陳 瑞， 童方平， 李 貴， 劉振華， 譚勝華， 呂雄峰， 劉虎軍

(1.湖南省林業(yè)科學院， 湖南 長沙 410004； 2.新邵縣林業(yè)局， 湖南 新邵 422900)

石漠化區(qū)楓香抗逆性研究

陳 瑞1， 童方平1， 李 貴1， 劉振華1， 譚勝華2， 呂雄峰2， 劉虎軍2

(1.湖南省林業(yè)科學院， 湖南 長沙 410004； 2.新邵縣林業(yè)局， 湖南 新邵 422900)

于不同程度石漠化區(qū)的楓香人工林中采集其不同部位的葉片為試材，對石漠化區(qū)楓香的抗逆性進行研究。結果表明：楓香上部葉片的SOD含量隨著石漠化程度的加深呈逐漸增長的趨勢，下部葉片SOD含量則隨著石漠化程度的加深呈先降低后升高的變化趨勢；下部葉片脯氨酸含量隨著石漠化程度的加深呈逐漸增長的趨勢，而上部葉片脯氨酸含量隨著石漠化程度的加深呈先降低后升高的增長趨勢；上部葉片的MDA含量隨著石漠化程度的加深呈先降低后升高再降低的趨勢，下部葉片的含量則隨著石漠化程度的加深呈先升高后降低的變化趨勢。楓香葉片脯氨酸含量與MDA含量呈顯極著負相關，與SOD含量呈極顯著正相關。

石漠化; 楓香; 抗逆性

石漠化區(qū)是在巖溶極其發(fā)育的自然背景下形成的，受人為活動干擾，其地表植被遭受破壞，造成土壤嚴重侵蝕，基巖大面積裸露，導致生長在該區(qū)的植物受到干旱瘠薄的脅迫[1]。植物具有對環(huán)境脅迫忍耐和抵抗的能力，即抗逆性[2]。楓香是我國重要的鄉(xiāng)土樹種，主產(chǎn)于江蘇、浙江、安徽、湖南、湖北、江西、福建、臺灣、廣西等省，分布廣泛。楓香對土壤要求不嚴，耐干旱瘠薄，屬典型的荒山先鋒樹種，也是亞熱帶地區(qū)優(yōu)良速生落葉闊葉樹種。近年來，在楓香的遺傳育種與培育等方面有較多研究[3]。但是在耐旱、耐貧瘠方面的研究較少，且大部分采用盆栽試驗模擬干旱條件研究楓香適應干旱脅迫的生理學機理[4]。我們針對生長在不同程度石漠化區(qū)的楓香人工林展開研究，為石漠化區(qū)人工林的栽植提供參考。

1 研究區(qū)概況

新邵縣地處東經(jīng)111°08′—112°50′，北緯27°15′—27°38′。屬亞熱帶季風濕潤氣候，四季分明，光照充足，雨量充沛，無霜期長，年平均氣溫17.2℃，無霜期276d，年降雨量1115.5mm，年日照1688.3h。新邵縣國土總面積1763km2。2010年3—5月的石漠化監(jiān)測結果顯示，全縣巖溶地區(qū)面積為12.60萬hm2，占全縣總面積71.5%，分布在全縣所有15個鄉(xiāng)鎮(zhèn)、3個國有林場。其中石漠化土地3.67萬hm2，潛在石漠化土地1.80萬hm2，非石漠化土地7.13萬hm2，分別占巖溶地區(qū)面積的29.1%、14.3%、56.6%。

2 研究方法

2.1 樣點選擇與采樣

于新邵縣選擇不同程度石漠化區(qū)、林齡為4年生左右的楓香人工林為采樣點，并以無石漠化地區(qū)的楓香人工林為對照。石漠化程度分級標準見表1。

表1 不同石漠化程度分級標準表Tab.1 Thestandardtableofdifferentrockydesertificationclassification石漠化程度等級基巖裸露(%)土層厚度(%)坡度(°)植被+土層厚度(%)平均厚度(cm)輕度石漠化>60<30>1835～50<15中度石漠化>70<20>2220～35<10強度石漠化>80<10>2510～20<5

在不同石漠化程度的林地隨機設置3個5m×5m的樣地。每1個樣地選取3株生長狀況優(yōu)于平均木的林木，采摘每1株樹的上、下相同部位葉片(各5g左右)，用塑料袋包好，做好記號，再用錫紙包裹好放入液氮中保存，帶回實驗室后放入-70℃的冰箱保存?zhèn)溆谩?/p>

同時，在不同石漠化程度樣地隨機選擇3個樣點。取樣前每1個樣點先去掉腐殖質層，再按照四分法取0～10cm混合土，采集的樣品放入樣品袋中，然后用塑料袋套上，用鉛筆寫好標簽，內(nèi)外各1張。

2.2 生理生化指標測定[5]

測定時，每1株樹不同部位的各個指標采用混合樣進行測定，各重復3次。

(1) 丙酮乙醇浸提法測定葉綠素含量。取新鮮葉片0.1g，剪成1cm左右的細條，放入25mL帶有刻度有蓋的試管，加入丙酮與乙醇(1∶1)溶液，避光24h后測定。取葉綠素提取液至比色皿，以丙酮與乙醇(1∶1)溶液為空白，在波長665、649、470nm下測定吸光度A665、A649、A470。葉綠素含量計算公式如下。

葉綠素a含量(Chla)=13.95A665-6.88A649

葉綠素b含量(Chlb)=24.96A649-7.32A665

葉綠素總含量(Chl)= Chla+Chlb

(2) 超氧化物歧化酶(SOD)活性測定。取新鮮葉片0.3g，加入磷酸緩沖液(50mmol /L，pH=7.8)6mL，在預冷的研缽中研磨(在冰上操作)。勻漿后移入離心管，10000r/min、4℃下離心15min。取上清液，在560nm處測定吸光值，測定SOD含量(U/g 鮮重)[3]。

(3) 丙二醛(MDA)含量測定。取剪碎的新鮮葉片0.5g，加入10%三氯乙酸(TCA)5mL研磨，3000r/min下離心10min。吸取離心上清液2mL于帶塞試管中(2個重復)，加入0.5%TBA溶液2mL，混合后沸水浴20min，迅速冷卻后離心，上清液于532、600、450nm波長下測定OD值。用2mL水作為對照。

MDA 濃度C(μmol/L鮮重)=

6.45(OD532-OD600)-0.56OD450

(4) 脯氨酸含量測定。以脯氨酸標準母液(100μg/L)配置0.0、1.0、2.5、5.0、10、15、20、30μg/mL系列溶液，在520nm下測定標準曲線。取葉片0.3g，剪碎，加入適量80%乙醇，研磨成勻漿，勻漿全部轉移至10mL刻度試管中，最后以80%乙醇定容至刻度，混勻，80℃水浴20min。吸取提取液2mL，加入2mL冰醋酸和2mL茚三酮試劑，沸水浴15min，冷卻后在520nm下測定，然后在標準曲線上查出脯氨酸含量(μg/g)。

2.3 數(shù)據(jù)處理

采用EXCEL、SPSS等軟件進行數(shù)據(jù)分析。

3 結果與分析

3.1 楓香葉片葉綠素含量變化

由圖1可知：楓香葉片葉綠素含量隨著石漠化程度的加深呈線性增長的趨勢，但輕度石漠化區(qū)的含量比無石漠化區(qū)的低；在相同的石漠化區(qū)，楓香下部葉片的葉綠素含量比上部的要高。樹體部位和石漠化程度均對楓香葉片葉綠素含量的影響極顯著(見表2)。

圖1 不同石漠化程度區(qū)楓香不同部位葉片葉綠素含量Fig.1 The chlorophyll content of leaf in different stem positions of Liquidambar formosana under the different degree of rocky desertification

3.2 楓香葉片MDA含量的變化

由圖2可知，楓香上部葉片的MDA含量隨著石漠化程度的加深呈先降低后升高再降低的趨勢，下部葉片的含量則隨著石漠化程度的加深呈先升高后降低的變化趨勢。樹體部位和石漠化程度對楓香葉片MDA含量的影響均不顯著(見表2)。

圖2 不同石漠化程度區(qū)楓香不同部位葉片MDA含量Fig.2 The MDA content of leaf in different stem positions of Liquidambar formosana under the different degree of rocky desertification

表2 葉片的葉綠素、MDA、SOD、脯氨酸含量方差分析Tab.2 Varianceanalysisofchlorophyll,MDA,SOD,pro-linecontentofleaf源因變量FSig.葉綠素含量22.3900.000不同石漠化程度區(qū)MDA含量2.4240.067SOD48.0590.000脯氨酸3.7670.012葉綠素含量14.3570.000取葉部位MDA含量0.5970.441SOD0.1410.707脯氨酸3.7830.053

3.3 楓香葉片SOD含量的變化

由圖3可知： 楓香上部葉片的SOD含量隨著石漠化程度的加深呈逐漸增長的趨勢，下部葉片的含量則隨著石漠化程度的加深呈先降低后升高的變化趨勢，無石漠化區(qū)的比輕、中、重度石漠化區(qū)的要高；在無石漠化區(qū)和輕度石漠化區(qū)，楓香下部葉片的SOD含量比上部葉片要高，中度、重度石漠化區(qū)則相反。石漠化程度對SOD含量的影響極顯著，而樹體部位對SOD含量的影響不顯著(見表2)。

圖3 不同石漠化程度區(qū)楓香不同部位葉片SOD含量Fig.3 The SOD content of leaf in different stem positions of Liquidambar formosana under the different degree of rocky desertification

3.4 楓香葉片脯氨酸含量的變化

由圖4可知，楓香下部葉片脯氨酸含量隨著石漠化程度的加深呈逐漸增長的趨勢，上部葉片的含量則隨著石漠化程度的加深呈先降低后升高的變化趨勢。輕度、重度石漠化區(qū)的楓香上部葉片脯氨酸含量高于下部的，而無石漠化區(qū)和重度石漠化區(qū)的含量相仿。石漠化程度對脯氨酸含量的影響顯著，樹體部位對脯氨酸含量的影響不顯著(見表2)。

圖4 不同石漠化程度區(qū)楓香不同部位葉片脯氨酸含量Fig.4 The proline content of leaf in different stem positions of Liquidambar formosana under the different degree of rocky desertification

3.5 楓香葉片葉綠素、MDA、SOD、脯氨酸含量的相關性

由表3可以看出： 楓香葉片中葉綠素含量與MDA含量呈極顯著負相關，與SOD含量呈極顯著正相關；MDA含量與SOD、脯氨酸含量呈極顯著負相關：SOD含量與脯氨酸呈極顯著正相關。

表3 楓香葉片葉綠素、MDA、SOD、脯氨酸含量的相關性分析Tab.3 Correlationofchlorophyll,MDA,SODandprolinecontentofleaf葉綠素含量MDA含量SOD脯氨酸葉綠素含量1 -0.180** 0.216**-0.060MDA含量-0.180**1-0.295**-0.254**SOD0.216**-0.295**10.184**脯氨酸-0.060-0.254**0.184**1

4 結論與討論

(1) 有研究表明，短時間水分脅迫會引起葉綠素含量的降低，是因為干旱脅迫不僅影響葉綠素的生物合成，而且可加快已經(jīng)合成的葉綠素的分解，可能是活性氧對葉綠素的破壞造成的[6]。同時，干旱脅迫打破了植物原有的生長代謝規(guī)律，在脅迫過程中，植物經(jīng)歷不受影響階段、積極的生理調整階段和失去控制階段。關于干旱脅迫下葉綠素增加和減少均有報道，目前還不清楚水分脅迫對葉綠素含量的影響途徑和機理[7]。本研究針對的是長期生長在石漠化地區(qū)的楓香，隨著脅迫程度的加深葉綠素含量也增長，能增強楓香在逆境中的生存能力。受干旱脅迫越嚴重的石漠化區(qū)植物葉綠素的含量越高，從而可滿足其生存需要。

(2) MDA是膜脂過氧化的最終產(chǎn)物，是膜系統(tǒng)受傷害的重要標志之一。其含量可以表示膜脂過氧化作用的程度，也可間接反映植物組織抗氧化能力的強弱[8]。MDA含量越高，說明細胞膜脂過氧化作用越強，當脅迫增加到一定程度，MDA含量反而減少，表明楓香隨著石漠化程度的加深抗旱能力逐漸加強。這與前人在玉米[9-10]、小麥[11]上研究的結果一致。在不同程度石漠化區(qū)，樹體上部葉片MDA含量和下部的相仿，說明受到一定脅迫后，老、幼葉膜系統(tǒng)的抗氧化反應差別不大。但是，在不同石漠化區(qū)，下部葉片MDA含量變化幅度比上部葉片的小，說明下部葉片在剛受到脅迫時抗氧化反應較慢。

(3) SOD的主要功能是清除生物體內(nèi)超氧離子基團，對于清除活性氧中間產(chǎn)物，防止氧自由基破壞細胞的組成、結構和功能，保護細胞減輕氧化損傷具有十分重要的作用[12]。在干旱脅迫比較低的輕度石漠化階段，楓香葉片SOD活性降低，隨著石漠化程度的加深，SOD活性逐漸增強，這與姜慧芳等[13]研究的花生葉片受干旱脅迫后的變化趨勢相仿。說明在脅迫加深后，楓香葉片為生存做出了應激反應，即SOD穩(wěn)定增加，從而能在惡劣環(huán)境下存活。

(4) 脯氨酸作為水分脅迫下植物的調滲物質，參與植物的滲透調節(jié)，作為一種高親水物質，可防止細胞在干旱時脫水。脯氨酸也是植物蛋白質的重要組成部分，當植物受到環(huán)境脅迫時，植物體內(nèi)游離脯氨酸積累增加。因此，在不同石漠化區(qū)，隨著石漠化程度的加劇，植物受到環(huán)境脅迫越大，從而產(chǎn)生更多的脯氨酸[14-15]。不同部位葉片的脯氨酸含量變化不一致，可能因為上部的新葉比下部的老葉滲透調節(jié)的生理機能更不穩(wěn)定，導致在應對脅迫的時候反應不同。

(5) 在不同石漠化區(qū)，楓香葉片受到脅迫后MDA含量開始升高，這時抗氧化機制開始反應，相應的脯氨酸與SOD含量發(fā)生變化，以抑制MDA的大量增長。而脯氨酸與SOD的含量呈正相關，只是增長的量不同。在受到重度石漠化脅迫的時候，楓香葉片中脯氨酸與SOD為了抑制MDA含量而大幅度增長，含量出現(xiàn)最大值。說明作物抗逆境的能力與保護酶活性的大小及其防御功能是相關聯(lián)的。這些都是植物在受脅迫時為維護正常生長產(chǎn)生的抗逆性反應。

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(文字編校：唐效蓉)

StressresistanceofLiquidambarformosanaontherockydesertificationarea

CHEN Rui1， TONG Fangping1， LI Gui1， LIU Zhenhua1， TAN Shenghua2， Lü Xiongfeng2， LIU Hujun2

(1.Hunan Academy of Forestry, Changsha 410004, China； 2.Forestry Bureau of Xinshao County, Xinshao 422900, China)

Collected the different parts of leaf as the test materials inLiquidambarformosanaartificial forest on different degree of rocky desertification area, the stress resistance ofLiquidambarformosanaon the rocky desertification area was studied. The results showed that, SOD content of the upper leaves deepened the growing trend with deepening of rocky desertification degree, and SOD content of the lower leaves along with deepening of rocky desertification degree decreased first and increased later. Proline content of the lower leaves increased as the degree of rocky desertification was growing, and proline content of the upper leaves decreased first and increased later with the degree of rocky desertification was growing. MDA content of the upper leaves decreased first, then increased and decreased later with increasing degree of rocky desertification, and MDA content of the lower leaves with increasing degree of rocky desertification increased first and decreased later. Proline content and MDA content ofLiquidambarformosanaleaf presented a significantly negative correlation, while Proline content and SOD content presented a significantly positive correlation.

rocky desertification；Liquidambarformosana； stress resistance

2013 — 09 — 13

湖南省發(fā)改委石漠化工程科技支撐項目“新邵縣巖溶地區(qū)石漠化生態(tài)恢復技術研究與效益監(jiān)測”(2008-06-047)。

陳 瑞(1984 — )，女,湖南省岳陽市人，實習研究員，主要從事石漠化治理方面的研究。

Q 945.78

A

1003 — 5710(2013)05 — 0016 — 04

10. 3969/j. issn. 1003 — 5710. 2013. 05. 005