土壤水分脅迫下不同赤皮青岡種源生理特性的研究

吳麗君，李志輝，戴 玲，田超華，盧江澤

（中南林業(yè)科技大學(xué) 林學(xué)院， 湖南 長(zhǎng)沙 410004）

土壤水分脅迫下不同赤皮青岡種源生理特性的研究

吳麗君，李志輝，戴 玲，田超華，盧江澤

（中南林業(yè)科技大學(xué) 林學(xué)院， 湖南 長(zhǎng)沙 410004）

以浙江慶元、湖南永定和湖南靖縣3個(gè)種源的赤皮青岡1年生實(shí)生幼苗為試驗(yàn)材料，研究了土壤水分脅迫對(duì)不同赤皮青岡種源生理特性的影響，結(jié)果表明：水分脅迫50 d后，隨著水分脅迫程度的加強(qiáng)，各供試種源的葉綠素a（Chla）含量表現(xiàn)為先上升后下降的趨勢(shì)；葉綠素b（Chlb）含量表現(xiàn)為下降的趨勢(shì)；丙二醛（MDA）含量表現(xiàn)為增加的趨勢(shì)；過(guò)氧化物酶（POD）活性變化規(guī)律種源之間有差異，浙江慶元種源和湖南永定種源POD活性呈現(xiàn)出先升高后降低的趨勢(shì)，而湖南靖縣種源呈現(xiàn)出下降的趨勢(shì)。浙江慶元種源在土壤相對(duì)含水量為60%，且脅迫時(shí)間小于30 d時(shí)，各項(xiàng)生理指標(biāo)均顯著優(yōu)于其他處理。推測(cè)各種源之間抗旱性存在較大差異，3個(gè)供試赤皮青岡種源的抗旱能力大小依次為：湖南永定＞浙江慶元＞湖南靖縣。

赤皮青岡；土壤水分脅迫；種源生理特性

赤皮青岡，為殼斗科青岡屬Cyclobalanopsis gilva樹(shù)種，常綠喬木，是珍貴樹(shù)種，也是長(zhǎng)江流域以南組成亞洲熱帶及亞熱帶常綠闊葉林的重要成分，能在丘陵酸性紅壤與石灰?guī)r發(fā)育而成的鈣質(zhì)土壤生長(zhǎng)，其涵養(yǎng)水源、保持水土、防災(zāi)減災(zāi)等生態(tài)功能很強(qiáng)。

赤皮青岡在我國(guó)主要分布在浙江、福建、臺(tái)灣、湖南、廣東、江西、貴州等省，由于生境的破壞，其成片天然林稀少，局地保留了零星的少量古木大樹(shù)， 湖南省將它列為保護(hù)樹(shù)種[1]。由于其幼林自然更新不好，人工造林成為彌補(bǔ)其成林面積的有效措施之一。在人工造林過(guò)程中，定植的赤皮青岡幼苗生長(zhǎng)初期很容易受到干旱或季節(jié)性干旱天氣的影響，造成土壤含水量低、幼苗成活率降低，影響人工造林的效率，也限制了此樹(shù)種往北方引種。因此土壤水分管理成為赤皮青岡苗木栽培和繁育體系中很重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。本研究通過(guò)對(duì)赤皮青岡幼苗進(jìn)行水分脅迫處理，測(cè)定水分脅迫下赤皮青岡主要生理指標(biāo)的變化，比較其不同種源對(duì)干旱脅迫的抗性強(qiáng)弱，旨在建立赤皮青岡綜合抗旱評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，為篩選耐旱的種源，提高其造林成活率，擴(kuò)大成林面積提供技術(shù)支持和理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

浙江慶元、湖南永定和湖南靖縣3個(gè)種源的赤皮青岡1年生實(shí)生苗，由湖南省岳陽(yáng)縣玉池林場(chǎng)提供。

1.2 設(shè)計(jì)與處理

采用稱(chēng)重法控制土壤水分含量。將相同重量的紅壤土（風(fēng)干）裝入塑料盆中，盆上徑25 cm，下徑15 cm，高20 cm。盆栽土壤采自中南林業(yè)科技大學(xué)校園內(nèi)( 0～5 cm表層土)。每盆定植1株，采用完全隨機(jī)試驗(yàn)設(shè)計(jì)。先進(jìn)行正常水分管理直至成活，2012年10月下旬開(kāi)始停止?jié)菜?，任土壤水分自然消耗，?dāng)土壤相對(duì)含水量（即盆栽土壤含水量占田間持水量的百分?jǐn)?shù)）降至80%（對(duì)照，CK）、60%（輕度脅迫，W1處理）、40%（中度脅迫，W2處理），20%（重度脅迫，W3處理）時(shí)，進(jìn)行掛牌編號(hào)，以后每天稱(chēng)重，補(bǔ)充水分，保持設(shè)定的土壤相對(duì)含水量，連續(xù)控水處理50 d，浙江種源每隔10 d取樣1次，洞口、懷化種源控水處理50 d后取樣，測(cè)定相關(guān)指標(biāo)。每個(gè)處理10盆，3次重復(fù)。

1.3 測(cè)定方法與儀器設(shè)備

赤皮青岡葉綠素含量的測(cè)定參照高俊鳳的乙醇法[2]；

過(guò)氧化物酶（POD）酶液活性的測(cè)定參照李合生的愈創(chuàng)木酚法[3]；

丙二醛（MDA）含量的測(cè)定參考李玲的硫代巴比妥酸法[4]。

以上指標(biāo)的測(cè)定均采用日本島津UV-240型紫外/可見(jiàn)分光光度計(jì)測(cè)定。

采用Excel 2003軟件處理試驗(yàn)數(shù)據(jù)，用SPSS 13.0軟件進(jìn)行方差分析，采用Duncan法進(jìn)行多重比較。

2 試驗(yàn)結(jié)果

2.1 水分脅迫對(duì)浙江赤皮青岡種源生理特性的影響

浙江慶元赤皮青岡種源為外省種源，我們重點(diǎn)跟蹤觀(guān)測(cè)了其整個(gè)水分脅迫過(guò)程中生理特性的變化。從表1可以看出，隨著脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)，CK處理的葉片總?cè)~綠素（Chla+Chlb）含量基本不變；土壤相對(duì)含水量為60%時(shí)，脅迫30 d內(nèi)，（Chla+Chlb）含量基本不變，脅迫30 d后，（Chla+Chlb）含量呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，說(shuō)明短時(shí)間的輕度水分脅迫對(duì)浙江慶元赤皮青岡的光合作用影響很小，脅迫超過(guò)一定時(shí)間后，光和色素開(kāi)始降解，含量降低。土壤相對(duì)含水量為40%和20%時(shí)，葉片（Chla+Chlb）含量隨著脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)而呈現(xiàn)明顯下降的趨勢(shì)。

隨著脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)，CK的MDA含量呈緩慢下降的趨勢(shì)，而各脅迫處理的MDA含量均呈現(xiàn)明顯上升的趨勢(shì)（表1），脅迫30 d內(nèi)，各脅迫處理與對(duì)照差異顯著（P＜0.05），但W1處理與W2處理之間差異不顯著（P＞0.05），脅迫30 d后，各處理之間均差異顯著（P＜0.05）。

從表1還可以看出，隨著水分脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)，CK處理的POD酶活性基本無(wú)變化；W1處理的POD酶活性呈現(xiàn)出先升后降的趨勢(shì)，脅迫30 d時(shí)最高，為900.0 U/g·min，脅迫30 d后，POD酶活性開(kāi)始降低；W2、W3處理的POD酶活性始終是下降的。另外，水分脅迫30 d內(nèi)，隨著脅迫強(qiáng)度的增加，POD酶活性先升高后降低，超過(guò)30 d后，各脅迫處理的POD酶活性均下降，各處理間差異顯著（P＜0.05）。

表1 不同處理對(duì)浙江赤皮青岡種源生理特性的影響?Table 1 Effects of different treatments on physiological characteristics of C. gilva

2.2 水分脅迫對(duì)不同赤皮青岡種源葉綠素含量的影響

從圖1可以看出，水分脅迫50 d后，CK處理時(shí)，各種源間的葉綠素a（Chla）含量存在差異，湖南永定種源Chla含量最高，達(dá)2.437 mg/g，含量最低的是湖南靖縣種源，僅為1.674 mg/g，差異顯著。W3處理時(shí)，湖南永定種源Chla含量最高，為1.164 mg/g，湖南靖縣種源最低，為1.008 mg/g，各種源間的Chla含量差異顯著。

圖1 不同處理對(duì)不同赤皮青岡種源葉片葉綠素含量的影響Fig.1 Effects of different treatments on chlorophyll contents in leaves of C. gilva varieties

從圖1還可以看出，水分脅迫50 d后，隨著水分脅迫程度的增加，各供試種源的 Chla含量呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢(shì)，葉綠素b（Chlb）含量呈下降的趨勢(shì)。當(dāng)土壤相對(duì)含水量為60%時(shí)，各供試種源的Chla含量高于其他處理，當(dāng)土壤相對(duì)含水量為20%時(shí)，各種源的Chla和Chlb含量最低，浙江慶元、湖南永定和湖南靖縣種源分別比對(duì)照減少了24.8%、19.4%和39.8%，Chlb含量分別比對(duì)照減少了27.12%、35.84%和37.09%。

2.3 水分脅迫對(duì)不同赤皮青岡種源MDA含量的影響

水分脅迫50 d后，對(duì)照處理時(shí)，3個(gè)種源的MDA含量均較低，且差異不顯著；土壤相對(duì)含水量為20%時(shí)，湖南靖縣種源的MDA含量顯著高于浙江慶元和湖南永定種源（圖2），說(shuō)明湖南靖縣種源受到的膜損害程度最嚴(yán)重，各赤皮青岡種源膜傷害大小整體順序?yàn)椋汉嫌蓝ǎ颊憬瓚c元＜湖南靖縣。

從圖2還可以看出，水分脅迫50 d后，隨著水分脅迫程度的增加，各供試種源的葉片MDA含量呈現(xiàn)明顯增加的趨勢(shì)（圖2）。當(dāng)土壤相對(duì)含水量降到20%時(shí)，浙江慶元、湖南永定和湖南靖縣種源的MDA含量分別比對(duì)照增加了3.09倍、3.14倍和3.94倍。說(shuō)明在水分脅迫達(dá)到一定時(shí)間、一定程度時(shí)，植物膜透性增大，MDA含量升高，MDA含量可作為衡量植物受脅迫危害程度的指標(biāo)。

圖2 不同處理對(duì)不同赤皮青岡種源葉片MDA含量的影響Fig.2 Effects of different treatments on MDA contents in leaves of C. gilva varieties

2.4 水分脅迫對(duì)不同赤皮青岡種源POD活性的影響

水分脅迫50 d后，對(duì)照處理時(shí)，浙江種源的POD酶活性最高，為732.5 U/g·min，湖南靖縣種源的最低，為475.0 U/g·min，差異顯著（圖3）；但土壤相對(duì)含水量為20%時(shí)，湖南永定種源的POD酶活性最高，顯著高于浙江慶元和湖南靖縣種源。各種源的POD酶活性順序?yàn)椋汉嫌蓝ǎ菊憬瓚c元＞湖南靖縣。

圖3 不同處理對(duì)不同赤皮青岡種源葉片POD活性的影響Fig.3 Effects of different treatments on POD activity in leaves of Cyclobalanopsis gilva varieties

圖3 可以看出，水分脅迫50 d后，隨著脅迫程度的增加，浙江慶元種源和湖南永定種源的POD酶活性呈現(xiàn)出先升高后降低的趨勢(shì)，而湖南靖縣種源呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)。當(dāng)土壤相對(duì)含水量為60%時(shí)，浙江慶元種源和湖南永定種源葉片POD酶活性最高，分別為812.5 U/g·min、662.5 U/g·min，明顯高于其它幾個(gè)處理，當(dāng)土壤相對(duì)含水量為20%時(shí)，浙江慶元種源和湖南永定種源POD酶活性分別降為CK處理的30.7%、48.8%。湖南靖縣種源在CK處理時(shí)的POD酶活性最高，受到水分脅迫后，其POD酶活性急劇降低，土壤相對(duì)含水量為20%的POD酶活性?xún)H為CK處理的31.6%。

3 討 論

根據(jù)引起植物水分虧缺的原因，可把干旱分為大氣干旱、土壤干旱和生理干旱三種類(lèi)型，以土壤干旱的破壞程度最嚴(yán)重[5]。土壤水分脅迫下植物體內(nèi)發(fā)生各種生理生化變化，嚴(yán)重的將導(dǎo)致植株生長(zhǎng)停止，代謝異常，最終導(dǎo)致植物死亡[6]。

植物葉片中的光合色素參與光合作用中光能的吸收、傳遞和轉(zhuǎn)化，其含量直接影響植物的光合能力。其中葉綠素是吸收光能的主要色素，它的迅速喪失是影響葉片吸收光能從而導(dǎo)致光合速率下降的一個(gè)重要因素，許多研究表明，植物遭受干旱脅迫時(shí)，隨著土壤水分脅迫程度的加劇，植物葉片中的葉綠素a、葉綠素b和葉綠素總含量降低[7-9]。本試驗(yàn)中，水分脅迫50 d后，隨著水分脅迫程度的增加，各供試種源的 Chla含量呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢(shì)，Chlb含量呈下降的趨勢(shì)，說(shuō)明赤皮青岡幼苗可適應(yīng)輕度水分脅迫環(huán)境（土壤相對(duì)含水量為60%）。

水分脅迫下，丙二醛的積累會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞膜脂過(guò)氧化作用，由于細(xì)胞膜的有序性降低，結(jié)構(gòu)遭到了破壞，從而細(xì)胞的物質(zhì)代謝受到影響[10]，其含量可以反映植物遭受逆境傷害的程度。在本試驗(yàn)中，隨著水分脅迫程度的加劇，達(dá)到中、重度脅迫水平時(shí)，各供試種源的葉片MDA含量呈明顯增加的趨勢(shì)，這與許多研究的結(jié)論是一致的[11-12]。

POD酶是植物體內(nèi)清除H2O2的主要保護(hù)酶之一。眾多研究表明，干旱條件下，植物體內(nèi)的POD活性與植物抗氧化脅迫能力呈正相關(guān)[13-14]。赤皮青岡受到水分脅迫后，不同種源POD酶活性變化的規(guī)律不一樣，浙江慶元和湖南永定種源的POD酶活性呈現(xiàn)出先升高后降低的趨勢(shì)，而湖南靖縣種源呈現(xiàn)出下降的趨勢(shì)，說(shuō)明不同赤皮青岡種源對(duì)土壤干旱的敏感性程度不同，一般而言，干旱敏感性品種受旱時(shí)，POD酶通常下降[15]。

赤皮青岡的抗旱性和種源的地域性密切相關(guān)，還可能與其他因素有關(guān)[16-17]。浙江慶元赤皮青岡種源為外省引進(jìn)種源，對(duì)其土壤水分脅迫過(guò)程不同時(shí)間段的生理特性進(jìn)行了測(cè)定，結(jié)果表明，在短時(shí)間（脅迫30 d內(nèi)）、輕度水分脅迫下，浙江慶元種源的各項(xiàng)生理指標(biāo)正常，是值得在湖南造林推廣的種源類(lèi)型。

綜合上述結(jié)果可以初步判斷：供試的3個(gè)赤皮青岡種源的抗旱能力從大到小依次為：湖南永定＞浙江慶元＞湖南靖縣。對(duì)各種源的葉綠素含量、膜傷害和保護(hù)酶活性進(jìn)行多重比較發(fā)現(xiàn)：輕度、中度和重度土壤水分脅迫下，各種源之間差異顯著。

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Effects of soil water stress on physiological characteristics of different Cyclobalanopsis gilva varieties

WU Li-jun, LI Zhi-hui, DAI Ling, TIAN Chao-hua, LU Jiang-ze
(College of Forestry, Central South University of Forestry and Technology, Changsha 410004, Hunan, China)

By taking one-year-old seedlings of Cyclobalanopsis gilva as the tested material，the effects of soil water stress on physiological characteristics in different C. gilva varieties have been studied. The results indicate that under water stress for 50 days，the chlorophyll A contents in all species increased at the initial stage then decreased slowly，while chlorophyll B contents showed a declining trend and MDA contents were increasing as the water stress continued; POD activities in Zhejiang and Yongding varieties fi rstly increased then dropped, but Huaihua variety was continuously dropping with the strengthening of water stress after 50 days; when the relative soil water content was 60 percent and the stress time was less than 30 days，the physiological indexes of Zhejiang variety were better than other treatments. It is deduced that the drought-resistance capacity differs greatly among different varieties，and the order of drought-resistance of different C. gilva varieties is: Yongding ＞ Zhejiang ＞ Huaihua.

Cyclobalanopsis gilva; soil water stress; physiological characteristics of provenance

S718.51+2.3

A

1673-923X(2014)02-0012-04

2013-04-19

“十二五”國(guó)家科技支撐項(xiàng)目“楸樹(shù)和赤皮青岡珍貴用材林定向培育技術(shù)研究與示范”(2011 BAD21B03)

吳麗君（1980-），女，博士研究生，講師，研究方向：林木定向培育；E-mail：lijun_wu@126.com

李志輝（1957-），男，教授，博導(dǎo)，主要從事林木定向培育研究；E-mail：lzh1957@126.com

[本文編校：吳 彬]