脯氨酸、葉綠素含量與海島樹種抗逆性之間的關(guān)系

趙 穎，王國明，王美琴，張 玲，邱海嵊

（浙江省舟山市林業(yè)科學(xué)研究院，浙江 定海 316000）

脯氨酸、葉綠素含量與海島樹種抗逆性之間的關(guān)系

趙 穎，王國明*，王美琴，張 玲，邱海嵊

（浙江省舟山市林業(yè)科學(xué)研究院，浙江 定海 316000）

為了評價海島樹種抵御干旱、鹽霧等逆境能力，在分布與生境調(diào)查的基礎(chǔ)上，對21種樹種進行脯氨酸和葉綠素含量測定。結(jié)果表明：脯氨酸含量均值較?。?.0977 ～ 1.6231）且波動幅度也?。?.3742 ～ 0.6798）的樹種，或脯氨酸含量均值稍大（3.0666 ～ 4.7591）且波動幅度也同步增大的（1.1729～1.7602）樹種，其抗逆性較強，如海岸衛(wèi)矛（Euonymus tanakae）、日本女貞（Ligustrum japonicum）、全緣冬青（Ilex integra）、柃木（Eurya japonica）、普陀樟（Cinnamomum japonicum var. chenii）、海濱木槿（Hibiscus hamabo）、厚葉石斑木（Raphiolepis umbellata）；但脯氨酸含量波動幅度極大（4.9917 ～ 9.4149），通常情況下抗逆性較弱，如舟山新木姜子（Neolitsea sericea）、赤楠（Syzygium buxifolium）、黃連木（Pistacia chinensis）、柯（Lithocarpus glaber）、羅浮柿（Diospyros morrisiana），同時抗逆性強的樹種葉綠素含量均較低（0.651 ～ 1.371），但葉綠素a/b值高（4.442 ～ 5.066）。綜合判斷抗性強的樹種主要有日本女貞、海岸衛(wèi)矛、全緣冬青、海濱木槿、厚葉石斑木、柃木、普陀樟、密花樹等，這些樹種主要分布在基巖海岸。

海島樹種；生理指標；抗逆性；生境

干旱、鹽霧、風(fēng)害、土壤貧瘠四大自然因素制約著海島樹種自然分布及生長，特別對分布在邊緣小島和面海山坡的樹種而言，抑制程度更為明顯，樹木的生長狀況直接與其抗性相關(guān)。利用抗逆性強的樹種對于提高此類困難立地的植被覆蓋率，保持水土意義重大?？购敌?、耐鹽霧性等抗性樹種的選擇可以通過脅迫試驗篩選，也可以通過其分布及生境調(diào)查進行定性評估，而進行樹木抗性的生理指標研究，某種程度上能反應(yīng)出樹種長期適應(yīng)特定環(huán)境所表現(xiàn)出的生理特性，從而為樹種選擇提供參考。張建鋒等[1]對黃河三角洲常見樹種和引進的耐鹽樹種進行了脯氨酸含量、葉片自由水—束縛水含量、相對電導(dǎo)率、葉片和根部部分元素含量等生理指標測定，并在此基礎(chǔ)上，分析、討論了 K+、Ca2+、Mg2+等離子在樹木抗性方面的作用。葉倩等[2]選取福建梅花山不同海拔地區(qū)57種常綠植物為研究對象，測定計算葉綠素a/b、總?cè)~綠素含量，結(jié)果表明，不同海拔的植物葉片總?cè)~綠素含量和葉綠素 a/b值有明顯差異，低海拔地區(qū)明顯高于高海拔地區(qū)。對海島樹種開展生理指標的研究未見有報道，為此本文選擇自然分布在舟山海島面海山坡的21種鄉(xiāng)土樹種，重點進行了脯氨酸含量、葉綠素含量等生理指標測定，分析這些指標與樹種抗逆性之間的相關(guān)性，以及結(jié)合樹種自然分布特點，確定評定抗逆性的參數(shù)，為抗性樹種的選擇提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 樹種選擇

測定樹種選擇柯（Lithocarpus glaber）、普陀樟（Cinnamomum japonicum var. chenii）、舟山新木姜子（Neolitsea sericea）、厚葉石斑木（Raphiolepis umbellata）、冬青（Ilex chinensis）、鐵冬青（I. rotunda）、全緣冬青（I. integra）、鈍齒冬青（I. crenata）、海濱木槿（Hibiscus hamabo）、赤楠（Syzygium buxifolium）、濱柃（Eurya emarginata）、柃木（E. japonica）、山茶（Camellia japonica）、楊桐（Adinandra millettii）、海岸衛(wèi)矛（Euonymus tanakae）、黃連木（Pistacia chinensis）、日本女貞（Ligustrum japonicum）、珊瑚樹（Viburnum odoratissimum）、豹皮樟（Litsea coreana var. sinensis）、密花樹（Rapanea neriifolia）、羅浮柿（Diospyros morrisiana）21種舟山海島自然分布的喬灌木，其中喬木樹種9種，灌木樹種12種，含常綠樹種19種，落葉樹種2種。

1.2 采樣方法

采樣地點分別為朱家尖島、桃花島和岙山島的基巖海岸和海邊山坡，采樣時間在2011年7-8月，葉片取自植株的中上部且成熟度基本一致，每一樹種選擇5株，每株采集20片，分別裝入塑料袋中標記密封，放入冷藏箱中帶回。

1.3 指標測定

游離脯氨酸含量采用磺基水楊酸提取茚三酮比色法測定；葉綠素含量采用丙酮-乙醇混合液浸提法。

1.4 數(shù)據(jù)處理

試驗數(shù)據(jù)采用Excel進行統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 測試樹種分類

根據(jù)21種樹種的自然分布特性，可分為基巖海岸、海邊山坡、丘陵山坡3類生境。

2.1.1 基巖海岸 僅生長在基巖海岸的樹種，多為陽性灌木樹種，主要見于海邊的巖質(zhì)海岸，個別植株最多可延伸到海邊山坡，地勢陡峭，巖石裸露，土壤瘠薄，長年受海風(fēng)海浪飛沫侵襲，臺風(fēng)時直接受海水潑濺，根系多長在巖石縫隙中，如厚葉石斑木、全緣冬青、濱柃、山茶、海岸衛(wèi)矛、日本女貞、海濱木槿（生長于泥質(zhì)海岸）等。

2.1.2 海邊山坡 分布在海邊山坡的樹種，主要見于舟山島以東以南島嶼，如朱家尖島、桃花島、普陀山及其它小島，在舟山島等大島中心地帶基本不見，常生于林中、林下，長年受海風(fēng)海霧侵襲，但較生于基巖海岸的樹種受侵襲的程度要輕，且有枝葉互相庇護，如普陀樟、舟山新木姜子、豹皮樟、羅浮柿、密花樹、鈍齒冬青、珊瑚樹、楊桐等。

2.1.3 丘陵山坡 生長在大小島嶼丘陵山坡上的樹種，這類樹種分布廣泛，從大島的中心地帶到小島的面海山坡一般均有分布，生于林中、林下，受惡劣環(huán)境影響的程度各異，如柯、冬青、赤楠、柃木、黃連木、鐵冬青，生長在海邊山坡時其生境同第二種類型。

2.2 生理指標分析

2.2.1 脯氨酸含量分析 脯氨酸作為植物鹽分、干旱、凍害、水澇等脅迫反應(yīng)的一個重要指標，對絕大多數(shù)植物而言，隨著脅迫程度的加重，脯氨酸含量呈上升趨勢，在植物能夠忍受的范圍內(nèi)，應(yīng)是對抗脅迫而采取的一種保護性措施，含量越高，植物體的抗逆能力應(yīng)越強。但脯氨酸含量所代表的意義極為復(fù)雜，單一指標的大小并不能認定樹種抗性的強弱，如柯，經(jīng)測定脯氨酸含量數(shù)值大，根據(jù)以上理由應(yīng)該屬于抗性強的樹種，但與事實不符，至少易受鹽害，但脯氨酸含量可以作為植物對脅迫的敏感性指標[3]。因各樹種的脯氨酸含量測定值出自不同的5個植株，每一植株生境肯定不可能完全一致，或所處土壤厚薄不一、或經(jīng)常受海水濺潑、或受其他植株庇蔭等，若脯氨酸含量變化幅度大，說明此樹種對外界因子變化敏感，通過鹽霧、干旱實驗已得到驗證，變化幅度大的樹種往往屬于抗逆性相對較低的樹種。21種樹種不同植株脯氨酸含量測定值見表1。

表1 21種樹種不同植株脯氨酸含量測定值及變化幅度Table 1 Proline content of 21 plant species

由于每一樹種的生理特性以及抗逆性機制不盡相同，脯氨酸含量所呈現(xiàn)的含義也極為復(fù)雜，因此單純從脯氨酸含量大小難以判斷抗性高低。通過含量測定，以及統(tǒng)計各樹種的平均值和波動幅度，將脯氨酸含量平均值和波動幅度從小到大各劃分為5個區(qū)間，其中平均值分別為：小0.413 8 ～ 0.556 4，較小1.097 7 ～ 2.003 2，中2.353 1 ～3.012 4，較大3.066 6 ～ 4.759 1，大5.221 3 ～ 6.462 0；波動幅度分別為：小0.366 2 ～ 0.679 8，較小0.879 7～ 1.113 0，中1.172 9 ～ 1.760 2，較大1.788 3 ～ 2.232 6，大4.991 7 ～ 9.414 9。通過實地調(diào)查和脅迫試驗，初步可判定樹種的抗性與其自然分布關(guān)聯(lián)緊密，為此將21個樹種分為8類型，并最終歸納為5個等級抗性（表2）。

由表2可知，抗逆性強的樹種包括b、f二種類型，表現(xiàn)為脯氨酸含量的平均值較小，同時波動幅度小，或脯氨酸含量的平均值較大，同時波動幅度相應(yīng)增大，代表性樹種有海岸衛(wèi)矛、日本女貞、全緣冬青和柃木、普陀樟、海濱木槿、厚葉石斑木，幾乎均為生長在基巖海岸（或泥質(zhì)海岸）的樹種?？鼓嫘暂^強的樹種包括c類型，表現(xiàn)為脯氨酸含量的平均值較小，同時波動幅度也較小，但較b類型波動幅度增大，代表性樹種有豹皮樟、濱柃、山茶、密花樹等，分布在面海山坡或基巖海岸，生境也較為惡劣。抗逆性一般的樹種包括e類型，表現(xiàn)為脯氨酸含量的平均值中，同時波動幅度小，代表性樹種有鈍齒冬青、赤楠，分布在面海山坡或山頂，其中赤楠分布范圍廣，而鈍齒冬青僅見于桃花對峙山?？鼓嫘暂^弱的樹種包括g、h二種類型，前者表現(xiàn)為脯氨酸含量的平均值較大，同時波動幅度也較大，代表性樹種有舟山新木姜子、赤楠等，抗干旱、耐鹽霧性均較差；后者表現(xiàn)為脯氨酸含量的平均值大，但波動幅度不盡相同，代表性樹種有黃連木、柯、羅浮柿等，這些樹種一般內(nèi)陸地區(qū)均有分布，脯氨酸含量的增大應(yīng)是適應(yīng)逆境的生理響應(yīng)，為了對抗脅迫而采取的一種保護性措施，因外界的脅迫未達到嚴重的程度，從而使這些樹種能夠適應(yīng)該生境，并在抗旱性方面表現(xiàn)出一定的優(yōu)勢，但往往耐鹽霧性極差，脅迫一旦超過某一閥值，就容易受到危害，如臺風(fēng)季節(jié)強風(fēng)裹挾著霧化的海水潑濺著面海山坡，導(dǎo)致相應(yīng)樹種枝葉大量枯焦?？鼓嫘匀醯臉浞N包括a、d二種類型，表現(xiàn)為脯氨酸含量的波動幅度大，說明對環(huán)境極為敏感，但平均值不盡相同，通常中偏小，這些樹種一般內(nèi)陸地區(qū)也有分布，如冬青、鐵冬青，或僅生長在林下，如珊瑚樹、楊桐等。

表2 基于脯氨酸含量的抗逆性等級劃分Table 2 Resistance according to proline content

2.2.2 葉綠素含量分析 葉綠素是植物進行光合作用的色素，葉綠素含量及葉綠素 a/b值在一定程度上受環(huán)境條件的影響。光照是影響葉綠素含量和葉綠素 a/b值的重要因素，生長在強光下與弱光下的植物相比，總?cè)~綠素含量偏低[4]，而葉綠素a/b值較高[5]；適應(yīng)干旱環(huán)境的植物種群與不耐旱的種群相比，也有類似情況[2]。表3為相應(yīng)樹種長期適應(yīng)海邊生境的結(jié)果，葉綠素含量高低結(jié)合葉綠素a/b值分析能基本明確樹種抗逆性的強弱。

由表3可知，絕大多數(shù)生長在基巖海岸的樹種葉綠素含量均較低，而葉綠素 a/b值較高。其中濱柃、日本女貞、厚葉石斑木的葉綠素含量在1 mg/g以下，海岸衛(wèi)矛、密花樹、柃木、赤楠、全緣冬青等在1.0 ～ 1.4 mg/g，這是適應(yīng)海島貧瘠土壤、干旱、鹽霧以及海邊光照等客觀條件的綜合表現(xiàn)；密花樹、日本女貞、海濱木槿、海岸衛(wèi)矛、全緣冬青、厚葉石斑木這些樹種葉綠素含量較低，但大多數(shù)樹種葉綠素 a/b值則非常高，為4.44 2 ～ 5.06 6，幾乎是所有測定樹種中最高，表明該生境中的樹種通過提高葉綠素a/b值來保證對光能的充分利用，提高轉(zhuǎn)化率，增強體內(nèi)的代謝活動，因此有助于增強樹種的抗逆能力，強化對逆境的抵御，這是海島特殊的立地條件所決定，為長期適應(yīng)環(huán)境脅迫的結(jié)果；其他樹種葉綠素含量和 a/b值與抗逆性之間的關(guān)系沒有明顯的規(guī)律性，但從某個程度反映出生長在海邊的樹種葉綠素 a/b值總體上均較高，絕大多數(shù)樹種均在3～5之間，以及大陸普遍分布的樹種若要適應(yīng)海島特殊的氣候地理條件，葉綠素a/b值會有所提升，如柯、赤楠、黃連木、冬青、青岡等。

表3 21種樹種葉綠素含量與葉綠素a/b值Table 3 Chlorophyll content and chlorophyll a/b value in 21 species

3 結(jié)論與討論

（1）樹木長期生長在干旱、鹽霧、土壤貧瘠等惡劣環(huán)境中，其體內(nèi)生理活動與代謝物質(zhì)都會發(fā)生相應(yīng)的變化，測定一些與抗性存在不同程度相關(guān)性的生理指標，可以了解不同樹種適應(yīng)不良環(huán)境的能力。從脯氨酸含量、葉綠素含量測定的結(jié)果分析，基本上能反映出不同樹種抗性強弱的規(guī)律性，如脯氨酸含量的平均值較小，且波動幅度小，或脯氨酸含量的平均值有所增大，波動幅度也同步放大，這類樹種抗逆性往往較強，若脯氨酸含量的波動幅度大，通常情況下抗逆性弱。通過葉綠素含量測定，抗逆性強的樹種葉綠素含量均較低，但葉綠素a/b值高。

（2）通過脯氨酸含量分析表明，抗逆性強的樹種有海岸衛(wèi)矛、日本女貞、全緣冬青、柃木、普陀樟、海濱木槿、厚葉石斑木等；通過葉綠素含量和葉綠素 a/b值分析，其中密花樹、日本女貞、海濱木槿、海岸衛(wèi)矛、全緣冬青、厚葉石斑木等樹種抗逆性強，兩者評定結(jié)果基本能達到統(tǒng)一，且與樹種的生境特殊性密切相關(guān)，即多分布在基巖海岸。

（3）在完善現(xiàn)有測試指標的同時，應(yīng)進一步挖掘與抗逆性關(guān)聯(lián)密切的生理指標，用于抗性樹種鑒定，這樣獲得的結(jié)果更加全面、科學(xué)。此外在經(jīng)歷極端氣候條件后測試相關(guān)指標的變化規(guī)律，更能客觀地反映某個樹種抗逆能力，如連續(xù)臺風(fēng)或長期干旱無雨前后，測定分析同一植株生理指標的變化規(guī)律等。

（4）海島樹種對惡劣生境的響應(yīng)基本上針對干旱、鹽霧和土壤瘠薄，由于各種抗性的生理機制可能不同，因此若需篩選相應(yīng)的高抗性樹種，應(yīng)進一步通過干旱、鹽霧脅迫或肥料調(diào)控等試驗針對性的選擇，結(jié)合造林效果，最終評定不同樹種抵御逆境的能力。

[1] 張建鋒，邢尚軍，郗金標，等. 樹木耐鹽的生理指標測定[J]. 東北林業(yè)大學(xué)學(xué)報，2003，31（6）：90-93.

[2] 葉倩，劉志國，蔡永立，等. 福建梅花山57種常綠樹葉片葉綠素特征分析[J]. 亞熱帶植物科學(xué)，2008，37（2）：11-16.

[3] Liu J P，Zhu J K. Proline accumulation and salt-stress induced gene expression in salt hypersensitive mutant of Arabidopsis[J]. Plant Physiol, 1997, 114(2):591-596.

[4] Lichtenthaler H K. Chlorophylls and carotenoids: piments of photosynthetic biomembranes[J]. Methods in Enzymol, 1987（148）：351-383.

[5] 盧存福，賁桂英，韓發(fā)，等. 矮嵩草光合作用與環(huán)境因素關(guān)系的比較研究[J]. 植物生態(tài)學(xué)報，1995（19）：72-78.

Relationship between Proline and Chlorophyll Content with Tree Resistance

ZHAO Ying，WANG Guo-ming*，WANG Mei-qin，ZHANG Ling，QIU Hai-sheng
（Zhoushan Forestry Institute of Zhejiang, Dinghai 316000, China）

Determination of proline and chlorophyll content in 21 plant species in islands of Zhoushan, Zhejiang province, in order to evaluate drought and soltfog-resistance, etc. of these species. The results showed that tested species with lower proline content(1.0977-1.6231) and small change range(0.3742-0.6798), or higher proline content(3.0666-4.7591) and high change range(1.1729-1.7602) had strong resistance, such as Euonymus tanakae, Ligustrum japonicum, Ilex integra, etc. but species with greater change range (4.9917-9.4149) had weak resistance, like Neolitsea sericea, Syzygium buxifolium, etc. Species with strong resistance had lower chlorophyll content (0.651-1.371), but higher a/b value (4.442-5.066). The determination indicated that strong resistant species were L. japonicum, E. tanakae, I. integra, etc. These species were mainly distributed in rocky coastal area.

species; physiological indicators; resistance; habitat

S718.3

A

1001-3776（2013）05-0035-05

2013-06-17；

2013-08-11

浙江省重大科技專項（2010C12024）

趙穎（1981-），女，遼寧錦州人，工程師，從事林木抗逆性及育種研究；*通訊作者。