不同種源馬尾松對(duì)干旱脅迫的生理生態(tài)響應(yīng)

韓文萍，丁貴杰，鮑 斌

（貴州大學(xué) 造林生態(tài)研究所，貴州 貴陽 550025）

不同種源馬尾松對(duì)干旱脅迫的生理生態(tài)響應(yīng)

韓文萍，丁貴杰，鮑 斌

（貴州大學(xué) 造林生態(tài)研究所，貴州 貴陽 550025）

選用漳平、安化、黃平等7個(gè)種源的馬尾松幼苗進(jìn)行了盆栽控水試驗(yàn)，研究了幼苗對(duì)干旱脅迫的生理生態(tài)響應(yīng)。結(jié)果表明，同一種源不同處理間及同一處理不同種源間的苗高和地莖凈生長量、幼苗可溶性糖含量、SOD活性、MDA活性、NR活性、游離脯氨酸含量等均差異顯著。隨水分脅迫加劇，各種源苗高、地莖凈增量除少數(shù)種源在輕度脅迫下有所上升外，總體呈現(xiàn)下降趨勢；可溶性糖、MDA及游離脯氨酸含量、SOD活性、質(zhì)膜透性總體呈上升趨勢；硝酸還原酶活性呈下降趨勢；不同種源間的變化趨勢相似，但變化幅度有較明顯差異。綜合評(píng)價(jià)認(rèn)為：漳平種源耐旱性最好，其次是都勻、龍巖、黃平、古蓬種源，而安化和崇義種源的耐旱性較差。

馬尾松；種源；干旱脅迫；生理生態(tài)響應(yīng)；耐旱性

馬尾松具有對(duì)土壤、氣候適應(yīng)性強(qiáng)，速生、豐產(chǎn)、用途廣泛、全樹綜合利用程度高、纖維和松脂優(yōu)良等特性而成為南方最主要用材樹之一[1-3]。水是一切生命之源，缺水對(duì)植物的危害相當(dāng)于其它自然災(zāi)害之和[4]。因此，許多學(xué)者開展了植物耐旱特性研究[2,5-14]。馬尾松苗木質(zhì)量的好壞，特別是耐旱能力的強(qiáng)弱，關(guān)系到馬尾松造林的成敗。因此，研究馬尾松苗木的耐旱機(jī)理及尋求提高苗木抗旱能力的方法十分必要。

本試驗(yàn)在前人研究的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步擴(kuò)大試驗(yàn)內(nèi)容，研究在不同干旱脅迫條件下，各種源馬尾松幼苗的生長狀況和對(duì)干旱脅迫的生理響應(yīng),分析不同種源的耐旱性, 初步鑒定出不同種源的耐旱性強(qiáng)弱，為選擇耐旱種源和掌握各種源對(duì)干旱脅迫的適應(yīng)過程提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

選取具有一定代表性的貴州都勻、黃平，江西崇義，湖南安化，福建漳平、龍巖、廣西古蓬7個(gè)種源作為育苗材料，選取用這7個(gè)種源所育成的半年生苗木作為試驗(yàn)材料。

1.2 方 法

采用盆栽控水試驗(yàn)，盆栽土壤取自貴州大學(xué)林學(xué)院苗圃內(nèi)，土壤飽和持水量為：59.32%。盆子規(guī)格為：高20 cm，直徑16 cm。試驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組試驗(yàn)，每個(gè)種源設(shè)4個(gè)干旱梯度，分別為：正常供水，即對(duì)照，土壤含水量為(42±5)%(土壤相對(duì)含水量為70%±5%)；輕度脅迫，土壤含水量為(33±5)%(土壤相對(duì)含水量為55%±5%)；中度脅迫，土壤含水量為(25±5)%(土壤相對(duì)含水量為41%±5%)：重度脅迫，±壤含水量為(18±5)%(土壤相對(duì)含水量為30%±5%)。每個(gè)梯度處理有4盆苗木，每盆栽3～4株，整個(gè)試驗(yàn)重復(fù)3次。土壤相對(duì)含水量=土壤含水量／土壤飽和持水量×100%。脅迫處理歷時(shí)1個(gè)月，從8月29日開始，一直持續(xù)到9月29日結(jié)束。試驗(yàn)期間采用稱重法控制土壤含水量。干旱脅迫處理期間，每天傍晚采用稱重法，計(jì)算需要補(bǔ)澆水量后用量筒準(zhǔn)確加入相應(yīng)水量。

試驗(yàn)處理期間，對(duì)苗高、地莖每10 d測定一次，生理生化等指標(biāo)待處理結(jié)束后統(tǒng)一測定?？扇苄蕴遣捎幂焱壬y定，超氧化物歧化酶采用NBT法測定，丙二醛采用TBA法測定，硝酸還原酶采用磺胺比色法測定，游離脯氨酸采用磺基水楊酸法測定，質(zhì)膜透性采用電導(dǎo)率法測定，光合色素采用乙醇法測定。

1.3 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)用Excel和SPSS軟件進(jìn)行分析，用方差分析法進(jìn)行差異顯著性檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 干旱脅迫對(duì)苗高和地莖的影響

干旱脅迫對(duì)苗木生理狀況的影響必然會(huì)導(dǎo)致苗木外在形態(tài)的變化[8]，植株苗高和地莖是植物獲取能量能力的主要表現(xiàn)之一,而高和莖的凈增長率對(duì)其影響的表述更全面、準(zhǔn)確[10]。所以，本研究采用凈增長率來比較不同種源間的耐旱性差異。

方差分析表明，干旱脅迫對(duì)苗高生長的影響，在同一干旱處理不同種源之間，以及在同一種源不同干旱處理之間均差異顯著（P＜0.05）（苗高和地莖凈生長量、幼苗可溶性糖含量、SOD活性、MDA活性、NR活性、游離脯氨酸含量也一樣）。

由圖1圖2可以看出：干旱脅迫對(duì)各個(gè)種源幼苗均產(chǎn)生了不同程度的抑制作用。在育苗的中后期，輕度干旱脅迫能夠適當(dāng)促進(jìn)苗木高生長（安化除外）和莖生長（都勻和古蓬除外），但當(dāng)脅迫達(dá)到中等程度后，其苗高生長和莖生長開始明顯下降，其中，對(duì)高生長抑制作用最明顯的是貴州黃平種源,高增長下降了38.36%；而對(duì)莖生長一直作用最明顯的是都勻種源，抑制作用最弱的是漳平種源，增長率為41.28%；從中度脅迫到重度脅迫，各種源高生長和莖生長均受到了嚴(yán)重抑制，其中都勻種源苗高生長下降幅度最大，而古蓬種源下降較?。磺o生長則是安化種源下降較小，而漳平種源下降較大。

圖1 干旱脅迫對(duì)不同種源苗高生長的影響Fig. 1 The effects of drought stress on seedlings high net growth from different provenances

圖2 干旱脅迫對(duì)不同種源地莖生長的影響Fig. 2 The effects of drought stress to stem volumenet growth from different provenances

綜合而言，在脅迫條件下，總體生長最好的是漳平種源，安化、龍巖、黃平、古蓬、崇義種源次之，最差的是都勻種源。

2.2 干旱脅迫對(duì)可溶性糖的影響

可溶性糖是植物體內(nèi)的一種重要的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，當(dāng)植物在逆境條件下時(shí)，常通過增加含量來維持細(xì)胞滲透平衡，從而起到一定作用的抗逆性?？扇苄蕴呛吭黾雍螅梢詾槊缒咎峁└嗟哪芰?，更會(huì)降低植物滲透勢，使苗木自身的耐旱能力提升而適應(yīng)外界環(huán)境條件的變化。所以，可溶性糖含量增加幅度大的種源耐旱適應(yīng)性強(qiáng)。

由圖3可以看出，隨脅迫程度加深，各種源針葉內(nèi)可溶性糖含量總體呈上升趨勢。在輕度脅迫時(shí)，除古蓬、漳平種源可溶性糖含量下降外，其余種源可溶性糖含量均呈上升趨勢。其中崇義種源上升最多，增加了31.15%。從輕度到中度脅迫，可溶性糖含量均顯著上升，上升趨勢最顯著的是漳平種源，最小的是黃平種源。重度脅迫時(shí)，可溶性糖含量的增長趨勢較中度脅迫時(shí)變緩，其中，增幅最大的是漳平種源，增幅最小的是龍巖種源。綜上，漳平種源滲透調(diào)節(jié)能力較強(qiáng)，古蓬種源滲透調(diào)節(jié)能力較弱。

圖3 干旱脅迫對(duì)不同種源幼苗可溶性糖的影響Fig. 3 The effects of drought stress to soluble sugar content from different provenances

2.3 干旱脅迫對(duì)超氧化物歧化酶（SOD）的影響

干旱脅迫對(duì)苗木的影響，在一定程度上是加速了植物的衰老和死亡，SOD是酶促防御系統(tǒng)的重要保護(hù)酶之一，可清除超氧陰離子自由基而抵御膜脂過氧化，減少膜傷害。一般情況下，SOD活性與脅迫程度呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系[11]。

隨脅迫增加，SOD活性呈增加趨勢（圖4）。輕度脅迫時(shí)，除都勻和古蓬種源外，其余種源的SOD活性均比對(duì)照明顯上升；在中度脅迫時(shí)，各種源SOD活性都顯著增大，而在重度脅迫時(shí)，SOD活性變化已趨于平緩，變化幅度較小。漳平種源的SOD活性增幅最大，其在干旱脅迫下抵御傷害的能力最強(qiáng)，都勻種源SOD活性增幅最小，在干旱脅迫下自我保護(hù)能力較弱。

圖4 干旱脅迫對(duì)不同種源馬尾松幼苗SOD活性的影響Fig. 4 The effects of drought stress to superoxide dismutase activity from different provenances

2.4 干旱脅迫對(duì)丙二醛(MDA)的影響

植物衰老時(shí)會(huì)產(chǎn)生膜脂過氧化作用，其產(chǎn)物MDA會(huì)對(duì)生物膜產(chǎn)生嚴(yán)重?fù)p傷。通常把它作為膜脂過氧化指標(biāo)，表示細(xì)胞膜脂過氧化程度和植物衰老指標(biāo)及對(duì)逆境條件反應(yīng)的強(qiáng)弱[15-16]。其含量高低可代表膜受傷害的程度，MDA含量越高，表明膜受傷害程度越大[12-13]。隨脅迫增大，MDA含量呈現(xiàn)逐漸上升趨勢,但變幅不同（圖5）。從СK到輕度脅迫，各種源MDA含量呈上升趨勢，其中增幅最大的是漳平種源，增幅最小的是崇義種源。中度脅迫，各種源MDA均呈上升趨勢，但變幅較小。從中度到重度脅迫，各種源MDA含量繼續(xù)增加，其中變化最大的是古蓬種源，變化最小的是黃平種源。

圖5 干旱脅迫對(duì)不同種源馬尾松幼苗MDA的影響Fig. 5 The effects of drought stress to malondialdehyde activity from different provenances

2.5 干旱脅迫對(duì)硝酸還原酶（NR）活性的影響

NR是一種誘導(dǎo)酶，是植物氮代謝中的關(guān)鍵酶，其活力可反應(yīng)植物氮素的同化水平，同時(shí)對(duì)光合作用和能量代謝也有重要影響[7]。通過滲透調(diào)節(jié)，氮素能降低苗木的蒸騰速率，從而有利于苗木耐旱[15]。由表1可知，隨脅迫加深，NR活性整體均呈下降趨勢，在輕度脅迫時(shí)，各種源NR活性下降幅度相對(duì)較小，其中漳平種源變化最小，為對(duì)照的98.67%。在中度和重度脅迫時(shí)，NR活性下降均很明顯。中度脅迫時(shí)，安化種源下降最大，下降了49.12%，都勻種源下降最少。重度脅迫時(shí)，除湖南安化種源下降較小（5.20%）外，其余種源NR活性下降幅度均較明顯。

表1 干旱脅迫對(duì)不同種源馬尾松幼苗NR活性的影響?Table 1 The effects of drought stress to nitrate reductase activity from different provenances

輕度脅迫下，都勻種源下降幅度最大，說明它的氮素同化水平較高，受干旱脅迫的影響較小，耐旱性較高；而漳平、黃平、古蓬等種源的NR活力變化不大，在中、重度脅迫時(shí)才有明顯降低，而崇義、安化等種源在輕度脅迫下NR活力就明顯降低，這說明，福建漳平等種源在中重度脅迫時(shí)比崇義、安化等種源的耐受性要高。

2.6 干旱脅迫對(duì)游離脯氨酸的影響

滲透調(diào)節(jié)是植物抵御干旱的重要形式，而脯氨酸是滲透調(diào)節(jié)的主要物質(zhì)之一。脯氨酸溶液在含水量很低的細(xì)胞內(nèi)提供足夠的自由水，維持正常的生命活動(dòng)。而且其親水性極強(qiáng)，能穩(wěn)定原生質(zhì)膠體及組織內(nèi)的代謝活動(dòng)，降低凝固點(diǎn)，防止細(xì)胞脫水。所以，脯氨酸含量在一定程度上反映了植物的抗逆性，抗旱性強(qiáng)的植株往往積累較多的脯氨酸。

由圖6可知，游離脯氨酸含量隨干旱脅迫程度的加重而總體呈現(xiàn)上升趨勢。從СK到輕度脅迫，游離脯氨酸含量除都勻、古蓬、崇義種源略有上升外，其余種源均呈下降趨勢。從輕度到中度脅迫，各種源游離脯氨酸含量均有一定程度的增加，其中龍巖種源增加最大，達(dá)181.84%，安化種源增加最小，為25.74%。從中度到重度脅迫，各種源游離脯氨酸含量繼續(xù)增加，增加最大仍是龍巖種源，增加最小仍是安化種源。

圖6 干旱脅迫對(duì)不同種源馬尾松幼苗游離脯氨酸含量的影響Fig. 6 The effects of drought stress to free proline content content from different provenances

綜上所述，耐旱性最好的是都勻種源（輕度脅迫時(shí)，脯氨酸含量就有一定增加），其次是龍巖、古蓬、崇義、漳平、黃平種源，安化種源耐旱性相對(duì)較差。

2.7 干旱脅迫對(duì)質(zhì)膜透性的影響

細(xì)胞膜是細(xì)胞感受外界環(huán)境脅迫最敏感的部位，而膜選擇透性是其重要功能之一，各種逆境會(huì)導(dǎo)致膜選擇透性的改變或者喪失。圖7表明，質(zhì)膜相對(duì)透性隨著干旱脅迫的加劇而呈現(xiàn)上升趨勢。質(zhì)膜相對(duì)透性的增加是植物在干旱脅迫情況下的一種受傷情況。質(zhì)膜透性越大，膜傷害度越大。以往相關(guān)實(shí)驗(yàn)已證實(shí)這一點(diǎn)[2，6-7，12]。

圖7 干旱脅迫對(duì)不同種源馬尾松幼苗質(zhì)膜透性的影響Fig. 7 The effects of drought stress to soluble sugar content from different provenances

各種源質(zhì)膜想對(duì)透性均隨脅迫的加劇而呈上升趨勢，經(jīng)方差分析，同一干旱處理不同種源之間差異不顯著，同一種源不同干旱處理之間差異顯著。

輕度脅迫時(shí)，崇義種源上升幅度最大，達(dá)27.66%，古蓬種源上升最小為17.26%。從輕度到中度脅迫，上升幅度最大的是漳平種源27.35%，最小的是安化種源8.81%。重度脅迫時(shí)，各種源上升幅度明顯變緩，各個(gè)種源之中，質(zhì)膜相對(duì)透性變化較大的是都勻種源，變化較小的是崇義種源，說明都勻種源在重度脅迫時(shí)膜傷害度最大，耐旱性最弱。

3 結(jié)論與討論

輕度脅迫促進(jìn)馬尾松苗木的生長，而中、重度脅迫則抑制馬尾松苗木的生長（低促高抑）。隨脅迫程度的加深，苗高、地莖凈增量呈現(xiàn)先上升后下降趨勢（圖1、圖2）。在輕度脅迫處理下，苗高、地莖增長出現(xiàn)最大值，這是馬尾松對(duì)干旱脅迫的一種適應(yīng)，也可以說適度干旱脅迫刺激了馬尾松苗木的后期生長。但隨脅迫的加劇，苗高、地莖的增長呈現(xiàn)下降趨勢，說明馬尾松對(duì)干旱脅迫的耐受性有限，過度脅迫將導(dǎo)致生長遲緩甚至死亡。

隨干旱脅迫程度加重，植物體內(nèi)可溶性糖含量（個(gè)別種源除外）、SOD活性、MDA含量、游離脯氨酸含量、質(zhì)膜相對(duì)透性呈總體上升趨勢，硝酸還原酶活性呈降低趨勢，但不同種源的變化幅度有所不同。

漳平、龍巖和古蓬種源在輕度脅迫時(shí)，苗木中可溶性糖含量減少，可以推測為在輕度脅迫時(shí)，漳平、龍巖和古蓬種源還未受到干旱脅迫的影響，或者說，輕度脅迫促進(jìn)了這三個(gè)種源的苗木后期生長。

漳平、黃平種源在輕度脅迫下MDA含量大量增加，在重度脅迫和中度脅迫時(shí)，MDA含量增幅變小，可能是由于脅迫刺激了保護(hù)酶的活性，從而抑制了膜脂過氧化作用[16]。而古蓬、崇義等種源是輕度脅迫和中度脅迫時(shí)MDA含量增幅不大，受到重度脅迫之后，MDA含量才明顯增加，這可能是由于這些種源的保護(hù)酶對(duì)干旱反應(yīng)比較敏感，在輕、中度脅迫時(shí)活性就已經(jīng)大大增加，足以抵御膜脂過氧化的損傷，而在重度脅迫時(shí)，由于酶活性增加的幅度有限而不足以保護(hù)細(xì)胞膜不受傷害，從而使MDA大量產(chǎn)生。

綜合評(píng)價(jià)認(rèn)為，漳平種源的耐旱性最好，都勻、龍巖、黃平、古蓬種源次之，而安化和崇義種源耐旱性較差。不同種源的耐旱性差異可能是種源所在地的氣候因子、土壤因子、海拔等綜合作用, 并經(jīng)過漫長的系統(tǒng)發(fā)育，產(chǎn)生不同變異的結(jié)果[2,6]。

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Physiological and ecological responses of Pinus massoniana seedling from different provenances to drought stress

HAN Wen-ping, D?NG Gui-jie, BAO Bin
( ?nstitute of Silviculture and Ecology，Guizhou University，Guiyang 550025，Guizhou，Сhina)

The physiological and ecological responses of Pinus massoniana seedlings from seven different provenances to drought stress were studied in the potted water control tests with 7 provenances coming from Zhangping, Anhua, Huangping and so on. The results show that the seedlings high net growth, stem volume net growth, soluble sugar content, superoxide dismutase activity, malondialdehyde activity, nitrate reductase activity, free proline content were signif i cantly different in the same provenance but with different process, and the same process but different provenance. The seedlings high net growth and stem volume net growth of most provenances decreased with the aggravation of water stress except individual provenances increased at the temperate water stress. The soluble sugar content,superoxide dismutase activity, malondialdehyde activity, nitrate reductase activity, membrane permeability general increased with water stress increased, while the free proline content decreased. The changing tendency to drought resistance among difference provenances was similar, but the range of change was remarkably different. The comprehensive evaluation indicated that Zhangping provenance exhibited the strongest drought resistance, and Duyun, Longyan, Huangping, Gupeng provenances showed higher drought resistance,Сhongyi and Anhua provenances were relatively weak.

Pinus massoniana; provenance; drought stress; physiological and ecological response; drought resistance

S791.248

A

1673-023X (2012)05-0025-05

2012-2-16

國家863課題（2011AA10020301）；貴州省特助人才課題（TZJF-2007年20號(hào)）；貴州省重大專項(xiàng)課題；省人才基地建設(shè)項(xiàng)目（黔人領(lǐng)發(fā)[2009]9號(hào)）；創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)建設(shè)項(xiàng)目（黔科合人才團(tuán)隊(duì)（2011））；貴州大學(xué)研究生創(chuàng)新基金（校研農(nóng)2009002）

韓文萍（1986-），女，陜西省岐山縣人，碩士研究生，主要從事森林生態(tài)學(xué)；E-mail：hanwenping110@163.com

丁貴杰（1960-），男，內(nèi)蒙古突泉縣人，教授，博導(dǎo)，主要從事人工林培育和森林生態(tài)研究；

E-mail：guijieding@yahoo.com.cn

[本文編校：歐陽欽]