紅椿幼苗對(duì)干旱脅迫及復(fù)水生理響應(yīng)的典型相關(guān)分析

劉 球，李志輝，吳際友，陳彩霞，李 艷，吳志華，程 勇，黃明軍

(1 中南林業(yè)科技大學(xué) 林學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410004；2 湖南省林業(yè)科學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410004；3 國(guó)家林業(yè)局桉樹(shù)研究開(kāi)發(fā)中心，廣東 湛江 524022 )

紅椿幼苗對(duì)干旱脅迫及復(fù)水生理響應(yīng)的典型相關(guān)分析

劉 球1,2，李志輝1，吳際友2，陳彩霞1，李 艷1，吳志華3，程 勇2，黃明軍1

(1 中南林業(yè)科技大學(xué) 林學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410004；2 湖南省林業(yè)科學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410004；3 國(guó)家林業(yè)局桉樹(shù)研究開(kāi)發(fā)中心，廣東 湛江 524022 )

【目的】 探求干旱脅迫和復(fù)水條件下紅椿盆栽幼苗葉片生理特性的整體相關(guān)性，為深入研究紅椿的抗旱性奠定基礎(chǔ)?！痉椒ā?在人工遮雨棚中對(duì)2年生紅椿盆栽幼苗進(jìn)行干旱脅迫及復(fù)水試驗(yàn)，測(cè)定葉片相對(duì)含水量、相對(duì)電導(dǎo)率、葉綠素含量、SOD活性、POD活性、MDA含量、游離脯氨酸含量及可溶性蛋白含量8個(gè)葉片生理指標(biāo)，并運(yùn)用典型相關(guān)法對(duì)未干旱(干旱脅迫前)、干旱脅迫及復(fù)水條件下3組指標(biāo)兩兩之間的整體相關(guān)性進(jìn)行分析?！窘Y(jié)果】 (1)干旱脅迫前與干旱脅迫條件下，紅椿盆栽幼苗葉片生理特性之間存在顯著相關(guān)關(guān)系，干旱脅迫前及干旱脅迫下紅椿幼苗生理響應(yīng)典型相關(guān)分析的第1對(duì)典型變量(U1,V1)的相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.996 5，葉片相對(duì)電導(dǎo)率可以反映干旱脅迫前的生理特性，葉綠素含量可以反映干旱脅迫的生理特性。(2)干旱脅迫與復(fù)水后紅椿盆栽幼苗葉片生理特性有顯著相關(guān)關(guān)系，干旱脅迫及復(fù)水條件下紅椿幼苗生理響應(yīng)典型相關(guān)分析的第1對(duì)典型變量(W1,Z1)的相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.998 3，反映干旱脅迫和復(fù)水后生理特性的典型變量均主要由葉片相對(duì)電導(dǎo)率決定。(3)干旱脅迫下葉綠素含量與復(fù)水時(shí)的POD活性和MDA含量均呈顯著正相關(guān)關(guān)系，說(shuō)明干旱脅迫下紅椿幼苗光合作用的保持能力強(qiáng)，則復(fù)水時(shí)表現(xiàn)出來(lái)的抗氧化酶活性也高。(4)干旱脅迫下可溶性蛋白含量與復(fù)水后的POD活性呈極顯著正相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.803，說(shuō)明復(fù)水時(shí)紅椿幼苗植株葉片生理特性的恢復(fù)狀況與干旱脅迫時(shí)受創(chuàng)的嚴(yán)重程度密切相關(guān)。(5)干旱迫脅前與復(fù)水后葉片生理指標(biāo)的相關(guān)性表明，復(fù)水后紅椿幼苗植株的耗水量、抗旱性與正常供水時(shí)植株的抗旱潛力直接相關(guān)?！窘Y(jié)論】 干旱脅迫傷害程度不重，則對(duì)復(fù)水后紅椿幼苗植株體內(nèi)葉綠素含量和POD活性的恢復(fù)具有積極作用。適當(dāng)干旱能促進(jìn)植株抗逆性的提高，過(guò)度缺水則會(huì)對(duì)植株造成傷害，且修復(fù)慢，符合生物節(jié)水原理。

干旱脅迫；紅椿；復(fù)水；生理響應(yīng)；生物節(jié)水；典型相關(guān)分析

水分是植物生存的必要條件，植物在干旱脅迫條件下生存生長(zhǎng)，必須有相應(yīng)的水分利用策略[1]。目前，在全球氣候變化的大背景下，我國(guó)一些地區(qū)陸續(xù)出現(xiàn)極端持續(xù)高溫天氣，而這種天氣給植物的正常生長(zhǎng)帶來(lái)了巨大的挑戰(zhàn)。湖南地處大陸性中亞熱帶氣候區(qū)，在2012年夏季經(jīng)歷了持續(xù)50多天的極端干旱天氣，許多植物遭受了不同程度的傷害。因此，在湖南開(kāi)展植物抗旱性研究就顯得尤為必要。

紅椿(ToonacilliateRoem.)屬楝科香椿屬半常綠喬木，國(guó)家Ⅱ級(jí)重點(diǎn)保護(hù)植物，是我國(guó)熱帶、亞熱帶地區(qū)特有的珍貴速生用材樹(shù)種。紅椿木材紅褐色，花紋美麗，質(zhì)地堅(jiān)硬，密度高，為上等家具用材，素有“中國(guó)桃花心木”之美譽(yù)[2]。湖南省是紅椿天然分布省份之一，雖然只是天然零星分布，但發(fā)展?jié)摿薮?。目前紅椿已成為我國(guó)南方低山地區(qū)重要的速生用材林造林樹(shù)種和營(yíng)造針闊混交林進(jìn)行樹(shù)種結(jié)構(gòu)調(diào)整的首選樹(shù)種之一[3]。

國(guó)內(nèi)對(duì)紅椿已經(jīng)開(kāi)展了許多研究，包括形態(tài)特征、生物學(xué)特性、生長(zhǎng)規(guī)律、育苗技術(shù)及造林技術(shù)等[4-7]。近年來(lái)，湖南省林業(yè)科學(xué)院紅椿科研團(tuán)隊(duì)開(kāi)始不斷發(fā)掘紅椿在抗逆方面的潛力，已經(jīng)發(fā)表多篇有關(guān)紅椿對(duì)水分脅迫的生理生態(tài)響應(yīng)的研究報(bào)道[8-11]。本研究對(duì)干旱及復(fù)水條件下紅椿葉片的生理特性指標(biāo)進(jìn)行測(cè)定，應(yīng)用典型相關(guān)分析方法，分析干旱脅迫前、干旱脅迫和復(fù)水條件下紅椿3組生理指標(biāo)兩兩之間的整體相關(guān)性及生理指標(biāo)的整體關(guān)系，深入研究紅椿幼苗在不同水分環(huán)境條件下的水分生理狀況及相互關(guān)系，以期為進(jìn)一步科學(xué)合理地進(jìn)行紅椿人工林培育提供理論基礎(chǔ)和指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地位于湖南省林產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)檢測(cè)中心苗圃?xún)?nèi)，地理坐標(biāo)為東經(jīng)112°59′、北緯28°05′，年平均氣溫16.8 ℃，平均日照時(shí)數(shù)1 496～1 850 h，年降水量1 400～1 900 mm，無(wú)霜期264 d，屬中亞熱帶季風(fēng)濕潤(rùn)氣候區(qū)，光照充足，雨量豐沛；海拔為110 m，土壤為砂巖發(fā)育的紅壤，土層厚達(dá)60 cm以上；土壤肥力中等，pH值為6.2。

1.2 試驗(yàn)材料

本試驗(yàn)以2年生紅椿盆栽幼苗為研究對(duì)象。2012-03于桃源縣白家育苗圃統(tǒng)一育苗并進(jìn)行田間管理；2014-03選擇長(zhǎng)勢(shì)均勻、健康的紅椿幼苗30株，于湖南省林產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)檢測(cè)中心苗圃完成入盆，盆缽口徑25 cm，深20 cm，每盆裝土5 kg(V(黃心土)∶V(泥炭土)=2∶1)，配統(tǒng)一盆墊，正常澆水管護(hù)；2014-06，選擇18株長(zhǎng)勢(shì)均勻的紅椿盆栽幼苗布置干旱脅迫試驗(yàn)，受試盆栽苗苗高平均1.0 m，胸徑1.8 cm。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用完全隨機(jī)設(shè)計(jì)，每重復(fù)6盆幼苗，重復(fù)3次，共18盆幼苗。為確保試驗(yàn)基礎(chǔ)條件基本一致，于2014-06-04-2014-06-06對(duì)試驗(yàn)苗木斷水3 d，06-07-06-09為受試植株每盆每天澆水500 mL，以保證基本一致的試驗(yàn)起始條件。2014-06-10正式開(kāi)始干旱脅迫，于06-20干旱脅迫結(jié)束并開(kāi)始復(fù)水，3 d復(fù)水1次，06-29復(fù)水結(jié)束。整個(gè)干旱脅迫及復(fù)水試驗(yàn)從2014-06-10持續(xù)到06-29，共19 d。干旱脅迫試驗(yàn)在人工遮雨棚中進(jìn)行，保證正常的光照條件，且空氣流通順暢，棚中溫度與室外基本一致。

1.4 指標(biāo)測(cè)定及方法

未干旱(干旱脅迫前)、干旱脅迫及復(fù)水處理紅椿葉片的采樣時(shí)間分別是06-10、06-20和06-29，每次采樣均在早上08:00-09:00進(jìn)行，每次采取每株幼苗同一輪成熟葉片2～3片作為試驗(yàn)測(cè)定樣品，用冰塊保鮮，迅速帶回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行指標(biāo)測(cè)定，重復(fù)測(cè)定3次取平均值。

葉片生理指標(biāo)測(cè)定參照文獻(xiàn)[12]的方法，其中葉片相對(duì)含水率的測(cè)定采用烘干法，質(zhì)膜相對(duì)透性測(cè)定采用電導(dǎo)率法，葉綠素含量測(cè)定采用浸提法，丙二醛(MDA)含量測(cè)定采用硫代巴比妥酸法，超氧化物歧化酶(SOD)活性測(cè)定采用氮藍(lán)四唑法，游離脯氨酸含量測(cè)定采用酸性茚三酮法。過(guò)氧化物酶(POD)活性和可溶性蛋白含量測(cè)定采用陳建勛等[12]建立的方法。

1.5 數(shù)據(jù)處理及統(tǒng)計(jì)分析

1.5.1 數(shù)據(jù)處理 (1)干旱脅迫前與干旱脅迫條件下紅椿盆栽幼苗葉片生理特性典型變量。將數(shù)據(jù)分成2類(lèi)，即干旱脅迫前生理指標(biāo)和干旱脅迫生理指標(biāo),干旱脅迫前生理指標(biāo)包括干旱處理前葉片的相對(duì)含水量、相對(duì)電導(dǎo)率、葉綠素含量、SOD活性、POD活性、MDA含量、游離脯氨酸含量、可溶性蛋白含量，分別用子變量x1、x2、x3、x4、x5、x6、x7、x8表示，從而構(gòu)成因變量U；干旱脅迫生理指標(biāo)包括干旱脅迫后葉片的相對(duì)含水量、相對(duì)電導(dǎo)率、葉綠素含量、SOD活性、POD活性、MDA含量、游離脯氨酸含量、可溶性蛋白含量， 分別用子變量y1、y2、y3、y4、y5、y6、y7、y8表示，從而構(gòu)成因變量V。采用典型相關(guān)分析研究2類(lèi)變量(U，V)間的相關(guān)性。

(2)干旱脅迫與復(fù)水條件下紅椿盆栽幼苗葉片生理特性典型變量。將數(shù)據(jù)分成2類(lèi)，即干旱脅迫生理指標(biāo)和復(fù)水后生理指標(biāo)。干旱脅迫生理指標(biāo)包括干旱脅迫后葉片的相對(duì)含水量、相對(duì)電導(dǎo)率、葉綠素含量、SOD活性、POD活性、MDA含量、游離脯氨酸含量、可溶性蛋白含量，分別用子變量x1′、x2′、x3′、x4′、x5′、x6′、x7′、x8′表示，從而構(gòu)成因變量W；復(fù)水后生理指標(biāo)包括復(fù)水后葉片的相對(duì)含水量、相對(duì)電導(dǎo)率、葉綠素含量、SOD活性、POD活性、MDA含量、游離脯氨酸含量、可溶性蛋白含量，分別用子變量y1′、y2′、y3′、y4′、y5′、y6′、y7′、y8′表示，從而構(gòu)成因變量Z。采用典型相關(guān)分析研究2類(lèi)變量(W，Z)間的相關(guān)性。

1.5.2 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析 運(yùn)用Excel 2007進(jìn)行數(shù)據(jù)整理，并運(yùn)用DPS 7.05進(jìn)行典型相關(guān)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 干旱脅迫前與干旱脅迫條件下紅椿盆栽幼苗葉片生理特性的典型相關(guān)分析

從表1可以看出，第1對(duì)典型變量的相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.996 5，而在P=0.05的顯著性水平下，8對(duì)典型變量中只有第1組典型相關(guān)系數(shù)達(dá)到顯著水平，其余7對(duì)相關(guān)性均不顯著。因此，可以取第1對(duì)典型變量來(lái)分析2類(lèi)性狀之間的相互關(guān)系。

用2組典型變量的系數(shù)建立典型模型，其中對(duì)干旱前生理特性的第1典型變量，有：

U1=0.341x1-0.578 9x2+0.019 3x3-0.157 1x4-0.473 2x5-0.044x6-0.386 1x7-0.484 1x8；

對(duì)干旱脅迫生理特性的第1典型變量，有：

V1=0.412 1y1-0.078 4y2-0.870 1y3-0.212y4-0.539y5-0.279 6y6-0.359 8y7-0.312y8。

來(lái)自干旱脅迫前生理特性的第1典型變量U1在x2上載荷值的絕對(duì)值最大，其次是x8和x5，反映干旱前生理特性的典型變量主要由葉片相對(duì)電導(dǎo)率決定，其次是可溶性蛋白含量和POD活性。各生理特性指標(biāo)對(duì)第1典型變量U1的貢獻(xiàn)大小順序?yàn)椋簒2(干旱前葉片相對(duì)電導(dǎo)率)>x8(干旱前可溶性蛋白含量)>x5(干旱前POD活性)>x7(干旱前游離脯氨酸含量)>x1(干旱前葉片相對(duì)含水量)>x4(干旱前SOD活性)>x6(干旱前MDA含量)>x3(干旱前葉綠素含量)，其中除x1和x3所起作用為正相關(guān)外，其他均為負(fù)相關(guān)，且x3系數(shù)小于0.1，作用最小。說(shuō)明植株水分供給充分時(shí)葉片相對(duì)含水量較高，而水分供給充分與否直接影響葉片生理性狀，這與客觀事實(shí)相符。

表1 干旱脅迫前與干旱脅迫條件下紅椿盆栽幼苗葉片生理特性典型相關(guān)分析時(shí)相關(guān)系數(shù)的顯著性檢驗(yàn)Table 1 Significance test on coefficients of canonical correlation analysis on leaf physiological characteristics of potted Toona cilliate Roem.seedlings among control and drought stress

來(lái)自干旱脅迫生理特性的第1典型變量V1在y3上載荷值的絕對(duì)值最大，其次為y5，說(shuō)明反映干旱脅迫生理特性的典型變量主要由葉綠素含量決定，其次是POD活性。各生理特性指標(biāo)對(duì)第1典型變量V1的貢獻(xiàn)大小順序?yàn)椋簓3(干旱脅迫葉綠素含量)>y5(干旱脅迫POD活性)>y1(干旱脅迫葉片相對(duì)含水量)>y7(干旱脅迫游離脯氨酸含量)>y8(干旱脅迫可溶性蛋白含量)>y6(干旱脅迫MDA含量)>y4(干旱脅迫SOD活性)>y2(干旱脅迫葉片相對(duì)電導(dǎo)率)，其中除y1為正貢獻(xiàn)外，其他指標(biāo)均為負(fù)貢獻(xiàn)，且y3貢獻(xiàn)尤其突出，y2系數(shù)小于0.1，作用最小。說(shuō)明干旱脅迫導(dǎo)致葉片葉綠素含量顯著下降，植株體內(nèi)抗氧化酶活性等指標(biāo)也發(fā)生變化，如POD活性貢獻(xiàn)排名第二，說(shuō)明干旱脅迫導(dǎo)致植株體內(nèi)產(chǎn)生的大量活性氧物質(zhì)已造成傷害，POD活性的增加是為了清除植株體內(nèi)的活性氧，是植株遭受干旱脅迫時(shí)體內(nèi)抗氧化酶的一種應(yīng)激適應(yīng)反應(yīng)。

從典型冗余分析可以看出，第1組典型變量U1可以解釋13.57%的組內(nèi)變異，并解釋另一組19.53%的變異；而典型變量V1可以解釋19.67%的組內(nèi)變異，并解釋另一組13.48%的變異。

2.2 干旱脅迫與復(fù)水條件下紅椿盆栽幼苗葉片生理特性的典型相關(guān)分析

從表2可以看出，第1對(duì)典型變量的相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.998 3。統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)顯示，在P=0.05的顯著性水平下，8對(duì)典型變量中只有第1組典型相關(guān)系數(shù)達(dá)到顯著水平，其余7對(duì)相關(guān)性均不顯著。因此，可以取第1對(duì)典型變量來(lái)分析2類(lèi)性狀之間的相互關(guān)系。

表2 干旱脅迫與復(fù)水條件下紅椿盆栽幼苗葉片生理特性典型相關(guān)分析時(shí)相關(guān)系數(shù)的顯著性檢驗(yàn)Table 2 Significance test on coefficients of canonical correlation analysis on leaf physiological characteristics of potted Toona cilliate Roem.seedlings under drought stress and rewatering

用2組典型變量的系數(shù)建立典型模型，其中對(duì)干旱脅迫生理特性的第1典型變量，有：

W1=-0.263 5x1′-0.754 1x2′-0.291 6x3′+0.454 5x4′-0.140 8x5′-0.348 7x6′-0.029 2x7′-0.275 3x8′；

對(duì)復(fù)水后生理特性的第1典型變量，有：

Z1=0.082y1′-0.487 4y2′-0.086 1y3′-0.123 1y4′-0.426y5′-0.261 2y6′+0.180 6y7′+0.393 9y8′。

來(lái)自干旱脅迫生理特性的第1典型變量W1在x2上載荷值的絕對(duì)值最大，反映干旱脅迫生理特性的典型變量主要由葉片相對(duì)電導(dǎo)率決定。各生理特性指標(biāo)對(duì)第1典型變量W1的貢獻(xiàn)大小順序?yàn)椋簒2′(干旱脅迫葉片相對(duì)電導(dǎo)率)>x4′(干旱脅迫SOD活性)>x6′(干旱脅迫MDA含量)﹥x3′(干旱脅迫葉綠素含量)>x8′(干旱脅迫可溶性蛋白含量)>x1′(干旱脅迫葉片相對(duì)含水量)>x5′(干旱脅迫POD活性)>x7′(干旱脅迫游離脯氨酸含量)，其中除x4′所起作用為正相關(guān)外，其他均為負(fù)相關(guān)，且x7′系數(shù)小于0.1，作用最小。說(shuō)明植株受干旱脅迫時(shí)，葉片相對(duì)電導(dǎo)率的變化為生理指標(biāo)變化的最直觀體現(xiàn)。植株在受到脅迫時(shí)，膜系統(tǒng)遭受破壞，體內(nèi)滲透失衡，從而導(dǎo)致相對(duì)電導(dǎo)率發(fā)生明顯變化，符合客觀事實(shí)。

來(lái)自復(fù)水后生理特性的第1典型變量Z1在y2′上載荷值的絕對(duì)值最大，反映復(fù)水后生理特性的典型變量主要由葉片相對(duì)電導(dǎo)率決定，這與干旱脅迫時(shí)生理特性的變化保持一致；各生理特性指標(biāo)對(duì)第1典型變量Z1的貢獻(xiàn)大小順序?yàn)椋簓2′(復(fù)水后葉片相對(duì)電導(dǎo)率)>y5′(復(fù)水后POD活性)>y8′(復(fù)水后可溶性蛋白含量)>y6′(復(fù)水后MDA含量)>y7′(復(fù)水后游離脯氨酸含量)>y4′(復(fù)水后SOD活性)>y3′(復(fù)水后葉綠素含量)>y1′(復(fù)水后葉片相對(duì)含水量)，其中除y1′、y7′和y8′為正貢獻(xiàn)外，其他指標(biāo)均為負(fù)貢獻(xiàn)，且y1′、y3′系數(shù)小于0.1，作用很小可忽略不計(jì)。復(fù)水后生理特性的第1典型變量中，葉片相對(duì)電導(dǎo)率系數(shù)較其在干旱脅迫生理特性的第1典型變量中減小了約35%，表示脅迫造成的滲透失衡有所恢復(fù)，說(shuō)明復(fù)水使植株所受傷害有所緩解；然而其貢獻(xiàn)值仍然排在第1位，并未恢復(fù)到干旱前水平，說(shuō)明復(fù)水雖然在一定程度上緩解了干旱脅迫的傷害，但是短時(shí)內(nèi)并未修復(fù)徹底，傷害完全修復(fù)尚需更長(zhǎng)的時(shí)間和過(guò)程。

2.3 紅椿盆栽幼苗葉片生理指標(biāo)在3種試驗(yàn)條件下兩兩之間的相關(guān)關(guān)系分析

2.3.1 正常供水(干旱前)與干旱脅迫 如表3所示，干旱前生理指標(biāo)中，紅椿的可溶性蛋白含量與SOD活性的相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.885，呈極顯著正相關(guān)關(guān)系。干旱脅迫生理指標(biāo)中，可溶性蛋白含量與葉綠素含量的相關(guān)系數(shù)達(dá)0.542，說(shuō)明在干旱脅迫下，可溶性蛋白含量的變化與葉綠素含量的變化呈顯著正相關(guān)趨勢(shì)，葉片因缺水導(dǎo)致的光合作用受阻可能直接影響葉片生理性狀的變化。

干旱脅迫時(shí)的葉綠素含量與干旱前葉片相對(duì)電導(dǎo)率以及POD活性的相關(guān)系數(shù)分別達(dá)0.478和0.507，說(shuō)明紅椿植株在正常供水條件下的葉片相對(duì)電導(dǎo)率和POD活性與干旱脅迫下葉片葉綠素含量的變化具有正相關(guān)關(guān)系。

2.3.2 干旱脅迫與復(fù)水 如表4所示，干旱脅迫條件下，紅椿幼苗葉片各生理指標(biāo)之間僅可溶性蛋白與葉綠素含量達(dá)到顯著正相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)為0.542。復(fù)水條件下，MDA含量與葉綠素含量呈顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.524，復(fù)水后植株葉片回綠需要一段時(shí)間，葉綠素含量增加不大時(shí)，MDA含量變化亦不大；MDA含量與POD活性呈極顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.666，復(fù)水使植株脅迫傷害有所修復(fù)，因而葉片POD活性大幅度下降時(shí)，MDA含量也隨著明顯下降，這符合正常規(guī)律。MDA含量為脂質(zhì)過(guò)氧化指標(biāo)，一般直接用來(lái)反映植株的受傷程度[11]。

干旱脅迫時(shí)葉片的葉綠素含量與復(fù)水條件下的POD活性和MDA含量均呈顯著正相關(guān)關(guān)系，說(shuō)明植株在干旱脅迫下葉綠素含量越高，即其在逆境下保持光合作用的能力越強(qiáng)，而經(jīng)過(guò)了干旱脅迫這個(gè)過(guò)程后，復(fù)水時(shí)表現(xiàn)出來(lái)的抗氧化酶活性也較高，即一定程度的干旱有助于進(jìn)一步挖掘抗旱潛力較高植株的抗旱性能；干旱脅迫下可溶性蛋白含量與復(fù)水條件下的葉綠素含量和POD活性呈極顯著正相關(guān)，其中與后者的相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.803，同時(shí)與MDA含量也達(dá)到顯著相關(guān)。干旱脅迫后復(fù)水時(shí)植株葉片生理特性的恢復(fù)情況與干旱脅迫時(shí)各生理指標(biāo)受創(chuàng)的嚴(yán)重程度直接相關(guān)。植株在遭受干旱脅迫時(shí)，可溶性蛋白含量會(huì)有所下降[11]。干旱脅迫越嚴(yán)重，則可溶性蛋白含量越低。因此復(fù)水后葉綠素含量和POD活性越低，說(shuō)明干旱脅迫越嚴(yán)重，對(duì)植株造成的傷害就越大，復(fù)水后修復(fù)的效率也越低。同時(shí)也說(shuō)明，過(guò)度干旱脅迫無(wú)法提高植株的抗旱性，反而會(huì)對(duì)植株造成更大的傷害。

表3 紅椿盆栽幼苗干旱脅迫前與干旱脅迫下葉片生理指標(biāo)的相關(guān)系數(shù)Table 3 Correlation coefficients of leaf physiological indicators of potted Toona cilliate Roem. seedlings between control and drought stress

注：“*”表示在α=0.05時(shí)具有顯著相關(guān)性；“**”表示在α=0.01時(shí)具有極顯著相關(guān)性。下表同。

Note:“*” shows significant correlation at the level ofα=0.05;“**” shows extremely significant correlation at the level ofα=0.01.The same below.

表4 紅椿盆栽幼苗干旱脅迫與復(fù)水后葉片生理指標(biāo)的相關(guān)系數(shù)Table 4 Correlation coefficients of leaf physiological indicators of potted Toona cilliate Roem. seedlings between drought stress and rewatering

2.3.3 正常供水(干旱前)與復(fù)水 如表5所示，復(fù)水后的葉片相對(duì)含水量與干旱脅迫前的SOD活性、可溶性蛋白含量呈顯著正相關(guān)；復(fù)水后的POD活性、MDA含量與干旱脅迫前的POD活性呈顯著正相關(guān)；復(fù)水后的游離脯氨酸含量與干旱脅迫前的游離脯氨酸含量呈顯著正相關(guān)；復(fù)水后的可溶性蛋白含量與干旱脅迫前的MDA含量呈顯著負(fù)相關(guān)。說(shuō)明干旱脅迫后復(fù)水時(shí)植株的耗水量、抗旱性與正常供水植株的抗旱潛力直接相關(guān)。因此，可在正常供水條件下就植株個(gè)體差異進(jìn)行優(yōu)良單株選擇，從而為高抗旱性紅椿植株的選育提供參考。

表5 紅椿盆栽幼苗干旱脅迫前生理指標(biāo)與復(fù)水后生理指標(biāo)的相關(guān)系數(shù)Table 5 Correlation coefficients of leaf physiological indicators of potted Toona cilliate Roem.seedlings between contrast and rewatering

3 討論與結(jié)論

3.1 3種水分條件下紅椿幼苗葉片生理特性的典型相關(guān)分析

在正常供水與干旱脅迫條件下紅椿盆栽幼苗葉片生理特性的典型相關(guān)分析中，干旱脅迫生理特性的第1典型變量表明，植株在受到干旱脅迫時(shí)，葉片葉綠素含量的下降貢獻(xiàn)最大，該結(jié)果符合正常規(guī)律，因?yàn)闆](méi)有水分供給，植株因無(wú)法進(jìn)行正常的生長(zhǎng)活動(dòng)而造成傷害，包括葉綠素含量降低，這與吳際友[13]的研究結(jié)論一致。同時(shí)，抗氧化酶活性等生理指標(biāo)亦發(fā)生響應(yīng)變化，如POD活性提高。有研究表明，POD、SOD、CAT等抗氧化酶活性在水分脅迫下有增加趨勢(shì)[14-15]。植物在逆境下，體內(nèi)的活性氧代謝系統(tǒng)失衡，導(dǎo)致大量活性氧物質(zhì)積累，從而對(duì)植株造成傷害。而超氧化物歧化酶(SOD)可消除植株體內(nèi)的超氧自由基因子，將植株體內(nèi)有害的超氧自由基轉(zhuǎn)化為過(guò)氧化氫，再通過(guò)過(guò)氧化物酶POD和過(guò)氧化氫酶CAT將其分解為水。而當(dāng)植株受到嚴(yán)重脅迫時(shí)，其體內(nèi)產(chǎn)生的活性氧物質(zhì)超出了抗氧化酶系統(tǒng)所能承受的范圍，導(dǎo)致抗氧化酶活性降低，植株氧化加速[16]。

在干旱脅迫及復(fù)水紅椿盆栽幼苗葉片生理特性的典型相關(guān)分析中，干旱脅迫以及復(fù)水后生理特性的第1典型變量一致表明，反映各時(shí)期生理指標(biāo)的典型變量均主要由葉片相對(duì)電導(dǎo)率決定。細(xì)胞膜不僅是區(qū)分細(xì)胞內(nèi)部和外部環(huán)境的動(dòng)態(tài)屏障，更是細(xì)胞內(nèi)外物質(zhì)交換和信息傳遞的通道。在逆境脅迫時(shí)，膜結(jié)構(gòu)受傷導(dǎo)致膜功能受損，使得膜透性增大，細(xì)胞內(nèi)水溶性物質(zhì)開(kāi)始外滲，從而相對(duì)電導(dǎo)率提高，MDA的積累也相應(yīng)增加。相對(duì)電導(dǎo)率越高，膜相對(duì)透性越大，則表示細(xì)胞膜在逆境下受傷害程度越大[17]。

復(fù)水能使植株的受傷害程度有所緩解。然而，復(fù)水雖然能在一定程度緩解已經(jīng)造成的干旱脅迫傷害，但是傷害完全修復(fù)尚需更長(zhǎng)的時(shí)間和過(guò)程，這與有關(guān)研究[10]的觀點(diǎn)一致。劉錦春等[18]對(duì)柏木“干旱-復(fù)水”環(huán)境適應(yīng)機(jī)制的研究表明，干旱脅迫初期復(fù)水后，MDA含量可以下降到對(duì)照水平，而干旱脅迫中期和末期后復(fù)水則不能降至對(duì)照水平。

干旱脅迫下葉綠素含量越高即表明植株在逆境下保持光合作用的能力越強(qiáng)，則在復(fù)水時(shí)表現(xiàn)出來(lái)的抗氧化酶活性越高，即一定程度的干旱有利于進(jìn)一步挖掘抗旱潛力較高植株的抗旱性；同時(shí)也說(shuō)明，過(guò)度的干旱脅迫不但無(wú)法提高植株抗旱性，反而會(huì)造成更大的傷害。這與山侖院士的生物節(jié)水原理不謀而合：山侖等[19]指出，水分虧缺不等于完全對(duì)植物產(chǎn)生危害，而是植物從適應(yīng)干旱到產(chǎn)生傷害的一個(gè)過(guò)程，這就是生物節(jié)水原理；他認(rèn)為，適度缺水后復(fù)水有可能會(huì)促進(jìn)植物生長(zhǎng)。

3.2 紅椿幼苗葉片生理指標(biāo)在3種水分條件下兩兩之間的相關(guān)關(guān)系

復(fù)水時(shí)植株的耗水量、抗旱性與正常供水條件下植株的抗旱潛力直接相關(guān)。若干旱脅迫傷害程度不重，則對(duì)復(fù)水時(shí)植株體內(nèi)的葉綠素含量和POD活性恢復(fù)具有積極作用，適當(dāng)?shù)母珊的艽龠M(jìn)植株抗逆性的提高。一些相關(guān)研究也得出過(guò)類(lèi)似的結(jié)論，如劉吉利等[20]研究發(fā)現(xiàn)，苗期適度干旱可減少花生的耗水量，提高單位產(chǎn)量的水分利用效率；閆永鑾等[21]指出，冬小麥拔節(jié)期適宜的輕度干旱脅迫有利于提高植株整體的抗旱能力，減少耗水量，明顯提高水分利用效率。

綜上所述，適當(dāng)?shù)乃痔澣庇欣谥仓昕鼓嫘缘奶岣撸^(guò)度缺水則會(huì)對(duì)植株造成傷害，且恢復(fù)速度較慢、耗時(shí)較長(zhǎng)。因此，挖掘植物抗旱潛力、精確運(yùn)用植物水分利用規(guī)律并完善干旱預(yù)防機(jī)制，較尋找植株遭受干旱脅迫后的傷害修復(fù)措施更具有現(xiàn)實(shí)意義。

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Canonical correlation analysis on leaf physiological responses ofToonacilliateRoem. seedlings to drought stress and rewatering

LIU Qiu1,2,LI Zhi-hui1,WU Ji-you2,CHEN Cai-xia1,LI Yan1, WU Zhi-hua3,CHENG Yong2,HUANG Ming-jun1

(1CollegeofForestry,CentralSouthUniversityofForestry&Technology,Changsha,Hunan410004,China;2HunanForestryAcademy,Changsha,Hunan410004,China;3ChinaEucalyptResearchCentre,Zhanjiang,Guangdong524022,China)

【Objective】 The study discovered the correlation of leaf physiological characteristics ofToonacilliateRoem.potted seedlings among drought stress and rewatering to build knowledge foundation for investigating drought tolerance ofToonacilliateRoem.【Method】 The drought stress and rewatering experiment was conducted in artificial-rain-shelter with 2 years oldToonacilliateRoem.potted seedlings.Eight leaf physiological indicators including leaf relative water content,leaf relative conductivity,chlorophyll content,SOD activity,POD activity,MDA content,free proline content and soluble protein content were determined.Canonical correlation was adopted to analyze the overall correlation of leaf physiological characteristics between control,drought stress and rewatering cases.【Result】 (1) There was significant correlation in leaf physiological characteristics ofToonacilliateRoem.potted seedlings between control and drought stress cases.The first coefficient of canonical correlation analysis was 0.996 5,Leaf relative conductivity and chlorophyll content mainly reflected the leaf physiological characteristics before and after drought stress,respectively.(2) There was significant correlation in leaf physiological characteristics ofToonacilliateRoem. potted seedlings between drought stress and rewatering cases. The first coefficient of canonical correlation analysis was 0.998 3.Leaf relative conductivity mainly reflected leaf physiological characteristics both in drought stress and rewatering cases.(3) There was significant positive correlation between chlorophyll content under drought stress and POD activity and MDA content in rewatering case,indicating that higher photosynthetic capacity under drought stress caused higher antioxidant enzyme activity in rewatering.(4) Soluble protein content under drought stress extremely correlated with POD activity in rewatering with the correlation coefficient of 0.803,indicating that the damage severity under drought stress closely influenced the reparation of leaf physiological characteristics in rewatering.(5) Water consumption and drought tolerance ofToonacilliateRoem.after rewatering were directly related to drought-resistant potential in normal watering case.【Conclusion】 Slight drought damage could positively promote the recovery of chlorophyll content and POD activity ofToonacilliateRoem.seedlings after rewatering.Thus,proper water deficit could improve the drought resistance ability of plants,while excessive water shortage could harm the plants and the reparation would last for a long period.

drought stress;ToonacilliateRoem.;rewatering;physiology response;biological water saving;canonical correlation analysis

時(shí)間:2015-09-09 15:41

10.13207/j.cnki.jnwafu.2015.10.006

2014-09-29

湖南省林業(yè)科學(xué)院青年科研創(chuàng)新基金項(xiàng)目(2013-13)

劉 球(1985-)，女，湖南安化人，助理研究員，在讀博士，主要從事森林培育和林木抗逆機(jī)理研究。

S792.990.1

A

1671-9387(2015)10-0035-10

網(wǎng)絡(luò)出版地址:http://www.cnki.net/kcms/detail/61.1390.S.20150909.1541.012.html