木棉對(duì)不同澆水頻率及持續(xù)干旱的生理響應(yīng)*

鄭艷玲 高柱 馬煥成

（西南林業(yè)大學(xué)國(guó)家林業(yè)局西南地區(qū)生物多樣性保育重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，云南 昆明 650224）

木棉對(duì)不同澆水頻率及持續(xù)干旱的生理響應(yīng)*

鄭艷玲 高柱 馬煥成**

（西南林業(yè)大學(xué)國(guó)家林業(yè)局西南地區(qū)生物多樣性保育重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，云南 昆明 650224）

通過(guò)研究澆水頻率對(duì)木棉幼苗生理生化特性的影響及外源氯化鈣（CaCl2）和水楊酸（SA）處理對(duì)其抗旱性的影響的結(jié)果表明：不同澆水頻率間（2天澆1次，4天澆1次，6天澆1次）木棉的葉綠素相對(duì)含量、氣孔導(dǎo)度和光系統(tǒng)II最大光化學(xué)效率（Fv/Fm）無(wú)顯著差異。在處理第6天時(shí)，過(guò)氧化物酶（POD）和超氧化物歧化酶（SOD）的活性在2天澆1次和4天澆1次的處理中顯著高于6天澆1次的處理，但到處理第60天時(shí)，各處理間的差異不再顯著?？梢?jiàn)，以上3種澆水頻率對(duì)木棉的生理生化影響差異較小。停止?jié)菜掷m(xù)干旱7天時(shí)，10 mg/L SA處理的葉綠素相對(duì)含量顯著高于對(duì)照；干旱14天時(shí)，10 mg/L CaCl2,40 mg/L CaCl2和10 mg/L SA處理的Fv/Fm顯著高于對(duì)照；干旱21天時(shí)，10 mg/L CaCl2處理的Fv/Fm顯著高于對(duì)照。可見(jiàn)，10 mg/L和40 mg/L CaCl2及低濃度（10 mg/L）的SA在干旱程度較輕時(shí)都可以提高木棉的抗旱性，但是在干旱程度較重時(shí)，10 mg/L CaCl2提高木棉抗旱性的效果最好。

木棉；干旱；CaCl2；SA

干熱河谷是我國(guó)西南地區(qū)的特殊生態(tài)系統(tǒng)類型，季節(jié)性干旱的特征尤為突出，其冬半年為旱季，此期間各干熱河谷的降水量占全年總降水量的8%～18%，且持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)達(dá)半年以上。由于蒸發(fā)量很高，不少地區(qū)雨季也出現(xiàn)嚴(yán)重的水分虧缺現(xiàn)象[1-2]。因此，干旱是干熱河谷地區(qū)氣候的顯著特點(diǎn)之一。在干熱河谷，木棉（Bombax ceiba）是當(dāng)?shù)厝郝涞膬?yōu)勢(shì)種或常見(jiàn)種[3-4]，反映其對(duì)當(dāng)?shù)貧夂蚓哂泻芎玫倪m應(yīng)性。但是，河谷內(nèi)木棉成年樹(shù)木生長(zhǎng)良好，有大量結(jié)實(shí)，而其周圍卻很少有種苗出現(xiàn)。前期工作發(fā)現(xiàn)，干旱是限制種子萌發(fā)的重要因子[5]。在元陽(yáng)木棉基地，木棉幼苗在1～2天澆水1次的情況下長(zhǎng)勢(shì)良好，但是不同澆水頻率對(duì)幼苗的生理影響尚不清楚。

鈣不僅是植物生長(zhǎng)發(fā)育所必需的大量元素，更重要的是鈣作為偶聯(lián)胞外信號(hào)與胞內(nèi)生理生化的第二信使，幾乎介導(dǎo)了植物生長(zhǎng)發(fā)育的全部反應(yīng)[6]。許多研究表明，鈣離子（Ca2+）處理能夠提高植物的多種抗逆性[7-8]。此外，水楊酸（SA）是一種酚類化合物，作為一種信號(hào)分子，在植物體內(nèi)參與多種代謝調(diào)控，可以誘導(dǎo)植物對(duì)高溫、低溫、干旱、重金屬、鹽害等產(chǎn)生一定抗性[9]。但是外源鈣和SA處理與木棉抗旱性的關(guān)系尚無(wú)報(bào)導(dǎo)。

本文通過(guò)研究澆水頻率對(duì)木棉幼苗生理生化特性的影響及外源氯化鈣（CaCl2）和水楊酸（SA）處理對(duì)其抗旱性的影響，以期為木棉幼苗階段的水分管理及抗旱機(jī)理提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 苗木管理

本實(shí)驗(yàn)采用1年生盆栽木棉幼苗進(jìn)行研究，栽培土壤類型為紅土。苗木培養(yǎng)在西南林業(yè)大學(xué)智能溫室內(nèi)，溫度控制在27℃左右。實(shí)驗(yàn)前每天下午對(duì)苗木進(jìn)行澆水。

1.2 水分處理

7月份進(jìn)行預(yù)實(shí)驗(yàn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)苗木在停止?jié)菜?天后出現(xiàn)萎蔫。因此，澆水頻率分為2天1次，4天1次和6天1次。由于7月底白粉病爆發(fā)，對(duì)木棉進(jìn)行噴藥處理。因此，實(shí)驗(yàn)在8～10月份開(kāi)展。每處理25棵苗。

1.3 外源試劑處理

將苗木分為5組，實(shí)驗(yàn)前分別用不同的試劑（水、10 mg/L CaCl2、40 mg/L CaCl2、10 mg/L SA和100 mg/L SA）進(jìn)行澆灌直到飽和。分別在停止?jié)补?、14、21和30天時(shí)，觀察幼苗并檢測(cè)相關(guān)指標(biāo)。30天后對(duì)幼苗進(jìn)行復(fù)水處理，統(tǒng)計(jì)幼苗的死亡率。每處理25棵苗。

1.4 生理生化指標(biāo)檢測(cè)

1.4.1 葉綠素相對(duì)含量

選擇每個(gè)植株最上面完全展開(kāi)的一片復(fù)葉，用葉綠素儀（CCM-200 PLUS）測(cè)定，10個(gè)重復(fù)。

1.4.2 葉片氣孔導(dǎo)度

選擇每個(gè)植株最上面完全展開(kāi)的一片復(fù)葉，用AP4動(dòng)態(tài)氣孔計(jì)測(cè)定葉片的氣孔導(dǎo)度，10個(gè)重復(fù)。

1.4.3 PSⅡ最大光化學(xué)效率Fv/Fm

采用德國(guó)WALZ公司生產(chǎn)的調(diào)制熒光成像系統(tǒng)IMAGING-PAM熒光儀。對(duì)材料進(jìn)行暗適應(yīng)30 min以上，然后測(cè)量葉片的Fv/Fm，5個(gè)重復(fù)。

1.4.4 超氧化物歧化酶（SOD）和過(guò)氧化物酶（POD）酶活性測(cè)定

采集每個(gè)植株最上面完全展開(kāi)的一片復(fù)葉。用電子天秤稱量每片葉片的鮮重并記錄，把稱量好的葉片用錫紙包好放于液氮中保存?zhèn)溆谩OD活性測(cè)定采用氮藍(lán)四唑(NBT)法，POD活性采用愈創(chuàng)木酚法測(cè)定[10]（王學(xué)奎，2006），3個(gè)重復(fù)。

1.5 數(shù)據(jù)處理與分析

數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析在Microsoft Excel 2003中進(jìn)行，葉綠素相對(duì)含量、氣孔導(dǎo)度和Fv/Fm及酶（SOD和POD）活性在不同處理間的差異性分析采用單因子方差分析（One-Way ANOVA）。

2 結(jié)果與分析

2.1 澆水頻率對(duì)木棉生理影響

澆水頻率分別設(shè)為2天1次，4天1次和6天1次，分別在實(shí)驗(yàn)開(kāi)始的第6天、30天和60天檢測(cè)了不同處理木棉幼苗的生理生化指標(biāo)。結(jié)果（圖1）顯示：處理間木棉幼苗的葉綠素相對(duì)含量、氣孔導(dǎo)度、Fv/Fm在3個(gè)檢測(cè)日期都沒(méi)有顯著差異；第6天時(shí)，4天澆1次處理的POD活性顯著高于6天澆1次的處理，但兩者與對(duì)照均無(wú)顯著差異；第30天時(shí)，對(duì)照的POD活性顯著高于4天澆1次和6天澆1次的處理；但到第60天時(shí)，POD活性在各處理間已無(wú)顯著差異。第6天時(shí)，對(duì)照和4天澆1次的SOD活性顯著高于6天澆1次的處理，且4天澆1次的SOD活性顯著高于對(duì)照，但到30天和60天時(shí)各處理間SOD活性無(wú)顯著差異（圖2）。

2.2 CaCl2和SA處理對(duì)木棉抗旱性的影響

用水、10 mg/LCaCl2、40 mg/LCaCl2、10 mg/L-SA和100 mg/L SA澆灌木棉幼苗直到飽和，分別在停止?jié)补?、14、21和30天時(shí)觀察幼苗并分別檢測(cè)葉片葉綠素相對(duì)含量及Fv/Fm。結(jié)果顯示：干燥7天時(shí)，經(jīng)10 mg/L SA處理的幼苗的葉綠素相對(duì)含量顯著高于對(duì)照幼苗，而對(duì)照與其他處理幼苗無(wú)顯著差異；干燥14天時(shí)，經(jīng)100 mg/L SA處理的幼苗的葉綠素相對(duì)含量顯著低于其他處理，但是干燥21天時(shí)，各處理的葉綠素相對(duì)含量無(wú)顯著差異。干燥7天時(shí)，各處理的Fv/Fm無(wú)顯著差異；干燥14天時(shí)，對(duì)照和經(jīng)100 mg/L SA處理的幼苗的Fv/Fm無(wú)顯著差異，但顯著低于其他處理；直到干燥21天時(shí)，經(jīng)10 mg/L CaCl2處理的幼苗的Fv/Fm顯著高于對(duì)照，但對(duì)照與經(jīng)40 mg/L CaCl2,10 mg/L SA和100 mg/L SA處理的幼苗的Fv/Fm無(wú)顯著差異(圖3)。經(jīng)觀察，停止?jié)菜?1天時(shí)，所有處理幼苗的葉片開(kāi)始脫落，30天時(shí)，成熟葉片全部脫落，個(gè)別植株頂端殘留未伸展的葉片。復(fù)水后，所有處理的植株100%能抽芽長(zhǎng)出新葉。

圖2 澆水頻率對(duì)木棉幼苗POD和SOD活性的影響

可見(jiàn)，10 mg/L和40 mg/L CaCl2及低濃度（10 mg/L）的SA在干旱程度較輕時(shí)都可以提高木棉的抗旱性，但是在干旱程度較重時(shí)10 mg/L CaCl2提高木棉抗旱性的效果最好。然而，高濃度（100mg/L）的SA不能提高木棉的抗旱性，反而對(duì)木棉的抗旱性起到一定的抑制作用。

3 結(jié)論與討論

圖3 外源CaCl2和SA處理對(duì)干旱不同時(shí)間的木棉幼苗葉綠素相對(duì)含量和Fv/Fm的影響

3.1 干旱脅迫會(huì)導(dǎo)致碳固定受阻，導(dǎo)致電子傳遞鏈被過(guò)度還原而引起活性氧的累積，從而導(dǎo)致葉綠體等超微結(jié)構(gòu)破壞，葉綠素含量下降，光系統(tǒng)Ⅰ（PSⅠ）和PSⅡ活性降低或喪失，進(jìn)而引起光抑制[11]。Fv/Fm作為反映PSⅡ活性中心的光能轉(zhuǎn)換效率參數(shù)，F(xiàn)v/Fm下降是光抑制的重要特征[12]。然而，植物也有自身的適應(yīng)機(jī)制，逆境程度不同，植物的適應(yīng)機(jī)制也不同，這些適應(yīng)性往往不是采取單一機(jī)制，而是多種機(jī)制的集成或聯(lián)合[13]。干旱會(huì)引起葉片氣孔關(guān)閉以減少水分散失[14]。在輕、中度脅迫下，光抑制的發(fā)生可能是由于植物熱耗散增強(qiáng)而對(duì)自身的保護(hù)，具體機(jī)理取決于脅迫的類型和強(qiáng)度[15]。植物體內(nèi)清除酶如超氧化物歧化酶（SOD）和過(guò)氧化物酶（POD）等的活性增加，能解除活性氧的毒害，保持細(xì)胞膜的完整性以及蛋白質(zhì)和酶的穩(wěn)定性等[16]。

3.2 在元陽(yáng)木棉基地，為了保證木棉幼苗的正常生長(zhǎng)，工作人員每天都對(duì)木棉進(jìn)行澆水。本文探討了澆水頻率對(duì)木棉的生理生化影響，結(jié)果顯示木棉幼苗的葉綠素相對(duì)含量、氣孔導(dǎo)度以及Fv/Fm在不同澆水頻率間都無(wú)顯著差異。雖然在處理初期，POD和SOD活性在不同澆水頻率間有一定差異，但到了60天時(shí)，各處理間均已無(wú)顯著差異。由此可見(jiàn)，以上3種澆水頻率對(duì)木棉的生理影響差異較小，6天澆水1次也可以保證木棉的正常生長(zhǎng)，如果是在干熱河谷干旱缺水的環(huán)境中，適當(dāng)減少澆水次數(shù)具有重要意義。然而，需要注意的是，本實(shí)驗(yàn)是在8～10月進(jìn)行，木棉逐漸進(jìn)入休眠狀態(tài)，需水量有所減少，如果在生長(zhǎng)旺季，澆水頻率應(yīng)該有所變化。預(yù)實(shí)驗(yàn)時(shí)觀察到，7月份連續(xù)干旱7天木棉幼苗葉片就出現(xiàn)萎蔫。

3.3 Ca2+作為信號(hào)分子參與植物的多種抗逆性。本研究在木棉干旱處理之前用CaCl2澆灌木棉幼苗。結(jié)果顯示10 mg/L和40 mg/L CaCl2在干旱程度較輕時(shí)都可以提高木棉的抗旱性，但是在干旱程度較重時(shí)10 mg/L CaCl2提高木棉抗旱性的效果最好。這表明，Ca2+參與了木棉的抗旱性。鈣具有增加細(xì)胞緊密性，穩(wěn)定細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)和細(xì)胞完整性的功能。Ca2+提高植物抗逆性的作用可能是通過(guò)穩(wěn)定膜和細(xì)胞壁的結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)的[8]。業(yè)已證實(shí)，以Ca2+-CaM為核心的鈣信使系統(tǒng)在植物對(duì)逆境脅迫的信號(hào)感受與適應(yīng)中起中心作用[7,17]。在木棉幼苗的抗旱過(guò)程中，Ca2+的信號(hào)傳遞路徑及作用機(jī)制有待進(jìn)一步研究。

3.4 SA在植物對(duì)逆境的響應(yīng)過(guò)程中也是重要的信號(hào)分子。盡管SA也可引起氧化脅迫，但是目前的研究表明低濃度SA具有類似馴化的效應(yīng)，主要通過(guò)提高植物的抗氧化能力而提高植物對(duì)多種逆境的抗性[9,18]。外源SA的效果取決于物種，植物的發(fā)育階段，處理方式，SA濃度和植物體內(nèi)SA的水平[9,18-20]。本研究也證實(shí)了低濃度SA可以提高木棉的抗旱性，而高濃度SA沒(méi)有效果。

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第1作者簡(jiǎn)介：鄭艷玲（1981-），女，講師，主要從事種質(zhì)資源保存及馴化生物學(xué)研究。

Effects of Different Watering Frequencies and Continuous Drought on Physiological Characteristics of Bombax ceiba

ZHENGYanling
（Key Laboratory of Biodiversity Conservation in Southwest China,State Forestry Administration, Southwest Forestry University,YunnanKunming650224）

Bombax ceiba is a deciduous tree that can grow in the dry-hot valley of southwestern China.To understand the adaptation of this species to drought,the effect of watering frequencies on physiological and biochemical characteristics and effect of exogenous application of calcium chloride(CaCl2)and salicylic acid(SA)on drought tolerance of B.ceiba were studied.The results showed:1)There was no significant difference of relative chlorophyll content,leaf stomatal conductance and maximum quantum yield of photosystem II(Fv/Fm)among different watering frequencies(every 2,4,6 days respectively for 1 time watering).On the 6thday of treatment,the activity of peroxidase(POD)and superoxide dismutase(SOD)of treatments of every 2 and 4 days for 1 time watering were significant higher than that of treatment of every 6 days for 1 time watering.However,on the 60thdays,they did not differ significantly among different watering frequencies.It can be concluded that there were little variation in the effect of 3 watering frequencies mentioned above on physiological and biochemical characteristics of B.ceiba.2)Watering was stopped to conduct drought treatment.The relative chlorophyll content of seedlings pretreated with 10 mg/L SA was significantly higher after 7d of drought,Fv/Fm of seedlings pretreated with 10 mg/L CaCl2,40 mg/L CaCl2and 10 mg/L SA were significantly higher after 14 d of drought,and Fv/Fm of seedlings pretreated with 10 mg/L CaCl2was significantly higher after 21 d of drought,compared to the control.It can be concluded that 10,40 mg/L CaCl2and and low concentration of SA(10 mg/L)were conducive to improve the drought tolerance of B.ceiba under slight drought.However,only 10 mg/L CaCl2can improve the drought tolerance of this species under severe drought.

Bombax ceiba;Drought;CaCl2;SA

Q792.99,Q945.17

A

1001-9499（2017）02-0001-05

馬煥成（1962-），男，教授，博士生導(dǎo)師，主要從事森林培育方面的研究。

2017-01-20

（責(zé)任編輯：張亞楠）

*國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（31260175）