淡水淹水脅迫對桐花樹幼苗生長及生理特征的影響

王冰清 丁岳煉 譚家得 陳杰 萬利鑫 周建瑛 王惠芳

[佛山市林業(yè)科學研究所(佛山植物園) 廣東佛山528222]

桐花樹（Aegiceras corniculatum），又名蠟燭果，是紫金牛科、蠟燭果屬灌木或小喬木，在中國主要分布于海南、廣西、廣東、福建、臺灣及南海諸島；印度、中南半島至菲律賓以及澳大利亞南部等地也有分布，喜生長于海邊潮水漲落的污泥灘上，適應性強，易形成單種的生物群落，是海岸紅樹林組成樹種之一［1］。桐花樹群植可構(gòu)成紅樹林景觀，在防風消浪、促淤保灘、固岸護堤、凈化海水和空氣方面發(fā)揮了重要的生態(tài)作用［2］。為擴大桐花樹的生態(tài)應用價值，將桐花樹引種種植于淡水濕地環(huán)境中，解決日益嚴峻的水土流失、水體污染、富營養(yǎng)化等問題，已成為目前研究的新方向。

關于桐花樹的淡水應用目前已經(jīng)有一定的基礎，丁岳煉等［3］探究了桐花樹淡水育苗技術，篩選出了淡水澆灌下桐花樹幼苗生長的最佳基質(zhì)；董雪等［4］就淡水馴化后的桐花樹對人工污水的凈化效果進行了探討，為桐花樹在淡水中的生態(tài)應用價值提供了理論支持。雖然目前有關桐花樹在淡水中的應用有了一定的研究，但是關于桐花樹在淡水中的適生水位以及水淹脅迫對桐花樹生長發(fā)育、生理特征的影響，桐花樹在河流、湖泊汛期環(huán)境中適應性等情況尚不清楚。為了擴大紅樹植物桐花樹的應用范圍，充分發(fā)揮其在淡水河流、湖泊中的生態(tài)效益，本研究通過模擬輕度、中度、重度淹水脅迫，探究桐花樹的生長發(fā)育情況以及生理響應，擬了解桐花樹的適生水位，為桐花樹在淡水河流、湖泊中的應用提供理論基礎。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗場地位于佛山市林業(yè)科學研究所苗圃內(nèi)，試驗材料為經(jīng)淡水馴化的桐花樹一年生實生苗。

1.2 方法

1.2.1 適生性培養(yǎng)

選取生長健壯、長勢一致、高度相仿的一年生桐花樹袋苗并將其分為4 組，每組30 株，于2019 年8 月15 日分別移入規(guī)格為160 cm×120 cm×50 cm 的4 個塑料儲水箱中進行15 d 左右的適應性培養(yǎng)，加入苗木容器1/3位置的水，進行正常水肥管理，待供試苗生長穩(wěn)定后開始淹水脅迫試驗。

1.2.2 淹水脅迫試驗

將4 個水箱中的桐花樹分別設置為對照（CK）及輕度（A）、中度（B）、重度淹水（C）脅迫組，向水箱中注入自來水，對照組保持正常水肥管理水位，水位在苗木容器1/3位置處；輕度淹水脅迫組水位與苗木容器上口水平；中度淹水脅迫組水位至苗高1/3 處；重度淹水脅迫組水位至苗高2/3處。為防止水質(zhì)惡化，每7 d換一次水。

1.2.3 試驗測定

1.2.3.1 基礎數(shù)據(jù)的測定

分別于淹水脅迫開始（第0天）及淹水脅迫結(jié)束（第60 天）測定各不同處理組桐花樹苗高、地徑及生物量，探究不同水位處理60 d 對桐花樹長勢的影響，并觀察桐花樹的形態(tài)變化。各處理組隨機選取10 株進行測定，苗高、地徑的測定采用直接讀數(shù)法；分別選取根、莖、葉分別進行生物量測定，采用烘干法，干燥至恒重后稱重。

1.2.3.2 生理指標的測定

分別于淹水脅迫第0、5、15、30 天，取對照組（CK）與重度淹水脅迫組（C 組）葉片，探究重度淹水脅迫下桐花樹生理指標的變化。測定指標包括可溶性蛋白濃度，可溶性糖含量、MDA 含量，SOD、CAT、POD活性。取樣時間統(tǒng)一在上午10點進行，采用完全隨機取樣，每個處理3株重復，分別采集植株頂端新葉下第3 或4 片健康葉，經(jīng)液氮處理后存放入-80℃低溫冰箱，待取樣全部結(jié)束后統(tǒng)一進行測定。

（1）可溶性蛋白、MDA、SOD、CAT、POD 的測定方法：準確稱取桐花樹葉片0.2 g，加入9 倍體積的磷酸緩沖液，冰水浴條件下機械勻漿，制備成10%的植物組織勻漿，以2 500 r/min 低溫離心10 min，取上清液待測。可溶性蛋白采用考馬斯亮藍法［5］測定，MDA 采用硫代巴比妥酸法［6］測定，SOD 采用鄰苯三酚自氧化法［7］測定，CAT 采用過氧化氫法［8］測定，POD采用愈木酚法［9］測定。

（2）可溶性糖測定方法：準確稱取桐花樹葉片0.1 g，剪碎混勻，加入1 mL 蒸餾水，用勻漿研磨器研磨成勻漿液，倒入有蓋離心管中，蓋緊，管蓋上扎一小孔，沸水浴10 min；待冷卻后，以4 000r/min常溫離心10 min，取上清液用蒸餾水稀釋10 倍，搖勻備用?？扇苄蕴遣捎幂焱壬ǎ?0］測定。

2 結(jié)果與分析

2.1 淹水脅迫對桐花樹生長發(fā)育的影響

2.1.1 形態(tài)特征的變化

不同水位淹水脅迫處理60 d 后，所有桐花樹均能成活，并對淹水脅迫產(chǎn)生了一系列形態(tài)學適應反應，其中最主要的特征是莖基部形成膨大皮孔。圖1分別為正常（CK）、輕度（A）、中度（B）、重度（C）淹水脅迫下，桐花樹莖基部周圍膨大皮孔的分布情況。正常水位下，桐花樹由于未受到水淹脅迫，莖周未形成膨大皮孔；輕度淹水脅迫下，淹水水位附近莖基部上出現(xiàn)了膨大皮孔，并且隨著淹水脅迫程度的加深，相同莖稈長度下膨大皮孔的數(shù)量增多，并隨著水位的升高向莖頂端方向延伸。

圖1 各處理組淹水60 d后莖形態(tài)變化

2.1.2 苗高地徑的變化

不同水位淹水脅迫60 d 后桐花樹的苗高、地徑的變化量如圖2 所示。由圖2 可以看出，正常、輕度、中度、重度淹水脅迫處理60 d 后，桐花樹的苗高、地徑均有一定程度的增長；隨著淹水程度的加重，桐花樹苗高的增長量呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢，各處理組苗高增長量與對照組無顯著性差異；不同水位淹水脅迫處理對地徑的影響較小，隨著淹水脅迫程度的加重，桐花樹地徑的增長量先趨于穩(wěn)定后開始減少，各處理組地徑的增長量與對照無顯著性差異。

2.1.3 生物量的變化

圖2 淹水后桐花樹苗高、地徑變化

不同水位淹水脅迫60 d 后，桐花樹生物量的增長量在根、莖、葉中的分配如圖3 所示。由圖3可知，不同處理組桐花樹生物量的積累在根、莖、葉中的分配不均勻，其中對照組在根中的分配比較多，淹水脅迫組在莖的分配比較多。隨淹水脅迫程度的加重，根生物量的積累呈遞減的趨勢，其中重度淹水脅迫組根生物量的積累顯著小于對照組；隨淹水脅迫程度的加重，莖、葉生物量的積累大體呈現(xiàn)遞增的趨勢，但各組之間莖、葉的增長量無顯著性差異。

圖3 不同處理下桐花樹幼苗生物量的變化量

2.2 淹水脅迫對桐花樹葉片生理指標的影響

2.2.1 淹水脅迫對桐花樹可溶性蛋白含量的影響

對照組和重度淹水脅迫組桐花樹葉片可溶性蛋白含量隨淹水時間的變化如圖4 所示。由圖4 可知，對照組桐花樹葉片可溶性蛋白含量隨淹水時間的延長呈逐步上升趨勢，處理30 d 后可溶性蛋白由0.24 mgprot/mL 逐步上升到0.40 mgprot/mL。隨淹水時間的延長，重度淹水脅迫組可溶性蛋白含量呈現(xiàn)先降低后升高再趨于平緩的趨勢；淹水處理0～5 d，可溶性蛋白含量由0.25 mgprot/mL下降至0.20 mgprot/mL；淹水處理5 d 后，隨著淹水時間的延長，可溶性蛋白含量迅速上升，至15 d升時升為0.32 mgprot/mL；淹水15 d后，隨著淹水時間的延長，可溶性蛋白含量趨于平緩。

圖4 葉片可溶性蛋白含量變化

2.2.2 淹水脅迫對可溶性糖含量的影響

圖5 葉片中可溶性糖含量變化

對照組和重度淹水脅迫組桐花樹葉片可溶性糖含量隨淹水時間的變化如圖5 所示。由圖5 可知，隨淹水時間的延長，對照組可溶性糖含量呈現(xiàn)逐步下降的趨勢，重度淹水脅迫組呈先上升后下降最后趨于平緩的趨勢。對照組處理30 d，可溶性糖由21.43 mg/mgprot 下降至11.14 mg/mgprot。重度淹水脅迫組淹水處理前5 d，隨淹水時間的延長，可溶性糖含量由16.78 mg/mgprot 升高至20.76 mg/mgprot；淹水5 d 后，隨淹水時間的延長，可溶性糖含量降低至16.56 mg/mgprot；淹水處理15 d 后，隨著淹水時間的延長，可溶性糖含量緩慢降低并逐步趨于平緩。

2.2.3 淹水脅迫對桐花樹保護酶活性的影響

對照組和重度淹水脅迫組桐花樹葉片MDA含量以及SOD、CAT、POD等保護酶活性隨淹水時間的變化如圖6 所示。由圖6 可知，隨淹水時間的延長，對照組MDA含量呈現(xiàn)先降低后緩慢升高的趨勢，重度淹水脅迫組呈現(xiàn)先緩慢升高后逐漸降低并趨于平緩的趨勢；對照組SOD活性逐漸降低，重度淹水脅迫組SOD活性呈先升高后降低最后趨于平緩的趨勢；對照組CAT 活性逐漸降低，重度淹水脅迫組CAT 活性先升高后迅速降低最后緩慢降低；對照組POD 活性逐漸降低，重度淹水脅迫組POD 活性呈現(xiàn)先升高后迅速降低最后趨于平緩的趨勢。

3 討論與結(jié)論

3.1 討論

3.1.1 淹水脅迫對桐花樹生長發(fā)育的影響

圖6 葉片中MDA含量及SOD、CAT、POD活性變化

與對照組相比，淹水脅迫組根際產(chǎn)生膨大皮孔是桐花樹對淹水脅迫的一種適應性表現(xiàn)。當對桐花樹給予一定的淹水脅迫后，桐花樹根系處在一種缺氧的環(huán)境中，通過莖周皮孔膨大增大了植物對氧氣的吸收和氧氣向根的疏導能力，使植物能夠獲取充足的氧氣來維持正常新陳代謝活動［11］，這是桐花樹耐澇的一種典型特征。不同水位淹水脅迫下，桐花樹苗高、地徑的變化無顯著性差異，這可能是由于桐花樹本身是一種生長于海岸潮汐帶的紅樹植物，能夠?qū)λ铜h(huán)境有一個很好的適應，在不同水位水淹脅迫處理下均能正常生長。不同水位淹水處理下，從桐花樹生物量的增長在根、莖、葉中的分配可以看出，淹水脅迫對桐花樹根的影響比較大，隨著淹水水位的上升，根系氧濃度降低，根系的生長越受限制，但植物為適應淹水環(huán)境，往往通過膨大皮孔、加速伸長莖和葉柄及增厚葉片角質(zhì)層來獲取充足的氧氣［12-13］，因此，隨著淹水水位的上升，桐花樹生物量的分配主要集中在莖、葉，根的分配較少，這與何斌源等［14］關于桐花樹在原生環(huán)境不同海水高程淹水中生物量的分配主要在葉和根上、莖的分配較少的研究結(jié)果稍有不同，這可能是二者間的試驗環(huán)境不同所導致；本研究是以淡水淹水，并且水位是靜態(tài)恒定的，何斌源等［14］的試驗是在海岸線上，受海水鹽度和潮汐的影響，根部有時可以露出水面進行呼吸，因此在一定高程的淹水下，其根部已長期適應了潮汐的環(huán)境，從而可正常進行生長，分配的生物量較本試驗多。

3.1.2 淹水脅迫對桐花樹葉片生理指標的影響

在逆境脅迫下，植物體內(nèi)會發(fā)生一定程度的滲透調(diào)節(jié)，通過生理生化的代謝途徑產(chǎn)生脯氨酸、可溶性糖、可溶性蛋白等滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)和特定蛋白，以控制離子、水流和去除有毒基團［15-16］；滲透調(diào)節(jié)的同時，植物體內(nèi)的保護酶系統(tǒng)也開始工作，通過調(diào)節(jié)SOD、POD、CAT 等抗氧化酶的活性，加速其對氧自由基的清除，可降低逆境脅迫對植物的危害，提高植物的抗性［17］，這些都是植物在逆境脅迫下的生理特征及適應性表現(xiàn)。本試驗研究發(fā)現(xiàn)，桐花樹可溶性糖含量、抗氧化酶活性隨著淹水時間的延長大體上呈先升高后降低最后趨于穩(wěn)定的趨勢，這是由于淹水脅迫打破了植物細胞內(nèi)保持的氧自由基的平衡，因此，植物通過提高抗氧化酶的活性加速對氧自由基的清除。隨著脅迫時間的延長，酶活性降低，這可能是由于自由基過量積累，酶結(jié)構(gòu)和功能受到一定程度破壞［18-19］，最后隨時間的延長，桐花樹為應對淹水環(huán)境發(fā)生了不同程度的形態(tài)學結(jié)構(gòu)改變，隨淹水脅迫程度降低，酶活性變化逐漸趨于平緩。這與吳靜［18］和梁芳［20］關于雞爪槭、紅花玉蕊的研究結(jié)果（呈先升高后降低的變化趨勢）稍不一致，這可能是由于桐花樹與雞爪槭、紅花玉蕊相比，對淹水環(huán)境具有更好的適應性。

MDA 是植物在淹水脅迫下膜脂過氧化作用的產(chǎn)物，MDA 的含量與植物體受氧自由基攻擊程度有關［21］，MDA 的含量同時受抗氧化酶活力的反向調(diào)節(jié)［22-23］，抗氧化酶活性的升高可以加速氧自由基的清除，因此能降低丙二醛的積累。本試驗淹水脅迫前5 d，MDA 含量比較穩(wěn)定，這是由于植物剛開始受到淹水脅迫時，保護酶系統(tǒng)即開始工作，植物體內(nèi)SOD、POD、CAT等抗氧化酶的活性顯著提升，植物受到淹水脅迫產(chǎn)生氧自由基的同時，抗氧化酶也在加速清除氧自由基，因此，MDA 的含量未有較大變化；淹水脅迫5 d 后，植物應對淹水脅迫慢慢產(chǎn)生一系列形態(tài)結(jié)構(gòu)上的適應性變化；隨水淹脅迫程度降低，植物體內(nèi)抗氧化酶活性開始下降，此時受抗氧化酶活性的影響，MDA 含量開始緩慢的提升；淹水脅迫15 d 后，植物完全適應了水淹環(huán)境，抗氧化酶活性開始趨于穩(wěn)定；淹水脅迫解除，MDA含量緩慢回落至初始濃度。

3.2 結(jié)論

紅樹植物桐花樹在淡水環(huán)境中也比較耐水淹，在不同淹水水位梯度下都能正常生長。在較高水位環(huán)境中，通過膨大皮孔、加速伸長莖等形態(tài)改變，以及體內(nèi)滲透調(diào)節(jié)、抗氧化酶作用等生理響應來應對淹水脅迫。本研究結(jié)果為桐花樹從海岸潮汐帶引種種植于河流、湖泊中提供參考依據(jù)，同時為了解其適應短期的河流汛期環(huán)境提供有價值的信息。