不同種源馬尾松對干旱脅迫的生理生態響應

韓文萍，丁貴杰，鮑 斌

（貴州大學 造林生態研究所，貴州 貴陽 550025）

不同種源馬尾松對干旱脅迫的生理生態響應

韓文萍，丁貴杰，鮑 斌

（貴州大學 造林生態研究所，貴州 貴陽 550025）

選用漳平、安化、黃平等7個種源的馬尾松幼苗進行了盆栽控水試驗，研究了幼苗對干旱脅迫的生理生態響應。結果表明，同一種源不同處理間及同一處理不同種源間的苗高和地莖凈生長量、幼苗可溶性糖含量、SOD活性、MDA活性、NR活性、游離脯氨酸含量等均差異顯著。隨水分脅迫加劇，各種源苗高、地莖凈增量除少數種源在輕度脅迫下有所上升外，總體呈現下降趨勢；可溶性糖、MDA及游離脯氨酸含量、SOD活性、質膜透性總體呈上升趨勢；硝酸還原酶活性呈下降趨勢；不同種源間的變化趨勢相似，但變化幅度有較明顯差異。綜合評價認為：漳平種源耐旱性最好，其次是都勻、龍巖、黃平、古蓬種源，而安化和崇義種源的耐旱性較差。

馬尾松；種源；干旱脅迫；生理生態響應；耐旱性

馬尾松具有對土壤、氣候適應性強，速生、豐產、用途廣泛、全樹綜合利用程度高、纖維和松脂優良等特性而成為南方最主要用材樹之一[1-3]。水是一切生命之源，缺水對植物的危害相當于其它自然災害之和[4]。因此，許多學者開展了植物耐旱特性研究[2,5-14]。馬尾松苗木質量的好壞，特別是耐旱能力的強弱，關系到馬尾松造林的成敗。因此，研究馬尾松苗木的耐旱機理及尋求提高苗木抗旱能力的方法十分必要。

本試驗在前人研究的基礎上，進一步擴大試驗內容，研究在不同干旱脅迫條件下，各種源馬尾松幼苗的生長狀況和對干旱脅迫的生理響應,分析不同種源的耐旱性, 初步鑒定出不同種源的耐旱性強弱，為選擇耐旱種源和掌握各種源對干旱脅迫的適應過程提供依據。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

選取具有一定代表性的貴州都勻、黃平，江西崇義，湖南安化，福建漳平、龍巖、廣西古蓬7個種源作為育苗材料，選取用這7個種源所育成的半年生苗木作為試驗材料。

1.2 方 法

采用盆栽控水試驗，盆栽土壤取自貴州大學林學院苗圃內，土壤飽和持水量為：59.32%。盆子規格為：高20 cm，直徑16 cm。試驗采用隨機區組試驗，每個種源設4個干旱梯度，分別為：正常供水，即對照，土壤含水量為(42±5)%(土壤相對含水量為70%±5%)；輕度脅迫，土壤含水量為(33±5)%(土壤相對含水量為55%±5%)；中度脅迫，土壤含水量為(25±5)%(土壤相對含水量為41%±5%)：重度脅迫，±壤含水量為(18±5)%(土壤相對含水量為30%±5%)。每個梯度處理有4盆苗木，每盆栽3～4株，整個試驗重復3次。土壤相對含水量=土壤含水量／土壤飽和持水量×100%。脅迫處理歷時1個月，從8月29日開始，一直持續到9月29日結束。試驗期間采用稱重法控制土壤含水量。干旱脅迫處理期間，每天傍晚采用稱重法，計算需要補澆水量后用量筒準確加入相應水量。

試驗處理期間，對苗高、地莖每10 d測定一次，生理生化等指標待處理結束后統一測定。可溶性糖采用蒽酮比色法測定，超氧化物歧化酶采用NBT法測定，丙二醛采用TBA法測定，硝酸還原酶采用磺胺比色法測定，游離脯氨酸采用磺基水楊酸法測定，質膜透性采用電導率法測定，光合色素采用乙醇法測定。

1.3 數據處理

數據用Excel和SPSS軟件進行分析，用方差分析法進行差異顯著性檢驗。

2 結果與分析

2.1 干旱脅迫對苗高和地莖的影響

干旱脅迫對苗木生理狀況的影響必然會導致苗木外在形態的變化[8]，植株苗高和地莖是植物獲取能量能力的主要表現之一,而高和莖的凈增長率對其影響的表述更全面、準確[10]。所以，本研究采用凈增長率來比較不同種源間的耐旱性差異。

方差分析表明，干旱脅迫對苗高生長的影響，在同一干旱處理不同種源之間，以及在同一種源不同干旱處理之間均差異顯著（P＜0.05）（苗高和地莖凈生長量、幼苗可溶性糖含量、SOD活性、MDA活性、NR活性、游離脯氨酸含量也一樣）。

由圖1圖2可以看出：干旱脅迫對各個種源幼苗均產生了不同程度的抑制作用。在育苗的中后期，輕度干旱脅迫能夠適當促進苗木高生長（安化除外）和莖生長（都勻和古蓬除外），但當脅迫達到中等程度后，其苗高生長和莖生長開始明顯下降，其中，對高生長抑制作用最明顯的是貴州黃平種源,高增長下降了38.36%；而對莖生長一直作用最明顯的是都勻種源，抑制作用最弱的是漳平種源，增長率為41.28%；從中度脅迫到重度脅迫，各種源高生長和莖生長均受到了嚴重抑制，其中都勻種源苗高生長下降幅度最大，而古蓬種源下降較小；莖生長則是安化種源下降較小，而漳平種源下降較大。

圖1 干旱脅迫對不同種源苗高生長的影響Fig. 1 The effects of drought stress on seedlings high net growth from different provenances

圖2 干旱脅迫對不同種源地莖生長的影響Fig. 2 The effects of drought stress to stem volumenet growth from different provenances

綜合而言，在脅迫條件下，總體生長最好的是漳平種源，安化、龍巖、黃平、古蓬、崇義種源次之，最差的是都勻種源。

2.2 干旱脅迫對可溶性糖的影響

可溶性糖是植物體內的一種重要的滲透調節物質，當植物在逆境條件下時，常通過增加含量來維持細胞滲透平衡，從而起到一定作用的抗逆性。可溶性糖含量增加后，可以為苗木提供更多的能量，更會降低植物滲透勢，使苗木自身的耐旱能力提升而適應外界環境條件的變化。所以，可溶性糖含量增加幅度大的種源耐旱適應性強。

由圖3可以看出，隨脅迫程度加深，各種源針葉內可溶性糖含量總體呈上升趨勢。在輕度脅迫時，除古蓬、漳平種源可溶性糖含量下降外，其余種源可溶性糖含量均呈上升趨勢。其中崇義種源上升最多，增加了31.15%。從輕度到中度脅迫，可溶性糖含量均顯著上升，上升趨勢最顯著的是漳平種源，最小的是黃平種源。重度脅迫時，可溶性糖含量的增長趨勢較中度脅迫時變緩，其中，增幅最大的是漳平種源，增幅最小的是龍巖種源。綜上，漳平種源滲透調節能力較強，古蓬種源滲透調節能力較弱。

圖3 干旱脅迫對不同種源幼苗可溶性糖的影響Fig. 3 The effects of drought stress to soluble sugar content from different provenances

2.3 干旱脅迫對超氧化物歧化酶（SOD）的影響

干旱脅迫對苗木的影響，在一定程度上是加速了植物的衰老和死亡，SOD是酶促防御系統的重要保護酶之一，可清除超氧陰離子自由基而抵御膜脂過氧化，減少膜傷害。一般情況下，SOD活性與脅迫程度呈現正相關關系[11]。

隨脅迫增加，SOD活性呈增加趨勢（圖4）。輕度脅迫時，除都勻和古蓬種源外，其余種源的SOD活性均比對照明顯上升；在中度脅迫時，各種源SOD活性都顯著增大，而在重度脅迫時，SOD活性變化已趨于平緩，變化幅度較小。漳平種源的SOD活性增幅最大，其在干旱脅迫下抵御傷害的能力最強，都勻種源SOD活性增幅最小，在干旱脅迫下自我保護能力較弱。

圖4 干旱脅迫對不同種源馬尾松幼苗SOD活性的影響Fig. 4 The effects of drought stress to superoxide dismutase activity from different provenances

2.4 干旱脅迫對丙二醛(MDA)的影響

植物衰老時會產生膜脂過氧化作用，其產物MDA會對生物膜產生嚴重損傷。通常把它作為膜脂過氧化指標，表示細胞膜脂過氧化程度和植物衰老指標及對逆境條件反應的強弱[15-16]。其含量高低可代表膜受傷害的程度，MDA含量越高，表明膜受傷害程度越大[12-13]。隨脅迫增大，MDA含量呈現逐漸上升趨勢,但變幅不同（圖5）。從СK到輕度脅迫，各種源MDA含量呈上升趨勢，其中增幅最大的是漳平種源，增幅最小的是崇義種源。中度脅迫，各種源MDA均呈上升趨勢，但變幅較小。從中度到重度脅迫，各種源MDA含量繼續增加，其中變化最大的是古蓬種源，變化最小的是黃平種源。

圖5 干旱脅迫對不同種源馬尾松幼苗MDA的影響Fig. 5 The effects of drought stress to malondialdehyde activity from different provenances

2.5 干旱脅迫對硝酸還原酶（NR）活性的影響

NR是一種誘導酶，是植物氮代謝中的關鍵酶，其活力可反應植物氮素的同化水平，同時對光合作用和能量代謝也有重要影響[7]。通過滲透調節，氮素能降低苗木的蒸騰速率，從而有利于苗木耐旱[15]。由表1可知，隨脅迫加深，NR活性整體均呈下降趨勢，在輕度脅迫時，各種源NR活性下降幅度相對較小，其中漳平種源變化最小，為對照的98.67%。在中度和重度脅迫時，NR活性下降均很明顯。中度脅迫時，安化種源下降最大，下降了49.12%，都勻種源下降最少。重度脅迫時，除湖南安化種源下降較小（5.20%）外，其余種源NR活性下降幅度均較明顯。

表1 干旱脅迫對不同種源馬尾松幼苗NR活性的影響?Table 1 The effects of drought stress to nitrate reductase activity from different provenances

輕度脅迫下，都勻種源下降幅度最大，說明它的氮素同化水平較高，受干旱脅迫的影響較小，耐旱性較高；而漳平、黃平、古蓬等種源的NR活力變化不大，在中、重度脅迫時才有明顯降低，而崇義、安化等種源在輕度脅迫下NR活力就明顯降低，這說明，福建漳平等種源在中重度脅迫時比崇義、安化等種源的耐受性要高。

2.6 干旱脅迫對游離脯氨酸的影響

滲透調節是植物抵御干旱的重要形式，而脯氨酸是滲透調節的主要物質之一。脯氨酸溶液在含水量很低的細胞內提供足夠的自由水，維持正常的生命活動。而且其親水性極強，能穩定原生質膠體及組織內的代謝活動，降低凝固點，防止細胞脫水。所以，脯氨酸含量在一定程度上反映了植物的抗逆性，抗旱性強的植株往往積累較多的脯氨酸。

由圖6可知，游離脯氨酸含量隨干旱脅迫程度的加重而總體呈現上升趨勢。從СK到輕度脅迫，游離脯氨酸含量除都勻、古蓬、崇義種源略有上升外，其余種源均呈下降趨勢。從輕度到中度脅迫，各種源游離脯氨酸含量均有一定程度的增加，其中龍巖種源增加最大，達181.84%，安化種源增加最小，為25.74%。從中度到重度脅迫，各種源游離脯氨酸含量繼續增加，增加最大仍是龍巖種源，增加最小仍是安化種源。

圖6 干旱脅迫對不同種源馬尾松幼苗游離脯氨酸含量的影響Fig. 6 The effects of drought stress to free proline content content from different provenances

綜上所述，耐旱性最好的是都勻種源（輕度脅迫時，脯氨酸含量就有一定增加），其次是龍巖、古蓬、崇義、漳平、黃平種源，安化種源耐旱性相對較差。

2.7 干旱脅迫對質膜透性的影響

細胞膜是細胞感受外界環境脅迫最敏感的部位，而膜選擇透性是其重要功能之一，各種逆境會導致膜選擇透性的改變或者喪失。圖7表明，質膜相對透性隨著干旱脅迫的加劇而呈現上升趨勢。質膜相對透性的增加是植物在干旱脅迫情況下的一種受傷情況。質膜透性越大，膜傷害度越大。以往相關實驗已證實這一點[2，6-7，12]。

圖7 干旱脅迫對不同種源馬尾松幼苗質膜透性的影響Fig. 7 The effects of drought stress to soluble sugar content from different provenances

各種源質膜想對透性均隨脅迫的加劇而呈上升趨勢，經方差分析，同一干旱處理不同種源之間差異不顯著，同一種源不同干旱處理之間差異顯著。

輕度脅迫時，崇義種源上升幅度最大，達27.66%，古蓬種源上升最小為17.26%。從輕度到中度脅迫，上升幅度最大的是漳平種源27.35%，最小的是安化種源8.81%。重度脅迫時，各種源上升幅度明顯變緩，各個種源之中，質膜相對透性變化較大的是都勻種源，變化較小的是崇義種源，說明都勻種源在重度脅迫時膜傷害度最大，耐旱性最弱。

3 結論與討論

輕度脅迫促進馬尾松苗木的生長，而中、重度脅迫則抑制馬尾松苗木的生長（低促高抑）。隨脅迫程度的加深，苗高、地莖凈增量呈現先上升后下降趨勢（圖1、圖2）。在輕度脅迫處理下，苗高、地莖增長出現最大值，這是馬尾松對干旱脅迫的一種適應，也可以說適度干旱脅迫刺激了馬尾松苗木的后期生長。但隨脅迫的加劇，苗高、地莖的增長呈現下降趨勢，說明馬尾松對干旱脅迫的耐受性有限，過度脅迫將導致生長遲緩甚至死亡。

隨干旱脅迫程度加重，植物體內可溶性糖含量（個別種源除外）、SOD活性、MDA含量、游離脯氨酸含量、質膜相對透性呈總體上升趨勢，硝酸還原酶活性呈降低趨勢，但不同種源的變化幅度有所不同。

漳平、龍巖和古蓬種源在輕度脅迫時，苗木中可溶性糖含量減少，可以推測為在輕度脅迫時，漳平、龍巖和古蓬種源還未受到干旱脅迫的影響，或者說，輕度脅迫促進了這三個種源的苗木后期生長。

漳平、黃平種源在輕度脅迫下MDA含量大量增加，在重度脅迫和中度脅迫時，MDA含量增幅變小，可能是由于脅迫刺激了保護酶的活性，從而抑制了膜脂過氧化作用[16]。而古蓬、崇義等種源是輕度脅迫和中度脅迫時MDA含量增幅不大，受到重度脅迫之后，MDA含量才明顯增加，這可能是由于這些種源的保護酶對干旱反應比較敏感，在輕、中度脅迫時活性就已經大大增加，足以抵御膜脂過氧化的損傷，而在重度脅迫時，由于酶活性增加的幅度有限而不足以保護細胞膜不受傷害，從而使MDA大量產生。

綜合評價認為，漳平種源的耐旱性最好，都勻、龍巖、黃平、古蓬種源次之，而安化和崇義種源耐旱性較差。不同種源的耐旱性差異可能是種源所在地的氣候因子、土壤因子、海拔等綜合作用, 并經過漫長的系統發育，產生不同變異的結果[2,6]。

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Physiological and ecological responses of Pinus massoniana seedling from different provenances to drought stress

HAN Wen-ping, D?NG Gui-jie, BAO Bin
( ?nstitute of Silviculture and Ecology，Guizhou University，Guiyang 550025，Guizhou，Сhina)

The physiological and ecological responses of Pinus massoniana seedlings from seven different provenances to drought stress were studied in the potted water control tests with 7 provenances coming from Zhangping, Anhua, Huangping and so on. The results show that the seedlings high net growth, stem volume net growth, soluble sugar content, superoxide dismutase activity, malondialdehyde activity, nitrate reductase activity, free proline content were signif i cantly different in the same provenance but with different process, and the same process but different provenance. The seedlings high net growth and stem volume net growth of most provenances decreased with the aggravation of water stress except individual provenances increased at the temperate water stress. The soluble sugar content,superoxide dismutase activity, malondialdehyde activity, nitrate reductase activity, membrane permeability general increased with water stress increased, while the free proline content decreased. The changing tendency to drought resistance among difference provenances was similar, but the range of change was remarkably different. The comprehensive evaluation indicated that Zhangping provenance exhibited the strongest drought resistance, and Duyun, Longyan, Huangping, Gupeng provenances showed higher drought resistance,Сhongyi and Anhua provenances were relatively weak.

Pinus massoniana; provenance; drought stress; physiological and ecological response; drought resistance

S791.248

A

1673-023X (2012)05-0025-05

2012-2-16

國家863課題（2011AA10020301）；貴州省特助人才課題（TZJF-2007年20號）；貴州省重大專項課題；省人才基地建設項目（黔人領發[2009]9號）；創新團隊建設項目（黔科合人才團隊（2011））；貴州大學研究生創新基金（校研農2009002）

韓文萍（1986-），女，陜西省岐山縣人，碩士研究生，主要從事森林生態學；E-mail：hanwenping110@163.com

丁貴杰（1960-），男，內蒙古突泉縣人，教授，博導，主要從事人工林培育和森林生態研究；

E-mail：guijieding@yahoo.com.cn

[本文編校：歐陽欽]