邊坡先鋒植物新銀合歡幼苗抗旱能力研究

徐建霞+王建柱+李磊+徐萌

摘要：新銀合歡是水利水電工程邊坡修復中最常用的物種之一。以新銀合歡幼苗為試驗材料，進行盆栽控水自然干旱脅迫（停止澆水）50 d及復水10 d處理，研究干旱脅迫對其生理生化特性的影響。結果表明，隨著干旱脅迫處理時間的延長，幼苗受害指數增大，葉綠素含量隨干旱程度的增加而呈減小的趨勢；電導率、可溶性糖含量、游離脯氨酸含量、丙二醛（MDA）含量均有不同程度的升高；SOD、POD、CAT 3種酶活性的變化趨勢大致相同，整體呈現出先上升而后下降的趨勢，相關性研究表明，三者之間呈極顯著正相關（P

關鍵詞：新銀合歡；邊坡修復；干旱脅迫；生理生化特性；復水

中圖分類號： X171.4 文獻標志碼： A 文章編號：1002-1302（2017）18-0134-05

收稿日期：2016-05-16

基金項目：國家自然科學基金（編號：51179094）；國家科技支撐計劃（編號：2012BAC06B02-04）。

作者簡介：徐建霞（1988—），男，貴州畢節人，碩士，主要從事恢復生態和生態工程方面的研究。E-mail：529438648@qq.com。

通信作者：王建柱，副教授，碩士生導師，主要從事恢復生態和生態工程方面的研究。E-mail：wangjianzhu@126.com。 水利水電工程在建設過程中由于開挖路塹、填筑路堤，不可避免地導致原生植被損毀，在公路兩旁出現了大面積的裸露邊坡[1-2]，直接或間接引發諸多的生態環境問題，例如水土流失、邊坡大面積滑坡以及環境污染等。植被是庫區河岸帶和邊坡的重要組成部分，具有防止水土流失、綠化和美化河岸景觀、減少水體污染等多種功能[3]。但水電工程形成的邊坡環境往往比較惡劣，如長期處于干旱狀態、土壤貧瘠甚至缺失等，使得大部分植物因難以適應這種生境而無法正常生長，最終導致死亡。干旱脅迫是僅次于病蟲害對動植物造成損失的第二大危害。干旱是影響植物和農作物生長和發育的重要逆境因子[4-5]，是導致植物體內缺水而引起植物的形態特征、生理生化過程、酶等發生變化的重要因素[6]。因此，研究邊坡生態修復植被的生態適應性，篩選出既抗旱又適于復雜多變條件下裸露邊坡生長的最佳適生樹種尤為重要。

新銀合歡（Leucaena leucocephala）屬薩爾瓦多型，別稱薩爾瓦多銀合歡，為豆科（Leguminosae）銀合歡屬（Leucaena）適生性強的多年生常綠喬木，主根發達，有根瘤菌，可以固氮和提高土壤肥力，是理想的水土保持作物和木本綠肥植物，近年來在金沙江地區作為生態恢復初期的先鋒樹種取得了較為理想的效果[7-8]。目前銀合歡的研究主要集中在營養成分及飼用[9]、根系生長情況[10]以及對土壤理化性質的改變[11]等方面，而對銀合歡苗木抗旱性的研究鮮有報道。本試驗采用盆栽方法對新銀合歡耐旱潛力進行研究，了解其抗旱機理、干旱適應特點，利用其特征與效率等方面的機制，為邊坡恢復引種及栽培提供指導，以及為幼苗的前期管理提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料與試驗設計

將新銀合歡小幼苗于2015年4月移栽于內徑25 cm、高30 cm的塑料花盆中，供試土壤為三峽大壩香溪河邊坡所采集土壤，基本理化性質：全氮含量1.041 g/kg，有機質含量 14.82 g/kg，全磷含量0.896 g/kg，pH值7.3（水土比為 1 ∶ 2.5）。依據全國第二次土壤普查對土壤營養水平的劃分標準（表1），供試土壤有機質含量處于中等偏低水平（級別4），氮含量處于中等水平（級別3），磷含量處于中等偏高水平（級別2）。供試土壤經過充分混合，隨機分裝于花盆中。所有花盆均放在同一個溫棚隔間。待幼苗長至16 cm左右時，開始試驗。采用自然干旱脅迫的方法，對待測苗木進行控水處理，在試驗當天給新銀合歡幼苗澆足水分（水分為田間持水量的75%～85%），為干旱0 d（對照）；之后用自然干旱脅迫的方法在停止澆水后10、20、30、40、50 d及復水后10 d（相對應的土壤含水量見表2）對處理幼苗進行各項生理生化指標的測定。每組試驗重復9株。

1.2 試驗指標的測定及方法

1.2.1 幼苗生長和生物量的測定 用米尺對植株幼苗高度等指標進行測量，并觀察記錄植株葉片生長狀況、分枝等形態

生長特征。生物量的測定：將各植株和土壤分開，把根、莖、葉上的土壤洗凈、晾干，按根、莖、葉3部分存放。根、莖剪切成小塊后與葉各自分開放于烘干箱中先于105 ℃下殺青處理15 min，后置于65 ℃烘箱24 h烘干至恒質量，取出在電子天平（精確度為0.000 1 g）上測干質量。

1.2.2 苗木生化指標 參照李合生的方法測定新銀合歡幼苗抗旱性相關指標[12]，電導率的測定采用電解質滲量法；葉綠素含量測定采用丙酮浸提法；可溶性糖含量測定采用蒽酮比色法；游離氨基酸含量測定采用茚三酮溶液顯色法；SOD總活性的測定采用氮藍四唑（NBT）法；丙二醛（MDA）含量采用硫代巴比妥酸比色法測定；POD總活性的測定采用愈創木酚法；CAT總活性的測定采用紫外吸收法。

1.3 數據統計處理

利用Excel 2007進行各測定指標的計算以及數據整理，利用SPSS 19.0統計分析軟件采用單因素方差分析（one way ANOVA方法）進行顯著性檢驗及多重比較，對不同干旱條件下新銀合歡幼苗生理生化指標數據進行顯著性分析，設定顯著性水平α=0.05；采用Origin 8.1和Excel 2007繪圖。

2 結果與分析

2.1 干旱脅迫對新銀合歡幼苗株高的影響

苗高是最直觀、最容易測定的形態指標。在苗木生長期間，適宜的水分是保證苗木正常生長的重要條件，土壤水分和養分過高或過低都會影響苗木的正常生長。由圖2可知，在同一生長時期內，干旱處理的新銀合歡幼苗株高均低于對照（干旱處理0 d），并隨著干旱天數的增加而呈明顯的下降趨勢，且差異顯著（P<0.05）。endprint

2.2 干旱脅迫對幼苗生物量的影響

隨著干旱脅迫天數的增加，幼苗的總生物量呈遞減的趨勢。干旱0 d條件下總生物量最高（5.22 g），顯著高于除干旱10 d處理外其他處理

2.3 干旱脅迫對幼苗葉綠素含量的影響

葉綠體是植物光合作用過程中吸收光能的器官，其中葉綠素是葉綠體中的主要色素，直接參與光合作用中光能的吸收、傳遞、分配和轉化等過程，也是葉片功能持續時間長短的重要標志[13-14]。有研究表明，植物在受到干旱脅迫時，葉綠素分解導致葉綠素含量相應降低及葉綠索a/葉綠素b比值降低[15]；因此，可以用葉綠素a/葉綠素b比值下降的程度來評定植株的抗旱性。隨著干旱脅迫的加劇，葉綠素a含量、葉綠素b含量、葉綠素總含量、葉綠素a/葉綠素b均呈逐漸減小的趨勢。干旱30、40、50 d葉綠素a含量、葉綠素b含量、葉綠素總含量均與干旱0、10、20 d，復水后10 d差異顯著（P0.05）（表4），說明在一定干旱條件下正常復水有利于增加葉綠素a含量、葉綠素b含量、葉綠素總含量以及葉綠素a/葉綠素b的比值，使新銀合歡幼苗葉綠素恢復到較好的健康狀態進行光合作用，減小其苗木的受害程度。

2.4 干旱脅迫對幼苗電導率、可溶性糖、游離脯氨酸含量的影響

植株電導率高低是判斷樹木營養狀況好壞的一項重要指標，也是反映植株抗逆性強弱的指標之一[16]。本試驗結果表明，在正常澆水條件下（干旱處理0 d），新銀合歡幼苗電導率維持在0. 090 μS/cm左右，但隨著干旱天數的增加，電導率呈先增加后減小又增加的趨勢。在干旱50 d時，植株電導率最高，為0.227 μS/cm，是干旱0 d條件下近2.5倍，與其他干旱組差異顯著

隨著干旱天數的增加，土壤含水量降低，植株可溶性糖含量呈增加的趨勢，在干旱40 d時含量最高，為 287.39 mg/g，干旱0 d時含量最低，為206.50 mg/g。干旱脅迫植株體內可溶性糖含量總是顯著高于正常澆水組（干旱0 d）的可溶性糖含量（P0.05），但與其他處理組之間差異顯著（P

游離脯氨酸是一種調節滲透的物質，許多植物能通過滲透調節物質來維持細胞一定的含水量和膨壓，從而維持細胞的正常生理功能，特別是在植物處于逆境時，體內游離脯氨酸會大量積累[17]。本研究中，干旱脅迫植株體內游離脯氨酸含量總體顯著高于正常澆水（干旱0 d）也證實了上述結論（表5）。隨干旱天數的增加，新銀合歡幼苗體內的游離脯氨酸含量呈先增加后減小的趨勢。復水后10 d苗木游離脯氨酸含量下降，且與干旱50 d顯著差異（P<0.05）。說明干旱后復水，新銀合歡幼苗通過根系從土壤中吸收到水分，而幼苗為了調節自身體內的滲透平衡，只能通過降低自身的滲透物質含量如游離脯氨酸含量等來維持細胞的內穩態，從而維持細胞的正常生理功能。

2.5 干旱脅迫對幼苗抗氧化酶活性的影響

超氧化物歧化酶（SOD）是需氧生物中普遍存在的一種含金屬酶，其活性與植物抗性密切相關，較高的SOD活性是植物抵抗逆境脅迫的生理基礎。當植株遭受干旱脅迫時，其體內SOD活性呈上升趨勢[18]。新銀合歡幼苗SOD總活性如圖2所示，隨干旱天數的增加，新銀合歡幼苗SOD總活性呈先增大后減小的趨勢。復水后10 d SOD總活性與干旱 0 d 差異不顯著（P>0.05），與其余干旱組之間差異顯著（P<005）。研究結果說明復水降低了苗木SOD的總活性，植株幼苗的受害程度在減弱。

在干旱脅迫條件下，植物一般通過增強體內POD活性來分解或清除其體內的超氧陰離子自由基及H2O2，起到防御活性氧或其他過氧化物自由基對細胞膜系統傷害的作用，從而避免植物遭受傷害，是植物體內與SOD酶相似的另一種保護性酶[19]。干旱脅迫條件下新銀合歡幼苗POD總活性變化趨勢與SOD總活性變化趨勢相似，總體呈先增加后減小的趨勢。復水后苗木體內POD總活性下降，但與干旱50 d時的活性差異不顯著（P>0.05）（圖3）。

過氧化氫酶（CAT）是植物體內重要的抗氧化保護酶，屬于血紅蛋白酶，含有鐵，它能催化過氧化氫分解為水和分子

氧。在干旱脅迫條件下，水分的缺失可誘導增強植物葉片內CAT的活性，加速對H2O2的分解，進而避免羥基自由基的生成，在一定程度上阻止或減少了羥基自由基形成，對植物細胞的膜質過氧化及對脂質過氧化引起的DNA損傷有一定程度的保護作用[20]。由圖4可知，干旱脅迫條件下新銀合歡幼苗CAT活性隨干旱天數的增加，呈先增大后減小的趨勢。在干旱40 d時CAT活性達到最高，在干旱0 d時活性最低，且兩者差異顯著（P<0.05）。

2.6 干旱脅迫對幼苗MDA含量的影響

丙二醛（MDA）是植物細胞膜脂質過氧化作用的產物，當植株處于干旱脅迫條件下時，植株體內MDA含量就會增加，MDA含量的積累能破壞細胞膜的結構和功能，引起細胞膜功能紊亂，其含量的高低可以反映植株生理代謝活動的強弱和植株遭受傷害的程度[4]。本研究中，干旱處理條件下幼苗MDA含量均高于對照組，且差異性都顯著（P株遭受傷害的程度。

2.7 不同干旱天數條件下幼苗各指標之間的相關性分析

新銀合歡幼苗在不同干旱天數條件下各指標相關性分析結果（表6）表明，總葉綠素含量除與葉綠素a/葉綠素b呈極顯著正相關外，與其他指標均呈極顯著負相關（P005）；SOD、POD、CAT 3種活性酶呈極顯著正相關（P<0.01）。

3 討論與結論

試驗研究結果表明，不同程度的干旱脅迫顯著抑制了新銀合歡幼苗的生長，并對其生物量、葉綠素含量、可溶性糖含量、脯氨酸含量、SOD活性、POD活性、CAT活性、MDA含量等生理生化指標產生了重大影響。有研究表明，干旱脅迫會導致植物體內葉綠素含量降低，但抗旱性差的降低幅度較大。本研究得出，隨著干旱脅迫的加劇，葉綠素含量呈降低的趨勢，但降低幅度并不顯著，這與張成軍在干旱脅迫下對4種木本植物幼苗研究得出的結果[21]和閻勇等對玉米研究的結果[22]相似，表明了干旱脅迫并沒有抑制新銀合歡幼苗的光合潛力。隨著干旱天數的增加，土壤含水量的降低，可溶性糖含量和脯氨酸含量大幅度提高，當干旱達到40 d時，脯氨酸積累量達到最大（1 757. 5 μg/g），接近干旱0 d的10倍；可溶性糖也達到最大值。脯氨酸含量和可溶性糖含量急劇增加，是對干旱脅迫的一種適應，這與李渡等對苜蓿[23]和宋淑明對紫花苜蓿的研究結果[24]一致。在經過復水10 d后，新銀合歡幼苗葉片的可溶性糖含量和脯氨酸含量都急劇下降，雖跟干旱0 d差異顯著，但已經逐漸在緩解干旱帶來的危害 。endprint

本研究得出，隨干旱程度的加劇，SOD、POD、CAT 3種酶活性的變化趨勢大致相同，相關性研究表明，三者之間存在著極顯著正相關性。這與楊青川等對紫花苜蓿、扁蓿豆的研究結果[25]一致。原因是植物器官在逆境情況下會發生膜脂過氧化作用，從而積累膜脂過氧化物的最終分解產物丙二醛（MDA）[26]和游離脯氨酸[27]，體內活性氧代謝加強會導致活性氧或其他過氧化物自由基的積累從而傷害細胞膜。在干旱脅迫條件下，植物一般通過增強SOD活性和POD活性來清除體內的超氧陰離子自由基，而增強CAT活性分解H2O2為H2O和O2；SOD、POD、CAT 3種酶協同作用，維持植物體內活性氧的代謝平衡，從而起到保護生物體不受較大傷害的作用，最終增強植物對逆境的抗性[28]。

有研究表明，抗旱性越弱的植物，其體內MDA含量變化幅度越大[29]。隨著干旱脅迫的加劇，新銀合歡幼苗MDA增加幅度后期都比較小，表明新銀合歡在一定干旱情況下膜脂過氧化程度變動不大，復水10 d后，MDA含量急劇下降，已基本恢復到了對照組水平，與之差異不顯著。說明植物體內氧化性損傷的同時修復機制也在同步進行，在新銀合歡重度干旱脅迫之后（土壤含水量為4.3%）重新灌溉能夠降低膜質過氧化作用，使植物緩解干旱脅迫帶來的傷害[30]。

通過對新銀合歡幼苗各項生理生化指標的分析得出，其幼苗具有較強的抗旱能力，在干旱脅迫條件下，各項生化指標反應良好，表現出較強的干旱適應特性；在嚴重干旱后復水，各項指標又逐漸恢復接近對照水平。但影響植物生長的因素很多也很復雜，除植物自身生理特性外，同時還受多種外界環境因子的影響。本試驗是在盆栽環境中進行的，與實際生境有一定差異。因此，對新銀合歡抗旱性進行全面評價時，應當結合實際生境，從生態、生理2個方面考慮，為新銀合歡能在干旱少雨的地區合理栽培與管理提供準確詳細的依據。

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