淹水脅迫中澳洲茶樹內(nèi)源激素動態(tài)變化

陳博雯，袁劍英，覃子海，張 燁，肖玉菲，張曉寧，劉海龍

（1.廣西壯族自治區(qū)林業(yè)科學研究院，國家林業(yè)局中南速生材繁育實驗室，廣西優(yōu)良用材林資源培育重點實驗室，廣西南寧530002；2.廣西國有高峰林場，廣西南寧530002）

澳洲茶樹（Melaleuca alternifolia）又名互葉白千層，俗稱茶樹，原產(chǎn)于澳大利亞[1]，20世紀90年代初與桉樹同期引種到我國[2]，以其枝葉為原料提取的揮發(fā)性精油即為茶樹油，是一種用途廣泛的高價值植物精油產(chǎn)品[3]。

澳洲茶樹精油通過枝葉經(jīng)過加工獲得，枝葉的生物量和含油率直接影響到精油的產(chǎn)量。在澳洲茶樹林分經(jīng)營中，除了選用高生物量、高含油率的優(yōu)良種苗外，撫育措施是否得當也是關系到枝葉產(chǎn)量的重要因素。目前，澳洲茶樹在廣東、廣西、福建、云南、貴州、四川等省份已有較大面積的推廣種植，但非常遺憾的是，澳洲茶樹尚未建立專門、系統(tǒng)的種植模式，大多只是簡單沿用其他林木種植技術，導致林分的枝葉產(chǎn)量未能最大化，無法充分體現(xiàn)澳洲茶樹的經(jīng)濟優(yōu)勢。目前急需對澳洲茶樹的需水、需肥以及萌發(fā)生長規(guī)律進行科學細致的研究，提出一套合理高效的澳洲茶樹短周期工業(yè)原料林經(jīng)營模式，為澳洲茶樹林分經(jīng)營提供技術指導。對此，劉海龍等[4-7]已經(jīng)對澳洲茶樹的需肥規(guī)律進行了充分的研究，并研發(fā)了澳洲茶樹不同階段專用肥。莫昭展等[8]針對水分脅迫下澳洲茶樹產(chǎn)油率和油質(zhì)量變化展開研究，結(jié)果表明，土壤水分對產(chǎn)油率和精油組分均有顯著影響。此外，針對澳洲茶樹種植中的水分需求規(guī)律尚未有系統(tǒng)研究。

本研究對澳洲茶樹在淹水脅迫下的內(nèi)源激素動態(tài)變化規(guī)律展開研究，意在闡明淹水脅迫對澳洲茶樹生長的影響，為澳洲茶樹生產(chǎn)上的合理用水提供理論基礎。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

供試材料為廣西林業(yè)科學研究院培育的4-松油醇型澳洲茶樹組培苗1年生苗木，栽植在直徑40 cm的植樹袋內(nèi)，基質(zhì)為紅心土。

1.2 試驗方法

1.2.1 脅迫試驗 選擇健康、長勢旺盛的1年生苗木用于淹水脅迫試驗。將苗木移入具有遮雨頂棚的育苗大棚內(nèi)，正常淋水7 d后，將培育苗木的無紡布植樹袋置于注滿水的塑料桶中開始進行淹水脅迫處理。脅迫處理開始當天記為0 d，此后每天檢查桶內(nèi)水位，保持水面高過土壤表面5 cm左右。隔天10：00取樣進行土壤含水率、激素含量等參試指標的檢測，記為2，4，6 d等直至試驗結(jié)束。每次取樣設3個重復。

1.2.2 土壤含水率檢測 采用小鏟移除表層土壤，采集10～15 cm深處的土壤約10 g用于檢測，每次采樣時避免傷及根系，采樣后將表層土壤回覆平整。采集土壤后稱質(zhì)量記錄為M1，后置于90℃烘箱中烘干至恒質(zhì)量，稱質(zhì)量記錄為M2，土壤含水率＝（M2－M1）/M1。每次取樣設3個重復。

1.2.3 葉綠素含量檢測 選擇健康葉片采用SPAD502 Plus葉綠素測量儀進行檢測，每株植株分別在上、中、下層選擇東、南、西、北4個方向的葉片檢測后計算平均值，并測3個重復。

1.2.4 葉片內(nèi)源激素含量檢測 選擇健康葉片對ZR，GA3，IAA，ABA激素含量進行檢測，采用中國農(nóng)業(yè)大學化控室提供的植物激素酶聯(lián)免疫分析試劑盒按照說明書操作，每次取樣設3個重復。

1.3 數(shù)據(jù)處理

利用SPSS 17.0和Microsoft Excel軟件對試驗中取得的3次重復數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計和分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 淹水脅迫效果評價

本研究通過檢測脅迫過程中的土壤含水率對脅迫效果進行評價，同時檢測葉片葉綠素含量并觀察植株生長形態(tài)的變化，用于評價植株生長活力。

從圖1可以看出，淹水處理后，土壤含水率提高并維持在53.39%～60.07%，而正常育苗情況下，土壤含水率在45%左右，說明試驗方案的淹水效果較為明顯。葉綠素含量檢測結(jié)果顯示，淹水處理后澳洲茶樹葉片葉綠素含量呈先升高后降低趨勢，后期雖有降低，但仍高于0 d水平。其中，16 d時的葉綠素含量達到最高，較0 d升高47.57%（圖2）。

從植株生長形態(tài)來看，2 d時植株葉片葉色較0 d更為翠綠，葉綠素含量略為提高，在隨后的幾天中葉綠素含量也逐漸升高，反映出植株較為旺盛的代謝水平，推測較高的土壤含水率似乎對澳洲茶樹的生長更為有利。14 d時澳洲茶樹開始萌發(fā)出幼嫩的頂芽，說明在淹水條件下，澳洲茶樹仍可以保持正常生長，并且淹水處理不影響澳洲茶樹的萌芽生長。同時，新芽的萌發(fā)對植物是一種較大的營養(yǎng)消耗，可能會降低植物的其他代謝水平，推測可能是造成16 d后植株葉綠素含量降低的主要原因。

2.2 淹水脅迫過程中內(nèi)源激素含量的動態(tài)變化

ABA是一種天然植物內(nèi)源激素，在干旱、淹水、寒冷等逆境條件下會作為應答信號啟動植物的抗逆調(diào)節(jié)機制[9-11]。大多數(shù)研究認為，在干旱條件下，植物通過提高內(nèi)源ABA水平誘導氣孔關閉等生理機制來應對干旱脅迫[12]，而針對淹水脅迫下ABA反應機制的觀點則并不統(tǒng)一。有研究表明，在淹水脅迫下，ABA含量增加，通過與受體結(jié)合等方式增強植物對脅迫的抵抗能力[13]，也有研究指出，淹水脅迫下ABA含量迅速下降[14]，總而言之，土壤水分含量不適宜植物生長時，植物會通過調(diào)節(jié)內(nèi)源ABA含量對環(huán)境脅迫做出應答。從激素生理功能角度分析，ABA具有抑制葉片生長、關閉氣孔、降低光合速率的作用，對植物生長更多的是負面作用，在植物進入旺盛生長期時，ABA水平會逐漸降低，以減弱其對生長的負面影響，但不同于逆境條件下的是，自然狀態(tài)下ABA的降幅大多是緩慢平穩(wěn)的[15-17]。

從圖3可以看出，16 d之前ABA含量略有升高，但差異并未達到顯著水平。而16 d之后，ABA含量呈緩慢下降趨勢，但降幅較小，34 d時最高降幅為13.99%。結(jié)合植株生長形態(tài)觀測和葉綠素含量檢測結(jié)果分析，在16 d之前，澳洲茶樹的生長并未因淹水脅迫而發(fā)生改變，似乎這種程度的淹水處理對植株來說并未達到脅迫的程度，故ABA含量并未呈現(xiàn)大幅的應激變化。14 d時植株已經(jīng)萌發(fā)出了新芽，說明植株已經(jīng)適應了土壤環(huán)境的變化并開始進入旺盛生長期，這也對應著16 d后ABA含量開始緩慢降低，提示植株內(nèi)源激素的動態(tài)平衡已經(jīng)發(fā)生了變化。

ZR，GA3和IAA在某種程度上說是3種作用相似的天然植物內(nèi)源激素，其共同的作用是促進植株的生長發(fā)育，差異在于ZR主要促進細胞的分裂與擴大，GA3促進莖的伸長和花果形成[16]，IAA則兼具調(diào)節(jié)根系代謝的作用。植物體內(nèi)的內(nèi)源激素處于一種動態(tài)平衡之中，隨著植株內(nèi)外雙重環(huán)境的變化，激素之間的比例發(fā)生變化，朝著更利于植物生長的方向協(xié)同調(diào)節(jié)[18]。在環(huán)境適宜的情況下，促進生長的激素水平升高，抑制生長的激素水平降低，造成二者比值呈升高趨勢，往往被作為植物旺盛生長的表型指征之一[19]。本研究結(jié)果表明，淹水脅迫后，IAA含量在8 d后開始升高（圖4），GA3含量在16 d后開始升高（圖5），ZR含量在18 d后開始升高（圖6），提示在8 d后植物對淹水環(huán)境已基本適應，內(nèi)源激素的平衡開始朝向促進生長的方向移動。18 d后，3種促進生長的激素水平都呈升高趨勢，同時，16 d后ABA的含量已開始下降，2個方面的因素共同造成（ZR＋GA3＋IAA）/ABA的值自16 d后開始逐漸升高（圖7），說明從16 d后，植株已經(jīng)完全克服了淹水脅迫的環(huán)境壓力，進入旺盛生長的狀態(tài)，而植株自14 d后已開始萌發(fā)新芽這一直觀表現(xiàn)，也與以上研究結(jié)果相符。

3 結(jié)論

本研究對澳洲茶樹在淹水脅迫過程中的內(nèi)源激素動態(tài)變化進行研究，結(jié)果表明，在淹水脅迫前期，ZR，GA3，IAA和ABA這4種內(nèi)源激素含量都呈小幅波動，而脅迫中、后期，ZR，GA3，IAA 3 種促進植株生長的激素含量整體呈升高趨勢，ABA含量則呈下降趨勢，（ZR＋GA3＋IAA）/ABA的值也逐漸升高。內(nèi)源激素的動態(tài)表明，脅迫中、后期植株生長逐漸增強，同時脅迫中、后期植株形態(tài)上觀測到新芽的萌發(fā)，這說明淹水脅迫僅僅對澳洲茶樹形成了短暫的逆境脅迫，澳洲茶樹通過自身的生理代謝調(diào)節(jié)機制在7～14 d內(nèi)適應并克服了這種逆境脅迫。本研究結(jié)果表明，澳洲茶樹對淹水脅迫的耐受性較強，在50%以上含水率的土壤條件下，經(jīng)過短暫的適應期后，幾乎可以正常生長。本研究中土壤由于其自身的物理特性，雖含水率最高僅達到60.07%，但研究中淹水脅迫處理條件已經(jīng)非?？量?，已達到實際生產(chǎn)中的淹水極限，研究結(jié)果對澳洲茶樹栽培應用中的水分控制具有一定的指導意義。

在后續(xù)研究中，一方面需要對澳洲茶樹的根系、葉片解剖結(jié)構進行觀測，分析其耐受淹水脅迫的結(jié)構性因素，另一方面可采用水培等研究方法，探討澳洲茶樹在更高含水率條件下的內(nèi)源激素動態(tài)變化，更進一步揭示其對淹水脅迫的響應機制。