喬木柳4個(gè)無性系耐旱性的初步研究

張 玨，黃瑞芳，韓杰峰

(1.江蘇省林業(yè)科學(xué)研究院，江蘇 南京 211153； 2.江蘇省農(nóng)業(yè)種質(zhì)資源保護(hù)與利用平臺(tái)，江蘇 南京 210014)

水分條件是影響植物生長(zhǎng)與成活非常重要的因素，尤其隨著氣候的變暖，植物生長(zhǎng)更加受到干旱因素的制約[1-3]。因此，植物抗旱性研究一直是研究者關(guān)注的熱點(diǎn)，研究不同樹種以及同一樹種內(nèi)不同品種的抗旱性具有非常重要的意義。這幾年來，國(guó)內(nèi)外眾多專家學(xué)者從各種林木的水分生理、光合機(jī)制、分子生物學(xué)、形態(tài)解剖結(jié)構(gòu)及抗旱基因等方面進(jìn)行了很多研究工作，例如分子生物學(xué)方面，有核酸代謝、抗旱蛋白、信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)等研究；抗旱基因方面，有轉(zhuǎn)抗旱基因和抗旱基因的克隆和序列分析的研究[4-5]，目前都取得了不同程度的進(jìn)展。而在柳樹抗旱性研究方面，國(guó)內(nèi)報(bào)道主要側(cè)重于柳樹單一種源的抗旱生理、生化等，如高婷等[6]以瑞典能源柳無性系為材料，測(cè)定了不同干旱脅迫階段葉片超氧化物歧化酶(SOD)等各項(xiàng)生理生化指標(biāo)，綜合評(píng)定了不同能源柳無性系的耐旱性等，對(duì)于柳樹種質(zhì)資源抗旱性篩選的研究較少。本文采用PEG-6000模擬干旱脅迫的測(cè)試方法，對(duì)4個(gè)喬木柳無性系水培苗進(jìn)行試驗(yàn)，通過觀測(cè)水培苗不同的受害癥狀表現(xiàn)，來分析不同柳樹無性系對(duì)干旱的耐受力，從而為初選耐旱性強(qiáng)的喬木柳親本提供依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)所用無性系為P32，P259，P34，P942等4個(gè)柳樹無性系(見表1)，均取自江蘇省林業(yè)科學(xué)研究院院內(nèi)柳樹種質(zhì)資源圃。

表1 柳樹參試材料

1.2 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)場(chǎng)地位于江蘇省林業(yè)科學(xué)研究院，東經(jīng)118°22′，北緯31°14′，海拔為23 m，隸屬亞熱帶季風(fēng)氣候。全部試驗(yàn)于玻璃溫室內(nèi)完成。

試驗(yàn)在2013年9月，采集4個(gè)柳樹無性系，剪成長(zhǎng)15 cm的插穗，設(shè)置4個(gè)區(qū)組(4次重復(fù))。使用32 孔穴盤的水培容器，全部容器均放于中轉(zhuǎn)箱中，每孔放置3根插穗為同系號(hào)的1個(gè)區(qū)組，所有區(qū)組采用隨機(jī)排列方式。試驗(yàn)插穗用1/2Hoagland’s 營(yíng)養(yǎng)液進(jìn)行水培培養(yǎng)，每2 d更換1次營(yíng)養(yǎng)液。培養(yǎng)30 d后，用PEG(聚乙二醇)-6000溶液進(jìn)行模擬干旱脅迫處理，共設(shè)置3個(gè)質(zhì)量分?jǐn)?shù)梯度為0%(CK)，10%(T1)，20%(T2)，其中對(duì)照(CK)為單純1/2Hoagland’s營(yíng)養(yǎng)液。

在處理之后的1—8 d中，每天觀測(cè)供試無性系的受脅迫癥狀，記錄其受害等級(jí)，計(jì)算其受害指數(shù)，將24 h記錄的受害指數(shù)值進(jìn)行正態(tài)轉(zhuǎn)換后，進(jìn)行多重比較。并測(cè)定24 h后葉片的相對(duì)含水量。

1.3 統(tǒng)計(jì)指標(biāo)和計(jì)算方法

抗旱試驗(yàn)的分析指標(biāo)以試驗(yàn)無性系受脅迫后得到的受害指數(shù)為主。受害指數(shù)由觀測(cè)記錄的受害等級(jí)進(jìn)行計(jì)算。根據(jù)灌木柳受脅迫后外觀形態(tài)的變化，共分成7個(gè)受害等級(jí)(見表2)。受害指數(shù)(P)按照以下公式計(jì)算：

表2 柳樹受害癥狀的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

P(%)=[(0 級(jí)受害株數(shù)×0+1 級(jí)受害株數(shù)×1+2 級(jí)受害株數(shù)×2+3 級(jí)受害株數(shù)×3+4 級(jí)受害株數(shù)×4+5 級(jí)受害株數(shù)×5+6 級(jí)受害株數(shù)×6)/(6 級(jí)×3)]×100

相對(duì)含水量(RWC)的測(cè)定：將取下的灌木柳葉片擦干凈，剪碎，準(zhǔn)確稱取0.15 g，稱取3份，在去離子水中浸泡24 h，擦干稱質(zhì)量(此時(shí)質(zhì)量為飽和鮮質(zhì)量)，后80 ℃烘干至恒質(zhì)量，稱干質(zhì)量。

RWC(%)=[(鮮質(zhì)量-干質(zhì)量)/(飽和鮮質(zhì)量-干質(zhì)量)]×100

2 結(jié)果與分析

2.1 4個(gè)柳樹無性系不同脅迫下的受害指數(shù)變化

P32，P259，P34，P942等4個(gè)柳樹無性系受害指數(shù)受干旱脅迫時(shí)間的影響，干旱脅迫時(shí)間越長(zhǎng)，品種受害的情況越嚴(yán)重。其中，T1處理下，變化最大的是P34，變化最小的是P942(見圖1)；T2處理下，變化較大的是P34和P32，變化最小的仍然是P942(見圖2)。

圖1 T1處理下4個(gè)柳樹無性系的受害指數(shù)

圖2 T2處理下4個(gè)柳樹無性系的受害指數(shù)

2.2 4個(gè)柳樹無性系間的受害指數(shù)差異

對(duì)P32，P34，P259，P942等4個(gè)柳樹無性系，在T1處理的干旱脅迫下獲得的受害指數(shù)進(jìn)行方差分析，能夠看出，柳樹4個(gè)無性系之間的抗旱性存在差異(見表3)。其中，P942，P32，P259之間沒有差異，P942，P259和P34之間則存在顯著差異(P<0.05)。P942受害指數(shù)最小(為31.54)，抗旱性最強(qiáng)。P34受害指數(shù)最大(為71.75)，在10%PEG-6000處理下，表現(xiàn)為最不耐旱。

表3 4種柳樹品種間的受害指數(shù)比較 (T1)

對(duì)P259，P32，P34，P942等4個(gè)柳樹無性系，T2處理脅迫下獲得的受害指數(shù)進(jìn)行方差分析，能夠看出，這4個(gè)柳樹無性系抗旱性之間也存在差異性(見表4)。P259和P942之間沒有差異性，而P942和P32，P34之間則存在顯著差異(P<0.05)。受害指數(shù)最小的仍然是P942，為31.54，抗旱性最強(qiáng)；受害指數(shù)最大的是P32和P34，為48.25，在20% PEG-6000處理下，表現(xiàn)為最不耐旱。

表4 4種柳樹無性系間的受害指數(shù)比較 (T2)

2.3 不同干旱程度脅迫對(duì)柳樹無性系葉片相對(duì)含水量的影響

從表5可以看出，不同PEG-6000處理24 h后，干旱脅迫下各柳樹無性系葉片RWC與對(duì)照相比都降低，且隨著PEG-6000質(zhì)量分?jǐn)?shù)的升高,RWC相應(yīng)降低。對(duì)各無性系的不同處理后相對(duì)含水量進(jìn)行方差分析，結(jié)果表明：CK，T1，T2之間，RWC差異顯著(P<0.05)。在T1處理下，P34葉片RWC下降幅度最大(為13%)，P32下降幅度最小(為4.5%)；在T2處理下，葉片RWC下降幅度較大的也為P34(23.2%)，P295下降幅度最小(為16.1%)。

表5 各無性系不同處理的相對(duì)含水量多重比較

3 結(jié)論與討論

水分對(duì)植物生長(zhǎng)發(fā)育過程中的地位不可替代，而干旱脅迫會(huì)打破植物原有的生長(zhǎng)代謝規(guī)律[7]，因此，進(jìn)行林木抗旱性優(yōu)良品種的選育是林木遺傳育種的一個(gè)重要方向。本試驗(yàn)通過觀測(cè)4個(gè)喬木柳無性系在干旱脅迫下的不同受害癥狀，分析了干旱脅迫下各無性系的耐受能力。

P32，P259，P34，P942等4個(gè)喬木柳無性系受害指數(shù)的分析表明：不同無性系的耐旱性之間存在顯著性差異。在10% PEG-6000處理下，腺柳P942受害最輕，旱柳P34受害則最重；在20% PEG-6000處理下，同樣是腺柳P942受害最輕，旱柳P32和P34受害較重。隨著干旱脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)，2個(gè)處理下，P942受害程度的變化都為最小，說明腺柳P942是較為耐旱柳樹無性系，在以抗旱性為目的的雜交試驗(yàn)中，可以考慮以它作為試驗(yàn)親本。

相對(duì)含水量是植物組織實(shí)際含水量占組織飽和含水量的百分比，是反映植物水分狀況的重要指標(biāo)之一，能真實(shí)反映缺水時(shí)植物水分的虧缺程度[8]。在干旱脅迫下，隨著脅迫強(qiáng)度的增加和時(shí)間的延長(zhǎng)，相對(duì)含水量呈現(xiàn)出下降趨勢(shì)，水分飽和虧缺上升。一般來說，相同水分條件下，抗旱性強(qiáng)的物種，相對(duì)含水量的下降速率較慢，下降幅度??；而抗旱弱的物種，相對(duì)含水量的下降速率較快，水分平衡保持差，葉片生長(zhǎng)受抑嚴(yán)重[9]。在本研究中，隨著PEG-6000處理的質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加，灌木柳無性系葉片的相對(duì)含水量都出現(xiàn)降低現(xiàn)象，其中P34下降幅度較大，說明這個(gè)喬木柳無性系葉片失水較多，抗旱性較差。而P32在10% PEG-6000處理下下降幅度最小，在20% PEG-6000處理下葉片相對(duì)含水量下降幅度明顯增大，說明P32在干旱脅迫相對(duì)較輕時(shí)，具有一定的耐旱性，而在干旱脅迫比較嚴(yán)重時(shí)，并不具有耐旱性。

本研究通過對(duì)4個(gè)喬木柳無性系進(jìn)行的模擬干旱脅迫試驗(yàn)，初步篩選出了喬木柳的抗旱種質(zhì)資源，為探討喬木柳抗旱的生理機(jī)制，進(jìn)一步開展柳樹抗旱育種，提供了優(yōu)良種質(zhì)材料,并奠定了研究基礎(chǔ)。