对消落带和河岸带受损生态系统进行植物生态修复是非常有效的治理途径之一(马利民等，2009；戴方喜等，2006；滕衍行等，2005；Lowrance et al., 2000；Naima，2000；Dennis，1999)，而植被恢复首先要解决的问题是适生植物的筛选(马菲等，2010)。按照国内外现有研究方法消落带植被修复树种在三峡库区消落带的治理实践屡屡失败，许多耐干旱的植物不耐水淹，而耐水淹的植物又不耐干旱(杨朝东等，2008；贺秀斌等，2007；冯义龙等，2007；戴方喜等，2006)。三峡库区反季节消落带、特殊的地质地貌以及自然干旱频繁使得该区域植被恢复成为世界级难题。有研究结果表明：苗期锻炼有助于提高植物的抗逆能力，例如，水分胁迫前的干旱锻炼提高了小麦(Triticum aestivum)的光合速率和抗旱能力(王萌萌等，2010)，前期干旱锻炼提高了谷子(Setaria italica)对水分的利用效率(郭贤仕等，1994)，棉花(Gossypium spp.)在干旱锻炼后，茎端、叶片伸长生长对水分胁迫的敏感性降低(Culter et al., 1977)，短期的淹水胁迫下落羽杉(Taxodium distichum)(杨静，2007)和乌桕(Sapium sebiferum)(曹福亮等，2010)的光合速率都有明显的升高。桑树(Morus alba)对恶劣自然环境的超强适应性和突出的保持水土、涵养水源、绿化美化环境等生态功能，在三峡库区受到关注(刘芸，2011；秦俭等，2010；贺秀斌等，2007；缪驰远等，2005)。本研究针对三峡库区消落带夏季伏旱和冬季水淹交替出现的变化特征，以桑树为研究材料，开展桑树苗期水分胁迫锻炼，探讨不同的水分锻炼对桑树幼苗生理特性的影响，以期为三峡库区消落带植被恢复与重建提供科学的技术和理论支撑。

1 材料与方法 1.1 试验材料及试验设计

供试材料为实生桑苗，品种为桂桑12号，来自三峡库区重庆市涪陵区蚕种站。2011年6月上旬，在西南大学温室播种育苗，将种子均匀撒播于高35 cm、口径30 cm的带土的盆钵里，每盆装土7 kg(土壤为紫色土，采自三峡库区重庆涪陵南沱镇消落带)，共60盆。2011年6月下旬，进行间苗，每盆保留10株长势基本一致的幼苗，以供试验所需。然后将60盆随机分为3组，每20盆为1组，每组进行不同的水分胁迫锻炼：干旱锻炼(DH)，土壤含水量始终保持在田间最大持水量的40%~50%；对照(CK)，土壤含水量始终保持在田间最大持水量的70%~80%；丰水锻炼(WH)，土壤含水量始终保持在田间最大持水量的90%~100%。水分控制采用称质量法(张爱民等，2010)。经过30天的锻炼后进行以下指标的测定。

1.2 试验方法

1) 叶绿素的测定  采用混合液(丙酮:乙醇:水=4:5:1) 浸提法测定叶绿素含量(萧浪涛等，2004)。每个处理随机选取5盆，每盆选3株幼苗进行取样测定(下同)，每株幼苗从上至下采第4片叶，每个样称取0.1 g，加入10 mL混合液浸提10~12 h，得到的浸提液用Spectrumlab22可见分光光度计在波长652 nm下比色，计算出叶绿素的含量。

2) 气体交换参数的测定  测定时间在7月下旬，选择晴朗天气，于9:00—11:00在温室进行，无风，室温稳定在30 ℃左右。每株幼苗选倒数第4片功能叶，采用美国LI-COR公司生产的Li-6400光合作用测量系统测定幼苗的净光合速率(P_n)、气孔导度(G_s)、胞间CO₂浓度(C_i)和蒸腾速率(Tr)等参数。测定时叶室内光强设定为1 200 μmol·m^-2s^-1，CO₂浓度同外界大气浓度，叶片温度25~30 ℃。

3) 瞬时水分利用效率  水分利用效率(mmol·mol^-1)是植物消耗单位质量水分所固定CO₂的数量，用净光合速率/蒸腾速率表示(赵平等，2000)，本试验直接用测得的每株幼苗的瞬时净光合速率与蒸腾速率的比值计算出每株幼苗的瞬时水分利用效率，再取平均值。

4) 脱落酸的测定  采用马策等(2011)的提取方法。每株幼苗采第5，6片叶，每株称取叶片0.3 g于研钵内，加入少量抗氧化剂(铜试剂)及少量的80%冷甲醇，在低温条件下研磨成匀浆，放置于4 ℃浸泡，第2日取出样品并加入适量的PVP(PVP为聚乙烯毗咯烷酮，非水溶性)摇匀，然后在室温条件下抽滤，其残渣用80%冷甲醇冲洗3~4次，抽滤后将提取液合并在一起，给提取液加人1~2滴氨水，在35~40 ℃条件下进行减压浓缩至水相，之后用蒸馏水稀释，再离心，提取上清液并除去残渣。将上清液调至pH2.5~3.0，用乙酸乙酯等体积萃取3次，将有机相合并，加1~2滴氨水，放置于35~40 ℃条件下浓缩至无水，用3%色谱甲醇加97% 0.1 mol·L^-1HAe的混合溶液溶解浓缩成干物质并定容至1 mL，用0.45 μL微膜过滤，用于测定其ABA的含量。ABA含量检测采用美国Agilent公司生产的Agilent 1100高效液相色谱仪进行测定。色谱柱为TCC18(=5 μm，4.6×250 mm)。首先是3%的色谱甲醇和97%的0.1 mol·L^-1的HAe按体积比组成，40 min后由体积比为67.6%的色谱甲醇和32.2%的0.1 mol·L^-1的HAe进行梯度洗脱；设定的谱带宽度为16 nm，检测采用260 nm波长，参比的波长为360 nm；柱温控制在30 ℃；100 μL进样量；流速为1 mL·min^-1。

2 结果与分析 2.1 水分锻炼对桑树幼苗叶绿素含量的影响

如图 1所示，经过30天的水分锻炼后，桑树叶片的叶绿素含量随着土壤水分含量的增加呈下降的趋势，其中干旱锻炼(DH)的叶绿素含量比对照高10.4%，丰水锻炼(WH)的叶绿素含量比对照(CK)低3.2%。干旱锻炼与对照和丰水锻炼相比，差异显著(P < 0.05)，而对照与丰水锻炼相比差异不显著。

2.2 水分锻炼对桑树幼苗气体交换参数的影响

随着土壤水分含量的降低，桑树叶片气孔导度表现出明显的下降趋势，各处理间差异显著(P < 0.05)。干旱锻炼下桑树叶片气孔导度比对照低17.5%，丰水锻炼下桑树叶片气孔导度比对照高13.7%(图 2A)。

在一定范围内的水分胁迫有利于提高桑树幼苗的光合速率，干旱锻炼和丰水锻炼分别比对照高出24.6%和36.4%，3种处理间差异达到极显著水平(P < 0.01)(图 2B)。

随着土壤水分含量的减少，桑树幼苗的蒸腾速率呈下降趋势(图 2C)，与气孔导度的变化趋势一致。其中，干旱锻炼的桑树幼苗的蒸腾速率比对照低15.5%，丰水锻炼的桑树幼苗的蒸腾速率比对照高8.3%，且三者间差异显著(P < 0.05)。

不同水分锻炼下桑树幼苗叶片胞间CO₂含量不同，其中，干旱锻炼下桑树幼苗的胞间CO₂含量比对照低11.3%，且差异显著(P < 0.05)。丰水锻炼下桑树幼苗的胞间CO₂含量比对照低3.3%，差异不显著(P>0.05)(图 2D)。

2.3 水分锻炼对桑树幼苗瞬时水分利用效率的影响

3种不同水分锻炼下桑树叶片的瞬时水分利用效率差异极显著(P < 0.01)，其中干旱锻炼和丰水锻炼的叶片瞬时水分利用效率分别比对照高57%和27%(图 3)。

2.4 水分锻炼对桑树叶片脱落酸含量的影响

3种不同水分锻炼下桑树叶片的脱落酸含量差异达到极显著水平(P < 0.01)(图 4)。其中干旱锻炼比对照高79%，丰水锻炼比对照高27%。

3 结论与讨论

叶绿素含量是反映光合强度的重要生理指标。不同的水分胁迫条件下植物体叶绿素含量的变化不仅能反映植物在逆境胁迫下同化物质的能力，而且可以指示出植物对水分胁迫的敏感性(王宁宁等，2011；王萌萌等，2010；田知海等，2010；尹伟伦，1983)。本研究结果表明：干旱锻炼的桑树幼苗叶片的叶绿素含量比对照高10.4%，这与王晶英等(2006)研究结论一致，即植物在缺水状态下气孔关闭，胞间CO₂含量降低，通过提高叶绿素含量来抵抗干旱胁迫造成的影响。本试验丰水锻炼后的桑树幼苗叶绿素含量比对照低3.2%，没有显著性差异，说明轻度的淹水胁迫对桑树幼苗叶绿素含量未造成较大的影响。

气孔导度表示的是气孔张开的程度，影响光合作用、蒸腾作用和胞间CO₂含量。许多研究表明：植物在干旱胁迫下，通过降低气孔导度来减少水分的散失，以提高水分的利用效率(杜克兵等，2010；孙萍等，2010；田知海等，2010；Farquhar et al., 1982)。本研究结果表明：随着土壤水分含量的降低，桑树叶片气孔导度和蒸腾速率均表现出下降的趋势，且干旱锻炼的桑树幼苗叶片气孔导度和蒸腾速率明显比对照低。植物在水分胁迫时光合速率下降可分为气孔限制和非气孔限制2种机制，一是气孔导度的下降阻止了CO₂的供应；二是叶肉细胞光合能力的下降使叶肉细胞利用CO₂的能力降低(Flexas et al., 2002；刘国琴等，2000；王邦锡等，1992)。干旱锻炼的桑树幼苗叶片气孔导度和胞间CO₂含量明显比对照要低(图 2A和2C)，但是净光合速率却提高(图 2B)，说明干旱锻炼的桑树叶肉细胞的光合能力不但没有下降，反而提高了(图 1)，这与李田等(2010)和王宇超等(2010)的研究结果一致，也与贺秀斌等(2007)在三峡库区消落带的调查结果相符，即桑树在2006年大旱期间没有枯死现象，生长基本良好，原因是桑树具有发达的根系。有研究表明：在淹水胁迫下，随着淹水时间的延长，植物叶片气孔关闭，气孔导度下降，并且还伴随着光合速率的下降(曹福亮等，2010；陈芳清等，2008；陈鹭真等，2006)。本研究发现：丰水锻炼后的桑树幼苗叶片气孔导度、蒸腾速率和净光合速率都明显比对照高。贺秀斌等(2007)调查发现：在三峡库区消落带超过10 m水深下淹没长达6个多月，消落带内地上植被全部窒息死亡，乔木全部绝灭，绝大多数灌木地下根系也全部死亡，而桑树翌年春天出露后萌发性仍较强，是消落带出露地表后最早生长的灌木植被。桑树幼苗耐水淹可能是通过增加气孔导度来促进蒸腾，散失过多的水分，以抵抗淹水胁迫造成的影响，从而维持在淹水条件下的正常生长。同时，丰水锻炼的叶片气孔导度的上升增加了CO₂供应，因此其光合速率比对照要高，同化物合成增加也增强桑树幼苗耐水淹的能力，这与淹水下杨静(2007)对落羽杉和曹福亮等(2010)对乌桕的研究结论一致。有关桑树长时间耐水淹的代谢机理还有待深入研究。

水分利用效率是植物消耗单位质量水分所固定CO₂的数量，水分利用效率越高，固定CO₂的数量越多，光合能力就越强(谭晓荣等，2009；赵平等，2000)。干旱锻炼和丰水锻炼的叶片瞬时水分利用效率分别比对照高出57%和27%，光合能力得到了明显的提高，进一步说明桑树幼苗在经过短期的干旱锻炼和丰水锻炼后，耐水分胁迫能力得到了明显增强。

脱落酸(ABA)积累的多少与植物品种间抗旱性强弱有关，因此，把脱落酸的含量作为抗旱性鉴定的指标之一(郝格格等，2009；匡逢春等，2003；刘丹等，2003；陶均等，2002；Koshita et al., 1999; Milborrow et al., 1997)。Becker等(2003)研究表明：在水分胁迫下，叶片内ABA含量升高，ABA通过激活保卫细胞中的Ca²⁺，K⁺，阴离子通道和调节离子进出细胞模式改变保卫细胞的膨压，从而抑制气孔开度或关闭气孔，减少水分蒸腾，提高植物的保水能力。王书宏等(2008)研究表明：干旱胁迫条件下喷施脱落酸，草莓(Fragaria ananassa)的瞬时水分利用效率明显高于对照，净光合速率、蒸腾速率、气孔导度和胞间CO₂浓度变化明显，能提高草莓抗干旱胁迫的能力。本研究发现，干旱锻炼下桑树幼苗叶片的脱落酸含量比对照高79%，丰水锻炼下桑树幼苗叶片的脱落酸含量比对照高27%，三者差异达到了极显著性水平(P < 0.01)，并且干旱锻炼和丰水锻炼的光合速率和瞬时水分利用效率都有显著的提高。可见，桑树幼苗在水分锻炼后，叶片脱落酸含量显著上升，其抗水分胁迫能力明显提高。利容千等(2002)和Kozlowski等(1984)研究表明：植株淹水后，地上部分ABA合成加速，并减少了向根系运输的数量，ABA经过韧皮部运送到茎中，在茎中从韧皮部运送到木质部，再运送到根系，但淹水胁迫导致ABA合成增加的原因尚不清楚，有待进一步研究。

三峡库区是我国高温伏旱的主要频发区之一，历史上高温干旱事件也不断发生，特别是在重庆地区，近几十年，三峡库区伏旱天气越来越频繁，使得很多植被都难以生存(张强等，2007)。随后冬季的淹水，消落带超过10 m水深下淹没长达6个多月，增加了植被生存的难度，这一带基本上没有植被的存在。三峡库区消落带夏季伏旱和冬季水淹交替出现的变化特征使得植被来不及适应生境的改变而退化或消失，因此三峡库区消落带植被的修复迫切需要这些既耐干旱又耐水淹的两栖植物。桑树幼苗在经过短期的干旱和丰水锻炼后，光合能力和瞬时水分利用效率都有明显的提高，并且干旱锻炼和丰水锻炼还提高了桑树幼苗的抗逆能力，这对于桑树在三峡库区植被恢复的生产实践上具有一定的指导意义。