羅漢松雌雄植株葉片生理特征比較

陳惠昕，招禮軍，黃相玲，何晶晶，黃英鎊，朱栗瓊

（廣西大學林學院，廣西南寧 530004）

雌雄異株是植物適應不同環境壓力而產生的現象，因雌株用于繁殖的代價明顯高于雄株，出現了雌株通常分配更多的資源用于生殖生長，而雄株分配更多的資源用于營養生長的現象，加之在適應自然界的過程中，雌、雄株會采取不同的生態對策，造成雌、雄株間在形態結構和生理等方面產生差異[1-2]，同時季節轉變引起生態因子的變化，也會在植物的生理活動方面體現。國內外學者在植物雌、雄株生理指標差異方面已有許多研究報道，如李珊等[3]發現栝樓（Trichosanthes kirilowii）雄株中光合色素含量與過氧化物酶（POD）活性均顯著高于雌株；Farzamisepehr等[4]指出美洲黑楊（Populus deltoids）夏季葉片中葉綠素含量、可溶性糖含量和過氧化氫酶（CAT）活性與春季相比有顯著增加，春季葉片和根系中的脯氨酸含量則顯著高于夏季。

羅漢松科（Podocarpaceae）羅漢松屬植物約有100種，我國有13種3變種，其中羅漢松（Podocarpus macrophyllus）在我國庭園中最常見[5]。羅漢松別名土杉，雌雄異株，為常綠針葉喬木，喜溫暖濕潤氣候和排水良好濕潤的砂質壤土，花期4—5月，種子8—9月成熟[5]。其具有一定的藥用價值[6]，對多種污染氣體抗性較強，在我國又屬名貴的園林觀賞樹種和優良的盆景材料，受到越來越多的關注。目前，國內外關于羅漢松的研究包括輸導組織特點[7]、遺傳多樣性[8]、根瘤特性[9]、化學成分[10]、生藥學[11]、栽培育苗技術[12]、盆景制作與養護[13]等方面。關于羅漢松雌、雄株之間差異比較的研究目前僅在莖葉解剖結構[14]方面有相關報道。羅漢松不同性別的植株在經濟效益、生態效應與觀賞效果等方面存在一定的差異，但因其較長的營養生長期，給非生殖時期目標樹種的選擇和撫育管理帶來一定困難。本研究通過采集成年羅漢松雌、雄植株在不同生長季節的葉樣，選取與營養合成和反映植物對環境適應性有關的常用生理指標進行測定與分析，了解其對環境因子變化的響應機制及羅漢松雌、雄株的生理活動規律與差異，為全面和深入了解羅漢松雌、雄株的特性提供基礎材料，并為其選擇栽培、引種推廣及撫育管理提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

廣西南寧市隆安縣金穗園林花木場位于隆安縣那良鎮（107°40′～108°11′E，22°18′～23°14′N），屬南亞熱帶濕潤季風氣候，降雨多集中在夏季，年均氣溫21.8℃，最高氣溫28.4℃，最低氣溫12.8℃。四季區分不明顯，但因研究和敘述所需，仍按常規季節劃分取樣，分別于2017年3月（春季）、6月（夏季）、9月（秋季）和12月（冬季）的中旬，選取成熟且生長一致的8年生羅漢松雌、雄株各10株，在每株樹冠南側中部的位置剪取成熟健康葉片3～5片，置于冰盒中帶回實驗室，-20℃下保存備用。

1.2 生理指標測定

1.2.1 滲透性調節物質與丙二醛（MDA）含量測定

可溶性糖含量測定采用蒽酮比色法[15]，可溶性蛋白含量測定采用考馬斯亮藍G-250法[16]，脯氨酸含量測定采用酸性茚三酮比色法[17]，MDA含量測定采用巴比妥酸顯色法[18]。各指標于各季節均做3組重復試驗。下同。

1.2.2 保護酶活性測定

POD活性測定采用愈創木酚比色法[19]，超氧化物歧化酶（SOD）活性測定采用氮藍四唑（NBT）光化還原法[17]，CAT活性測定采用紫外光吸收法[19]。

1.2.3 光合色素含量測定

葉綠素a、葉綠素b、總葉綠素及類胡蘿卜素的含量采用浸提法[20]進行測定。

1.2.4 試驗設備與數據分析

試驗中的離心過程采用美國貝克曼庫爾特公司的BECKMAN超速冷凍離心機進行，吸光度的測量及讀取采用瑞士帝肯有限公司的INFINITE M200 PRO全自動全波長酶標儀進行，試驗數據采用Excel 2013整理，數據分析采用SPSS 18.0軟件進行。雌雄間差異分析運用獨立樣本t檢驗法；不同季節間變化的方差分析選取單因素ANOVA法，多重比較分析采用Duncan新復極差法。

2 結果與分析

2.1 羅漢松雌、雄株葉片中滲透性調節物質與MDA含量的變化規律

在秋季和冬季，羅漢松雌株葉片的可溶性糖含量高于雄株；在夏、秋和冬季，雌株的可溶性蛋白含量高于雄株；在秋季和冬季，雄株的脯氨酸含量高于雌株；在春、秋和冬季，雌株的MDA含量高于雄株。雌、雄株秋季可溶性糖含量和夏季脯氨酸含量、MDA含量差異不顯著，其余季節的雌雄株間均差異顯著（P＜0.05）（表1）。

羅漢松雌、雄株葉片可溶性糖含量有季節性差異，雌、雄株秋季的可溶性糖含量顯著高于春、夏和冬季（P＜0.05），雌株增幅分別為544.29%、198.68%和305.09%，雄株增幅分別為365.41%、66.17%和326.90%；雌、雄株葉片的可溶性蛋白含量變化趨勢基本相同，冬季的可溶性蛋白含量均顯著高于春、夏和秋季（P＜0.05）；雌、雄株的脯氨酸含量分別在春季和秋季達到最高水平，均在夏季為最低水平，雌株春季的含量顯著高于夏、秋和冬季（P＜0.05），雄株秋季的含量顯著高于春、夏和冬季（P＜0.05）；雌、雄株的MDA含量季節變化趨勢相同，夏季的MDA含量均顯著高于春、秋和冬季（P＜0.05）（表1）。

表1 羅漢松雌、雄株葉片中滲透性調節物質與MDA含量的變化規律Tab.1 Variation of osmotic adjustment substances and MDA content in leaves of male and female P.macrophyllus

2.2 羅漢松雌、雄株葉片中保護酶活性的變化規律

在春、秋和冬季，羅漢松雄株葉片的POD活性高于雌株；在春、夏和冬季，雄株的SOD活性高于雌株；雄株的CAT活性在所有季節均高于雌株。雌、雄株春季和秋季的CAT活性差異不顯著，其余均差異顯著（P＜0.05）（表2）。

羅漢松雌、雄株葉片POD活性的動態變化趨勢基本一致，雌、雄株葉片冬季的POD活性顯著高于春、夏和秋季（P＜0.05）；雌、雄株夏季的SOD活性顯著高于春、秋和冬季（P＜0.05）；雌株春季和秋季的CAT活性顯著高于夏季和冬季，雄株冬季的CAT活性顯著高于春、夏和秋季（P＜0.05）（表2）。

表2 羅漢松雌、雄株葉片中保護酶活性的變化規律Tab.2 Variation of protective enzyme activities in leaves of male and female P.macrophyllus

2.3 羅漢松雌、雄株葉片中光合色素含量的變化規律

羅漢松雌株葉片葉綠素a、葉綠素b及葉綠素（a+b）含量在春、夏和冬季均高于雄株，類胡蘿卜素含量在春、秋和冬季高于雄株。雌、雄株葉片的3個葉綠素指標均在春季最低，夏季最高，雌株增幅分別為261.68%、705.79%、370.91%，雄株增幅分別為300.42%、449.39%、336.37%。雌、雄株葉片夏季的葉綠素a、葉綠素b及葉綠素（a+b）含量均顯著高于春、秋和冬季（P＜0.05）；雌、雄株葉片冬季的類胡蘿卜素含量顯著高于春、夏和秋季（P＜0.05）。

表3 羅漢松雌、雄株葉片中光合色素含量的變化規律Tab.3 Variations of photosynthetic pigment content in leaves of male and female P.macrophyllus (μg/g)

3 結論與討論

由于雌雄植株所負擔的生理功能不同，雌、雄株各項生理指標存在差異，在生長條件適宜的環境中，雌株將爭取更多資源用于營養物質的積累以供繁殖。可溶性糖是反映植株碳素代謝與營養積累狀況的重要指標；可溶性蛋白是植物重要的物質基礎，其量的變化在一定程度上反映植株氮素同化水平；光合色素反映植物的光合能力及生長狀況，這些均是反映植株營養積累與代謝的指標。本研究結果表明，除秋季可溶性糖含量在雌雄間的差異不顯著，其余指標在各季節的雌雄間差異均達到顯著水平，且可溶性蛋白與光合色素水平多為雌株高于雄株，說明羅漢松雌株在同化能力和營養物質貯藏上優于雄株，因此加強對雌株的撫育管理，注意施肥，是獲得優質高產種實的保障措施。

環境條件不利時，植物一些生理指標可反映出其適應性，如MDA能在一定程度上衡量機體內細胞膜脂過氧化程度[21]；脯氨酸能調節植物細胞的滲透勢以保護植物體內酶的活性[22]；POD、SOD和CAT在植株的抗氧化系統中具有重要作用，它們的活性可以反映出植物體的抗氧化能力，進而顯示出對環境的適應性大小[3]。本研究結果表明，除春季和秋季CAT活性、夏季脯氨酸含量和MDA含量在雌、雄株間的差異不顯著外，其余指標在各季節的雌雄株間均差異顯著；在相對低溫和干旱的冬季，羅漢松的MDA含量為雄株低于雌株，脯氨酸含量與3種酶活性為雄株高于雌株，說明羅漢松雄株較雌株對環境變化的調節能力和適應性更好，與詹亞光等[23]的研究結論相似。

本研究中的雌、雄株羅漢松采集地位于南亞熱帶地區，降水量分布不均勻，氣溫變化幅度較大，干濕分明，因此植物在其生長發育過程中各項生理指標隨季節更替表現出不同的變化趨勢。本研究中羅漢松雌、雄株的各項生理指標在4個季節中均產生變化，體現了植物在生理上對環境的響應機制。植物生理指標出現的差異與其自身的生物學特性有關，羅漢松在南寧的秋末冬初進入花芽分化期，春末夏初是其繁殖生長期。本研究結果顯示，羅漢松雌、雄株葉片的可溶性糖含量經過夏季的貯藏，均在秋季達到最高水平；而冬季時雌、雄株葉片的可溶性糖含量又下降至較低水平，原因是冬季時葉片衰老及羅漢松進入花芽分化期消耗增加促使可溶性糖急劇外運。雌、雄株葉片的可溶性蛋白含量均為冬季最高，與王毅等[24]研究指出的溫度降低會引起可溶性蛋白含量上升并產生抗寒性蛋白的結論相符。羅漢松雌、雄株葉片的脯氨酸含量在秋季較高，原因是秋季時氣溫開始降低，天氣變得干燥，導致植物體內脯氨酸累積；在冬季時，脯氨酸的含量較秋季時有所降低，原因可能是羅漢松對秋季溫度降低比對冬季持續低溫產生的反應更敏感，與黎建玲等[25]對荔枝（Litchi chinensis）的研究結論相同。雌、雄株葉片的MDA含量均在夏季達到最高，可能是由于在夏季高溫下葉片光合速率較高，從而導致細胞中活性氧自由基積累增多，膜脂過氧化加劇使MDA含量增高[26]。雌、雄株葉片的POD活性和雄株葉片CAT活性最大值均出現在冬季，可能是由于冬季氣溫和濕度較低，植株生長速率下降，植株保護系統的保護酶為維持生態平衡所致；雌雄株葉片的SOD活性為夏季最高，原因是夏季植物進入速生期，氣溫的持續上升打破組織細胞活性氧產生與消除的平衡，植物為了消除過量的活性氧以維持其自由基代謝系統的平衡，增加了SOD活性[27]。雌、雄株葉片的葉綠素含量均在夏季最高，原因是1年中夏季的溫度最高和光照強度最強，植物的生長較旺盛，需要增強光和作用以維持生長；雌、雄株葉片的類胡蘿卜素含量在冬季達到最高水平，原因是冬季光照強度較低，葉片需要通過更多的類胡蘿卜素吸收藍光以完成光合作用，春季光照逐漸增強，類胡蘿卜素的含量降為較低水平。通過雌、雄株各項生理指標的變化能反映出不同的生理特性，可今后羅漢松目的植株的選擇及在園林中的合理應用提供參考。