弱光下水分脅迫對(duì)不同產(chǎn)地披針葉茴香幼苗生理特性的影響

曹永慧，周本智，陳雙林

(中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院亞熱帶林業(yè)研究所，富陽(yáng) 311400)

弱光下水分脅迫對(duì)不同產(chǎn)地披針葉茴香幼苗生理特性的影響

曹永慧*，周本智，陳雙林

(中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院亞熱帶林業(yè)研究所，富陽(yáng) 311400)

選用4個(gè)不同產(chǎn)地披針葉茴香(Illiciumlanceolatum)(浙江臨安(LA)、浙江開化(KH)、江西武寧(WN)和福建南平(NP))1年生盆栽幼苗為試驗(yàn)材料，設(shè)置3個(gè)光照處理(Ⅰ：25 μmol·m-2·s-1；Ⅱ：50 μmol·m-2·s-1；Ⅲ：75 μmol·m-2·s-1)和2個(gè)水分處理(正常供水(CK)和自然干旱2d)，探討弱光環(huán)境下短期干旱對(duì)披針葉茴香幼苗生理特性及適應(yīng)性的影響。結(jié)果表明：兩種水分處理下，披針葉茴香幼苗抗氧化酶活性和滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量對(duì)弱光的敏感性存在明顯差異。在光處理Ⅱ和Ⅲ條件下，WN產(chǎn)地幼苗經(jīng)2d水分脅迫后，過氧化氫酶(CAT)活性比正常水分條件明顯增加，過氧化物酶(POD)活性在光處理Ⅲ下比正常水分條件的顯著增加，各光處理下超氧化物歧化酶(SOD)活性比正常水分的顯著下降，丙二醛(MDA)含量相反。水分脅迫后，各光處理下LA產(chǎn)地幼苗的SOD和POD酶活性低于正常水分條件的，可溶性蛋白和MDA含量均較正常水分處理的增加。與正常水分條件相比，水分脅迫后的KH產(chǎn)地幼苗SOD、POD和CAT酶活性在光處理Ⅰ下均顯著增加，可溶性蛋白和MDA含量有所下降。NP產(chǎn)地幼苗各光處理的酶活性均表現(xiàn)出水分脅迫后的比正常水分下的有所提高。可知，短期水分脅迫對(duì)提高KH、WN和NP產(chǎn)地幼苗對(duì)弱光環(huán)境的適應(yīng)性具有顯著促進(jìn)作用。研究揭示短期水分脅迫可通過增加抗氧化酶活性和滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量來提高幼苗對(duì)弱光的適應(yīng)性。

披針葉茴香；不同產(chǎn)地；弱光；水分脅迫；抗氧化酶；滲透物質(zhì)

光是植物最必需的資源，對(duì)植物的生長(zhǎng)、發(fā)育和演化具有極其重要的作用，同時(shí)又是影響植物形態(tài)和生理功能的重要環(huán)境因子[1]。光照強(qiáng)度長(zhǎng)時(shí)間顯著低于植物光飽和點(diǎn)將產(chǎn)生弱光脅迫，影響植物的形態(tài)建成和生理生化過程[2- 3]，同時(shí)這些變化也對(duì)植物適應(yīng)光照條件變化發(fā)揮著重要的功能。在生理上，弱光影響植物最直接的表現(xiàn)是光合作用降低[2- 4]，同時(shí)植物激素、抗氧化劑及次生代謝等生理代謝進(jìn)程也受到明顯影響。土壤水分和光照強(qiáng)度是影響植物光合生理過程和植被生長(zhǎng)及分布的重要生態(tài)因子，兩者對(duì)植物的光合作用、水分代謝及物質(zhì)運(yùn)轉(zhuǎn)等生理活性有重要影響[5- 7]。目前，國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究大多局限于弱光或水分等單一因子對(duì)植株生長(zhǎng)發(fā)育和生理生態(tài)等方面的影響[8- 10]，而關(guān)于水分含量和光照強(qiáng)度交互作用對(duì)植株幼苗生長(zhǎng)發(fā)育和生理生態(tài)特性影響的研究還少見報(bào)道[11]。

披針葉茴香(Illiciumlanceolatum)為中國(guó)所特有的傳統(tǒng)藥用植物[12]。其所含的莽草酸(Shikimic Acid)具有較強(qiáng)的抗炎、鎮(zhèn)痛和抑制血小板聚集、抑制動(dòng)靜脈血栓及腦血栓形成，還可作為抗病毒和抗癌藥物的中間體[12]。披針葉茴香雖有較廣的生態(tài)幅，但多處于零星分布，加之當(dāng)前資源掠奪式利用方式，野生資源日漸稀少，其規(guī)模引種保護(hù)和栽培日益迫切[13- 15]。目前，國(guó)內(nèi)部分省份和企業(yè)針對(duì)披針葉茴香開展引種栽培，但在幼苗階段，常因夏季高溫需要采取遮蔭覆蓋或林下套種栽植，使其處于弱光逆境，因此土壤水分條件將直接影響幼苗生長(zhǎng)情況。研究認(rèn)為，弱光和水分脅迫均是影響植株生長(zhǎng)發(fā)育和光合作用的逆境因素[16]。同種植物長(zhǎng)期生長(zhǎng)在不同光照、水分等異質(zhì)環(huán)境下，其表型及生理生態(tài)特性會(huì)產(chǎn)生不同的響應(yīng)，出現(xiàn)趨異適應(yīng)[17]。研究表明，披針葉茴香位于野生群落林冠層第二層，性喜陰濕，具有極強(qiáng)的耐蔭性，土壤水分和光照強(qiáng)度對(duì)披針葉茴香生長(zhǎng)發(fā)育和產(chǎn)量有著直接的影響，有關(guān)其水分和光生態(tài)適應(yīng)特點(diǎn)及機(jī)制尚未開展深入研究[13- 15]。因此，本文選取不同產(chǎn)地披針葉茴香1年生盆栽幼苗進(jìn)行不同弱光環(huán)境培養(yǎng)試驗(yàn)，通過短期水分脅迫處理探討不同產(chǎn)地披針葉茴香幼苗抗氧化系統(tǒng)對(duì)一定范圍弱光環(huán)境和水分脅迫雙重影響的生理響應(yīng)，揭示其對(duì)弱光脅迫的適應(yīng)和調(diào)節(jié)機(jī)制，以及水分脅迫在植物忍耐弱光適應(yīng)性調(diào)節(jié)過程中發(fā)揮的作用，旨在了解弱光脅迫和水分虧缺對(duì)披針葉茴香生理特性的影響，以期為披針葉茴香遷地保護(hù)、高效栽培的水分和光照管理以及栽培模式選擇提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

本研究供試材料為4個(gè)不同地理產(chǎn)地的披針葉茴香1年生實(shí)生苗，根據(jù)種子來源地，依次為浙江臨安產(chǎn)地(LA)、浙江開化產(chǎn)地(KH)、江西武寧產(chǎn)地(WN)和福建南平產(chǎn)地(NP)(產(chǎn)地地理、氣象指標(biāo)見表1)。2006年9—10月從各產(chǎn)地分布區(qū)野生健壯母株上采集果實(shí)，自然晾干后，將其種子分別進(jìn)行低溫砂藏處理(冰箱4 ℃)，并保持濕度；于2007年4月中旬播種，播種苗床10 m×1.0 m，土壤為園土 ∶有機(jī)肥=2∶1，平均播種密度189 株/m2；播種苗圃地采用常規(guī)管理，在4月播種后立即覆蓋稻草，夏季高溫期間有遮蔭措施(50%郁閉)；4個(gè)產(chǎn)地幼苗出苗期間澆水、間苗等條件一致。1年生幼苗生長(zhǎng)情況見表2。

表1 披針葉茴香引種地主要?dú)庀笠蜃?/p>

表2 不同產(chǎn)地披針葉茴香1年生幼苗生長(zhǎng)性狀

①表中數(shù)據(jù)為平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤差r(n=50); ②冠幅為4個(gè)方向的平均值

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

于2008年4月中旬從臨安試驗(yàn)苗床選取4個(gè)不同產(chǎn)地實(shí)生苗(2007年4月中旬播種)，每個(gè)產(chǎn)地選取平均植株50株，共計(jì)200株，進(jìn)行常規(guī)測(cè)定(包括地徑、苗高、冠幅、葉片數(shù)、葉片性狀等)后，將其全部帶回移栽于溫室盆缽(盆缽尺寸15 cm×10 cm，盆栽土壤為黃心土∶基質(zhì)=2∶1，不施肥)，每盆1株，共計(jì)200盆試驗(yàn)備用。管理措施為50%透光率單層遮蔭，并進(jìn)行常規(guī)苗期管理(考慮到光照培養(yǎng)試驗(yàn)的單因素設(shè)計(jì)，盆栽苗未進(jìn)行施肥處理，只進(jìn)行定期的澆水)，每隔2d傍晚時(shí)間保持1次正常供水，澆透為止。并于2008年5月10日開始采用程控光照培養(yǎng)箱SPX- 300I-G(上海博訊儀器公司)進(jìn)行光照培養(yǎng)試驗(yàn)。根據(jù)披針葉茴香幼苗光合作用的特點(diǎn)，設(shè)置3個(gè)光照培養(yǎng)梯度(Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ 3個(gè)光照梯度分別代表25 umol·m-2·s-1、50 umol·m-2·s-1和75 umol·m-2·s-1的光照強(qiáng)度)進(jìn)行弱光脅迫試驗(yàn)，光照顯著低于其光飽和點(diǎn)(373.5—1574.4 umol·m-2·s-1)，培養(yǎng)條件為溫度28 ℃，相對(duì)濕度75%，光照時(shí)間為白(12 h)/黑(12 h)。每個(gè)光照梯度下為4個(gè)產(chǎn)地，每個(gè)產(chǎn)地6盆，共計(jì)72盆。水分脅迫處理之前，光培養(yǎng)期間保證天天正常澆水。在光培養(yǎng)30 d后，即試驗(yàn)前(6月10日)充分澆水，然后在3個(gè)不同光照梯度下，分別不同產(chǎn)地選取3株待測(cè)苗繼續(xù)保持正常供水，而另外3株待測(cè)苗停止繼續(xù)澆水，使其自然干旱2 d；然后于6月13日分別針對(duì)正常供水和水分脅迫處理的試驗(yàn)苗取樣，每次取樣均按照產(chǎn)地和光照梯度進(jìn)行，每個(gè)處理下選取代表性葉片2片，測(cè)定葉片超氧化物歧化酶(SOD)、過氧化物酶(POD)和過氧化氫酶(CAT)等抗氧化酶活性以及可溶性蛋白、丙二醛(MDA)等滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的含量，重復(fù)測(cè)定3次，取平均值。

1.2.2 測(cè)定方法

酶液的提取[18]：稱取葉片0.5 g，加入液氮研磨成粉末狀，加入5 mL含有50 mmol/L磷酸緩沖液(pH值=7.0)，1 mmol/L乙二胺四乙酸(Ethylene diamine tetraacetic acid，EDTA) 和2 g/mL聚乙烯吡咯烷酮(polyvinylpyrrolidone，PVP)，勻漿液在低溫離心機(jī)(4 ℃)中經(jīng)10 000× g離心40 min，上清液用于測(cè)定。 POD活性測(cè)定采用愈創(chuàng)木酚法，用⊿A470·min-1·mg-1蛋白質(zhì)表示；SOD活性采用氮藍(lán)四唑(Nitroblue tetrazolium，NBT)光化還原法測(cè)定，以抑制NBT光化還原50%作為一個(gè)酶單位(U)，用U/mg蛋白質(zhì)。CAT活性測(cè)定采用硫代硫酸鈉滴定法，以1 min酶解1 mgH2O2為一個(gè)活力單位表示，用U·mg-1蛋白質(zhì)[18]?？扇苄缘鞍诇y(cè)定采用考馬斯亮藍(lán)染色法；MDA含量測(cè)定采用硫代巴比妥酸法[18]，用μmol/g鮮重表示。

1.2.3 數(shù)據(jù)分析

用Spssl0.0統(tǒng)計(jì)軟件對(duì)不同弱光和水分脅迫處理下幼苗抗氧化系統(tǒng)生理指標(biāo)進(jìn)行方差分析(P<0.05)，用LSD法對(duì)各參數(shù)平均數(shù)進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)和多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 弱光下短期干旱對(duì)不同產(chǎn)地披針葉茴香幼苗葉片抗氧化酶活性的影響

2.1.1 水分脅迫下SOD酶活性變化

作為植物體內(nèi)的一種保護(hù)酶，SOD可以清除體內(nèi)自由基的過多積累，緩解逆境的傷害[19]。如圖1所示，弱光環(huán)境對(duì)4個(gè)不同產(chǎn)地幼苗葉片SOD酶活性的影響變化趨勢(shì)因水分處理不同而不同。正常供水條件下，除NP產(chǎn)地外，LA、WN和KH產(chǎn)地幼苗SOD酶活性隨著處理光照增加而呈“先升后降”變化趨勢(shì)，光處理Ⅱ下的SOD酶活性最高，其中WN產(chǎn)地SOD酶活性在光處理之間差異不顯著；NP產(chǎn)地為“先降后升”變化趨勢(shì)，光處理Ⅰ下酶活性最高。

經(jīng)過短期水分脅迫后，幼苗SOD酶活性對(duì)弱光處理的脅迫適應(yīng)性存在明顯的產(chǎn)地間差異，與正常供水條件下酶活性變化明顯不同。經(jīng)過水分脅迫后，LA產(chǎn)地幼苗SOD酶活性隨著處理光照增強(qiáng)呈緩慢下降后保持穩(wěn)定，光處理間差異不顯著；WN產(chǎn)地SOD酶活性則隨著光照增加呈先緩慢后迅速上升的變化趨勢(shì)，光處理Ⅲ下酶活性最高，顯著高于光處理Ⅰ和Ⅱ的(P>0.05)。正常供水下，KH產(chǎn)地SOD酶活性在光處理Ⅰ與光處理Ⅱ和Ⅲ之間差異顯著(P<0.05)，光處理Ⅱ和Ⅲ之間不顯著；水分脅迫后，SOD酶活性隨著光照增加呈“先降后升”趨勢(shì)，升幅和降幅分別為212.39%和12.69%，其中，光處理Ⅱ下SOD酶活性最低，與光處理Ⅰ和Ⅲ之間差異均顯著(P<0.05)。與其余產(chǎn)地明顯不同，兩種水分處理下，NP產(chǎn)地幼苗SOD酶活性呈“先降后升”變化趨勢(shì)，水分脅迫后酶活性在光處理Ⅲ下最高。

2.1.2 水分脅迫下幼苗POD酶活性變化

如圖1所示，正常供水條件下，LA、WN和NP產(chǎn)地幼苗POD酶活性隨著處理光照增加呈“先升后降”的趨勢(shì)，KH產(chǎn)地幼苗呈不斷上升趨勢(shì)。

短期水分脅迫后，不同產(chǎn)地POD酶活性隨光照變化差異明顯。其中，LA產(chǎn)地幼苗POD酶活性隨光照增加的變化趨勢(shì)雖然同正常水分供給，各光處理POD值明顯低于正常供水下的。WN產(chǎn)地幼苗經(jīng)干旱后POD酶活性隨光照增加不斷上升，光處理Ⅲ酶活性極顯著高于(P<0.01)正常水分條件的(是正常處理的17.17倍)。KH產(chǎn)地POD酶活性在水分脅迫后，隨光照增加“先降后升”，各光處理依次為處理Ⅲ>處理Ⅰ>處理Ⅱ；水分脅迫提高KH產(chǎn)地幼苗對(duì)光處理Ⅰ的適應(yīng)性。NP產(chǎn)地幼苗經(jīng)過水分脅迫后，POD酶活性隨光照變化趨勢(shì)同正常水分供應(yīng)的，區(qū)別在于水分脅迫提高各弱光下NP產(chǎn)地幼苗POD酶活性。

2.1.3 水分脅迫下幼苗CAT酶活性變化

如圖2所示，兩種水分處理?xiàng)l件下，4個(gè)產(chǎn)地幼苗CAT酶活性隨光照增加具有類似的變化趨勢(shì)，但酶活性在光照處理之間變異程度受兩種水分處理?xiàng)l件的影響。水分脅迫對(duì)不同弱光下處理幼苗的協(xié)同影響在不同產(chǎn)地之間有差異，表現(xiàn)在經(jīng)過水分脅迫后，NP產(chǎn)地幼苗CAT酶活性對(duì)弱光的適應(yīng)性增加，即不同光照處理下的酶活性高于正常供水條件下的；水分脅迫提高WN產(chǎn)地幼苗在光處理Ⅱ和Ⅲ的CAT酶活性，水分脅迫下其酶活性對(duì)光照更加敏感；提高了KH產(chǎn)地各光處理的酶活性，且在水分脅迫后，增加了對(duì)光處理Ⅰ和Ⅲ的敏感性；水分脅迫較小程度提高LA產(chǎn)地幼苗光處理Ⅰ和Ⅲ的酶活性，降低光處理Ⅱ下的酶活性，但水分脅迫后各光處理對(duì)酶活性的影響無(wú)明顯差異，而在充分水分下，LA產(chǎn)地CAT酶活性對(duì)光照表現(xiàn)出較高的敏感性。

圖1 兩種水分處理下不同產(chǎn)地幼苗SOD、POD抗氧化酶活性變化Fig.1 The changes of SOD and POD acitivities of four I. lanceolatum ecotypes seedlings under different drought stress

2.2 弱光下短期干旱對(duì)不同產(chǎn)地披針葉茴香幼苗葉片滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量的影響

2.2.1 水分脅迫下幼苗可溶性蛋白含量的變化

如圖3所示，水分脅迫和正常供水條件下不同產(chǎn)地幼苗可溶性蛋白含量隨光照增加的變化趨勢(shì)相同。兩種水分處理下，LA產(chǎn)地幼苗可溶性蛋白含量隨光照增加不斷上升；水分脅迫后，其含量有所下降，各處理下的含量均比正常水分處理的低。正常水分下，WN產(chǎn)地可溶性蛋白含量隨光照增加“先升后降”，水分脅迫后，其含量在各弱光處理之間無(wú)明顯差異，光處理Ⅱ下含量顯著低于正常水分條件的(P<0.05)。不同水分處理下，隨著光照增強(qiáng)，KH產(chǎn)地可溶性蛋白含量均表現(xiàn)出“先降后升”趨勢(shì)；NP產(chǎn)地可溶性蛋白含量均表現(xiàn)出“先升后降”趨勢(shì)。

圖2 兩種水分處理下不同產(chǎn)地幼苗CAT抗氧化酶活性變化Fig.2 The changes of CAT activity of four I. lanceolatum ecotypes seedlings under different drought stress

圖3 兩種水分處理下不同產(chǎn)地幼苗可溶性蛋白、MDA含量的變化Fig.3 The changes of soluble protein and MDA contents of four I. lanceolatum ecotypes seedlings under different drought stress

2.2.2 水分脅迫下幼苗丙二醛含量的變化

如圖3所示，不同產(chǎn)地幼苗丙二醛(MDA)含量因水分處理和光照條件不同而不同。其中，LA和WN產(chǎn)地幼苗MDA含量隨光照增加的變化趨勢(shì)不受水分處理影響，均呈現(xiàn)“先升后降”變化趨勢(shì)。在正常水分下，KH產(chǎn)地MDA含量隨著光照增加不斷下降；在水分脅迫下，則為“先升后降”。在正常供水下，隨著光照增強(qiáng)，NP產(chǎn)地幼苗MDA含量“先降后升”；水分脅迫下，則為“先升后降”；光處理Ⅱ下的NP產(chǎn)地幼苗MDA含量顯著大于正常水分條件下的含量(P<0.05)。

3 討論

近年來的研究表明[20- 21]，逆境下植物產(chǎn)生更多的氧自由基，從而加劇了膜脂過氧化而導(dǎo)致膜系統(tǒng)受損，最終組織受到破壞。SOD、POD和CAT酶則對(duì)這些自由基和過氧化物起著清除作用，因此這些酶成為植物在逆境中的保護(hù)體系。可溶性蛋白是植物細(xì)胞重要的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，其積累量與滲透脅迫強(qiáng)度密切相關(guān)[22]。丙二醛(MDA)是膜脂過氧化的產(chǎn)物，是膜脂過氧化程度的度量，它能強(qiáng)烈地與細(xì)胞內(nèi)各種成分發(fā)生反應(yīng)，因而引起酶和膜的嚴(yán)重?fù)p傷，膜電阻及膜的流動(dòng)性降低，最終導(dǎo)致膜的結(jié)構(gòu)及生理完整性的破壞，其含量的高低一定程度上可表示細(xì)胞膜脂過氧化程度和植物對(duì)逆境條件的反應(yīng)強(qiáng)弱，大量的證據(jù)表明，逆境脅迫常導(dǎo)致植物MDA含量增加[23]。

本研究通過弱光和水分脅迫雙重試驗(yàn)處理，發(fā)現(xiàn)不同產(chǎn)地披針葉茴香幼苗抗氧化酶活性和滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量的變化趨勢(shì)同樣受水分脅迫和弱光條件的雙重影響。圖3表明，水分脅迫一定程度可提高WN產(chǎn)地幼苗MDA含量，使得各光處理下含量高于正常水分條件的；水分脅迫同樣提高了NP產(chǎn)地幼苗在光處理Ⅱ下的MDA含量；水分脅迫降低了LA產(chǎn)地幼苗MDA含量在光處理之間的差異，使得LA產(chǎn)地幼苗對(duì)弱光適應(yīng)范圍增加。但因產(chǎn)地而異，圖3亦表明，水分脅迫反而降低了KH產(chǎn)地幼苗MDA含量，使得其對(duì)弱光適應(yīng)性有所下降，尤其對(duì)光處理Ⅲ的適應(yīng)性。

有學(xué)者指出植物抗氧化系統(tǒng)常往往因處理方式等不同存在很大差異，甚至出現(xiàn)相反的趨勢(shì)[24]。本研究發(fā)現(xiàn)，不同類型抗氧化酶對(duì)不同產(chǎn)地披針葉茴香幼苗葉片弱光和水分雙重脅迫的響應(yīng)趨勢(shì)不同，且存在產(chǎn)地間差異。圖1和2顯示，在水分脅迫后，WN產(chǎn)地幼苗CAT酶活性在光處理Ⅱ和Ⅲ下比正常水分條件的明顯增加，POD酶活性在光處理Ⅲ下比正常水分條件的顯著增加；SOD酶活性在不同光處理下均比正常水分的顯著下降；圖3顯示MDA含量則各光處理下均顯著高于正常水分條件的。這些結(jié)果表明水分脅迫激發(fā)WN產(chǎn)地幼苗葉片活性氧的產(chǎn)生，導(dǎo)致細(xì)胞較明顯的過氧化反應(yīng)，水分脅迫可提高WN產(chǎn)地幼苗對(duì)弱光的敏感程度。水分脅迫后，LA產(chǎn)地幼苗SOD和POD酶活性在不同弱光處理下均低于正常水分條件的，CAT酶活性在光處理間差異反而變小；不同光處理下的可溶性蛋白和MDA含量均較正常水分處理的增加；這些結(jié)果表明在弱光環(huán)境下，給予短期干旱處理可能會(huì)降低LA產(chǎn)地幼苗的弱光適應(yīng)能力。與正常水分條件相比，KH產(chǎn)地幼苗經(jīng)過水分脅迫后，其SOD、POD和CAT酶活性在光處理Ⅰ下均有顯著增加；但其可溶性蛋白和MDA含量較低，水分脅迫可能某種程度上降低其弱光適應(yīng)性。與其余產(chǎn)地明顯不同的是，NP產(chǎn)地幼苗3種酶活性在各光處理下均表現(xiàn)出水分脅迫后的比正常水分下的有所提高，可能短期水分脅迫對(duì)提高NP產(chǎn)地幼苗對(duì)弱光的利用有重要貢獻(xiàn)。

弱光和水分脅迫均是影響植株生長(zhǎng)發(fā)育和光合作用的逆境因素[16]。學(xué)者研究表明弱光下水分脅迫影響了植株幼苗的光合適應(yīng)性[16]；弱光下生長(zhǎng)的植株葉片其水分狀況發(fā)生明顯變化，葉片相對(duì)含水量增加，蒸騰速率和水分利用效率都下降[25]，這可能使得植株對(duì)水分的需求較正常光照下有所減少。在厚皮甜瓜上的研究亦表明，幼苗基質(zhì)的適宜含水量與光照強(qiáng)度有關(guān)，在較弱的光照條件下則需適當(dāng)控水，以利于植株的生長(zhǎng)[11]。本研究同樣發(fā)現(xiàn)，在給予短期水分脅迫后，不同產(chǎn)地披針葉茴香幼苗的抗氧化酶活性在不同弱光光照條件下表現(xiàn)出明顯差異，體現(xiàn)了各產(chǎn)地幼苗對(duì)弱光環(huán)境的脅迫適應(yīng)性某種程度上受水分脅迫的協(xié)同影響，短期水分脅迫一定程度上可通過增加抗氧化酶活性和增加滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量的方式來提高幼苗對(duì)不同弱光環(huán)境的適應(yīng)性和自身調(diào)節(jié)能力，這些研究結(jié)果與毛煒光等的研究結(jié)果較為一致[11]。

研究也發(fā)現(xiàn)，披針葉茴香幼苗對(duì)弱光的適應(yīng)性雖可通過控制水分條件實(shí)現(xiàn)，但調(diào)節(jié)能力受產(chǎn)地不同影響。水分脅迫后，在光照Ⅰ(25 μmol·m-2·s-1)下，WN產(chǎn)地幼苗3種酶活性和可溶性蛋白含量均為所有產(chǎn)地的最低，但其MDA含量是4個(gè)產(chǎn)地中的最高，表明，WN產(chǎn)地幼苗對(duì)弱光適應(yīng)性受水分脅迫的限制性影響。與其不同，LA、KH和NP產(chǎn)地幼苗3種酶活性大小和可溶性蛋白、MDA含量居中等水平，其滲透物質(zhì)含量大小差異則體現(xiàn)了水分脅迫在提高其幼苗忍耐弱光環(huán)境方面的促進(jìn)作用。

研究表明經(jīng)過水分脅迫后，不同產(chǎn)地披針葉茴香幼苗弱光適應(yīng)性差異明顯。在相同水分脅迫條件下，4個(gè)產(chǎn)地需光性和適應(yīng)性不同，短期干旱后WN產(chǎn)地更適應(yīng)25—50 μmol·m-2·s-1范圍的弱光環(huán)境；LA產(chǎn)地在光照Ⅰ就開始遭受危害；KH和NP產(chǎn)地比較更容易適應(yīng)光照Ⅱ(50 μmol·m-2·s-1)的弱光環(huán)境。這表明，在水分脅迫條件下，LA產(chǎn)地幼苗對(duì)弱光和水分雙重脅迫的影響最敏感，耐干旱能力較低；KH和NP產(chǎn)地在50 μmol·m-2·s-1的弱光照條件下更適應(yīng)水分脅迫；WN產(chǎn)地幼苗對(duì)弱光適應(yīng)范圍最寬。

本試驗(yàn)亦表明，在水分脅迫下，披針葉茴香幼苗受光照增強(qiáng)的影響遠(yuǎn)高于正常水分處理下的；在水分充足下，其適應(yīng)生長(zhǎng)的光照范圍變寬，受光照影響較?。辉谒置{迫下，弱光環(huán)境對(duì)其幼苗生長(zhǎng)影響的程度因產(chǎn)地而異?？芍樔~茴香幼苗整體較不耐旱，但在弱光生長(zhǎng)環(huán)境下，適當(dāng)水分脅迫可提高植株適應(yīng)能力，緩解栽培過程弱光脅迫帶來的生長(zhǎng)限制影響。本研究還發(fā)現(xiàn)，在水分充足或者脅迫下，披針葉茴香幼苗滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)如可溶性蛋白、丙二醛含量對(duì)光照有較高的敏感性，在適應(yīng)逆境調(diào)節(jié)過程中發(fā)揮重要作用。

本研究針對(duì)4個(gè)產(chǎn)地披針葉茴香1年生幼苗進(jìn)行弱光培養(yǎng)和水分脅迫同步試驗(yàn)，結(jié)果從另一個(gè)角度證實(shí)不同產(chǎn)地披針葉茴香幼苗對(duì)弱光光照的不同需求性以及水分脅迫在提高或保持其弱光適應(yīng)性方面的積極作用，試驗(yàn)結(jié)果揭示和闡釋了弱光干旱環(huán)境下披針葉茴香植株的光生態(tài)適應(yīng)性產(chǎn)地間差異和生理響應(yīng)機(jī)制，研究結(jié)論對(duì)其遷地保護(hù)和人工栽培具有重要的實(shí)踐應(yīng)用價(jià)值。

4 結(jié)論

(1)研究表明，弱光和水分脅迫協(xié)調(diào)作用是影響披針葉茴香生長(zhǎng)發(fā)育的逆境因素，弱光下水分脅迫影響了披針葉茴香幼苗的抗氧化系統(tǒng)和滲透物質(zhì)含量，適度水分脅迫一定程度提高了植株幼苗弱光適應(yīng)性。

(2)研究表明，弱光培養(yǎng)條件下經(jīng)過水分脅迫后，不同產(chǎn)地幼苗間生理特性及其適應(yīng)性差異明顯。在水分脅迫條件下，LA產(chǎn)地幼苗對(duì)弱光和水分雙重脅迫的影響最敏感，耐干旱能力明顯下降；KH和NP產(chǎn)地在50 μmol·m-2·s-1的弱光照條件下較適應(yīng)水分脅迫；WN產(chǎn)地幼苗對(duì)弱光適應(yīng)范圍最寬。

(3)研究揭示了弱光干旱環(huán)境下披針葉茴香植株的光生態(tài)適應(yīng)性產(chǎn)地間差異和生理響應(yīng)機(jī)制。在水分充足或者脅迫下，植株幼苗滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)對(duì)光照有較高的敏感性，在適應(yīng)逆境調(diào)節(jié)過程中發(fā)揮重要作用。

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Effects of water stress on physiological characteristics of differentIlliciumlanceolatumecotypes under low light intensity

CAO Yonghui*, ZHOU Benzhi, CHEN Shuanglin

ChineseAcademyofForestry,ResearchInstituteofSubtropicalForestry,Fuyang311400,China

Low availability of soil moisture is considered a major limiting factor for plant growth and crop yield worldwide, and it turns to be a more serious problem under the context of global change. A weak light stress, resulting from significantly lower light intensity than light saturation point of plant in long time, will affect the morphogenesis and physiological and biochemical processes of plant. The Chinese anise (Illiciumlanceolatum), a traditional medicinal plant in China, has high content of shikimic acids which have effects of antiphlogosis and analgesis, and can reduce platelet aggregation and suppress vascular and cerebral thrombosis. Shikimic acid can also be an intermediate for antivirus and anticancer drugs. Scattering in its natural habitats,I.lanceolatumresources have experienced a rapid decline due to overexploitation. Therefore, it is necessary to study the protection and development strategies ofI.lanceolatumresources. Soil moisture and light intensity are important restrictive impact factors for growth and biomass accumulation ofI.lanceolatumseedlings. Until now, there is no reports about the mechanism of this species′ response to water and light conditions. In order to explore the effect of short-term drought on the plant physiological characteristics and its adaptive capacity under low light intensity, a pot experiment was conducted with one year oldI.lanceolatumseedlings for four ecotypes, respectively ecotypes from Linan Zhejiang (LA), Kaihua Zhejiang (KH), Wuning Jiangxi (WN) and Nanping Fujian (NP), treated under three low light intensity (Ⅰ：25μmol·m-2·s-1；Ⅱ：50 μmol·m-2·s-1；Ⅲ：75 μmol·m-2·s-1) and two water supply levels (normal water supply and watering after 2 days drought). The results showed that the sensitivity of antioxidant enzymes activity and osmotic substances contents ofI.lanceolatumseedlings to low light intensity was significantly different between two water supply conditions. After 2 days′ dought, catalase (CAT) activity of WN ecotype seedlings in the light treatments of Ⅱ and Ⅲsignificantly increased compared with that under normal water condition, the peroxidase (POD) activity in the light treatments of Ⅲ also significantly increased, and the malondialdehyde (MDA) contents in all three light treatments increased while the superoxide dismutase (SOD) activity decreased. Under the water stress, the SOD and POD activity of LA ecotype seedlings in all light conditions were lower than those under normal water supply, and the soluble protein and MDA contents were higher. Compared with normal water supply, the SOD, POD and CAT activity of KH ecotype seedlings in the light treatment ofⅠincreased significantly under water stress, while soluble protein and MDA content decreased. The enzymes activity of NP ecotype seedlings in all light treatments increased after short-term water stress. We concluded that the water stress can significantly promote the adaptability to weak light for KH, WN and NP ecotypes seedlings by increasing antioxidant enzymes activity and osmotic substances contents. This result will provide the theoretical foundation for ex-situ conservation, efficient cultivation, soil moisture and light condition management ofI.lanceolatum.

Illiciumlanceolatum; ecotypes; low light stress; water stress; antioxidant enzyme activities; osmotic regulation substances

浙江省科技計(jì)劃資助項(xiàng)目(2009C32097)

2012- 09- 24;

2013- 03- 04

10.5846/stxb201209241351

*通訊作者Corresponding author.E-mail: fjcyh77@sina.com

曹永慧，周本智，陳雙林.弱光下水分脅迫對(duì)不同產(chǎn)地披針葉茴香幼苗生理特性的影響.生態(tài)學(xué)報(bào),2014,34(4):814- 822.

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