珙桐幼苗生理生態(tài)特性對土壤干旱脅迫的響應(yīng)

吳慶貴+楊敬天+鄒利娟+賀靜+楊玉蓮

摘要：以珙桐種子萌發(fā)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(biāo)的影響。結(jié)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(dǎo)率、丙二醛含量顯著增加，質(zhì)膜遭到損害，大量離子外滲，重度脅迫下質(zhì)膜損害最嚴(yán)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(yīng)存在一定的差異，表現(xiàn)出相互協(xié)調(diào)的作用。

關(guān)鍵詞：珙桐；干旱脅迫；生理生化；土壤

中圖分類號： Q945.78文獻(xiàn)標(biāo)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(xué)基金（編號：3100246、31170319）；四川省教育廳項目（編號：13ZB0120、13ZB0121）；綿陽師范學(xué)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(tài)學(xué)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(fā)育的主要生態(tài)因子，直接影響植物的生理生長。在干旱條件下，植物細(xì)胞、器官、個體都會出現(xiàn)相應(yīng)的變化[1]，研究植物葉片水分和滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量、抗氧化酶系統(tǒng)活性、膜質(zhì)過氧化程度等生理指標(biāo)，能有效揭示植物對干旱脅迫的適應(yīng)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(jì)古熱帶植物區(qū)系的殘遺種，在植物系統(tǒng)發(fā)育和地史變遷上有很高的研究價值，被列為我國一級保護(hù)物種[3]，在植物系統(tǒng)發(fā)育和地史變遷研究上有很高的學(xué)術(shù)地位[4]。經(jīng)模型模擬發(fā)現(xiàn)，全球氣候?qū)︾钔┓植加休^大影響[5-6]，隨著氣溫變暖，珙桐的適宜分布地區(qū)將進(jìn)一步被片斷化，潛在分布空間減少，預(yù)計2030年珙桐的適宜生境將比現(xiàn)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(qū)擴(kuò)展；而“5.12汶川大地震”也嚴(yán)重破壞了珙桐的適宜分布區(qū)，進(jìn)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(xiàn)季節(jié)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(tài)解剖學(xué)、生物學(xué)、生態(tài)學(xué)、組織化學(xué)、種群生態(tài)學(xué)、引種栽培學(xué)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(jī)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(huán)境的適應(yīng)機(jī)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(jī)理及對干旱的適應(yīng)特點，篩選出抗旱性的生理生長指標(biāo)，為珙桐種群的保護(hù)及引種栽培提供理論和實踐依據(jù)。

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(tài)安全與保護(hù)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(nèi)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(fēng)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(jī)質(zhì)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(nèi)進(jìn)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(shè)置10個重復(fù)，每個重復(fù)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(bǔ)水到設(shè)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(biāo)。

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(dǎo)率用電導(dǎo)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(lán)四唑光還原法、紫外吸收法和愈創(chuàng)木酚法測定；可溶性蛋白含量用考馬斯亮藍(lán)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(biāo)重復(fù)測定3次。

1.4數(shù)據(jù)處理

用Microsoft Excel 2003和SPSS 13.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和統(tǒng)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(shù)據(jù)的差異，用Pearson 相關(guān)系數(shù)評價不同指標(biāo)間的相關(guān)關(guān)系。

2結(jié)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(fā)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(dǎo)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(xì)胞電導(dǎo)率先降低后上升。其中，中度和重度脅迫下珙桐葉片的電導(dǎo)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(dǎo)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(dá)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(qiáng)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(qiáng)，減輕干旱傷害；但是干旱達(dá)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(nèi)，珙桐幼苗葉片SOD、POD、CAT和APX活性均有較強(qiáng)的表達(dá)，但之后減弱。珙桐幼苗葉片中SOD活性在輕度脅迫下最強(qiáng)，POD、CAT和APX 活性在中度脅迫下最強(qiáng)，而在重度脅迫下均變?nèi)趿?。輕度脅迫下的 SOD 活性與對照相比顯著增強(qiáng)，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(qiáng)于對照，輕度和中度脅迫下的APX活性顯著強(qiáng)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(diào)節(jié)物質(zhì)的影響

由圖3可知，在不同強(qiáng)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(qiáng)度的增強(qiáng)，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(jié)論與討論

植物組織相對含水量反映了植物體內(nèi)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(biāo)，因為它能更加密切地反映水分供應(yīng)與蒸騰之間的平衡關(guān)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(qiáng)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(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)電解質(zhì)外滲，通過測定干旱脅迫下植物葉片的電導(dǎo)率可了解質(zhì)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(dǎo)率均增加，說明在干旱脅迫程度增加時，珙桐葉片的質(zhì)膜傷害程度也在加重，電導(dǎo)率與干旱脅迫程度呈現(xiàn)出正相關(guān)的關(guān)系。因此，可以把電導(dǎo)率的變化作為珙桐抗逆性的參考性生理指標(biāo)。

植物受到干旱脅迫傷害都直接或間接地與活性氧的產(chǎn)生有關(guān)。植物體內(nèi)活性氧自由基的產(chǎn)生是多部位和多途徑的[11]，SOD以催化 O-2· 發(fā)生歧化作用，起到清除 O-2· 的解毒作用，SOD將 O-2· 歧化產(chǎn)生的 H2O2，再由細(xì)胞內(nèi) CAT、APX和 POD清除。植物細(xì)胞中SOD、POD、CAT和APX等協(xié)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(xì)胞膜免受傷害[16-17]。在本研究中得到了同樣的結(jié)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(qiáng)的趨勢，說明當(dāng)珙桐植株受到干旱脅迫而導(dǎo)致活性氧產(chǎn)生量增加時，這些保護(hù)酶活性也同步增強(qiáng)，以維持植株的正常生長；在中度干旱脅迫下，當(dāng)CAT、POD和APX的活性繼續(xù)保持增強(qiáng)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(chǎn)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(xiàn)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(nèi)靠增強(qiáng)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(biāo)。

滲透調(diào)節(jié)是植物適應(yīng)干旱脅迫的重要生理機(jī)制。植物通過代謝活動增加細(xì)胞溶質(zhì)濃度，降低滲透勢，維持膨壓，使體內(nèi)與膨壓有關(guān)的生理活動正常進(jìn)行[18]。滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的增加可以維持細(xì)胞的膨壓，降低植物體內(nèi)的滲透勢，有利于植物體在干旱逆境中維持體內(nèi)需要的正常水分含量，提高植物的抗逆適應(yīng)性[19-20]?？扇苄缘鞍踪|(zhì)具有較強(qiáng)的親水膠體性質(zhì)，可以影響細(xì)胞的保水能力，起到維持滲透勢的作用；脯氨酸是細(xì)胞質(zhì)中重要的滲透劑和防脫水劑，能降低細(xì)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(xiàn)出上升的趨勢，說明在珙桐受到干旱脅迫時，其體內(nèi)為了適應(yīng)這種環(huán)境發(fā)生了相應(yīng)的變化，細(xì)胞溶質(zhì)的濃度增加，滲透勢降低以維持膨壓，最大可能地保證體內(nèi)生理活動正常進(jìn)行，提高植物的抗逆適應(yīng)性。結(jié)果顯示，將珙桐體內(nèi)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(yīng)特征比較合理，與曹幫華的結(jié)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(jié)果，衡量耐旱性的指標(biāo)也很多。本研究只從珙桐的一些生理生化指標(biāo)方面對其抗旱性能進(jìn)行了分析，因此從其他指標(biāo)的特性來確定珙桐具體的抗旱性能還需進(jìn)一步研究。

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