吳 敏,張文輝,周建云,馬 闖,韓文娟

(西北農(nóng)林科技大學(xué) 西部環(huán)境與生態(tài)教育部重點(diǎn)實(shí)驗室, 楊陵 712100)

全球氣候變化與局部干旱化是干旱、半干旱地區(qū)植被恢復(fù)和造林成敗的關(guān)鍵因素[1]。植物應(yīng)對干旱脅迫的生理生化響應(yīng)是植物生態(tài)學(xué)熱點(diǎn)。其中土壤水分狀況與植物細(xì)根關(guān)系的研究更是受到人們的重視。植物細(xì)根(直徑≤2 mm)作為根系中生理功能最活躍的部分[2-3]，有著巨大的吸收表面積，是植物吸收水分和養(yǎng)分的主要器官[2]。當(dāng)干旱來臨時，細(xì)根最先感知，并迅速產(chǎn)生化學(xué)信號向上傳遞促使氣孔關(guān)閉，以減少水分散失[4-5]。一部分研究表明干旱抑制根系的生長，包括抑制細(xì)根的擴(kuò)展，加速細(xì)根的衰老，降低細(xì)根的壽命，最終將導(dǎo)致植物水分利用效率降低，如紫花苜蓿(MedicagosativaL)[6]、挪威云杉(Piceaabies)[7]、水曲柳(Fraxinusmandshurica)[8]；而另一部分研究則表明干旱可以促進(jìn)根系生長，包括增加細(xì)根數(shù)量，表面積，會促使其積累更多的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，提高酶活性，從而提高植物水分利用效率，如橄欖(OleaeuropaeaL.)[9-10]、冬青櫟(QuercusilexL.)[11]、柔毛櫟(QuercuspubescensWilld)[12]。

其實(shí)植物根系的細(xì)根可以按照不同直徑，劃分成若干等級，不同等級的細(xì)根對干旱的敏感性均存在差異[12]。分析不同等級細(xì)根及其生理生化指標(biāo)對干旱脅迫的響應(yīng)，可能對評價植物干旱的耐受性更有意義[2,12]。然而，細(xì)根的生長發(fā)育主要發(fā)生在地下，目前對其認(rèn)識和理解還遠(yuǎn)不能滿足生產(chǎn)和實(shí)踐的需求。因此，通過控制實(shí)驗，研究植物不同等級細(xì)根生長及生理生化指標(biāo)對干旱脅迫的響應(yīng)，對闡明植物對干旱的適應(yīng)機(jī)制和適應(yīng)能力具有重要意義。

栓皮櫟(QuercusvariabilisBl.)是重要珍貴用材樹種和軟木、栲膠資源樹種。分布跨越22個省區(qū)(22°—42°N, 99°—122°E)是我國華北、西北、華南、西南地區(qū)主要成林樹種，也是黃土高原半干旱區(qū)，落葉闊葉林的建群種，在當(dāng)?shù)睾B(yǎng)水源、保持水土和維持生態(tài)平衡方面發(fā)揮著巨大作用[13]。栓皮櫟林受人為破壞嚴(yán)重，不少地區(qū)的天然林已淪為殘敗次生萌生林，矮林化現(xiàn)象明顯，生態(tài)和經(jīng)濟(jì)效益降低，穩(wěn)定性受到破壞[14]。通過營林措施，促進(jìn)高品質(zhì)林木結(jié)實(shí)和實(shí)生幼苗發(fā)育是改善林分品質(zhì)的根本途徑[15]。野外實(shí)地調(diào)查發(fā)現(xiàn)，盡管渭北黃土高原半干旱區(qū)的栓皮櫟林結(jié)實(shí)量大，但實(shí)生幼苗數(shù)量稀少[13-14]。前期研究發(fā)現(xiàn)：種子發(fā)育成幼苗是栓皮櫟生活史中最脆弱階段，死亡率高，定居率低[16]。干旱可能是限制栓皮櫟幼苗長發(fā)育和定居關(guān)鍵因素，但是目前就栓皮櫟幼苗對干旱環(huán)境適應(yīng)能力及適應(yīng)機(jī)制的研究還十分缺乏[17]。而栓皮櫟實(shí)生苗是否可以通過影響細(xì)根生長發(fā)育過程及其生理生化反應(yīng)去適應(yīng)干旱生境？此類研究還未見報道。這可能是從根本上闡明栓皮櫟實(shí)生幼苗適應(yīng)干旱機(jī)理的重要方面。

本文用盆栽方法人工模擬土壤干旱條件，設(shè)置對照、輕度、中度和重度4個水平的干旱處理，經(jīng)歷120天持續(xù)脅迫，測定不同干旱脅迫強(qiáng)度下當(dāng)年生栓皮櫟幼苗小細(xì)根(0.0

1 材料與方法

1.1 試驗材料

2010年10月初在黃土高原的延安市黃龍縣東南部的白馬灘林場采用了優(yōu)勢樹木對比法[19]，在保護(hù)較好的天然林生態(tài)系統(tǒng)和散生木中選取優(yōu)良母樹，分別標(biāo)記、采種，帶回。并選擇大小相近、健康飽滿的種子(堅果)沙藏(4℃)備用。試驗所用的土壤為混和土，即采種地土壤(褐土)∶河床細(xì)沙∶腐殖質(zhì)的土，按照體積分?jǐn)?shù)1∶2∶1比例混合。土壤基本理化性質(zhì)：田間最大持水量34%，pH值為 7.42，容重1.03 g/cm3，土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷和全鉀含量分別為 46.89、1.48、0.82 g/kg和28.47 g/kg。土壤經(jīng)過烘干(80℃)到恒重，每盆均裝入等量過篩的混合土12.4 kg。栽培容器選用上口徑32cm，下口徑23cm，高28cm的塑料花盆。試驗在陜西楊陵西北農(nóng)林科技大學(xué)苗圃溫室大棚中進(jìn)行(34°16′ 56.24″ N, 108°4′ 27.95″ E)，試驗期棚內(nèi)晝夜溫度分別為25和14℃，光強(qiáng)為800 μmol·m-2·s-1，相對濕度保持在(65±5)%。于2011年3月開始播種育苗，每盆播沙藏后的種子5粒，共10盆；2011年4月待幼苗出現(xiàn)2—3片真葉，平均高度達(dá)6 cm時間苗，每盆留健壯幼苗1株，共40株；為保證幼苗健康生長，育苗期間供水量維持在田間持水量的80%。

1.2 試驗設(shè)計

2011年5月18日待幼苗生長至5 — 6片葉子，株高(15.4±0.13)cm時，開始停止?jié)菜?0d(2011年5月28日)左右，待各盆土壤水分通過蒸發(fā)下降至預(yù)設(shè)的4個水分梯度，開始干旱脅迫試驗。試驗設(shè)置4個水分處理為：(1)正常供水，田間持水量的80%(CK)；(2)輕度干旱，田間持水量的60%(LD)；(3)中度干旱，田間持水量的40%(MD)；(4)重度干旱，田間持水量的20%(SD)；與其對應(yīng)盆內(nèi)土的實(shí)際含水量分別維持在(28.2±1.9)%、(21.1±0.6)%、(14.6±1.2)%和(6.8±0.7)%。每個處理10盆。采用稱重法控制土壤水分含量，隔天澆水1次，每次澆水時間從18:00開始。所有盆土表面覆蓋3—4cm厚的石英砂以降低水分蒸發(fā)。

2011年9月28日(脅迫120d)待栓皮櫟幼苗生長速度減緩時，停止干旱脅迫，采取收獲法取樣。將每個處理的10株幼苗根系連同土壤從桶中取出，小心去除根系表面的大塊泥土，迅速裝入塑料袋中，保存在裝有冰塊的塑料桶內(nèi)，帶回實(shí)驗室。將根系與地上部分分離，置于2—4℃冰水(去離子水)中小心洗凈；將每個處理的其中7株幼苗的根系保存于超低溫冰箱中(-80℃)，用于細(xì)根生理生化指標(biāo)測定；另外3株用于細(xì)根形態(tài)指標(biāo)、干物質(zhì)量和相對含水率的測定。

1.3 測定指標(biāo)及方法

1.3.1 形態(tài)、相對含水率和干物質(zhì)量的測定

(1)形態(tài)指標(biāo)測定 每個處理的幼苗洗凈的完整根系先用掃描儀EPSON V7000(Epson company，Japan)掃描成圖片，再將圖片導(dǎo)入專業(yè)的根系分析軟件Win-RHIZO Pro 2007a (Regent Instruments，Canada)進(jìn)行分析。依據(jù)根系分析軟件的結(jié)果，直徑(D)≤2.0mm的細(xì)根被劃分為2個等級, 0.0

(2)相對含水率測定 先分別測定大小細(xì)根鮮重，再將其置于4℃完全黑暗的環(huán)境中吸水24h后測量飽和重，最后置于80℃烘箱中48 h后測得干重；計算相對含水率(%)=[(鮮重-干重)/(飽和重-干重)] × 100。

(3)干物質(zhì)量的測定 將幼苗所有大小細(xì)根，在80℃下烘至衡重(48h)，分別稱得大小細(xì)根干重。

1.3.2 生理生化指標(biāo)測定

測定各處理超低溫冰箱中冷藏的幼苗的大小細(xì)根活力，采用TTC染色法[21]；丙二醛(MDA)含量測定，采用硫代巴比妥酸法[21]；游離脯氨酸含量測定，采用酸性茚三酮顯色法[21]；可溶性糖含量測定，采用蒽酮法[21]；可溶性蛋白測定，采用考馬斯亮藍(lán)G-250染色法[21]；超氧化物歧化酶(SOD)活性測定，采用氮藍(lán)四唑法，以抑制氮藍(lán)四唑光氧化還原50%時的酶量為1個活力單位(U)[21]；過氧化氫酶(CAT)活性測定，采用紫外吸收法測定，以每分鐘內(nèi)引起OD240變化0.01的酶量為1個活力單位(U)[21]；過氧化物酶(POD)活性測定，采用愈創(chuàng)木酚氧化法，以每分鐘內(nèi)引起OD470變化0.01的酶量為1個活力單位(U)[21]；抗壞血酸過氧化物酶(APX)測定，以每分鐘內(nèi)引起OD290變化0.01的酶量為1個活力單位(U)[22]。測量儀器使用UV-1700(Shimadzu, Japan)型分光光度計，每個指標(biāo)3個重復(fù)取其平均值。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析

采用雙因素方差分析(Two-way ANOVA)方法，分析干旱脅迫處理強(qiáng)度、直徑等級以及二者的交互作用對栓皮櫟細(xì)根的生長和生理生化特征的影響。分別對大小細(xì)根的生長和生理生化參數(shù)采用單因素方差分析(One-way ANOVA)比較不同干旱脅迫處理強(qiáng)度之間的差異性，平均數(shù)之間的多重比較采用LSD(Least significant difference)檢驗。所有數(shù)據(jù)統(tǒng)計使用SPSS 16.0統(tǒng)計軟件進(jìn)行。圖形處理使用Origin7.5。

2 結(jié)果與分析

2.1 干旱脅迫下栓皮櫟幼苗細(xì)根形態(tài)、相對含水率和干物質(zhì)量的變化

不同干旱脅迫下栓皮櫟幼苗小細(xì)根(0.0對照>中度>重度脅迫處理(圖1)。分別對比各干旱組與對照組的小細(xì)根形態(tài)參數(shù)發(fā)現(xiàn)：輕度干旱脅迫下只有小細(xì)根數(shù)量顯著增加了6.51%(P<0.05)；中度和重度脅迫均抑制了小細(xì)根數(shù)量、長度、表面積及體積的增加，且在重度脅迫下小細(xì)根的數(shù)量、長度、表面積及體積較對照分別顯著減少了22.73%、27.86%、35.52%和50.00%。而分別對比各干旱組與對照組的大細(xì)根形態(tài)參數(shù)發(fā)現(xiàn)：輕度脅迫下只有大細(xì)根的長度和體積分別顯著增加了24.85%和26.32%(P<0.05)；而在中度和重度脅迫下大細(xì)根的數(shù)量、長度、表面積及體積均比對照組減少，但減少的差異均不顯著(P>0.05)。進(jìn)一步對比大小細(xì)根的形態(tài)變化發(fā)現(xiàn)(圖1)：在各干旱處理下小細(xì)根的數(shù)量和長度均大于大細(xì)根，而大細(xì)根的表面積和體積大于小細(xì)根。此外，干旱處理和直徑等級的交互作用對細(xì)根長度(P=0.232)與表面積(P=0.962)均無顯著的影響(表1)。

圖1 不同干旱脅迫下栓皮櫟幼苗細(xì)根形態(tài)、相對含水率和干物質(zhì)量的變化

表1 栓皮櫟幼苗細(xì)根形態(tài)、相對含水率和干物質(zhì)量的雙因素方差分析

***表示極顯著差異(P<0.001)；**表示極顯著差異(P<0.01)；* 表示顯著差異(P<0.05)；ns無顯著相差異(P>0.05)

干旱脅迫極顯著的降低大小細(xì)根的相對含水率：對照>輕度>中度>重度干旱脅迫處理(圖1，P<0.001)。在各干旱處理下均是大細(xì)根相對含水率高于小細(xì)根(圖1)。而干旱處理、直徑等級及二者的交互作用分別對細(xì)根相對含水率產(chǎn)生極顯著影響(表1，P<0.001，P<0.01)。

輕度脅迫下大小細(xì)根干物質(zhì)量分別較對照增加了13.08%和10.66%，而中度和重度脅迫均限制大小細(xì)根干物質(zhì)量的增加，且重度脅迫抑制作用更明顯(圖1)。此外，干旱處理、直徑等級均對細(xì)根干物質(zhì)量產(chǎn)生極顯著影響(P<0.001)；二者的交互作用也對其產(chǎn)生顯著影響(表1，P<0.05)。

2.2 干旱脅迫下栓皮櫟幼苗細(xì)根丙二醛(MDA)含量的變化

本試驗中用MDA含量來衡量細(xì)根脂質(zhì)過氧化程度(圖2)。干旱脅迫引起大小細(xì)根MDA含量極顯著增加(P<0.001)。與對照相比，輕度、中度、重度處理的小細(xì)根MDA的含量分別增加了60.34%、71.41%和77.44%；輕度、中度、重度處理的大細(xì)根MDA的含量分別增加了59.85%、68.80%和76.47%。雖然不同直徑等級的細(xì)根對MDA含量影響并不顯著(表2，P=0.222)，但各處理下均是小細(xì)根中MDA含量高于大細(xì)根(圖2)。此外，干旱處理與直徑等級的交互作用對MDA含量的影響也不顯著(表2，P=0.958)。

圖2 不同干旱脅迫下栓皮櫟幼苗細(xì)根丙二醛含量和活力變化

2.3 干旱脅迫下栓皮櫟幼苗細(xì)根活力的變化

大小細(xì)根活力均隨干旱強(qiáng)度的增加而極顯著下降(圖2，P<0.001)。與對照相比，輕度、中度、重度處理的小細(xì)根活力分別降低了27.48%、59.74%和65.01%；而輕度、中度、重度處理的大細(xì)根活力較對照分別降低了18.63%、50.99%和60.86%。對比各干旱處理下的大小細(xì)根活力，均是大細(xì)根活力顯著高于小細(xì)根活力(表2，圖2)，而干旱處理及直徑等級的交互作用對細(xì)根活力產(chǎn)生極顯著的影響(表2，P<0.001)。

2.4 干旱脅迫下栓皮櫟幼苗細(xì)根滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的變化

干旱脅迫引起大小細(xì)根游離脯氨酸含量極顯著增加(圖3，P<0.001)。與對照相比，輕度、中度和重度處理的小細(xì)根游離脯氨酸含量分別增加了33.11%、15.83%和9.01%；大細(xì)根游離脯氨酸含量分別增加了33.32%、22.31%和12.43%。各干旱處理下均是大細(xì)根游離脯氨酸含量顯著高于小細(xì)根(表2，圖3)。但干旱處理與直徑等級的交互作用對其影響并不顯著(表2，P=0.870)。

干旱脅迫也引起大小細(xì)根中可溶性糖含量極顯著增加(圖3，P<0.01)：中度>輕度>重度>對照處理。各干旱處理下均是大細(xì)根中可溶性糖含量高于小細(xì)根(圖3)。但不同直徑等級的細(xì)根對可溶性糖含量的影響并不顯著(表2，P=0.078)，干旱處理與細(xì)根直徑等級的交互作用也對其影響并不顯著(表2，P=0.910)。

干旱脅迫下大小細(xì)根中可溶性蛋白含量的變化均是：輕度>中度>對照>重度干旱脅迫處理，但重度干旱與對照之間無顯著差異(圖3)。各干旱處理下均是大細(xì)根中可溶性蛋白含量高于小細(xì)根(圖3)。而干旱處理、直徑等級及其二者的交互作用均對細(xì)根中可溶性蛋白含量產(chǎn)生極顯著的影響(表2，P<0.001，P<0.01)。

圖3 不同干旱脅迫下栓皮櫟幼苗細(xì)根游離脯氨酸、可溶性糖和可溶性蛋白含量的變化

2.5 干旱脅迫下栓皮櫟細(xì)根抗氧化酶活性的變化

SOD、CAT、 POD和APX為植物體內(nèi)重要的抗氧化酶。干旱脅迫引起大小細(xì)根SOD活性顯著增加(圖4，P<0.05)，與對照相比，輕度、中度和重度處理的小細(xì)根SOD活性分別增加了29.45%、26.79%和12.381%，而大細(xì)根SOD活性分別增加了35.96%、29.25%和17.59%。干旱脅迫引起栓皮櫟幼苗大小細(xì)根的CAT活性顯著變化(圖4，P<0.01)，與對照相比，重度處理導(dǎo)致大小細(xì)根CAT活性分別降低了15.85%和26.75%，而輕度和中度干旱脅迫均引起大小細(xì)根CAT活性增加，且輕度脅迫下其活性增加更快。大小細(xì)根POD和APX活性的變化：輕度>對照>中度>重度干旱脅迫處理(圖4)。各處理下均是大細(xì)根中抗氧化酶活性高于小細(xì)根(圖4)。

圖4 不同干旱脅迫下栓皮櫟幼苗細(xì)根抗氧化酶活性的變化

表2栓皮櫟幼苗細(xì)根活力、丙二醛、滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)及抗氧化酶的雙因素方差分析

Table2Tow-wayANOVAofvigor,MDA,osmolytes,andantioxidantenzymesinQ.variabilisBl.seedlingsoffineroots

F-value細(xì)根活力Vigor of fine roots丙二醛MDA脯氨酸Proline可溶性糖Soluble sugars可溶性蛋白 Soluble protein超氧化物歧化酶SOD過氧化氫酶CAT過氧化物酶POD抗壞血酸過氧化酶APX處理Treatment81733.081???60.519???19.066???10.308??293.673???36.774???15.097???30.755???43.518???直徑等級Diameter class16440.084???1.582ns11.328??3.540ns42.028???14.875??0.603ns8.678??2.375 ns處理×直徑等級Treatment × diameter class1250.886???0.101ns0.236ns0.178ns6.590??1.042?0.106 ns2.421ns0.650ns

ns無顯著相差異(P>0.05)

處理、直徑等級均對細(xì)根SOD活性產(chǎn)生極顯著影響(P<0.001，P<0.01)，且二者之間也具有明顯的交互作用(表2，P<0.05)。處理也均對細(xì)根CAT和APX活性產(chǎn)生極顯著影響(P<0.001)，而直徑等級以及處理和直徑等級的交互作用則均未對CAT和APX活性產(chǎn)生顯著影響(表2)。處理、直徑等級均對POD活性產(chǎn)生極顯著影響(P<0.001，P<0.01)，但二者之間并沒有明顯的交互作用(表2，P=0.104)。

3 討論與結(jié)論

植物根系形態(tài)變化是生理生化變化的外在表象，而形態(tài)發(fā)生變化也必然會引起內(nèi)在生理生化指標(biāo)的變化，二者的變化是相輔相成共同作用抵抗逆境[23]。本研究發(fā)現(xiàn)：長期持續(xù)干旱脅迫除了使栓皮櫟幼苗細(xì)根形態(tài)發(fā)生變化，其生理生化反應(yīng)也了發(fā)生變化，具體表現(xiàn)在根細(xì)胞發(fā)生脂質(zhì)過氧化、細(xì)根活力、滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的積累以及抗氧化酶活性的變化，但其變化趨勢并不總是一致的，且這些指標(biāo)變化在不同直徑等級細(xì)根間也存在差異。

大量研究表明：隨著土壤水分含量的減少，植物生長中心必然向根系轉(zhuǎn)移，使根系增長，并增加根表面積及其在土壤中所占的體積[5, 24]。而細(xì)根的數(shù)量、長度、表面積、體積可作為綜合衡量根系質(zhì)量的一個標(biāo)準(zhǔn)，這些指標(biāo)的增加或下降，可用于反映苗木根系在干旱條件下吸水能力的增強(qiáng)或減弱[25]。本研究發(fā)現(xiàn)：干旱脅迫下的栓皮櫟幼苗大小細(xì)根生長并非都表現(xiàn)為單一的被促進(jìn)或抑制，而是與脅迫程度有關(guān)；輕度干旱對大小細(xì)根的數(shù)量、長度、表面積以及體積的增加具有促進(jìn)作用，而中度和重度干旱則抑制了大小細(xì)根的生長。這一結(jié)論暗示：與其它脅迫梯度相比，輕度干旱可以促進(jìn)栓皮櫟根系的分枝，使得單位體積上細(xì)根數(shù)量增多、表面積增大對增加根系吸收能力極為有利，這也是栓皮櫟降低水分消耗、避免和忍耐水分虧缺的適應(yīng)策略。Cortina[26]也發(fā)現(xiàn)：乳香黃連木(PistacialentiscusL.)在受到適度的干旱脅迫時，會迅速擴(kuò)展細(xì)根的長度及表面積，通過細(xì)根形態(tài)的塑造使其避免干旱環(huán)境的危害。

本研究觀察到大小細(xì)根干物質(zhì)量的積累均受干旱脅迫程度的影響，輕度干旱脅迫下細(xì)根的干物質(zhì)量均比對照組提高，中度干旱下細(xì)根干物質(zhì)量開始發(fā)生下降，而重度干旱則導(dǎo)致其干物質(zhì)量更顯著的降低?？赡苁侵卸群椭囟雀珊到档土怂ㄆ涤酌绻夂咸脊潭ǖ哪芰?，碳向根系分配減少，最終導(dǎo)致細(xì)根干物質(zhì)積累量的降低。Ogbonnaya等[27]研究結(jié)果也證實(shí)：植物根的生長依賴于地上部分碳水化合物供應(yīng)，在干旱環(huán)境下，由于光合產(chǎn)物積累下降而導(dǎo)致向根部供應(yīng)的碳水化合物短缺，從而限制了根的干物質(zhì)的累積。

植物在遭受干旱脅迫時，細(xì)胞膜發(fā)生過氧化作用而受到損傷，MDA 是脂質(zhì)過氧化作用的產(chǎn)物之一，是檢測膜損傷程度的公認(rèn)指標(biāo)[28]。根系活力直接影響植物對礦質(zhì)營養(yǎng)和水分的吸收利用，從而對植物的生長發(fā)育起決定性作用[8]。本研究中，隨干旱脅迫程度的加深，大小細(xì)根中 MDA 含量顯著升高，同時大小細(xì)根活力呈顯著下降，說明干旱使栓皮櫟幼苗發(fā)生脂質(zhì)過氧化，質(zhì)膜遭到不同程度的損害，并導(dǎo)致其活力下，對細(xì)根吸水能力產(chǎn)生不同程度的負(fù)面影響。特別是重度脅迫下MDA含量增加最快，而活力下降最快，導(dǎo)致細(xì)根生長發(fā)育迅速減慢，如細(xì)根的數(shù)量、長度、干物質(zhì)量等減少，表明重度脅迫嚴(yán)重影響了細(xì)根對礦質(zhì)營養(yǎng)和水分的吸收能力，并導(dǎo)致植物代謝紊亂，其修復(fù)能力下降，如保護(hù)酶活性、可溶性蛋白含量下降，最終將導(dǎo)致細(xì)根發(fā)生衰老甚至死亡[8]。

干旱環(huán)境下植物也會通過主動積累滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，如游離脯氨酸、可溶性糖和可溶性蛋白的大量積累，來提高細(xì)胞液濃度，從而維持細(xì)胞膨壓，防止原生質(zhì)過度脫水，為正常生命活動創(chuàng)造條件[29-30]。而且抗旱性越強(qiáng)，游離脯氨酸、可溶性糖和可溶性蛋白含量越高[31]，但在重度脅迫下游離脯氨酸、可溶性糖和可溶性蛋白含量可能下降[8, 32]。本研究顯示：干旱脅迫下栓皮櫟幼苗大小細(xì)根的游離脯氨酸和可溶性糖累積量總是高于對照組，表明干旱脅迫下栓皮櫟幼苗的細(xì)根可以通過積累游離脯氨酸和可溶性糖來提高根系的吸水能力，增加細(xì)胞的滲透調(diào)節(jié)能力，從而在葉水勢大幅度下降的同時降低滲透勢[17]，維持幼苗正常生長所需的膨壓，這是栓皮櫟幼苗在干旱環(huán)境下的一種保護(hù)性反應(yīng)。除滲透調(diào)節(jié)作用外，游離脯氨酸還具有防止蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)受到破壞以及穩(wěn)定酶結(jié)構(gòu)與活性的功能[31]。當(dāng)栓皮櫟幼苗細(xì)根受到輕度干旱脅迫時，積累了更多的游離脯氨酸，在很大程度上也保證了它們具有較高的抗氧化保護(hù)酶活性(SOD、CAT、 POD和APX)。Liu等[33]對我國西南部喀斯特地貌生境下的兩種灌木和4種喬木的干旱研究也發(fā)現(xiàn)游離脯氨酸含量和SOD、CAT、 POD活性均存在顯著正相關(guān)性，說明干旱脅迫下植物體內(nèi)脯氨酸的積累有助于活化抗氧化酶系統(tǒng)。另外，本研究也顯示：在重度干旱脅迫下，栓皮櫟幼苗大小細(xì)根的可溶性蛋白含量減少。一方面可能是由于蛋白酶的活性升高，使其水解加快，降解后的蛋白形成了脯氨酸等其他具有調(diào)節(jié)功能的氨基酸；另一方面可能由于細(xì)胞體內(nèi)積累大量活性氧，從而損傷了DNA的復(fù)制過程，使細(xì)胞蛋白質(zhì)和核酸的合成能力減弱[34]。而衛(wèi)星等[8]也認(rèn)為細(xì)根內(nèi)蛋白質(zhì)合成能力減弱可能是造成干旱脅迫下蛋白質(zhì)含量下降，細(xì)根活力減弱，發(fā)生衰老死亡的又一重要因素。

不同直徑細(xì)根受土壤環(huán)境要素的響應(yīng)程度存在差異，其差異性直接影響根系的固著和吸收功能[23]。研究栓皮櫟小細(xì)根(0.0

綜合分析表明，干旱脅迫強(qiáng)度對當(dāng)年生栓皮櫟幼苗大小細(xì)根的生長、干物質(zhì)量的累積和生理生化反應(yīng)均產(chǎn)生了顯著的影響，且對小細(xì)根的影響更顯著。輕度脅迫(土壤含水率(21.1 ± 0.6)%)總是促進(jìn)大小細(xì)根的生長發(fā)育，提高了根系滲透調(diào)節(jié)和抗氧化能力；盡管在中度脅迫(土壤含水率(14.6±1.2)%)下細(xì)根可以保證較高的滲透調(diào)節(jié)作用，但其部分抗氧化酶系活性(如POD、APX)已經(jīng)開始發(fā)生下降，最終也導(dǎo)致其生長、干物質(zhì)量累積開始發(fā)生下降；而重度脅迫(土壤含水率(6.8±0.7)%)嚴(yán)重抑制了細(xì)根的生長、干物質(zhì)量、可溶性蛋白含量及CAT、POD和APX的活性，導(dǎo)致其細(xì)根中MDA含量增加最快，活力下降最快。然而，在重度脅迫結(jié)束時，幼苗并未死亡，且大小細(xì)根可以通過積累游離脯氨酸和可溶性糖調(diào)節(jié)根細(xì)胞的吸水能力，使大小細(xì)根相對含水率分別不低于79%和67%。這說明栓皮櫟當(dāng)年生幼苗具有較強(qiáng)的干旱適應(yīng)能力，適合應(yīng)用在黃土高原等半干旱區(qū)退化生態(tài)系統(tǒng)植被恢復(fù)重建與造林工程中。因此，自然生境下栓皮櫟幼苗數(shù)量少，天然更新缺乏不能簡單的歸因于干旱脅迫限制幼苗存活。應(yīng)該充分考慮自然生境下生物與非生物環(huán)境的共同作用，如栓皮櫟種子淀粉含量高受蟲害、動物取食的影響較為嚴(yán)重，影響了土壤種子庫的有效種子的輸入；并且干旱是否會對栓皮櫟種子萌發(fā)造成影響，進(jìn)而影響幼苗更新，都還需要進(jìn)一步在自然條件下展開系統(tǒng)的研究。

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