水澇脅迫對不同種源青岡櫟幼苗葉綠素含量和抗氧化酶活性的影響

廖德志 ，陳家法 ，劉 球 ，，程 勇，，吳際友 ，，陳明皋 ，吳 哲 ，顏家雄

（1.湖南省林業(yè)科學(xué)院，湖南 長沙 410004；2.湖南富林生物科技有限公司，湖南 長沙 410004；3.攸縣黃豐橋國有林場，湖南 攸縣 412300 ）

水澇脅迫對不同種源青岡櫟幼苗葉綠素含量和抗氧化酶活性的影響

廖德志1，陳家法1，劉 球1，2，程 勇1，2，吳際友1，2，陳明皋1，吳 哲2，顏家雄3

（1.湖南省林業(yè)科學(xué)院，湖南 長沙 410004；2.湖南富林生物科技有限公司，湖南 長沙 410004；3.攸縣黃豐橋國有林場，湖南 攸縣 412300 ）

以廣西、安徽、湖南3個青岡櫟種源1年生幼苗為研究對象，開展其葉綠素含量、 MDA含量及抗氧化酶SOD和POD活性對不同程度水澇脅迫（濕害脅迫和淹水脅迫）的響應(yīng)研究。結(jié)果表明：（1）青岡櫟幼苗對濕害脅迫和淹水脅迫響應(yīng)具有顯著差異，且種源之間應(yīng)對不同處理響應(yīng)趨勢基本一致；在濕害脅迫下3個不同種源青岡櫟幼苗的葉綠素含量均呈上升趨勢，而在淹水脅迫下均呈現(xiàn)下降趨勢；3個種源青岡櫟在淹水脅迫下的MDA含量均要顯著高于濕害脅迫和對照組；SOD、POD活性在濕害處理和淹水處理都呈上升趨勢，淹水處理下3個種源SOD活性均要顯著高于濕害處理；POD活性則與SOD相反，濕害處理下湖南和安徽種源的青岡櫟POD活性要顯著高于淹水處理，廣西種源的青岡櫟在兩種處理下差異不明顯。（2）不同種源青岡櫟之間對水澇脅迫響應(yīng)差異顯著，綜合4項指標(biāo)其中湖南種源的青岡櫟幼苗在抵抗水澇脅迫表現(xiàn)最佳，在濕害脅迫處理下具有最高的葉綠素含量，最高的POD活性，較高的SOD活性，以及在淹水脅迫處理下具有最低的MDA含量。（3）將淹水脅迫下發(fā)生變化的生理生化指標(biāo)進(jìn)行相關(guān)性分析，結(jié)果表明不同處理下葉綠素含量與MDA含量在0.01水平上呈極顯著負(fù)相關(guān)，POD活性與MDA含量在0.05水平上呈顯著負(fù)相關(guān)，而SOD活性與POD活性在0.01水平上呈極顯著正相關(guān)。

青岡櫟；種源；淹水脅迫；抗氧化酶；MDA；葉綠素含量；

植物對水澇脅迫的響應(yīng)包含著極其復(fù)雜的生理生化變化。水澇脅迫下，植物通過內(nèi)部生理代謝的變化適應(yīng)水澇脅迫，耐澇植物通過自身抗氧化酶活性的增加，有效清除活性氧自由基，減輕其對細(xì)胞膜的傷害[1-4]，同時植物葉片中的葉綠素含量，以及MDA-含量都會響應(yīng)水澇脅迫[5-6]。所以研究植物應(yīng)對水澇的生理生化響應(yīng)規(guī)律，能為選育耐澇性樹種提供可靠的依據(jù)。

青岡櫟Cyclobalanopsis glance屬于殼斗科Fagaceae，為櫟屬Cyclobalanopsis植物[7-8]，同時也是我國亞熱帶地區(qū)濕潤常綠闊葉林中的主要優(yōu)勢樹種，是優(yōu)良的珍貴用材樹種與園林觀賞樹種，具有良好的生態(tài)功能和經(jīng)濟(jì)價值。目前對青岡櫟的研究報告也逐漸增多，但主要集中在青岡櫟采種育苗、形態(tài)生理等方面。針對青岡櫟種源生理方面的研究還比較欠缺，本研究通過分析3個不同種源青岡櫟幼苗內(nèi)部葉綠素含量、過氧化產(chǎn)物及抗氧化酶活性對淹水脅迫的響應(yīng),探討青岡櫟對水澇脅迫逆境的生理適應(yīng)機(jī)制，并為青岡櫟耐澇性種源選育及人工林水分管理提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

以廣西（T1）、安徽（T2）、湖南（T3）3個青岡櫟種源1年生幼苗為試驗材料，每個種源選擇苗高、生長狀況一致的植株12盆，共36盆。

1.2 試驗設(shè)計及處理方法

將試驗苗放入遮雨棚中進(jìn)行試驗。采用“雙套盆法”，設(shè)置3個淹水脅迫處理，即對照(正常澆水) 、濕害脅迫(每天澆水)、淹水處理(水淹沒根莖以上3～5 cm），每個處理重復(fù)3次。脅迫前取植株中部葉片測各項生理生化指標(biāo)，以后每20 d測一次，直至試驗結(jié)束。采樣時間為早上8:00—9:00，將所采樣品及時放入避光冰袋中帶入實驗室進(jìn)行生理生化指標(biāo)的測定。

1.3 各生理指標(biāo)的測定方法

葉綠素含量的測定，浸提法；超氧化物歧化酶（SOD）含量的測定，氮藍(lán)四唑法；過氧化物酶活性（POD）含量的測定，采用陳建勛等建立的方法；丙二醛（MDA）含量的測定，采用陳建勛等[10]建立的方法。

1.4 數(shù)據(jù)分析

使用Excel進(jìn)行數(shù)據(jù)的整理和計算；利用SPSS17.0進(jìn)行方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 淹水脅迫對青岡櫟幼苗葉片葉綠素含量的影響

圖1表示濕害脅迫和淹水脅迫下不同種源青岡櫟幼苗的葉綠素的變化情況。在正常條件下不同種源青岡櫟幼苗的葉綠素含量基本呈現(xiàn)先減小后增大的趨勢，但是變化幅度不明顯，相對較穩(wěn)定，結(jié)果見圖1a、圖1b。

在淹水脅迫下，不同種源青岡櫟幼苗葉綠素含量呈現(xiàn)下降趨勢。在試驗結(jié)束時與試驗開始相比分別下降了48.10%、15.59%和38.98%，下降幅度最大的為來自廣西的青岡櫟幼苗，而幅度最小的為安徽的青岡幼苗。

將濕害脅迫與淹水脅迫進(jìn)行對比，結(jié)果如圖1c所示。在試驗20 d后不同種源青岡櫟幼苗淹水脅迫下葉綠素含量均低于濕害處理，淹水處理是濕害處理葉綠素含量的47.76%、78.95%和52.63%。對進(jìn)行淹水試驗不同種源青岡櫟幼苗的葉綠素含量進(jìn)行方差分析，其結(jié)果顯示，3個種源青岡櫟幼苗之間差異性不顯著，不同處理方式之間差異較顯著（p＜0.05）。淹水試驗的結(jié)果顯示，不同種源青岡櫟幼苗葉綠素含量均降低，這可能是由于葉片的結(jié)構(gòu)在淹水處理時受到損傷，導(dǎo)致葉綠素含量下降。但濕害處理會使得不同種源青岡櫟幼苗葉綠素含量有所增加，這是植物對淹水脅迫產(chǎn)生的一定的抗?jié)承裕cYey所得到的結(jié)果相一致[11]。

2.2 淹水脅迫對青岡櫟幼苗葉片MDA含量變化

通常植物體受損傷程度會用MDA來衡量，它是衡量受損程度重要的指標(biāo)之一，因為它是植物體在澇害過程中膜脂過氧化的產(chǎn)物[12-16]。同時MDA的含量也與植物體細(xì)胞膜的透性呈正相關(guān)，細(xì)胞膜的穩(wěn)定性是植物細(xì)胞執(zhí)行正常生理功能的保證，通常利用其表示細(xì)胞膜脂過氧化程度及植物對逆境條件反應(yīng)的強(qiáng)度[17]。

圖1 不同處理下青岡櫟種源幼苗的葉綠素含量變化Fig.1 Changes of chlorophyll content of Cyclobalanopsis glauca seedlings under different treatments

圖2反映的是3個不同種源的青岡櫟在濕害和淹水的脅迫下MDA的變化情況。如圖2a和2b顯示：正常澆水的對照組DT1、DT2、DT3的MDA含量較穩(wěn)定；在濕害處理下，不同種源青岡櫟的MDA含量隨著試驗天數(shù)的增加呈增長趨勢，且增長幅度差異顯著，在試驗結(jié)束后，HT1、HT2和HT3的MDA含量分別為28.431、30.175和44.640 μmol/g，與試驗前相比，分別增加了2.434倍、3.425倍和9.605倍。在淹水脅迫處理下，隨著試驗天數(shù)的增加，不同種源青岡櫟幼苗MDA含量呈現(xiàn)增長趨勢，在試驗結(jié)束時，MDA含量分別為 46.089、73.521和 29.010 μmol/g，與試驗前相比分別增加了231.31%、628.78%和466.38%，增長幅度最大的為來自安徽的青岡櫟幼苗，而MDA含量最小的為來自湖南的青岡櫟幼苗。

2.3 淹水脅迫對青岡櫟幼苗葉片SOD和POD活性的影響

圖3為不同種源青岡櫟幼苗在濕害和淹水脅迫下SOD活性變化。在對照組青岡櫟幼苗中，SOD的活性較為穩(wěn)定。如圖3a所示，通過濕害脅迫處理，3個種源青岡櫟幼苗的SOD活性隨著試驗天數(shù)的增加呈增長趨勢，數(shù)值均顯著大于對照組，前期增幅較大，明顯大于后期增幅。另外廣西和湖南種源的青岡櫟幼苗SOD活性要顯著大于安徽種源。

如圖3b所示，在淹水脅迫處理下，隨著試驗天數(shù)的增加，不同種源青岡櫟幼苗SOD活性呈現(xiàn)增長趨勢，在試驗結(jié)束時，與試驗開始相比分別增加了131.29%、320.51%和322.74%。試驗前期，兩種處理方式SOD活性大小相近，當(dāng)發(fā)生不同程度的淹水脅迫時，SOD活性均有所升高，且淹水處理的SOD活性均高于濕害處理，結(jié)果如圖3c所示。

進(jìn)行方差分析可知，在濕害處理中，廣西和湖南種源的青岡櫟幼苗SOD活性要顯著大于安徽種源（P＜0.05）。但在淹水脅迫處理中3個不同種源青岡櫟幼苗的SOD活性無明顯差異。

圖2 不同處理下青岡櫟種源幼苗的MDA含量變化Fig.2 Changes of MDA content in seedlings of Quercus glauca seedlings under different treatments

圖3 不同處理下青岡櫟種源幼苗的SOD活性變化Fig.3 Changes of SOD activity of Cyclobalanopsis glauca seedlings under different treatments

圖4為不同處理下青岡櫟幼苗的POD活性變化情況，3個不同種源的對照組POD活性比較穩(wěn)定。如圖4a所示，在濕害脅迫處理下HT1、HT3青岡櫟幼苗POD活性隨著試驗天數(shù)的增加呈增長趨勢，而HT2變化不明顯。圖4b顯示，在淹水脅迫處理下YT1、YT2、YT3的POD活性隨著試驗時間增長也呈增加趨勢。圖4c為3個不同種源的青岡櫟濕害和淹水脅迫下POD活性變化，比較得知3個種源的青岡櫟幼苗在濕害處理下POD活性在相同的試驗時間中均要高于淹水處理，其中通過方差分析得知湖南種源的青岡櫟幼苗在濕害和淹水脅迫處理中POD活性變化差異達(dá)到極顯著的水平（P＜0.01）。

圖4 不同處理下青岡櫟幼苗的POD活性變化Fig.4 Changes of POD activity of Cyclobalanopsis glauca seedlings under different treatments

2.4 淹水脅迫下青岡櫟幼苗葉片生理生化指標(biāo)的相關(guān)性分析

將淹水脅迫下發(fā)生變化的生理生化指標(biāo)進(jìn)行相關(guān)性分析，結(jié)果如表1所示。由表1可知，葉綠素含量與MDA含量在0.01水平上呈極顯著負(fù)相關(guān)，POD活性與MDA含量在0.05水平上呈顯著負(fù)相關(guān)，而SOD活性與POD活性在0.01水平上呈極顯著正相關(guān)。這與湯玉喜等[18]在研究淹水脅迫對美洲黑楊無性系保護(hù)酶系統(tǒng)的影響所得到的結(jié)果相反，這可能是因為不同植物抗?jié)稠憫?yīng)方式表現(xiàn)不同。

3 結(jié) 論

(1)在濕害處理下3個不同種源的青岡櫟葉綠素含量均呈成增加趨勢，增幅表現(xiàn)為湖南＞廣西＞安徽。而在淹水脅迫處理下，不同種源青岡櫟幼苗葉綠素含量均降低，并且在試驗結(jié)束時普遍要小于對照組和濕害處理組，減幅表現(xiàn)為廣西＜湖南＜安徽。2種處理下不同種源青岡櫟幼苗之間差異不明顯，但不同處理之間差異顯著（P＜0.05）。

表1 不同種源青岡櫟幼苗的4項生理生化指標(biāo)相關(guān)性分析?Table 1 Correlation analysis of four physiological and biochemical indexes of Cyclobalanopsis glauca seedlings from different provenances

(2)植物葉片中MDA的含量一定程度上反映了植物受傷害的程度。在水澇脅迫下，3個不同種源的青岡櫟幼苗MDA含量均呈增加趨勢，且在淹水處理下MDA含量均要顯著高于濕害處理。同時3個不同種源的青岡櫟幼苗之間也存在顯著（P＜0.05）差異，淹水處理下不同種源的青岡櫟MDA含量表現(xiàn)為安徽＞廣西＞湖南。

(3)在濕害和淹水脅迫處理下，不同種源間SOD活性變化差異均不顯著，湖南種源的青岡櫟幼苗在濕害和淹水脅迫處理中POD活性變化差異達(dá)到極顯著的水平（P＜0.01）。

(4)綜合以上4項生理參數(shù)得知，湖南種源的青岡櫟幼苗在抵抗水澇脅迫表現(xiàn)最佳，在濕害脅迫處理下具有最高的葉綠素含量，最高的POD含量，較高的SOD含量，淹水脅迫處理下具有最低的MDA含量。這也與4項生理生化指標(biāo)相關(guān)性分析一致，葉綠素含量與MDA含量、POD活性與MDA含量均存在負(fù)相關(guān)關(guān)系，而SOD活性與POD活性存在正相關(guān)關(guān)系。

4 討 論

葉綠素作為植物體光合作用的基礎(chǔ)物質(zhì)，其含量的高低直接反映了植物的生長狀態(tài)和光合能力的高低，大量研究表明逆境脅迫會不同程度的降低植物體葉片中葉綠素的含量，本實驗結(jié)果表明在高強(qiáng)度的水澇脅迫下青岡櫟幼苗葉片葉綠素含量均下降的非常明顯，這與李娟娟等[5]對丁香的研究一致，但在強(qiáng)度較低的濕害脅迫下反而使得葉片中葉綠素量呈現(xiàn)增長趨勢，這可能與植物體自身的抗逆性應(yīng)急反應(yīng)有關(guān)，這也許能夠反映植物體抗?jié)承缘膹?qiáng)弱。

丙二醛（MAD）是逆境脅迫下產(chǎn)生的細(xì)胞毒性物質(zhì)，它是衡量受損程度重要的指標(biāo)之一，淹水脅迫下3個種源的青岡櫟MAD的含量均呈上升趨勢，且隨脅迫時間的增長而加快，這表明其體內(nèi)活性氧的產(chǎn)生與清除的動態(tài)平衡被打破，這與湯玉喜等[18]對美洲黑楊的研究一致；另外3個種源之間MAD增長變化幅度差異明顯，這也可能與青岡櫟抗?jié)承韵嚓P(guān)，可以作為批判不同材料耐澇性強(qiáng)弱的依據(jù)。

本研究通過設(shè)置不同程度的水澇脅迫處理，對3個種源青岡櫟的葉片進(jìn)行了水分生理生化指標(biāo)特征的研究。為了更全面地了解水分脅迫對青岡櫟生長的影響，建議下一步繼續(xù)做脅迫恢復(fù)后的生長研究。

[1]劉曉忠,李建坤,王志霞,等.澇漬逆境下玉米葉片超氧物歧化酶和過氧化氫酶活性與抗?jié)承缘年P(guān)系[J].華北農(nóng)學(xué)報,1995, 10(3): 29-32.

[2]SarkarR K, Das A. Changes in antioxidative enzymes and antioxidants in relation to flooding tolerance in rice[J]. Journal of Plant Biology, 2000, 27(3): 307-311.

[3]蔡永萍,陶漢之,張玉瓊.土壤漬水對小麥開花后葉片幾種生理特性的影響[J].植物生理學(xué)通訊, 2000, 36(2): 110-114.

[4]童富淡,胡家恕,邵愛萍.澇漬逆境下大麥葉片保護(hù)酶活性和膜脂過氧化作用的變化[J].浙江農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報, 1998, 24(4):239-243.

[5]李娟娟,許曉妍,朱文旭,等.淹水脅迫對丁香葉綠素含量及熒光特性的影響[J].經(jīng)濟(jì)林研究,2012,30(2):43-47.

[6]宮長榮,汪耀富.水澇脅迫對烤煙生理生化特性的影響[J].中國農(nóng)業(yè)科學(xué),1995,28(增刊):126-130。

[7]王素娟.基質(zhì)、施肥對青岡櫟和赤皮青岡容器苗生長的影響[D].臨安:浙江農(nóng)林大學(xué)，2012.

[8]曾思齊,龍時勝,肖化順,等. 南方地區(qū)青岡櫟次生林種內(nèi)與種間競爭研究[J]. 中南林業(yè)科技大學(xué)學(xué)報,2016,36(10):1-5.

[9]李合生,孫 群,趙世杰,等.植物生理生化實驗原理和技術(shù)[M].北京:高等教育出版社,2004:6.

[10]陳建勛,王曉峰.植物生理學(xué)實驗指導(dǎo)[M].廣州:華南理工大學(xué)出版社, 2006.

[11]Ye Y, Tam N F Y, Wong Y S,et al. Growth and physiological responses of two mangrove species (Bruguiera gymnorrhiza,andKandelia candel) to waterlogging[J]. Environmental &Experimental Botany, 2003, 49(3): 209-221.

[12]陳洪國.桂花幼苗對不同程度水分脅迫的生理響應(yīng)[J].華中農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報,2006,25(2):190-193.

[13]彭 秀,肖千文,羅 韌,等.淹水脅迫對中華蚊母生理生化特性的影響[J].四川林業(yè)科技,2006,27(2):17-20.

[14]陳 穎,謝寅峰,沈惠娟.銀杏幼苗對水分脅迫的生理響應(yīng)[J].南京林業(yè)大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2002,26(2):55-58.

[15]梁文斌,聶東伶,吳思政,等. 水分脅迫對短梗大參生理生化特征的影響[J]. 經(jīng)濟(jì)林研究,2016,34(3):99-104, 186.

[16]楊寶銘,呂德國,秦嗣軍,等.淹水對‘寒富’蘋果保護(hù)酶系和根系活力的影響[J].沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報,2007, 38(3):291-294.

[17]韓蕊蓮,李麗霞,梁宗鎖,等.干旱脅迫下沙棘膜脂過氧化保護(hù)體系研究[J].西北林學(xué)院學(xué)報, 2002, 17(4): 1-5.

[18]湯玉喜,劉友全,吳 敏,等.淹水脅迫對美洲黑楊無性系保護(hù)酶系統(tǒng)的影響[J]. 中南林業(yè)科技大學(xué)學(xué)報,2008,28(3):1-5.

[本文編校：謝榮秀]

Response of water-logging stress on cholorophyll content and anti-oxydant enzyme of Cyclobalanopsis glauca seedling provenances clone

LIAO Dezhi1, CHEN Jiafa1, LIU Qiu1,2, CHENG Yong1,2, WU Jiyou1,2, CHEN Minghao1, WU Zhe2, Yan Jiaxiong3
(1. Hunan Academy of Forestry, Changsha 410004, Hunan, China; 2. Fulin Biotechnology Co., Ltd, Changsha 410004, Hunan,China; 3. Huangfengqiao State Forest Farm of Youxian , Youxian 412300, Hunan, China)

A comparative study was conducted of one-year-oldCyclobalanopsis glaucaseedling from Guangxi, Anhui, Hunan 3 different provenances and the response of their inner physiological characters to wet damage stress and flooding stress.The result show as follow: (1)All provenancesCyclobalanopsis glaucashow significant responses difference to water-logging stress (wet damage treatment and flooding treatment); with the aggravation of wet damage stress the chlorophyll content constantly increased, but it decrease with flooding stress; Under flooding stress treatment the content of MDA are much higher than wet damage stress treatment which is the same with 3 provenancesCyclobalanopsis glauca, and the difference become more and more significant with the increase of the test days;While SOD activity and POD activity are increased under the 2 stress treatment,but the growth rate was difference; Under the flooding stress treatment the SOD activity of 3 provenancesCyclobalanopsis glaucaseedling are all much higher than the wet damage stress treatment, while it adverse to POD activity; under the wet damage stress treatment the POD activity of Hunan and Anhui provenancesCyclobalanopsis glaucaseedling are much higher than the flooding stress treatment,but the Guangxi provenancesCyclobalanopsis glaucadidn’t show significant difference. (2) The result also show significant responses difference among 3 provenancesCyclobalanopsis glaucaseedling to water-logging stress, Hunan provenancesCyclobalanopsis glaucaseedling is the optimum seedling in water-logging resistance, it has optimum SOD and POD activity ,optimum chlorophyll content in the wet damage stress treatment, while it has the minimum content of MDA in the flooding stress treatment. (3) The correlation analysis of four physiological and biochemical indexes ofCyclobalanopsis glaucaseedlings from different provenances show that there was a significant negative correlation between chlorophyll content and MDA content at 0.01 level,while also show significant negative correlation between POD activity and MDA content at 0.05 level. The SOD activity and POD activity are significantly correlated at 0.01 level.

Cyclobalanopsis glaucaseedling; provenances; anti-oxydant enzyme; MDA; cholorophyll content

S718.43

A

1673-923X(2017)09-0001-06

10.14067/j.cnki.1673-923x.2017.09.001

2017-06-08

林業(yè)公益性行業(yè)科研專項“閩楠、青岡櫟次生林提質(zhì)增量技術(shù)研究與示范”（201504301）

廖德志，副研究員

陳家法，高級工程師；E-mail：cjf9696@163.com

廖德志，陳家法，劉 球，等. 水澇脅迫對不同種源青岡櫟幼苗葉綠素含量和抗氧化酶活性的影響[J].中南林業(yè)科技大學(xué)學(xué)報，2017, 37(9): 1-6.