中華蚊母樹(shù)（Distylium chinense）幼苗對(duì)秋、冬季淹水的生長(zhǎng)及生理響應(yīng)*

劉澤彬，程瑞梅，肖文發(fā)，郭泉水1，王彥輝1，王 娜

（1：中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院森林生態(tài)環(huán)境與保護(hù)研究所，國(guó)家林業(yè)局森林生態(tài)環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100091）

（2：南京林業(yè)大學(xué)南方現(xiàn)代林業(yè)協(xié)同創(chuàng)新中心，南京210037）

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中華蚊母樹(shù)（Distylium chinense）幼苗對(duì)秋、冬季淹水的生長(zhǎng)及生理響應(yīng)*

劉澤彬1，2，程瑞梅1，2**，肖文發(fā)1，2，郭泉水1，王彥輝1，王 娜1，2

（1：中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院森林生態(tài)環(huán)境與保護(hù)研究所，國(guó)家林業(yè)局森林生態(tài)環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100091）

（2：南京林業(yè)大學(xué)南方現(xiàn)代林業(yè)協(xié)同創(chuàng)新中心，南京210037）

為闡明三峽庫(kù)區(qū)岸生植物中華蚊母樹(shù)（Distylium chinense）幼苗對(duì)水淹的耐淹機(jī)理，通過(guò)設(shè)置對(duì)照組（CK）、半淹組（PF）、全淹組（CF）3個(gè)水淹處理，模擬庫(kù)區(qū)消落帶秋、冬季淹水情況，研究中華蚊母樹(shù)幼苗在不同水淹時(shí)間和深度下的生長(zhǎng)及生理生化特性.結(jié)果表明，淹水顯著影響中華蚊母樹(shù)幼苗的生物量，水淹150 d后，PF組植株和CF組植株根、莖、葉生物量均呈顯著降低趨勢(shì)，同時(shí)受水淹影響，植株根冠比也顯著降低；中華蚊母樹(shù)幼苗在水淹前90 d 2組水淹處理植株葉片丙二醛（MDA）含量均與CK組植株差異不顯著，水淹120 d后，中華蚊母樹(shù)幼苗葉片MDA含量顯著增加，且隨著水淹深度的增加而逐漸升高；可溶性蛋白在各水淹處理中的變化有所差異，水淹前60 d，淹水并沒(méi)有影響CF組植株可溶性蛋白含量，但從水淹90 d開(kāi)始，CF組植株可溶性蛋白含量有所上升，而PF組植株可溶性蛋白含量在整個(gè)淹水期間均與CK組植株差異不顯著；2組水淹處理植株脯氨酸在水淹前期均顯著上升，但自水淹90 d后逐漸下降至CK組水平；與MDA對(duì)水淹的響應(yīng)一致，水淹前期PF組和CF組植株抗氧化酶活性（超氧化物歧化酶、過(guò)氧化氫酶和抗壞血酸過(guò)氧化物酶）均沒(méi)有出現(xiàn)明顯影響，但水淹后期2組水淹處理植株抗氧化酶活性均顯著升高；可溶性糖含量在不同水淹處理下有所差異，PF組植株葉片可溶性糖含量在整個(gè)淹水期間均與CK組植株差異不顯著；而CF組植株葉片可溶性糖含量隨著水淹時(shí)間的延長(zhǎng)逐漸降低.研究證明，中華蚊母樹(shù)幼苗生長(zhǎng)及生理特性對(duì)秋、冬季水淹環(huán)境具有一定的調(diào)節(jié)能力，是中華蚊母樹(shù)幼苗能夠在庫(kù)區(qū)消落帶存活生長(zhǎng)的一個(gè)重要原因.

淹水；消落帶；中華蚊母樹(shù)幼苗；生物量；生理生化；三峽庫(kù)區(qū)

?2016 by Journal of Lake Sciences

三峽大壩的修建使庫(kù)區(qū)形成了落差近30 m、面積達(dá)300 km2的消落帶，隨著庫(kù)區(qū)秋冬季的蓄水及水位的頻繁波動(dòng)，生長(zhǎng)在消落帶不同海拔高程及沿岸的植物將遭受不同強(qiáng)度的水淹，面對(duì)如此復(fù)雜多變的水淹環(huán)境，一些適應(yīng)性差的植物逐漸死亡，從而加劇消落帶生境的破碎及植被的退化，對(duì)庫(kù)區(qū)生物多樣性、生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能產(chǎn)生嚴(yán)重的影響［1］.如何恢復(fù)和重建消落帶植被，保證其生態(tài)功能的良好運(yùn)行，是當(dāng)今亟待解決的重要科學(xué)問(wèn)題［2］.有研究表明，鄉(xiāng)土樹(shù)種在維持庫(kù)區(qū)生態(tài)環(huán)境，確保庫(kù)岸生態(tài)系統(tǒng)功能的正常發(fā)揮中起到重要的作用，因此，篩選鄉(xiāng)土樹(shù)種進(jìn)行消落帶的生態(tài)恢復(fù)將成為一種快速而行之有效的方式［3-4］.

中華蚊母樹(shù)（Distylium chinense（Franch.）Diels）是三峽庫(kù)區(qū)具有代表性的鄉(xiāng)土樹(shù)種，具有耐淹性強(qiáng)、根系發(fā)達(dá)、生長(zhǎng)快、適應(yīng)性強(qiáng)的特點(diǎn)，主要分布在長(zhǎng)江及其支流兩岸海拔150 m以下陡峭山坡上和石壁中，成株高度為0.8～1.2 m.但由于三峽庫(kù)區(qū)的修建，其原有棲息地被淹沒(méi)，天然資源瀕臨滅絕.近幾年來(lái)，有學(xué)者逐漸嘗試通過(guò)人工種植中華蚊母樹(shù)的方式來(lái)重建庫(kù)區(qū)消落帶植被，并取得良好的效果，如馮義龍等［5］通過(guò)示范區(qū)種植發(fā)現(xiàn)，中華蚊母樹(shù)可以在消落帶海拔163 m以上存活生長(zhǎng).

植株是否耐淹主要是由其生理特性所決定，一些植物可以通過(guò)形成不定根、特化皮孔以及通氣組織來(lái)適應(yīng)淹水環(huán)境［6］；一些植物能夠調(diào)節(jié)體內(nèi)各種保護(hù)酶的活性、滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的含量來(lái)增加對(duì)水淹的抵御能力［7］；還有一些植物可以保持低的碳水化合物代謝或根部形成更多的碳水化合物（尤其是淀粉）作為儲(chǔ)備物質(zhì)來(lái)適應(yīng)淹水脅迫等［8］；有關(guān)中華蚊母樹(shù)耐淹機(jī)制的研究也開(kāi)展了大量的工作，涉及生長(zhǎng)［9-10］、光合［10-11］、質(zhì)膜透性［12］以及非結(jié)構(gòu)碳水化合物［13］等方面，為保證航運(yùn)安全，中華蚊母樹(shù)在消落帶進(jìn)行恢復(fù)時(shí)應(yīng)在消落帶的高海拔區(qū)域（165～175 m）種植，而消落帶高海拔區(qū)域在秋、冬季節(jié)（每年10月至次年3月）最長(zhǎng)可遭受近5個(gè)月的水淹，而目前針對(duì)于中華蚊母樹(shù)在庫(kù)區(qū)消落帶的這種恢復(fù)特點(diǎn)以及受水淹情況開(kāi)展的研究還比較少，一些學(xué)者已經(jīng)開(kāi)始嘗試研究中華蚊母樹(shù)生長(zhǎng)（基徑、株高和葉片增加量）和光合特性對(duì)秋、冬季節(jié)短期淹水的響應(yīng)［10-11］，但仍缺乏中華蚊母樹(shù)對(duì)更長(zhǎng)時(shí)間水淹的響應(yīng)機(jī)制的研究，同時(shí)，除植物光合在植物抵抗水淹脅迫中起關(guān)鍵作用外，內(nèi)部的生理代謝（如滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)、抗氧化酶等）也發(fā)揮了重要作用.水淹對(duì)植物的脅迫作用最主要的是缺氧，在缺氧植物細(xì)胞中，其氧化脅迫反應(yīng)與分子氧還原生成有毒的自由基，而植物內(nèi)部生理代謝的調(diào)節(jié)作用可以抵抗活性氧分子的毒害.因此，本研究模擬消落帶秋、冬季節(jié)高海拔區(qū)域淹水環(huán)境，選取2年生中華蚊母樹(shù)為研究對(duì)象，從生物量和生理生化特性2個(gè)方面，對(duì)其耐淹機(jī)理進(jìn)行研究，旨在揭示中華蚊母樹(shù)幼苗生長(zhǎng)及生理生化特性對(duì)秋、冬季長(zhǎng)期淹水的響應(yīng)，從而為三峽庫(kù)區(qū)消落帶耐淹植物的篩選以及植被的恢復(fù)與重建提供理論基礎(chǔ).

1　材料與方法

1.1材料與地點(diǎn)

2012年8月將2年生中華蚊母樹(shù)幼苗移栽至花盆中，每盆1株.盆高17 cm，盆口直徑22 cm.供試土壤為當(dāng)?shù)厣叭劳?，每盆土?.5 kg.將所有實(shí)驗(yàn)植株置于湖北秭歸三峽庫(kù)區(qū)森林生態(tài)系統(tǒng)國(guó)家定位觀測(cè)研究站（30°53′N，110°54′E；海拔高度296 m）進(jìn)行相同光照和水分條件的管理.于2012年10月1日選取204棵長(zhǎng)勢(shì)基本一致的中華蚊母樹(shù)（平均株高為24.5 cm，平均基徑為6.5 mm）開(kāi)展實(shí)驗(yàn).

1.2實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

本實(shí)驗(yàn)?zāi)M三峽庫(kù)區(qū)秋、冬季（10-3月份）水位動(dòng)態(tài)變化節(jié)律（水位數(shù)據(jù)來(lái)自于中國(guó)長(zhǎng)江三峽集團(tuán)公司）（圖1），將實(shí)驗(yàn)用苗隨機(jī)分成3組，分別為對(duì)照組（CK）、部分水淹組（PF）以及全淹組（CF），每組68盆.其中CK組進(jìn)行常規(guī)水分管理；PF組水面在土壤上方12 cm左右；CF組水面沒(méi)過(guò)植株20 cm左右.PF組在長(zhǎng)、寬、高分別為4 m×4 m×0.45 m的水池中進(jìn)行，CF組在長(zhǎng)、寬、高為4 m×4 m×0.75 m的水池中進(jìn)行，由于模擬用水相對(duì)清澈，為充分模擬全淹植物在消落帶水體中受到的低光強(qiáng)環(huán)境，本研究在CF組水池上方布設(shè)一層遮陰網(wǎng)，使得到達(dá)水下植物的光照強(qiáng)度小于10 μmol/（m2·s）［14-15］.實(shí)驗(yàn)共持續(xù)150 d.

圖1　2009-2012年秋、冬季三峽庫(kù)區(qū)消落帶水位變化Fig.1 Water levels of autumn and winter in the Three Gorges Reservoir during 2009-2012

于實(shí)驗(yàn)開(kāi)始的第0、7、15、30、60、90、120、150 d分別隨機(jī)選取中華蚊母樹(shù)幼苗對(duì)其葉片進(jìn)行取樣，然后放入液氮罐中進(jìn)行冷凍保存以用于可溶性蛋白、脯氨酸、丙二醛（MDA）、超氧化物歧化酶（SOD）、過(guò)氧化氫酶（CAT）和抗壞血酸過(guò)氧化物酶（APX）含量等指標(biāo)的測(cè)定，每個(gè)處理設(shè)3次重復(fù).同時(shí)在每次取樣的當(dāng)天每個(gè)處理再選取3棵植株，將所有葉片全部取完，放入105℃烘箱中殺青15 min，后調(diào)至70℃烘干48 h，葉片烘干后，研磨混勻，以用于可溶性糖含量的測(cè)定.

1.3指標(biāo)測(cè)定

1.3.1生物量的測(cè)定 實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，每處理選取6株植株，將植株從花盆中取出，清洗根部的土，分根、莖、葉放入105℃烘箱中殺青15 min，后調(diào)至70℃烘干至恒重，以用于生物量的測(cè)定.

1.3.2可溶性蛋白、丙二醛及抗氧化酶活性的測(cè)定 參照Grace等［16］的方法，稍作修改.稱取植物組織葉片0.3 g，在液氮中研成粉末，加入3 ml提取緩沖液［0.1 mol/L K2HPO4-KH2PO4（PH=7.6），1 mmol/L EDTA，0.3%Triton X-100，4%PVP］及少許石英砂于冰浴中研磨勻漿，14652轉(zhuǎn)/min、4℃離心20 min，取上清液并分裝保存于-70℃超低溫冰箱，用于MDA、可溶性蛋白含量及抗氧化酶活性的測(cè)定.可溶性蛋白含量的測(cè)定采用考馬斯亮藍(lán)G-250染色法［17］，MDA含量的測(cè)定采用硫代巴比妥酸比色法［17］，SOD活性的測(cè)定利用氮藍(lán)四唑比色法［13］，CAT活性的測(cè)定參照Kn?rzer等［18］的方法，APX活性的測(cè)定參照Nakanno等［19］的方法.

1.3.3脯氨酸的測(cè)定 脯氨酸含量的測(cè)定參照李合生［17］的方法.稱取樣品0.1 g，加入3%磺基水楊酸3 ml研磨成勻漿，轉(zhuǎn)移至試管中，沸水浴10 min，冷卻后轉(zhuǎn)移至10 ml離心管中，3000轉(zhuǎn)/min離心10 min.取上清液1 ml，置于10 ml帶塞試管中，加入1 ml冰乙酸、1 ml酸性茚三酮沸水浴30 min，冷卻后加入3 ml甲苯，搖勻振蕩30 s，靜置片刻，取上層紅色甲苯液相于比色杯中，在520 nm處測(cè)定吸光度.利用脯氨酸制作標(biāo)準(zhǔn)曲線.

1.3.4可溶性糖的測(cè)定 利用Waters2695型高效液相色譜儀（美國(guó)）測(cè)定可溶性糖的含量.色譜條件：色譜柱為sugar-Pak1（美國(guó)）；流動(dòng)相為水；流速0.6 ml/min；柱溫70℃；檢測(cè)器為視差檢測(cè)器.可溶性糖的提取參照于建國(guó)等［20］的方法，略有改動(dòng).稱取0.5 g研磨好的植物干樣于三角瓶中，加入50 ml蒸餾水，用錫箔紙封口消煮2 h，放涼后定容至50 ml，過(guò)濾.

1.4數(shù)據(jù)處理與分析

利用Excel 2007軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理及作圖，利用SPSS 19.0軟件進(jìn)行單因素（one-way ANOVA）方差分析以及Tukey多重比較（α=0.05）.圖、表數(shù)據(jù)為平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤.

2　結(jié)果與分析

2.1生長(zhǎng)指標(biāo)的變化

淹水顯著影響植株的生物量以及根冠比，經(jīng)過(guò)150 d的水淹，PF和CF組植株葉、根、莖生物量、總生物量以及根冠比均呈顯著下降趨勢(shì)（表1）.至水淹150 d，PF組植株葉、根、莖生物量、總生物量以及根冠比分別比CK組植株下降了53.7%、62.1%、40.6%、54.0%和30.4%，CF組植株葉、根、莖生物量、總生物量以及根冠比分別比CK組植株下降了48.8%、62.1%、43.8%、52.4%和31.1%.

表1　不同淹水環(huán)境下中華蚊母樹(shù)幼苗生物量的變化*Tab.1 Changes of biomass of D.chinense seedlings under different flooding levels

2.2丙二醛及滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的變化

水淹前90 d，淹水沒(méi)有影響中華蚊母樹(shù)幼苗葉片MDA含量，PF和CF組植株葉片MDA含量均與CK組植株無(wú)顯著差異，自水淹120 d開(kāi)始，PF和CF組植株葉片MDA與CK組植株相比顯著增加，但兩者之間差異并不顯著，至水淹150 d，PF和CF組植株葉片MDA含量分別達(dá)到33.42和34.90 μmol/g（FW），相比CK組植株增加了20.2%和25.5%（圖2A）.

淹水對(duì)可溶性蛋白的影響在不同淹水處理有所差異（圖2B），淹水雖然導(dǎo)致PF組植株可溶性蛋白含量的下降，但除水淹90 d與CK組植株差異顯著外，其他水淹時(shí)間段均與CK組植株差異不顯著；CF組植株在水淹前60 d與CK組植株差異不顯著，但隨后顯著增加，與CK組植株差異顯著，至水淹150 d，CF組植株可溶性蛋白含量為1.78 mg/g（FW），相比CK組植株增加了39.6%.

隨著水淹時(shí)間的延長(zhǎng)，2個(gè)水淹處理植株脯氨酸含量均呈先上升后下降的趨勢(shì)，PF組植株自水淹15 d開(kāi)始植株脯氨酸含量顯著高于CK組植株，至水淹60 d達(dá)到最大值8.14 μg/g（FW）后逐漸降低，自水淹90 d后與CK組植株差異不顯著；CF組植株自水淹7 d開(kāi)始顯著高于CK組植株，至水淹30 d達(dá)到最大值9.09 μg/ g（FW）后逐漸降低，水淹90 d后與CK組差異不顯著（圖2C）.

中華蚊母樹(shù)幼苗葉片可溶性糖含量對(duì)不同水淹處理有不同的響應(yīng)，淹水沒(méi)有影響PF組植株葉片可溶性糖的含量，在整個(gè)淹水期間PF組植株可溶性糖含量均與CK組植株無(wú)顯著差異，但受水淹影響，CF組植株葉片可溶性糖含量顯著下降，自水淹7 d開(kāi)始，CF組植株葉片可溶性糖含量顯著低于CK組植株（圖2D）.

2.3抗氧化酶活性的變化

淹水顯著增加中華蚊母樹(shù)幼苗葉片SOD活性，自水淹60 d開(kāi)始，PF和CF組植株葉片SOD活性顯著增加，但在整個(gè)淹水期間兩者之間差異均不顯著，隨著水淹時(shí)間的延長(zhǎng)，2個(gè)水淹處理植株SOD活性在后期逐漸趨于平緩，至水淹150 d，PF和CF組植株SOD活性分別比CK組植株增加了22.5%和28.8%（圖3A）.

從水淹15 d開(kāi)始，PF和CF組植株葉片CAT活性均隨水淹時(shí)間的遞增呈增加趨勢(shì)（圖3B），PF組植株CAT活性自水淹90 d開(kāi)始顯著高于CK組植株，至水淹150 d，PF組植株CAT活性為0.018 μmol/（min·mg （Protein）），相比CK組植株增加了27.9%；而CF組植株CAT活性從水淹60 d開(kāi)始顯著高于CK組植株，至水淹150 d，CF組植株CAT活性為0.023 μmol/（min·mg（Protein）），相比CK組植株增加了65.0%.

淹水顯著影響了中華蚊母樹(shù)幼苗葉片APX活性，隨著水淹時(shí)間的延長(zhǎng)，所有水淹處理植株葉片APX活性均升高（圖3C），CF組植株葉片APX活性從水淹60 d開(kāi)始，均顯著高于CK組植株，在水淹120 d達(dá)到最大值1.430 μmol/（min·mg（Protein））后，逐漸降低.而PF組植株隨著水淹時(shí)間的延長(zhǎng)，葉片APX活性逐漸升高，至水淹90 d，PF組植株APX活性顯著高于CK植株.

3　討論

水淹條件下植物的生長(zhǎng)能力及存活率是衡量植物耐淹能力的重要指標(biāo)［21-22］，一些耐淹植物可以通過(guò)調(diào)節(jié)自身的生長(zhǎng)來(lái)適應(yīng)水淹環(huán)境，已有研究表明［10-11］，中華蚊母樹(shù)幼苗在遭遇水淹脅迫后，可以通過(guò)形成不定根、特化皮孔以及減少葉片數(shù)量來(lái)增強(qiáng)對(duì)水淹的抗逆能力.水淹環(huán)境下植株生物量的調(diào)整也是其適應(yīng)水淹環(huán)境的重要策略，由于水淹條件下植株光合生產(chǎn)減弱，營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的利用率降低，能量的利用是植株在淹水環(huán)境下存活的關(guān)鍵因素，因此，很多耐淹植物如美洲格尼帕樹(shù)（Genipa americana）［23］、巴西紅厚殼（Calophyllum brasiliense Camb.）［24］和空心蓮子草（Tabebuia avellanedae）［25］等均會(huì)采取“忍耐水淹”的機(jī)制，降低其生物量，以減少能量的利用.本研究發(fā)現(xiàn)，淹水條件下中華蚊母樹(shù)幼苗根、莖、葉生物量均降低，表明中華蚊母樹(shù)幼苗采取了“忍耐水淹”的機(jī)制，降低對(duì)能量的消耗，以適應(yīng)長(zhǎng)期的水淹脅迫.水淹條件下根冠比的降低以及根生長(zhǎng)的抑制是耐淹植物適應(yīng)水淹環(huán)境的重要策略之一，植株降低根生物量的分配比例可以降低根呼吸，從而減少能量的消耗［24，26］.本研究中，中華蚊母樹(shù)幼苗同樣具有這一適應(yīng)策略，表明中華蚊母樹(shù)幼苗具有極強(qiáng)的適應(yīng)水淹環(huán)境的能力.同時(shí)，在長(zhǎng)達(dá)150 d的水淹下，處于半淹和全淹環(huán)境的中華蚊母樹(shù)幼苗存活率均為100%，也進(jìn)一步證實(shí)中華蚊母樹(shù)幼苗對(duì)水淹較強(qiáng)的耐受能力.但這與Li等［27］的研究結(jié)果有所差異，Li等研究發(fā)現(xiàn)中華蚊母樹(shù)在全淹環(huán)境下的成活率為93%，由于不同水淹深度水體的含氧量和水壓等因素有所差異，對(duì)植物造成的脅迫程度也會(huì)有所不同，Li等實(shí)驗(yàn)植株的淹水程度明顯高于本研究，可能是造成兩者研究結(jié)果有所差異的原因，這也暗示了中華蚊母樹(shù)幼苗對(duì)淺淹環(huán)境更具適應(yīng)性.

圖2　不同水淹環(huán)境下中華蚊母樹(shù)MDA、可溶性蛋白、脯氨酸和可溶性糖隨時(shí)間的變化（a表示CK與PF組差異顯著；b表示CK與CF組差異顯著；c表示PF與CF組處理差異顯著，P＜0.05.下同.）Fig.2 Changes of MDA，soluble Protein，Proline and soluble sugar of D.chinese under different flooding levels and durations of water submergence stress

MDA是生物膜系統(tǒng)發(fā)生膜質(zhì)過(guò)氧化作用的主要產(chǎn)物之一，其含量的高低常常被用來(lái)作為反映細(xì)胞膜脂過(guò)氧化作用強(qiáng)弱和質(zhì)膜破壞程度的一個(gè)重要指標(biāo)［28］.通常情況下，植物在遭受淹水脅迫時(shí)往往會(huì)發(fā)生膜脂過(guò)氧化作用（MDA含量顯著增加），在對(duì)消落帶狗牙根（Cynodon dactylon）［7］、雙穗雀稗（Paspalum disti-chum）［29］、南川柳（Salix rosthornii）［30］等耐淹植物的研究中也均發(fā)現(xiàn)了這一現(xiàn)象，本實(shí)驗(yàn)對(duì)中華蚊母樹(shù)幼苗葉片MDA含量的研究表明，中華蚊母樹(shù)幼苗在水淹前90 d 2個(gè)水淹處理組植株葉片MDA含量均與CK組植株差異不顯著，體現(xiàn)了中華蚊母樹(shù)幼苗對(duì)短期淹水具有較強(qiáng)的適應(yīng)性；水淹120 d后，中華蚊母樹(shù)幼苗葉片MDA顯著增加，且隨著水淹深度的遞增而逐漸升高，說(shuō)明此時(shí)淹水已對(duì)中華蚊母樹(shù)幼苗細(xì)胞膜系統(tǒng)造成了損傷.值得提出的是，彭秀等［31］研究發(fā)現(xiàn)，中華蚊母樹(shù)幼苗葉片MDA含量在水淹30 d后就顯著增加，與本研究有所差異，由于彭秀等實(shí)驗(yàn)采用的是1年生幼苗，這種差異是否由不同年齡的幼苗對(duì)水淹的適應(yīng)能力有所不同而引起還有待進(jìn)一步的研究，同時(shí)這一問(wèn)題的解決將有助于提高庫(kù)區(qū)消落帶植被恢復(fù)的有效性.

圖3　不同水淹環(huán)境下中華蚊母樹(shù)SOD、CAT和APX活性隨時(shí)間的變化Fig.3 Changes of SOD，CAT and APX activities of D.chinese under different flooding levels and durations of water submergence stress

可溶性蛋白、脯氨酸以及可溶性糖是植物逆境脅迫下主要的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，具有保護(hù)酶和植物組織細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的功能，本研究顯示PF組植株和CF組植株葉片脯氨酸含量在淹水初期（水淹前60 d）顯著增加，有研究認(rèn)為脯氨酸除作為滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)外，還具有清除活性氧，增強(qiáng)植株抗氧化能力的作用［32-33］，水淹前期植株并未出現(xiàn)脂膜過(guò)氧化作用以及抗氧化酶活性的升高，很可能與脯氨酸等物質(zhì)的調(diào)節(jié)有關(guān)，但隨著水淹時(shí)間的繼續(xù)增加，PF和CF組植株脯氨酸含量均下降到了CK組植株水平，這與陳桂芳等［12］研究中華蚊母樹(shù)生理特性對(duì)淹水的響應(yīng)所得的結(jié)果一致，推測(cè)可能是由于中華蚊母樹(shù)幼苗在長(zhǎng)期的淹水環(huán)境中，同化作用受到了抑制，能量物質(zhì)的積累減少，從而導(dǎo)致中華蚊母樹(shù)幼苗缺乏合成更多脯氨酸的原料和能量來(lái)源［34］.有研究表明，受水淹影響，植株蛋白質(zhì)的合成會(huì)受到抑制，導(dǎo)致可溶性蛋白含量降低［30，35］，本研究中，PF組植株葉片可溶性蛋白含量在整個(gè)淹水期間均與CK組植株無(wú)顯著差異，表明植株在部分淹水環(huán)境下蛋白質(zhì)的合成可能并未受到影響，而CF組植株葉片可溶性蛋白含量在淹水后期出現(xiàn)了上升，高含量的可溶性蛋白有助于維持植物細(xì)胞較低的滲透勢(shì)，從而增強(qiáng)植株的耐脫水能力，抵御水淹脅迫引起的傷害，由于全淹植株遭受的脅迫更大，植株可溶性蛋白含量的升高或許是對(duì)全淹環(huán)境的一種積極適應(yīng).對(duì)中華蚊母樹(shù)幼苗可溶性糖含量的研究表明，中華蚊母樹(shù)幼苗可溶性糖含量對(duì)不同淹水處理的響應(yīng)有所差異，在整個(gè)淹水期間，PF組植株可溶性糖在葉和根中的含量均與CK組植株差異不顯著，且根中的可溶性糖含量要略高于CK組植株，有研究表明［36］，植物為了適應(yīng)逆境環(huán)境會(huì)主動(dòng)積累一定量的可溶性糖以降低冰點(diǎn)和滲透勢(shì)，中華蚊母樹(shù)幼苗在面對(duì)植株部分淹水時(shí)能夠維持較高的可溶性糖的含量在一定程度上可以緩解水淹脅迫對(duì)植株造成的傷害，這或許是中華蚊母樹(shù)幼苗對(duì)部分淹水環(huán)境的適應(yīng).與PF植株對(duì)水淹的響應(yīng)不同，受水淹影響，CF組植株可溶性糖顯著下降，且隨著水淹時(shí)間的遞增而逐漸降低，由于CF組植株處于全淹環(huán)境中，植株只能進(jìn)行微弱的水下光合，能源物質(zhì)的積累減少，加之缺氧加重，無(wú)氧呼吸增強(qiáng)，植株為了獲取生命活動(dòng)所需的能量，可能加劇了對(duì)自身糖類物質(zhì)的消耗.彭秀等［31］研究發(fā)現(xiàn)，處于全淹環(huán)境的中華蚊母樹(shù)葉片可溶糖含量有所上升，由于本研究考慮消落帶水體帶來(lái)的低光強(qiáng)環(huán)境，處于全淹環(huán)境下的中華蚊母樹(shù)水下光強(qiáng)低于10 μmol/（m2·s），中華蚊母樹(shù)可能無(wú)法利用這種低光強(qiáng)制造足夠的糖類物質(zhì)，這也暗示，植物對(duì)不同的水體環(huán)境的適應(yīng)能力也有所差異，在今后的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中，應(yīng)盡可能模擬消落帶實(shí)際的水體環(huán)境.

植株缺氧是水淹對(duì)植物造成的最主要脅迫作用［37］，缺氧后，植物原本正常的呼吸作用受到干擾，植株體內(nèi)活性氧（ROS）產(chǎn)生與清除的動(dòng)態(tài)平衡被打亂，從而使植株體內(nèi)氧自由基過(guò)量積累.為抵御淹水脅迫下過(guò)多活性氧自由基積累對(duì)植物自身造成的毒害作用，植物在長(zhǎng)期的進(jìn)化過(guò)程中形成了一套復(fù)雜的抗氧化酶系，如SOD、CAT、APX等［38］，SOD是植物體內(nèi)防御自由基毒害的一種關(guān)鍵酶，能夠通過(guò)歧化反應(yīng)使超氧自由基轉(zhuǎn)變?yōu)檠鯕夂瓦^(guò)氧化氫，CAT和APX等酶可以進(jìn)一步催化過(guò)氧化氫分解為水和氧氣［39-40］，因此，這些抗氧化酶在體內(nèi)的協(xié)同作用可以清除過(guò)量的ROS，從而減輕淹水脅迫下ROS積累對(duì)植物細(xì)胞膜的傷害［41］.有研究表明，生長(zhǎng)在消落帶或河岸帶的狗牙根［42］、南川柳［30］、互花米草（Spartina alterniflora）［43］等耐淹植物均能夠通過(guò)提高體內(nèi)抗氧化酶的活性來(lái)抵御或減輕淹水對(duì)植株造成的傷害.本研究結(jié)果顯示，在水淹初期，PF 和CF組植株葉片SOD、CAT以及APX等酶的活性均未明顯升高，由于非酶促抗氧化系統(tǒng)在維持植株抗氧化系統(tǒng)的均衡中也發(fā)揮了重要作用，因此，筆者認(rèn)為中華蚊母樹(shù)之所以在水淹前期沒(méi)有提升抗氧化酶的活性，很有可能與非酶促系統(tǒng)（如脯氨酸含量的升高）在此期間發(fā)揮了重要的作用有關(guān)，但還需進(jìn)一步的驗(yàn)證.隨著水淹時(shí)間的增加，非酶促抗氧化系統(tǒng)可能不足以維持ROS產(chǎn)生與清除的動(dòng)態(tài)平衡（如脯氨酸含量在后期降低），為了減輕ROS的積累對(duì)植株造成的傷害，中華蚊母樹(shù)幼苗逐漸提高了SOD、CAT以及APX等抗氧化酶的活性，且隨著水淹深度的增加而逐漸增加，充分體現(xiàn)了中華蚊母樹(shù)幼苗對(duì)淹水環(huán)境極強(qiáng)的適應(yīng)和調(diào)節(jié)能力.

本研究結(jié)果表明，中華蚊母樹(shù)幼苗在面對(duì)秋、冬季節(jié)不同的淹水環(huán)境均表現(xiàn)出一定的可塑性.在生物量方面，中華蚊母樹(shù)幼苗在面對(duì)不同淹水環(huán)境時(shí)均能減少生物量以及根冠比來(lái)減緩自身生長(zhǎng)，降低能耗.在滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)方面，植株根據(jù)淹水強(qiáng)度的不同啟用了不同的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)來(lái)抵御水淹環(huán)境，如脯氨酸在PF和CF組植株水淹的前期發(fā)揮了重要作用，可溶性蛋白在CF組植株中發(fā)揮了重要作用，而可溶性糖對(duì)于PF組植株抵御水淹環(huán)境起到重要作用.在植株抗氧化酶活性方面，PF和CF組植株能夠通過(guò)抗氧化酶（SOD、CAT 和APX等）共同作用的途徑來(lái)抵御淹水脅迫下過(guò)多活性氧自由基對(duì)植株本身產(chǎn)生的有害影響.筆者先前研究表明［44］，不定根和特化皮孔的生成、減緩自身生長(zhǎng)、維持正常的光合色素含量以及穩(wěn)定的光合速率是中華蚊母樹(shù)幼苗適應(yīng)秋、冬季不同淹水環(huán)境的重要原因.通過(guò)本研究進(jìn)一步表明，中華蚊母樹(shù)幼苗這種面對(duì)秋、冬季不同水分環(huán)境所體現(xiàn)出來(lái)的生理適應(yīng)機(jī)制，也是中華蚊母樹(shù)幼苗能夠在三峽庫(kù)區(qū)消落帶秋、冬季復(fù)雜水分環(huán)境中存活下來(lái)的一個(gè)重要方面.

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Growth and physioLogicaL responses of Distylium chinense seedLings to autumn and winter fLooding

LIU Zebin1，2，CHENG Ruimei1，2**，XIAO Wenfa1，2，GUO Quanshui1，WANG Yanhui1&WANG Na1，2
（1：Research Institute of Forest Ecology，Environment and Protection，Chinese Academy of Forestry Key Laboratory of Forest Ecology and Environment，State Forestry Administration，Beijing 100091，P.R.China）
（2：Co-innovation Center for Sustainable Forestry in Southern China，Nanjing Forestry University，Nanjing 210037，P.R.China）

In order to reveal the tolerance mechanism of Distylium chinense seedlings to flooding，three treatments were installed，i.e.，control（CK），Partial flooding（PF）and comPlete flooding（CF）to simulate the reservoir flooding environments in autumn and winter seasons to study the growth and Physiological adaPtation mechanisms under different flooding duration and different flooding dePth.Flooding significantly affected the biomass of D.chinense seedlings.After treated for 150 days，the biomass of leaf，shoot and root in PF and CF decreased significantly，and the root-shoot ratio also exPerienced a significant reduction.The content of MDA in PF and CF treatments were not significantly different at the beginning of 90-day flooding，but the content of MDA increased significantly after 120 days of flooding and gradually increased with the rise of flooding dePth.The changes of soluble Protein in PF and CF were different，while no difference in soluble Protein content between CF and CK at the beginning of 60-dayflooding.The content of soluble Protein in CF increased after 90 days of flooding，while that in PF was not significantly different comPared with CK.The content of Proline in PF and CF increased at the early of flooding，and droPPed to CK level after 90 days of flooding.Similar to MDA，there were no significant changes in the antioxidant enzyme activity（SOD，CAT and APX）at the early of flooding，but flooding caused the antioxidant enzyme activity to increase significantly at the end of flooding.The changes of soluble sugars under each treatment were different.There was no difference in soluble sugars in leaf between PF and CK，while soluble sugars in leaf in CF increased with flooding time gradually decreased.The above results suggest that D.chinense seedlings have high growth and Physiological adjustment caPability in the flooding environment.This adjustment caPability is one of the imPortant reasons for the survival and growth of D.chinense seedlings in hydro-fluctuation belt of the Three Gorges Reservoir region.

Flooding；hydro-fluctuation belt；Distylium chinense seedlings；biomass；Physiology and biochemistry；Three Gorges Reservoir

10.18307/2016.0221

*“十三五”林業(yè)科技支撐計(jì)劃課題（2015BAD07B04）和“十二五”林業(yè)科技支撐計(jì)劃課題（2011BAD38BO4）聯(lián)合資助.2014-12-26收稿；2015-08-21收修改稿.劉澤彬（1989～），男，博士研究生；E-mail：binarystar1989@163.com.

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；E-mail：chengrm@caf.ac.cn.