山烏桕對淹水脅迫的生理響應(yīng)

陳敏旗，王小德

(浙江農(nóng)林大學(xué) 風(fēng)景園林與建筑學(xué)院，浙江 臨安 311300)

山烏桕對淹水脅迫的生理響應(yīng)

陳敏旗，王小德*

(浙江農(nóng)林大學(xué) 風(fēng)景園林與建筑學(xué)院，浙江 臨安 311300)

為研究淹水脅迫對山烏桕(Sapiumdiscolor)生理特性的影響，該文以烏桕(Sapiumsebiferum)為對照，通過人工模擬淹水環(huán)境，對山烏桕和烏桕的葉綠素含量、相對電導(dǎo)率、超氧化物歧化酶(SOD)和過氧化物歧化酶(POD)活性、可溶性糖和可溶性蛋白含量等進(jìn)行比較研究。結(jié)果表明：隨著處理時間的延長，山烏桕、烏桕的葉綠素含量下降；兩者細(xì)胞膜透性均受到不同程度的損傷，電導(dǎo)率上升；SOD活性增強(qiáng)，POD活性下降，其中，山烏桕的SOD、POD活性均低于烏桕；兩者可溶性糖、可溶性蛋白、脯氨酸含量均呈上升趨勢，但烏桕的上升幅度顯著高于山烏桕。表明山烏桕有一定的耐澇性，但其耐澇性不如烏桕。

山烏桕； 淹水脅迫； 葉綠素含量； 滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)

山烏桕為大戟科烏桕屬落葉喬木或灌木[1]，具有樹干直立、病蟲害較少、季相變化豐富等特點，已成為近年來浙江省風(fēng)景林推廣應(yīng)用的優(yōu)良珍貴鄉(xiāng)土樹種之一。目前，國內(nèi)外關(guān)于烏桕的耐澇性研究較為廣泛，而對山烏桕的研究主要集中在釀蜜、引種馴化、推廣應(yīng)用、生物分布及群落特征、育苗造林等方面，對其耐澇性報道較少。本試驗通過人工模擬淹水環(huán)境，以烏桕為對照，研究山烏桕耐澇生理變化過程，為山烏桕在園林中的應(yīng)用和風(fēng)景林的營造上尋找更為廣闊的立地條件提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗在浙江農(nóng)林大學(xué)植物生理實驗室進(jìn)行。試驗材料為2年生山烏桕實生苗(來自浙江龍泉省級種苗基地)、2年生烏桕實生苗(來自浙江臨安天目山林場種苗基地)。于2016年2月初，選擇生長相對一致的苗木進(jìn)行盆栽(盆口徑21 cm，高20 cm)，盆土按原土∶基質(zhì)體積比1∶1配置，置于浙江農(nóng)林大學(xué)園林學(xué)院植物實習(xí)基地內(nèi)，生長期間進(jìn)行正常養(yǎng)護(hù)管理。

1.2 處理設(shè)計

試驗開始于7月5日，挑選長勢相對一致的山烏桕和烏桕進(jìn)行淹水處理，將山烏桕和烏桕放入規(guī)格相同的塑料水桶內(nèi)，土壤含水量完全飽和，試驗過程中不斷加水，以保持淹水深度超過盆土面，模擬自然條件下的澇害環(huán)境。每個處理重復(fù)3次，7 d為1個處理周期，檢測山烏桕、烏桕生理指標(biāo)的變化。

1.3 指標(biāo)測定

葉綠素含量的測定：選取用于測定光和色素的葉片，采用浸提法[2]測定；葉片相對電導(dǎo)率測定采用抽氣法[2]；SOD活性測定采取氮藍(lán)四唑(NBT)法[3]；POD活性參照愈創(chuàng)木酚比色法[3]；可溶性糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)測定采用蒽酮比色法[3]；可溶性蛋白含量測定采用考馬斯亮藍(lán)染色法[3]；脯氨酸含量測定參照酸性茚三酮法[3]。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用WPS和SPSS 20進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析，用OriginPro 7.5繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 淹水脅迫對山烏桕、烏桕葉綠素含量的影響

由圖1可知，淹水處理下山烏桕、烏桕葉片的葉綠素含量隨著脅迫時間延長而下降，其中烏桕下降速率總體比山烏桕小，烏桕葉綠素含量總體高于山烏桕。第0天，烏桕葉綠素含量比山烏桕葉綠素含量低2.2%，第7、14、21、28天，烏桕葉片葉綠素含量比山烏桕葉片葉綠素含量分別高5.6%、7.4%、15.1%、23.2%；山烏桕、烏桕第28天葉綠素含量比第0天分別低49.2%、32.3%。

S代表山烏桕，W代表烏桕。同一時間不同處理無相同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)。圖2～7同圖1 淹水脅迫對山烏桕、烏桕葉綠素含量的影響

2.2 淹水脅迫對山烏桕、烏桕葉片相對電導(dǎo)率的影響

山烏桕、烏桕葉片相對電導(dǎo)率在淹水脅迫下整體呈現(xiàn)上升的趨勢，說明細(xì)胞膜受到一定程度的傷害。由圖2可知，7～14 d，烏桕葉片相對電導(dǎo)率呈下降趨勢，可能是烏桕自身調(diào)節(jié)機(jī)制對淹水脅迫有一定的抗性。山烏桕、烏桕葉片相對電導(dǎo)率上升幅度不大，整個處理期間分別上升了35.8%和35.9%。

圖2 淹水脅迫對山烏桕、烏桕相對電導(dǎo)率的影響

2.3 淹水脅迫對山烏桕、烏桕葉片SOD活性的影響

由圖3可知，淹水脅迫下，山烏桕、烏桕葉片SOD活性整體都呈逐漸上升的趨勢，脅迫前山烏桕葉片SOD活性比烏桕高16.1%，脅迫前中期山烏桕SOD活性一直高于烏桕，21～28 d山烏桕SOD活性迅速下降，烏桕SOD活性則持續(xù)上升。

圖3 淹水脅迫對山烏桕、烏桕SOD活性的影響

2.4 淹水脅迫對山烏桕、烏桕葉片POD活性的影響

由圖4可知，淹水脅迫下，山烏桕、烏桕P(guān)OD活性變化總體呈下降的趨勢，整個處理周期中分別下降了30.8%、80.3%。脅迫初期，烏桕P(guān)OD活性比山烏桕高48.9%，0～7 d，山烏桕P(guān)OD活性上升了4.2%，烏桕P(guān)OD活性則下降了14.3%；7～14 d，山烏桕和烏桕P(guān)OD活性都迅速下降，分別比7 d下降了47.0%、54.3%；14～28 d，山烏桕P(guān)OD活性變化趨勢和烏桕基本一致。

圖4 淹水脅迫對山烏桕、烏桕P(guān)OD活性的影響

2.5 淹水脅迫對山烏桕、烏桕葉片可溶性糖含量的影響

由圖5可知，淹水脅迫前，山烏桕、烏桕可溶性糖含量基本相同。0～7 d，山烏桕、烏桕可溶性糖含量都呈上升趨勢，分別上升了35.7%、75.3%，且第7 天烏桕可溶性糖含量顯著高于山烏桕；7～14 d，山烏桕可溶性糖含量上升，而烏桕則小幅下降；14～21 d，山烏桕、烏桕可溶性糖含量都有所上升，山烏桕上升速率比烏桕快；脅迫末期烏桕可溶性糖含量持續(xù)上升，28 d比21 d上升了10.1%，山烏桕可溶性糖含量則逐漸下降，28 d比21 d下降了23.1%。

圖5 淹水脅迫對山烏桕、烏桕可溶性糖含量的影響

2.6 淹水脅迫對山烏桕、烏桕葉片可溶性蛋白含量的影響

由圖6可知，淹水脅迫下，山烏桕可溶性蛋白變化較為復(fù)雜，在一定范圍內(nèi)呈波動變化；烏桕可溶性蛋白含量總體呈上升趨勢。烏桕可溶性蛋白含量在整個處理周期內(nèi)都高于山烏桕，28 d時，烏桕可溶性蛋白含量是山烏桕的3.0倍。0～7 d，山烏桕、烏桕可溶性蛋白含量都呈上升趨勢，7～14 d，山烏桕可溶性蛋白含量下降了38.5%，而烏桕可溶性蛋白則上升了54.1%；14～21 d，山烏桕可溶性蛋白含量快速上升，烏桕可溶性蛋白含量則小幅上升；21～28 d，烏桕可溶性蛋白含量持續(xù)緩慢上升，山烏桕可溶性蛋白快速下降。

圖6 淹水脅迫對山烏桕、烏桕可溶性蛋白含量的影響

2.7 淹水脅迫對山烏桕、烏桕葉片脯氨酸含量的影響

由圖7可知，淹水處理下山烏桕、烏桕脯氨酸整體呈上升趨勢，28 d分別比0 d高75.9%、79.2%。脅迫處理第7天，山烏桕脯氨酸含量顯著高于烏桕，是烏桕脯氨酸含量的3.2倍；7～14 d，山烏桕脯氨酸小幅下降，烏桕脯氨酸快速上升，到第14天時，兩者的脯氨酸含量持平；14～21 d，兩者上升速率相差不大，到第21天時，二者脯氨酸含量均在100 mg·g-1左右；21～28 d，山烏桕脯氨酸含量有所下降，烏桕脯氨酸含量則持續(xù)上升。

圖7 淹水脅迫對山烏桕、烏桕葉片脯氨酸含量的影響

3 小結(jié)與討論

隨著淹水時間的延長，氣體擴(kuò)散受限，葉片細(xì)胞膜脂過氧化加劇，葉綠素降解，葉片相對電導(dǎo)率上升，體內(nèi)保護(hù)酶系統(tǒng)平衡被打破。為了適應(yīng)淹水環(huán)境，植物通過生理生化機(jī)制的調(diào)節(jié)來保證淹水條件下的生命活動，如細(xì)胞通過調(diào)節(jié)滲透物質(zhì)的含量來保持滲透勢的平衡；細(xì)胞內(nèi)各種抗氧化酶活性增加，以清除氧自由基，避免或者減輕細(xì)胞受到傷害。因此，植物葉片滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量及保護(hù)酶活性的高低在一定程度上反映了植物的耐澇性強(qiáng)弱[4-5]。本試驗表明，淹水脅迫時，山烏桕和烏桕的葉綠素含量下降、相對電導(dǎo)率持續(xù)上升，說明兩者均受到一定程度的傷害，這與王曉榮等[6]和曹福亮等[7]在烏桕研究中的結(jié)果一致，尹冬梅等[8]在菊花及何斌源等[9]在紅樹植物研究中在也有相似結(jié)論。但脅迫中期山烏桕相對電導(dǎo)率高于烏桕，說明山烏桕葉片受到的傷害可能大于烏桕葉片。

淹水脅迫時，植物體內(nèi)會產(chǎn)生并積累有毒物質(zhì)氧自由基，植物會啟動抗氧化系統(tǒng)來清除氧自由基[10]。山烏桕和烏桕受到淹水脅迫時，SOD活性升高，可能是脅迫導(dǎo)致植物體內(nèi)產(chǎn)生活性氧的積累誘導(dǎo)SOD活性提高，從而減少活性氧帶來的破壞。脅迫后期，山烏桕SOD活性有所下降，可能是因為活性氧的積累超過了抗氧化系統(tǒng)的清除能力范圍。兩者的POD活性與SOD活性變化呈相反趨勢，脅迫14 d時，POD活性保持在較低水平，可能是長期脅迫下山烏桕受到傷害的主要原因之一。這與王哲宇等[11]對樸樹的研究結(jié)果和汪貴斌等[12]對喜樹的研究結(jié)果相似。在整個脅迫過程中，烏桕葉片的SOD和POD活性一直高于山烏桕，可能是烏桕的耐澇性強(qiáng)于山烏桕。

可溶性蛋白、可溶性糖、脯氨酸含量都是植物細(xì)胞重要的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)。在脅迫條件下，植物體內(nèi)蛋白質(zhì)含量的提高是植物適應(yīng)逆境脅迫的一種表現(xiàn)，可作為植物相對抗性的一種指標(biāo)[13]。糖酵解是植物對缺氧脅迫適應(yīng)的基本功能，維持糖酵解途徑需要源源不斷的可溶性糖的供應(yīng)[14]。所以，淹水處理下植物可溶性糖含量是指示植物耐澇性的重要指標(biāo)。本試驗發(fā)現(xiàn)，山烏桕葉片可溶性蛋白、可溶性糖、脯氨酸含量均隨著處理時間的延長呈增長趨勢，這些物質(zhì)能調(diào)節(jié)體內(nèi)代謝，因而能在一定程度上減輕淹水的危害。這與連洪燕[15]對石楠屬植物的研究結(jié)果及張曉平等[16]對鵝掌楸屬植物的研究結(jié)果一致。幾乎整個處理過程中烏桕的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量都高于山烏桕，在一定程度上說明烏桕的耐澇性強(qiáng)于山烏桕。

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(責(zé)任編輯：侯春曉)

2017-03-09

陳敏旗(1992—)，女，江西上饒人，碩士研究生，研究方向為植物景觀設(shè)計與評價、植物抗逆性生理，E-mail: 1115122576@qq.com。

王小德(1965—)，男，浙江臨安人，教授，博士，研究方向為園林植物引種與應(yīng)用、植物造景和生態(tài)園林等，E-mail: wxd65@zafu.edu。

10.16178/j.issn.0528-9017.20170533

S687.1

A

0528-9017(2017)05-0829-04

文獻(xiàn)著錄格式：陳敏旗，王小德. 山烏桕對淹水脅迫的生理響應(yīng)[J].浙江農(nóng)業(yè)科學(xué)，2017，58(5)：829-832.