干旱脅迫對(duì)福建柏不同無性系的生理特性影響*

余孟楊

（福建省清流國有林場(chǎng)，福建清流365300）

福建柏（Fokienia Hodginsii）為柏科福建柏屬，又名滇柏、建柏，為我國特有樹種，也是我國二級(jí)保護(hù)珍稀樹種[1]。福建柏屬于常綠喬木，適宜生長(zhǎng)區(qū)氣候以溫暖濕潤為主，環(huán)境以陰濕多霧為主，主要分布在福建、江西、廣東、廣西、湖南等亞熱帶省區(qū)，尤以福建中部分布最多[2]。其木材質(zhì)地堅(jiān)硬，文理精細(xì)優(yōu)美，可廣泛用于家具制造、房屋、橋梁建造以及木雕工藝品等領(lǐng)域。福建省為多山地區(qū)，部分山區(qū)土壤瘠薄，保水能力較差，山上植被因長(zhǎng)期受到干旱缺水的影響而普遍生長(zhǎng)較差，因此，選育適合當(dāng)?shù)匕l(fā)展的林木抗旱品種有著重要的研究意義。當(dāng)干旱脅迫環(huán)境時(shí)，植物會(huì)調(diào)整體內(nèi)生理代謝改變組織結(jié)構(gòu)和代謝物，來減緩其對(duì)植物的壓力，從而維持植物正常的生命活動(dòng)，本文通過分析干旱脅迫條件下，福建柏生理特性的變化規(guī)律，從而為福建柏的抗旱品種的選育做一些理論上的探討和準(zhǔn)備。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)材料為從福建省大田梅林國有林場(chǎng)的福建柏?zé)o性系測(cè)定林中選出的15 個(gè)優(yōu)良無性系（1號(hào)；14號(hào)；15號(hào)；16號(hào)；23號(hào)；24號(hào)；32號(hào)；37號(hào)；38號(hào)；41號(hào)；83號(hào)；84號(hào)；87號(hào)；95號(hào)；103號(hào)）。2010年9月，分別對(duì)這15 個(gè)無性系進(jìn)行穗條采集，并在福建省大田國有林場(chǎng)苗圃地進(jìn)行扦插無性繁殖，經(jīng)過16 個(gè)月的圃地育苗，2012年1月，將培育出的15 個(gè)無性系的扦插苗出圃并轉(zhuǎn)運(yùn)至福建省林業(yè)科學(xué)研究院進(jìn)行盆栽，盆栽在自然條件下進(jìn)行，通過7 個(gè)月的盆栽恢復(fù)培育，各無性系的幼苗生長(zhǎng)良好，達(dá)到了干旱脅迫試驗(yàn)的材料要求，2012年8月，每個(gè)無性系選取長(zhǎng)勢(shì)一致的15 個(gè)單株進(jìn)行干旱脅迫試驗(yàn)。

1.2 試驗(yàn)方法

干旱脅迫試驗(yàn)在福建省林業(yè)科學(xué)研究院溫室內(nèi)進(jìn)行，2012年8月上旬開始，對(duì)福建柏各無性系進(jìn)行干旱脅迫處理，在干旱脅迫之前將各無性系澆透水，從脅迫第1d 開始不再進(jìn)行澆水，一直到試驗(yàn)結(jié)束。計(jì)劃共脅迫36d，其中，每隔6d 取植株中部葉片進(jìn)行各生理指標(biāo)測(cè)定。在干旱脅迫結(jié)束以后，通過調(diào)查各無性系死亡率，以及觀察各無性系的生長(zhǎng)狀況，如葉片和葉脈顏色、葉片脫落情況等，對(duì)各無性系按照干旱脅迫的傷害程度（重、中、輕）進(jìn)行分類，分類衡量指標(biāo)以植株死亡率為主，將死亡率高于70%的無性系認(rèn)定為重度傷害無性系，死亡率介于30 ～70%之間的無性系認(rèn)定為中度傷害的無性系，死亡率低于30%的無性系認(rèn)定為輕度傷害的無性系。按照干旱脅迫的傷害程度（重、中、輕）的分類，分別對(duì)不同傷害程度（重、中、輕）無性系的各個(gè)生理指標(biāo)動(dòng)態(tài)變化進(jìn)行綜合歸類分析（數(shù)據(jù)取同類不同無性系平均值），以發(fā)現(xiàn)其各自規(guī)律性。丙二醛（MDA）、可溶性糖、脯氨酸、過氧化氫酶（CAT）的測(cè)定參照張志安[3]等人的方法，超氧化物歧化酶（SOD）的測(cè)定參照張志良[4]等人的方法。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同脅迫傷害程度無性系葉片丙二醛（MDA）的變化

經(jīng)過36d 的干旱脅迫處理后，通過對(duì)15 個(gè)無性系福建柏生長(zhǎng)狀況的調(diào)查，不同無性系之間表現(xiàn)出不同的傷害程度（詳見表1）。不同無性系以傷害程度的輕重可以分為重度、中度和輕度傷害3 類。從圖1 可以看出，重度傷害的無性系葉片MDA 隨著脅迫天數(shù)的增加呈現(xiàn)出“逐漸升高—下降”的變化趨勢(shì)，其在脅迫第30d 時(shí)達(dá)到最高值，為2.02μmol·L-1，是脅迫前（圖中0d 值）的2.28 倍，升高幅度最大，但在第36d 時(shí)MDA 的值有所下降。中度傷害的無性系葉片MDA 隨著脅迫天數(shù)的增加同樣呈現(xiàn)出“逐漸升高—下降”的變化趨勢(shì)，其在脅迫第30d 時(shí)達(dá)到最高值，為1.76μmol·L-1，是脅迫前的1.74 倍，升高幅度次于傷害程度重的無性系，而在第36d 時(shí)MDA 的值同樣有所下降。輕度傷害的無性系葉片MDA 隨著脅迫天數(shù)的增加呈現(xiàn)出“逐漸升高”的變化趨勢(shì)，其在脅迫第36d 時(shí)達(dá)到最高值，為1.47μmol·L-1，是脅迫前的1.61 倍，升高幅度最小。

表1 干旱脅迫（36d）對(duì)不同無性系傷害程度表

圖1 不同脅迫傷害程度無性系葉片丙二醛（MDA）的變化

2.2 不同脅迫傷害程度無性系葉片可溶性糖的變化

由圖2 可以看出，輕度傷害的無性系葉片可溶性糖隨著脅迫天數(shù)的增加呈現(xiàn)出“逐漸升高”的變化趨勢(shì)，其在脅迫第36d 時(shí)達(dá)到最高值，為0.99%，是脅迫前（圖中0d 值）的1.59 倍，升高幅度最大。中度傷害的無性系葉片可溶性糖隨著脅迫天數(shù)的增加同樣呈現(xiàn)出“逐漸升高—下降”的變化趨勢(shì)，其在脅迫第30d 時(shí)達(dá)到最高值，為0.89%，是脅迫前的1.53 倍，升高幅度次于傷害程度輕的無性系，但在第36d 時(shí)可溶性糖的值有所下降。重度傷害的無性系葉片可溶性糖隨著脅迫天數(shù)的增加呈現(xiàn)出“逐漸升高- 下降”的變化趨勢(shì)，其在脅迫第24d 時(shí)達(dá)到最高值，為0.54%，是脅迫前的1.42 倍，升高幅度最小，在此之后，其可溶性糖的值也有所下降。

圖2 不同脅迫傷害程度無性系葉片可溶性糖的變化

2.3 不同脅迫傷害程度無性系葉片脯氨酸的變化

由圖3 可以看出，輕度傷害的無性系葉片脯氨酸隨著脅迫天數(shù)的增加呈現(xiàn)出“逐漸升高”的變化趨勢(shì)，其在脅迫第36d 時(shí)達(dá)到最高值，為120.94μg·g-1，是脅迫前（圖中0d 值）的2.87 倍，升高幅度最大。中度傷害的無性系葉片脯氨酸隨著脅迫天數(shù)的增加同樣呈現(xiàn)出“逐漸升高- 下降”的變化趨勢(shì)，其在脅迫第30d 時(shí)達(dá)到最高值，為100.48μg·g-1，是脅迫前的2.1 倍，升高幅度次于傷害程度輕的無性系，但在第36d 時(shí)脯氨酸的值有所下降。重度傷害的無性系葉片脯氨酸隨著脅迫天數(shù)的增加呈現(xiàn)出“升高—下降”的變化趨勢(shì)，其在脅迫第24d 時(shí)達(dá)到最高值，為87.58μg·g-1，是脅迫前的1.89 倍，升高幅度最小，在此之后，其脯氨酸的值也有一定程度的下降。

圖3 不同脅迫傷害程度無性系葉片脯氨酸的變化

2.4 不同脅迫傷害程度無性系葉片過氧化氫酶（CAT）的變化

由圖4 可以看出，輕度傷害的無性系葉片過氧化氫酶（CAT）隨著脅迫天數(shù)的增加呈現(xiàn)出“逐漸升高”的變化趨勢(shì)，其在脅迫第36d 時(shí)達(dá)到最高值，為224.50 U·g-1·min-1，是脅迫前（圖中0d 值）的1.56 倍，升高幅度最大。中度傷害的無性系葉片過氧化氫酶（CAT）隨著脅迫天數(shù)的增加同樣呈現(xiàn)出“逐漸升高- 下降”的變化趨勢(shì)，其在脅迫第24 天時(shí)達(dá)到最高值，為203.33 U·g-1·min-1，是脅迫前的1.44 倍，升高幅度次于傷害程度輕的無性系，但在此之后，其過氧化氫酶（CAT）的值有一定程度的下降。重度傷害的無性系葉片過氧化氫酶（CAT）隨著脅迫天數(shù)的增加呈現(xiàn)出“逐漸升高—下降”的變化趨勢(shì)，其在脅迫第18 天時(shí)達(dá)到最高值，為178.38 U·g-1·min-1，是脅迫前的1.31倍，升高幅度最小，在此之后，其過氧化氫酶（CAT）的值也有一定程度的下降。

圖4 不同脅迫傷害程度無性系葉片過氧化氫酶（CAT）的變化

2.5 不同脅迫傷害程度無性系葉片超氧化物歧化酶（SOD）的變化

由圖5 可以看出，輕度傷害的無性系葉片超氧化物歧化酶（SOD）隨著脅迫天數(shù)的增加呈現(xiàn)出“逐漸升高”的變化趨勢(shì)，其在脅迫第36d 時(shí)達(dá)到最高值，為120.44 U·g-1，是脅迫前（圖中0d 值）的2.58 倍，升高幅度最大。中度傷害的無性系葉片超氧化物歧化酶（SOD）隨著脅迫天數(shù)的增加同樣呈現(xiàn)出“逐漸升高—下降”的變化趨勢(shì)，其在脅迫第24d 時(shí)達(dá)到最高值，為104.57 U·g-1，是脅迫前的1.85 倍，升高幅度次于傷害程度輕的無性系，但在此之后，其超氧化物歧化酶（SOD）的值有一定程度的下降。重度傷害的無性系葉片超氧化物歧化酶（SOD）隨著脅迫天數(shù)的增加呈現(xiàn)出“逐漸升高—下降”的變化趨勢(shì)，其在脅迫第18d 時(shí)達(dá)到最高值，為90.89 U·g-1，是脅迫前的1.61倍，升高幅度最小，在此之后，其超氧化物歧化酶（SOD）的值也有一定程度的下降。

圖5 不同脅迫傷害程度無性系葉片超氧化物歧化酶（SOD）的變化

3 結(jié)論與討論

通過36d 的干旱脅迫處理，不同無性系福建柏之間表現(xiàn)出不同的傷害程度，分為重度、中度和輕度傷害3類。在嚴(yán)重脅迫條件下，植物細(xì)胞中會(huì)積累較多的活性氧，這就導(dǎo)致了脂質(zhì)過氧化物以及一些小分子的降解產(chǎn)物的產(chǎn)生，它們有著強(qiáng)氧化性，在這些產(chǎn)物中以丙二醛含量的增多最為明顯[5]。所以丙二醛的含量被作為體現(xiàn)植物膜受傷害程度的一個(gè)重要的參數(shù)[6]。一方面，從MDA 的變化趨勢(shì)來看，在干旱脅迫的初期和中期，不同脅迫傷害程度的無性系葉片MDA 隨著脅迫天數(shù)的增加均呈現(xiàn)出“逐漸升高”的變化趨勢(shì)，說明各無性系葉片的細(xì)胞膜均受到了膜脂過氧化作用的傷害，并隨著干旱脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)其傷害作用在不斷加大，而在干旱脅迫末期，輕度傷害的無性系葉片MDA 繼續(xù)“升高”，而重度傷害和中度傷害的無性系卻出現(xiàn)了“下降”，這可能是由于葉片干枯，生理機(jī)能喪失，部分MDA 已經(jīng)分解或轉(zhuǎn)移的緣故。另一方面，從MDA 升高的幅度來看，重度傷害的無性系葉片MDA 升高幅度最大，中度傷害的升高幅度次之，輕度傷害的最小，這說明重度傷害的無性系其葉片細(xì)胞膜受到的膜脂過氧化作用也較大，輕度傷害的無性系其葉片細(xì)胞膜受到的膜脂過氧化作用也較小，因此不同無性系受到的膜脂過氧化作用的程度也不同，這可能是導(dǎo)致不同無性系之間出現(xiàn)了不同的傷害程度的原因之一。

植物在逆境脅迫條件下，滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)中產(chǎn)生的量最大的是可溶性糖和游離脯氨酸[7]。植物可溶性糖含量的高低在一定程度上決定了植物的抗旱水平的高低，脯氨酸對(duì)阻止細(xì)胞內(nèi)水分的過量散失以及保持細(xì)胞膜完整性有著較為重要的作用[8]。本試驗(yàn)中，首先，從可溶性糖和脯氨酸的變化趨勢(shì)來看，在干旱脅迫的初期和中期，不同脅迫傷害程度的無性系葉片可溶性糖和脯氨酸隨著脅迫天數(shù)的增加均呈現(xiàn)出“逐漸升高”的變化趨勢(shì)，說明各無性系葉片的均具有一定的滲透調(diào)節(jié)能力，并隨著干旱脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)其滲透調(diào)節(jié)的作用在不斷加大，而在干旱脅迫末期，輕度傷害的無性系葉片可溶性糖和脯氨酸繼續(xù)“升高”，而重度傷害和中度傷害的無性系卻出現(xiàn)了“下降”，這一方面可能是由于在干旱脅迫的末期，滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的積累超過了植物的耐受極限，從而受到了抑制，另一方面可能是由于葉片干枯，生理機(jī)能喪失，部分可溶性糖和脯氨酸已經(jīng)分解或轉(zhuǎn)移的緣故。其次，從可溶性糖和脯氨酸升高的幅度來看，輕度傷害的無性系葉片可溶性糖和脯氨酸升高幅度最大，中度傷害的升高幅度次之，重度傷害的最小，從此我們可以判斷，輕度傷害的無性系其葉片滲透調(diào)節(jié)作用也較大，重度傷害的無性系其葉片滲透調(diào)節(jié)作用也較小，因此不同無性系其葉片的滲透調(diào)節(jié)作用程度也不同，這也可能是導(dǎo)致不同無性系之間出現(xiàn)了不同的傷害程度的原因之一。

過氧化氫酶可以和超氧化物歧化酶共同作用去除植物體內(nèi)的過氧化氫，從而使植物的細(xì)胞膜系統(tǒng)免遭傷害[9-10]。超氧化物歧化酶活性同樣也是體現(xiàn)植物的抗旱性一個(gè)重要指標(biāo)[11]。本試驗(yàn)中，首先，從CAT 和SOD 的變化趨勢(shì)來看，在干旱脅迫的初期和中期，不同脅迫傷害程度的無性系葉片CAT 和SOD 隨著脅迫天數(shù)的增加均呈現(xiàn)出“逐漸升高”的變化趨勢(shì)，說明各無性系葉片的均具有一定的酶保護(hù)調(diào)節(jié)能力，并隨著干旱脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)其酶保護(hù)調(diào)節(jié)的作用在不斷加大，而在干旱脅迫末期，輕度傷害的無性系葉片CAT 和SOD 繼續(xù)“升高”，而重度傷害和中度傷害的無性系卻出現(xiàn)了“下降”，這一方面可能是由于在干旱脅迫的末期，保護(hù)酶活性超過了植物的耐受極限，從而其活性受到了抑制，另一方面可能是由于葉片干枯，生理機(jī)能喪失，部分CAT 和SOD 已經(jīng)分解或轉(zhuǎn)移的緣故。其次，從CAT 和SOD 升高的幅度來看，輕度傷害的無性系葉片CAT 和SOD升高幅度最大，中度傷害的升高幅度次之，重度傷害的最小，從此我們可以判斷，輕度傷害的無性系其葉片酶保護(hù)調(diào)節(jié)作用也較大，重度傷害的無性系其葉片酶保護(hù)調(diào)節(jié)作用也較小，因此不同無性系其葉片的酶保護(hù)調(diào)節(jié)作用程度也不同，不同無性系之間出現(xiàn)了不同的傷害程度也可能與此有一定的關(guān)系。

致謝：感謝福建省森林培育與林產(chǎn)品加工利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室肖祥希、何文廣、高楠的大力支持！