瀕危植物膝柄木與其伴生樹種的生理適應性分析

任 哲，謝偉東，劉 易，曹雨虹

（廣西大學林學院，廣西南寧 530004）

膝柄木屬植物分布于東南亞的熱帶地區，膝柄木（Bhesa robusta）屬衛矛科（Celastraceae）膝柄木屬，為我國特有種[1]，是該屬分布最北且原產地僅存20株以下的12種木本植物之一[2]。目前已發現的膝柄木只有15株，1株位于廣西北海市南康鎮下擔村，14株位于防城港市江平鎮巫頭村[3]。由于人類對生境的破壞，生境退化和菟絲子（Cuscuta chinensis）寄生纏繞導致膝柄木生長不良[4]。其屬于國家Ⅰ級保護野生植物，已列為廣西極小種群野生植物，膝柄木種群的研究對其保護具有重要性和緊迫性[5]。

1 材料與方法

1．1 試驗地概況

試驗地位于廣西東興市江平鎮巫頭村（107°53'～108°15'E，21°31'～21°44'N），屬南亞熱帶氣候，年均降水量2 000 mm，年均蒸發量1 000～1 400 mm，年均相對濕度80%；年均氣溫22～23 ℃，≥10 ℃年積溫7 708～8 261 ℃，最低氣溫度-1．8 ℃，年均日照時長1 561～2 253 h。季風明顯，海洋性強，冬季盛行干燥寒冷的東北季風，夏季盛行高溫高濕的西南季風和東南季風[1]。

1．2 試驗方法

在試驗地內分別選擇3 株膝柄木和6 個優勢伴生樹種紅鱗蒲桃（Syzygium hancei）、黑嘴蒲桃（S.bullockii）、海南蒲桃（S.hainanense）、蒲桃（S.jam?bos）、蔓九節（Psychotria serpens）和少花海桐（Pittos?porum pauciflorum）生長良好的植株，每株間距10 m左右，分別在樹冠中部的東、南、西和北4 個方向取其正常枝條上的當年生完整且成熟的健康葉片（頂芽下第3 對葉片），混合后作為樣本，分為2 份，1 份用于現場測定葉綠素和細胞質膜滲透性，另1 份用冷藏箱帶回實驗室測定其他生理指標。

1．3 指標測定

葉綠素含量的測定采用分光光度法，在663 nm和645 nm波長下比色測量葉綠素a和b 的吸光度[6]，根據Arnon公式[7]分別計算葉綠素a、葉綠素b和葉綠素總含量。細胞質膜滲透性的測定采用電導率法；過氧化物酶（POD）活性的測定采用愈創木酚比色法；過氧化氫酶（CAT)活性的測定采用分光光度法；超氧化物歧化酶（SOD）活性的測定采用NBT光還原法；丙二醛（MDA）含量的測定采用硫代巴比妥酸法[8]。采用模糊數學中的隸屬函數法[9]對不同植物的不同生理指標進行綜合評價，如果某一指標與綜合評判結果呈負相關，則用反隸屬函數計算。25 ℃處理的細胞膜透性和MDA含量與其生理性能呈負相關關系，采用反隸屬函數計算，其余4個指標采用隸屬函數計算。

1．4 數據處理

采用Excel、Sigmaplot和SPSS軟件進行處理。

2 結果與分析

2．1 葉綠素含量比較

葉綠素a 和葉綠素b 含量差異極顯著（P＜0．01），膝柄木的葉綠素a和葉綠素b 含量最高，表明膝柄木的葉片能較好地吸收和轉換光能，適于在光照強度較弱的環境生長；總葉綠素含量差異極顯著（P＜0．01），表現為膝柄木＞蔓九節＞蒲桃＞海南蒲桃＞少花海桐＞黑嘴蒲桃＞紅鱗蒲桃，說明膝柄木對南亞熱帶濱海的夏季高溫強光照條件適應性較差；葉綠素a/b差異極顯著（P＜0．01），表現為黑嘴蒲桃＞海南蒲桃＞膝柄木＞少花海桐＞蔓九節＞蒲桃＞紅鱗蒲桃，通常耐陰植物的葉綠素a/b 值相對較小，膝柄木的葉綠素a/b 值處于群落的中等水平，表明膝柄木在原生群落中可能處于喬木層的第2層，屬于亞優勢種（表1）。

表1 7個樹種葉綠素含量比較Tab.1 Comparison on chlorophyll contents of seven species （mg/g）

2．2 細胞質膜滲透性比較

7個樹種的葉片在常溫（25 ℃）和低溫（0 ℃）處理下的細胞質膜滲透率差異顯著（P＜0．05），高溫（50 ℃）處理差異極顯著（P＜0．01）。常溫下滲透率最大為海南蒲桃，其次為少花海桐，最小為膝柄木；低溫下滲透率最大為蔓九節，其次為海南蒲桃，最小為膝柄木；高溫下各樹種均呈現出較大的滲透率，膝柄木的滲透率最大，其次為黑嘴蒲桃，最小為蒲桃（表2）。

表2 不同溫度下7個樹種細胞質膜滲透性比較Tab.2 Comparison on cytoplasmic membrane permeability of seven species under different temperatures （%）

2．3 葉片抗氧化酶活性及MDA含量

膝柄木與6 個伴生樹種的POD、CAT 和SOD 活性均差異極顯著（P＜0．01），MDA 含量差異不顯著（表3）。膝柄木葉片POD 活性最大，CAT 和SOD 活性處于中下水平，MDA 含量最小。具有相同生理特征的還有少花海桐和蔓九節，均有較高的POD 活性和相對較低的CAT 和SOD 活性；蒲桃屬4 個樹種的POD 活性很低，CAT 活性較高。7 個樹種的MDA 含量均較低，表現為黑嘴蒲桃＞蔓九節＞少花海桐＞海南蒲桃＞蒲桃＞紅鱗蒲桃＞膝柄木。

表3 7個樹種抗氧化酶活性及MDA含量比較Tab.3 Comparison on antioxidant enzyme activity and MDA content of seven species

2．4 7個樹種生理指標的隸屬度及綜合評價

膝柄木與6個伴生樹種的生理性能表現為海南蒲桃＞蒲桃＞黑嘴蒲桃＞膝柄木＞紅鱗蒲桃＞蔓九節＞少花海桐（表4）。與群落調查時各樹種的生長情況相符，海南蒲桃和蒲桃生長最好；黑嘴蒲桃、膝柄木和紅鱗蒲桃受菟絲子寄生，蔓九節和少花海桐處在灌木層，生長較差。

表4 7個樹種生理指標的隸屬度及綜合評價Tab.4 Membership and comprehensive evaluation of physiological indexes of seven species

4 結論與討論

葉綠素含量在一定程度上反映植物葉片的光合作用潛能，是植物營養狀況和植物受脅迫及外界環境因子干擾狀態的指示器[10]。研究表明在逆境脅迫條件下葉綠素含量會降低[11]。葉綠素a 和葉綠素b含量在一定程度上體現了植物光合能力的大小[12]。Anderson 等[13]的研究表明，葉綠素b 含量越高，植物對光能的轉化效率就越高。葉綠素a 和葉綠素b 含量低，表明植物具有適應強光環境的能力[14]。葉綠素a/b 值與植物抗逆性呈顯著負相關[15]，被認為是植物對逆境適應程度的敏感指標[13]。

本研究調查顯示，紅鱗蒲桃是廣西沿海主要天然植物群落中的優勢種和建群種，是尚存片斷化塊狀分布的原生種群。一般耐陰性較強的植物單位鮮葉質量的葉綠素含量相對于耐陰性較弱的植物高，由此推斷膝柄木可能是生長在以紅鱗蒲桃等為優勢種的群落下層的陰性樹種，由于紅鱗蒲桃的木材價值較高，人為砍伐致使膝柄木處于群落的上層，受到高溫和強光照的脅迫。

在一定溫度范圍內，植物細胞電解質外滲率越小，其對溫度脅迫的抗性越強[16]。葉片細胞質膜滲透率的變化，在一定程度上反映了植物葉片受害后的生理變化[17]，通過葉片細胞質膜滲透率可以判斷植物對高溫和低溫環境的抗性。本研究的7個樹種在常溫下和低溫下滲透率均較小，說明它們對低溫均有不同程度的耐受能力，其中膝柄木對低溫的耐受能力最強，其葉細胞組織易受高溫傷害；蒲桃對低溫的耐受能力處于中等水平，對高溫耐受能力最強。

植物在逆境條件下可以通過自身抗氧化系統消除多余自由基來保護植物的膜系統[18]；SOD、CAT和POD 是抗氧化系統的主要抗氧化酶，可相互協同，在一定條件下將H2O2高效消除[19]。MDA 是細胞膜質過氧化最終分解的產物，其含量可以反映植物遭受逆境脅迫傷害的程度[20]。在一定條件下，植物抗氧化酶系統調節能力有限，體內還積累了一些氧自由基沒有被清除，進而引起膜過氧化并最終導致MDA 含量增加[21]；MDA 的累積會加劇膜的損傷，葉片中MDA 含量越高，說明細胞膜脂過氧化作用越強，該物種的抗逆性可能就越弱[22]。總體上，7 個樹種MDA含量和變異系數均較小，說明各樹種都具有較強的生理功能和抗逆能力，均能適應濱海高溫、高濕的氣候條件和沙地的干旱生境。

綜合評價結果表明，膝柄木對濱海環境具有一定的適應性，但已開始出現衰老跡象。現場調查顯示，膝柄木的原生群落由于嚴重的人為破壞而消失，并由蒲桃屬灌木叢為主的群落替代，在其分布區域未見膝柄木幼苗幼樹更新，可能是因為濱海高溫和沙化土壤干旱脅迫及寄生植物（菟絲子）的危害，以及自花授粉造成的種子敗育，導致其無法正常更新；膝柄木沒有受到重視和保護，人為干擾嚴重，導致其成為瀕危物種。由于膝柄木對分布地的生境具有一定適應性，建議政府部門建立保護小區就地保護，學者們可對其生物學特性、生境特征、種子傳播與萌發機理和幼苗幼樹生長條件等進行進一步研究，未來可結合年度季節變化與環境因子進行綜合分析，通過人工育種和栽培在保護小區種植，實現其人工更新和種群擴增，避免膝柄木“極小種群”的種質資源消失。