水分脅迫對珍貴樹種赤皮青岡幼苗生理特性的影響

吳麗君，李志輝，鄒 峰

水分脅迫對珍貴樹種赤皮青岡幼苗生理特性的影響

吳麗君，李志輝，鄒 峰

（中南林業科技大學 林學院， 湖南 長沙 410004）

以珍貴樹種赤皮青岡1年生實生幼苗為試驗材料，以100 g/L（輕度）、200 g/L（中度）、300 g/L （重度）的PEG6000溶液模擬水分脅迫，對水分脅迫下幼苗葉片的光合色素和過氧化氫（CAT）酶活性等生理指標進行了研究。結果表明：脅迫處理1 d時，100 g/L PEG6000處理下赤皮青岡幼苗葉片的葉綠素a（Chla）、葉綠素b（Chlb）含量、葉綠素總量（ChlT）和CAT酶活性均顯著高于對照，200 g/L和300 g/L PEG6000處理的光合色素含量和CAT酶活性顯著低于對照；但脅迫處理3 d時，3個處理的光合色素含量和CAT酶活性均低于對照，且差異顯著。研究結果初步說明赤皮青岡1年生幼苗可承受短時期輕度水平的水分脅迫，對長時間的水分脅迫反應敏感。

赤皮青岡; 水分脅迫；幼苗；生理特性

水是世界上最珍貴的資源，但陸地上約有1/3的干旱半干旱地區由于水分極為短缺限制了樹木達到最大生長量，而其它大部分地區也由于不可預料的季節性干旱而在一定程度上抑制了樹木的生長。赤皮青岡Cyclobalanopsis gilva 又名紅稠，殼斗科青岡屬樹種，生于海拔300～1 500 m的山地，為我國珍貴的瀕危樹種，而且是上等的珍貴用材樹種，適作家具、車船、紡織器材、樂器、運動器械等[1]。目前國內外對赤皮青岡的研究較少，僅限于地理分布和分類方面[2-4]。赤皮青岡的成片天然林稀少，局地保留了零星的少量古木大樹，由于鼠害、蟲蛀和人為破壞等因素的影響，其幼林自然更新存在嚴重的問題，人工造林成為彌補其成林面積的有效措施之一。赤皮青岡在我國主要分布在浙江、福建、臺灣、湖南、廣東、江西、貴州等省，在人工造林過程中，繁育的赤皮青岡幼苗移栽上山后，生長初期很容易受到季節性干旱天氣的影響，成活率往往不高。本研究通過對赤皮青岡1年生實生幼苗進行PEG6000模擬水分脅迫處理，測定其部分生理指標的變化，探討其對干旱的抗性強弱，以便為后續研究確立其抗旱評價指標體系、篩選出耐干旱的種源、提高其造林成活率、擴大成林面積提供技術支持和理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

赤皮青岡為1年生實生苗，2011年3月上旬取自安化縣小淹鎮淹洲林場苗圃。

1.2 設計與處理

2011年3月上旬，將取回來的赤皮青岡1年生實生苗的根系剪去1/3后移栽于塑料盆內，盆內裝有1 kg營養土，一盆一株，放置于中南林業科技大學生科樓6樓樓頂，正常澆水管理，澆水后蓋上塑料薄膜保持濕度，待苗木完全恢復正常生長后（大約兩個月），于5月上旬選擇苗高基本一致的幼苗（株高約0.25 m），移入分別含有100 g/L（處理1，輕度脅迫）、200 g/L（處理2，中度脅迫）、300 g/L PEG6000（處理3，重度脅迫）的Hongland營養液中培養，3個處理相對應的水勢分別為-0.3、-0.6、-0.9 MPa。以Hongland營養液水培的幼苗作為對照，共4個處理，每個處理10株，3次重復。在各處理營養液中分別培養1 、2 、3 d后，分別取各處理幼苗的葉片，進行葉綠素a（Chla）、葉綠素b（Chlb）、類胡蘿卜素（Car）含量和過氧化氫酶（CAT）活性的測定。

1.3 測定方法與儀器設備

赤皮青岡幼苗葉片葉綠體色素的提取參照李合生[5]的方法，色素的測定以95﹪乙醇為空白，在波長665、649和470 nm下測定吸光度值（OD值，A），然后計算Chla（Ca）、Chlb（Cb）、葉綠素總量 ChlT（CT）和 Car（Cx·c）的質量濃度（mg/L），計算公式分別為：

求得質量濃度后按公式計算葉組織中各色素的含量(mg/g)。

CAT酶液的提取參照李合生等[5]的方法，活性測定采用高錳酸鉀滴定法, 酶活性以每克（g）鮮葉1 min內分解H2O2的毫克數（mg）表示。

采用EXCEL 2003軟件處理試驗數據，用SPSS 13.0軟件進行差異顯著性分析，采用Duncan新復極差法（LSR）多重比較不同處理之間的差異，設定置信度p為1﹪。

2 結果與分析

2.1 PEG6000處理對赤皮青岡幼苗葉綠素含量的影響

由圖1～3所示：隨著脅迫時間的延長，對照的Chla、Chlb和ChlT含量基本保持不變，而3個處理的赤皮青岡幼苗葉片的Chla、Chlb和ChlT含量均呈現明顯下降趨勢，而且隨著脅迫強度的增強，Chla、Chlb和ChlT含量也明顯下降。

圖1 不同處理對赤皮青岡葉Chla含量的影響Fig.1 Effects of different treatments on chlorophyll a contents in leaves of C. gilva

圖2 不同處理對赤皮青岡葉Chlb含量的影響Fig.2 Effects of different treatments on chlorophyll b contents in leaves of C. gilva

圖3 不同處理對赤皮青岡葉ChlT含量的影響Fig.3 Effects of different treatments on chlorophyll total contents in leaves of C. gilva

當脅迫處理1 d時，處理1的Chla、Chlb和ChlT含量比對照高，處理2和處理3的Chla、Chlb和ChlT 含量比處理1和對照低，且差異顯著（見表1），說明在短時間輕度水分脅迫下，赤皮青岡的光合作用反而有所增強，以便合成更多的同化產物來適應逆境；當脅迫程度進一步加強時，其光合作用受到抑制，光合色素降解加強，合成減弱。從表1還可以看出，當脅迫處理3 d時，3個處理的ChlT含量顯著低于對照（p＜0.01），說明當脅迫處理時間太長時，低脅迫水平就可抑制赤皮青岡的光合作用，當脅迫程度達到中等以上時，抑制作用更明顯。

2.2 PEG6000處理對赤皮青岡幼苗類胡蘿卜素含量的影響

如圖4所示：隨著脅迫時間的延長，3個處理的Car含量呈明顯的下降趨勢，例如脅迫處理1 d時，處理1的Car含量為0.33 mg/g；3 d時，處理1的Car含量僅為0.21 mg/g，降幅達到36.36﹪，而對照基本沒變化。隨著脅迫強度的增加，Car含量也急劇降低，脅迫處理3 d時，3個處理的Car含量均低于對照，且差異顯著（見表2），但處理1和處理2之間無差異。說明長時間的脅迫條件下，輕度水分脅迫致使Car的合成受到抑制，含量下降，而且隨著脅迫程度的增加，Car含量進一步降低。

表1 不同處理下葉綠素含量多重比較結果 ?Table 1 Multiple comparison results of chlorophyll contents of different treatments mg·g-1

圖4 不同處理對赤皮青岡葉Car含量的影響Fig.4 Effects of different treatments on carotenoid contents in leaves of C. gilva

2.3 PEG6000處理對赤皮青岡幼苗CAT酶活性的影響

CAT酶廣泛分布于植物組織，它能將細胞的H2O2分解成為H2O和O2，是細胞內H2O2的重要清除劑。如圖5所示：隨著脅迫時間的延長，對照處理的CAT酶活性基本沒變化，而不同處理下的CAT酶活性均呈現下降趨勢；而且隨著脅迫強度的加強，CAT酶活性逐漸降低。

表2 不處理下類胡蘿卜素含量多重比較結果Table 2 Multiple comparison results of carotenoid contents of different treatments

當脅迫處理1 d時，處理1的CAT酶活性比對照高，處理2和處理3的CAT酶活性比處理1和對照低，且差異顯著（見表3），說明短時間內輕度水平的水分脅迫可以促使赤皮青岡體內的CAT酶活性提高來抵抗逆境，維持正常生長；當水分脅迫達到中等水平以上時，其CAT酶活性迅速降低，說明此程度的干旱脅迫破壞了植物的活性氧清除機制，降低了植物體內的保護酶活性，通過目測，此時植株生長不良，葉色變黃。當脅迫處理3 d時，3個處理的CAT酶活性均顯著低于對照（p＜0.01），說明即使是在低水平的脅迫環境下，由于脅迫時間太長，赤皮青岡體內的自我修復機制遭到破壞，導致其保護酶活性降低。綜合上述研究結果，可以初步判斷赤皮青岡幼苗對輕度水分脅迫環境有較好的適應性，在中度以上水分脅迫環境中，生長和代謝受到一定程度的限制。

圖5 不同處理對赤皮青岡葉CAT酶活性的影響Fig.5 Effects of different treatments on CAT activity in leaves of C. gilva

表3 不同處理下CAT酶活性的多重比較結果Table 3 Multiple comparison results of CAT activity of different treatments

3 討 論

水分脅迫使植物的光合作用、氮代謝、核酸代謝等受到影響,引起代謝物含量和代謝相關的酶活性發生變化[6-10]。葉綠素是綠色植物進行光合作用的主要色素，其含量同光合作用的關系十分密切，在一定程度上能反映植物合成同化物質的能力。許多實驗表明，水分脅迫可使葉綠素含量降低[11-14]。水分脅迫下葉綠素含量下降的原因主要是由于水分虧缺抑制了葉綠素的合成，并促進分解。葉綠素含量的降低不僅是由于合成受阻，而且與水分脅迫下誘導葉綠體發生膜脂過氧化而產生的活性氧、丙二醛(MDA)對葉綠素的破壞有關。本研究的結果：隨著水分脅迫時間的延長，赤皮青岡幼苗葉片的葉綠素a、葉綠素b和類胡蘿卜素含量均表現下降趨勢也印證了這個觀點。

CAT酶是一種酶類清除劑，是生物防御體系的關鍵酶之一。本實驗中赤皮青岡幼苗在不同質量濃度的PEG6000溶液處理下，隨著脅迫時間的延長，CAT酶活性均下降，而有些研究者的試驗結果是抗氧化酶活性（包括CAT酶）隨著水分脅迫的加強而升高[15-17],這可能與實驗材料種類不同有關。本試驗由于試驗材料數量有限，測定的生理指標還不夠全面，在以后的研究中，還應廣泛搜集赤皮青岡地理分布區的種源，對其苗期水分脅迫下的形態、生長和生理生化指標進行更詳細、更深入的研究，為建立珍貴樹種赤皮青岡的耐旱指標體系、篩選耐旱的優良種源提供可靠依據。

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Effects of water stress on seedlings’ physiological characteristics of Cyclobalanopsis gilva

WU Li-jun, LI Zhi-hui, ZOU Feng
(School of Forestry, Central South University of Forestry and Technology, Changsha 410004, Hunan, China)

By taking one-year-old seedlings of Cyclobalanopsis gilva (Blume) Oersted as the testing material, the water stress conditions were simulated with concentration gradient of 100 g/L, 200 g/L and 300 g/L PEG6000 solution, and the physiological indexes of photosynthetic pigments and catalase activity of leaves were studied under the condition of water stress. The results indicate that the chlorophyll a, chlorophyll b , chlorophyll a+b and CAT activity of seedling’ leaves treated by 100 g/L PEG6000, lasting water stress one hours, were higher than the contrast’s significantly, the photosynthetic pigments and catalase activity of the seedlings treated by 200 g/L PEG6000 and 300 g/L PEG6000 were lower than contrast’s significantly after cultivating one day. When cultivating three days, photosynthetic pigments and catalase activity of the three treatments were lower than contrast’s significantly. It showed that seedlings of one-year C. gilva could stand light water stress for a short time and were quite sensitive to long-time water stress.

Cyclobalanopsis gilva; water stress; seedlings; physiological characteristics

S718.51+2.3

A

1673-923X (2012)07-0010-04

2012-03-10

國家“十二五”科技支撐項目“中部地區珍貴樹種楸樹和赤皮青岡定向培育研究與示范”（項目編號：2011BAZ20308703）

吳麗君（1980—），女，湖南益陽人，講師，博士生，研究方向：林木定向培育；E-mail:lijun_wu@126.com

李志輝（1957—），男，湖南益陽人，教授，博士生導師，主要從事林木定向培育研究；E-mail: lzh1957@126.com

[本文編校：謝榮秀]