珙桐幼苗生理生態特性對土壤干旱脅迫的響應

吳慶貴+楊敬天+鄒利娟+賀靜+楊玉蓮

摘要：以珙桐種子萌發的幼苗為試材，研究不同程度干旱脅迫對幼苗葉片生理生化指標的影響。結果表明：隨著干旱脅迫程度的增加和時間的延長，珙桐葉片的相對含水量、水勢和葉綠素含量顯著下降；葉片相對電導率、丙二醛含量顯著增加，質膜遭到損害，大量離子外滲，重度脅迫下質膜損害最嚴重；可溶性糖、脯氨酸含量顯著增加，脯氨酸含量在中度和重度脅迫后期增加顯著，說明其對干旱虧缺的敏感性較低；可溶性蛋白含量呈降低—上升—降低的趨勢；抗氧化酶SOD、POD 和CAT 活性先上升后下降，3種酶對干旱脅迫和活性氧的響應存在一定的差異，表現出相互協調的作用。

關鍵詞：珙桐；干旱脅迫；生理生化；土壤

中圖分類號： Q945.78文獻標志碼： A文章編號：1002-1302（2014）02-0119-03

收稿日期：2013-07-09

基金項目：國家自然科學基金（編號：3100246、31170319）；四川省教育廳項目（編號：13ZB0120、13ZB0121）；綿陽師范學院校級項目（編號：MA201007）。

作者簡介：吳慶貴（1979—），男，四川綿陽人，碩士，講師，主要從事森林生態學研究。E-mail：1019780260@qq.com。水分在植物生命活動中起極大的作用，是影響植物生長和發育的主要生態因子，直接影響植物的生理生長。在干旱條件下，植物細胞、器官、個體都會出現相應的變化[1]，研究植物葉片水分和滲透調節物質含量、抗氧化酶系統活性、膜質過氧化程度等生理指標，能有效揭示植物對干旱脅迫的適應能力[2]。珙桐（Davidia involucrata）為我國特有的珙桐科（Davidiaceae）單型屬植物，系第3世紀古熱帶植物區系的殘遺種，在植物系統發育和地史變遷上有很高的研究價值，被列為我國一級保護物種[3]，在植物系統發育和地史變遷研究上有很高的學術地位[4]。經模型模擬發現，全球氣候對珙桐分布有較大影響[5-6]，隨著氣溫變暖，珙桐的適宜分布地區將進一步被片斷化，潛在分布空間減少，預計2030年珙桐的適宜生境將比現在減少20%，新適宜分布范圍將主要向我國西部及西南部地區擴展；而“5.12汶川大地震”也嚴重破壞了珙桐的適宜分布區，進一步加劇了珙桐生境的破碎化。珙桐最適合分布在空氣陰濕的山地林中，成年樹趨于喜光，幼苗喜陰濕。近年來，我國時常出現季節性干旱，已成為影響珙桐苗木更新及大面積引種栽培的重要制約因素。迄今為止，在珙桐形態解剖學、生物學、生態學、組織化學、種群生態學、引種栽培學和遺傳格局等方面都取得了豐富的成果[4，7-8]。但珙桐耐旱機理的研究僅見于光合特性、抗逆性影響方面[9-10]，尚不能清晰地反映出珙桐幼苗對干旱環境的適應機理。本研究通過盆栽人工控水法，測試不同干旱條件下珙桐幼苗生理生長的變化，旨在探明珙桐的抗旱機理及對干旱的適應特點，篩選出抗旱性的生理生長指標，為珙桐種群的保護及引種栽培提供理論和實踐依據。

1材料與方法

1.1試驗材料

試材選用健康的、生長勢相對一致的二年生珙桐幼苗，采自生態安全與保護四川省重點實驗室珙桐苗圃基地。試驗采用盆栽人工控水法，栽植盆內徑上口直徑和下口直徑分別為35、26 cm，深38 cm。每盆分別裝相同風干黏壤土15 kg，土壤田間最大持水量為26.2%，pH值為7.2，有機質含量159%，全氮含量0.055%。桶底裝鵝卵石，上鋪濾紙與土隔離。

1.2試驗處理

試驗于2010年5月開始，在苗圃基地大棚內進行。將試驗幼苗分成2組，一組正常供水（CK），其土壤含水量保持在65%～80%（占土壤田間最大持水量的比值，下同）；另一組作干旱脅迫處理，分輕度干旱（LS）、中度干旱（MS）和重度干旱（SS） 3個處理，其土壤含水量分別為55%～65%、40%～55%、25%～40%，每個處理設置10個重復，每個重復1盆。土壤含水量的控制參照王翔等的方法[11]并稍加修改，每3 d稱量1次盆重，并補水到設定重量。于干旱15 d后08：00采集植株新梢頂端第3張至第6張葉片，每株采集1張，分組采集，測量各項生理指標。

1.3測試方法

相對含水量用飽和稱重法測定；水分飽和虧缺用烘干法計算；葉片相對電導率用電導法測定；丙二醛（MDA）含量采用硫代巴比妥酸比色法測定；超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化氫酶（CAT）和過氧化物酶（POD）活性分別用氮藍四唑光還原法、紫外吸收法和愈創木酚法測定；可溶性蛋白含量用考馬斯亮藍G-250染色法測定；脯氨酸含量采用磺基水楊酸提取、茚三酮比色法測定；抗壞血酸過氧化物酶（APX）活性用紫外分光光度法測定[12-13]。每個指標重復測定3次。

1.4數據處理

用Microsoft Excel 2003和SPSS 13.0軟件進行數據處理和統計，用單因素方差分析和最小顯著差異法（LSD）比較不同處理組數據的差異，用Pearson 相關系數評價不同指標間的相關關系。

2結果與分析

2.1干旱脅迫對珙桐葉片相對含水量（RWC）和水分飽和虧（WSD）的影響

由表1可以看出，隨著水分脅迫程度的加深，珙桐葉片的相對含水量發生改變。在輕度脅迫下，珙桐葉片相對含水量與對照差異不顯著；在中度和重度脅迫下，珙桐葉片相對含水量顯著小于對照。與對照相比，植株含水量在輕度、中度和重度脅迫等后期分別下降了2.05%、4.50%和6.45%。

2.2干旱脅迫對珙桐幼苗葉片電導率和丙二醛含量的影響

由圖1-a可知，隨著干旱程度的加深，珙桐葉片細胞電導率先降低后上升。其中，中度和重度脅迫下珙桐葉片的電導率均顯著高于對照，分別是對照的1.05、1.16倍，而輕度脅迫的電導率低于對照。由圖1-b可知，干旱脅迫對珙桐幼苗葉片MDA含量的影響達到顯著水平（P<0.05）。隨著干旱程度的加深，MDA含量增加，重度脅迫時的含量最大，比對照高 40%。MDA含量在輕度、中度、重度脅迫下與對照之間差異顯著。endprint

2.3干旱脅迫對珙桐幼苗葉片抗氧化酶活性的影響

由圖2可知，隨著脅迫程度的加深，珙桐幼苗葉片SOD、POD、CAT和APX活性均先增強后減弱，說明一定程度的干旱脅迫可以使珙桐幼苗葉片的SOD、POD、CAT和APX活性增強，減輕干旱傷害；但是干旱達到一定程度后，珙桐幼苗葉片SOD、POD、CAT和APX活性又顯著減弱，顯著受到抑制。由此可見，在一定干旱脅迫范圍內，珙桐幼苗葉片SOD、POD、CAT和APX活性均有較強的表達，但之后減弱。珙桐幼苗葉片中SOD活性在輕度脅迫下最強，POD、CAT和APX 活性在中度脅迫下最強，而在重度脅迫下均變弱了。輕度脅迫下的 SOD 活性與對照相比顯著增強，中度和重度脅迫下的與對照差異不顯著。輕度和中度脅迫下的POD 活性與對照相比差異顯著，重度脅迫與對照差異不顯著。各脅迫下的CAT活性均顯著強于對照，輕度和中度脅迫下的APX活性顯著強于對照；重度脅迫下的弱于對照，但差異不顯著。

2.4干旱脅迫對珙桐幼苗葉片滲透調節物質的影響

由圖3可知，在不同強度的干旱脅迫下，珙桐幼苗葉片中游離脯氨酸含量均有所積累，各脅迫處理的游離脯氨酸含量均顯著高于對照。其中，重度脅迫時的含量最高。但隨著干旱脅迫強度的增強，游離脯氨酸含量增加幅度不同。輕度、中度和重度干旱脅迫處理時的脯氨酸含量分別是對照的1.85、2.25、3.80倍，且輕度脅迫、中度脅迫、重度脅迫與對照條件下的珙桐幼苗葉片中游離脯氨酸含量兩兩之間均差異顯著。

隨著脅迫程度的加深，珙桐幼苗葉片可溶性蛋白含量呈先下降后上升，各脅迫處理條件下的葉片可溶性蛋白含量均低于對照。在輕度、中度和重度脅迫下，可溶性蛋白含量與對照均差異顯著。

3結論與討論

植物組織相對含水量反映了植物體內水分的虧缺程度。Sinclair等指出，與水勢相比，葉相對含水量是更好的水分狀況指標，因為它能更加密切地反映水分供應與蒸騰之間的平衡關系[14]。在本研究中，隨著干旱脅迫程度的加劇，植物RWC呈下降趨勢，說明珙桐植株受旱程度加深，即干旱脅迫強度加深。在干旱脅迫下，植物由于脫水傷害引起膜透性增大，導致細胞內電解質外滲，通過測定干旱脅迫下植物葉片的電導率可了解質膜傷害程度[15]。在本研究中，隨著干旱脅迫程度的加重，珙桐葉片中電導率均增加，說明在干旱脅迫程度增加時，珙桐葉片的質膜傷害程度也在加重，電導率與干旱脅迫程度呈現出正相關的關系。因此，可以把電導率的變化作為珙桐抗逆性的參考性生理指標。

植物受到干旱脅迫傷害都直接或間接地與活性氧的產生有關。植物體內活性氧自由基的產生是多部位和多途徑的[11]，SOD以催化 O-2· 發生歧化作用，起到清除 O-2· 的解毒作用，SOD將 O-2· 歧化產生的 H2O2，再由細胞內 CAT、APX和 POD清除。植物細胞中SOD、POD、CAT和APX等協同作用能有效清除 O-2· 、OH-、H2O2等活性氧，阻止膜脂過氧化，從而使細胞膜免受傷害[16-17]。在本研究中得到了同樣的結果，即珙桐植株受到輕度干旱脅迫時，SOD、CAT、POD和APX等4種酶的活性都呈增強的趨勢，說明當珙桐植株受到干旱脅迫而導致活性氧產生量增加時，這些保護酶活性也同步增強，以維持植株的正常生長；在中度干旱脅迫下，當CAT、POD和APX的活性繼續保持增強趨勢以阻止和減少羥自由基形成時，SOD活性減弱，說明干旱對POD酶產生了傷害，其分解量加劇，從而使其相對含量降低；在重度干旱脅迫下，SOD、CAT、POD和APX均出現出減弱的趨勢，由此可以說明這幾種酶的活性不是隨著干旱脅迫的加劇而無限增加的，它們只是在一定干旱范圍內靠增強其活性來抵御自由基的毒害。因此，在研究珙桐植株干旱等抗逆性時，可將SOD、POD、CAT及APX活性作為考量指標。

滲透調節是植物適應干旱脅迫的重要生理機制。植物通過代謝活動增加細胞溶質濃度，降低滲透勢，維持膨壓，使體內與膨壓有關的生理活動正常進行[18]。滲透調節物質的增加可以維持細胞的膨壓，降低植物體內的滲透勢，有利于植物體在干旱逆境中維持體內需要的正常水分含量，提高植物的抗逆適應性[19-20]。可溶性蛋白質具有較強的親水膠體性質，可以影響細胞的保水能力，起到維持滲透勢的作用；脯氨酸是細胞質中重要的滲透劑和防脫水劑，能降低細胞的滲透勢提高植物組織的持水力。在本試驗中，隨著干旱脅迫程度的加劇，珙桐葉片中的游離脯氨酸和可溶性蛋白含量均呈現出上升的趨勢，說明在珙桐受到干旱脅迫時，其體內為了適應這種環境發生了相應的變化，細胞溶質的濃度增加，滲透勢降低以維持膨壓，最大可能地保證體內生理活動正常進行，提高植物的抗逆適應性。結果顯示，將珙桐體內游離脯氨酸和可溶性蛋白含量的變化作為干旱脅迫下的一種響應特征比較合理，與曹幫華的結論[21]基本一致。

植物的抗旱性是多種抗旱途徑共同作用的結果，衡量耐旱性的指標也很多。本研究只從珙桐的一些生理生化指標方面對其抗旱性能進行了分析，因此從其他指標的特性來確定珙桐具體的抗旱性能還需進一步研究。

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