水淹脅迫對(duì)4個(gè)樹(shù)種幼苗葉片生理特征的影響

廖浩斌 譚宗健 孫紅梅 劉盼盼 黃稚清 袁森

摘要：以團(tuán)花、大葉紫薇、小葉青岡、廣東潤(rùn)楠幼苗為材料，采用人工模擬水淹脅迫，分別對(duì)4種樹(shù)種幼苗進(jìn)行不同持續(xù)時(shí)間（0、3、6、9、12、15、18、21、24、27 d）的水淹脅迫處理，測(cè)定各樹(shù)種幼苗葉片的超氧化物歧化酶（SOD）活性、丙二醛（MDA）含量、葉綠素含量等生理指標(biāo)。結(jié)果表明：SOD活性團(tuán)花水淹處理均低于對(duì)照，但在水淹后期保持穩(wěn)定;大葉紫薇高于對(duì)照;小葉青岡除水淹6 d外，其他處理均低于對(duì)照，廣東潤(rùn)楠除水淹6、12 d外均低于對(duì)照。MDA含量團(tuán)花呈現(xiàn)先降后升的趨勢(shì)，水淹后期趨于穩(wěn)定;大葉紫薇除水淹24 d外，其他水淹處理均低于對(duì)照;小葉青岡和廣東潤(rùn)楠水淹處理MDA含量均高于對(duì)照。葉綠素含量團(tuán)花和大葉紫薇呈波動(dòng)變化，但在水淹后期趨于穩(wěn)定，與對(duì)照相差不大;小葉青岡水淹處理均比對(duì)照低，廣東潤(rùn)楠除水淹3、15 d外，其他處理均比對(duì)照低。根據(jù)4個(gè)樹(shù)種幼苗葉片在水淹條件下的生長(zhǎng)情況及SOD、MDA、葉綠素含量的變化判定，團(tuán)花和大葉紫薇2種樹(shù)種的耐水淹能力良好，能及時(shí)自我調(diào)節(jié)應(yīng)對(duì)水淹脅迫的傷害;小葉青岡和廣東潤(rùn)楠2種植物的耐水淹能力較弱。

關(guān)鍵詞：水淹脅迫;葉片;生理指標(biāo);樹(shù)種幼苗

DOI： 10.13651/j.cnki.fjnykj.2018.11.004

水是植物生長(zhǎng)必不可少的一個(gè)因素，但水分過(guò)多對(duì)植物也是一種傷害。水淹會(huì)導(dǎo)致植物根部有氧呼吸受阻，影響植物細(xì)胞和組織的正常運(yùn)作，膜脂過(guò)氧化作用增強(qiáng)，產(chǎn)生較多有害物質(zhì)[1]。為了應(yīng)對(duì)水淹造成的傷害，植物體內(nèi)會(huì)產(chǎn)生一系列生理生化反應(yīng)，且不同植物的反應(yīng)能力有所不同。篩選和應(yīng)用耐水濕樹(shù)種是世界性的難題[2]，而我國(guó)特別是南方地區(qū)擁有著豐富的濕地資源，因此篩選耐水濕樹(shù)種將為濕地造林提供更大的應(yīng)用空間。本研究選擇4個(gè)華南地區(qū)常見(jiàn)的樹(shù)種團(tuán)花Neolamarckia cadamba（Roxb.） Bosser、大葉紫薇Lagerstroemia speciosa（Linn.） Pers.、小葉青岡Cyclobalanopsis myrsinifolia（Bl.） Oerst.、廣東潤(rùn)楠Machilus kwangtungensis Yang幼苗作為研究對(duì)象，通過(guò)測(cè)定各樹(shù)種幼苗葉片的超氧化物歧化酶（SOD）活性、丙二醛（MDA）含量、葉綠素含量，研究不同持續(xù)時(shí)間水淹脅迫處理對(duì)4個(gè)樹(shù)種幼苗生理特征的影響，為篩選耐水濕的樹(shù)種提供一定的參考。

1材料與方法

1.1材料

供試苗木均為1年生試生袋苗，購(gòu)于廣東國(guó)森林業(yè)有限公司苗圃基地。選用生長(zhǎng)健壯，無(wú)明顯病蟲(chóng)害，植株生長(zhǎng)狀況整齊一致的苗木。試驗(yàn)于2017年8月至9月在廣州市林業(yè)和園林科學(xué)研究院苗木種質(zhì)資源圃?xún)?nèi)的生理生化實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行。

1.2試驗(yàn)方法

苗木購(gòu)置后統(tǒng)一在試驗(yàn)場(chǎng)所先養(yǎng)護(hù)1個(gè)月，待其適應(yīng)試驗(yàn)地環(huán)境且正常生長(zhǎng)后再進(jìn)行處理。水淹處理前將4個(gè)樹(shù)種幼苗放置于90 cm×90 cm的水槽中，每個(gè)水槽放1個(gè)樹(shù)種，每個(gè)樹(shù)種幼苗10株且同種幼苗長(zhǎng)勢(shì)基本一致。在水槽中加入清水，水面高于土壤表面5 cm，每天觀(guān)察并維持水位。試驗(yàn)設(shè)水淹0（CK）、3、6、9、12、15、18、21、24、27 d共10個(gè)處理，測(cè)定各處理樹(shù)種幼苗葉片的SOD活性、MDA含量和葉綠素含量，每個(gè)樹(shù)種每個(gè)指標(biāo)3次重復(fù)。所有材料全部在試驗(yàn)當(dāng)天從試驗(yàn)植株上隨機(jī)采摘后低溫保存，并馬上進(jìn)行測(cè)定。取樣選取樹(shù)種幼苗上完整、新鮮的葉片，剪下后清洗干凈并擦干水分。

由于小葉青岡幼苗和廣東潤(rùn)楠幼苗在21 d時(shí)已瀕臨死亡，葉子幾乎全部枯萎，21 d后不再測(cè)這兩種樹(shù)種幼苗葉片生理指標(biāo)。

1.3測(cè)定方法

SOD活性采用氯化硝基四氮唑藍(lán)（NBT）光化還原法測(cè)定，MDA含量采用硫代巴比妥酸（TBA）顯色法測(cè)定，葉綠素含量采用分光光度法測(cè)定[3]。

1.4數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)采用Microsoft Excel 2010和SPSS 24.0軟件進(jìn)行處理，圖表采用Origin 2017進(jìn)行繪制。

2結(jié)果與分析

2.1水淹脅迫對(duì)4個(gè)樹(shù)種幼苗葉片SOD活性的影響

從表1可見(jiàn)，隨著水淹脅迫處理時(shí)間的延長(zhǎng)，團(tuán)花幼苗葉片SOD活性總體變化不大，水淹處理至15 d，SOD活性變化較小;水淹18 d明顯降低，較15 d下降了9.71%，比對(duì)照下降了13.12%;后又緩慢上升，水淹27 d時(shí)比對(duì)照低3.81%。大葉紫薇SOD活性呈現(xiàn)水淹前期上升，水淹后期保持穩(wěn)定，各水淹處理的SOD活性均比對(duì)照高;水淹3 d時(shí)SOD活性急劇上升，之后總體變化幅度不大，有小幅度波動(dòng)。小葉青岡幼苗SOD活性整體呈現(xiàn)先升后降的趨勢(shì)，水淹6 d時(shí)SOD活性最大，比對(duì)照上升1.94%;隨后開(kāi)始下降，水淹18 d時(shí)SOD活性比對(duì)照下降了20.99%。廣東潤(rùn)楠SOD活性呈現(xiàn)先升后降的變化趨勢(shì)，水淹3 d時(shí)SOD含量基本不變，水淹6 d時(shí)開(kāi)始上升并在12 d達(dá)到峰值，隨后開(kāi)始下降，水淹18 d比對(duì)照下降了0.47%。

2.2水淹脅迫對(duì)4個(gè)樹(shù)種幼苗MDA含量的影響

從表2可見(jiàn)，隨著水淹脅迫處理時(shí)間的延長(zhǎng)，團(tuán)花MDA含量總體呈現(xiàn)先上升后下降趨勢(shì)，水淹處理至6 d，MDA含量有小幅度下降，水淹6 d含量最低，隨后持續(xù)上升;水淹12 d時(shí)含量最高，比對(duì)照上升了58.48%，后又持續(xù)下降;水淹21 d時(shí)MDA含量基本與對(duì)照持平，隨后回升。大葉紫薇MDA含量除了水淹24 d外，其他水淹處理均比對(duì)照低;水淹9 d時(shí)MDA含量最低，比對(duì)照下降了53.85%;水淹24 d時(shí)MDA含量最高，比對(duì)照上升了2.74%;之后又下降。小葉青岡在水淹條件下MDA含量呈現(xiàn)先上升后下降再上升的趨勢(shì)，水淹處理至9 d，MDA含量上升，并且在9 d時(shí)到峰值，隨后下降;水淹15 d時(shí)上升。廣東潤(rùn)楠MDA含量呈現(xiàn)了先上升后下降趨勢(shì)，但均高于對(duì)照和其他3種植物;水淹6 d時(shí)MDA含量達(dá)到峰值，比對(duì)照上升了496.15%;隨后又開(kāi)始持續(xù)下降但仍保持較高水平，水淹18 d時(shí)MDA含量比對(duì)照高226.92%。

2.3水淹脅迫對(duì)4個(gè)樹(shù)種幼苗葉綠素含量的影響

隨著水淹處理時(shí)間的延長(zhǎng)，團(tuán)花體內(nèi)葉綠素含量呈現(xiàn)先上升后下降再上升的趨勢(shì)，水淹3 d時(shí)葉綠素含量輕微下降，水淹6 d時(shí)葉綠素含量最高，隨后持續(xù)下降;水淹18 d時(shí)葉綠素含量最低，比對(duì)照下降了17.41%，隨后持續(xù)上升。大葉紫薇在水淹3 d時(shí)葉綠素含量下降了6.19%;之后持續(xù)上升，水淹9 d后又下降直到15 d后上升，并在水淹18 d時(shí)達(dá)到峰值。小葉青岡在水淹條件下葉綠素含量明顯下降;水淹處理3 d葉綠素含量為0.85 mg·g-1，比對(duì)照下降了48.79%;隨后隨著水淹處理時(shí)間的延長(zhǎng)，葉綠素總含量有小幅度波動(dòng)，水淹12 d時(shí)含量最低，僅為0.77 mg·g-1。隨后又緩慢上升，在水淹18 d時(shí)葉綠素含量降到對(duì)照的57.83%。廣東潤(rùn)楠葉綠素總含量大體呈現(xiàn)先升后降再升再降的趨勢(shì)，在水淹3 d達(dá)到峰值后開(kāi)始下降，水淹12 d時(shí)又再次上升后又下降;水淹18 d比對(duì)照下降4.06%。

3討論與結(jié)論

3.1討論

3.1.1水淹脅迫與植物體內(nèi)SOD活性變化的關(guān)系據(jù)研究發(fā)現(xiàn)，團(tuán)花和大葉紫薇都比較耐水淹，團(tuán)花在模擬水淹試驗(yàn)中表現(xiàn)良好且沒(méi)有水淹傷害，大葉紫薇的長(zhǎng)勢(shì)也良好。但小葉青岡在模擬試驗(yàn)中發(fā)生嚴(yán)重傷害并在20 d后死亡，屬不耐水淹的樹(shù)種[4]。水淹脅迫會(huì)造成植物缺氧，缺氧會(huì)阻礙植物細(xì)胞內(nèi)電子鏈的正常傳遞過(guò)程，引起植物體內(nèi)過(guò)氧化物和超氧負(fù)離子的大量積累，對(duì)植物產(chǎn)生傷害[5]。為了減小水淹脅迫造成的傷害，植物會(huì)通過(guò)產(chǎn)生各種抗氧化酶來(lái)保護(hù)自身。而其中SOD活性的增加對(duì)植物抵御因水淹造成的厭氧脅迫非常關(guān)鍵。已有較多研究表明，SOD活性與植物的抗逆性正相關(guān)[6]。因此水淹脅迫下植物SOD活性會(huì)有不同程度增加，但鑒于植物產(chǎn)生SOD能力有限，并不會(huì)隨著脅迫的增強(qiáng)而無(wú)限制增大[7]。

試驗(yàn)結(jié)果表明，4種樹(shù)種幼苗葉片SOD在試驗(yàn)過(guò)程中都有不同程度的上升和下降。水淹脅迫對(duì)團(tuán)花幼苗葉片SOD活性影響不大，雖然在水淹18 d時(shí)出現(xiàn)明顯下降，但之后又能穩(wěn)定持續(xù)上升。而大葉紫薇SOD活性一直保持在較高的水平。團(tuán)花和大葉紫薇在水淹條件下外觀(guān)沒(méi)有出現(xiàn)明顯傷害且生長(zhǎng)良好的特點(diǎn)，說(shuō)明這2種樹(shù)種幼苗在水淹脅迫下體內(nèi)活性氧產(chǎn)生并不多，且自身產(chǎn)生SOD能力較強(qiáng)。小葉青岡和廣東潤(rùn)楠SOD活性均是輕微升高后再緩慢下降，說(shuō)明此時(shí)體內(nèi)產(chǎn)生的活性氧已經(jīng)超過(guò)了SOD的清除能力，并影響了植物自身合成SOD的能力。

3.1.2水淹脅迫與植物體內(nèi)MDA含量變化的關(guān)系水淹條件下造成的缺氧會(huì)導(dǎo)致植物積累大量活性氧，導(dǎo)致葉片膜脂過(guò)氧化作用增強(qiáng)，會(huì)產(chǎn)生大量的氧化產(chǎn)物MDA，MDA會(huì)傷害植物的細(xì)胞和組織[8]。MDA的出現(xiàn)以及含量變化表明不同的樹(shù)種幼苗受到不同程度的膜脂過(guò)氧化傷害[9]。試驗(yàn)結(jié)果表明，團(tuán)花MDA含量呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)，并且穩(wěn)定在一定濃度水平;大葉紫薇MDA含量基本保持穩(wěn)定，只是小幅度波動(dòng);小葉青岡幾乎為持續(xù)上升的狀態(tài);廣東潤(rùn)楠雖為先上升后下降的趨勢(shì)，但下降后MDA含量仍為對(duì)照的3.27倍。這說(shuō)明團(tuán)花在水淹條件下，可以通過(guò)自身調(diào)節(jié)使自身體內(nèi)MDA含量恢復(fù)到正常水平，大葉紫薇在水淹條件下MDA含量呈波浪式變化，但始終低于正常水平。通過(guò)這兩種植物的MDA含量變化可以看出，耐水淹植物在長(zhǎng)期水淹條件下，可以通過(guò)自身調(diào)節(jié)使MDA含量始終不會(huì)過(guò)高從而保護(hù)植株，確保厭氧條件下膜脂的穩(wěn)定，保護(hù)各組織免受過(guò)氧化物傷害。在試驗(yàn)中，小葉青岡和廣東潤(rùn)楠在水淹末期MDA含量均遠(yuǎn)高于對(duì)照，說(shuō)明不耐水淹的植物在水淹脅迫時(shí)間延長(zhǎng)后已無(wú)法通過(guò)自身調(diào)節(jié)來(lái)降低MDA含量，MDA會(huì)與細(xì)胞膜上的蛋白質(zhì)、酶等結(jié)合，最終導(dǎo)致生物膜嚴(yán)重受損，從而導(dǎo)致植株死亡。

3.1.3水淹脅迫與植物體內(nèi)葉綠素含量的關(guān)系水淹脅迫會(huì)打破葉綠素的合成與分解動(dòng)態(tài)平衡[1]，并破壞葉綠體膜，葉綠體合成中的反應(yīng)—5氨基酮戊酸（5ALA）的合成受到抑制而影響葉綠體合成葉綠素的能力[10]。因而葉綠素含量會(huì)降低。團(tuán)花和大葉紫薇在水淹條件下，葉綠素含量總體呈現(xiàn)先上升后下降再上升的波動(dòng)性變化，但總體變化幅度不大，與未水淹處理差異不大。這2種樹(shù)種在水淹脅迫下，葉綠素含量的波動(dòng)有可能和葉綠素的生成和降解有關(guān)。植物在受到水淹脅迫時(shí)會(huì)加強(qiáng)葉綠素的合成，這與水淹脅迫對(duì)葉綠素的降解形成動(dòng)態(tài)平衡，從而使得體內(nèi)的葉綠素水平維持在一個(gè)正常的動(dòng)態(tài)水平，并維持葉片的色澤和光合作用功能的正常發(fā)揮。小葉青岡在受到水淹脅迫3 d時(shí)葉綠素含量就大幅降低，隨后一直處于低水平，表明某些不耐水淹植物體內(nèi)葉綠素在水淹情況下的生成和分解會(huì)失衡，使得葉綠素含量一直很低。廣東潤(rùn)楠體內(nèi)的葉綠素也處于動(dòng)態(tài)的變化之中，變化趨勢(shì)為上升-下降-上升-下降，水淹后期葉綠素含量與未水淹處理的差異不大，這說(shuō)明有些不耐水淹植物在水淹狀態(tài)下葉綠素含量不會(huì)受到很大影響。

3.2結(jié)論

在水淹脅迫下植物會(huì)通過(guò)一系列生理響應(yīng)來(lái)保護(hù)自身，減少水淹脅迫造成的傷害。本試驗(yàn)中4個(gè)樹(shù)種在水淹脅迫下，團(tuán)花SOD活性在后期保持上升的趨勢(shì)，大葉紫薇在27 d時(shí)體內(nèi)SOD活性高于對(duì)照SOD活性，團(tuán)花和大葉紫薇MDA含量在水淹后期趨于穩(wěn)定狀態(tài)，兩者的葉綠素含量雖然有波動(dòng)但最后都與未水淹處理相差不大;試驗(yàn)觀(guān)察結(jié)果發(fā)現(xiàn)2個(gè)樹(shù)種在水淹27 d時(shí)仍生長(zhǎng)良好，并伴有新根和新梢生長(zhǎng)，說(shuō)明這2種樹(shù)種的耐水淹能力良好，能及時(shí)自我調(diào)節(jié)來(lái)應(yīng)對(duì)水淹脅迫的傷害。小葉青岡和廣東潤(rùn)楠SOD活性在試驗(yàn)前期先上升隨后下降，MDA含量在水淹18 d時(shí)比對(duì)照高，兩者的葉綠素含量在整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程中不停波動(dòng)變化，但在水淹18 d時(shí)含量均比對(duì)照低;試驗(yàn)觀(guān)察結(jié)果發(fā)現(xiàn)2個(gè)樹(shù)種在水淹處理21 d時(shí)瀕臨死亡，葉子全變黃，說(shuō)明這2種植物的耐水淹能力較弱。

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（責(zé)任編輯：林玲娜）