羅漢松雌雄植株葉片生理特征比較

陳惠昕，招禮軍，黃相玲，何晶晶，黃英鎊，朱栗瓊

（廣西大學(xué)林學(xué)院，廣西南寧 530004）

雌雄異株是植物適應(yīng)不同環(huán)境壓力而產(chǎn)生的現(xiàn)象，因雌株用于繁殖的代價(jià)明顯高于雄株，出現(xiàn)了雌株通常分配更多的資源用于生殖生長(zhǎng)，而雄株分配更多的資源用于營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)的現(xiàn)象，加之在適應(yīng)自然界的過(guò)程中，雌、雄株會(huì)采取不同的生態(tài)對(duì)策，造成雌、雄株間在形態(tài)結(jié)構(gòu)和生理等方面產(chǎn)生差異[1-2]，同時(shí)季節(jié)轉(zhuǎn)變引起生態(tài)因子的變化，也會(huì)在植物的生理活動(dòng)方面體現(xiàn)。國(guó)內(nèi)外學(xué)者在植物雌、雄株生理指標(biāo)差異方面已有許多研究報(bào)道，如李珊等[3]發(fā)現(xiàn)栝樓（Trichosanthes kirilowii）雄株中光合色素含量與過(guò)氧化物酶（POD）活性均顯著高于雌株；Farzamisepehr等[4]指出美洲黑楊（Populus deltoids）夏季葉片中葉綠素含量、可溶性糖含量和過(guò)氧化氫酶（CAT）活性與春季相比有顯著增加，春季葉片和根系中的脯氨酸含量則顯著高于夏季。

羅漢松科（Podocarpaceae）羅漢松屬植物約有100種，我國(guó)有13種3變種，其中羅漢松（Podocarpus macrophyllus）在我國(guó)庭園中最常見[5]。羅漢松別名土杉，雌雄異株，為常綠針葉喬木，喜溫暖濕潤(rùn)氣候和排水良好濕潤(rùn)的砂質(zhì)壤土，花期4—5月，種子8—9月成熟[5]。其具有一定的藥用價(jià)值[6]，對(duì)多種污染氣體抗性較強(qiáng)，在我國(guó)又屬名貴的園林觀賞樹種和優(yōu)良的盆景材料，受到越來(lái)越多的關(guān)注。目前，國(guó)內(nèi)外關(guān)于羅漢松的研究包括輸導(dǎo)組織特點(diǎn)[7]、遺傳多樣性[8]、根瘤特性[9]、化學(xué)成分[10]、生藥學(xué)[11]、栽培育苗技術(shù)[12]、盆景制作與養(yǎng)護(hù)[13]等方面。關(guān)于羅漢松雌、雄株之間差異比較的研究目前僅在莖葉解剖結(jié)構(gòu)[14]方面有相關(guān)報(bào)道。羅漢松不同性別的植株在經(jīng)濟(jì)效益、生態(tài)效應(yīng)與觀賞效果等方面存在一定的差異，但因其較長(zhǎng)的營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)期，給非生殖時(shí)期目標(biāo)樹種的選擇和撫育管理帶來(lái)一定困難。本研究通過(guò)采集成年羅漢松雌、雄植株在不同生長(zhǎng)季節(jié)的葉樣，選取與營(yíng)養(yǎng)合成和反映植物對(duì)環(huán)境適應(yīng)性有關(guān)的常用生理指標(biāo)進(jìn)行測(cè)定與分析，了解其對(duì)環(huán)境因子變化的響應(yīng)機(jī)制及羅漢松雌、雄株的生理活動(dòng)規(guī)律與差異，為全面和深入了解羅漢松雌、雄株的特性提供基礎(chǔ)材料，并為其選擇栽培、引種推廣及撫育管理提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

廣西南寧市隆安縣金穗園林花木場(chǎng)位于隆安縣那良鎮(zhèn)（107°40′～108°11′E，22°18′～23°14′N），屬南亞熱帶濕潤(rùn)季風(fēng)氣候，降雨多集中在夏季，年均氣溫21.8℃，最高氣溫28.4℃，最低氣溫12.8℃。四季區(qū)分不明顯，但因研究和敘述所需，仍按常規(guī)季節(jié)劃分取樣，分別于2017年3月（春季）、6月（夏季）、9月（秋季）和12月（冬季）的中旬，選取成熟且生長(zhǎng)一致的8年生羅漢松雌、雄株各10株，在每株樹冠南側(cè)中部的位置剪取成熟健康葉片3～5片，置于冰盒中帶回實(shí)驗(yàn)室，-20℃下保存?zhèn)溆谩?/p>

1.2 生理指標(biāo)測(cè)定

1.2.1 滲透性調(diào)節(jié)物質(zhì)與丙二醛（MDA）含量測(cè)定

可溶性糖含量測(cè)定采用蒽酮比色法[15]，可溶性蛋白含量測(cè)定采用考馬斯亮藍(lán)G-250法[16]，脯氨酸含量測(cè)定采用酸性茚三酮比色法[17]，MDA含量測(cè)定采用巴比妥酸顯色法[18]。各指標(biāo)于各季節(jié)均做3組重復(fù)試驗(yàn)。下同。

1.2.2 保護(hù)酶活性測(cè)定

POD活性測(cè)定采用愈創(chuàng)木酚比色法[19]，超氧化物歧化酶（SOD）活性測(cè)定采用氮藍(lán)四唑（NBT）光化還原法[17]，CAT活性測(cè)定采用紫外光吸收法[19]。

1.2.3 光合色素含量測(cè)定

葉綠素a、葉綠素b、總?cè)~綠素及類胡蘿卜素的含量采用浸提法[20]進(jìn)行測(cè)定。

1.2.4 試驗(yàn)設(shè)備與數(shù)據(jù)分析

試驗(yàn)中的離心過(guò)程采用美國(guó)貝克曼庫(kù)爾特公司的BECKMAN超速冷凍離心機(jī)進(jìn)行，吸光度的測(cè)量及讀取采用瑞士帝肯有限公司的INFINITE M200 PRO全自動(dòng)全波長(zhǎng)酶標(biāo)儀進(jìn)行，試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel 2013整理，數(shù)據(jù)分析采用SPSS 18.0軟件進(jìn)行。雌雄間差異分析運(yùn)用獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)法；不同季節(jié)間變化的方差分析選取單因素ANOVA法，多重比較分析采用Duncan新復(fù)極差法。

2 結(jié)果與分析

2.1 羅漢松雌、雄株葉片中滲透性調(diào)節(jié)物質(zhì)與MDA含量的變化規(guī)律

在秋季和冬季，羅漢松雌株葉片的可溶性糖含量高于雄株；在夏、秋和冬季，雌株的可溶性蛋白含量高于雄株；在秋季和冬季，雄株的脯氨酸含量高于雌株；在春、秋和冬季，雌株的MDA含量高于雄株。雌、雄株秋季可溶性糖含量和夏季脯氨酸含量、MDA含量差異不顯著，其余季節(jié)的雌雄株間均差異顯著（P＜0.05）（表1）。

羅漢松雌、雄株葉片可溶性糖含量有季節(jié)性差異，雌、雄株秋季的可溶性糖含量顯著高于春、夏和冬季（P＜0.05），雌株增幅分別為544.29%、198.68%和305.09%，雄株增幅分別為365.41%、66.17%和326.90%；雌、雄株葉片的可溶性蛋白含量變化趨勢(shì)基本相同，冬季的可溶性蛋白含量均顯著高于春、夏和秋季（P＜0.05）；雌、雄株的脯氨酸含量分別在春季和秋季達(dá)到最高水平，均在夏季為最低水平，雌株春季的含量顯著高于夏、秋和冬季（P＜0.05），雄株秋季的含量顯著高于春、夏和冬季（P＜0.05）；雌、雄株的MDA含量季節(jié)變化趨勢(shì)相同，夏季的MDA含量均顯著高于春、秋和冬季（P＜0.05）（表1）。

表1 羅漢松雌、雄株葉片中滲透性調(diào)節(jié)物質(zhì)與MDA含量的變化規(guī)律Tab.1 Variation of osmotic adjustment substances and MDA content in leaves of male and female P.macrophyllus

2.2 羅漢松雌、雄株葉片中保護(hù)酶活性的變化規(guī)律

在春、秋和冬季，羅漢松雄株葉片的POD活性高于雌株；在春、夏和冬季，雄株的SOD活性高于雌株；雄株的CAT活性在所有季節(jié)均高于雌株。雌、雄株春季和秋季的CAT活性差異不顯著，其余均差異顯著（P＜0.05）（表2）。

羅漢松雌、雄株葉片POD活性的動(dòng)態(tài)變化趨勢(shì)基本一致，雌、雄株葉片冬季的POD活性顯著高于春、夏和秋季（P＜0.05）；雌、雄株夏季的SOD活性顯著高于春、秋和冬季（P＜0.05）；雌株春季和秋季的CAT活性顯著高于夏季和冬季，雄株冬季的CAT活性顯著高于春、夏和秋季（P＜0.05）（表2）。

表2 羅漢松雌、雄株葉片中保護(hù)酶活性的變化規(guī)律Tab.2 Variation of protective enzyme activities in leaves of male and female P.macrophyllus

2.3 羅漢松雌、雄株葉片中光合色素含量的變化規(guī)律

羅漢松雌株葉片葉綠素a、葉綠素b及葉綠素（a+b）含量在春、夏和冬季均高于雄株，類胡蘿卜素含量在春、秋和冬季高于雄株。雌、雄株葉片的3個(gè)葉綠素指標(biāo)均在春季最低，夏季最高，雌株增幅分別為261.68%、705.79%、370.91%，雄株增幅分別為300.42%、449.39%、336.37%。雌、雄株葉片夏季的葉綠素a、葉綠素b及葉綠素（a+b）含量均顯著高于春、秋和冬季（P＜0.05）；雌、雄株葉片冬季的類胡蘿卜素含量顯著高于春、夏和秋季（P＜0.05）。

表3 羅漢松雌、雄株葉片中光合色素含量的變化規(guī)律Tab.3 Variations of photosynthetic pigment content in leaves of male and female P.macrophyllus (μg/g)

3 結(jié)論與討論

由于雌雄植株所負(fù)擔(dān)的生理功能不同，雌、雄株各項(xiàng)生理指標(biāo)存在差異，在生長(zhǎng)條件適宜的環(huán)境中，雌株將爭(zhēng)取更多資源用于營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的積累以供繁殖?？扇苄蕴鞘欠从持仓晏妓卮x與營(yíng)養(yǎng)積累狀況的重要指標(biāo)；可溶性蛋白是植物重要的物質(zhì)基礎(chǔ)，其量的變化在一定程度上反映植株氮素同化水平；光合色素反映植物的光合能力及生長(zhǎng)狀況，這些均是反映植株?duì)I養(yǎng)積累與代謝的指標(biāo)。本研究結(jié)果表明，除秋季可溶性糖含量在雌雄間的差異不顯著，其余指標(biāo)在各季節(jié)的雌雄間差異均達(dá)到顯著水平，且可溶性蛋白與光合色素水平多為雌株高于雄株，說(shuō)明羅漢松雌株在同化能力和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)貯藏上優(yōu)于雄株，因此加強(qiáng)對(duì)雌株的撫育管理，注意施肥，是獲得優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)種實(shí)的保障措施。

環(huán)境條件不利時(shí)，植物一些生理指標(biāo)可反映出其適應(yīng)性，如MDA能在一定程度上衡量機(jī)體內(nèi)細(xì)胞膜脂過(guò)氧化程度[21]；脯氨酸能調(diào)節(jié)植物細(xì)胞的滲透勢(shì)以保護(hù)植物體內(nèi)酶的活性[22]；POD、SOD和CAT在植株的抗氧化系統(tǒng)中具有重要作用，它們的活性可以反映出植物體的抗氧化能力，進(jìn)而顯示出對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性大小[3]。本研究結(jié)果表明，除春季和秋季CAT活性、夏季脯氨酸含量和MDA含量在雌、雄株間的差異不顯著外，其余指標(biāo)在各季節(jié)的雌雄株間均差異顯著；在相對(duì)低溫和干旱的冬季，羅漢松的MDA含量為雄株低于雌株，脯氨酸含量與3種酶活性為雄株高于雌株，說(shuō)明羅漢松雄株較雌株對(duì)環(huán)境變化的調(diào)節(jié)能力和適應(yīng)性更好，與詹亞光等[23]的研究結(jié)論相似。

本研究中的雌、雄株羅漢松采集地位于南亞熱帶地區(qū)，降水量分布不均勻，氣溫變化幅度較大，干濕分明，因此植物在其生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中各項(xiàng)生理指標(biāo)隨季節(jié)更替表現(xiàn)出不同的變化趨勢(shì)。本研究中羅漢松雌、雄株的各項(xiàng)生理指標(biāo)在4個(gè)季節(jié)中均產(chǎn)生變化，體現(xiàn)了植物在生理上對(duì)環(huán)境的響應(yīng)機(jī)制。植物生理指標(biāo)出現(xiàn)的差異與其自身的生物學(xué)特性有關(guān)，羅漢松在南寧的秋末冬初進(jìn)入花芽分化期，春末夏初是其繁殖生長(zhǎng)期。本研究結(jié)果顯示，羅漢松雌、雄株葉片的可溶性糖含量經(jīng)過(guò)夏季的貯藏，均在秋季達(dá)到最高水平；而冬季時(shí)雌、雄株葉片的可溶性糖含量又下降至較低水平，原因是冬季時(shí)葉片衰老及羅漢松進(jìn)入花芽分化期消耗增加促使可溶性糖急劇外運(yùn)。雌、雄株葉片的可溶性蛋白含量均為冬季最高，與王毅等[24]研究指出的溫度降低會(huì)引起可溶性蛋白含量上升并產(chǎn)生抗寒性蛋白的結(jié)論相符。羅漢松雌、雄株葉片的脯氨酸含量在秋季較高，原因是秋季時(shí)氣溫開始降低，天氣變得干燥，導(dǎo)致植物體內(nèi)脯氨酸累積；在冬季時(shí)，脯氨酸的含量較秋季時(shí)有所降低，原因可能是羅漢松對(duì)秋季溫度降低比對(duì)冬季持續(xù)低溫產(chǎn)生的反應(yīng)更敏感，與黎建玲等[25]對(duì)荔枝（Litchi chinensis）的研究結(jié)論相同。雌、雄株葉片的MDA含量均在夏季達(dá)到最高，可能是由于在夏季高溫下葉片光合速率較高，從而導(dǎo)致細(xì)胞中活性氧自由基積累增多，膜脂過(guò)氧化加劇使MDA含量增高[26]。雌、雄株葉片的POD活性和雄株葉片CAT活性最大值均出現(xiàn)在冬季，可能是由于冬季氣溫和濕度較低，植株生長(zhǎng)速率下降，植株保護(hù)系統(tǒng)的保護(hù)酶為維持生態(tài)平衡所致；雌雄株葉片的SOD活性為夏季最高，原因是夏季植物進(jìn)入速生期，氣溫的持續(xù)上升打破組織細(xì)胞活性氧產(chǎn)生與消除的平衡，植物為了消除過(guò)量的活性氧以維持其自由基代謝系統(tǒng)的平衡，增加了SOD活性[27]。雌、雄株葉片的葉綠素含量均在夏季最高，原因是1年中夏季的溫度最高和光照強(qiáng)度最強(qiáng)，植物的生長(zhǎng)較旺盛，需要增強(qiáng)光和作用以維持生長(zhǎng)；雌、雄株葉片的類胡蘿卜素含量在冬季達(dá)到最高水平，原因是冬季光照強(qiáng)度較低，葉片需要通過(guò)更多的類胡蘿卜素吸收藍(lán)光以完成光合作用，春季光照逐漸增強(qiáng)，類胡蘿卜素的含量降為較低水平。通過(guò)雌、雄株各項(xiàng)生理指標(biāo)的變化能反映出不同的生理特性，可今后羅漢松目的植株的選擇及在園林中的合理應(yīng)用提供參考。