自然干旱脅迫及復(fù)水處理對紅稈寒竹生理特性的影響

應(yīng)葉青，郭 璟，魏建芬，晏金鳳，路 英，方 偉

（浙江農(nóng)林大學(xué) 浙江省現(xiàn)代森林培育技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，浙江 臨安 311300）

紅稈寒竹 Chimonobambusa marmorea f.variegata為寒竹 Chimonobambusa marmorea的栽培變型［1］，在浙江和福建等省有分布，世界各地多已有引種栽培［1－2］，其株高為 80～120 cm，稈紅色至粉紅色，枝葉繁茂，葉片偶爾具不規(guī)則白色條紋，耐修剪，適于盆栽，觀賞價值極高，為庭院及室內(nèi)綠化的優(yōu)良觀賞竹種［2］。通過紅稈寒竹的抗性研究，充分發(fā)揮其觀賞特性，加快其開發(fā)利用，可豐富園林綠化竹種種類，為中國城鄉(xiāng)綠化、室內(nèi)裝飾等提供高品質(zhì)的觀賞竹綠化苗木。然而到目前為此，國內(nèi)外在觀賞竹領(lǐng)域的研究相對較少，且主要集中在資源調(diào)查分類、選育栽培和園林應(yīng)用上，而對觀賞竹的環(huán)境適應(yīng)性的研究甚少［3］。本研究通過自然持續(xù)干旱脅迫下紅稈寒竹形態(tài)變化、生理響應(yīng)的研究，初步了解其抗旱能力及抗旱機(jī)制，為該竹種的引種栽培及園林應(yīng)用提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料及設(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)材料紅稈寒竹于2001年從日本引種，在浙江林學(xué)院林木良種基地栽培，為防止凍害發(fā)生，冬天搭暖棚保溫越冬。2004年6月將部分材料移栽上盆于溫室栽培，部分繼續(xù)野外自然栽培。2008年6月中旬于溫室內(nèi)進(jìn)行分株換盆，盆栽土壤體積比為珍珠巖 ∶泥炭 ∶蛭石 ＝1∶2∶1的混合土，并澆透水。2008年9月底對它們進(jìn)行干旱處理，實(shí)驗(yàn)前灌透水1次（連續(xù)3 d，每次澆至盆底托盤中有水滲出），以后不再澆水，自然持續(xù)干旱。實(shí)驗(yàn)從9月29日開始，分別在干旱脅迫0，10，20，30，40 d后采集紅稈寒竹中部枝條生長充實(shí)的功能葉，測定葉綠素（Chl）質(zhì)量分?jǐn)?shù)、超氧化物歧化酶（SOD）活性、過氧化氫酶（CAT）活性、丙二醛（MDA）質(zhì)量摩爾濃度等生理指標(biāo)，采樣重復(fù)3次·次－1。另外，在干旱處理的第40天傍晚對紅稈寒竹復(fù)水，之后的1，3，5 d分別取樣測定上述生理指標(biāo)。

1.2 指標(biāo)測定

土壤含水量采用烘干稱量法測定：稱取容器中部土樣10 g，裝入鋁盒，在105～110℃下烘干6～8 h，計(jì)算土壤含水量。葉綠素質(zhì)量分?jǐn)?shù)測定采用浸提法；SOD活性測定采用氮藍(lán)四唑法；用硫代巴比妥酸（TBA）反應(yīng)法測定丙二醛質(zhì)量分?jǐn)?shù)［4］。CAT活性測定采用郝再彬等［5］方法。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析采用統(tǒng)計(jì)分析軟件SAS進(jìn)行。

2 結(jié)果與分析

2.1 干旱脅迫下土壤含水量及植株外形上的變化

干旱處理后，土壤含水量隨脅迫持續(xù)發(fā)生了顯著的變化（圖1），土壤含水量由正常澆水時的80.6%下降至干旱第40天的9.2%，各觀察時間點(diǎn)上土壤含水量差異顯著。脅迫結(jié)束時，土壤含水量已經(jīng)很低，但觀察到紅稈寒竹植株沒有發(fā)生明顯萎焉現(xiàn)象，葉色從翠綠色轉(zhuǎn)變?yōu)辄S綠色。

圖1 斷水后土壤含水量隨時間的變化Figure 1 Change of soil water content with time after not supplying water

2.2 干旱脅迫對紅稈寒竹葉綠素質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響

2.2.1 干旱脅迫對葉綠素總量的影響 葉綠素是綠色植物進(jìn)行光合作用的主要色素，葉綠素質(zhì)量分?jǐn)?shù)與組成同植物光合作用關(guān)系密切。干旱脅迫對紅稈寒竹的葉綠素總量的影響如表1所示：葉綠素總量在干旱脅迫 0～30 d間，由開始4.470 mg·g－1降到第30天的1.676 mg·g－1，在處理 0～30 d中每個觀察點(diǎn)上，前后2次測定的葉綠素總量都有極顯著的差異，這說明在脅迫初中期，干旱對紅稈寒竹葉綠素總量影響很大；在干旱處理30 d以后及復(fù)水后5 d內(nèi)，植株保持穩(wěn)定的葉綠素總量，說明植株通過一定的自我調(diào)節(jié)基本適應(yīng)了干旱脅迫狀態(tài)。復(fù)水后（1～5 d），葉綠素總量基本保持不變，可能是葉綠素合成的器官受到一定程度的損害或者合成途徑受到阻礙，以致在短期內(nèi)難以恢復(fù)。

2.2.2 干旱脅迫對葉綠素a和葉綠素b質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響 由表1可以看出，葉綠素a和葉綠素b質(zhì)量分?jǐn)?shù)的變化趨勢與葉綠素總量變化一致。在0～30 d內(nèi)的每個觀察點(diǎn)上，前后2次測定值均有極顯著的差異，當(dāng)葉綠素 a質(zhì)量分?jǐn)?shù)降到 1.219 mg·g－1，葉綠素 b質(zhì)量分?jǐn)?shù)降到 0.458 mg·g－1時，即處理 30 d，土壤含水量降到13.5%后，葉綠素a和葉綠素b質(zhì)量分?jǐn)?shù)基本穩(wěn)定，復(fù)水后也沒有明顯的變化。

表1 紅稈寒竹葉綠素質(zhì)量分?jǐn)?shù)隨干旱時間的變化Table 1 Changes of chlorophyll content over time under drought stress

2.2.3 干旱脅迫對葉綠素a與葉綠素總量比值的影響 葉綠素a是植物葉綠體中的重要光能吸收色素，占葉綠素總量的74.58%（表1）。在自然干旱10 d，基質(zhì)含水量為41.6%時，雖葉綠素a和葉綠素b及葉綠素（a+b）都極顯著的下降，葉綠素a/葉綠素（a+b）仍處于穩(wěn)定的水平，沒有顯著差異，表明在干旱脅迫初期兩者下降幅度一致；在10～20 d階段，葉綠素a降幅超過葉綠素b的降幅，葉綠素a/葉綠素（a+b）發(fā)生極顯著變化；20～30 d階段，葉綠素a與葉綠素（a+b）降幅一致；此后干旱至復(fù)水3 d時，葉綠素a/葉綠素（a+b）保持穩(wěn)定水平，各色素質(zhì)量分?jǐn)?shù)沒有顯著變化。復(fù)水5 d后，葉綠素a質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加雖沒有達(dá)到顯著水平，但葉綠素a/葉綠素（a+b）有了極顯著變化，回復(fù)到正常水平。

2.3 干旱脅迫對紅稈寒竹丙二醛質(zhì)量摩爾濃度、SOD活性和CAT活性的影響

2.3.1 干旱脅迫對紅稈寒竹丙二醛質(zhì)量摩爾濃度的影響 由表2可以看出，隨著干旱脅迫增強(qiáng)，紅稈寒竹丙二醛質(zhì)量摩爾濃度不斷增加，由 10.23 μmol·g－1升至 19.96 μmol·g－1，變化達(dá)極顯著水平。其中，有2個階段丙二醛質(zhì)量摩爾濃度保持在穩(wěn)定水平，在脅迫10～20 d內(nèi)丙二醛保持在一個穩(wěn)定水平，在30 d時有顯著下降，可能是在適度的干旱脅迫下，激活了植物體自身的抗旱調(diào)節(jié)系統(tǒng)，植物抗旱能力提高；在脅迫40 d時，丙二醛質(zhì)量摩爾濃度達(dá)到19.96 μmol·g－1，增幅極顯著，達(dá)到較高的水平，以后波動不大，一直處于較高的水平。在復(fù)水5 d后，丙二醛質(zhì)量摩爾濃度降至14.48 μmol·g－1，回復(fù)到較低的水平，丙二醛的質(zhì)量摩爾濃度在短時間內(nèi)快速降到較低的水平，說明盡管土壤含水量降到9.2%，但持續(xù)時間不長時，植株沒有受到很嚴(yán)重的破壞，能夠在較短時間內(nèi)恢復(fù)正常生長。

表2 紅稈寒竹MDA質(zhì)量摩爾濃度及SOD和CAT活性隨干旱時間的變化Table 2 Changes of MDA content and SOD and CAT activity over time under drought stress

2.3.2 干旱脅迫對紅稈寒竹CAT活性的影響 由表2可以看出：在干旱脅迫開始時，紅稈寒竹CAT活性為 11.83 μkat。干旱處理 10 d和 20 d后，CAT活性分別達(dá)到 15.63 μkat和 15.72 μkat，也就是在干旱處理0～20 d內(nèi)，CAT活性隨著時間的增長而增加，并且變化達(dá)到了顯著性水平；在干旱處理30 d時，CAT活性升至19.97 μkat，有極顯著的變化，說明當(dāng)土壤含水量降至23.3%時，植株體內(nèi)過氧化氫積累達(dá)到了較高水平，自身防御機(jī)制發(fā)生作用以降低本身受傷害程度。在干旱處理30 d后及復(fù)水之后，則少有變化，維持在一個較高且穩(wěn)定的狀態(tài)。

2.3.3 干旱脅迫對紅稈寒竹SOD活性的影響 干旱脅迫對紅稈寒竹SOD活性影響如表2所示。在干旱脅迫下，紅稈寒竹的SOD活性呈升高的趨勢，干旱脅迫40 d時紅稈寒竹的SOD活性是脅迫前的2.4倍，達(dá)到極顯著水平。在干旱脅迫0～30 d內(nèi)，植株SOD活性由水分正常狀態(tài)下時的4.87 μkat升至干旱處理30 d后的11.02 μkat，在每個時間點(diǎn)上測定的SOD活性都有極顯著的增幅。表明隨著干旱脅迫的加強(qiáng)，紅稈寒竹體內(nèi)活性氧增加，SOD活性迅速提高，清除活性氧。干旱脅迫30 d后至復(fù)水3 d，SOD活性一直維持較為穩(wěn)定的水平。但在復(fù)水5 d后，SOD活性降到10.35 μkat，降幅顯著。

3 討論

在干旱處理過程中，紅稈寒竹葉綠素總量及葉綠素a、葉綠素b在處理的初中期持續(xù)下降，降幅達(dá)到極顯著水平，這與林樹燕等［3］在平安竹 Pseudosasa japonica‘Tsutsumiana’，鋪地竹Pleioblastus argenteastriatus，小佛肚竹Bambusa ventricosa中研究發(fā)現(xiàn)葉綠素呈先上升后下降的結(jié)論不盡一致。這可能是與取樣時間有關(guān)，3種觀賞竹葉綠素高峰出現(xiàn)較早的為鋪地竹和小佛肚竹（4 d），最遲為平安竹（8 d），而紅稈寒竹第1次測定為第10天，以后應(yīng)加大測定密度，以更為準(zhǔn)確地分析土壤水分與紅稈寒竹葉綠素質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化的關(guān)系。葉綠素不僅是植物光合作用的主要色素，也對紅稈寒竹的葉色造成影響，從而影響了植株的觀賞性。干旱脅迫致使紅稈寒竹葉綠素質(zhì)量分?jǐn)?shù)下降，并在復(fù)水后短期難以修復(fù)，因此，在紅稈寒竹的栽培管理中要注意加強(qiáng)水分的管理，以保持其葉片色澤，保證紅稈寒竹的觀賞性。

CAT和SOD是植物體內(nèi)重要的保護(hù)酶類。CAT可促使過氧化氫分解為分子氧和水，清除體內(nèi)的過氧化氫。水分脅迫下植物的CAT和SOD活性與抗旱性呈正相關(guān)，抗旱性強(qiáng)的品種其活性先升高后下降，而抗旱性弱的品種一直降低［6－9］?？购祻?qiáng)的品種較抗旱弱的品種能維持較高的SOD和CAT活性。在上升階段，前者比后者SOD和CAT活性上升幅度要大；在下降區(qū)，前者比后者下降要慢一些［10］。在干旱脅迫下，紅稈寒竹CAT和SOD活性均隨著脅迫的加深呈增加的趨勢，在處理30 d后維持在較高且穩(wěn)定的水平，CAT和SOD協(xié)同作用，很好地避免了紅稈寒竹受到活性氧的傷害。

丙二醛是膜脂過氧化的主要產(chǎn)物之一，具有很強(qiáng)的細(xì)胞毒性。丙二醛的積累與生長量呈負(fù)相關(guān)［11］。在脅迫過程中保持相對較低的丙二醛質(zhì)量摩爾濃度和相對較高的酶活性這與其抗旱性強(qiáng)弱相關(guān)［12］?？寡趸富钚院捅┵|(zhì)量摩爾濃度可作為植物抗旱資源篩選和利用的依據(jù)［13］。丙二醛質(zhì)量摩爾濃度增幅小的品種對干旱忍耐較強(qiáng)，增幅大的品種耐旱力弱［14］。紅稈寒竹在脅迫前30 d，土壤含水量已降到13.48%時，CAT和SOD活性維持在較高且穩(wěn)定的水平，而丙二醛質(zhì)量摩爾濃度處于一個較低的水平，表明較高的保護(hù)酶活性良好地保護(hù)了其葉片細(xì)胞膜完整性，紅稈寒竹具有較強(qiáng)的耐旱能力。

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