潘雅楠， 沈永寶， 尹中明， 宋 明， 金 政

(1.南京林業(yè)大學南方現(xiàn)代林業(yè)協(xié)同創(chuàng)新中心， 江蘇 南京 210037;2.上海市林業(yè)總站， 上海 200072; 3.上海市崇明區(qū)林業(yè)站， 上海 202150)

水分作為植物的主要核心成分，在植物的整個生命過程中起著重要作用。植物對水分的需求因樹種或品種的不同存在較大差異。水分過多(澇害)或過少(干旱)都會對植物的生長造成影響甚至傷害[1-2]。我國地域遼闊，大多為季風性氣候，夏季臺風頻發(fā)，導致我國澇災的經(jīng)常性發(fā)生，給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成了極大的損失[3-4]。

淹水脅迫下，植物一方面承受著脅迫傷害帶來的外部形態(tài)上的變化，如葉片枯黃、萎蔫脫落甚至死亡、生物量減少、苗高地徑的相對增長量減小、根系活力降低等[5]，內(nèi)部生理上如細胞膜遭到破壞及光合作用減弱等[6]；而另一方面植物又通過調(diào)整其生化因子以維持植物的生長與發(fā)育，如植物內(nèi)部可通過調(diào)節(jié)保護酶系統(tǒng)[7]和滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)增強植物的適應能力[8]。研究淹水脅迫對植物的影響，了解植物的抗?jié)承?，選育耐淹能力強的樹種或品種用于沿海沿江及澇漬災害頻發(fā)地區(qū)的防護建設(shè)，對改善當?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境，促進農(nóng)林業(yè)的健康可持續(xù)發(fā)展具有重要意義[9]。

東方杉(Taxodiummucronatum×Cryptomerafortunei)是我國在20世紀70年代以墨西哥落羽杉為母本、日本柳杉為父本培育而成的杉科落羽杉屬新樹種，是中國特有的樹種[10]，在南京、上海、武漢等地都有栽培種植。東方杉具有生長快、休眠期短、抗病蟲害能力強、耐鹽堿及耐水濕等優(yōu)點[11]。目前，對東方杉的眾多研究主要集中于東方杉的形態(tài)特性及育苗栽培方面，對東方杉淹水抗逆性方面的研究較少。本試驗以東方杉2種基因型DFS 01和DFS 02的一年生容器苗為材料，研究東方杉2種基因型在淹水條件下生理生化特性，為抗?jié)碂o性系選育提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料與設(shè)計

試驗材料為上海林業(yè)總站寶山基地2017年夏季扦插，2018年春季切根移植的一年生容器苗(20 cm×20 cm的無紡布袋)。2018年9月中旬移至南京林業(yè)大學溫室，環(huán)境溫度控制在25 ℃。對苗木進行正常的水肥管理。10月初，挑選DFS 01和DFS 02基因型中長勢一致的苗木各20株，設(shè)置對照(ck)與淹水處理(F)，每個處理重復3次，試驗采用“雙套盆法”，將苗木連同無紡布袋一起放入注水(清水)容器中，淹水深度超過土壤表面5 cm。在試驗開始的0 d、15 d、30 d、45 d、60 d、75 d及90 d進行葉片采樣，采回樣品一部分用于葉綠素及質(zhì)膜透性的測定，其余樣品放入-80 ℃冰箱中備用。

1.2 測定方法

葉綠素采用乙醇丙酮1∶1混合法；丙二醛(MDA)使用硫代巴比妥酸法；POD活性采用愈創(chuàng)木酚比色法；SOD活性采用氮藍四唑法；脯氨酸采用酸性茚三酮法；可溶性蛋白采用考馬斯亮藍溶液法；可溶性糖含量的測定采用蒽酮比色法[12]。

1.3 數(shù)據(jù)處理

實驗數(shù)據(jù)采用SPSS 24.0軟件進行方差分析和Excel軟件進行數(shù)據(jù)的計算、統(tǒng)計和圖表的繪制。

2 結(jié)果與分析

2.1 淹水脅迫對葉綠素含量的影響

淹水脅迫條件下DFS 01和DFS 02基因型葉綠素含量的變化趨勢如圖1所示。DFS 01和DFS 02基因型的葉綠素總體上均呈下降趨勢，但是2種基因型之間的葉綠素含量的變化趨勢存在著差異性。淹水0～30 d時對照與淹水之間的差異較小，表明短期淹水對東方杉2種基因型的影響較小，葉綠素并沒受到較大的影響，但30 d后2種基因型的葉綠素含量均大幅下降，而DFS 02基因型在60 d時葉綠素含量有小幅的上升，淹水90 d時，2種東方杉基因型的葉綠素含量分別為對照的33.54%和30.31%。 DFS 01基因型的葉綠素含量下降幅度最低，說明DFS 01基因型對淹水具有較強的適應性。

圖1 淹水脅迫對DFS 01和DFS 02基因型葉綠素含量的影響

方差分析表明，東方杉2種基因型葉綠素含量之間的差異并不顯著，不同處理、不同脅迫時間之間的差異達極顯著水平(p<0.01)，時間與處理之間的交互作用對葉綠素含量的影響達極顯著水平。

2.2 淹水脅迫對質(zhì)膜透性和MDA含量的影響

逆境條件下，相對電導率、丙二醛(MDA)含量的大小通常被用來反映質(zhì)膜透性的大小，反映植物受脅迫傷害的程度。由圖2可知，DFS 01和DFS 02基因型的質(zhì)膜透性總體上呈增長趨勢，但具體變化存在差異，淹水0～30 d時，DFS 01和DFS 02基因型的相對電導率與對照之間差異不顯著，淹水45～75 d時，DFS 01和DFS 02基因型的相對電導率均表現(xiàn)為上升趨勢，在75 d相對電導率達最大值，與對照相比增幅分別為42.35%和53.90%。淹水90 d時相對電導率均下降，但仍高于對照。表明在淹水前期DFS 01、DFS 02基因型細胞膜受到脅迫的影響較小，質(zhì)膜的完整性并未遭到較大的破壞，淹水90 d時DFS 01和DFS 02基因型的質(zhì)膜透性分別是對照的32.46%、32.89%。

方差分析表明，DFS 01和DSF 02基因型之間質(zhì)膜透性的差異并不顯著，不同處理、不同脅迫時間之間均達極顯著差異水平。基因型與處理之間的交互作用對質(zhì)膜透性的影響達顯著水平，基因型與時間、處理與時間之間的交互作用對質(zhì)膜透性的影響達極顯著水平。

圖2 淹水脅迫對DFS 01和DFS 02基因型相對電導率的影響

圖3中，DFS 01、DFS 02基因型的MDA含量總體呈上升趨勢。DFS 01和DFS 02基因型在0～30 d時上升緩慢，與對照差異較?。辉?5～75 d時上升幅度均明顯增大，75 d時達最大值與對照相比增幅分別為65.01%和48.03%。淹水90 d時，MDA含量均下降，但仍顯著高于對照，與對照相比上升幅度分別為54.9%、26.09%。說明DFS 01和DFS 02基因型在淹水脅迫下受到了傷害。方差分析表明，不同基因型、不同處理以及不同脅迫時間的MDA含量之間的主效應均為極顯著差異水平(p<0.01)，基因型、處理以及脅迫時間兩兩之間的交互作用對質(zhì)膜透性的影響均達顯著性水平(p<0.05)。

圖3 淹水脅迫對DFS 01和DFS 02基因型MDA含量的影響

2.3 淹水脅迫對保護酶系統(tǒng)的影響

由圖4可知，淹水條件下，DFS 01和DFS 02基因型各處理POD活性均呈下降趨勢，但對照仍高于淹水處理下苗木的POD活性。DFS 01基因型在15 d時與對照相比含量大幅下降，DFS 02基因型在15 d時POD活性顯著上升，在淹水30 d時POD活性急劇下降，淹水30～90 d時DFS 01和DFS 02基因型的POD活性均保持在較低水平，淹水結(jié)束時DFS 01和DFS 02基因型的POD活性分別為對照的31.28%、16.63%。

圖4 淹水脅迫對DFS 01和DFS 02基因型POD活性的影響

方差分析表明，除基因型與處理之間的交互作用差異不顯著外，不同基因型、不同處理及不同脅迫時間之間的主效應及三者的交互效應之間對POD活性均有極顯著影響(p<0.01)。

DFS 01和DFS 02基因型對照的SOD活性基本保持不變，各淹水處理總體表現(xiàn)為上升趨勢，DFS 01基因型在15 d時與對照之間差異較小，在淹水30 d時含量急劇上升，而DFS 02基因型在15～30 d時與對照差異較小，在45 d時SOD活性開始上升，后期DFS 01和DFS 02基因型SOD活性雖有所波動，但均高于對照。DFS 01和DFS 02基因型均在淹水90 d時SOD活性達到最大值，DFS 01和 DFS 02基因型SOD活性與對照相比增長幅度分別為87.63%、63.73%。

方差分析表明，DFS 01和DFS 02基因型之間的差異并不顯著，不同處理、不同脅迫時間之間差異極顯著。處理與時間之間的交互作用對SOD活性有極顯著的影響(p<0.01)。

圖5 淹水脅迫對DFS 01和DFS 02基因型SOD活性的影響

2.4 淹水脅迫對滲透調(diào)節(jié)的影響

從圖6可以看出，DFS 01、DFS 02基因型脯氨酸含量呈雙峰曲線。DFS 01和DFS 02基因型在15～30 d時含量急劇增加，淹水30 d時達到高峰值，與對照相比增幅分別為29.12%、126.65%，在45～60 d時含量又迅速下降，顯著低于對照。而在淹水75 d脯氨酸含量均大幅增加，與對照相比增幅為74.69%、139.30%。淹水90 d時含量均下降，與對照差異不明顯。

方差分析表明，DFS 01和DFS 02基因型的主效應作用對脯氨酸含量的影響達顯著水平(p<0.05)，不同處理、不同脅迫時間的主效應以及基因型、處理、脅迫時間之間的交互作用對脯氨酸含量的影響達極顯著差異水平(p<0.01)。

圖6 淹水脅迫對DFS 01和DFS 02基因型脯氨酸含量的影響

由圖7可知，DFS 01和DFS 02基因型的可溶性蛋白含量在淹水0～60 d時呈上升趨勢，在75 d時DFS 01和DFS 02基因型含量均大幅下降，但DFS 01和DFS 02基因型的可溶性蛋白含量仍要高于對照，與淹水60 d時相比降幅分別為35.84%、43.90%。淹水90 d時2種東方杉基因型的可溶性蛋白含量均增加，與對照相比2種東方杉基因型增幅分別為68.55%、128.8%。方差分析表明，DFS 01和DFS 02基因型、不同處理以及不同脅迫時間之間的主效應作用對可溶性蛋白有極顯著的影響(p<0.01)?；蛐团c處理、時間之間兩兩的交互作用對可溶性蛋白有顯著影響(p<0.05)，處理與時間之間的交互效應對可溶性蛋白有極顯著影響。

圖7 淹水脅迫對DFS 01和DFS 02基因型可溶性蛋白含量的影響

由圖8可知，DFS 01和DFS 02的可溶性糖含量總體呈先升后降的趨勢，可溶性糖含量在0～30 d時持續(xù)上升，在淹水30 d可溶性糖含量達到最大值，DFS 01和DFS 02基因型與對照相比增幅分別為92.79%和95.1%，而淹水45 d時DFS 01和DFS 02基因型的可溶性糖含量均大幅下降，與淹水30 d相比降幅為48.11%、45.69%。淹水60～75 d時DFS 01和DFS 02基因型的可溶性糖含量有小幅上升，淹水90 d時含量下降，與對照之間差異不顯著。

圖8 淹水脅迫對DFS 01和DFS 02基因型可溶性糖含量的影響

方差分析表明，DFS 01和DFS 02基因型、不同處理、不同脅迫時間之間的主效應作用對葉片可溶性糖均有極顯著影響?；蛐团c處理、時間之間兩兩的交互作用對可溶性糖有顯著影響(p<0.05)，處理與時間之間的交互作用對可溶性糖有極顯著影響。

3 討論與結(jié)論

葉綠素在光合作用的過程中對光能的轉(zhuǎn)化以及植物內(nèi)部營養(yǎng)物質(zhì)的供應上有重要作用。淹水脅迫環(huán)境下，伴隨著脅迫的加劇，葉綠素含量隨之逐漸下降[13]。本試驗中，DFS 01和DFS 02基因型的葉綠素含量總體呈下降趨勢，這與李娟娟等[14]、廖德志等[15]的研究結(jié)論一致。

淹水條件下，隨著脅迫時間的延長和脅迫程度的加劇，細胞膜受脅迫影響質(zhì)膜透性增大，造成細胞內(nèi)部各項功能的紊亂，膜質(zhì)過氧化作用加劇，抑制植物的生長與發(fā)育[16]。本試驗中，DFS 01和DFS 02兩種基因型的質(zhì)膜透性和MDA含量總體呈增長趨向。這與張慧琴等[17]、鄧輝茗等[18]的研究結(jié)果一致。淹水75 d時DFS 01和DFS 02基因型的質(zhì)膜透性和MDA含量均大幅增加，這可能是由于當時降溫所造成的低溫脅迫對2種東方杉基因型質(zhì)膜造成的傷害。

逆境下細胞膜受到傷害，體內(nèi)的活性氧和自由基大量增加，使得植物細胞發(fā)生膜質(zhì)過氧化作用加劇，植物通過保護酶體系減少活性氧和自由基的生成，抵御脅迫的影響，減少植物受到的傷害。在本試驗中，2種基因型的POD活性對照與淹水處理均隨時間的延長呈下降趨勢，這可能是因為試驗時氣溫降低，光照時間減少，光合作用減弱，無法滿足植物自身所需的營養(yǎng)物質(zhì)，使得植物生長減緩，植物體內(nèi)POD的活性也隨之降低。DFS 01和DFS 02基因型的SOD活性則總體上呈增長趨勢。說明SOD活性在苗木抵抗淹水脅迫的過程中對清除植株體內(nèi)過多的活性氧與自由基、減輕膜質(zhì)過氧化作用上有重要意義。本研究中POD與SOD活性表現(xiàn)出相反的變化趨勢。大多數(shù)研究認為：在逆境條件下POD和SOD活性同步一致性，與陳敏琪等[19]、王哲宇等[20]的研究結(jié)論相似。

脯氨酸在脅迫下具有雙重作用，其含量的增加可能是脅迫時蛋白質(zhì)合成受阻，游離脯氨酸在體內(nèi)累積的結(jié)果，是植物受害的表現(xiàn)；也有可能是植物為清除體內(nèi)多余的活性氧適應脅迫環(huán)境而產(chǎn)生的[21]。在本試驗中，DFS 01和DFS 02基因型的脯氨酸含量表現(xiàn)為雙峰曲線，這與王美榮[22]、王華等[23]的研究結(jié)論一致。淹水前期脯氨酸含量上升可能是苗木發(fā)揮滲透調(diào)節(jié)作用以適應淹水環(huán)境，淹水中期時含量下降則可能是隨著脅迫的加劇，脯氨酸的滲透調(diào)節(jié)作用已達到極限值，抑制了苗木體內(nèi)脯氨酸含量的增加。淹水75 d時含量上升，結(jié)合蛋白質(zhì)含量的變化則可能是蛋白質(zhì)合成速率下降，導致植株體內(nèi)游離脯氨酸含量增多，說明這是苗木受到脅迫傷害的表現(xiàn)。

可溶性蛋白具有很強的親水性，對于維持細胞滲透勢，增強細胞的保水能力，保持細胞內(nèi)水分含量有著重要作用[24]。DFS 01和DFS 02基因型的可溶性蛋白含量總體為上升趨勢，這與吳海英等[25]、張琛[26]的研究結(jié)論一致。為淹水誘導了植株體內(nèi)保護酶蛋白和抗逆蛋白含量的增加，增強苗木對淹水環(huán)境的適應性，淹水75 d時含量下降則可能是低溫脅迫造成了苗木體內(nèi)蛋白質(zhì)合成速率下降。

植物在遭受脅迫時通過調(diào)節(jié)可溶性糖含量的大小，有利于調(diào)節(jié)植物細胞的滲透壓，保持植物細胞內(nèi)膨壓的穩(wěn)定，維持細胞內(nèi)各功能的運行[27]。本試驗中，DFS 01和DFS 02基因型的可溶性糖呈先升后降的趨勢，這與徐陸婷婷等[28]、連洪燕等[29]的研究結(jié)論一致。這可能是由于在淹水前期植株體內(nèi)通過增加可溶性糖含量，來調(diào)節(jié)植物內(nèi)部生理活動，為植物生長代謝提供所需營養(yǎng)物質(zhì)，增強苗木的適應能力。而在中后期隨著脅迫的加劇，可溶性糖的代謝和分解速率加快，植株無氧呼吸對可溶性糖的消耗加大，使得可溶性糖含量下降。

在對東方杉2種基因型各生理指標的分析研究中發(fā)現(xiàn)，淹水下東方杉2種基因型的細胞膜和葉綠素均遭受了脅迫的傷害，但2種東方杉基因型細胞內(nèi)抗氧化物酶和滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)在植株體內(nèi)進行調(diào)整，DFS 01和DFS 02的POD活性為下降趨勢，并未對苗木起到保護作用。DFS 02的可溶性糖、可溶性蛋白、SOD活性及脯氨酸含量的增長幅度都要大于DFS 01，說明DFS 02的保護酶系統(tǒng)和滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)在淹水環(huán)境下對苗木的保護調(diào)節(jié)作用要強于DFS 01基因型，這也表明DFS 02基因型的耐澇性要更強。