鄭艷玲 高柱 馬煥成

（西南林業(yè)大學(xué)國家林業(yè)局西南地區(qū)生物多樣性保育重點實驗室，云南 昆明 650224）

木棉對不同澆水頻率及持續(xù)干旱的生理響應(yīng)*

鄭艷玲 高柱 馬煥成**

（西南林業(yè)大學(xué)國家林業(yè)局西南地區(qū)生物多樣性保育重點實驗室，云南 昆明 650224）

通過研究澆水頻率對木棉幼苗生理生化特性的影響及外源氯化鈣（CaCl2）和水楊酸（SA）處理對其抗旱性的影響的結(jié)果表明：不同澆水頻率間（2天澆1次，4天澆1次，6天澆1次）木棉的葉綠素相對含量、氣孔導(dǎo)度和光系統(tǒng)II最大光化學(xué)效率（Fv/Fm）無顯著差異。在處理第6天時，過氧化物酶（POD）和超氧化物歧化酶（SOD）的活性在2天澆1次和4天澆1次的處理中顯著高于6天澆1次的處理，但到處理第60天時，各處理間的差異不再顯著。可見，以上3種澆水頻率對木棉的生理生化影響差異較小。停止?jié)菜掷m(xù)干旱7天時，10 mg/L SA處理的葉綠素相對含量顯著高于對照；干旱14天時，10 mg/L CaCl2,40 mg/L CaCl2和10 mg/L SA處理的Fv/Fm顯著高于對照；干旱21天時，10 mg/L CaCl2處理的Fv/Fm顯著高于對照。可見，10 mg/L和40 mg/L CaCl2及低濃度（10 mg/L）的SA在干旱程度較輕時都可以提高木棉的抗旱性，但是在干旱程度較重時，10 mg/L CaCl2提高木棉抗旱性的效果最好。

木棉；干旱；CaCl2；SA

干熱河谷是我國西南地區(qū)的特殊生態(tài)系統(tǒng)類型，季節(jié)性干旱的特征尤為突出，其冬半年為旱季，此期間各干熱河谷的降水量占全年總降水量的8%～18%，且持續(xù)時間長達半年以上。由于蒸發(fā)量很高，不少地區(qū)雨季也出現(xiàn)嚴重的水分虧缺現(xiàn)象[1-2]。因此，干旱是干熱河谷地區(qū)氣候的顯著特點之一。在干熱河谷，木棉（Bombax ceiba）是當?shù)厝郝涞膬?yōu)勢種或常見種[3-4]，反映其對當?shù)貧夂蚓哂泻芎玫倪m應(yīng)性。但是，河谷內(nèi)木棉成年樹木生長良好，有大量結(jié)實，而其周圍卻很少有種苗出現(xiàn)。前期工作發(fā)現(xiàn)，干旱是限制種子萌發(fā)的重要因子[5]。在元陽木棉基地，木棉幼苗在1～2天澆水1次的情況下長勢良好，但是不同澆水頻率對幼苗的生理影響尚不清楚。

鈣不僅是植物生長發(fā)育所必需的大量元素，更重要的是鈣作為偶聯(lián)胞外信號與胞內(nèi)生理生化的第二信使，幾乎介導(dǎo)了植物生長發(fā)育的全部反應(yīng)[6]。許多研究表明，鈣離子（Ca2+）處理能夠提高植物的多種抗逆性[7-8]。此外，水楊酸（SA）是一種酚類化合物，作為一種信號分子，在植物體內(nèi)參與多種代謝調(diào)控，可以誘導(dǎo)植物對高溫、低溫、干旱、重金屬、鹽害等產(chǎn)生一定抗性[9]。但是外源鈣和SA處理與木棉抗旱性的關(guān)系尚無報導(dǎo)。

本文通過研究澆水頻率對木棉幼苗生理生化特性的影響及外源氯化鈣（CaCl2）和水楊酸（SA）處理對其抗旱性的影響，以期為木棉幼苗階段的水分管理及抗旱機理提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 苗木管理

本實驗采用1年生盆栽木棉幼苗進行研究，栽培土壤類型為紅土。苗木培養(yǎng)在西南林業(yè)大學(xué)智能溫室內(nèi)，溫度控制在27℃左右。實驗前每天下午對苗木進行澆水。

1.2 水分處理

7月份進行預(yù)實驗，結(jié)果發(fā)現(xiàn)苗木在停止?jié)菜?天后出現(xiàn)萎蔫。因此，澆水頻率分為2天1次，4天1次和6天1次。由于7月底白粉病爆發(fā)，對木棉進行噴藥處理。因此，實驗在8～10月份開展。每處理25棵苗。

1.3 外源試劑處理

將苗木分為5組，實驗前分別用不同的試劑（水、10 mg/L CaCl2、40 mg/L CaCl2、10 mg/L SA和100 mg/L SA）進行澆灌直到飽和。分別在停止?jié)补?、14、21和30天時，觀察幼苗并檢測相關(guān)指標。30天后對幼苗進行復(fù)水處理，統(tǒng)計幼苗的死亡率。每處理25棵苗。

1.4 生理生化指標檢測

1.4.1 葉綠素相對含量

選擇每個植株最上面完全展開的一片復(fù)葉，用葉綠素儀（CCM-200 PLUS）測定，10個重復(fù)。

1.4.2 葉片氣孔導(dǎo)度

選擇每個植株最上面完全展開的一片復(fù)葉，用AP4動態(tài)氣孔計測定葉片的氣孔導(dǎo)度，10個重復(fù)。

1.4.3 PSⅡ最大光化學(xué)效率Fv/Fm

采用德國WALZ公司生產(chǎn)的調(diào)制熒光成像系統(tǒng)IMAGING-PAM熒光儀。對材料進行暗適應(yīng)30 min以上，然后測量葉片的Fv/Fm，5個重復(fù)。

1.4.4 超氧化物歧化酶（SOD）和過氧化物酶（POD）酶活性測定

采集每個植株最上面完全展開的一片復(fù)葉。用電子天秤稱量每片葉片的鮮重并記錄，把稱量好的葉片用錫紙包好放于液氮中保存?zhèn)溆?。SOD活性測定采用氮藍四唑(NBT)法，POD活性采用愈創(chuàng)木酚法測定[10]（王學(xué)奎，2006），3個重復(fù)。

1.5 數(shù)據(jù)處理與分析

數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析在Microsoft Excel 2003中進行，葉綠素相對含量、氣孔導(dǎo)度和Fv/Fm及酶（SOD和POD）活性在不同處理間的差異性分析采用單因子方差分析（One-Way ANOVA）。

2 結(jié)果與分析

2.1 澆水頻率對木棉生理影響

澆水頻率分別設(shè)為2天1次，4天1次和6天1次，分別在實驗開始的第6天、30天和60天檢測了不同處理木棉幼苗的生理生化指標。結(jié)果（圖1）顯示：處理間木棉幼苗的葉綠素相對含量、氣孔導(dǎo)度、Fv/Fm在3個檢測日期都沒有顯著差異；第6天時，4天澆1次處理的POD活性顯著高于6天澆1次的處理，但兩者與對照均無顯著差異；第30天時，對照的POD活性顯著高于4天澆1次和6天澆1次的處理；但到第60天時，POD活性在各處理間已無顯著差異。第6天時，對照和4天澆1次的SOD活性顯著高于6天澆1次的處理，且4天澆1次的SOD活性顯著高于對照，但到30天和60天時各處理間SOD活性無顯著差異（圖2）。

2.2 CaCl2和SA處理對木棉抗旱性的影響

用水、10 mg/LCaCl2、40 mg/LCaCl2、10 mg/L-SA和100 mg/L SA澆灌木棉幼苗直到飽和，分別在停止?jié)补?、14、21和30天時觀察幼苗并分別檢測葉片葉綠素相對含量及Fv/Fm。結(jié)果顯示：干燥7天時，經(jīng)10 mg/L SA處理的幼苗的葉綠素相對含量顯著高于對照幼苗，而對照與其他處理幼苗無顯著差異；干燥14天時，經(jīng)100 mg/L SA處理的幼苗的葉綠素相對含量顯著低于其他處理，但是干燥21天時，各處理的葉綠素相對含量無顯著差異。干燥7天時，各處理的Fv/Fm無顯著差異；干燥14天時，對照和經(jīng)100 mg/L SA處理的幼苗的Fv/Fm無顯著差異，但顯著低于其他處理；直到干燥21天時，經(jīng)10 mg/L CaCl2處理的幼苗的Fv/Fm顯著高于對照，但對照與經(jīng)40 mg/L CaCl2,10 mg/L SA和100 mg/L SA處理的幼苗的Fv/Fm無顯著差異(圖3)。經(jīng)觀察，停止?jié)菜?1天時，所有處理幼苗的葉片開始脫落，30天時，成熟葉片全部脫落，個別植株頂端殘留未伸展的葉片。復(fù)水后，所有處理的植株100%能抽芽長出新葉。

圖2 澆水頻率對木棉幼苗POD和SOD活性的影響

可見，10 mg/L和40 mg/L CaCl2及低濃度（10 mg/L）的SA在干旱程度較輕時都可以提高木棉的抗旱性，但是在干旱程度較重時10 mg/L CaCl2提高木棉抗旱性的效果最好。然而，高濃度（100mg/L）的SA不能提高木棉的抗旱性，反而對木棉的抗旱性起到一定的抑制作用。

3 結(jié)論與討論

圖3 外源CaCl2和SA處理對干旱不同時間的木棉幼苗葉綠素相對含量和Fv/Fm的影響

3.1 干旱脅迫會導(dǎo)致碳固定受阻，導(dǎo)致電子傳遞鏈被過度還原而引起活性氧的累積，從而導(dǎo)致葉綠體等超微結(jié)構(gòu)破壞，葉綠素含量下降，光系統(tǒng)Ⅰ（PSⅠ）和PSⅡ活性降低或喪失，進而引起光抑制[11]。Fv/Fm作為反映PSⅡ活性中心的光能轉(zhuǎn)換效率參數(shù)，F(xiàn)v/Fm下降是光抑制的重要特征[12]。然而，植物也有自身的適應(yīng)機制，逆境程度不同，植物的適應(yīng)機制也不同，這些適應(yīng)性往往不是采取單一機制，而是多種機制的集成或聯(lián)合[13]。干旱會引起葉片氣孔關(guān)閉以減少水分散失[14]。在輕、中度脅迫下，光抑制的發(fā)生可能是由于植物熱耗散增強而對自身的保護，具體機理取決于脅迫的類型和強度[15]。植物體內(nèi)清除酶如超氧化物歧化酶（SOD）和過氧化物酶（POD）等的活性增加，能解除活性氧的毒害，保持細胞膜的完整性以及蛋白質(zhì)和酶的穩(wěn)定性等[16]。

3.2 在元陽木棉基地，為了保證木棉幼苗的正常生長，工作人員每天都對木棉進行澆水。本文探討了澆水頻率對木棉的生理生化影響，結(jié)果顯示木棉幼苗的葉綠素相對含量、氣孔導(dǎo)度以及Fv/Fm在不同澆水頻率間都無顯著差異。雖然在處理初期，POD和SOD活性在不同澆水頻率間有一定差異，但到了60天時，各處理間均已無顯著差異。由此可見，以上3種澆水頻率對木棉的生理影響差異較小，6天澆水1次也可以保證木棉的正常生長，如果是在干熱河谷干旱缺水的環(huán)境中，適當減少澆水次數(shù)具有重要意義。然而，需要注意的是，本實驗是在8～10月進行，木棉逐漸進入休眠狀態(tài)，需水量有所減少，如果在生長旺季，澆水頻率應(yīng)該有所變化。預(yù)實驗時觀察到，7月份連續(xù)干旱7天木棉幼苗葉片就出現(xiàn)萎蔫。

3.3 Ca2+作為信號分子參與植物的多種抗逆性。本研究在木棉干旱處理之前用CaCl2澆灌木棉幼苗。結(jié)果顯示10 mg/L和40 mg/L CaCl2在干旱程度較輕時都可以提高木棉的抗旱性，但是在干旱程度較重時10 mg/L CaCl2提高木棉抗旱性的效果最好。這表明，Ca2+參與了木棉的抗旱性。鈣具有增加細胞緊密性，穩(wěn)定細胞膜結(jié)構(gòu)和細胞完整性的功能。Ca2+提高植物抗逆性的作用可能是通過穩(wěn)定膜和細胞壁的結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)的[8]。業(yè)已證實，以Ca2+-CaM為核心的鈣信使系統(tǒng)在植物對逆境脅迫的信號感受與適應(yīng)中起中心作用[7,17]。在木棉幼苗的抗旱過程中，Ca2+的信號傳遞路徑及作用機制有待進一步研究。

3.4 SA在植物對逆境的響應(yīng)過程中也是重要的信號分子。盡管SA也可引起氧化脅迫，但是目前的研究表明低濃度SA具有類似馴化的效應(yīng)，主要通過提高植物的抗氧化能力而提高植物對多種逆境的抗性[9,18]。外源SA的效果取決于物種，植物的發(fā)育階段，處理方式，SA濃度和植物體內(nèi)SA的水平[9,18-20]。本研究也證實了低濃度SA可以提高木棉的抗旱性，而高濃度SA沒有效果。

［1］李昆，劉方炎，張春華.干熱河谷氣候本質(zhì)特征與植被恢復(fù)［J］.世界林業(yè)研究，2009(22):24-27.

［2］鐘祥浩.干熱河谷區(qū)生態(tài)系統(tǒng)退化及恢復(fù)與重建途徑［J］.長江流域資源與環(huán)境，2000(9):376-383.

［3］金振洲.滇川干熱河谷種子植物區(qū)系成分研究［J］.廣西植物,1999(19):1-14.

［4］金振洲,楊永平,陶國達.華西南干熱河谷種子植物區(qū)系的特征、性質(zhì)和起源［J］.云南植物研究,1995(17):129-143.

［5］鄭艷玲,馬煥成,Scheller R.環(huán)境因子對木棉種子萌發(fā)的影響［J］.生態(tài)學(xué)報，2013(2):382-388.

［6］Hepler P K.Calcium:A Central Regulator of Plant Growth and Development［J］.The Plant Cell,2005(17):2142-2155.

［7］Yang T B,Poovaiah B W.Calcium/calmodulin-mediated signal network in plants.Trends in Plant Science,2003(8):505-513.

［8］Bush D S.Calcium regulation in plant cells and its role in signaling.Annual Reviewof Plant Physiology and Plant Molecular Biology,1995(46):95-122.

［9］Horváth E,Szalai G,Janda T.Induction of abiotis stress tolerance bysalicylic acid signaling［J］.Journal ofPlant Growth Regulation, 2007(26):290-300.

［10］王學(xué)奎.植物生理生化實驗原理和技術(shù)［M］.北京:高等教育出版社,2006.

［11］Ensminger I,Busch F,Huner N P A.Photostasis and cold acclimation:Sensing lowtemperature through photosynthesis［J］. Physiologia Plantarum,2006(126):28-44.

［12］Krause GH,Weis E.Chlorophyll fluorescence and photosynthesis: the basics［J］．Annual Review of Plant Physiology and Plant Molecular Biology,1991(42):313-349.

［13］Hessini K,Ghandour M,Soltani A.Biomass production, photosynthesis,and leaf water relations of Spartina alterniflora under moderate water stress［J］.Journal ofPlant Research,2008 (121):311-318.

［14］Ward D A,Drake B G.Osmotic stress temporarily reverses the inhibitions of photosynthesis and stomatal conductance by abscisic acid-evidence that abscisic acid induce a localized closure of stomata in intact,detached leaves.Journal of Experimental Botany,1988(39):147-155.

［15］Murchie E H,Niyogi K K.Manipulation of photoprotection to improve plant photosynthesis［J］.Plant Physiology,2011(155): 86-92.

［16］Ashraf M,Foolad M R.Roles of glycine betaine and proline inimproving plant abiotic stress resistance［J］.Environmental and Experimental Botany,2007(59):206-216.

［17］Rudd J J,Franklin-TongVE.Unravellingresponse-specificityin Ca2+signaling pathways in plant cells［J］.NewPhytologist,2001 (151):7-33.

［18］Horváth E,Pál M,Szalai G,et al.Exogenous 4-hydroxybenzoic acid and salicylic acid modulate the effect of short-term drought and freezingstress on wheat plants［J］.Biol Plantarum,2007(51): 480-487.

［19］Dat J F,Lopez-Delgado H,Foyer C H,et al.Effects of salicylic acid on oxidative stress and thermotolerance in tobacco［J］.

Journal ofPlant Physiology,2000(156):659-665.

［20］Shi Q,Bao Z,Zhu Z,et al.Effects of different treatments of salicylic acid on heat tolerance,chlorophyll?uorescence,and antioxidant enzyme activity in seedlings of Cucumis sativa L［J］. Plant Growth Regulation,2006(48):127-135.

第1作者簡介：鄭艷玲（1981-），女，講師，主要從事種質(zhì)資源保存及馴化生物學(xué)研究。

Effects of Different Watering Frequencies and Continuous Drought on Physiological Characteristics of Bombax ceiba

ZHENGYanling
（Key Laboratory of Biodiversity Conservation in Southwest China,State Forestry Administration, Southwest Forestry University,YunnanKunming650224）

Bombax ceiba is a deciduous tree that can grow in the dry-hot valley of southwestern China.To understand the adaptation of this species to drought,the effect of watering frequencies on physiological and biochemical characteristics and effect of exogenous application of calcium chloride(CaCl2)and salicylic acid(SA)on drought tolerance of B.ceiba were studied.The results showed:1)There was no significant difference of relative chlorophyll content,leaf stomatal conductance and maximum quantum yield of photosystem II(Fv/Fm)among different watering frequencies(every 2,4,6 days respectively for 1 time watering).On the 6thday of treatment,the activity of peroxidase(POD)and superoxide dismutase(SOD)of treatments of every 2 and 4 days for 1 time watering were significant higher than that of treatment of every 6 days for 1 time watering.However,on the 60thdays,they did not differ significantly among different watering frequencies.It can be concluded that there were little variation in the effect of 3 watering frequencies mentioned above on physiological and biochemical characteristics of B.ceiba.2)Watering was stopped to conduct drought treatment.The relative chlorophyll content of seedlings pretreated with 10 mg/L SA was significantly higher after 7d of drought,Fv/Fm of seedlings pretreated with 10 mg/L CaCl2,40 mg/L CaCl2and 10 mg/L SA were significantly higher after 14 d of drought,and Fv/Fm of seedlings pretreated with 10 mg/L CaCl2was significantly higher after 21 d of drought,compared to the control.It can be concluded that 10,40 mg/L CaCl2and and low concentration of SA(10 mg/L)were conducive to improve the drought tolerance of B.ceiba under slight drought.However,only 10 mg/L CaCl2can improve the drought tolerance of this species under severe drought.

Bombax ceiba;Drought;CaCl2;SA

Q792.99,Q945.17

A

1001-9499（2017）02-0001-05

馬煥成（1962-），男，教授，博士生導(dǎo)師，主要從事森林培育方面的研究。

2017-01-20

（責(zé)任編輯：張亞楠）

*國家自然科學(xué)基金項目（31260175）