吳國泉，陳海生，任如紅

（1.舟山市農林科學研究院，浙江舟山 316000；2.浙江同濟科技職業(yè)學院，浙江杭州 311231）

水庫消落帶是水庫運行期間水文調度引起的庫區(qū)水位變化，在庫區(qū)流域周邊形成的一段特殊生態(tài)環(huán)境區(qū)域[1-2]。浙江省黃巖長潭水庫是一座以供水、防洪、灌溉為主的大型水庫，主要提供臺州市椒江區(qū)、黃巖區(qū)、路橋區(qū)及玉環(huán)市、溫嶺市的200 多萬城鄉(xiāng)居民的生活用水[3]。隨著水庫水位的漲落，長潭水庫消落帶深度位于36～29 m 之間，庫區(qū)會形成面積達0.7 km2的消落帶區(qū)。消落帶區(qū)域是生態(tài)環(huán)境敏感脆弱的地帶。長潭水庫10 月至翌年4 月水位會比較高，常常會淹沒消落帶中生長的植物。4 月后，水庫進入汛期，而同時這也是用水高峰期，所以這時一般會降低運行水位，騰空庫容，因此在4 月至10 月水庫水位會相應降低，而這時期消落帶中的植物常處于干旱脅迫環(huán)境中。

積極防止消落帶自然植被的退化，恢復和重建受損的消落帶生態(tài)系統(tǒng)，是當前水環(huán)境研究的熱點。消落帶重建的關鍵是在水庫集雨區(qū)篩選抗逆性能強、降污效果好的鄉(xiāng)土植物，即要能適應消落帶特殊生態(tài)環(huán)境，既能抗長時間的干旱，又能抗長時間的澇漬，還能較強地降解污染物，具有較好的水環(huán)境效應的，且已是長期適應當?shù)丨h(huán)境的鄉(xiāng)土植物。長潭水庫消落帶內廣泛分布著一種耐淹的鄉(xiāng)土植物五節(jié)芒Miscanthus floridulus，它是禾本科Gramineae 芒屬Miscanthus 多年生草本植物，能夠涵養(yǎng)水源、截流雨水、防止水土流失，具有較大的水土保持價值[4-6]，是公認的水土保持物種[4-5]。五節(jié)芒為高大的多年生C4 植物，株高約2～4 m。根系發(fā)達，一般情況下入土深度可在1 m 以上，根莖長而發(fā)達，長于地表下10 cm 左右，可構成地下根系根莖立體網絡系統(tǒng)，并可形成地上草叢，分蘗數(shù)可達100 以上；為多年生植物，通?？缮L18～20 a[6]。五節(jié)芒生長、繁殖、競爭和生態(tài)適應能力均強，成為我國南方溪流、灘涂和水庫消落帶等草本群落的優(yōu)勢成分[7]。

目前國內一些研究涉及到五節(jié)芒對重金屬污染的降解能力，以及該植物的耐澇性方面，如任立民等[7]對廣西刁江流域和安徽有色金屬礦區(qū)一些植物的調查研究表明，五節(jié)芒對錳、鎳、砷和鋅均具有較強的吸收能力；孫健等[8]對湖南郴州鉛鋅礦區(qū)土壤和植物重金屬污染進行了調查，發(fā)現(xiàn)五節(jié)芒對鉛和鋅具有較強的吸收與轉運能力。陳海生等[9]曾進行過盆栽實驗，以生長于浙南山地水庫周圍農田溝渠里的鄉(xiāng)土植物五節(jié)芒為材料，測定在澇漬條件下其葉片的葉綠素和類胡蘿卜素含量、氣孔導度、胞間CO2濃度、蒸騰速率以及凈光合作用速率，結果表明生長于溝渠濕地上的五節(jié)芒具有較強的澇漬逆境適應性。但關于水庫消落帶環(huán)境中干旱復水條件下五節(jié)芒生理生態(tài)特征研究還未見報道。本文選擇廣泛分布于浙江省長潭水庫庫區(qū)消落帶中的建群種植物五節(jié)芒為研究對象，研究盆栽五節(jié)芒在經受長時間的干旱脅迫及復水后，其葉片MDA 含量以及SOD、POD 活性的變化情況，探索消落帶植物五節(jié)芒的逆境適應性和生長恢復能力，以期為浙江省山地水庫消落帶植被生態(tài)重建提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域

長潭水庫(28°30′-28°40′N，121°00′-121°04′E)位于浙江臺州市黃巖區(qū)西23 km 處，庫區(qū)面積為441.3 km2，湖面寬廣，東西寬1 200 m，南北長約4 200 m，周圍山高在350～780 m 之間。長潭水庫始建于1958 年，于1964 年竣工，是一座以供水、防洪、灌溉為主的大型綜合性水利工程。水庫壩高43 m，最高水位42 m，總庫容為6.9×109m3，常水位36 m，相應庫容4.57×109m3，灌溉面積7×104hm2。1995 年10 月，黃椒溫引水工程(一期)建成，成為臺州市黃巖區(qū)、椒江區(qū)、路橋區(qū)、溫嶺市居民飲用水的主要源泉[3]。

該地屬亞熱帶海洋性季風氣候。多年平均氣溫在10 ℃以上的積溫為5 336 ℃，持續(xù)日照天數(shù)247.9 d，年平均日照時數(shù)為1 955 h。一般年降雨量在1 800 mm 以上，多年平均降水日數(shù)為167 d。多年平均陸面蒸發(fā)量為671 mm。多年平均風速為2.7 m·s-1，干旱指數(shù)為0.53。

1.2 試驗設計

2019 年5 月10 日選取長潭水庫庫區(qū)上垟鄉(xiāng)政府旁邊的消落帶(XM)上自然生長、長勢一致、且當年萌發(fā)的五節(jié)芒M.floridulus 新苗，帶土幼苗采樣后帶回溫室，移植到18 cm×14 cm×15 cm 的塑料盆缽栽培，每個盆缽裝5 kg 土，每盆移栽2 株五節(jié)芒。盆缽底部鉆孔。土壤基質統(tǒng)一采用水庫岸邊的黃泥土。土壤先風干，再過2 mm 篩，然后裝入塑料盆缽中。確保盆栽植株生長均勻一致。在當?shù)刈匀粭l件下生長60 d，進行持續(xù)干旱和復水處理。

試驗采取單因素隨機區(qū)組設計，共設三個處理：(1)正常澆灌為對照(CK)，每周2 次澆水至土壤飽和。(2)持續(xù)自然干旱處理60 d。(3)干旱及復水處理。在干旱處理30 d 后，再開始復水。每個處理4 次重復，每處理2 枝五節(jié)芒幼苗。

1.3 植物生理指標測定

上清提取液制?。喝「魈幚碇仓甑捻敹说箶?shù)第三片葉0.2 g，放于冰浴中研磨至勻漿，分次倒入20 mL預冷的0.05 mmol·L-1pH 7.8 的磷酸緩沖液，4 ℃以下7 000 r·min-1離心10 min。上清提取液用于葉片的蛋白質含量、超氧化物歧化酶(SOD)活性、過氧化物酶(POD)活性、多酚氧化酶(PPO)活性和丙二醛(MDA)含量的測定。

MDA 的測定采用張志良[10]的方法，取酶液2 mL，加入0.67%的TBA(硫代巴比妥酸)2 mL，混合后在100 ℃水浴上煮沸30 min，冷卻后再離心1 次。分別測定上清液在450、532 和600 nm 處的吸光度值。

用氮藍四唑法(NBT)[10]測定葉片的SOD 活性：

取3 個系列透明度好、質地相同的試管，1 個系列用于測定，2 個系列用于對照，其反應體系含0.013 mol·L-1甲硫氨酸(Met)、7.5×10-6mol·L-1氮藍四唑(NBT)、1×10-7mol·L-1EDTA-2Na、2×10-6mol·L-1核黃素各0.3 mL、0.05 mol·L-1的pH 7.8 磷酸緩沖液1.5 mL、待測酶液0.05 mL(對照管則用緩沖液來代替酶液)、蒸餾水0.25 mL，一共3 mL，混勻后，將對照試管放在暗處，各測定試管同時放于4 000 lx 日光燈下反應30 min。到反應停止時，以未照光的對照作為空白，分別在560 nm 下測定各管的吸光度。將抑制光還原NBT 50%設為一個酶活性單位。

用愈創(chuàng)木酚法[10]測定葉片的POD：其反應體系為含2.9 mL 0.05 mol·L-1磷酸緩沖液，1.0 mL 2%H2O2，1.0 mL 0.05 mol·L-1愈創(chuàng)木酚和0.1 mL 酶液。將加熱煮5 min 的酶液作對照，加進酶液后，于34 ℃水浴保溫3 min，再迅速稀釋1 倍，在470 nm 下比色，1 min 記錄1 次，以每分鐘內A470 變化0.01 為一個酶活性單位。

所有指標選取測定2 株，均重復3 次以上。

2 結果與分析

2.1 干旱復水對五節(jié)芒葉片MDA 含量的影響

丙二醛(MDA)是膜脂過氧化的產物，通常是作為膜脂過氧化指標。其含量的變化可反映逆境條件下膜系統(tǒng)受傷害的程度[11]。

從表1 可以看出，沒有進行干旱處理的對照五節(jié)芒葉片MDA 含量在整個實驗期間沒有發(fā)生明顯的變化，而持續(xù)干旱處理的五節(jié)芒葉片MDA 含量在整個實驗期間一直增加，如在干旱處理第30 天時，五節(jié)芒葉片MDA 含量為19.2 μmol·g-1，比未處理時的11.36 μmol·g-1增加了69.01%，到干旱處理第60 天時，五節(jié)芒葉片MDA 含量為23.5 μmol·g-1，比未處理時的11.36 μmol·g-1增加了106.87%，而在第30 天開始復水后，五節(jié)芒葉片MDA 含量就一直開始下降，到第60 天時為16.32 μmol·g-1，比第30 天時的19.26 μmol·g-1下降了15.26%，但仍高于未處理時的11.36 μmol·g-1。

表1 不同水分處理時五節(jié)芒葉片MDA 含量動態(tài)變化(μmol·g-1)Tab.1 Dynamic changes of MDA content in leaves of M.sibiricus under different water treatments (μmol·g-1)

2.2 干旱復水對五節(jié)芒葉片SOD 活性的影響

超氧物歧化酶(SOD)是植物保護酶，在植物抵抗外界不良環(huán)境中起著清除自由基的作用[12]。由表2 可見，在整個試驗過程中，對照的五節(jié)芒葉片的SOD 活性變化不大，而持續(xù)干旱處理的五節(jié)芒葉片的SOD活性在處理前期呈上升趨勢，說明干旱脅迫啟動了消落帶生境中的五節(jié)芒植株的自身防御機制，升高的SOD 活性可以抵抗逆境條件下植物體內產生的并且處于上升的活性氧。而隨著干旱脅迫時間的延長，五節(jié)芒葉片的SOD 活性下降，到干旱第60 天時，五節(jié)芒葉片的SOD 活性已低于處理前的水平。說明隨著干旱脅迫程度的加劇，五節(jié)芒葉片保護酶活性降低，抗氧化系統(tǒng)受到一定程度的破壞。

表2 不同水分處理時五節(jié)芒葉片SOD 活性動態(tài)變化(g·FW-1·min-1)Tab.2 Dynamic changes of SOD activity in leaves of M.sibiricus under different water treatments(g·FW-1·min-1)

但在復水處理后，五節(jié)芒葉片的SOD 活性呈緩慢上升趨勢，到第60 天時，五節(jié)芒葉片的SOD 活性為1 239 g·FW-1·min-1，恢復到接近最大活性水平。這說明消落帶生境中的五節(jié)芒經過較長時間的干旱后，仍具有較強的逆境恢復能力。

2.3 干旱復水對五節(jié)芒葉片POD 活性的影響

過氧化物酶(POD)也是植物在逆境下酶促防御系統(tǒng)的重要酶，它可以與超氧物歧化酶(SOD)、過氧化氫酶(CAT)互相配合作用，清除植物體內過多的自由基，使植物體內自由基含量保持在正常水平以下，從而使植物在逆境下產生一定的抗逆功能[13]。從表3 可見，在整個實驗過程中，對照的五節(jié)芒葉片POD 活性變化不是很大，而持續(xù)干旱的五節(jié)芒葉片POD 活性在處理前呈上升趨勢，而隨著干旱時間的延長，五節(jié)芒葉片POD 活性呈下降趨勢，到干旱第60 天時，POD 活性已低于處理前的水平。但在復水處理后，五節(jié)芒葉片POD 活性在下降后又呈上升趨勢，到第60 天時接近于處理過程中的最高水平。

表3 不同水分處理時五節(jié)芒葉片POD 活性動態(tài)變化(g·FW-1·min-1)Tab.3 dynamic changes of POD activity of M.sibiricus leaves under different water treatments (g·FW-1·min-1)

3 結論與討論

(1)干旱脅迫條件下植物體內會造成活性氧積累，產生的自由基會傷害植物細胞。植物體內有一套由保護酶和抗氧化物質組成的活性氧清除系統(tǒng)。SOD 是重要的保護酶，是抵御活性氧傷害的第一道防線。POD 能清除SOD 歧化產物H2O2，干旱脅迫促使了五節(jié)芒植株中活性氧的產生，使得SOD、POD 活性上升。隨著干旱脅迫天數(shù)的增加，脅迫程度超過了植株體內的防御能力，結果SOD 和POD 活性下降。本研究結果表明了消落帶生境中五節(jié)芒在干旱脅迫條件下，干旱初期活性氧的增多會誘導SOD、POD 響應并迅速增多。在繼續(xù)干旱條件下，五節(jié)芒葉片SOD、POD 活性都呈下降趨勢。而在復水后，五節(jié)芒葉片SOD、POD活性都呈上升趨勢，甚至接近于處理過程中的最高水平。

(2)本研究結果表明了五節(jié)芒葉片POD 活性與SOD 活性相比，在整個處理過程中變化幅度較大，這說明POD 活性對干旱逆境變化比較敏感，而SOD 活性在干旱逆境恢復中的應答時間較長。

(3)本研究說明了水庫消落帶生境下的五節(jié)芒具有較強的干旱脅迫逆境適應性。生長于水庫消落帶中的植物五節(jié)芒長期處于水庫水位交替漲落的水旱變化的環(huán)境中，當受到干旱脅迫損傷時，在恢復水分供應后，具有較強的生理恢復能力。因此，在浙南山地水庫消落帶生態(tài)重建中，五節(jié)芒應作為消落帶植物群落構建的先鋒植物。