張 磊，謝錦忠*，張 瑋，丁中文，冀琳珂，陳 勝

(1.中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院亞熱帶林業(yè)研究所，浙江 杭州 311400； 2.浙江省杭州市富陽(yáng)區(qū)農(nóng)業(yè)和林業(yè)局，浙江 杭州 311400)

模擬干旱環(huán)境下伐樁注水對(duì)毛竹生理特性的影響

張 磊1，謝錦忠1*，張 瑋1，丁中文2，冀琳珂1，陳 勝1

(1.中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院亞熱帶林業(yè)研究所，浙江 杭州 311400； 2.浙江省杭州市富陽(yáng)區(qū)農(nóng)業(yè)和林業(yè)局，浙江 杭州 311400)

[目的]探究模擬干旱環(huán)境下注水伐樁對(duì)1、2和3年生毛竹生理特性的影響，為氣候變化背景下毛竹的適應(yīng)性經(jīng)營(yíng)管理及毛竹林節(jié)水灌溉措施的制定提供理論參考。[方法]在毛竹林中選取面積相同(10 m×20 m)的樣地9塊，以1、2和3年生毛竹為試驗(yàn)材料，采用覆蓋薄膜模擬干旱環(huán)境，對(duì)各樣地四周進(jìn)行挖溝切鞭處理，以阻斷周邊土壤水分的運(yùn)輸，試驗(yàn)設(shè)置CK(0個(gè)伐樁注水)、T1(12個(gè)伐樁注水)和T2(18個(gè)伐樁注水)3個(gè)灌水量處理，每個(gè)處理均進(jìn)行3次重復(fù)，研究不同數(shù)量注水伐樁下3個(gè)年齡毛竹的生理響應(yīng)。[結(jié)果]試驗(yàn)表明，在模擬干旱環(huán)境下，隨著注水伐樁數(shù)量的減少，3個(gè)年齡毛竹的凈光合速率與蒸騰速率顯著下降，1、2和3年生毛竹的凈光合速率與蒸騰速率最大降幅分別達(dá)到74.35%和73.08%、59.14%和36.62%及60.47%和61.54%；毛竹葉片葉綠素a、葉綠素b和類胡蘿卜素含量顯著下降，1年生和3年生毛竹葉片葉綠素a、葉綠素b和類胡蘿卜含量差異均達(dá)到顯著水平(P<0.05)，2年生毛竹葉片葉綠素a含量差異顯著(P<0.05)，但葉綠素b和類胡蘿卜素含量差異不顯著(P<0.05)，3個(gè)年齡毛竹葉片葉綠素a/b差異均不顯著(P<0.05)；毛竹葉片丙二醛(MDA)含量及超氧化物歧化酶(SOD)、過(guò)氧化氫酶(CAT)和過(guò)氧化物酶(POD)活性顯著上升，且均達(dá)到差異顯著水平(P<0.05)。同時(shí)發(fā)現(xiàn)3個(gè)年齡毛竹的凈光合速率、蒸騰速率和葉片光合色素含量與注水伐樁數(shù)量正相關(guān)，而葉片MDA含量及SOD、CAT和POD活性與注水伐樁數(shù)量負(fù)相關(guān)。[結(jié)論]模擬干旱環(huán)境下，增加注水伐樁可以使1、2和3年生毛竹光合蒸騰能力提高，光合產(chǎn)物積累增加，葉片光合色素含量升高，葉片MDA含量及SOD、CAT和POD活性降低。

毛竹；模擬干旱環(huán)境；光合蒸騰速率；葉綠素含量；保護(hù)酶

隨著全球氣候的變化，全球范圍內(nèi)已經(jīng)出現(xiàn)了頻繁性干旱。干旱是自然界中最為常見(jiàn)的逆境脅迫因素，其制約著植物的生長(zhǎng)與發(fā)育，因此，植物對(duì)干旱脅迫的適應(yīng)機(jī)制一直以來(lái)都是植物逆境適應(yīng)策略研究中的一個(gè)熱點(diǎn)問(wèn)題[1]。光合作用是植物生長(zhǎng)最重要的生理過(guò)程，對(duì)干旱脅迫特別敏感，受到干旱脅迫后，多數(shù)植物如蘋果(MalusdomesticaBorkh.)[2]、葡萄(VitisviniferaL.)[3]和小青楊(Populuspseudo-simoniiKitag.)[4]等光合速率均會(huì)顯著下降，嚴(yán)重的干旱脅迫甚至?xí)?dǎo)致植物葉綠體結(jié)構(gòu)的破壞。保護(hù)酶系統(tǒng)是植物抗旱機(jī)制中非常重要的組成部分，關(guān)于植物在干旱脅迫下保護(hù)酶系統(tǒng)變化的研究相當(dāng)多[5-6]，保護(hù)酶能夠避免或減輕由于干旱逆境導(dǎo)致的活性氧積累對(duì)植物細(xì)胞膜造成的氧化傷害，從而保證其它生理過(guò)程的正常進(jìn)行[7-9]，并且協(xié)同其它抗旱機(jī)制使得植物得以生存。目前，人類生存所需的資源、環(huán)境與林業(yè)可持續(xù)發(fā)展的矛盾已經(jīng)日益突顯，加強(qiáng)對(duì)植物干旱生理學(xué)方面的基礎(chǔ)研究，深入了解干旱脅迫對(duì)植物的傷害機(jī)理和植物細(xì)胞對(duì)干旱脅迫的響應(yīng)，開(kāi)發(fā)優(yōu)良的抗旱種質(zhì)資源，具有重要的意義[10]。

毛竹(Phyllostachysedulis(Carr.) H. de Lehaie)又名楠竹，屬禾本科(Gramineae)竹亞科(Bambusoideae)剛竹屬(PhyllostachysSieb. et Zucc.)植物。它具有繁殖能力強(qiáng)、生長(zhǎng)快、產(chǎn)量高、用途廣和可持續(xù)經(jīng)營(yíng)等優(yōu)點(diǎn)[11]，是中國(guó)栽培歷史最悠久、面積最廣、經(jīng)濟(jì)價(jià)值也最高的竹種。目前有關(guān)毛竹的研究多集中在毛竹的克隆及其逆境脅迫響應(yīng)表達(dá)分析[12]、毛竹林碳儲(chǔ)量與碳匯[13]、毛竹葉片光合生理[14-15]以及毛竹林土壤有機(jī)碳[16]等方面，關(guān)于毛竹抗旱生理方面的研究主要以盆栽毛竹幼苗[17]為研究對(duì)象，對(duì)于大田中毛竹抗旱生理方面的研究較少。毛竹主要分布在南方的山地，灌溉條件非常有限，干旱天氣頻繁的發(fā)生，將對(duì)毛竹的穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)造成不利的影響。本文主要通過(guò)增加不同數(shù)量注水伐樁的方法，試圖對(duì)不同年齡毛竹的光合作用、葉片光合色素及其組成、抗氧化保護(hù)酶系統(tǒng)及膜脂過(guò)氧化程度的變化進(jìn)行分析研究，探討模擬干旱環(huán)境下增加不同數(shù)量注水伐樁對(duì)不同年齡毛竹生長(zhǎng)可能產(chǎn)生的影響，旨在為氣候變化背景下毛竹的適應(yīng)性經(jīng)營(yíng)管理及毛竹林節(jié)水灌溉措施的制定提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.3 測(cè)定指標(biāo)及方法

1.3.1 光合指標(biāo)測(cè)定 使用便攜式光合儀(Li-Cor 6400，美國(guó)Li-Cor 公司)對(duì)1、2和3年生標(biāo)準(zhǔn)竹葉片的凈光合速率(Pn)與蒸騰速率(Tr)進(jìn)行活體測(cè)定，光強(qiáng)設(shè)為900 μmol·m-2·s-1，并保持二氧化碳摩爾分?jǐn)?shù)為400 μmol·mol-1。試驗(yàn)在天氣晴朗的早上9:00-11:00進(jìn)行，每塊樣地選取標(biāo)準(zhǔn)竹3株，分別在各標(biāo)準(zhǔn)竹上部、中部和下部各選取3個(gè)葉片進(jìn)行測(cè)定。由于毛竹的葉片不能充滿葉室，試驗(yàn)結(jié)束后摘下所測(cè)葉片，用拍照法計(jì)算所測(cè)部分葉面積[18]，隨后對(duì)每個(gè)葉片毛竹的光合測(cè)定值進(jìn)行調(diào)整。

1.3.2 生理指標(biāo)測(cè)定 酶液的提取：采用混合取樣法取1、2和3年生標(biāo)準(zhǔn)竹新鮮成熟葉片0.2 g于預(yù)冷的研缽中，加入5 mL預(yù)冷的50 mmol·L-1磷酸緩沖液(pH=7.8)冰浴研磨，然后用磷酸緩沖液定容至10 mL。并于4℃下10 500 r·min-1離心15 min，取上清液(粗酶液)于4℃下保存。

葉綠素(Chl)和類胡蘿卜素(Car)采用丙酮與乙醇混合液(1∶1)提取后用紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)(UV-1 800 PC，上海美普達(dá)儀器有限公司)測(cè)定；丙二醛(MDA)含量用硫代巴比妥酸法測(cè)定。超氧化物歧化酶(SOD)活性用氮藍(lán)四唑(NBT)光化還原法測(cè)定，以每單位時(shí)間內(nèi)抑制NBT光化還原50%為1個(gè)酶活性單位U。過(guò)氧化氫酶(CAT)用紫外吸收法測(cè)定，以每分鐘OD240減少0.01為1個(gè)酶活性單位U。過(guò)氧化物酶(POD)用愈創(chuàng)木酚氧化法測(cè)定，以每分鐘OD470升高0.01為1個(gè)酶活性單位U[19]。

1.4 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)用Excel 2003軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和制作圖表，用SPSS 19.0軟件進(jìn)行One-Way ANOVA方差分析和LSD多重比較，設(shè)定P<0.05為顯著性水平。本試驗(yàn)所有數(shù)據(jù)都采用均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示。

2 結(jié)果與分析

2.1 模擬干旱環(huán)境下不同注水伐樁處理毛竹光合與蒸騰作用差異

由表1可知，在模擬干旱環(huán)境下，伐樁注水能顯著提高毛竹的光合與蒸騰能力，并且隨著注水伐樁數(shù)量的增加，各年齡毛竹的凈光合速率(Pn)與蒸騰速率(Tr)均呈上升趨勢(shì)，即T2>T1>CK。不同處理下1、2和3年生毛竹凈光合速率與蒸騰速對(duì)干旱脅迫的響應(yīng)存在差異，1年生毛竹在T1和T2處理下的凈光合速率差異不顯著，但均與CK處理下毛竹的凈光合速率差異顯著，T1和T2處理下毛竹的凈光合速率分別比CK提高了63.91%和74.35%；2年生毛竹凈光合速率在3種處理之間差異達(dá)到顯著水平，T1和T2處理下毛竹的凈光合速率相對(duì)于CK處理分別增加了36.86%和59.14%；3年生毛竹在CK和T1處理下其凈光合速率差異不顯著，但均與T2處理下毛竹的凈光合速率差異顯著，T1和T2處理下毛竹的凈光合速率分別比CK處理提高了15.50%和60.47%，其中以1年生毛竹的凈光合速率在增加注水伐樁后增幅最大，可見(jiàn)增加注水伐樁可以更加有效地提高1年生毛竹的凈光合速率。各年齡毛竹蒸騰速率在CK和T1處理下差異均未達(dá)到顯著水平，但都與T2處理下毛竹的蒸騰速率差異達(dá)到顯著水平。其中1、2和3年生毛竹的蒸騰速率與CK處理相比最大增幅分別達(dá)到了73.08%、36.62%和61.54%，增加注水伐樁對(duì)1年生毛竹蒸騰速率的影響最大，3年生毛竹次之，2年生毛竹最小。

表1 模擬干旱環(huán)境下不同注水伐樁處理毛竹 光合與蒸騰作用Table 1 Photosynthesis and transpiration of moso bamboo with different number of water storage in stumps under simulated drought environment

注：不同大寫字母表示同一年齡毛竹在不同處理下某個(gè)生理指標(biāo)差異顯著(P<0.05)，下同。Pn單位為μmol· m-2·s-1，Tr單位為mmol·m-2·s-1。

Note: Different capital letters represent the physiological index of the same age of moso bamboo under different treatments had a significant difference (P<0.05), the same below. The unit ofPnis μmol· m-2·s-1, the unit ofTris mmol·m-2·s-1.

2.2 模擬干旱環(huán)境下不同注水伐樁處理毛竹葉片光合色素含量差異

由表2可知，不同處理之間1、2和3年生毛竹葉片光合色素含量均存在差異，且均表現(xiàn)為隨著注水伐樁數(shù)量的增加，葉綠素a(Chl a)、葉綠素b(Chl b)以及類胡蘿卜素(Car)含量均隨之升高，即3個(gè)年齡毛竹葉片光合色素含量均表現(xiàn)為T2>T1>CK。模擬干旱環(huán)境下，不同處理間1年生毛竹葉片Chl a和Chl b含量均表現(xiàn)為CK和T1處理差異不顯著，但均與T2處理差異顯著，Car含量表現(xiàn)為T1和T2處理差異不顯著，均與CK處理差異顯著；2年生毛竹在CK和T2處理下葉片的Chl a含量差異顯著，但均與T1處理差異不顯著，不同處理之間2年生毛竹葉片的Chl b和Car含量均未達(dá)到差異顯著水平；3年生毛竹葉片的Chl a含量在3種處理間差異達(dá)到顯著水平，CK和T1處理下葉片Chl b含量差異不顯著，均與T2處理下葉片的Chl b含量差異顯著，而CK和T2處理下毛竹葉片Car含量差異顯著，均與T1處理下毛竹葉片Car含量差異不顯著。CK、T1和T2處理下1、2和3年生毛竹Chl a/b差異均未達(dá)到顯著水平。其中1、2和3年生毛竹葉片Chl a、Chl b以及Car含量的最大增幅分別達(dá)到了17.05%、17.39%和23.64%，7.77%、9.68%和10.91%，26.02%、26.32%和12.50%，3個(gè)年齡毛竹葉片Chl a和Chl b含量增加幅度均表現(xiàn)為3年生>1年生>2年生，而葉片Car含量增幅則表現(xiàn)為1年生>3年生>2年生。

表2 模擬干旱環(huán)境下不同注水伐樁處理毛竹葉片 光合色素含量和葉綠素a/bTable 2 Contents of chlorophyll, carotenoid and Chl a/b in leaves of moso bamboo with different number of water storage in stumps under simulated drought environment

注：Chl a：葉綠素a Chlorophyll a；Chl b：葉綠素b Chlorophyll b；Car：類胡蘿卜素 Carotenoid。Chl a、Chl b、Car單位為mg·g-1。

Note: Chl a: Chlorophyll a; Chl b: Chlorophyll b; Car: Carotenoid.The Unit of Chl a, Chl b and Car are mg·g-1.

2.3 模擬干旱環(huán)境下不同注水伐樁處理毛竹葉片MDA含量差異

通常植物器官受到干旱脅迫時(shí)往往會(huì)發(fā)生膜脂過(guò)氧化，丙二醛(MDA)是膜脂過(guò)氧化最終的分解產(chǎn)物，它的積累會(huì)對(duì)植物生長(zhǎng)造成一定的傷害，因此其含量可以反映出植物遭受干旱傷害的程度[20]。由圖1可以看出，1、2和3年生毛竹在各處理之間的變化趨勢(shì)相同，都表現(xiàn)為葉片MDA含量與注水伐樁數(shù)量負(fù)相關(guān)。1年生毛竹葉片MDA含量，在3個(gè)處理間達(dá)到差異顯著水平，并且T1和T2處理毛竹葉片MDA含量分別比CK處理下降了24.76%和39.03%；2年生和3年生毛竹葉片MDA含量均表現(xiàn)為T1和T2處理差異不顯著，但都與CK處理差異顯著，2年生和3年生毛竹葉片MDA含量在T1和T2處理下與CK處理相比降幅分別達(dá)到15.62%和26.97%，15.84%和25.50%。T1和T2處理下均以1年生毛竹葉片MDA含量下降幅度最大，說(shuō)明增加注水伐樁對(duì)1年生毛竹的影響作用更大。

圖1 模擬干旱環(huán)境下不同注水伐樁處理毛竹葉片MDA含量Fig.1 MDA content in leaves of moso bamboo with different number of water storage in stumps under simulated drought environment

2.4 模擬干旱環(huán)境下不同注水伐樁處理毛竹葉片SOD、CAT和POD活性差異

2.4.1 SOD活性差異分析 超氧化物歧化酶(SOD)是一種活性氧自由基清除劑，同時(shí)也是重要的活性氧清除酶，它能催化生物體內(nèi)分子氧活化的第一個(gè)中間產(chǎn)物O2-發(fā)生歧化反應(yīng)，生成O2和H2O，從而能夠及時(shí)有效地清除自由基，保護(hù)細(xì)胞免受活性氧脅迫的傷害[21]。從圖2可以看出，各年齡毛竹均表現(xiàn)為隨著注水伐樁數(shù)量的增加，其葉片SOD活性都呈下降趨勢(shì)，但不同年齡毛竹的變化幅度不同。3個(gè)年齡毛竹在不同處理之間葉片SOD活性差異均達(dá)到顯著水平，T1和T2處理下1、2和3年生毛竹葉片SOD活性分別比CK處理下降12.83%和32.77%，18.17%和30.72%以及16.06%和31.28%。T1處理下，以2年生毛竹葉片SOD活性下降幅度最大，3年生毛竹次之，1年生毛竹葉片SOD活性下降最少，T2處理下3個(gè)年齡毛竹葉片SOD活性下降幅度基本相同，這些現(xiàn)象說(shuō)明了增加注水伐樁對(duì)2年生毛竹葉片的SOD活性影響最大，1年生毛竹影響最小，并且隨著注水伐樁數(shù)量的增加1、2和3年生毛竹葉片SOD活性下降幅度之間的差距在逐漸縮小。

圖2 模擬干旱環(huán)境下不同注水伐樁處理毛竹葉片SOD活性Fig.2 Activities of SOD in leaves of moso bamboo with different number of water storage in stumps under simulated drought environment

2.4.2 CAT活性差異分析 過(guò)氧化氫酶(CAT)是植物體內(nèi)一種重要的保護(hù)酶，它能夠清除植物細(xì)胞內(nèi)過(guò)多的H2O2，使其維持在一個(gè)較低的水平，從而避免植物膜結(jié)構(gòu)受到損傷[8]。由圖3可以看出，1、2和3年生毛竹葉片CAT活性在不同處理之間的變化趨勢(shì)基本相同，其均在CK處理下毛竹葉片CAT活性最大，T2處理下CAT活性最低。3個(gè)年齡毛竹葉片CAT活性對(duì)不同注水伐樁處理的生理響應(yīng)又存在一定的差異，1年生毛竹葉片CAT活性在T1和T2處理下分別比CK處理下降4.23%和18.27%，CK和T1差異不顯著，但均與T2差異顯著；2年生毛竹葉片CAT活性在3種處理之間差異達(dá)到顯著水平，T1和T2處理與CK處理相比降幅分別達(dá)到18.36%和33.89%；T1和T2處理下3年生毛竹葉片CAT活性分別比CK處理下降23.66%和32.09%，并且葉片CAT活性T1和T2處理差異不顯著，均與CK處理差異顯著。其中T1處理下，以3年生毛竹葉片CAT活性下降幅度最大，而在T2處理下，2年生和3年生毛竹葉片CAT活性下降幅度較大，從整個(gè)下降幅度來(lái)看，增加注水伐樁，對(duì)2年生和3年生毛竹葉片CAT活性的影響作用更大，隨著注水伐樁數(shù)量的增加，其對(duì)3個(gè)年齡毛竹葉片CAT活性的影響程度也在發(fā)生變化。

圖3 模擬干旱環(huán)境下不同注水伐樁處理毛竹葉片CAT活性Fig.3 Activities of CAT in leaves of moso bamboo with different number of water storage in stumps under simulated drought environment

2.4.3 POD活性差異分析 過(guò)氧化物酶(POD)是植物體內(nèi)清除H2O2的另一種主要的酶類，POD在一定程度上能催化H2O2，并在氧化其它底物后產(chǎn)生H2O[22]。同時(shí)POD具有雙重的作用，一方面它可以在逆境初期表達(dá)，清除植物體內(nèi)的H2O2，表現(xiàn)為一種保護(hù)效應(yīng)；另一方面它也可以在逆境后期進(jìn)行表達(dá)，參與葉綠素的降解和活性氧的生成，并且能引發(fā)膜脂過(guò)氧化作用，表現(xiàn)為一種傷害效應(yīng)[7]。 由圖4可以看出，3種處理下各年齡毛竹葉片POD活性的變化趨勢(shì)相同，均表現(xiàn)為隨著注水伐樁數(shù)量的增加，毛竹葉片POD活性下降。但3種處理下1、2和3年生毛竹葉片POD活性在不同注水伐樁處理下的變化幅度不同。1年生和3年生毛竹葉片POD活性，均表現(xiàn)為CK和T1處理差異不顯著，但都與T2處理差異顯著，T1和T2處理下1年生和3年生毛竹葉片的POD活性與CK處理相比降幅分別達(dá)到5.63%和23.99%，4.98%和20.99%；2年生毛竹葉片POD活性，在T1和T2處理下與CK處理相比分別下降28.58%和49.48%，且3種處理之間2年生毛竹葉片POD活性達(dá)到差異顯著水平。T1和T2處理下，均表現(xiàn)為2年生毛竹POD活性下降幅度最大，1年和3年生毛竹POD活性下降幅度相對(duì)較小，說(shuō)明增加儲(chǔ)水伐樁對(duì)2年生毛竹葉片的POD活性的影響作用最大。

圖4 模擬干旱環(huán)境下不同注水伐樁處理毛竹葉片POD活性Fig.4 Activities of POD in leaves of moso bamboo with different number of water storage in stumps under simulated drought environment

3 討論

3.1 模擬干旱環(huán)境下毛竹光合與蒸騰作用的變化

全球氣候的變化導(dǎo)致干旱現(xiàn)象頻繁發(fā)生，在所有影響植物光合的環(huán)境因素中，干旱對(duì)植物光合的影響作用最為強(qiáng)烈，因此干旱環(huán)境下植物光合變化研究已經(jīng)成為當(dāng)今的一個(gè)研究熱點(diǎn)[23]。光合作用不僅是植物的重要生命活動(dòng)，同時(shí)也是植物生長(zhǎng)的生理基礎(chǔ)，植物在干旱脅迫條件下的光合生產(chǎn)力通常是鑒定植物耐旱能力的指標(biāo)之一[4,24]。在干旱脅迫對(duì)毛竹幼苗生理特性的影響研究中發(fā)現(xiàn)水分脅迫能顯著地影響毛竹幼苗的光合作用，對(duì)凈光合速率和蒸騰速率的影響均達(dá)到極顯著水平(P<0.01)，隨著干旱脅迫程度的加深，毛竹幼苗的凈光合速率與蒸騰速率均顯著下降[17]。本研究同樣發(fā)現(xiàn)，在CK(0個(gè)伐樁注水)處理下，1、2和3年生毛竹凈光合速率與蒸騰速率均最小，T1(12個(gè)伐樁注水)、T2(18個(gè)伐樁注水)處理隨著毛竹注水伐樁數(shù)量的增加，模擬干旱脅迫逐漸減輕的情況下，1、2和3年生毛竹凈光合速率與蒸騰速率均有了不同程度的升高，其中各年齡毛竹在不同處理之間凈光合速率與蒸騰速率均表現(xiàn)為T2>T1>CK。增加注水伐樁后1、2和3年生毛竹之間凈光合速率與蒸騰速率增加幅度存在一定的差異，這可能是不同年齡毛竹在受到干旱脅迫后自身生長(zhǎng)狀況和生理狀況變化程度不同而綜合作用的結(jié)果。隨著毛竹注水伐樁數(shù)量的繼續(xù)增加毛竹的凈光合速率與蒸騰速率是否將進(jìn)一步增加，還有待進(jìn)一步深入的研究。

3.2 模擬干旱環(huán)境下毛竹葉綠素含量變化

在干旱環(huán)境下，高的葉綠素含量能夠使植物有一個(gè)相對(duì)較高的光合作用，從而可以提高植物的抗旱能力[25]。在植物抗旱的相關(guān)研究中，植物葉片葉綠素含量一直被用來(lái)作為一種與植物抗旱性嚴(yán)格相關(guān)且非常重要的指標(biāo)來(lái)看待[26-27]。本研究顯示，隨著模擬干旱程度的增加(注水伐樁數(shù)量的減少)，1、2和3年生毛竹葉片的葉綠素a(Chl a)、葉綠素b(Chl b)以及類胡蘿卜素(Car)含量都在降低，這與李芬等[28]的研究結(jié)果基本相同。相關(guān)研究顯示，干旱脅迫下，葉綠素含量下降的主要原因一方面可能是葉綠體片層中捕光Chl a/b-Pro復(fù)合體合成受到抑制或受到損傷，從而阻止了葉綠素積累和原葉綠素酯的形成，進(jìn)而引起葉綠素含量的下降，另一方面葉綠素自身氧化降解也可能是其含量降低的因素[29]。同時(shí)，脂質(zhì)過(guò)氧化作用的誘導(dǎo)也可能導(dǎo)致葉綠素含量的降低[30]。植物Chl a/b值的大小通常用來(lái)反映了植物對(duì)水分脅迫的敏感性和植物抗旱性的強(qiáng)弱[31]。本研究中3種處理下1、2和3年生毛竹的Chl a/b差異均未達(dá)到顯著水平，此結(jié)果表明3個(gè)年齡毛竹都具有一定的抗旱能力。

3.3 模擬干旱環(huán)境下毛竹的滲透調(diào)節(jié)作用

丙二醛(MDA)是植物在逆境下遭受傷害脂膜過(guò)氧化最重要的產(chǎn)物之一。它能與細(xì)胞內(nèi)各種成分發(fā)生強(qiáng)烈地反應(yīng)，引起酶和膜的嚴(yán)重?fù)p傷，從而引起膜電阻及膜的流動(dòng)性降低，最終導(dǎo)致膜結(jié)構(gòu)及生理完整性的破壞[32]。植物葉片過(guò)氧化產(chǎn)物MDA含量在干旱脅迫后會(huì)逐漸增高，并隨著干旱脅迫的加強(qiáng)，MDA含量繼續(xù)增加[17,33]。本研究顯示了相似的結(jié)果，隨著模擬干旱脅迫的增強(qiáng)(即隨著注水伐樁的減少)，1、2和3年生毛竹葉片MDA含量均在增加，但是各年齡毛竹葉片MDA含量增加的幅度并不相同，這表明膜脂過(guò)氧化反應(yīng)持續(xù)加重，細(xì)胞原生質(zhì)膜破壞程度增加，毛竹年齡不同，細(xì)胞質(zhì)膜遭到的破壞程度也不盡相同。3個(gè)年齡毛竹葉片MDA含量CK處理與T1和T2處理均達(dá)到顯著水平，T1和T2處理僅1年生毛竹葉片MDA含量達(dá)到差異顯著水平，這說(shuō)明輕度干旱脅迫對(duì)毛竹葉片細(xì)胞膜脂過(guò)氧化影響較小，而重度脅迫則影響較大，膜損傷也較重，且干旱環(huán)境對(duì)不同年齡毛竹葉片細(xì)胞膜脂過(guò)氧化的影響程度存在一定差異。通常在干旱脅迫下，植物葉片MDA含量降幅越小，說(shuō)明其抗旱性越強(qiáng)；相反，植物葉片MDA含量降幅越大，說(shuō)明其抗旱性越弱[34]，T1和T2處理下2年生和3年生毛竹葉片MDA含量下降幅度相差不大且均較小，以1年生毛竹葉片MDA含量下降幅度最大，此現(xiàn)象說(shuō)明2年生和3年生毛竹耐旱性相對(duì)較強(qiáng)，1年生毛竹的耐旱性相對(duì)較差。

3.4 模擬干旱環(huán)境下毛竹保護(hù)酶作用

植物體內(nèi)為保護(hù)其自身免受氧化傷害而形成一套相應(yīng)的抗氧化保護(hù)酶系統(tǒng)，如超氧化物歧化酶(SOD)、過(guò)氧化氫酶(CAT)和過(guò)氧化物酶(POD)等，從而保護(hù)植物細(xì)胞膜和敏感分子免受活性氧的傷害[35]。植物對(duì)逆境的適應(yīng)能力和抗性與保護(hù)酶的活性密切相關(guān)[36-37]，這些保護(hù)酶在清除植物體內(nèi)的超氧自由基、過(guò)氧化物、過(guò)氧化氫以及阻止或減少羥基自由基形成等方面起著重要的作用，且SOD和CAT對(duì)脂質(zhì)過(guò)氧化引起的DNA損傷也有一定程度的保護(hù)作用。通常情況下植物酶活性越高，其抗逆性越強(qiáng)[22]。在干旱脅迫下植物葉片SOD、CAT和POD活性均隨著干旱脅迫程度的增加有不同程度的升高[38]，在本研究中CK處理下1、2和3年生毛竹葉片的SOD、CAT和POD活性最高，T1處理次之，T2處理最低，出現(xiàn)了相同的結(jié)果。1、2和3年生毛竹葉片CAT和POD活性均隨著模擬干旱程度的增加，活性增大，說(shuō)明CAT和POD兩種酶在清除SOD轉(zhuǎn)化的H2O2的能力還在增強(qiáng)，其在將H2O2轉(zhuǎn)變成為H2O的過(guò)程中起到著重要作用，同時(shí)1、2和3年生毛竹葉SOD和CAT活性均呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，這可能和兩者是協(xié)同保護(hù)酶的原因[37]。仍有相關(guān)研究顯示，鋪地竹(SasaargenteistriatusE. G. Camus)等4種地被竹葉片SOD、POD和CAT活性隨著干旱脅迫程度的增加均呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì)[39]，而在本研究中，1、2和3年生毛竹葉片中保護(hù)酶對(duì)干旱脅迫的響應(yīng)方式和上述結(jié)果均不一致，這可能是模擬干旱未達(dá)到重度干旱脅迫的原因，隨著模擬干旱環(huán)境時(shí)間的持續(xù)增加，各年齡毛竹葉片保護(hù)酶活性也可能出現(xiàn)CK處理下毛竹葉片保護(hù)酶活性反而低于T1和T2處理的現(xiàn)象。

4 結(jié)論

模擬干旱環(huán)境下增加注水伐樁對(duì)1、2和3年生毛竹光合蒸騰能力、葉片光合色素含量、MDA含量及抗氧化酶系統(tǒng)(SOD、CAT和POD)的活性均產(chǎn)生了較大的影響。隨著模擬干旱程度的增加(即注水伐樁數(shù)量的減少)，1、2和3年生毛竹凈光合速率、蒸騰速率及葉片葉綠素a、葉綠素b和類胡蘿卜素含量均有不同程度的降低(P<0.05)，葉片MDA含量和SOD、CAT、POD活性均有不同程度的升高(P<0.05)。毛竹的凈光合速率、蒸騰速率和葉片光合色素含量與注水伐樁數(shù)量正相關(guān)，而葉片MDA含量及SOD、CAT和POD活性與注水伐樁數(shù)量負(fù)相關(guān)。在毛竹林中增加注水伐樁能夠顯著提高毛竹的光合與蒸騰能力，增加了毛竹光合產(chǎn)物的積累，同時(shí)改善了毛竹的生長(zhǎng)狀況，為毛竹的適應(yīng)性經(jīng)營(yíng)管理及節(jié)水灌溉措施的制定提供了理論依據(jù)。注水伐樁為極端干旱天氣條件下毛竹林的穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)提供了有力保障，也為高山地區(qū)毛竹林的灌溉創(chuàng)造了條件，大大降低了毛竹林的灌溉成本。在模擬干旱環(huán)境下，隨著注水伐樁數(shù)量的繼續(xù)增加不同年齡毛竹各生理指標(biāo)的變化還需要進(jìn)一步深入的研究。

[1] 楊 帆, 苗靈風(fēng), 胥 曉, 等. 植物對(duì)干旱脅迫的響應(yīng)研究進(jìn)展[J]. 應(yīng)用與環(huán)境生物學(xué)報(bào), 2007, 13(4): 586-591.

[2] 馬懷宇, 呂德國(guó), 劉國(guó)成, 等. 不同灌水方式對(duì)‘寒富’蘋果葉片光合功能和抗氧化酶活性的影響[J]. 生態(tài)學(xué)雜志, 2012, 31(10): 2534-2540.

[3] Flexas J, Escalona J M, Medrano H. Water stress induces different levels of photosynthesis and electron transport rate regularion in grapevines[J]. Plant, Cell and Environment, 1999, 22(1): 39-48.

[4] 付士磊, 周永斌, 何興元, 等. 干旱脅迫對(duì)楊樹(shù)光合生理指標(biāo)的影響[J]. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào), 2006, 17(11): 2016-2019.

[5] Zeng D F, Luo X R. Physiological effects of chitosancoating on wheat growth and activities of protective enzyme with drought tolerance[J]. Open Journal of Soil Science, 2012, 3(2):282-288.

[6] Huseynova I M, Aliyeva D R, Mammadov Alamdar C,etal. Hydrogen peroxide generation and antioxidant enzyme activities in the leaves and roots of wheat cultivars subjected to long-term soil drought stress[J]. Photosynthesis Research, 2015, 125(2): 279-289.

[7] 韓 剛, 黨 青, 趙 忠. 干旱脅迫下沙生灌木花棒的抗氧化保護(hù)響應(yīng)研究[J]. 西北植物學(xué)報(bào), 2008, 28(5): 1007-1013.

[8] 謝小玉, 馬仲煉, 白 鵬, 等. 辣椒開(kāi)花結(jié)果期對(duì)干旱脅迫的形態(tài)與生理響應(yīng)[J]. 生態(tài)學(xué)報(bào), 2014, 34(13): 3797-3805.

[9] 代松家，魏晶晶，蘭小中, 等. 喜馬拉雅紫茉莉?qū)Ω珊档纳砩鷳B(tài)響應(yīng)[J]. 北方園藝, 2015(8): 152-156.

[10] 時(shí)麗冉, 劉志華. 干旱脅迫對(duì)苣荬菜抗氧化酶和滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的影響[J]. 草地學(xué)報(bào), 2010, 18(5): 673-677.

[11] 邱爾發(fā), 洪 偉, 鄭郁善. 中國(guó)竹子多樣性及其利用評(píng)述[J]. 竹子研究匯刊, 2001, 20(2):11-14.

[12] 王麗麗, 趙韓生, 孫化雨, 等. 毛竹miR397 和miR1432 的克隆及其逆境脅迫響應(yīng)表達(dá)分析[J]. 林業(yè)科學(xué), 2015, 51(6): 63-70.

[13] 張 蕊, 申貴倉(cāng), 張旭東, 等. 四川長(zhǎng)寧毛竹林碳儲(chǔ)量與碳匯能力估測(cè)[J]. 生態(tài)學(xué)報(bào), 2014, 34(13): 3592-3599.

[14] 李迎春, 李 應(yīng), 陳雙林, 等. 大氣O3濃度升高對(duì)毛竹光合生理的影響[J]. 生態(tài)學(xué)雜志, 2013, 32(2):344-350.

[15] 陳建華, 毛 丹, 朱 凡, 等. 9個(gè)筍用竹種的光合特性[J]. 中南林業(yè)科技大學(xué)學(xué)報(bào), 2008, 28(6): 9-14.

[16] 李 翀, 周國(guó)模, 施擁軍, 等. 不同經(jīng)營(yíng)措施對(duì)毛竹林土壤有機(jī)碳的影響[J]. 林業(yè)科學(xué), 2015, 51(4): 26-34.

[17] 應(yīng)葉青, 郭 璟, 魏建芬, 等. 干旱脅迫對(duì)毛竹幼苗生理特性的影響[J]. 生態(tài)學(xué)雜志, 2011, 30(2): 262-266.

[18] 王忠芝, 張金瑞. 基于圖像處理的葉面積測(cè)量方法[J]. 微計(jì)算機(jī)應(yīng)用, 2010, 31(5): 68-72.

[19] 李合生. 植物生理生化實(shí)驗(yàn)原理和技術(shù)[M]. 北京: 高等教育出版社, 2000.

[20] 閆江艷, 張永清, 馮曉敏, 等. 干旱脅迫及復(fù)水對(duì)不同黍稷品種根系生理特性的影響[J]. 西北植物學(xué)報(bào), 2012, 32(2): 348-354.

[21] Bencze S, Bamberger Z, Janda T,etal. Drought tolerance in cereals in terms of water retention, photosynthesis and antioxidant enzyme activities[J]. Central European Journal of Biology, 2011, 6(3): 376-387.

[22] Nikolaeva M K, Maevskaya S N, Shugaev A G,etal. Effect of drought on chlorophyll content and antioxidant enzyme activities in leaves of three wheat cultivars varying in productivity[J]. Russian Journal of Plant Physiology, 2010, 57(1): 87-95.

[23] Kebbas S, Lutts S, Aid F. Effect of drought stress on the photosynthesis of Acacia tortilis subsp. raddiana at the young seedling stage[J]. Photosynthetica, 2015, 53(2): 288-298.

[24] 張亞敏, 馬克明, 李芳蘭, 等. 干旱脅迫條件下AMF促進(jìn)小馬鞍羊蹄甲幼苗生長(zhǎng)的機(jī)理研究[J]. 生態(tài)學(xué)報(bào), 2016, 36(11): 3329-3337.

[25] 鄭敏娜, 李向林, 萬(wàn)里強(qiáng), 等. 水分脅迫對(duì)6種禾草葉綠體、線粒體超微結(jié)構(gòu)及光合作用的影響[J]. 草地學(xué)報(bào), 2009, 17(5): 643-649.

[26] Wallin G, Karlsson P E, Selldén G,etal. Impact of fouryears exposure to different levels of ozone, phosphorus and drought on chlorophyll, mineral nutrients, and stem volume of Noway spruce, Picea abies[J]. Physiol Plant, 2002, 114(2):192-206.

[27] Xiao Y A.The physiology responses and adjective adaptability of waters tress onClemespinosaL. seedlings[J]. Journal of Wuhan Botanical Research, 2001, 19(6): 524-528.

[28] 李 芬, 康志鈺, 邢吉敏, 等. 水分脅迫對(duì)玉米雜交種葉綠素含量的影響[J]. 云南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào), 2014, 29(1): 32-36.

[29] 華北平原作物水分肋迫與干旱研究課題組. 作物水分脅迫與干旱研究[M]. 鄭州: 河南科學(xué)技術(shù)出版社, 1991: 26-32.

[30] 劉曉建, 謝小玉, 薛蘭蘭. 辣椒開(kāi)化結(jié)果期對(duì)干旱脅迫響應(yīng)機(jī)制的研究[J]. 西北農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào), 2009, 18(5): 246-249.

[31] 張衛(wèi)星, 朱德峰, 朱智偉, 等.水分虧缺對(duì)超級(jí)稻葉片光合色素含量的影響[J]. 西南農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào), 2011, 24(5): 1690-1701.

[32] Brito G, Costa A, Fonseca H M A C,etal. Response of Olea europaea ssp. Maderensis in vitro shoots exposed to osmotie stress[J]. Scientia Horticulturae, 2003, 97(s3-4): 411-417.

[33] 王 姍, 王竹承. 干旱脅迫對(duì)桔梗幼苗生長(zhǎng)及生理特性的影響[J]. 西北農(nóng)業(yè)科學(xué), 2014, 23(7):160-165.

[34] 張 敏, 李靜媛, 張占彪, 等. 干旱脅迫對(duì)‘夕陽(yáng)紅’幼苗生長(zhǎng)和生理生化指標(biāo)的影響[J]. 灌溉排水學(xué)報(bào), 2015, 34(9): 99-104.

[35] 井大煒, 邢尚軍, 杜振宇, 等. 干旱脅迫對(duì)楊樹(shù)幼苗生長(zhǎng)、光合特性及活性氧代謝的影 響[J]. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào), 2013,24(7):1809-1816.

[36] Lima A L S, Damatta F M, Pinheiro H A,etal. Photochemical responses and oxidative stress in two clones ofCoffeacanephoraunder water deficit conditions[J]. Environmental and Experimental Botany, 2002, 47(3): 239-247.

[37] Sundar D, Perianayaguy B, Reddy A R. Localization of antioxidant enzymes in the cellular compartments of sorghum leaves[J]. Plant Growth Regulation, 2004，44(2):157-163.

[38] 趙麗麗, 吳佳海, 陳 瑩, 等. 干旱對(duì)高羊茅生理特性的影響及抗旱性評(píng)價(jià)[J]. 中國(guó)草地學(xué)報(bào), 2015, 37(4):15-20.

[39] 趙 蘭, 邢新婷, 江澤慧, 等. 4種地被觀賞竹的抗旱性研究[J]. 林業(yè)科學(xué)研究, 2010, 23(2): 221-226.

(責(zé)任編輯：金立新)

Effects of Water Storage in Bamboo Stumps on Physiological Characteristics ofPhyllostachysedulisunder Simulated Drought Environment

ZHANGLei1,XIEJin-zhong1,ZHANGWei1,DINGZhong-wen2,JILin-ke1,CHENSheng1

(1.Research Institute of Subtropical Forestry, Chinese Academy of Forestry, Hangzhou 311400, Zhejiang, China;2.Fuyang District Agriculture and Forestry Bureau of Hangzhou City, Hangzhou 311400, Zhejiang, China)

[Objective]To study the water stored in bamboo stump on the physiological characteristics of different agedPhyllostachysedulis(moso bamboo) under drought environment so as to lay a theoretical basis for the management and water-saving irrigation measures in the context of climate change. [Method]1-year-old, 2-year-old and 3-year-old moso bamboos were selected as the research object. Simulating drought environment by the method of covering film, 9 sample plots with same size in the moso bamboo forest (10 m×20 m) were set up. The plots were trenched and the rhizomes were cut to block moisture transport from the surrounding soil. 3 irrigation treatments were set, i.e. T1 (12 stump with water storage), T2 (18 stump with water storage) and the CK (0 stump with water storage). Each treatment was performed in triplicate to research the physiological responses of bamboo at three age levels with the different water amount stored in the stumps.[Result]The result showed that under simulated drought environment, the net photosynthetic rate (Pn) and transpiration rate (Tr) of 1-year-old, 2-year-old and 3-year-old moso bamboo decreased significantly with the water amount stored in the stumps decreased. The max decline ofPnandTrin 1-year-old, 2-year-old and 3-year-old moso bamboo reached 74.35% and 73.08%, 59.14% and 36.62%, 60.47% and 61.54%, respectively. The contents of Chlorophyll a (Chl a), Chlorophyll b (Chl b) and Carotenoid (Car) in moso bamboo leaves decreased significantly. The Chl a, Chl b and Car contents of 1-year-old and 3-year-old moso bamboo showed significant differences (P<0.05). The Chl a content of 2-year-old moso bamboo showed significant difference, but there was no significant difference in the content of Chl b and Car (P<0.05). And the Chl a/b in the three aged moso bamboo were not significantly different (P<0.05). The superoxide dismutase (SOD), catalase (CAT) and peroxidase (POD) activity as well as the malondialdehyde (MDA) content in moso bamboo leaves increased significantly (P<0.05). There was a positive relationship between the photosynthesis, the photosynthetic pigment content of moso bamboo and the quantity of moso bamboo stumps, while the MDA content and SOD, CAT and POD activity were negatively related to the quantity of moso bamboo stumps. [Conclusion]This study showed that increased water storage in moso bamboo stumps could significantly improve the photosynthesis of moso bamboo, increase the accumulation of photosynthetic products and leaf photosynthetic pigment content and decrease MDA content and SOD, CAT and POD activity in a drought environment.

Phyllostachysedulis; simulated drought environment; photosynthesis and transpiration rate; chlorophyll content; protective enzyme

10.13275/j.cnki.lykxyj.2017.01.020

2016-04-20

中央級(jí)公益性科研院所基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金項(xiàng)目(CAFYBB2016SY011)；福建省林業(yè)科學(xué)研究項(xiàng)目(閩林科(2015)函2號(hào))；浙江省林業(yè)科技推廣項(xiàng)目(2015B05)；杭州市科技發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目(20130432B75)。

張 磊(1989—)，男，河南新鄉(xiāng)人，碩士研究生，主要從事竹林生態(tài)研究.
* 通訊作者：謝錦忠(1966—)，男，浙江諸暨人，副研究員，博士，主要從事竹林生態(tài)、竹類資源與利用研究. E-mail:jzhxie@163.net

S795.7

A

1001-1498(2017)01-0145-09