吳麗君，李志輝，鄒 峰

水分脅迫對(duì)珍貴樹(shù)種赤皮青岡幼苗生理特性的影響

吳麗君，李志輝，鄒 峰

（中南林業(yè)科技大學(xué) 林學(xué)院， 湖南 長(zhǎng)沙 410004）

以珍貴樹(shù)種赤皮青岡1年生實(shí)生幼苗為試驗(yàn)材料，以100 g/L（輕度）、200 g/L（中度）、300 g/L （重度）的PEG6000溶液模擬水分脅迫，對(duì)水分脅迫下幼苗葉片的光合色素和過(guò)氧化氫（CAT）酶活性等生理指標(biāo)進(jìn)行了研究。結(jié)果表明：脅迫處理1 d時(shí)，100 g/L PEG6000處理下赤皮青岡幼苗葉片的葉綠素a（Chla）、葉綠素b（Chlb）含量、葉綠素總量（ChlT）和CAT酶活性均顯著高于對(duì)照，200 g/L和300 g/L PEG6000處理的光合色素含量和CAT酶活性顯著低于對(duì)照；但脅迫處理3 d時(shí)，3個(gè)處理的光合色素含量和CAT酶活性均低于對(duì)照，且差異顯著。研究結(jié)果初步說(shuō)明赤皮青岡1年生幼苗可承受短時(shí)期輕度水平的水分脅迫，對(duì)長(zhǎng)時(shí)間的水分脅迫反應(yīng)敏感。

赤皮青岡; 水分脅迫；幼苗；生理特性

水是世界上最珍貴的資源，但陸地上約有1/3的干旱半干旱地區(qū)由于水分極為短缺限制了樹(shù)木達(dá)到最大生長(zhǎng)量，而其它大部分地區(qū)也由于不可預(yù)料的季節(jié)性干旱而在一定程度上抑制了樹(shù)木的生長(zhǎng)。赤皮青岡Cyclobalanopsis gilva 又名紅稠，殼斗科青岡屬樹(shù)種，生于海拔300～1 500 m的山地，為我國(guó)珍貴的瀕危樹(shù)種，而且是上等的珍貴用材樹(shù)種，適作家具、車(chē)船、紡織器材、樂(lè)器、運(yùn)動(dòng)器械等[1]。目前國(guó)內(nèi)外對(duì)赤皮青岡的研究較少，僅限于地理分布和分類(lèi)方面[2-4]。赤皮青岡的成片天然林稀少，局地保留了零星的少量古木大樹(shù)，由于鼠害、蟲(chóng)蛀和人為破壞等因素的影響，其幼林自然更新存在嚴(yán)重的問(wèn)題，人工造林成為彌補(bǔ)其成林面積的有效措施之一。赤皮青岡在我國(guó)主要分布在浙江、福建、臺(tái)灣、湖南、廣東、江西、貴州等省，在人工造林過(guò)程中，繁育的赤皮青岡幼苗移栽上山后，生長(zhǎng)初期很容易受到季節(jié)性干旱天氣的影響，成活率往往不高。本研究通過(guò)對(duì)赤皮青岡1年生實(shí)生幼苗進(jìn)行PEG6000模擬水分脅迫處理，測(cè)定其部分生理指標(biāo)的變化，探討其對(duì)干旱的抗性強(qiáng)弱，以便為后續(xù)研究確立其抗旱評(píng)價(jià)指標(biāo)體系、篩選出耐干旱的種源、提高其造林成活率、擴(kuò)大成林面積提供技術(shù)支持和理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

赤皮青岡為1年生實(shí)生苗，2011年3月上旬取自安化縣小淹鎮(zhèn)淹洲林場(chǎng)苗圃。

1.2 設(shè)計(jì)與處理

2011年3月上旬，將取回來(lái)的赤皮青岡1年生實(shí)生苗的根系剪去1/3后移栽于塑料盆內(nèi)，盆內(nèi)裝有1 kg營(yíng)養(yǎng)土，一盆一株，放置于中南林業(yè)科技大學(xué)生科樓6樓樓頂，正常澆水管理，澆水后蓋上塑料薄膜保持濕度，待苗木完全恢復(fù)正常生長(zhǎng)后（大約兩個(gè)月），于5月上旬選擇苗高基本一致的幼苗（株高約0.25 m），移入分別含有100 g/L（處理1，輕度脅迫）、200 g/L（處理2，中度脅迫）、300 g/L PEG6000（處理3，重度脅迫）的Hongland營(yíng)養(yǎng)液中培養(yǎng)，3個(gè)處理相對(duì)應(yīng)的水勢(shì)分別為-0.3、-0.6、-0.9 MPa。以Hongland營(yíng)養(yǎng)液水培的幼苗作為對(duì)照，共4個(gè)處理，每個(gè)處理10株，3次重復(fù)。在各處理營(yíng)養(yǎng)液中分別培養(yǎng)1 、2 、3 d后，分別取各處理幼苗的葉片，進(jìn)行葉綠素a（Chla）、葉綠素b（Chlb）、類(lèi)胡蘿卜素（Car）含量和過(guò)氧化氫酶（CAT）活性的測(cè)定。

1.3 測(cè)定方法與儀器設(shè)備

赤皮青岡幼苗葉片葉綠體色素的提取參照李合生[5]的方法，色素的測(cè)定以95﹪乙醇為空白，在波長(zhǎng)665、649和470 nm下測(cè)定吸光度值（OD值，A），然后計(jì)算Chla（Ca）、Chlb（Cb）、葉綠素總量 ChlT（CT）和 Car（Cx·c）的質(zhì)量濃度（mg/L），計(jì)算公式分別為：

求得質(zhì)量濃度后按公式計(jì)算葉組織中各色素的含量(mg/g)。

CAT酶液的提取參照李合生等[5]的方法，活性測(cè)定采用高錳酸鉀滴定法, 酶活性以每克（g）鮮葉1 min內(nèi)分解H2O2的毫克數(shù)（mg）表示。

采用EXCEL 2003軟件處理試驗(yàn)數(shù)據(jù)，用SPSS 13.0軟件進(jìn)行差異顯著性分析，采用Duncan新復(fù)極差法（LSR）多重比較不同處理之間的差異，設(shè)定置信度p為1﹪。

2 結(jié)果與分析

2.1 PEG6000處理對(duì)赤皮青岡幼苗葉綠素含量的影響

由圖1～3所示：隨著脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)，對(duì)照的Chla、Chlb和ChlT含量基本保持不變，而3個(gè)處理的赤皮青岡幼苗葉片的Chla、Chlb和ChlT含量均呈現(xiàn)明顯下降趨勢(shì)，而且隨著脅迫強(qiáng)度的增強(qiáng)，Chla、Chlb和ChlT含量也明顯下降。

圖1 不同處理對(duì)赤皮青岡葉Chla含量的影響Fig.1 Effects of different treatments on chlorophyll a contents in leaves of C. gilva

圖2 不同處理對(duì)赤皮青岡葉Chlb含量的影響Fig.2 Effects of different treatments on chlorophyll b contents in leaves of C. gilva

圖3 不同處理對(duì)赤皮青岡葉ChlT含量的影響Fig.3 Effects of different treatments on chlorophyll total contents in leaves of C. gilva

當(dāng)脅迫處理1 d時(shí)，處理1的Chla、Chlb和ChlT含量比對(duì)照高，處理2和處理3的Chla、Chlb和ChlT 含量比處理1和對(duì)照低，且差異顯著（見(jiàn)表1），說(shuō)明在短時(shí)間輕度水分脅迫下，赤皮青岡的光合作用反而有所增強(qiáng)，以便合成更多的同化產(chǎn)物來(lái)適應(yīng)逆境；當(dāng)脅迫程度進(jìn)一步加強(qiáng)時(shí)，其光合作用受到抑制，光合色素降解加強(qiáng)，合成減弱。從表1還可以看出，當(dāng)脅迫處理3 d時(shí)，3個(gè)處理的ChlT含量顯著低于對(duì)照（p＜0.01），說(shuō)明當(dāng)脅迫處理時(shí)間太長(zhǎng)時(shí)，低脅迫水平就可抑制赤皮青岡的光合作用，當(dāng)脅迫程度達(dá)到中等以上時(shí)，抑制作用更明顯。

2.2 PEG6000處理對(duì)赤皮青岡幼苗類(lèi)胡蘿卜素含量的影響

如圖4所示：隨著脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)，3個(gè)處理的Car含量呈明顯的下降趨勢(shì)，例如脅迫處理1 d時(shí)，處理1的Car含量為0.33 mg/g；3 d時(shí)，處理1的Car含量?jī)H為0.21 mg/g，降幅達(dá)到36.36﹪，而對(duì)照基本沒(méi)變化。隨著脅迫強(qiáng)度的增加，Car含量也急劇降低，脅迫處理3 d時(shí)，3個(gè)處理的Car含量均低于對(duì)照，且差異顯著（見(jiàn)表2），但處理1和處理2之間無(wú)差異。說(shuō)明長(zhǎng)時(shí)間的脅迫條件下，輕度水分脅迫致使Car的合成受到抑制，含量下降，而且隨著脅迫程度的增加，Car含量進(jìn)一步降低。

表1 不同處理下葉綠素含量多重比較結(jié)果 ?Table 1 Multiple comparison results of chlorophyll contents of different treatments mg·g-1

圖4 不同處理對(duì)赤皮青岡葉Car含量的影響Fig.4 Effects of different treatments on carotenoid contents in leaves of C. gilva

2.3 PEG6000處理對(duì)赤皮青岡幼苗CAT酶活性的影響

CAT酶廣泛分布于植物組織，它能將細(xì)胞的H2O2分解成為H2O和O2，是細(xì)胞內(nèi)H2O2的重要清除劑。如圖5所示：隨著脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)，對(duì)照處理的CAT酶活性基本沒(méi)變化，而不同處理下的CAT酶活性均呈現(xiàn)下降趨勢(shì)；而且隨著脅迫強(qiáng)度的加強(qiáng)，CAT酶活性逐漸降低。

表2 不處理下類(lèi)胡蘿卜素含量多重比較結(jié)果Table 2 Multiple comparison results of carotenoid contents of different treatments

當(dāng)脅迫處理1 d時(shí)，處理1的CAT酶活性比對(duì)照高，處理2和處理3的CAT酶活性比處理1和對(duì)照低，且差異顯著（見(jiàn)表3），說(shuō)明短時(shí)間內(nèi)輕度水平的水分脅迫可以促使赤皮青岡體內(nèi)的CAT酶活性提高來(lái)抵抗逆境，維持正常生長(zhǎng)；當(dāng)水分脅迫達(dá)到中等水平以上時(shí)，其CAT酶活性迅速降低，說(shuō)明此程度的干旱脅迫破壞了植物的活性氧清除機(jī)制，降低了植物體內(nèi)的保護(hù)酶活性，通過(guò)目測(cè)，此時(shí)植株生長(zhǎng)不良，葉色變黃。當(dāng)脅迫處理3 d時(shí)，3個(gè)處理的CAT酶活性均顯著低于對(duì)照（p＜0.01），說(shuō)明即使是在低水平的脅迫環(huán)境下，由于脅迫時(shí)間太長(zhǎng)，赤皮青岡體內(nèi)的自我修復(fù)機(jī)制遭到破壞，導(dǎo)致其保護(hù)酶活性降低。綜合上述研究結(jié)果，可以初步判斷赤皮青岡幼苗對(duì)輕度水分脅迫環(huán)境有較好的適應(yīng)性，在中度以上水分脅迫環(huán)境中，生長(zhǎng)和代謝受到一定程度的限制。

圖5 不同處理對(duì)赤皮青岡葉CAT酶活性的影響Fig.5 Effects of different treatments on CAT activity in leaves of C. gilva

表3 不同處理下CAT酶活性的多重比較結(jié)果Table 3 Multiple comparison results of CAT activity of different treatments

3 討 論

水分脅迫使植物的光合作用、氮代謝、核酸代謝等受到影響,引起代謝物含量和代謝相關(guān)的酶活性發(fā)生變化[6-10]。葉綠素是綠色植物進(jìn)行光合作用的主要色素，其含量同光合作用的關(guān)系十分密切，在一定程度上能反映植物合成同化物質(zhì)的能力。許多實(shí)驗(yàn)表明，水分脅迫可使葉綠素含量降低[11-14]。水分脅迫下葉綠素含量下降的原因主要是由于水分虧缺抑制了葉綠素的合成，并促進(jìn)分解。葉綠素含量的降低不僅是由于合成受阻，而且與水分脅迫下誘導(dǎo)葉綠體發(fā)生膜脂過(guò)氧化而產(chǎn)生的活性氧、丙二醛(MDA)對(duì)葉綠素的破壞有關(guān)。本研究的結(jié)果：隨著水分脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)，赤皮青岡幼苗葉片的葉綠素a、葉綠素b和類(lèi)胡蘿卜素含量均表現(xiàn)下降趨勢(shì)也印證了這個(gè)觀點(diǎn)。

CAT酶是一種酶類(lèi)清除劑，是生物防御體系的關(guān)鍵酶之一。本實(shí)驗(yàn)中赤皮青岡幼苗在不同質(zhì)量濃度的PEG6000溶液處理下，隨著脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)，CAT酶活性均下降，而有些研究者的試驗(yàn)結(jié)果是抗氧化酶活性（包括CAT酶）隨著水分脅迫的加強(qiáng)而升高[15-17],這可能與實(shí)驗(yàn)材料種類(lèi)不同有關(guān)。本試驗(yàn)由于試驗(yàn)材料數(shù)量有限，測(cè)定的生理指標(biāo)還不夠全面，在以后的研究中，還應(yīng)廣泛搜集赤皮青岡地理分布區(qū)的種源，對(duì)其苗期水分脅迫下的形態(tài)、生長(zhǎng)和生理生化指標(biāo)進(jìn)行更詳細(xì)、更深入的研究，為建立珍貴樹(shù)種赤皮青岡的耐旱指標(biāo)體系、篩選耐旱的優(yōu)良種源提供可靠依據(jù)。

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Effects of water stress on seedlings’ physiological characteristics of Cyclobalanopsis gilva

WU Li-jun, LI Zhi-hui, ZOU Feng
(School of Forestry, Central South University of Forestry and Technology, Changsha 410004, Hunan, China)

By taking one-year-old seedlings of Cyclobalanopsis gilva (Blume) Oersted as the testing material, the water stress conditions were simulated with concentration gradient of 100 g/L, 200 g/L and 300 g/L PEG6000 solution, and the physiological indexes of photosynthetic pigments and catalase activity of leaves were studied under the condition of water stress. The results indicate that the chlorophyll a, chlorophyll b , chlorophyll a+b and CAT activity of seedling’ leaves treated by 100 g/L PEG6000, lasting water stress one hours, were higher than the contrast’s significantly, the photosynthetic pigments and catalase activity of the seedlings treated by 200 g/L PEG6000 and 300 g/L PEG6000 were lower than contrast’s significantly after cultivating one day. When cultivating three days, photosynthetic pigments and catalase activity of the three treatments were lower than contrast’s significantly. It showed that seedlings of one-year C. gilva could stand light water stress for a short time and were quite sensitive to long-time water stress.

Cyclobalanopsis gilva; water stress; seedlings; physiological characteristics

S718.51+2.3

A

1673-923X (2012)07-0010-04

2012-03-10

國(guó)家“十二五”科技支撐項(xiàng)目“中部地區(qū)珍貴樹(shù)種楸樹(shù)和赤皮青岡定向培育研究與示范”（項(xiàng)目編號(hào)：2011BAZ20308703）

吳麗君（1980—），女，湖南益陽(yáng)人，講師，博士生，研究方向：林木定向培育；E-mail:lijun_wu@126.com

李志輝（1957—），男，湖南益陽(yáng)人，教授，博士生導(dǎo)師，主要從事林木定向培育研究；E-mail: lzh1957@126.com

[本文編校：謝榮秀]