木棉對不同澆水頻率及持續干旱的生理響應*

鄭艷玲 高柱 馬煥成

（西南林業大學國家林業局西南地區生物多樣性保育重點實驗室，云南 昆明 650224）

木棉對不同澆水頻率及持續干旱的生理響應*

鄭艷玲 高柱 馬煥成**

（西南林業大學國家林業局西南地區生物多樣性保育重點實驗室，云南 昆明 650224）

通過研究澆水頻率對木棉幼苗生理生化特性的影響及外源氯化鈣（CaCl2）和水楊酸（SA）處理對其抗旱性的影響的結果表明：不同澆水頻率間（2天澆1次，4天澆1次，6天澆1次）木棉的葉綠素相對含量、氣孔導度和光系統II最大光化學效率（Fv/Fm）無顯著差異。在處理第6天時，過氧化物酶（POD）和超氧化物歧化酶（SOD）的活性在2天澆1次和4天澆1次的處理中顯著高于6天澆1次的處理，但到處理第60天時，各處理間的差異不再顯著。可見，以上3種澆水頻率對木棉的生理生化影響差異較小。停止澆水持續干旱7天時，10 mg/L SA處理的葉綠素相對含量顯著高于對照；干旱14天時，10 mg/L CaCl2,40 mg/L CaCl2和10 mg/L SA處理的Fv/Fm顯著高于對照；干旱21天時，10 mg/L CaCl2處理的Fv/Fm顯著高于對照?？梢姡?0 mg/L和40 mg/L CaCl2及低濃度（10 mg/L）的SA在干旱程度較輕時都可以提高木棉的抗旱性，但是在干旱程度較重時，10 mg/L CaCl2提高木棉抗旱性的效果最好。

木棉；干旱；CaCl2；SA

干熱河谷是我國西南地區的特殊生態系統類型，季節性干旱的特征尤為突出，其冬半年為旱季，此期間各干熱河谷的降水量占全年總降水量的8%～18%，且持續時間長達半年以上。由于蒸發量很高，不少地區雨季也出現嚴重的水分虧缺現象[1-2]。因此，干旱是干熱河谷地區氣候的顯著特點之一。在干熱河谷，木棉（Bombax ceiba）是當地群落的優勢種或常見種[3-4]，反映其對當地氣候具有很好的適應性。但是，河谷內木棉成年樹木生長良好，有大量結實，而其周圍卻很少有種苗出現。前期工作發現，干旱是限制種子萌發的重要因子[5]。在元陽木棉基地，木棉幼苗在1～2天澆水1次的情況下長勢良好，但是不同澆水頻率對幼苗的生理影響尚不清楚。

鈣不僅是植物生長發育所必需的大量元素，更重要的是鈣作為偶聯胞外信號與胞內生理生化的第二信使，幾乎介導了植物生長發育的全部反應[6]。許多研究表明，鈣離子（Ca2+）處理能夠提高植物的多種抗逆性[7-8]。此外，水楊酸（SA）是一種酚類化合物，作為一種信號分子，在植物體內參與多種代謝調控，可以誘導植物對高溫、低溫、干旱、重金屬、鹽害等產生一定抗性[9]。但是外源鈣和SA處理與木棉抗旱性的關系尚無報導。

本文通過研究澆水頻率對木棉幼苗生理生化特性的影響及外源氯化鈣（CaCl2）和水楊酸（SA）處理對其抗旱性的影響，以期為木棉幼苗階段的水分管理及抗旱機理提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 苗木管理

本實驗采用1年生盆栽木棉幼苗進行研究，栽培土壤類型為紅土。苗木培養在西南林業大學智能溫室內，溫度控制在27℃左右。實驗前每天下午對苗木進行澆水。

1.2 水分處理

7月份進行預實驗，結果發現苗木在停止澆水7天后出現萎蔫。因此，澆水頻率分為2天1次，4天1次和6天1次。由于7月底白粉病爆發，對木棉進行噴藥處理。因此，實驗在8～10月份開展。每處理25棵苗。

1.3 外源試劑處理

將苗木分為5組，實驗前分別用不同的試劑（水、10 mg/L CaCl2、40 mg/L CaCl2、10 mg/L SA和100 mg/L SA）進行澆灌直到飽和。分別在停止澆灌7、14、21和30天時，觀察幼苗并檢測相關指標。30天后對幼苗進行復水處理，統計幼苗的死亡率。每處理25棵苗。

1.4 生理生化指標檢測

1.4.1 葉綠素相對含量

選擇每個植株最上面完全展開的一片復葉，用葉綠素儀（CCM-200 PLUS）測定，10個重復。

1.4.2 葉片氣孔導度

選擇每個植株最上面完全展開的一片復葉，用AP4動態氣孔計測定葉片的氣孔導度，10個重復。

1.4.3 PSⅡ最大光化學效率Fv/Fm

采用德國WALZ公司生產的調制熒光成像系統IMAGING-PAM熒光儀。對材料進行暗適應30 min以上，然后測量葉片的Fv/Fm，5個重復。

1.4.4 超氧化物歧化酶（SOD）和過氧化物酶（POD）酶活性測定

采集每個植株最上面完全展開的一片復葉。用電子天秤稱量每片葉片的鮮重并記錄，把稱量好的葉片用錫紙包好放于液氮中保存備用。SOD活性測定采用氮藍四唑(NBT)法，POD活性采用愈創木酚法測定[10]（王學奎，2006），3個重復。

1.5 數據處理與分析

數據統計分析在Microsoft Excel 2003中進行，葉綠素相對含量、氣孔導度和Fv/Fm及酶（SOD和POD）活性在不同處理間的差異性分析采用單因子方差分析（One-Way ANOVA）。

2 結果與分析

2.1 澆水頻率對木棉生理影響

澆水頻率分別設為2天1次，4天1次和6天1次，分別在實驗開始的第6天、30天和60天檢測了不同處理木棉幼苗的生理生化指標。結果（圖1）顯示：處理間木棉幼苗的葉綠素相對含量、氣孔導度、Fv/Fm在3個檢測日期都沒有顯著差異；第6天時，4天澆1次處理的POD活性顯著高于6天澆1次的處理，但兩者與對照均無顯著差異；第30天時，對照的POD活性顯著高于4天澆1次和6天澆1次的處理；但到第60天時，POD活性在各處理間已無顯著差異。第6天時，對照和4天澆1次的SOD活性顯著高于6天澆1次的處理，且4天澆1次的SOD活性顯著高于對照，但到30天和60天時各處理間SOD活性無顯著差異（圖2）。

2.2 CaCl2和SA處理對木棉抗旱性的影響

用水、10 mg/LCaCl2、40 mg/LCaCl2、10 mg/L-SA和100 mg/L SA澆灌木棉幼苗直到飽和，分別在停止澆灌7、14、21和30天時觀察幼苗并分別檢測葉片葉綠素相對含量及Fv/Fm。結果顯示：干燥7天時，經10 mg/L SA處理的幼苗的葉綠素相對含量顯著高于對照幼苗，而對照與其他處理幼苗無顯著差異；干燥14天時，經100 mg/L SA處理的幼苗的葉綠素相對含量顯著低于其他處理，但是干燥21天時，各處理的葉綠素相對含量無顯著差異。干燥7天時，各處理的Fv/Fm無顯著差異；干燥14天時，對照和經100 mg/L SA處理的幼苗的Fv/Fm無顯著差異，但顯著低于其他處理；直到干燥21天時，經10 mg/L CaCl2處理的幼苗的Fv/Fm顯著高于對照，但對照與經40 mg/L CaCl2,10 mg/L SA和100 mg/L SA處理的幼苗的Fv/Fm無顯著差異(圖3)。經觀察，停止澆水21天時，所有處理幼苗的葉片開始脫落，30天時，成熟葉片全部脫落，個別植株頂端殘留未伸展的葉片。復水后，所有處理的植株100%能抽芽長出新葉。

圖2 澆水頻率對木棉幼苗POD和SOD活性的影響

可見，10 mg/L和40 mg/L CaCl2及低濃度（10 mg/L）的SA在干旱程度較輕時都可以提高木棉的抗旱性，但是在干旱程度較重時10 mg/L CaCl2提高木棉抗旱性的效果最好。然而，高濃度（100mg/L）的SA不能提高木棉的抗旱性，反而對木棉的抗旱性起到一定的抑制作用。

3 結論與討論

圖3 外源CaCl2和SA處理對干旱不同時間的木棉幼苗葉綠素相對含量和Fv/Fm的影響

3.1 干旱脅迫會導致碳固定受阻，導致電子傳遞鏈被過度還原而引起活性氧的累積，從而導致葉綠體等超微結構破壞，葉綠素含量下降，光系統Ⅰ（PSⅠ）和PSⅡ活性降低或喪失，進而引起光抑制[11]。Fv/Fm作為反映PSⅡ活性中心的光能轉換效率參數，Fv/Fm下降是光抑制的重要特征[12]。然而，植物也有自身的適應機制，逆境程度不同，植物的適應機制也不同，這些適應性往往不是采取單一機制，而是多種機制的集成或聯合[13]。干旱會引起葉片氣孔關閉以減少水分散失[14]。在輕、中度脅迫下，光抑制的發生可能是由于植物熱耗散增強而對自身的保護，具體機理取決于脅迫的類型和強度[15]。植物體內清除酶如超氧化物歧化酶（SOD）和過氧化物酶（POD）等的活性增加，能解除活性氧的毒害，保持細胞膜的完整性以及蛋白質和酶的穩定性等[16]。

3.2 在元陽木棉基地，為了保證木棉幼苗的正常生長，工作人員每天都對木棉進行澆水。本文探討了澆水頻率對木棉的生理生化影響，結果顯示木棉幼苗的葉綠素相對含量、氣孔導度以及Fv/Fm在不同澆水頻率間都無顯著差異。雖然在處理初期，POD和SOD活性在不同澆水頻率間有一定差異，但到了60天時，各處理間均已無顯著差異。由此可見，以上3種澆水頻率對木棉的生理影響差異較小，6天澆水1次也可以保證木棉的正常生長，如果是在干熱河谷干旱缺水的環境中，適當減少澆水次數具有重要意義。然而，需要注意的是，本實驗是在8～10月進行，木棉逐漸進入休眠狀態，需水量有所減少，如果在生長旺季，澆水頻率應該有所變化。預實驗時觀察到，7月份連續干旱7天木棉幼苗葉片就出現萎蔫。

3.3 Ca2+作為信號分子參與植物的多種抗逆性。本研究在木棉干旱處理之前用CaCl2澆灌木棉幼苗。結果顯示10 mg/L和40 mg/L CaCl2在干旱程度較輕時都可以提高木棉的抗旱性，但是在干旱程度較重時10 mg/L CaCl2提高木棉抗旱性的效果最好。這表明，Ca2+參與了木棉的抗旱性。鈣具有增加細胞緊密性，穩定細胞膜結構和細胞完整性的功能。Ca2+提高植物抗逆性的作用可能是通過穩定膜和細胞壁的結構來實現的[8]。業已證實，以Ca2+-CaM為核心的鈣信使系統在植物對逆境脅迫的信號感受與適應中起中心作用[7,17]。在木棉幼苗的抗旱過程中，Ca2+的信號傳遞路徑及作用機制有待進一步研究。

3.4 SA在植物對逆境的響應過程中也是重要的信號分子。盡管SA也可引起氧化脅迫，但是目前的研究表明低濃度SA具有類似馴化的效應，主要通過提高植物的抗氧化能力而提高植物對多種逆境的抗性[9,18]。外源SA的效果取決于物種，植物的發育階段，處理方式，SA濃度和植物體內SA的水平[9,18-20]。本研究也證實了低濃度SA可以提高木棉的抗旱性，而高濃度SA沒有效果。

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第1作者簡介：鄭艷玲（1981-），女，講師，主要從事種質資源保存及馴化生物學研究。

Effects of Different Watering Frequencies and Continuous Drought on Physiological Characteristics of Bombax ceiba

ZHENGYanling
（Key Laboratory of Biodiversity Conservation in Southwest China,State Forestry Administration, Southwest Forestry University,YunnanKunming650224）

Bombax ceiba is a deciduous tree that can grow in the dry-hot valley of southwestern China.To understand the adaptation of this species to drought,the effect of watering frequencies on physiological and biochemical characteristics and effect of exogenous application of calcium chloride(CaCl2)and salicylic acid(SA)on drought tolerance of B.ceiba were studied.The results showed:1)There was no significant difference of relative chlorophyll content,leaf stomatal conductance and maximum quantum yield of photosystem II(Fv/Fm)among different watering frequencies(every 2,4,6 days respectively for 1 time watering).On the 6thday of treatment,the activity of peroxidase(POD)and superoxide dismutase(SOD)of treatments of every 2 and 4 days for 1 time watering were significant higher than that of treatment of every 6 days for 1 time watering.However,on the 60thdays,they did not differ significantly among different watering frequencies.It can be concluded that there were little variation in the effect of 3 watering frequencies mentioned above on physiological and biochemical characteristics of B.ceiba.2)Watering was stopped to conduct drought treatment.The relative chlorophyll content of seedlings pretreated with 10 mg/L SA was significantly higher after 7d of drought,Fv/Fm of seedlings pretreated with 10 mg/L CaCl2,40 mg/L CaCl2and 10 mg/L SA were significantly higher after 14 d of drought,and Fv/Fm of seedlings pretreated with 10 mg/L CaCl2was significantly higher after 21 d of drought,compared to the control.It can be concluded that 10,40 mg/L CaCl2and and low concentration of SA(10 mg/L)were conducive to improve the drought tolerance of B.ceiba under slight drought.However,only 10 mg/L CaCl2can improve the drought tolerance of this species under severe drought.

Bombax ceiba;Drought;CaCl2;SA

Q792.99,Q945.17

A

1001-9499（2017）02-0001-05

馬煥成（1962-），男，教授，博士生導師，主要從事森林培育方面的研究。

2017-01-20

（責任編輯：張亞楠）

*國家自然科學基金項目（31260175）