劉海龍，覃子海，張 燁，肖玉菲，張曉寧，陳博雯

（廣西壯族自治區(qū)林業(yè)科學(xué)研究院 國(guó)家林業(yè)局中南速生材繁育實(shí)驗(yàn)室廣西優(yōu)良用材林資源培育重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，南寧 530002）

澳洲茶樹(shù)（Melaleuca alternifolia）為桃金娘科（Myrtaceae）白千層屬植物，又名互葉白千層，常綠小喬木，原產(chǎn)于澳大利亞。澳洲茶樹(shù)樹(shù)皮灰白色，厚而松軟，呈薄層狀剝落，所以又名“千層樹(shù)”。葉互生，披針形或線(xiàn)形，具油腺點(diǎn)。花白色，密集于枝頂成穗狀花序。由于從該植物中提取的茶樹(shù)精油有重要的商業(yè)價(jià)值，20世紀(jì)90年代初我國(guó)開(kāi)始引進(jìn)澳洲茶樹(shù)，在南方多省區(qū)種植[1-2]。項(xiàng)東云等[3]通過(guò)948引進(jìn)項(xiàng)目系統(tǒng)地開(kāi)展澳洲茶樹(shù)引種、良種選育、繁育、種植和加工利用技術(shù)研究。吳麗君等[4]、劉海龍[5-7]等較系統(tǒng)地開(kāi)展了澳洲茶樹(shù)組培技術(shù)研究，形成了澳洲茶樹(shù)組培工廠(chǎng)化育苗系列技術(shù)。此外，廣西林科院、福建林科院等單位分別篩選出4-松油醇型和1，8-桉葉素型澳洲茶樹(shù)的優(yōu)株[2,8-9]，并通過(guò)無(wú)性繁殖，實(shí)現(xiàn)了優(yōu)良無(wú)性系的大規(guī)模推廣種植。

組培技術(shù)的突破以及良種的保障，確保了澳洲茶樹(shù)種植加工項(xiàng)目的高收益。據(jù)估算，在廣西等地種植澳洲茶樹(shù)，第1年枝葉產(chǎn)量可達(dá)3 t，可提取澳洲茶樹(shù)精油36 kg（按1.2%的得油率），產(chǎn)值可達(dá)7 200元（按20萬(wàn)/t的精油價(jià)格），提取精油后的枝葉還可用于熬制多糖多酚45 kg（按1.5%的得率），產(chǎn)值可達(dá)9 000元（按20萬(wàn)/t的價(jià)格），兩項(xiàng)相加產(chǎn)值可達(dá)24.3萬(wàn)元/（hm2·a）。第2年起，枝葉產(chǎn)量超過(guò)4 t，產(chǎn)值相應(yīng)提高。此外，澳洲茶樹(shù)枝葉還可生產(chǎn)其它系列產(chǎn)品，如黃酮浸膏、茶樹(shù)純露、生物質(zhì)燃料等。

澳洲茶樹(shù)在我國(guó)種植已近20年，在平地、丘陵、山地均有種植，種植地氣候類(lèi)型也各有不同，但對(duì)澳洲茶樹(shù)抗旱性的研究尚未見(jiàn)開(kāi)展。本研究擬對(duì)澳洲茶樹(shù)干旱脅迫下的保護(hù)酶活性及代謝產(chǎn)物含量進(jìn)行測(cè)定，以初步了解澳洲茶樹(shù)在干旱脅迫下的反應(yīng)機(jī)制，為深入了解澳洲茶樹(shù)的抗旱性能，有效推廣澳洲茶樹(shù)種植，保證產(chǎn)量，提供一定的理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料

采用盆栽試驗(yàn),盆口直徑40 cm,高30 cm,每盆裝土20.0 kg。使用廣西林科院所培育的4-松油醇型澳洲茶樹(shù)良種組培苗種植半年后的植株作為供試材料，土壤為第四紀(jì)紅壤，質(zhì)地為輕黏土，土壤中有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷、全鉀平均含量分別為11.3、0.14、0.16、6.43 g/kg。盆栽最大土壤持水量為43.4%。

1.2 干旱脅迫

試驗(yàn)在廣西林科院生物所（108.35°E，22.92°N）進(jìn)行，白天氣溫27.0～37.5℃,夜間氣溫22.5～26.0℃,相對(duì)濕度55%。本研究共種植15盆澳洲茶樹(shù)，試驗(yàn)苗木在處理前連續(xù)澆水3 d，然后讓其自然干旱。從2018年8月17—31日，連續(xù)脅迫處理15 d。土壤中相對(duì)含水量采用電子秤（精度0.001 kg）稱(chēng)質(zhì)量法測(cè)定,每隔1天稱(chēng)質(zhì)量1次。土壤相對(duì)含水量=（土壤質(zhì)量－土壤干質(zhì)量）/（土壤飽和質(zhì)量-土壤干質(zhì)量）×100%。

1.3 生理指標(biāo)測(cè)定

1.3.1 酶活性的測(cè)定

超氧化物歧化酶（SOD）、過(guò)氧化氫酶（CAT）以及過(guò)氧化物酶（POD）活性的測(cè)定采用李合生[10]的方法；硝酸還原酶（NR）活性測(cè)定采用徐龍光[11]的方法；谷胱甘肽過(guò)氧化物酶（GSH-PX）活性的測(cè)定采用鄧修惠等[12]的方法。以上生理指標(biāo)每間隔1天測(cè)定1次。

1.3.2 代謝產(chǎn)物的測(cè)定

脯氨酸（Pro）的測(cè)定采用茚三酮顯色法[13]，可溶性糖含量的測(cè)定采用蒽酮法[14]，每間隔1天測(cè)定1次。

1.4 數(shù)據(jù)分析

利用SPSS 17.0和Excel 2016對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析，全部數(shù)據(jù)是3次重復(fù)實(shí)驗(yàn)的平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤差。

2 結(jié)果

2.1 不同時(shí)間的土壤相對(duì)含水量

橫坐標(biāo)表示月份-日期，縱坐標(biāo)表示相對(duì)含水量（圖1）。相對(duì)含水量隨著脅迫時(shí)間延長(zhǎng)而逐漸降低，8月23日后趨穩(wěn)。

圖1 不同時(shí)間的土壤相對(duì)含水量Fig.1 Relative water content of soil at different times

2.2 干旱脅迫對(duì)澳洲茶樹(shù)保護(hù)酶活性的影響

過(guò)氧化物酶（POD）活性及谷胱甘肽過(guò)氧化物酶（GSH-PX）活性的變化趨勢(shì)基本相同，都表現(xiàn)出隨著時(shí)間推移逐步下降的趨勢(shì)（圖2、6）。POD活性在前3天（17—19日）下降幅度較大，后期趨緩，25日后接近為0。GSH-PX活性在19—23日下降幅度較大，后期趨緩，27日后接近為0。

超氧化物歧化酶（SOD）、過(guò)氧化氫酶（CAT）以及硝酸還原酶（NR）活性的變化趨勢(shì)基本相同，其活性均為前期升高，后期降低的趨勢(shì)（圖3、4、5）。SOD活性上升及降低趨勢(shì)均較緩，后期仍然能檢測(cè)出超過(guò)1 500的相對(duì)活性。CAT活性在前期快速升高（17—21日），后期逐步降低，29日后接近為0。NR活性在前3天快速升高（17—19日），后期逐步降低，25日后趨近0。

圖2 不同時(shí)間的葉片POD活性Fig.2 POD activity of leaves at different times

圖3 不同時(shí)間的葉片SOD活性Fig.3 SOD activity of leaves at different times

圖4 不同時(shí)間的葉片CAT活性Fig.4 CAT activity of leaves at different times

圖5 不同時(shí)間的葉片NR活性Fig.5 NR activity of leaves at different times

2.3 干旱脅迫對(duì)澳洲茶樹(shù)代謝產(chǎn)物的影響

圖6 不同時(shí)間的葉片GSH-PX活性Fig.6 GSH-PX activity of leaves at different times

可溶性糖含量前期呈上升趨勢(shì)（17—21日），中期趨于穩(wěn)定（80 mg/g左右），后期呈下降趨勢(shì)（27—31日）（圖7）。

脯氨酸（Pro）的含量變化為前期含量有小幅波動(dòng)（17—23日），中期含量快速升高（23—25日），后期呈下降趨勢(shì)（25—31日），直至接近于0（圖8）。

圖7 不同時(shí)間的葉片可溶性糖含量Fig.7 Soluble sugar content of leaves at different times

圖8 不同時(shí)間的葉片脯氨酸含量Fig.8 Proline content of leaves at different times

3 討論

3.1 澳洲茶樹(shù)抗旱性相關(guān)保護(hù)酶指標(biāo)的變化

超氧化物歧化酶（SOD）、過(guò)氧化物酶（POD） 和過(guò)氧化氫酶（CAT）3種酶組成了生物體內(nèi)活性氧防御系統(tǒng)，它們?cè)谇宄踝杂苫?、H2O2和過(guò)氧化物以及阻止或減少羥基自由基形成等方面發(fā)揮重要作用，在逆境脅迫時(shí)發(fā)揮著重要的自身保護(hù)功能[15]?？购的芰?qiáng)的植株往往能維持較高水平的抗氧化酶活性[16]。植物細(xì)胞對(duì)活性氧的忍受水平存在一個(gè)閾值。在閾值范圍內(nèi)，植株可以通過(guò)提高保護(hù)酶活性來(lái)消除自由基帶來(lái)的傷害；超過(guò)這個(gè)閾值，保護(hù)酶活性會(huì)下降，活性氧的積累超過(guò)其清除能力，植株便受到損害[17]。本研究中超氧化物歧化酶（SOD）和過(guò)氧化氫酶（CAT）活性表現(xiàn)為先升高后降低的趨勢(shì)，表明這2種保護(hù)酶前期在閾值范圍內(nèi)能發(fā)揮出了保護(hù)酶的功效，后期超過(guò)閾值范圍，則出現(xiàn)活性下降，失去了對(duì)植株的保護(hù)功能。本研究中過(guò)氧化物酶（POD）活性則僅僅檢測(cè)出下降的趨勢(shì)，可能的原因有：一可能土壤含水量下降過(guò)快，或檢測(cè)時(shí)間間隔過(guò)長(zhǎng)，導(dǎo)致未檢測(cè)到前期上升的趨勢(shì)；二可能澳洲茶樹(shù)葉片中的過(guò)氧化物酶（POD）與超氧化物歧化酶（SOD）和過(guò)氧化氫酶（CAT）對(duì)干旱脅迫的反應(yīng)機(jī)制有所不同。

谷胱甘肽過(guò)氧化物酶（GSH-PX）是酶促清除機(jī)制中的關(guān)鍵酶，其作用是催化還原型谷胱甘肽（GSH）與過(guò)氧化氫反應(yīng)，阻止OH-自由基的產(chǎn)生，避免質(zhì)膜過(guò)氧化，從而實(shí)現(xiàn)保護(hù)細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)和功能完整性的目的[18]。本研究中谷胱甘肽過(guò)氧化物酶（GSH-PX）的活性同過(guò)氧化物酶（POD）活性變化規(guī)律類(lèi)似，僅檢測(cè)到下降的變化趨勢(shì)，究其原因可能也與POD類(lèi)似。

硝酸還原酶（NR）是氮代謝關(guān)鍵酶之一，其活性直接影響植株的氮代謝，植物中氮代謝生理與抗旱性存一定的相關(guān)性，高水平的氮代謝能有效增強(qiáng)植物的抗旱性[19]。本研究中硝酸還原酶（NR）的活性同超氧化物歧化酶（SOD）和過(guò)氧化氫酶（CAT）活性變化規(guī)律類(lèi)似，表現(xiàn)為先升高后降低的趨勢(shì)，表明在閾值范圍內(nèi)NR酶能將NO3-還原成NH4+，再通過(guò)清除NH4+的累積，解除其毒害，使氮素的同化加速，從而提高氮代謝水平。超過(guò)閾值范圍，NR酶活性降低，NH4+出現(xiàn)累積，植株受損，氮代謝水平隨之降低。

3.2 澳洲茶樹(shù)抗旱性相關(guān)代謝產(chǎn)物的變化

干旱脅迫條件下，植株可通過(guò)增加游離氨基酸含量來(lái)有效提高植株的滲透調(diào)節(jié)能力及保水性能，因此游離氨基酸含量是植株適應(yīng)干旱脅迫的一個(gè)重要指標(biāo)[17]，但較長(zhǎng)時(shí)間的干旱脅迫可能會(huì)使生成的游離氨基酸進(jìn)一步分解。本研究中，干旱脅迫使澳洲茶樹(shù)植株游離脯氨酸含量顯著增加，與郝敬虹等[20]的研究結(jié)果基本一致，后期脯氨酸分解，檢測(cè)到的含量逐步降為0。

干旱脅迫下，可溶性糖能有效降低葉片滲透勢(shì)、維持細(xì)胞膨壓，阻止水分喪失，達(dá)到保水目的，從而進(jìn)行自身調(diào)節(jié)，適應(yīng)干旱環(huán)境條件[21]。細(xì)胞質(zhì)中可溶性糖含量的大量增加，有效提高了植物細(xì)胞滲透調(diào)節(jié)能力，減低了對(duì)質(zhì)膜的傷害，對(duì)植物抵抗逆境十分重要[22]。本研究中可溶性糖前期升高，中期趨于穩(wěn)定，與常麗等[21]的研究結(jié)果一致，即可溶性糖含量表現(xiàn)為重度脅迫條件下最大，干旱處理有利于可溶性糖含量的積累。后期可溶性糖含量降低，推測(cè)為細(xì)胞受損，導(dǎo)致可溶性糖流失所至。

綜上所述，干旱處理?xiàng)l件下澳洲茶樹(shù)葉片中有3種保護(hù)酶活性上升（SOD、CAT、NR），表明這3種酶啟動(dòng)了保護(hù)機(jī)制，以應(yīng)對(duì)逆境。另外2種保護(hù)酶（POD、GSH-PX）則未檢測(cè)到活性上升和啟動(dòng)保護(hù)的情況，說(shuō)明不同物種對(duì)干旱脅迫的應(yīng)對(duì)機(jī)制及參與反應(yīng)的酶種類(lèi)有所不同。干旱脅迫情況下代謝產(chǎn)物脯氨酸和可溶性糖的含量均顯著增加，出現(xiàn)累積，這個(gè)結(jié)果與多數(shù)研究的結(jié)果一致，表明這2種物質(zhì)是提高植株滲透調(diào)節(jié)能力和保水性能的重要物質(zhì)。

大多數(shù)的研究表明輕度或中度干旱脅迫條件下，保護(hù)酶活性上升，重度干旱脅迫條件下，保護(hù)酶活性下降。由此可推測(cè)8月19日土壤相對(duì)含水量為34.1%時(shí)為輕度脅迫，此時(shí)NR活性顯著升高，啟動(dòng)保護(hù)，SOD活性也有小幅升高；8月21日土壤相對(duì)含水量為29.8%時(shí)為中度脅迫，此時(shí)CAT活性升高到最大值；而8月23日土壤相對(duì)含水量為23.5%時(shí)為重度脅迫，所有保護(hù)酶活性都表現(xiàn)為大幅下降。而根據(jù)可溶性糖含量的變化則可推測(cè)，8月21日土壤相對(duì)含水量為29.8%時(shí)已接近重度脅迫，因?yàn)榇藭r(shí)可溶性糖含量接近最大值。

由此，我們認(rèn)為最適宜澳洲茶樹(shù)生長(zhǎng)的土壤相對(duì)含水量的值應(yīng)該在34.1%以上，低于這個(gè)值則進(jìn)入干旱脅迫的狀態(tài)。而土壤相對(duì)含水量低于23.5%，甚至29.8%時(shí)則進(jìn)入重度干旱脅迫的狀態(tài)，會(huì)對(duì)澳洲茶樹(shù)葉片造成不可逆的傷害，甚至危及植株的存亡。

目前，澳洲茶樹(shù)已在我國(guó)南方的大部分省區(qū)推廣，如廣西、廣東、海南、福建、云南、江西、湖南等省區(qū)，以及西部的四川、重慶等地。澳洲茶樹(shù)不僅可在平地種植，更常見(jiàn)的是在這些地區(qū)的山地種植，表現(xiàn)出一定的抗旱性。因此，評(píng)價(jià)澳洲茶樹(shù)的抗旱性還要綜合考慮各方面的研究結(jié)果，如對(duì)其根系的吸水、儲(chǔ)水能力的研究等。而開(kāi)展本研究也有其理論及現(xiàn)實(shí)意義，其結(jié)果可為確定最適宜澳洲茶樹(shù)生長(zhǎng)的土壤相對(duì)含水量提供依據(jù)，在人工灌溉條件下可以通過(guò)調(diào)節(jié)土壤相對(duì)含水量來(lái)促進(jìn)澳洲茶樹(shù)增產(chǎn)豐產(chǎn)。