间作模式调控油莎豆干旱响应分化的生理机制：光合、渗透及抗氧化性状的证据

《Plant Stress》：Intercropping-mediated divergence in drought responses of Cyperus esculentus: Evidence from photosynthetic, osmotic and antioxidative traits

本研究针对干旱胁迫下油莎豆(Cyperus esculentus)的生理响应机制尚不明确的问题，通过设置单作(C)、玉米间作(MC)和小麦间作(WC)三种种植模式及三个土壤水分梯度，系统分析了光合特性、渗透调节物质和抗氧化酶活性的变化。结果表明，玉米间作通过维持较高的光合速率(Pn)、PSII最大光化学效率(Fv/Fm)和色素含量，显著缓解了干旱引起的光抑制；而小麦间作则因可能加剧浅层土壤水分竞争，导致脯氨酸(Pro)、丙二醛(MDA)和过氧化物酶(POD)显著积累，呈现更强的胁迫响应。研究为干旱区优化间作系统提升作物耐旱性提供了生理学依据。

　　

在干旱半干旱地区，水分短缺是限制作物光合能力和产量的核心因素。油莎豆(Cyperus esculentus)因其强耐旱性和经济价值，近年来在干旱区推广种植，但其在不同种植系统下的干旱响应机制尚不清晰。尤其间作系统可通过冠层结构和根系互补优化资源利用，但不同作物搭配可能产生截然不同的微环境效应。为此，研究人员设计盆栽实验，探究单作、玉米间作和小麦间作三种模式对油莎豆幼苗在梯度干旱下光合、渗透及抗氧化性状的调控作用。

研究通过设置三种土壤水分水平（CK为田间持水量，T1、T2分别为80%和60% CK），系统测定株高、地上部干重、气体交换参数（净光合速率Pn、气孔导度Gs等）、叶绿素荧光参数（F_v/F_m、Φ_PSII等）、光合色素、渗透调节物质（脯氨酸Pro、可溶性糖SS）及氧化应激指标（丙二醛MDA、过氧化物酶POD）。采用双因素方差分析比较处理间差异，并通过主成分分析整合多性状响应模式。

3.1 干旱胁迫显著抑制油莎豆生长

随着土壤水分降低，油莎豆株高和地上部干重均显著下降，且干旱与种植模式存在显著交互作用。在重度干旱（T2）下，单作和小麦间作植株的生物量降幅最大。

3.2 间作模式调控光合色素对干旱的响应

玉米间作在干旱下能维持更高的叶绿素a、叶绿素b和类胡萝卜素含量，而小麦间作色素降解最显著。叶绿素a/b比值在干旱下升高，表明光捕获天线结构发生适应性调整。

3.3 玉米间作缓解干旱引起的光合衰退

玉米间作植株在干旱下保持较高的Pn、Gs和蒸腾速率(Tr)，其Pn值较小麦间作高40–60%。气孔限制和光化学效率下降共同导致光合衰退，但玉米间作表现出更强的光化学稳定性。

3.4 叶绿素荧光揭示PSII光化学性能差异

F_v/F_m和Φ_PSII在干旱下均降低，但玉米间作降幅最小，光化学猝灭系数(qP)和非光化学猝灭(NPQ)的变幅也较小，说明其PSII功能受损较轻。

3.5 渗透调节物质积累与干旱强度正相关

脯氨酸和可溶性糖含量随干旱加剧而上升，小麦间作植株的积累量最高，表明其渗透胁迫程度最强。

3.6 小麦间作激活更强的抗氧化响应

丙二醛含量和过氧化物酶活性在干旱下显著升高，小麦间作系统的增幅最大，反映其细胞膜脂过氧化程度和抗氧化酶激活水平最高。

3.7 多性状相关性揭示生理协调机制

生长和光合参数与胁迫指标（Pro、MDA、POD）呈显著负相关，主成分分析进一步将样本区分为“高光合-低胁迫”（玉米间作）和“低光合-高胁迫”（小麦间作）两类群集。

研究结论表明，玉米间作通过优化冠层光分布和根系水分利用，减轻了干旱对油莎豆光系统的破坏，而小麦间作可能因浅层水分竞争加剧了胁迫响应。该研究从光合性能、渗透平衡和氧化防护三方面解析了间作系统对作物耐旱性的调控路径，为干旱区农业系统优化提供了理论依据。论文发表于《Plant Stress》，为今后通过调控种植结构提升作物气候韧性提供了新视角。