干旱脅迫下馬尾松苗木生理變化

宋自力，劉建兵，唐 強(qiáng)，饒曉輝

(湖南省林產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)檢測(cè)中心，湖南長(zhǎng)沙 410004)

馬尾松 (Pinus massoniana L．)是我國(guó)南方主要造林樹(shù)種，也是荒山綠化的先鋒樹(shù)種。在育苗過(guò)程中，由于未及時(shí)灌溉、雜草競(jìng)爭(zhēng)等原因，馬尾松苗木常會(huì)遭受干旱脅迫，從而影響苗木質(zhì)量，嚴(yán)重時(shí)甚至影響苗木的成活。干旱脅迫下，苗木體內(nèi)會(huì)發(fā)生一系列相應(yīng)的生理生化變化來(lái)抵御或減輕脅迫造成的損傷。通常葉片和根系的生理變化是苗木對(duì)干旱脅迫的直觀反映，我們通過(guò)分析干旱脅迫下不同種源馬尾松苗木葉綠素含量、丙二醛含量和根系活力等生理指標(biāo)的變化，探討各生理指標(biāo)與馬尾松苗木抗旱能力的關(guān)系，為揭示馬尾松苗木耐旱機(jī)理提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

根據(jù)馬尾松的天然分布，選擇廣東信宜、浙江江山、湖南汝城、重慶黔江和湖北大悟5個(gè)有代表性種源的種子，于2010年2月在湖南省林木種苗繁育示范中心苗圃進(jìn)行沙床播種，4月初將芽苗移植到規(guī)格為13 cm×12 cm(口徑×高)的黑色營(yíng)養(yǎng)缽中培育待用。

1.2 干旱脅迫

2010年8月8日開(kāi)始對(duì)上述5個(gè)種源的1年生容器苗進(jìn)行周期性干旱脅迫處理，即對(duì)照 (每3 d澆水1次)、中度干旱脅迫 (每6 d澆水1次)、重度干旱脅迫 (每9 d澆水1次)，澆水時(shí)將基質(zhì)澆透。18 d為1個(gè)周期，循環(huán)3次，于10月1日結(jié)束試驗(yàn)，共計(jì)54 d。

1.3 指標(biāo)測(cè)定

每1個(gè)干旱脅迫周期結(jié)束即每隔18 d，采集3種干旱脅迫處理的針葉，參照張志良［1］、陳建勛［2］的方法分別測(cè)定葉綠素含量和丙二醛含量，最后1個(gè)脅迫周期結(jié)束后，全部收獲苗木，采用李合生的TTC法［3］測(cè)定根系活力。

2 結(jié)果與分析

2.1 干旱脅迫對(duì)不同種源馬尾松苗木葉綠素含量的影響

干旱脅迫下5個(gè)種源馬尾松苗木針葉內(nèi)葉綠素含量測(cè)定結(jié)果見(jiàn)圖1至圖3。

圖1 干旱脅迫對(duì)不同種源馬尾松苗木葉綠素a含量的影響Fig.1 The effects on the chlorophyll content a of P．massoniana seedlings from different provenances under drought stress

圖2 干旱脅迫對(duì)不同種源馬尾松苗木葉綠素b含量的影響Fig.2 The effects on the chlorophyll content b of P．massoniana seedlings from different provenances under drought stress

圖3 干旱脅迫對(duì)不同種源馬尾松苗木總?cè)~綠素含量的影響Fig.3 The effects on the total chlorophyll content of P．massoniana seedlings from different provenances under drought stress

從圖1至圖3可以看出:干旱脅迫下不同種源馬尾松苗木針葉內(nèi)葉綠素a、b及總?cè)~綠素的變化規(guī)律極其相似。干旱脅迫對(duì)不同種源馬尾松苗木針葉內(nèi)各類葉綠素含量雖有一定影響，但各種源馬尾松苗木針葉內(nèi)葉綠素含量在不同脅迫時(shí)期內(nèi)隨脅迫程度的加深有升有降，變化趨勢(shì)不是很穩(wěn)定?？傮w上，每1個(gè)脅迫時(shí)期內(nèi)各種源馬尾松苗木針葉內(nèi)葉綠素含量在中度干旱脅迫下與對(duì)照相差較小，說(shuō)明中度干旱對(duì)各種源馬尾松苗木針葉葉肉細(xì)胞的傷害較小。隨著脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)，各種源馬尾松苗木針葉內(nèi)葉綠素總含量有所增加，這可能與馬尾松苗木不但未受脅迫傷害反而逐漸適應(yīng)干旱環(huán)境有關(guān)。

2.2 干旱脅迫對(duì)不同種源馬尾松苗木丙二醛含量的影響

干旱脅迫對(duì)不同種源馬尾松苗木針葉內(nèi)丙二醛含量影響的結(jié)果見(jiàn)圖4。通常，植物在逆境脅迫或衰老過(guò)程中，細(xì)胞內(nèi)自由基代謝平衡被破壞，從而為自由基的產(chǎn)生創(chuàng)造有利條件，自由基的毒害之一是引發(fā)或加劇膜脂過(guò)氧化作用，造成細(xì)胞膜系統(tǒng)的損傷，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致植物細(xì)胞的死亡。丙二醛是膜脂過(guò)氧化的最終產(chǎn)物，是膜系統(tǒng)受傷害的重要標(biāo)志之一。

由圖4可以看出，干旱脅迫初期 (經(jīng)18 d干旱脅迫，圖4a)，除湖北大悟種源馬尾松苗木針葉內(nèi)丙二醛含量隨脅迫程度的加深而下降外，其它4個(gè)種源馬尾松苗木針葉內(nèi)丙二醛含量均隨脅迫程度的加深而呈上升趨勢(shì)，但湖南汝城和重慶黔江種源馬尾松針葉內(nèi)丙二醛含量在中度干旱脅迫下反而低于對(duì)照，說(shuō)明脅迫初期中度干旱脅迫還未對(duì)這2個(gè)種源馬尾松苗木造成損傷。隨著脅迫時(shí)間的延長(zhǎng) (經(jīng)36 d干旱脅迫，圖4b)，各種源馬尾松苗木針葉內(nèi)丙二醛的總含量有所增加，除廣東信宜種源馬尾松苗木在中度干旱脅迫下其針葉內(nèi)丙二醛含量高出對(duì)照外，其它4個(gè)種源馬尾松苗木針葉內(nèi)丙二醛含量在中度和重度干旱脅迫下都明顯低于對(duì)照，但不同種源之間存在差異。干旱脅迫后期 (經(jīng)54 d干旱脅迫，圖4c)，各種源馬尾松苗木針葉內(nèi)丙二醛含量呈現(xiàn)與干旱脅迫36 d時(shí)相似的變化規(guī)律，除廣東種源馬尾松苗木針葉內(nèi)丙二醛含量在重度干旱脅迫下明顯高出對(duì)照外，其它4個(gè)種源馬尾松苗木針葉內(nèi)丙二醛含量在中度和重度干旱脅迫下明顯低于對(duì)照，但不同種源之間存在差異。

圖4 干旱脅迫對(duì)不同種源馬尾松苗木針葉內(nèi)丙二醛含量的影響Fig.4 The effects on the malondialdehyde content of P．massoniana seedlings from different provenances under drought stress

2.3 干旱脅迫對(duì)不同種源馬尾松苗木根系活力的影響

干旱脅迫下5個(gè)種源馬尾松苗木的根系活力測(cè)定結(jié)果見(jiàn)圖5。根是苗木的重要器官，它不僅具有吸收水分、礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)和支撐苗木地上部分的功能，而且還能進(jìn)行合成代謝等生理活動(dòng)。根系活力反映苗木根系吸收、合成、生長(zhǎng)的綜合表現(xiàn)。因此，維持較高根系活力是苗木抵抗逆境能力的一種表現(xiàn)。

圖5 干旱脅迫對(duì)不同種源馬尾松苗木根系活力的影響Fig.5 The effects on the root activity of P．massoniana seedlings from different provenances under drought stress

由圖5可以看出，干旱脅迫對(duì)不同種源馬尾松苗木的根系活力有一定的影響，且不同種源之間差異較大。廣東信宜和浙江江山種源馬尾松苗木在干旱脅迫下根系活力與對(duì)照相比呈下降趨勢(shì)，說(shuō)明其根系在干旱脅迫下受到傷害，而湖南汝城、重慶黔江和湖北大悟種源馬尾松苗木在干旱脅迫下根系活力與對(duì)照相比呈上升趨勢(shì)，說(shuō)明這3個(gè)種源馬尾松苗木的根系在干旱脅迫下未受損傷，耐旱能力較強(qiáng)。

3 結(jié)論與討論

(1)干旱脅迫處理雖對(duì)馬尾松苗木葉綠素a、葉綠素b及總?cè)~綠素含量都有一定影響，但不同脅迫時(shí)期差異較大。干旱在脅迫初期，各種源苗木中含量有升有降，并無(wú)穩(wěn)定趨勢(shì)，這一結(jié)果反映了不同種源在脅迫初期對(duì)干旱環(huán)境適應(yīng)能力的差異;隨著脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)，各類葉綠素的總含量有所增加，進(jìn)一步說(shuō)明后期馬尾松苗木通過(guò)最大程度的保持葉綠素含量來(lái)保證光合作用的正常進(jìn)行，這也證實(shí)了周海燕［4］提出的最大程度的保持葉綠素含量是植物對(duì)干旱脅迫的一種抵抗和適應(yīng)。在脅迫完全結(jié)束，還發(fā)現(xiàn)大部分種源馬尾松苗木針葉內(nèi)葉綠素含量在中度干旱脅迫下明顯高出對(duì)照，而在重度干旱脅迫下又較低，可能的原因是中度干旱脅迫促進(jìn)了葉片對(duì)水分的吸收和貯藏及葉綠素a、b的合成，葉綠素含量的增加還可能與植物對(duì)環(huán)境因子的補(bǔ)償和超補(bǔ)償效應(yīng)有關(guān)［5］。但干旱脅迫加重后，葉綠素含量呈下降趨勢(shì)，這可能是干旱脅迫的加劇引起植物細(xì)胞內(nèi)生理生化改變，使葉綠素合成受阻，降解加快，因此，葉綠素含量迅速下降［6］。

(2)干旱脅迫初期，大部分種源馬尾松苗木針葉內(nèi)丙二醛含量隨脅迫程度的加深呈有明顯的上升趨勢(shì)，這和王啟明［7］對(duì)大豆、陳少瑜等［8］對(duì)坡柳、畢會(huì)濤等［9］對(duì)灰棗的研究結(jié)果一致，說(shuō)明脅迫初期馬尾松苗木膜系統(tǒng)受到損傷。但隨著脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)，這種上升趨勢(shì)不再出現(xiàn)。在干旱脅迫后期，隨干旱脅迫程度的加深，大部分種源馬尾松苗木針葉內(nèi)丙二醛含量有所下降，說(shuō)明脅迫后期馬尾松苗木脂膜過(guò)氧化作用較弱，膜系統(tǒng)逐漸得到修復(fù)，可能與清除活性氧的各種保護(hù)酶的活性增強(qiáng)有關(guān)［10］。

(3)本研究中只有廣東信宜種源馬尾松苗木根系活力隨干旱脅迫程度加深而下降，與孔艷菊等［11］對(duì)干旱脅迫下黃櫨幼苗根系活力的變化趨勢(shì)相近，其它種源馬尾松苗木根系活力沒(méi)有受到太大影響，甚至出現(xiàn)隨干旱脅迫程度加深反而上升的趨勢(shì)。引起這一現(xiàn)象的原因比較復(fù)雜，大多數(shù)學(xué)者［12－15］對(duì)此的解釋是:隨著土壤含水量的下降，根系都有一個(gè)提高呼吸強(qiáng)度，釋放較多ATP而使根系活力增大以適應(yīng)干旱逆境的過(guò)程，只是增大的峰值出現(xiàn)時(shí)間的早晚，對(duì)不同植物材料而言，可能不相同。本研究采用TTC(四氮唑)的還原量反映根系活力，TTC還原能力是測(cè)定與呼吸有關(guān)的琥珀酸脫氫酶［16］，所以TTC還原能力與呼吸作用有著一定的相關(guān)性。干旱脅迫下大多種源苗木呼吸作用增強(qiáng)，根系活力均出現(xiàn)上升趨勢(shì)。但是，干旱脅迫對(duì)根系活力的影響具體如何，還取決于脅迫的強(qiáng)度和持續(xù)的時(shí)間，有待今后進(jìn)一步研究證實(shí)。

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