劉正興，肖玉菲，莫云善，陳博雯，覃子海，張 燁，張曉寧，覃玉鳳，劉海龍

（1.廣西國有欽廉林場，廣西欽州 535000；2.廣西壯族自治區(qū)林業(yè)科學研究院國家林業(yè)和草原局中南速生材繁育實驗室 廣西優(yōu)良用材林資源培育重點實驗室，廣西南寧 530002）

近年來，隨著全球氣候變暖，淹澇災害頻有發(fā)生，我國也是自然災害頻發(fā)的國家，淹澇是主要的自然災害之一，已成為植物遭受的主要逆境之一[1]。適宜的水分是植物生長的必需條件，淹水會導致土壤水分含量過多，影響土壤的物理化學特性[2]，使植物根部受淹，造成缺氧，地上部分生長受到抑制，葉片發(fā)黃萎蔫[3]，進而影響植物自身的生理代謝，對其生長造成巨大影響[4]。植物可通過改變生理特性等方式適應淹水脅迫，不同植物在淹水脅迫條件下的生理響應有所不同。研究表明，耐淹性強的植物會通過提高超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化氫酶（CAT）和過氧化物酶（POD）等抗氧化酶活性清除活性氧，減輕淹水對植物的傷害[5-6]；淹水脅迫下，植物還會改變代謝狀態(tài)，積累脯氨酸和可溶性糖，主動適應淹水環(huán)境，丙二醛（MDA）含量可衡量植物受逆境傷害的程度[7-8]。

澳洲茶樹（Melaleuca alternifolia）為桃金娘科（Myrtaceae）白千層屬植物[9]，又名互葉白千層，原產(chǎn)于澳大利亞，自然生長于沼澤平原，喜潮濕但排水良好的土壤[10]。澳洲茶樹新鮮枝葉提取的精油為茶樹油，茶樹油是優(yōu)良的天然芳香劑、抗菌劑和防腐劑，廣泛應用于制藥、日化、食品和香料等行業(yè)[11]，經(jīng)濟價值極高。20世紀90年代初我國開始引進澳洲茶樹，并在南方多省區(qū)種植[12]，這些省區(qū)為洪澇多發(fā)地帶，開展澳洲茶樹抗?jié)承匝芯渴直匾?。此前，有關(guān)澳洲茶樹淹水脅迫的報道較少，主要研究了淹水脅迫下內(nèi)源激素[13]和幼苗氣體交換及葉綠素熒光的情況[14]，關(guān)于保護酶和代謝產(chǎn)物方面的研究尚未見報道。本研究通過模擬淹水脅迫條件，對淹水脅迫下澳洲茶樹的生長情況、保護酶活性和代謝產(chǎn)物含量進行研究，以進一步了解其在淹水脅迫下的生理響應機制，深入了解澳洲茶樹的耐澇性，為其在低洼濕潤區(qū)域推廣種植提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

材料為廣西壯族自治區(qū)林業(yè)科學研究院生物技術(shù)研究所培育的1年生4-松油醇型澳洲茶樹組培苗，栽植于40 cm×30 cm的育苗袋內(nèi)，基質(zhì)為紅壤土，土壤中有機質(zhì)、全氮、全磷和全鉀的平均含量分別為11.3、0.14、0.16和6.43 g/kg。

1.2 試驗設(shè)計

試驗地位于廣西林科院生物所苗圃（108°35′E，22°92′N），苗圃上方有遮雨棚，日溫27.0～37.5 ℃，夜溫22.5～26.0℃，平均相對濕度55%。2017年8月選擇生長健康、長勢一致的20株澳洲茶樹苗，通過雙套盆法[15]進行盆栽淹水試驗，將育苗袋置于注滿水的塑料桶內(nèi)，水位在土壤表面高度5 cm左右，每天檢查補充水分，保持水位。其他按照常規(guī)育苗方式管理，參照劉海龍等[16]篩選的最佳施肥配方進行施肥。脅迫當天記為0 d，連續(xù)脅迫60 d。

1.3 測定與觀察方法

1.3.1 生長指標測定

處理開始至試驗結(jié)束，用卷尺（精確到0.1 cm）和游標卡尺（精確到0.01 mm）每10 d分別測定20株苗木的苗高（土壤表面至苗木頂稍的距離）與地徑（土壤表面以上5 cm處的直徑）1次，同時觀察苗木葉片狀態(tài)（是否變黃或萎蔫）及根系情況（是否腐爛），60 d統(tǒng)計成活率。

1.3.2 生理指標測定

淹水處理后每2 d采集1次葉片，每次取樣重復3次，樣品采集后立即采用干冰速凍，放入超低溫冰箱中備用，用于各項生理指標測定。POD活性、SOD活性、CAT活性、硝酸還原酶（NR）活性和谷胱甘肽過氧化物酶（GSH-PX）活性的測定采用酶聯(lián)免疫吸附法，試劑盒來自南京森貝伽生物科技有限公司；脯氨酸含量的測定采用茚三酮顯色法[17]；MDA含量和可溶性糖含量的測定參考孔祥生等[18]的方法。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

采用Excel 2007計算數(shù)據(jù)的平均值，然后對平均值進行常規(guī)統(tǒng)計和作圖，并采用SPSS 19.0進行方差分析和多重比較（鄧肯氏新復極差法）。苗高和地徑生長量為脅迫處理相應時間的苗高、地徑減去脅迫0 d的苗高、地徑所得值。

2 結(jié)果與分析

2.1 淹水脅迫對澳洲茶樹生長的影響

淹水脅迫60 d內(nèi)，葉片未出現(xiàn)萎蔫變黃和脫落等現(xiàn)象，14 d有新芽萌出，根部未腐爛，苗木成活率為100%。不同淹水時間對苗高和地徑生長的影響差異顯著（P＜0.05）（圖1）。苗高在20 d后增長逐漸變緩，30 d增長19.21 cm，60 d增長24.85 cm（圖1a）；地徑在40 d后增長趨于平緩，30 d增長0.75 mm，60 d增長0.92 mm（圖1b）。常規(guī)育苗時，澳洲茶樹的苗高和地徑30 d可分別增長20～25 cm和1.5～6.1 mm[16]，均顯著高于本研究，說明淹水脅迫雖未造成其死亡，但隨著淹水時間的增加，淹水對苗高和地徑的生長產(chǎn)生了抑制。

圖1 不同淹水脅迫時間對澳洲茶樹生長的影響Fig.1 Effects of different flooding stress time on growths of M.alternifolia

2.2 淹水脅迫對澳洲茶樹保護酶活性的影響

POD活性隨淹水時間的增加呈上升趨勢，脅迫0 d時為0.003 U/g，脅迫60 d時為0.069 U/g；前6 d上升幅度較大，前24 d波動幅度較大，之后呈逐步上升趨勢，48 d后上升趨勢逐漸變緩，說明澳洲茶樹受到淹水脅迫后迅速啟動POD進行保護，通過不斷調(diào)整POD的活性消除自由基帶來的傷害（圖2a）。

SOD活性前10 d呈波動升高，之后整體呈波動下降的趨勢，脅迫0 d時為1 826.98 U/g，脅迫60 d時降低為1 234.540 U/g，說明前10 d，SOD通過提高活性來保護植物，但隨著淹水時間的增加逐漸失去了對植物的保護作用（圖2b）。

CAT活性及NR活性的整體變化趨勢類似，均表現(xiàn)出前32 d波動幅度較大，發(fā)揮了一定調(diào)節(jié)作用，之后逐漸趨于平緩，維持較低的水平（圖2c～d）。CAT活性前16 d較高，16～30 d較低，22 d時僅為0.104 U/g，說明CAT主要在前16 d發(fā)揮作用；NR活性在18～30 d較高，20 d時為0.360 U/g，活性最高，32 d后幾乎和脅迫0 d時相當，說明NR主要發(fā)揮作用的時間為18～30 d。

GSH-PX活性呈先升高后降低的趨勢，前38 d波動幅度較大，活性較高，之后呈逐步降低的趨勢；脅迫0 d時為109.585 U/g，6 d時達到峰值（1 128.180 U/g），60 d時降低為476.790 U/g，但仍顯著高于脅迫0 d時的活性（P＜0.05），說明GSH-PX在前38 d發(fā)揮明顯作用，之后作用變?。▓D2e）。

2.3 淹水脅迫對澳洲茶樹代謝產(chǎn)物的影響

不同淹水時期代謝產(chǎn)物變化差異顯著（P＜0.05）（圖3）。MDA是膜脂過氧化產(chǎn)物之一，對細胞有很強的毒性，并且參與破壞生物膜的結(jié)構(gòu)和功能，植物體內(nèi)MDA的產(chǎn)生與積累是植物脅迫的主要生理響應特征之一。澳洲茶樹淹水脅迫60 d內(nèi)MDA含量呈連續(xù)M型變化，4個峰值分別出現(xiàn)在16、22、30和40 d，脅迫60 d時MDA含量與脅迫前6 d的含量差異不顯著，說明淹水對澳洲茶樹產(chǎn)生了一定的脅迫，但通過自身保護酶等調(diào)節(jié)機制的作用，葉片并未積累太多MDA，對葉片膜脂傷害不大（圖3a）。

圖3 不同淹水脅迫時間對澳洲茶樹代謝產(chǎn)物的影響Fig.3 Effects of different flooding stress time on metabolites in M.alternifolia

脯氨酸是有效的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)之一，澳洲茶樹脯氨酸含量在淹水前14 d變化不顯著，16 d時顯著增加，由脅迫0 d的10.473 μg/g增加到51.835 μg/g，16～44 d呈小幅波動，之后趨于平穩(wěn)（48 μg/g左右），說明淹水脅迫前14 d并未形成較嚴重的脅迫，不需要脯氨酸進行滲透調(diào)節(jié)，16 d后啟動脯氨酸調(diào)節(jié)細胞滲透勢，使澳洲茶樹逐漸適應淹水環(huán)境（圖3b）。

耐澇性較強的植物為了適應逆境，會主動積累可溶性糖維持細胞膨壓，保持穩(wěn)定和充足的碳水化合物供應。澳洲茶樹可溶性糖含量前34 d波動較大，之后呈顯著降低的趨勢（P＜0.05），脅迫60 d時的含量顯著低于脅迫0 d時的含量，說明淹水脅迫前34 d可溶性糖對于緩解淹水脅迫對苗木造成的傷害具有重要意義，之后可溶性糖逐漸被消耗，可能是植物生長受到抑制的重要原因（圖3c）。

3 結(jié)論與討論

淹水脅迫會使新葉形成受阻，誘導老葉變黃衰老甚至脫落，抑制苗木生長，甚至導致其死亡，存活率是評價植物耐澇性的重要指標之一，長期淹水脅迫下，耐澇性強的植物存活率明顯高于耐澇性弱的植物[19-20]。澳洲茶樹在淹水60 d內(nèi)，未出現(xiàn)葉片萎蔫發(fā)黃及脫落現(xiàn)象，仍有新芽萌出，存活率為100%，說明其具有較強的耐澇性，這與陳博雯等[13]的研究結(jié)果一致。本研究中，澳洲茶樹在淹水脅迫下苗高和地徑生長均受到抑制，而劉瑞仙等[14]研究發(fā)現(xiàn)淺淹組（水位高出土壤5 cm）在淹水90 d內(nèi)株高受到的影響較小，與對照沒有差異，可能是因為試驗材料有差別，大小不同的苗木耐澇程度可能存在差異，可在后續(xù)試驗中開展澳洲茶樹不同生長期淹水脅迫試驗，為科學管理苗木和合理用水提供依據(jù)。

淹水脅迫會造成根部缺氧，導致植物氧代謝失調(diào)，致使活性氧積累而引起細胞損傷[1]。淹水條件下，植物會啟動一系列保護酶調(diào)整和降低活性氧含量[21]，同時改變代謝狀態(tài)適應淹水環(huán)境。本研究中不同的淹水時期，5種保護酶活性變化不同，其中POD活性呈現(xiàn)前期波動、后期顯著增加的趨勢，可見POD是澳洲茶樹淹水脅迫的重要響應酶，隨著淹水時間增加，主要啟動POD來提高其耐澇適應性，其他4種保護酶活性分別在淹水的不同時期達到峰值后逐漸下降，可能是與POD協(xié)調(diào)配合清除活性氧，分別在不同時期發(fā)揮作用。不同淹水時期代謝產(chǎn)物含量變化差異顯著，其中MDA和可溶性糖含量在波動后逐漸下降，脯氨酸含量顯著增加，可能是脯氨酸能通過滲透調(diào)節(jié)保持細胞結(jié)構(gòu)完整，降低MDA含量，脯氨酸含量的急劇上升是植物適應淹水脅迫的表現(xiàn)[22]。除了保護酶和代謝狀態(tài)的調(diào)節(jié)外，植物還會通過改變植株形態(tài)、形成通氣組織和產(chǎn)生不定根等來適應淹水環(huán)境，維持正常生長[23]，后續(xù)可開展淹水脅迫下澳洲茶樹營養(yǎng)器官解剖結(jié)構(gòu)的研究，進一步分析其耐澇的結(jié)構(gòu)性特征，為其推廣提供更加科學的理論依據(jù)。

澳洲茶樹具有較強的耐澇性，在淹水脅迫下能生長；應對淹水逆境時，不同淹水時間發(fā)揮作用的保護酶不同，POD為主要的保護響應酶，SOD、CAT、NR和GSH-PX與其協(xié)調(diào)作用清除活性氧，減少活性氧對細胞膜的傷害；脯氨酸和可溶性糖進行滲透調(diào)節(jié)，使MDA含量在波動后回歸正常值，但苗木的生長速度受到一定程度的抑制，為保證生長，淹水時應及時排水。