低磷脅迫下木麻黃無性系的生理生化特性

[摘要] 通過盆栽試驗，測定了8個木麻黃無性系在高低2種磷水平下植株體可溶性總糖含量、組織總含水量，過氧化氫酶活性，丙二醛含量等，為磷高效基因型木麻黃無性系的篩選和遺傳改良提供依據。結果表明：701無性系小枝自由水與束縛水對低磷脅迫有較好的抗性；低磷脅迫對A13、南山7無性系小枝MDA含量有顯著影響，但對可溶性總糖含量、過氧化氫酶活性的影響不顯著。

[關鍵詞] 木麻黃 無性系 低磷脅迫

木麻黃是東南沿海防護林的主栽樹種，在防風固沙、改善生態環境和提供用材等方面發揮著難以替代的巨大作用。而今，木麻黃無性系苗逐漸取代實生苗在造林及林帶更新中取得了良好的效果，現已培育出許多優良品系。木麻黃的生長發育是否良好，與土壤養分供應狀況關系密切。磷是植物生長發育不可缺少的營養元素之一，它以多種方式參與植物體內的生理過程，對植物的生長發育、生理代謝、產量和品質都起著重要作用[1]。磷作為限制植物生長的障礙因子也已經越來越受到人們的重視[2-4]。不同類型植物利用土壤磷素的能力不同[5]，如何根據植物自身潛力充分利用土壤磷成為近年來科學家所關注的焦點。南方濱海沙地普遍缺磷，土壤磷素不足一直是影響海岸帶木麻黃防護林健全生長的重要因素。加上營造的木麻黃防護林多數已進入成熟階段，在沿海防護林更新實踐中發現，木麻黃連栽林地土壤磷含量降低，成為海岸防護林更新困難的原因之一[6-7]。因此，開展木麻黃不同品種對低磷脅迫的生理反應及其適應機制研究，從中篩選出耐低磷的木麻黃優良品系，對于沿海防護林的更新改造、林地土壤管理和可持續經營均有十分重要的現實意義[8-10]。本研究擬對不同磷水平下不同木麻黃無性系生理生化特性進行測定，探討提高養分有效性的生物學途徑，為磷高效基因型木麻黃無性系的篩選和遺傳改良提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 供試材料

木麻黃無性系引自福建省惠安赤湖林場，共選取南山7，平2，501，601，701，龍4，湛江1號，莆20共8個無性系（無性系優樹產地見表1），從優良母樹上采取小枝作為實驗用無性系扦插小枝。

供試基質土壤由紅壤和木麻黃林下細沙（取自福建長樂沿海防護林下）按質量比2∶1均勻混合后裝入營養杯中，每個營養袋預裝1.5kg混合土壤，實驗共設置低磷（P0）和高磷（P1）兩個磷素水平，每個品種每個處理水平移栽30株苗，3個重復；低磷P0條件下基質土壤不施P，施N 0.5g/kg，高磷P1條件下基質土壤施P 1.5 g/kg，施N 0.5g/kg。

1.2 試驗設計

本試驗在福建省林業科學研究院進行。木麻黃各無性系小枝用濃度為100ppm的奈乙酸溶液浸泡小枝24小時，然后取出清水洗凈殘留的奈乙酸，放置于玻璃瓶中，置于陽光直射處，約10天后木麻黃小枝開始生長出愈傷組織并生根，根長1至8mm時移栽至預先制備好的預置基質土壤的營養袋中，營養袋高16cm，直徑16cm；營養袋放置在溫室內，之后進行正常的水肥管理。

1.3 測定方法

于2008年1月對木麻黃種苗測定以下指標：采用蒽酮比色法測定可溶性總糖含量，采用烘干稱重法測定植物組織總含水量，采用高錳酸鉀滴定法測定過氧化氫酶活性，采用硫代巴比妥酸比色法（TBA）測定丙二醛含量。

2 結果與分析

2.1 低磷脅迫對木麻黃無性系小枝水分含量的影響

2.1.1 低磷脅迫對木麻黃無性系小枝總水分含量的影響

從圖1可以看出，無性系平2、龍4、A13小枝總水分含量在P0條件下有所降低，但比其在P1條件下降低幅度不是很大（見表2）。其余幾個無性系：湛1、501、701，南山7、莆20的小枝總水分含量在P0條件下增加，并且比其在P1條件下增加幅度較大。

從表2可以看出，湛1、501、701、南山7、莆20在P1條件下小枝含水量，分別比其在P0條件下增加了2.9%、2.5%、2.1%、2.9%、1.2%，說明施加磷肥對這幾個無性系的小枝細胞總含水量有一定的影響；而無性系平2、龍4、A13的小枝細胞總含水量在P1條件下有所降低，但相對P0條件下降低幅度較小，因此可以說明，低磷脅迫對無性系平2、龍4、A13的小枝細胞總含水量影響不大。

2.1.2 低磷脅迫對木麻黃無性系小枝自由水與束縛水含量的影響

水分在植物體內的作用，不僅與其總含量的多少有關，也與它在植物體內的存在狀態有關。水分在植物體細胞內通常呈自由水和束縛水兩種狀態：自由水參與各種代謝活動，它的含量多少直接影響植物代謝程度的強弱，自由水含量占總含水量的百分比越大，則植物整體的代謝越旺盛，但抗性越低；束縛水不參與植物體的代謝作用，但植物要求低微的代謝強度去適應不良的外界條件，因此束縛水的含量與植物的抗性大小有密切關系[6]。

由圖2可以看出，無性系平2、龍4、湛1、A13、501、南山7、莆20在P0條件下，小枝細胞內自由水含量都比其在P1條件下含量高，而無性系701自由水含量有所降低。

由圖3可以看出，無性系平2、A13、501、701小枝細胞內束縛水含量在P0條件下，都比其在P1條件下分別增加了45.04%、2.31%、12.33%、29.13%，說明在低磷脅迫下，這幾個無性系的抗性比龍4、湛1、南山7、莆20高。 而在P1條件下，無性系之間小枝細胞內束縛水含量相差不大，則說明了低磷脅迫會顯著影響木麻黃無性系的小枝束縛水含量，進而影響其抗逆性的強弱。

圖4為木麻黃無性系在P0和P1條件下小枝細胞自由水和束縛水含量的比值，其中南山7在P0條件下自由水與束縛水含量的比值比其在P1條件下的比值增加了0.0068%，同時也可看出，除701外，其余無性系小枝的自由水與束縛水含量的比值在P0條件下都比在P1條件下有所增加。

由以上分析可以說明，低磷脅迫對無性系701的小枝自由水含量與束縛水含量的比值有較大的影響，在P0條件下，701具有較好的抗性。而低磷脅迫對其他七個無性系的自由水與束縛水含量沒有顯著的影響。

2.2 低磷脅迫對木麻黃無性系可溶性總糖含量的影響

碳水化合物是所有植物以及菌類的主要成分，可溶性總糖是植物碳水化合物的一種。在植物體內，可溶性總糖的含量增多，能提高細胞液濃度，降低細胞組織冰點，緩沖細胞質過度脫水，保護細胞質膠體使其不至于凝固。

由圖5可以看出，平2、A13、501在低磷脅迫下，其小枝的可溶性總糖比P1條件下分別降低了14.98%、1.91%、6.57%，而龍4、湛1、701、南山7、莆20的小枝可溶性總糖比其在P1條件下分別升高了4.69%、12.42%、1.41%、12.25%、20.19%，說明在低磷脅迫下，無性系龍4、湛1、南山7、莆20細胞中會產生比較多的可溶性總糖。

從圖5中也可以看出，盡管在P0和P1條件下，無性系小枝的可溶性總含量都有一定的差異，但是方差分析顯示，無性系之間和無性系種內的差異性不顯著，也即是低磷脅迫對木麻黃小枝中可溶性總糖含量的影響不顯著。

2.3 低磷脅迫對木麻黃不同無性系丙二醛含量的影響

在逆境脅迫下，植物組織細胞的質膜過氧化產生大量的丙二醛（MDA），因此丙二醛可作為植物組織膜脂過氧化的指標。

由圖6可以看出，在低磷脅迫下（P0），無性系A13、南山7小枝MDA含量遠大于其在P1條件下的含量，分別比其在P1條件下增加了70.7%、88.2%，說明無性系A13和南山7對低磷脅迫敏感。其余幾個無性系在P0和P1條件下，其小枝細胞丙二醛含量相差不是很大，表明低磷脅迫對平2、龍4、湛1、501、701、莆20無性系小枝丙二醛含量影響不大。

2.4 低磷脅迫對木麻黃無性系小枝過氧化氫酶(CAT)活性的影響

過氧化氫酶（CAT）是植物體內主要的抗氧化酶之一，主要分布在植物細胞的過氧化物酶體、乙醛酸循環體和細胞質中，少數分布在線粒體內，它的主要功能是催化H2O2的分解，減輕H2O2對植物細胞的過氧化傷害；提高植株的耐旱性和耐鹽性，提高植株對溫度的抗逆性，降低植物組織DNA損傷；提高植物的光合能力，增強植物抵抗能力，延緩植物細胞組織衰老，誘導細胞全能性，因此，過氧化氫酶是植物體重要的抗氧化酶，在脅迫下對維持細胞內的氧還原平衡至關重要，其活性越強，則植株的抗性越大。

從圖7可以看出，低磷脅迫對平2，湛1、701、南山7無性系小枝過氧化氫酶有較大影響，在低磷脅迫下（P0），平2，湛1、701、南山7無性系小枝過氧化氫酶比其在P1條件下有所下降。

由圖8可以看出，盡管無性系在P0條件下其過氧化氫酶與其在P1條件下都會有所差異，但方差分析顯示，無性系之間在P0和P1條件下的過氧化氫酶活性的差別未達到顯著水平，因此說明了低磷脅迫對無性系小枝過氧化氫酶活性無顯著影響。

3 小結

3.1 在P0條件下，無性系平2、龍4、A13小枝總水分含量比其在P1條件下有所降低，低湛1、501、701，南山7、莆20總水分含量有所下增加，幅度都不大；其中，低磷脅迫對無性系平2、龍4、A13的小枝細胞總含水量影響最小。

3.2 在P0條件下，無性系平2、龍4、湛1、A13、501、南山7、莆20小枝細胞內自由水含量都比其在P1條件下高，而無性系701自由水含量低。無性系平2、A13、501、701小枝細胞內束縛水含量比其在P1條件下有所增加，其中南山7在P0條件下自由水與束縛水含量的比值比其在P1條件下的比值增加了0.0068%，其余無性系的自由水與束縛水含量的比值也有所增加，幅度不大。說明低磷脅迫對無性系701的小枝自由水含量與束縛水含量的比值有較大的影響，在P0條件下，701具有較好的抗性，而低磷脅迫對其他七個無性系的自由水與束縛水含量沒有顯著的影響。

3.3 在低磷脅迫下平2、A13、501小枝的可溶性總糖低于其在P1條件下的，而龍4、湛1、701、南山7、莆20比其在P1條件下升高了，但均未達顯著水平，說明低磷脅迫對木麻黃小枝中可溶性總糖含量的影響不大。

3.4 在低磷脅迫下，無性系A13、南山7小枝MDA含量遠大于其在P1條件下的含量，說明無性系A13和南山7對低磷脅迫敏感；其余幾個無性系在P0和P1條件下，其小枝細胞組織丙二醛含量相差不是很大，證明了低磷脅迫對無性系平2、龍4、湛1、501、701、莆20小枝組織丙二醛含量影響不大。

3.5 低磷脅迫下無性系平2，湛1、701、南山7小枝過氧化氫酶比其在P1條件下有所下降，但差異未達到顯著水平，因此說明低磷脅迫對無性系小枝過氧化氫酶活性無顯著影響。

參考文獻

[1] Epsein E. Mineral nutrition of plants. New York， J Wiley and Sons.， Inc， 1972: 151-56.

[2] 張福鎖.植物營養生態生理學和遺傳學[M].北京：中國科學技術出版社，1993: 53-63.

[3] 徐向華.馬尾松及幾種闊葉樹磷素營養研究[D]. 貴陽：貴州大學碩士學位論文，2002.

[4] 周志春，謝鈺容，金國慶，等.馬尾松種源對磷肥的遺傳反應及根際土壤營養差異[J].林業科學.2003，39(6)：62-67.

[5] Batten G D. A review of phosphorus efficiency in wheat[J].Plant and Soil. 992，146：163-168.

[6] 葉功富，張水松，黃傳英，等.木麻黃人工林地持續利用問題的探討[J].林業科技開發.1994， (4): 18-19.

[7] 葉功富，張水松，施純淦，等.木麻黃造林區域地理環境和立地條件的研究[J].防護林科技.2000， (S1): 133-136.

[8] 梁霞.磷脅迫對不同杉木無性系酸性磷酸酶活性的影響[J].植物生態學報，2005，29(1): 54-59.

[9] 葉功富，等.土壤鹽脅迫對木麻黃生長和sheng生化特性的影響[J]. 防護林科技，2000，(專刊): 186～189.

[10] 葉功富，等.不同生育階段木麻黃林養分循環的研究[J]. 防護林科技，1996，(專刊): 31～34.