紅椿無(wú)性系幼苗葉片抗氧化酶指標(biāo)對(duì)干旱脅迫的響應(yīng)

劉 球，陳彩霞 ，吳際友 ，程 勇，陳家法，陳明皋，王旭軍

(1.湖南省林業(yè)科學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410004; 2. 中南林業(yè)科技大學(xué)，湖南 長(zhǎng)沙 410004）

紅椿無(wú)性系幼苗葉片抗氧化酶指標(biāo)對(duì)干旱脅迫的響應(yīng)

劉 球1，陳彩霞2，吳際友1，程 勇1，陳家法1，陳明皋1，王旭軍1

(1.湖南省林業(yè)科學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410004; 2. 中南林業(yè)科技大學(xué)，湖南 長(zhǎng)沙 410004）

設(shè)置不同的干旱脅迫處理梯度，對(duì)紅椿5個(gè)無(wú)性系1年生盆栽幼苗進(jìn)行干旱脅迫試驗(yàn)，探討其在干旱脅迫下SOD含量和POD含量的變化情況。結(jié)果表明：（1）中度脅迫(正常澆水后斷水12 d)下紅椿無(wú)性系幼苗葉片SOD含量最高（606.83 U/g ），約為最低值CK對(duì)照(正常澆水后斷水2 d) 下幼苗葉片SOD含量（310.09 U/g）的195.7%，各無(wú)性系、各試驗(yàn)周期幼苗葉片SOD含量沒(méi)有顯著差異。（2）重度脅迫(正常澆水后斷水17 d)下紅椿無(wú)性系幼苗葉片POD含量最高，各無(wú)性系幼苗葉片POD含量沒(méi)有顯著差異，各周期紅椿無(wú)性系幼苗葉片POD含量大小順序?yàn)橹芷?＞周期2＞周期3。

紅椿；無(wú)性系；抗氧化酶；干旱脅迫；重度脅迫；中度脅迫

干旱是影響植物生長(zhǎng)發(fā)育的重要因子。我國(guó)對(duì)樹(shù)木的抗旱性研究已經(jīng)有一些進(jìn)展，起代表性作用的有：王九齡[1]對(duì)北京西山樹(shù)木耐旱能力的觀察，以直觀的方式對(duì)樹(shù)木的耐旱能力進(jìn)行區(qū)別和分析。李少峰等研究表明，各種梯度水分脅迫均導(dǎo)致椿葉花椒SOD活性明顯下降，椿葉花椒干旱下抗氧化能力不強(qiáng)，是一種不耐旱的樹(shù)種[2-3]。沈國(guó)舫[4]的造林論文集中對(duì)主要造林樹(shù)種的耐旱特性進(jìn)行了深入的研究。李吉躍應(yīng)用PV曲線研究了2年生油松苗和側(cè)柏苗的水分參數(shù)，得知在干旱條件下，油松具有高水勢(shì)耐旱特征，側(cè)柏具有低水勢(shì)耐旱特征[5-6]。李正理等[7]對(duì)生長(zhǎng)在甘肅的9種旱生植物進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)9種植物都具有顯著的旱生結(jié)構(gòu)特征，特別是白梭梭Haloxylon persicum更為突出。

社會(huì)的進(jìn)步和發(fā)展推動(dòng)著珍貴用材樹(shù)種的早期馴化、繁殖、引種、栽培和利用。目前，社會(huì)對(duì)珍貴用材制作家具、實(shí)木地板等裝修材料制品、其他木質(zhì)工藝品等消費(fèi)呈現(xiàn)出大幅度增長(zhǎng)的趨勢(shì)，對(duì)珍貴用材的需求量越來(lái)越大，因此，人工大規(guī)模種植珍貴用材樹(shù)種將成為必然[8-9]。

紅椿Toona ciliate，楝科香椿屬落葉大喬木，屬于強(qiáng)陽(yáng)性樹(shù)種，生長(zhǎng)迅速，樹(shù)干通直。在《中國(guó)植物紅皮書(shū)》中，紅椿被列為國(guó)家二級(jí)保護(hù)瀕危種[10]，在國(guó)際市場(chǎng)上享有“中國(guó)桃花心木”（Chinese mabogany）之美譽(yù)，其木材紅褐色，結(jié)構(gòu)細(xì)密，木紋美麗，耐腐性較好，易加工，具特殊香味，主要用于高檔家具和高檔裝飾、裝璜等，經(jīng)濟(jì)價(jià)值和開(kāi)發(fā)前景很高。目前，國(guó)內(nèi)有一些對(duì)紅椿的研究文獻(xiàn)報(bào)道，鄒高順等[11]調(diào)查分析了紅椿人工林早期的生長(zhǎng)規(guī)律及喬木層生物量；程冬生等[11-13]結(jié)合生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和目前有關(guān)科研進(jìn)展，綜合論述了紅椿的開(kāi)發(fā)利用價(jià)值及關(guān)鍵培育技術(shù)；吳莉莉等[13-16]對(duì)紅椿繁殖方法和人工栽培技術(shù)進(jìn)行了試驗(yàn)和探討；趙汝玉等[14]介紹了紅椿的生物生態(tài)特性、種子采集、容器育苗、苗期病蟲(chóng)害防治、造林、撫育及利用。但關(guān)于紅椿無(wú)性系抗旱生理特性方面的研究鮮有文獻(xiàn)報(bào)道。本論文針對(duì)珍貴用材樹(shù)種紅椿栽培發(fā)展的需要開(kāi)展研究，可為紅椿科學(xué)栽培提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地位于長(zhǎng)沙市雨花區(qū)東南郊湖南省林業(yè)科學(xué)院試驗(yàn)林場(chǎng)內(nèi)，距離長(zhǎng)沙市火星大道2 km，交通十分方便，面積67 hm2。試驗(yàn)林場(chǎng)地貌為低丘崗地，地勢(shì)平緩，海拔60～100 m，坡度一般為10～15 °。氣候?qū)儆诖箨懶詽駶?rùn)季風(fēng)氣候，四季分明，具有“春溫多變，夏秋多晴，嚴(yán)寒期短，暑熱期長(zhǎng)”的特點(diǎn)，年平均氣溫17.5 ℃，1月平均氣溫4.6°，7月平均氣溫28.6 ℃，絕對(duì)最高溫度42.7 ℃，絕對(duì)最低溫度-10.4 ℃，年平均降水量1 378 mm，年平均相對(duì)濕度81%，日照時(shí)數(shù)1 814.8 h，全年無(wú)霜期275 d。

試驗(yàn)林場(chǎng)土壤為第四紀(jì)紅壤或砂巖土壤，土層深度大于80 cm，pH值為5.5～6.8，質(zhì)地較粘，土壤中石礫含量約10%。土壤肥力中等，有機(jī)質(zhì)含量在0.6%～2%之間，全氮含量0.1%～1%，適宜多種林木生長(zhǎng)[15]。

1.2 試驗(yàn)材料

本研究選擇苗齡為1年生的紅椿無(wú)性系盆栽苗作為試驗(yàn)材料展開(kāi)干旱脅迫試驗(yàn)。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)和設(shè)置

干旱脅迫試驗(yàn)采用完全隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，選擇苗高、生長(zhǎng)狀況一致的苗木作為試驗(yàn)對(duì)象，于2012年3月底移栽于瓷缽中，瓷缽內(nèi)裝有普通紅壤，一盆一株，正常澆水。2012年4月開(kāi)始對(duì)盆栽苗進(jìn)行水分脅迫試驗(yàn)。試驗(yàn)設(shè)計(jì)：5個(gè)無(wú)性系，4個(gè)處理，3次重復(fù)，共60盆。設(shè)置4個(gè)脅迫處理，即CK對(duì)照（正常澆水后斷水2 d） 、輕度脅迫（正常澆水后斷水7 d） 、中度脅迫（正常澆水后斷水12 d）和重度脅迫（正常澆水后斷水17 d） 4個(gè)處理。每17 d為一個(gè)循環(huán)周期，循環(huán)3次。生理指標(biāo)采樣在早上8:00～9:00進(jìn)行，取第3～5葉位成熟葉片，采下后立即用錫箔紙包裹放入液氮中冷凍，帶回實(shí)驗(yàn)室低溫保存，完成指標(biāo)測(cè)定。每個(gè)指標(biāo)重復(fù)3 次測(cè)定，每次測(cè)定1盆植株，即每次測(cè)定3盆植株，結(jié)果取其平均值。

1.4 指標(biāo)測(cè)定方法

指標(biāo)測(cè)定參照陳建勛等[16]的方法。

1.5 試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)方法

采用Excel 2007 進(jìn)行數(shù)據(jù)整理，用SPSS 17.0進(jìn)行方差分析和多重比較。

2 結(jié)果與分析

在正常情況下，植物細(xì)胞內(nèi)活性氧與其清除系統(tǒng)保持平衡。但是，在遭受干旱脅迫的情況下，植物細(xì)胞內(nèi)的活性氧會(huì)大量產(chǎn)生，過(guò)多的活性氧對(duì)許多生物功能分子有破壞作用，如引起膜過(guò)氧化等[17]。

2.1 紅椿無(wú)性系幼苗葉片SOD含量對(duì)干旱脅迫的響應(yīng)

SOD是植物細(xì)胞中內(nèi)源活性氧清除關(guān)鍵酶之一，在活性氧的清除中處于核心地位。其主要功能是催化H2O2降解，清除超氧陰離子，控制膜脂過(guò)氧化，保護(hù)膜結(jié)構(gòu)，減少膜系統(tǒng)的損傷，從而使植物在一定程度上減緩、忍耐或抵抗逆境脅迫[18]；同時(shí)，它還參與植物體內(nèi)多種生理代謝反應(yīng)。

從表1可知，在不同重復(fù)、不同無(wú)性系以及不同試驗(yàn)周期，紅椿無(wú)性系幼苗葉片SOD含量差異不顯著。而不同澆水處理梯度之間紅椿無(wú)性系幼苗葉片SOD含量差異極其顯著。

表1 不同重復(fù)、澆水處理、無(wú)性系及周期紅椿無(wú)性系各處理幼苗葉片SOD含量的方差分析Table 1 Variance analysis on SOD contents of leaves with different replicates, drought stress treatments,clones and test periods of young T. ciliata clones

經(jīng)Duncan多重比較分析（見(jiàn)表2）得知，CK對(duì)照（正常澆水后斷水2 d）紅椿無(wú)性系幼苗葉片SOD含量與輕度脅迫（正常澆水后斷水7 d）、中度脅迫（正常澆水后斷水12 d）、重度脅迫（正常澆水后斷水17 d）處理間差異顯著（P＜0.05），其值大小順序?yàn)橹卸让{迫（正常澆水后斷水12 d）＞ 重度脅迫（正常澆水后斷水17 d）＞輕度脅迫（正常澆水后斷水7 d）＞CK對(duì)照（正常澆水?dāng)嗨? d）。最高值屬中度脅迫（正常澆水后斷水12 d）下幼苗葉片SOD含量（606.83 U/g）約為最低值CK對(duì)照（正常澆水后斷水2 d） 下幼苗葉片SOD含量（310.09 U/g）的195.7%。說(shuō)明本次干旱脅迫促進(jìn)了植物啟動(dòng)體內(nèi)抗氧化體系，澆水間隔期為7、12和17 d的紅椿幼苗葉片的超氧化物歧化酶（SOD）含量有明顯上升，12 d脅迫狀態(tài)時(shí)SOD含量上升到最高值，17 d脅迫狀態(tài)下其值又有所下降，說(shuō)明隨著干旱脅迫的加劇，紅椿無(wú)性系盆栽幼苗葉片SOD含量呈現(xiàn)出“升-降”的趨勢(shì)，這是該植株應(yīng)對(duì)不同干旱脅迫程度的生理反應(yīng)。

各無(wú)性系間，幼苗葉片SOD含量沒(méi)有顯著差異，其值差別幅度不大，在486.02～557.45 U/g之間，說(shuō)明在干旱脅迫下，16、17、18、19和20號(hào)無(wú)性系啟動(dòng)抗氧化體系的自我保護(hù)能力不存在明顯區(qū)別。

各紅椿無(wú)性系幼苗葉片SOD含量在不同的試驗(yàn)周期沒(méi)有顯著差異，說(shuō)明3個(gè)連續(xù)的試驗(yàn)周期對(duì)紅椿無(wú)性系幼苗葉片SOD含量影響不顯著，從而也體現(xiàn)了紅椿無(wú)性系幼苗較強(qiáng)的耐旱性。

表2 SOD含量多重比較分析?Table 2 Duncan multiple comparison on SOD contents of different treatments

2.2 紅椿無(wú)性系幼苗葉片POD含量對(duì)干旱脅迫的響應(yīng)

過(guò)氧化物酶（POD）廣泛存在于植物體中，是活性較高的一種酶，它與植物的呼吸作用、光合作用以及生長(zhǎng)素的氧化等都有關(guān)系。POD具有雙重性作用，其既可以在逆境或衰老初期表達(dá)，清除H2O2，表現(xiàn)為保護(hù)效應(yīng)，是細(xì)胞活性氧保護(hù)酶系統(tǒng)的成員之一。還有，POD也可以在逆境或衰老后期表達(dá)，參與活性氧的生成、葉綠素的降解，并能引發(fā)膜脂過(guò)氧化作用，表現(xiàn)為傷害效應(yīng)，是植物體衰老到一定階段的產(chǎn)物[19]。

表3顯示，不同重復(fù)、不同無(wú)性系各紅椿無(wú)性系幼苗葉片POD含量不存在顯著差異，而其在不同的試驗(yàn)周期具有顯著差異。不同澆水處理梯度之間紅椿無(wú)性系幼苗葉片POD含量差異極其顯著。

表3 不同重復(fù)、澆水處理、無(wú)性系以及周期紅椿無(wú)性系各處理幼苗葉片POD含量方差分析Table 3 Variance analysis on POD contents of leaves with different replicates, drought stress treatments,clones and test periods of young T. ciliata clones

經(jīng)Duncan多重比較分析（見(jiàn)表4）得知，輕度脅迫（正常澆水后斷水7 d）、中度脅迫（正常澆水后斷水12 d）和重度脅迫（正常澆水后斷水17 d）3個(gè)處理之間紅椿無(wú)性系幼苗葉片POD含量具有顯著差異（P＜0.05），CK對(duì)照（正常澆水后斷水2 d）與重度脅迫（正常澆水后斷水17 d）處理之間紅椿無(wú)性系幼苗葉片POD含量也具有顯著差異（P＜0.05）。其值大小順序?yàn)橹囟让{迫（正常澆水后斷水17 d）＞中度脅迫（正常澆水后斷水12 d）＞CK對(duì)照（正常澆水后斷水2 d）＞輕度脅迫（正常澆水后斷水7 d）。最高值屬重度脅迫（正常澆水后斷水17 d ）下幼苗葉片POD含量（315.29 U/(g·min)）約為最低值輕度脅迫（正常澆水后斷水7 d）下幼苗葉片POD含量（13.78 U/(g·min)）的23倍。說(shuō)明本次干旱脅迫可能促進(jìn)了植物啟動(dòng)體內(nèi)抗氧化體系，澆水間隔期為12 d和17 d的紅椿幼苗葉片的過(guò)氧化氫酶（POD）含量有明顯上升，最為明顯的是澆水間隔期為17 d的處理，表明本次試驗(yàn)紅椿無(wú)性系盆栽幼苗各無(wú)性系在重度脅迫（正常澆水后斷水17 d）下啟動(dòng)了較強(qiáng)的抗氧化防御體系，也表示紅椿無(wú)性系盆栽幼苗抗干旱脅迫能力較強(qiáng)。

各無(wú)性系間，幼苗葉片POD含量沒(méi)有顯著差異，說(shuō)明在干旱脅迫下，16、17、18、19和20號(hào)無(wú)性系啟動(dòng)抗氧化體系的自我保護(hù)能力不存在明顯區(qū)別。

各紅椿無(wú)性系幼苗葉片POD含量在不同的試驗(yàn)周期具有顯著差異。經(jīng)Duncan多重比較可知，周期1紅椿無(wú)性系幼苗葉片POD 含量較周期2、周期3值而言具有顯著差異（P＜0.05），其值大小順序?yàn)橹芷?＞周期2＞周期3，呈現(xiàn)出整體下降的趨勢(shì)。說(shuō)明隨著時(shí)間的延續(xù)，植株的抗氧化防御體系也在逐漸被持續(xù)的干旱脅迫削弱。

表4 POD含量多重比較分析Table 4 Duncan multiple comparison on POD contents of different treatments

3 結(jié) 論

（1）本試驗(yàn)中，中度脅迫（正常澆水后斷水12 d）下紅椿無(wú)性系幼苗葉片SOD含量最高，重度脅迫（正常澆水后斷水17 d）下其值其次，CK值最低，說(shuō)明隨著干旱脅迫的加劇，紅椿無(wú)性系盆栽幼苗葉片SOD含量呈現(xiàn)出先上升后下降的趨勢(shì)，這是其抵御程度逐漸加深的干旱脅迫的生理響應(yīng)。

（2）本試驗(yàn)中，重度脅迫（正常澆水后斷水17 d）下紅椿無(wú)性系幼苗葉片POD含量最高，說(shuō)明紅椿無(wú)性系盆栽幼苗各無(wú)性系在重度脅迫（正常澆水后斷水17 d）下啟動(dòng)了較強(qiáng)的抗氧化防御體系。各周期紅椿無(wú)性系幼苗葉片POD含量大小順序?yàn)橹芷?＞周期2＞周期3，說(shuō)明隨著時(shí)間的延續(xù)，植株的抗氧化防御體系也在逐漸被持續(xù)的干旱脅迫削弱。

（3）從整體來(lái)講，紅椿無(wú)性系幼苗抗旱性較強(qiáng)。

4 討 論

（1）本研究設(shè)置了程度逐級(jí)加深的干旱脅迫梯度處理，對(duì)紅椿無(wú)性系盆栽幼苗進(jìn)行了葉片水分生理特征研究，取得階段性研究結(jié)論。為了更全面地了解，建議下一步繼續(xù)做脅迫解除后的恢復(fù)生長(zhǎng)研究等。

（2）本研究是以紅椿無(wú)性系盆栽幼苗作為試驗(yàn)材料而開(kāi)展，盆栽條件在一定程度上限制了根系的發(fā)展，與大田試驗(yàn)條件相比，幼苗根系無(wú)法很好地吸收深層的水分，結(jié)果有一定的局限性，也與大田造林實(shí)際有一定的區(qū)別。因此，建議下一步做大田生長(zhǎng)環(huán)境下苗木的水分生理研究，為生產(chǎn)實(shí)際提供更精確的理論基礎(chǔ)。

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Response of drought stress on anti-oxydant enzyme in leaves of young Toona ciliata clone seedlings

LIU Qiu1, CHEN Cai-xia2, WU Ji-you1, CHENG Yong1, CHEN Jia-fa1, CHEN Ming-gao1, WANG Xu-jun1
(1.Hunan Academy of Forestry, Changsha 410004, Hunan, China; 2. Central South University of Forestry and Technology, Changsha 410004, Hunan, China)

∶ The drought stress tests on one-year-old potted seedlings of five Toona ciliata clones were conducted with different drought stress treatments in order to study the variations of the responses of drought stress on SOD content and POD content. The results show that (1) the moderate stress (continuously watering and breaking 12 days) resulted in the highest SOD content (606.83 U/g) in leaf of young T. ciliata clone seedlings, which was 195.7% of that of CK (310.09 U/g, continuously watering and breaking 2 days), this showed that there were no significant differences in SOD contents of leaves among different clones and test periods; (2) the severe stress(continuously watering and breaking 17 days) resulted in the highest POD content of leaves of young T. ciliata clone seedlings, and there were no significant differences in POD contents of leaves among the clones. The order of POD contents of clones leaves in 3 testing periods ordered fromhigh to low: period 1＞ period 2＞ period 3.

∶ Toona ciliata; clone; antioxidant enzyme; drought stress; severe stress; moderate stress

S792.99

A

1673-923X(2013)11-0073-04

2013-08-16

湖南省林業(yè)廳項(xiàng)目“珍貴用材樹(shù)種紅椿等良種選育”(2012-11)

劉 球（1985-），女，湖南益陽(yáng)人，碩士，主要從事森林培育研究工作；E-mail：gedx2008@126.com

[本文編校：謝榮秀]