干旱脅迫下馬尾松苗木生理變化

宋自力，劉建兵，唐 強，饒曉輝

(湖南省林產品質量檢驗檢測中心，湖南長沙 410004)

馬尾松 (Pinus massoniana L．)是我國南方主要造林樹種，也是荒山綠化的先鋒樹種。在育苗過程中，由于未及時灌溉、雜草競爭等原因，馬尾松苗木常會遭受干旱脅迫，從而影響苗木質量，嚴重時甚至影響苗木的成活。干旱脅迫下，苗木體內會發生一系列相應的生理生化變化來抵御或減輕脅迫造成的損傷。通常葉片和根系的生理變化是苗木對干旱脅迫的直觀反映，我們通過分析干旱脅迫下不同種源馬尾松苗木葉綠素含量、丙二醛含量和根系活力等生理指標的變化，探討各生理指標與馬尾松苗木抗旱能力的關系，為揭示馬尾松苗木耐旱機理提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

根據馬尾松的天然分布，選擇廣東信宜、浙江江山、湖南汝城、重慶黔江和湖北大悟5個有代表性種源的種子，于2010年2月在湖南省林木種苗繁育示范中心苗圃進行沙床播種，4月初將芽苗移植到規格為13 cm×12 cm(口徑×高)的黑色營養缽中培育待用。

1.2 干旱脅迫

2010年8月8日開始對上述5個種源的1年生容器苗進行周期性干旱脅迫處理，即對照 (每3 d澆水1次)、中度干旱脅迫 (每6 d澆水1次)、重度干旱脅迫 (每9 d澆水1次)，澆水時將基質澆透。18 d為1個周期，循環3次，于10月1日結束試驗，共計54 d。

1.3 指標測定

每1個干旱脅迫周期結束即每隔18 d，采集3種干旱脅迫處理的針葉，參照張志良［1］、陳建勛［2］的方法分別測定葉綠素含量和丙二醛含量，最后1個脅迫周期結束后，全部收獲苗木，采用李合生的TTC法［3］測定根系活力。

2 結果與分析

2.1 干旱脅迫對不同種源馬尾松苗木葉綠素含量的影響

干旱脅迫下5個種源馬尾松苗木針葉內葉綠素含量測定結果見圖1至圖3。

圖1 干旱脅迫對不同種源馬尾松苗木葉綠素a含量的影響Fig.1 The effects on the chlorophyll content a of P．massoniana seedlings from different provenances under drought stress

圖2 干旱脅迫對不同種源馬尾松苗木葉綠素b含量的影響Fig.2 The effects on the chlorophyll content b of P．massoniana seedlings from different provenances under drought stress

圖3 干旱脅迫對不同種源馬尾松苗木總葉綠素含量的影響Fig.3 The effects on the total chlorophyll content of P．massoniana seedlings from different provenances under drought stress

從圖1至圖3可以看出:干旱脅迫下不同種源馬尾松苗木針葉內葉綠素a、b及總葉綠素的變化規律極其相似。干旱脅迫對不同種源馬尾松苗木針葉內各類葉綠素含量雖有一定影響，但各種源馬尾松苗木針葉內葉綠素含量在不同脅迫時期內隨脅迫程度的加深有升有降，變化趨勢不是很穩定。總體上，每1個脅迫時期內各種源馬尾松苗木針葉內葉綠素含量在中度干旱脅迫下與對照相差較小，說明中度干旱對各種源馬尾松苗木針葉葉肉細胞的傷害較小。隨著脅迫時間的延長，各種源馬尾松苗木針葉內葉綠素總含量有所增加，這可能與馬尾松苗木不但未受脅迫傷害反而逐漸適應干旱環境有關。

2.2 干旱脅迫對不同種源馬尾松苗木丙二醛含量的影響

干旱脅迫對不同種源馬尾松苗木針葉內丙二醛含量影響的結果見圖4。通常，植物在逆境脅迫或衰老過程中，細胞內自由基代謝平衡被破壞，從而為自由基的產生創造有利條件，自由基的毒害之一是引發或加劇膜脂過氧化作用，造成細胞膜系統的損傷，嚴重時導致植物細胞的死亡。丙二醛是膜脂過氧化的最終產物，是膜系統受傷害的重要標志之一。

由圖4可以看出，干旱脅迫初期 (經18 d干旱脅迫，圖4a)，除湖北大悟種源馬尾松苗木針葉內丙二醛含量隨脅迫程度的加深而下降外，其它4個種源馬尾松苗木針葉內丙二醛含量均隨脅迫程度的加深而呈上升趨勢，但湖南汝城和重慶黔江種源馬尾松針葉內丙二醛含量在中度干旱脅迫下反而低于對照，說明脅迫初期中度干旱脅迫還未對這2個種源馬尾松苗木造成損傷。隨著脅迫時間的延長 (經36 d干旱脅迫，圖4b)，各種源馬尾松苗木針葉內丙二醛的總含量有所增加，除廣東信宜種源馬尾松苗木在中度干旱脅迫下其針葉內丙二醛含量高出對照外，其它4個種源馬尾松苗木針葉內丙二醛含量在中度和重度干旱脅迫下都明顯低于對照，但不同種源之間存在差異。干旱脅迫后期 (經54 d干旱脅迫，圖4c)，各種源馬尾松苗木針葉內丙二醛含量呈現與干旱脅迫36 d時相似的變化規律，除廣東種源馬尾松苗木針葉內丙二醛含量在重度干旱脅迫下明顯高出對照外，其它4個種源馬尾松苗木針葉內丙二醛含量在中度和重度干旱脅迫下明顯低于對照，但不同種源之間存在差異。

圖4 干旱脅迫對不同種源馬尾松苗木針葉內丙二醛含量的影響Fig.4 The effects on the malondialdehyde content of P．massoniana seedlings from different provenances under drought stress

2.3 干旱脅迫對不同種源馬尾松苗木根系活力的影響

干旱脅迫下5個種源馬尾松苗木的根系活力測定結果見圖5。根是苗木的重要器官，它不僅具有吸收水分、礦質營養和支撐苗木地上部分的功能，而且還能進行合成代謝等生理活動。根系活力反映苗木根系吸收、合成、生長的綜合表現。因此，維持較高根系活力是苗木抵抗逆境能力的一種表現。

圖5 干旱脅迫對不同種源馬尾松苗木根系活力的影響Fig.5 The effects on the root activity of P．massoniana seedlings from different provenances under drought stress

由圖5可以看出，干旱脅迫對不同種源馬尾松苗木的根系活力有一定的影響，且不同種源之間差異較大。廣東信宜和浙江江山種源馬尾松苗木在干旱脅迫下根系活力與對照相比呈下降趨勢，說明其根系在干旱脅迫下受到傷害，而湖南汝城、重慶黔江和湖北大悟種源馬尾松苗木在干旱脅迫下根系活力與對照相比呈上升趨勢，說明這3個種源馬尾松苗木的根系在干旱脅迫下未受損傷，耐旱能力較強。

3 結論與討論

(1)干旱脅迫處理雖對馬尾松苗木葉綠素a、葉綠素b及總葉綠素含量都有一定影響，但不同脅迫時期差異較大。干旱在脅迫初期，各種源苗木中含量有升有降，并無穩定趨勢，這一結果反映了不同種源在脅迫初期對干旱環境適應能力的差異;隨著脅迫時間的延長，各類葉綠素的總含量有所增加，進一步說明后期馬尾松苗木通過最大程度的保持葉綠素含量來保證光合作用的正常進行，這也證實了周海燕［4］提出的最大程度的保持葉綠素含量是植物對干旱脅迫的一種抵抗和適應。在脅迫完全結束，還發現大部分種源馬尾松苗木針葉內葉綠素含量在中度干旱脅迫下明顯高出對照，而在重度干旱脅迫下又較低，可能的原因是中度干旱脅迫促進了葉片對水分的吸收和貯藏及葉綠素a、b的合成，葉綠素含量的增加還可能與植物對環境因子的補償和超補償效應有關［5］。但干旱脅迫加重后，葉綠素含量呈下降趨勢，這可能是干旱脅迫的加劇引起植物細胞內生理生化改變，使葉綠素合成受阻，降解加快，因此，葉綠素含量迅速下降［6］。

(2)干旱脅迫初期，大部分種源馬尾松苗木針葉內丙二醛含量隨脅迫程度的加深呈有明顯的上升趨勢，這和王啟明［7］對大豆、陳少瑜等［8］對坡柳、畢會濤等［9］對灰棗的研究結果一致，說明脅迫初期馬尾松苗木膜系統受到損傷。但隨著脅迫時間的延長，這種上升趨勢不再出現。在干旱脅迫后期，隨干旱脅迫程度的加深，大部分種源馬尾松苗木針葉內丙二醛含量有所下降，說明脅迫后期馬尾松苗木脂膜過氧化作用較弱，膜系統逐漸得到修復，可能與清除活性氧的各種保護酶的活性增強有關［10］。

(3)本研究中只有廣東信宜種源馬尾松苗木根系活力隨干旱脅迫程度加深而下降，與孔艷菊等［11］對干旱脅迫下黃櫨幼苗根系活力的變化趨勢相近，其它種源馬尾松苗木根系活力沒有受到太大影響，甚至出現隨干旱脅迫程度加深反而上升的趨勢。引起這一現象的原因比較復雜，大多數學者［12－15］對此的解釋是:隨著土壤含水量的下降，根系都有一個提高呼吸強度，釋放較多ATP而使根系活力增大以適應干旱逆境的過程，只是增大的峰值出現時間的早晚，對不同植物材料而言，可能不相同。本研究采用TTC(四氮唑)的還原量反映根系活力，TTC還原能力是測定與呼吸有關的琥珀酸脫氫酶［16］，所以TTC還原能力與呼吸作用有著一定的相關性。干旱脅迫下大多種源苗木呼吸作用增強，根系活力均出現上升趨勢。但是，干旱脅迫對根系活力的影響具體如何，還取決于脅迫的強度和持續的時間，有待今后進一步研究證實。

［1］張志良，瞿偉菁．植物生理學實驗指導 (第三版) ［M］．北京:高等教育出版社，2003．

［2］陳建勛，王曉峰．植物生理學實驗指導［M］．廣州:華南理工大學出版社，2005．

［3］李合生．植物生理生化原理與技術［M］．北京:高等教育出版社，2000．

［4］周海燕．中國東北科爾沁沙地兩種建群植物的抗旱機理［J］．植物研究，2002，22(1):51－55．

［5］鄒春靜，韓士杰，徐文鐸，等．沙地云杉生態型對干旱脅迫的生理生態響應 ［J］．應用生態學報，2003，14(9):1446－1450．

［6］趙瑾，白金，潘青華，等．干旱脅迫下圓柏不同品種葉綠素含量變化規律［J］．中國農學通報，2007，23(3):236－239．

［7］王啟明．干旱脅迫對大豆苗期葉片保護酶活性和膜脂過氧化作用的影響［J］．農業環境科學學報，2006，25(4):918－921．

［8］陳少瑜，郎南軍，賈利強，等．干旱脅迫對坡柳等抗旱樹種幼苗膜脂過氧化及保護酶活性的影響［J］．植物研究，2006(1):88－92．

［9］畢會濤，黃付強，邱林，等．干旱脅迫對灰棗保護性酶活性及膜脂過氧化的影響［J］．中國農學通報，2007，23(2):151－155．

［10］孫國榮，彭永臻，閻秀峰，等．干旱脅迫對白樺實生苗保護酶活性及脂質過氧化作用的影響 ［J］．林業科學，2003，39(1):165－167．

［11］孔艷菊，孫明高，胡雪儉，等．干旱脅迫對黃櫨幼苗幾個生理指標的影響［J］．中南林學院學報，2006，24(4):42－46．

［12］徐孟亮，姜孝成，周廣倍，等．干旱對水稻根系活力與結實性狀的影響［J］．湖南師范大學:自然科學學報，1998，21(3):64－68．

［13］徐興友，張風娟，龍茹，等．6種野生耐旱花卉幼苗葉片脫水和根系含水量與根系活力對干旱脅迫的反應［J］．水土保持學報，2007，21(1):180－184．

［14］徐云嶺，余叔文．植物適應鹽逆境過程中的能量消耗［J］．植物生理學通訊，1990(6):70－72．

［15］苗海霞，孫明高，夏陽，等．鹽脅迫對苦楝根系活力的影響［J］．山東農業大學學報:自然科學版，2005，36(1):9－12．

［16］石巖，于振文，位東斌，等．土壤水分脅迫對小麥根系與旗葉衰老的影響 ［J］．西北植物學報，1998，18(2):196－200．