細(xì)葉云南松幼苗對(duì)不同光照條件的生理響應(yīng)

黃則月，曾慶尖，趙毅輝，賁 園，楊 梅*

(1.廣西大學(xué) 林學(xué)院，廣西 南寧 530004; 2.廣西雅長(zhǎng)林場(chǎng)，廣西 百色533209)

細(xì)葉云南松幼苗對(duì)不同光照條件的生理響應(yīng)

黃則月1，曾慶尖2，趙毅輝1，賁 園2，楊 梅1*

(1.廣西大學(xué) 林學(xué)院，廣西 南寧 530004; 2.廣西雅長(zhǎng)林場(chǎng)，廣西 百色533209)

為了研究細(xì)葉云南松幼苗對(duì)不同光照強(qiáng)度的生理響應(yīng)，以1月生和1年生細(xì)葉云南松幼苗為研究對(duì)象，采用人工模擬不同光照條件(100%、50.3%、15.0%、4.2%全光照)的方法，對(duì)其在不同光照條件下的葉綠素含量、可溶性蛋白含量、丙二醛(MDA)含量、超氧化物歧化酶(SOD)等抗氧化酶活性進(jìn)行研究。結(jié)果表明：隨著光照強(qiáng)度的減弱，1月生幼苗葉綠素a、b和總?cè)~綠素含量先上升后下降；可溶性蛋白含量在50.3%全光照時(shí)最高；SOD、過(guò)氧化氫酶(CAT)、抗壞血酸過(guò)氧化物酶(APX)活性以及MDA含量均呈上升趨勢(shì)，15.0%全光照時(shí)達(dá)到最大值。隨著光照強(qiáng)度的減弱，1年生幼苗葉綠素a、b和總?cè)~綠素含量持續(xù)上升；可溶性蛋白含量逐漸下降；SOD活性先上升后下降，15.0%全光照時(shí)活性最強(qiáng)；APX、CAT活性以及MDA含量均呈上升趨勢(shì)，15.0%全光照時(shí)達(dá)到峰值。1月生和1年生幼苗的POD活性均在50.3%全光照下最大。綜合分析得出，50.3%全光照有利于細(xì)葉云南松幼苗生理代謝活動(dòng)的提高，此時(shí)，1月生和1年生幼苗的葉綠素和可溶性蛋白含量較高，MDA含量和SOD、CAT等抗氧化酶活性均保持低水平。因此，細(xì)葉云南松幼齡時(shí)期培育中應(yīng)適當(dāng)遮蔭。

細(xì)葉云南松； 光照環(huán)境； 葉綠素； 可溶性蛋白； 抗氧化酶； 生理響應(yīng)

細(xì)葉云南松(Pinusyunnanensisvar.)是云南松的一個(gè)變種，具有耐干旱、耐火、生長(zhǎng)快、天然更新能力強(qiáng)等特性。細(xì)葉云南松出材率高、材質(zhì)優(yōu)良、結(jié)構(gòu)細(xì)膩，有一定抗病蟲(chóng)害能力，是我國(guó)西南省區(qū)主要的用材樹(shù)種，也是一種重要的南方材脂兩用樹(shù)種[1-2]。目前，對(duì)于細(xì)葉云南松的研究主要集中于地理分布與環(huán)境的關(guān)系、遺傳多樣性、天然林生長(zhǎng)規(guī)律、松針揮發(fā)油的化學(xué)成分等方面[1-8]。光是影響植物生長(zhǎng)發(fā)育的重要環(huán)境因子，對(duì)植物的生長(zhǎng)、發(fā)育有重要作用。不同的光照環(huán)境對(duì)植物的生理生化特性和形態(tài)結(jié)構(gòu)都有不同影響，進(jìn)而影響植物的生長(zhǎng)發(fā)育[9-10]。目前，有關(guān)細(xì)葉云南松對(duì)光強(qiáng)的需求和適應(yīng)性研究較少。陳詩(shī)等[11]認(rèn)為，云南松苗木對(duì)光照條件都有著一定的忍耐限度或范圍，超出這個(gè)限度或范圍則會(huì)對(duì)植物的生長(zhǎng)有抑制作用，同時(shí)建議在云南松幼苗培育過(guò)程中，應(yīng)給予適當(dāng)遮蔭以利于苗木生長(zhǎng)。在前人研究的基礎(chǔ)上，以1月生和1年生細(xì)葉云南松幼苗為研究對(duì)象，研究其在不同光照強(qiáng)度下葉綠素含量、可溶性蛋白含量、丙二醛(MDA)含量、超氧化物歧化酶(SOD)等抗氧化酶活性的變化規(guī)律，探討細(xì)葉云南松幼苗對(duì)不同光照的生理響應(yīng)，為不同苗齡的細(xì)葉云南松苗木人工栽培提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料和試驗(yàn)地概況

選取廣西國(guó)有雅長(zhǎng)林場(chǎng)提供的生長(zhǎng)良好、長(zhǎng)勢(shì)基本一致的1月生和1年生實(shí)生細(xì)葉云南松幼苗，移栽至黃心土、沙子(體積比為5∶1)混合成的育苗基質(zhì)中適應(yīng)15 d后進(jìn)行試驗(yàn)處理。

試驗(yàn)在廣西大學(xué)林學(xué)院苗圃基地(108°22′E，22°48′N(xiāo))進(jìn)行，歷時(shí)4個(gè)月(2013年12月初至2014年3月底)。該地處于亞熱帶，是典型的亞熱帶季風(fēng)氣候。全年最低氣溫-2.4 ℃，最高氣溫40.4 ℃。

1.2 試驗(yàn)方法

搭建不同密度遮蔭網(wǎng)以控制光照，光照條件共設(shè)置4個(gè)處理，分別為全光照(100%NS)、50.3%全光照(50.3%NS)、15.0%全光照(15.0%NS)、4.2%全光照(4.2%NS)。每個(gè)處理重復(fù)3次，每個(gè)重復(fù)10株。試驗(yàn)期間每天苗床自動(dòng)淋水，定時(shí)每2 h噴霧3 min；每7 d澆灌20 g/L普通復(fù)合肥營(yíng)養(yǎng)液。試驗(yàn)結(jié)束后測(cè)定各項(xiàng)生理指標(biāo)。

1.2.1 生理生化指標(biāo)的測(cè)定 選出各處理5株長(zhǎng)勢(shì)基本一致的植株，采集植株上部當(dāng)年新生成熟健壯葉片為樣本，各葉片在植株的部分基本一致，進(jìn)行生理生化指標(biāo)的測(cè)定。葉綠素含量采用分光光度法測(cè)定[12]；可溶性蛋白含量采用考馬斯亮藍(lán)G-250法測(cè)定[13]；MDA含量采用硫代巴比妥酸法測(cè)定[14]；SOD活性采用NBT法測(cè)定[15]；過(guò)氧化氫酶(CAT)活性采用紫外分光法測(cè)定[16]；過(guò)氧化物酶(POD)活性采用愈創(chuàng)木酚法測(cè)定；抗壞血酸過(guò)氧化物酶(APX)活性采用紫外吸收法測(cè)定[17-19]。

1.2.2 數(shù)據(jù)處理 采用Excel、SPSS 20.0等對(duì)所得數(shù)據(jù)進(jìn)行整理、方差分析及多重比較(LSD最小差異顯著法)。

2 結(jié)果與分析

2.1 細(xì)葉云南松幼苗針葉葉綠素含量變化

隨著光照強(qiáng)度的減弱，1月生幼苗的葉綠素a、b和葉綠素總量均明顯地呈先升后降的趨勢(shì)，15.0%NS處理時(shí)達(dá)到最大，葉綠素a、b和葉綠素總量比最小值(100%NS處理)分別高出0.29、0.63、0.92 mg/g(圖1)。1年生幼苗隨光照強(qiáng)度的減弱逐漸增加，葉綠素a、b及葉綠素總量均在4.2%NS處理時(shí)顯著或極顯著高于其他處理(圖2)。在4.2%NS處理時(shí)，1月生幼苗的葉綠素a、b和葉綠素總量極顯著下降(P<0.01)，而1年生幼苗極顯著或顯著上升。

2.2 細(xì)葉云南松幼苗針葉可溶性蛋白含量變化

由圖3可知，隨著光照強(qiáng)度的減弱，1月生幼苗可溶性蛋白含量呈先增加后急速下降的趨勢(shì)，在50.3%NS處理時(shí)顯著增加，達(dá)到最大值(48.0 mg/g)。1年生幼苗可溶性蛋白含量隨光照強(qiáng)度減弱逐漸下降，100%NS處理時(shí)極顯著或顯著高于其他處理組。2類(lèi)幼苗在15.0%NS和4.2%NS處理下差異不顯著(P>0.05)。

不同大、小寫(xiě)字母分別表示差異在0.01、0.05水平顯著，下同

圖2 1年生細(xì)葉云南松幼苗葉綠素含量

不同大、小寫(xiě)字母分別表示同一類(lèi)幼苗不同處理在0.01、0.05水平上差異顯著，下同

2.3 細(xì)葉云南松幼苗針葉MDA含量變化

MDA是脂質(zhì)過(guò)氧化的產(chǎn)物，會(huì)使細(xì)胞膜膜脂過(guò)氧化，從而損傷細(xì)胞，MDA含量的多少可以體現(xiàn)出植物遭受脅迫傷害的程度[10]。由圖4可知，1月生和1年生幼苗的MDA含量均隨著光照強(qiáng)度的減弱而增加，在15.0%NS處理時(shí)陡速增高，15.0%NS和4.2%NS處理無(wú)顯著差異(P>0.05)。說(shuō)明1月生和1年生細(xì)葉云南松幼苗均在15.0%NS以下的弱光照時(shí)針葉細(xì)胞膜脂過(guò)氧化加劇，細(xì)胞膜受到嚴(yán)重傷害。

圖4 細(xì)葉云南松幼苗針葉MDA含量

2.4 細(xì)葉云南松幼苗針葉SOD活性變化

由圖5可知，1月生幼苗SOD活性在光照強(qiáng)度減弱時(shí)呈上升趨勢(shì)，15.0%NS處理時(shí)有明顯上升，在4.2%NS處理時(shí)達(dá)到最高值(590.2 U/g)，與15.0%NS處理無(wú)顯著差異(P>0.05)。1年生幼苗SOD活性隨光照的降低先增加后減少，總體呈上升趨勢(shì)，在15.0%NS處理時(shí)達(dá)到最大值(229.1 U/g)。1年生幼苗SOD活性在各處理階段均低于1月生幼苗。

圖5 細(xì)葉云南松幼苗針葉SOD活性

2.5 細(xì)葉云南松幼苗針葉CAT活性變化

CAT催化植物體內(nèi)有毒害作用的過(guò)氧化氫分解為水和氧分子，進(jìn)而避免膜脂過(guò)氧化的危害，有預(yù)防衰老的功效[20]。由圖6可知，不同光照強(qiáng)度處理下，1月生和1年生幼苗遮蔭處理的CAT活性均極顯著高于全光照(P<0.01)，且均在4.2%NS下達(dá)到最大值，分別為131.5 U/g和90.1 U/g，分別是100%NS的3.39倍和3.33倍。

圖6 細(xì)葉云南松幼苗針葉CAT活性

2.6 細(xì)葉云南松幼苗針葉POD活性變化

由圖7可知，1月生和1年生幼苗的POD活性都隨著光照強(qiáng)度的減弱呈先上升后下降的變化趨勢(shì)，在50.3%NS下達(dá)到最高值，比最低值(100%NS)分別高出4.9倍和14.9倍，各處理的POD活性均極顯著高于100%NS(P<0.01)，15.0%NS和4.2%NS處理下無(wú)顯著差異(P>0.05)。

圖7 細(xì)葉云南松幼苗針葉POD活性

2.7 細(xì)葉云南松幼苗針葉APX活性變化

由圖8可知，1月生和1年生幼苗的APX活性均隨光照強(qiáng)度減弱而增加，在弱光照(15.0%NS和4.2%NS)下的APX活性極顯著高于強(qiáng)光照(100%NS和50.3%NS，P<0.01)，15.0%NS與4.2%NS差異不顯著(P>0.05)。1月生幼苗在4.2%NS達(dá)到峰值(200.62 U/g)，1年生幼苗在15.0%NS時(shí)達(dá)到峰值(261.03 U/g)。

圖8 細(xì)葉云南松幼苗針葉APX活性

3 結(jié)論與討論

光照是植物生存的外在環(huán)境，光照環(huán)境的不同對(duì)植物生理產(chǎn)生的影響也不同[21]。植物體內(nèi)葉綠素含量和比例是植物適應(yīng)和利用環(huán)境因子的重要指標(biāo)。隨著光照強(qiáng)度的減弱，植物為了更好地利用環(huán)境光能，通常會(huì)通過(guò)增加葉綠素含量來(lái)對(duì)生長(zhǎng)進(jìn)行補(bǔ)償[22]。在不同光照強(qiáng)度處理下，1月生幼苗針葉中葉綠素a、b和葉綠素總量隨著光照強(qiáng)度的減弱先增加后減少，1年生幼苗針葉中葉綠素a、b和葉綠素總量隨著光照強(qiáng)度的減弱呈增加的趨勢(shì)，說(shuō)明2類(lèi)幼苗均在提高自身的葉綠素含量來(lái)增強(qiáng)捕光能力，提高光能利用率以適應(yīng)弱光環(huán)境[23-24]。但1月幼苗比1年生幼苗的葉片形態(tài)及生理形態(tài)發(fā)育更幼嫩，同時(shí)在4.2%NS極弱光照時(shí)，1月生幼苗MDA含量達(dá)到最大值，其細(xì)胞膜已遭受?chē)?yán)重傷害，所以，此時(shí)1月生幼苗體內(nèi)各葉綠素含量會(huì)明顯減少。1月生幼苗可溶性蛋白含量先上升后下降，在50.3%NS處理時(shí)最高，且葉綠素a、b和葉綠素總量較高，表明此時(shí)苗木光能利用率高，光合作用強(qiáng)，有利于蛋白質(zhì)的產(chǎn)生[25]。而1年細(xì)葉云南松可溶性蛋白隨光照強(qiáng)度的減弱逐漸下降，但各葉綠素含量逐漸增加。說(shuō)明，1年生幼苗的可溶性蛋白作為植物細(xì)胞內(nèi)一種重要的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，與葉綠素含量形成一種動(dòng)態(tài)平衡來(lái)提高苗木對(duì)光環(huán)境的抗逆性[24-25]。因?yàn)榭扇苄缘鞍资侵参锛?xì)胞內(nèi)的重要滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，其含量維持在一定水平有利于植物抗逆性提高，同時(shí)蛋白質(zhì)也是植物光合作用產(chǎn)物之一，其含量的高低與植物光合作用有關(guān)。多種研究也表明，光生境變化對(duì)可溶性蛋白影響因樹(shù)種不同變化不同，幅度也不相同[26-27]。

綜上所述，50.3%NS處理有利于細(xì)葉云南松幼苗體內(nèi)生理代謝活動(dòng)，此時(shí)，1月生和1年生細(xì)葉云南松幼苗的葉綠素含量和可溶性蛋白含量較高， SOD、CAT、APX活性及MDA含量均保持低水平。當(dāng)光照下降至15.0%NS以下時(shí)，1月生和1年生細(xì)葉云南松幼苗體內(nèi)的生理代謝會(huì)受到抑制。建議在細(xì)葉云南松幼苗培育過(guò)程中給予適當(dāng)?shù)恼谑a，這有利于苗木的生理代謝從而促進(jìn)植物生長(zhǎng)。

[1] 李治基,王獻(xiàn)溥.廣西細(xì)葉云南松的地理分布和環(huán)境的關(guān)系[J].植物生態(tài)學(xué)與地植物學(xué)叢刊,1981,5(1):28-37.

[2] 余茂源.云南松種質(zhì)資源與遺傳多樣性研究進(jìn)展[J].林業(yè)調(diào)查規(guī)劃,2011,36(3):39-42.

[3] 楊章旗,馮源恒,吳東山.細(xì)葉云南松天然種源林遺傳多樣性的SSR分析[J].廣西植物,2014,34(1):10-14.

[4] 馮源恒,吳東山,王德俊,等.拉雅松遺傳多樣性及同域分布種間親緣關(guān)系分析[J].廣西植物,2014,34(3):320-325.

[5] 龐圣江,張培,賈宏炎,等.細(xì)葉云南松群落物種多樣性與種群空間分布格局[J].南方農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào),2015,46(4):645-651.

[6] 楊秀星,嚴(yán)理,黃毅翠,等.廣西百色細(xì)葉云南松天然林生長(zhǎng)規(guī)律研究[J].黑龍江農(nóng)業(yè)科學(xué),2015(3):76-82.

[7] 吳敏,李春葉,秦武明,等.72年生細(xì)葉云南松天然林生長(zhǎng)規(guī)律研究[J].廣東農(nóng)業(yè)科學(xué),2014,41(2):61-65.

[8] 田玉紅,李梓,梁才.拉雅松和細(xì)葉云南松松針揮發(fā)油的化學(xué)成分[J].中國(guó)實(shí)驗(yàn)方劑學(xué)雜志,2012,18(1):51-55.

[9] Sims D A,Pearcy R W.Response of leaf anatomy and photosynthetic capacity inAlocasiamacrorrhiza(Araceae) to a transfer from low to high light[J].American Journal of Botany,1992,79(4):449-455.

[10] 王松,蔡艷飛,李枝林,等.光照條件對(duì)高山杜鵑光合生理特性的影響[J].西北植物學(xué)報(bào),2012,32(10):2095-2101.

[11] 陳詩(shī),李根前,孫睿.不同光照處理對(duì)云南松苗木生長(zhǎng)的影響[J].廣東林業(yè)科技,2013,29(2):37-39.

[12] 楊敏文.快速測(cè)定植物葉片葉綠素含量方法的探討[J].光譜實(shí)驗(yàn)室,2002,19(4):478-481.

[13] 曲春香,沈頌東,王雪峰,等.用考馬斯亮藍(lán)測(cè)定植物粗提液中可溶性蛋白質(zhì)含量方法的研究[J].蘇州大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2006,22(2):82-85.

[14] 許長(zhǎng)成,趙世杰,鄒琦.植物組織內(nèi)丙二醛的分離與鑒定[J].浙江大學(xué)學(xué)報(bào)(理學(xué)版),2011,38(3):207-210.

[15] 時(shí)連輝,牟志美,姚健.不同桑樹(shù)品種在土壤水分脅迫下膜傷害和保護(hù)酶活性變化[J].蠶業(yè)科學(xué),2005,31(1):13-18.

[16] 劉鳳權(quán),王金生.水楊酸對(duì)水稻葉片抗氧化酶系的影響[J].農(nóng)業(yè)生物技術(shù)學(xué)報(bào),2001,9(4):396-399.

[17] 江萍,孫向?qū)?華北落葉松酶活性及抗逆性機(jī)理研究[J].山西林業(yè)科技,2004(1):11-13.

[18] 李合生.植物生理生化實(shí)驗(yàn)原理和技術(shù)[M].北京：高等教育出版社,2004:214-217.

[19] 沈文飚,徐朗萊,何茂柄,等.抗壞血酸過(guò)氧化物酶活性測(cè)定的探討[J].植物生理學(xué)通訊,1996,32(3):203-205.

[20] 張坤生,田薈琳.過(guò)氧化氫酶的功能及研究[J].食品科學(xué),2007(1):8-10.

[21] 劉曉宇.遮陰處理對(duì)華北落葉松幼苗生長(zhǎng)的影響[J].山西林業(yè)科技,2012,41(1):31-33.

[22] 林凡,馬松亞,潘鋒,等.不同光照強(qiáng)度對(duì)格木苗木生長(zhǎng)和生理生化特性的影響[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué),2016,44(8):170-173.

[23] 周憶堂,馬紅群,梁麗嬌,等.不同光照條件下長(zhǎng)春花的光合作用和葉綠素?zé)晒鈩?dòng)力學(xué)特征[J].中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué),2008,41(11):3589-3595.

[24] 陳菊艷,楊遠(yuǎn)慶.遮光對(duì)野扇花生長(zhǎng)特性和生理指標(biāo)的影響[J].西北植物學(xué)報(bào),2010,30(8):1646-1652.

[25] 於艷萍.秋楓幼苗耐蔭性及光合特性研究[D].南寧:廣西大學(xué),2013.

[26] 李遠(yuǎn)發(fā).低溫脅迫對(duì)四個(gè)不同種源麻風(fēng)樹(shù)幼苗生理特性的影響[D].南寧:廣西大學(xué),2010.

[27] 陽(yáng)圣瑩.虎舌紅對(duì)不同光照強(qiáng)度的響應(yīng)[D].雅安:四川農(nóng)業(yè)大學(xué),2009.

[28] 孫文越,王輝,黃久常.外源甜菜堿對(duì)干旱脅迫下小麥幼苗膜脂過(guò)氧化作用的影響[J].西北植物學(xué)報(bào),2001,21(3):487-491.

[29] 晁天彩,周守標(biāo),常琳琳,等.光照強(qiáng)度對(duì)大花旋蒴苣苔葉形態(tài)和生理指標(biāo)的影響[J].生態(tài)學(xué)雜志,2013,32(5):1161-1167.

[30] 劉柿良,馬明東,潘遠(yuǎn)智,等.不同光強(qiáng)對(duì)兩種榿木幼苗光合特性和抗氧化系統(tǒng)的影響[J].植物生態(tài)學(xué)報(bào),2012,36(10):1062-1074.

Physiological Responses ofPinusyunnanensisvar.Seedlings to Different Light Intensities

HUANG Zeyue1,ZENG Qingjian2,ZHAO Yihui1,BEN Yuan2,YANG Mei1*

(1.College of Forestry,Guangxi University,Nanning 530004,China； 2.Yachang Forest Farm of Guangxi,Baise 533209,China)

To study the effects of light intensity on the physiological feature ofPinusyunnanensisvar.seedlings,1-month-old and 1-year-old seedlings were planted under different light conditions(100%,50.3%,15.0%,4.2% natue sunsine).And their physiological indexes were tested such as the contents of chlorophyll,soluble protein,and antioxidant enzyme activities of SOD and so on.The results showed that with the gradual decrease of light intensity,the chlorophyll-a,chlorophyll-b and total chlorophyll contents of 1-month-old seedlings increased initially and then decreased.The content of soluble protein reached the maximum at 50.3% natue sunsine(NS).The SOD activity,CAT activity,APX activity and MDA content increased with the decrease of light intensity,and reached the maximum at 15.0%NS.The chlorophyll-a,chlorophyll-b and total chlorophyll contents of 1-year-old seedlings gradually increased with the decrease of light intensity,while the soluble protein content decreased gradually.The SOD activity increased firstly and then decreased,which was the highest under the treatment of 15.0%NS.The CAT activity,APX activity and MDA content increased with the decrease of light intensity,and the maximum values were presented at 15.0%NS.The POD activity of the both seedlings was the highest at 50.3%NS.In conclusion，50.3%NS was beneficial to the increase of physiological metabolic activity ofPinusyunnanensisvar. seedlings.At this time,the contents of chlorophyll and soluble protein were higher in 1-month-old and 1-year-old seedlings,and the content of MDA,antioxidant enzyme activities of SOD,CAT and so on remained low.Therefore,moderate shade is needed forPinusyunnanensisvar.at juvenility period.

Pinusyunnanensisvar.; illumination environment; chlorophyll; soluble protein; antioxidant enzyme; physiological response

2017-01-28

廣西林業(yè)廳科技項(xiàng)目(桂林科字[2016]第20號(hào))

黃則月(1994-)，女，湖南郴州人，在讀碩士研究生，研究方向：森林培育。E-mail：huangzedou@126.com

*通訊作者：楊 梅(1970-)，女，吉林長(zhǎng)春人，教授，博士，主要從事森林培育領(lǐng)域的科研與教學(xué)工作。 E-mail：fjyangmei@126.com

S791.257

A

1004-3268(2017)06-0108-05