紫色土干旱脅迫對(duì)梔子生長及生理的影響

楊 艷，陳景震，吉悅娜，陳韻竹，李培旺，葉傳財(cái)，李 力，潘雨虹，夏 栗，李黨訓(xùn)

（1.湖南省林業(yè)科學(xué)院木本油料資源利用國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖南 長沙 410004； 2.福鼎市農(nóng)業(yè)農(nóng)村局，福建福鼎355200； 3.蕓香（福鼎）農(nóng)業(yè)科技有限公司，福建 福鼎 355200； 4.湖南財(cái)政經(jīng)濟(jì)學(xué)院，湖南 長沙 410205）

紫色土土層淺薄，透水性差，蓄水保水能力弱，加之其土壤顏色較深，吸熱性強(qiáng)，導(dǎo)熱性差，從而導(dǎo)致其在溫度高的天氣下土壤溫度也很高，因此自然植被較少且生長較差，是植被恢復(fù)的困難區(qū)域［1］。湖南省是中國紫色土分布較為集中的省份之一，而衡陽是湖南省紫色土坡地面積最大的地區(qū)，由于夏季高溫多雨，降水豐富，人們?cè)陂_發(fā)利用的過程中沒有采取相應(yīng)的水土保持措施，水土流失嚴(yán)重，致使衡陽紫色土坡地長期以來水土流失和季節(jié)性干旱嚴(yán)重，使當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境變得更加脆弱，嚴(yán)重制約著當(dāng)?shù)厣a(chǎn)、生活和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展［2-3］。鑒于此，探索一種適合當(dāng)?shù)刂脖换謴?fù)且又能助力當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展的生態(tài)修復(fù)模式是當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)文明建設(shè)的必然趨勢。

梔子（Gardenia jasminoides）為常綠灌木，葉綠如碧，花香四溢，果色喜慶，果實(shí)含有較高的藥用活性成分，具有較高的觀賞價(jià)值和藥用價(jià)值［4］；梔子根系發(fā)達(dá)，固土保水能力強(qiáng)，具有較好的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)及生態(tài)效益［5-6］；相關(guān)研究還表明梔子適宜栽培在溫暖、濕潤、光照充足的環(huán)境，且比較耐干旱［7-8］，因此，可以初步判斷梔子是紫色土區(qū)域生態(tài)修復(fù)的理想樹種。為探明梔子的耐旱性能及紫色土區(qū)域適生機(jī)理，本研究開展了梔子對(duì)紫色土干旱脅迫響應(yīng)的試驗(yàn)，以期能為紫色土區(qū)域植被恢復(fù)植物的篩選提供參考，為紫色土植被恢復(fù)提供技術(shù)及資源基礎(chǔ)。

1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地位于湖南省林業(yè)科學(xué)院杜家沖試驗(yàn)林場（113°01＇30″E，28°06＇40″N），屬亞熱帶季風(fēng)性濕潤氣候區(qū)，春濕多雨，夏天多晴，秋季干燥，冬季寒冷；嚴(yán)冬期短，酷熱期長，陽光充足，雨量充沛。歷年平均氣溫17.6℃，年平均無霜期280.5 d，霧天26.4 d，年平均降水量1 394.6 mm，年平均相對(duì)濕度80%。

2 材料與方法

2.1 試驗(yàn)材料

從育苗圃中選擇長勢一致、健壯無病蟲害的1年生梔子實(shí)生苗進(jìn)行試驗(yàn)。苗木平均高8.35 cm，平均地徑為2.48 mm。

2.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

于2020年6月初，將梔子幼苗移栽至裝有紫色土基質(zhì)（土壤容重1.67 g·cm-3、總孔隙度69.17%、吸水倍數(shù)0.49、滲水速率5.48 g·min-1、蒸發(fā)速率0.86 g·h-1、pH 8.23、有機(jī)質(zhì)15.00 g·kg-1、全氮1.05 g·kg-1、全磷0.85 g·kg-1、全鉀26.90 g·kg-1、速效鉀59.00 mg·kg-1）的花盆（底徑10 cm、口徑20 cm、高17 cm）中，置于遮雨棚內(nèi)常規(guī)管理，預(yù)培養(yǎng)1個(gè)月后開始進(jìn)行干旱脅迫試驗(yàn)。

本試驗(yàn)采用盆栽稱重控水法［9］，設(shè)置4個(gè)處理組：CK（對(duì)照，土壤相對(duì)含水量100%）、Z1（輕度干旱脅迫，土壤相對(duì)含水量80%）、Z2（中度干旱脅迫，土壤相對(duì)含水量60%）、Z3（重度干旱脅迫，土壤相對(duì)含水量40%）。每個(gè)處理30株，3個(gè)重復(fù)。

2.3 相關(guān)指標(biāo)的測定

2.3.1 生長指標(biāo)測定

干旱脅迫90 d后，在每種干旱處理上選取15株梔子苗，采用卷尺和游標(biāo)卡尺分別測量苗高和地徑。

2.3.2 生理生化指標(biāo)測定

分別于干旱脅迫前期（處理30 d）、中期（處理60 d）和后期（處理90 d）采取梔子幼苗中上部葉片，做好標(biāo)記超低溫保存，用于測定各項(xiàng)生理生化指標(biāo)。

葉片相對(duì)電導(dǎo)率參照陳愛葵等［10］提出的浸泡法進(jìn)行測定。游離脯氨酸含量的測定采用酸性茚三酮法［11］；可溶性糖含量、丙二醛（malondialdehyde，MDA） 含量、超氧化物歧化酶 （superoxide dismutase，SOD）活性、過氧化物酶（peroxidase，POD）活性的測定分別采用蒽酮-硫酸比色法、硫代巴比妥酸比色法、氮藍(lán)四唑光化還原法和愈創(chuàng)木酚法［12］。

2.4 數(shù)據(jù)處理與分析

使用Excel 2010整理數(shù)據(jù)、作圖，采用SPSS 18.0對(duì)各測定指標(biāo)進(jìn)行方差分析和多重比較。

3 結(jié)果與分析

3.1 干旱脅迫對(duì)梔子生長的影響

由圖1可以看出，當(dāng)梔子受到不同程度干旱脅迫時(shí)，其生長受到抑制。隨著干旱脅迫程度的加劇，梔子的苗高逐漸降低，Z1、Z2、Z3脅迫處理的梔子苗高與CK 相比分別降低了9.28%、14.08%和19.76%。苗高方面，Z1與CK差異不顯著，Z3與Z2、Z1、CK之間差異均顯著。梔子的地徑隨干旱脅迫程度的加深也有所降低，但降低幅度較?。慌cCK相比，Z1、Z2、Z3脅迫處理的梔子地徑分別降低了1.09%、3.82%和11.99%。地徑方面，Z1與CK之間、Z1與Z2之間差異不顯著，Z2、Z3與CK之間差異顯著，Z2與Z3之間差異顯著。

圖1 干旱脅迫對(duì)梔子幼苗生長的影響Fig.1 Effect of drought stress on the grow th of seedling

3.2 干旱脅迫對(duì)梔子葉片相對(duì)電導(dǎo)率的影響

由表1可知，不同干旱脅迫處理下梔子葉片相對(duì)電導(dǎo)率均隨脅迫程度的加深和時(shí)間的延長逐漸升高。各脅迫階段中，除脅迫前期的Z2與Z1之間、脅迫中期的Z1與CK之間差異不顯著外，其他各干旱脅迫處理間葉片電導(dǎo)率均存在顯著差異。干旱脅迫前期，與CK相比，Z1與Z2脅迫處理的相對(duì)電導(dǎo)率增加較少，Z3脅迫處理的相對(duì)電導(dǎo)率上升較多，比CK增加了37.50%。干旱脅迫中期，不同脅迫處理的梔子葉片相對(duì)電導(dǎo)率與CK相比均有上升趨勢，比CK分別上升了11.97%、27.03%和46.25%。干旱脅迫后期，梔子葉片相對(duì)電導(dǎo)率隨脅迫程度加深而明顯增加，其中Z3脅迫處理的相對(duì)電導(dǎo)率高達(dá)32.93%，與 CK 相比增加了59.93%。

表1 干旱脅迫對(duì)梔子葉片相對(duì)電導(dǎo)率的影響Tab.1 Effect of drought stress on relative conductivity

3.3 干旱脅迫對(duì)梔子MDA含量的影響

梔子MDA含量隨著干旱脅迫的加重和時(shí)間的延長而逐漸增加（見表2）。MDA含量除脅迫前期和中期的輕度干旱脅迫與CK之間差異不顯著外，在各脅迫階段其他各干旱脅迫處理間均差異顯著。干旱脅迫前期，Z1和Z2脅迫處理下梔子MDA的增加幅度較小，在重度脅迫下，梔子MDA含量上升至CK的1.83倍。干旱脅迫中期，MDA含量在Z1脅迫處理下增加幅度不大，在Z2及Z3脅迫處理下分別增加至CK的1.80倍和2.51倍。干旱脅迫后期，MDA含量隨脅迫程度的增加呈顯著上升趨勢，其中Z3脅迫水平的梔子MDA含量高達(dá)29.29μmol·g-1，為CK的2.52倍。

表2 干旱脅迫對(duì)梔子丙二醛含量的影響Tab.2 Effect of drought stress on MDA content

3.4 干旱脅迫對(duì)梔子抗氧化酶活性的影響

3.4.1 干旱脅迫對(duì)梔子SOD活性的影響

干旱脅迫對(duì)梔子葉片SOD活性的影響結(jié)果見表3。隨著干旱脅迫程度的加劇及時(shí)間的延長，梔子SOD活性均呈拋物線形的變化規(guī)律。各脅迫階段中，除脅迫前期的中度脅迫與重度脅迫之間、脅迫后期的重度脅迫與CK之間差異不顯著外，其他各干旱脅迫處理間差異均顯著。干旱脅迫前期、中期及后期，SOD活性均在Z2脅迫處理時(shí)上升至峰值，且分別為CK的1.38倍、1.88倍和1.46倍；隨著干旱脅迫程度的加劇，在Z3脅迫處理時(shí)分別下降至CK的1.28倍、1.61倍和1.00倍。

表3 干旱脅迫對(duì)梔子SOD活性的影響Tab.3 Effect of drought stress on SOD activity

3.4.2 干旱脅迫對(duì)梔子POD活性的影響

不同時(shí)期不同干旱脅迫處理下梔子的POD活性見表4。通過對(duì)紫色土不同干旱脅迫水平條件下梔子葉片POD活性的分析（表4）可知，隨著干旱脅迫程度的加深及脅迫時(shí)間的延長，梔子葉片POD活性與SOD活性具有相似的變化趨勢，都是拋物線形，只是每個(gè)時(shí)期的POD活性上升和下降的幅度沒有SOD活性的大。干旱脅迫前期、中期以及后期的梔子POD活性均表現(xiàn)出Z2脅迫處理的最大，分別是CK的1.28倍、1.75倍和1.43倍；隨著脅迫程度的加劇，各脅迫時(shí)期Z3脅迫處理的POD活性依次下降至CK的1.09倍、1.44倍和1.03倍。

表4 干旱脅迫對(duì)梔子POD活性的影響Tab.4 Effect of drought stress on POD activity

基于以上分析，表明梔子在干旱進(jìn)程中，隨著干旱程度的加劇植株本身表現(xiàn)出強(qiáng)烈的應(yīng)激響應(yīng)，能夠快速地將體內(nèi)酶活性調(diào)整到一定高度以應(yīng)對(duì)干旱脅迫帶來的傷害；當(dāng)干旱脅迫延續(xù)到一定時(shí)間時(shí)，植物機(jī)體各項(xiàng)生理代謝平衡被打破，就無法調(diào)動(dòng)抗氧化酶的響應(yīng)，致使植株本身處于干旱損失的狀態(tài)。

3.5 干旱脅迫對(duì)梔子葉片滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的影響

3.5.1 干旱脅迫對(duì)梔子可溶性糖含量的影響

不同時(shí)期不同干旱脅迫處理下梔子可溶性糖含量見表5。梔子的可溶性糖含量隨著干旱程度的加劇及時(shí)間的延長呈逐漸遞增的趨勢。在干旱脅迫的3個(gè)時(shí)間段中，梔子的可溶性糖含量均隨脅迫程度的增加而上升，其中Z1處理的可溶性糖含量增幅較小，Z2和Z3處理的增幅較大。干旱脅迫前期，Z2和Z3處理的可溶性糖含量與CK相比分別增加了32.08%和44.15%。干旱脅迫中期，Z1、Z2和Z3脅迫處理的可溶性糖含量與CK相比分別增加了10.08%、57.36%和83.33%。干旱脅迫后期，Z2和Z3脅迫處理的可溶性糖含量分別增加至4.62 mg·g-1和5.25 mg·g-1，與CK相比分別增加68.61%和91.61%?？扇苄蕴堑脑黾颖砻髦参餀C(jī)體在應(yīng)激性改善體內(nèi)滲透壓，進(jìn)而增加植株細(xì)胞的吸水能力，盡可能地抵制干旱對(duì)植株的傷害。

表5 干旱脅迫對(duì)梔子可溶性糖含量的影響Tab.5 Effects of drought stress on soluble sugar content

3.5.2 干旱脅迫對(duì)梔子游離脯氨酸含量的影響

不同時(shí)期不同干旱脅迫處理下梔子游離脯氨酸含量見表6。梔子的脯氨酸含量均隨著干旱脅迫程度的加劇及時(shí)間的延長而逐漸增加。干旱脅迫前期，Z1和Z2脅迫處理的脯氨酸含量增幅較小，而Z3脅迫處理與CK 相比脯氨酸含量增加了41.73%。干旱脅迫中期，Z2和Z3脅迫處理的脯氨酸含量增幅較大，分別比CK增加了43.70%和59.58%。干旱脅迫后期，Z2和Z3脅迫處理的脯氨酸含量迅速上升，其中Z3脅迫處理的脯氨酸含量增加至83.14μg·g-1，與CK 相比增加了84.43%。這表明梔子在干旱脅迫的刺激下，植株本身也表現(xiàn)出強(qiáng)烈的應(yīng)激響應(yīng)，通過增加游離脯氨酸的含量來消除體內(nèi)因干旱而產(chǎn)生的活性氧，調(diào)節(jié)自身機(jī)體的抗旱機(jī)能。

表6 干旱脅迫對(duì)梔子游離脯氨酸含量的影響Tab.6 Effects of drought stress on free proline content

4 結(jié)論與討論

（1）苗高和地徑作為植物表型性狀，能夠直接反映植物在干旱脅迫條件下的生長狀況，因此也是評(píng)價(jià)植物抗旱能力的最直觀的指標(biāo)［13］。植物生長與光合作用具有緊密的聯(lián)系：一方面，在干旱條件下，植物光合作用受到抑制，降低了植物碳同化的能力，進(jìn)而導(dǎo)致植物生長受阻，苗高、地徑等生長指標(biāo)減?。?4］；另一方面，由于干旱脅迫的作用，植物根系在土壤中的呼吸作用減弱，降低了植物對(duì)土壤中養(yǎng)分等的吸收，進(jìn)而也會(huì)影響到地上部分的生長［15］。本研究表明，紫色土干旱脅迫對(duì)梔子幼苗的苗高及地徑的增長具有一定的抑制作用。隨著干旱脅迫的加劇，梔子的苗高和地莖呈現(xiàn)出不同程度的減小趨勢。中度脅迫處理時(shí)，梔子地徑僅比對(duì)照降低了3.82%，表明梔子具有一定的耐旱性，在日常栽培管理中，水分管理可以適當(dāng)粗放。該研究結(jié)論與周雪潔等［16］、王改萍等［17］的研究結(jié)果具有相似性。

（2）常規(guī)管理的植物體內(nèi)的活性氧及自由基處于產(chǎn)生與清除的動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)，不會(huì)對(duì)膜系統(tǒng)造成傷害，但干旱條件下植物體內(nèi)的活性氧及自由基的產(chǎn)生與清除是處于失衡狀態(tài)的，活性氧與自由基大量積累，大量累積的活性氧會(huì)使細(xì)胞膜脂過氧化，自由基的積累產(chǎn)生MDA，造成膜系統(tǒng)損傷和膜透性增大，進(jìn)而導(dǎo)致植物相對(duì)電導(dǎo)率增加［18-19］。本研究發(fā)現(xiàn)，在紫色土干旱脅迫條件下，梔子葉片相對(duì)電導(dǎo)率和MDA含量均隨干旱脅迫程度的加劇和時(shí)間的延長逐漸增加。這表明隨著干旱脅迫程度的加劇，梔子的細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)破壞嚴(yán)重，致使其細(xì)胞內(nèi)的水溶性物質(zhì)向細(xì)胞外滲出。這與熱依扎·朱木斯別克等［18］、王大平等［19］的研究結(jié)果一致。研究還發(fā)現(xiàn)，在輕度干旱下，梔子葉片相對(duì)電導(dǎo)率和MDA含量在整個(gè)脅迫期間增幅較小，表明梔子在紫色土區(qū)輕度干旱條件下是可以正常生長的。

（3）干旱條件下植物體內(nèi)會(huì)產(chǎn)生過多的活性氧，阻礙植物的正常生長，此時(shí)，植物自身的抗氧化酶保護(hù)系統(tǒng)會(huì)通過增強(qiáng)植物體內(nèi)的SOD、POD等抗氧化酶活性，來減少或清除因干旱脅迫而產(chǎn)生的過多的活性氧，進(jìn)而減輕活性氧對(duì)植物體的破壞［20-23］。本研究發(fā)現(xiàn)，隨著干旱脅迫時(shí)間的延長和脅迫的加劇，梔子SOD和POD活性均先升后降，表明這兩種酶在梔子生理防御系統(tǒng)中具有協(xié)同功能；在輕度干旱下，梔子SOD和POD活性變幅較小，表明梔子在一定干旱脅迫下體內(nèi)的抗氧化酶能夠保持活性，維持植株的正常生理活動(dòng)。這與任迎虹等［21］對(duì)干旱脅迫下桑（Morus alba）的研究結(jié)果相似。

（4）植物處于逆境時(shí)，植物體自身會(huì)通過滲透調(diào)節(jié)系統(tǒng)來自我保護(hù)與調(diào)節(jié)，研究發(fā)現(xiàn)，在干旱條件下，植物會(huì)積累滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)來降低滲透勢，保持植物體內(nèi)水分平衡，提高植物對(duì)逆境的抵御能力［24-25］?？扇苄蕴呛陀坞x脯氨酸作為滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，在植物受到干旱脅迫時(shí)這兩種物質(zhì)能通過積累調(diào)節(jié)滲透勢，進(jìn)一步增強(qiáng)植物本身的抗旱性能［26］。本研究結(jié)果顯示，隨著紫色土干旱脅迫加劇和干旱時(shí)間延長，梔子的可溶性糖和游離脯氨酸含量均升高，說明可溶性糖和游離脯氨酸的積累能夠確保梔子在干旱環(huán)境進(jìn)行正常的生理代謝以適應(yīng)干旱環(huán)境，這與孔艷菊等［27］對(duì)黃櫨（Cotinus coggygria）幼苗對(duì)干旱脅迫的響應(yīng)研究結(jié)果基本一致。

基于本文研究可以看出，梔子在土壤含水量不低于田間持水量的60%時(shí)，植物機(jī)體能夠維持正常的生理代謝活動(dòng)，表明梔子具有一定的抗旱性，在紫色土區(qū)域具有較好的適生能力，可作為紫色土區(qū)域植被修復(fù)樹種推廣應(yīng)用。鑒于本研究是基于梔子幼苗抗旱生理研究，不能探明梔子作為經(jīng)濟(jì)樹種在干旱條件下的掛果率、梔子活性成分積累規(guī)律，因此，要想將梔子作為經(jīng)濟(jì)型樹種在干旱區(qū)域推廣應(yīng)用還需進(jìn)一步開展干旱脅迫對(duì)果期梔子結(jié)實(shí)及果實(shí)成分的影響研究，以指導(dǎo)梔子區(qū)域化種植，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)在恢復(fù)植被的同時(shí)，還能讓當(dāng)?shù)氐牧洲r(nóng)短期內(nèi)獲得收益。