降低的更多，这利于其在干旱条件下的碳积累，表明其在干旱条件下的生长能力较强。

干旱胁迫时昭林杨6号和欧美杨64号ψ_s¹⁰⁰、ψ_s⁰都降低，二者的差值增大，增加了叶片所能达到的最大压力势和保持膨压的能力。水分胁迫使溶质积累或自由水和束缚水之比变化而引起的渗透势降低称为渗透调节。渗透势只有在ψ_s¹⁰⁰~ψ_s⁰范围内，植物才具有渗透调节功能，超出这一范围植物便失去渗透调节能力。渗透调节能够维持压力势，当植物水势降低时，维持压力势对细胞伸长、植物生长以及许多有关生理、生化和形态过程等都是至关重要的。因此，植物水势降低时，渗透调节维持压力势是一种主要的抗旱机理(冯玉龙等，2001a)。本研究结果表明，昭林杨6号的渗透调节能力强于欧美杨64号。干旱时沙兰杨能增加可溶性氨基酸、蛋白质及其它小分子物质含量，降低水势，而含水量变化不大(谢永红等，1991)，即沙兰杨通过增加溶质进行渗透调节。昭林杨6号和欧美杨64号是否通过增加溶质进行渗透调节，还有待进一步研究，但可以肯定2个无性系通过减少渗透水含量作出了渗透调节。

4 结论

水分胁迫时昭林杨6号和欧美杨64号苗高与地径均低于对照，昭林杨6号生长受干旱影响较小。随胁迫时间的延长，杨树P_n降低，且都表现出水分胁迫的后效应。昭林杨6号P_n受干旱影响较小，且解除胁迫后，恢复较快。胁迫前16 d净光合速率的降低属于气孔限制；随胁迫时间的延长，净光合速率的降低属于非气孔限制。随干旱处理时间的延长，2个无性系的呼吸速率逐渐降低，尤其是昭林杨6号，恢复供水后逐渐升高，在恢复期内高于对照。充分膨胀时叶片渗透势(ψ_s¹⁰⁰)的大小可表示植物保持最大压力势的能力，与欧美杨64号相比，昭林杨6号受水分胁迫影响小，叶片所能达到最大压力势(－ψ_s¹⁰⁰)高。水分胁迫时，压力势为0时的渗透势(ψ_s⁰)降低，增强植物维持压力势的能力。昭林杨6号幼苗叶片的ψ_s⁰均低于对照；欧美杨64号幼苗叶片的ψ_s⁰，前2周与对照相似，后2周低于对照。昭林杨6号作出适应性反应比欧美杨64号快且强。水分胁迫时初始质壁分离时相对渗透水含量(ROWC⁰)减少，进行渗透调节维持压力势，增强植物的耐旱性。水分胁迫时昭林杨6号ROWC⁰明显低于对照，胁迫2周后欧美杨64号ROWC⁰才低于对照，昭林杨6号对水分胁迫作出适应性反应比欧美杨64号快，且幅度大。

综上所述，与欧美杨64号相比，昭林杨6号生长、光合等受水分胁迫影响小，渗透调节能力强，对干旱适应能力强，是较耐旱的无性系。