4種綠化幼苗對(duì)干旱脅迫的生理響應(yīng)

黃威龍，李 潔，薛 立，列志旸

（華南農(nóng)業(yè)大學(xué) 林學(xué)與風(fēng)景園林學(xué)院，廣東 廣州 510642）

4種綠化幼苗對(duì)干旱脅迫的生理響應(yīng)

黃威龍，李 潔，薛 立，列志旸

（華南農(nóng)業(yè)大學(xué) 林學(xué)與風(fēng)景園林學(xué)院，廣東 廣州 510642）

在人工模擬干旱環(huán)境下，測(cè)定了菜豆樹(shù)Radermachera sinica、鐵冬青Ilex rotunda、紫楠Phoebe sheareri、鋸葉竹節(jié)樹(shù)Carallia diplopetela的生理指標(biāo)以研究干旱脅迫的影響。結(jié)果表明：干旱脅迫處理期間，4種幼苗葉片組織含水量逐漸下降；鐵冬青幼苗的葉片葉綠素含量先升后降，其余幼苗逐漸上升；紫楠幼苗的葉片可溶性糖含量先升后降，其余幼苗逐漸上升；菜豆樹(shù)幼苗的葉片蛋白質(zhì)含量逐漸上升，鐵冬青幼苗的葉片蛋白質(zhì)含量呈波動(dòng)上升的趨勢(shì)，紫楠幼苗顯著增加后保持穩(wěn)定, 鋸葉竹節(jié)樹(shù)幼苗無(wú)顯著變化；菜豆樹(shù)和鋸葉竹節(jié)樹(shù)幼苗的葉片脯氨酸含量逐漸上升，鐵冬青幼苗逐漸下降，紫楠幼苗波動(dòng)性上升；菜豆樹(shù)和鋸葉竹節(jié)樹(shù)幼苗葉片的超氧化物歧化酶活性持續(xù)下降，鐵冬青先降后升，而紫楠先升后降。4種幼苗葉片的丙二醛含量均不斷上升。主成分分析表明，4種幼苗的抗旱能力為鐵冬青＞鋸葉竹節(jié)樹(shù)＞紫楠＞菜豆樹(shù)。

幼苗；干旱脅迫；生理；主成分分析

隨著我國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展，園林綠化在城鎮(zhèn)建設(shè)中的地位越來(lái)越重要。城鎮(zhèn)建設(shè)過(guò)程中許多地方的原土層受到破壞，并形成許多渣土，有機(jī)質(zhì)含量少，結(jié)構(gòu)差，持水能力弱，因而干旱成為限制園林綠化的重要因素。植物在干旱脅迫下通過(guò)可溶性糖[1]和脯氨酸含量上升[2]，可溶性蛋白的變化以增強(qiáng)細(xì)胞滲透能力，增強(qiáng)超氧化物歧化酶（SOD）活性以減緩膜脂過(guò)氧化過(guò)程，而細(xì)胞膜受傷害反映了丙二醛（MDA）含量的增加[3]。

菜豆樹(shù)Radermachera sinica、鐵冬青Ilex rotunda、紫楠Phoebe sheareri、鋸葉竹節(jié)樹(shù)Carallia diplopetela是熱帶、亞熱帶地區(qū)的重要的園林綠化樹(shù)種。盡管有關(guān)學(xué)者對(duì)紫楠[4]、菜豆樹(shù)[5]、鐵冬青[6]和鋸葉竹節(jié)樹(shù)[7]的光合特性、鐵冬青的抗SO2污染能力[8]進(jìn)行過(guò)研究，尚未見(jiàn)到這些樹(shù)種抗旱生理研究的報(bào)道。本研究將菜豆樹(shù)等4種幼苗置于溫室中，模擬干旱環(huán)境，測(cè)定其生理生化指標(biāo)，并利用主成分分析法綜合評(píng)價(jià)其抗旱性，為篩選擇抗旱園林綠化樹(shù)種提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)地在華南農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)院院樓溫室內(nèi)。

處理所用苗木為一年生實(shí)生苗，原裝營(yíng)養(yǎng)袋直徑9 cm，深9 cm，后轉(zhuǎn)入直徑16 cm，深17 cm的白色無(wú)紡布營(yíng)養(yǎng)袋，基質(zhì)用荷蘭土與黃心土，比例1∶1。轉(zhuǎn)入新?tīng)I(yíng)養(yǎng)袋培養(yǎng)數(shù)周，并記錄4種幼苗的苗高和地徑（見(jiàn)表1）。

表1 4種幼苗的基本情況（平均值±標(biāo)準(zhǔn)差）Table 1 Characteristics of seedlings of four examined plant species (mean±SD)

1.2 試驗(yàn)方法

將實(shí)驗(yàn)幼苗置于溫室，采用自然干旱脅迫方法對(duì)待測(cè)幼苗進(jìn)行干旱處理，并以幼苗初始狀態(tài)做對(duì)照組。分別于停水當(dāng)日（0 d）及停水后第4、8、12 d及復(fù)水4 d對(duì)處理植株進(jìn)行生理指標(biāo)的測(cè)定。在測(cè)定生理指標(biāo)當(dāng)天的8:30，每個(gè)樹(shù)種選用5株幼苗，早晨采集其第3位至第8位功能葉，用蒸餾水沖洗并吸水紙吸干葉片表面水分后，采集葉片混合后測(cè)定生理指標(biāo)。每個(gè)指標(biāo)3次重復(fù)。

1.3 生理指標(biāo)的測(cè)定

組織含水量用烘干稱(chēng)重法、葉綠素用分光光度法、脯氨酸用酸性茚三酮法、SOD用氯化硝基四氮唑藍(lán)（NBT）光化還原法、MDA用硫代巴比妥酸顯色（TBA）法測(cè)定[9]?？扇苄蕴呛涂扇苄缘鞍踪|(zhì)分別用蒽酮比色法[10]和考馬斯亮藍(lán)法[11]進(jìn)行測(cè)定。

1.4 數(shù)據(jù)分析與處理

作圖由Microsoft Excel完成。幼苗在不同處理時(shí)間后差異顯著性用Duncan多重比較檢驗(yàn)，檢驗(yàn)顯著性水平為0.05。

按下列公式對(duì)各指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化：

式中，X為標(biāo)準(zhǔn)化后所得數(shù)據(jù)，xi為某項(xiàng)指標(biāo)的原始數(shù)據(jù)，xmax為某項(xiàng)指標(biāo)的最大值，xmin為某項(xiàng)指標(biāo)的最小值。對(duì)標(biāo)準(zhǔn)化后的數(shù)據(jù)進(jìn)行主成分分析。本研究運(yùn)用主成分計(jì)算各個(gè)抗旱指標(biāo)的得分[12]，按得分多少評(píng)定各植物的抗旱能力。

2 結(jié)果與分析

2.1 組織含水量

經(jīng)干旱脅迫處理后，4種幼苗葉片組織含水量逐漸下降，干旱脅迫12 d時(shí)，四種幼苗葉片組織含水量顯著小于對(duì)照（P＜0.05），復(fù)水處理4 d后，除紫楠外，其余3種幼苗的葉片組織含水量恢復(fù)到對(duì)照水平（見(jiàn)圖1）。

圖1 干旱脅迫對(duì)幼苗葉片含水量的影響Fig.1 Effect of drought stress on leaf water content in seedling leaves of the examined plants

2.2 葉綠素含量

干旱脅迫期間，菜豆樹(shù)、紫楠和鋸葉竹節(jié)樹(shù)幼苗的葉片葉綠素含量逐漸上升，干旱脅迫到12 d時(shí)均顯著大于對(duì)照（P＜0.05）（見(jiàn)圖2）。鐵冬青幼苗的葉片葉綠素含量先升后降。復(fù)水處理4 d后，鐵冬青、紫楠幼苗的葉綠素含量恢復(fù)到對(duì)照水平。

圖2 干旱脅迫對(duì)幼苗葉綠素的影響Fig.2 Effect of drought stress on chlorophyll content in seedling leaves of the examined plants

2.3 可溶性糖含量

干旱脅迫處理期間，菜豆樹(shù)、鐵冬青、鋸葉竹節(jié)樹(shù)幼苗的葉片可溶性糖含量逐漸上升，并在第12 d時(shí)達(dá)到最大值。紫楠在第8 d的時(shí)候上升到最大值后下降（見(jiàn)圖3）。復(fù)水處理4 d后，4種幼苗的葉片可溶性糖含量都下降到對(duì)照水平。

2.4 可溶性蛋白質(zhì)含量

干旱脅迫處理期間，菜豆樹(shù)幼苗的葉片蛋白質(zhì)含量逐漸上升，鐵冬青幼苗的葉片蛋白質(zhì)含量呈波動(dòng)上升的趨勢(shì)，紫楠幼苗顯著增加后保持穩(wěn)定（見(jiàn)圖4）。3種幼苗均在12 d時(shí)達(dá)到最大值，復(fù)水處理4 d后顯著大于對(duì)照（P＜0.05）。鋸葉竹節(jié)樹(shù)幼苗的葉片蛋白質(zhì)含量無(wú)顯著變化。

圖3 干旱脅迫對(duì)幼苗葉片可溶性糖含量的影響Fig.3 Effect of drought stress on the content of soluble sugar in seedling leaves of the examined plants

圖4 干旱脅迫對(duì)幼苗葉片可溶性蛋白質(zhì)含量的影響Fig.4 Effect of drought stress on the content of soluble protein in seedling leaves of the examined plants

2.5 脯氨酸含量

干旱脅迫處理期間，菜豆樹(shù)和鋸葉竹節(jié)樹(shù)幼苗的葉片脯氨酸含量逐漸上升，鐵冬青幼苗逐漸下降，紫楠幼苗呈波動(dòng)上升的趨勢(shì)（見(jiàn)圖5）。復(fù)水處理4 d后，鐵冬青和鋸葉竹節(jié)樹(shù)幼苗與對(duì)照無(wú)顯著差異。

圖5 干旱脅迫下對(duì)幼苗葉片脯氨酸含量的影響Fig.5 Effect of drought stress on the content of free proline in seedling leaves of the examined plants

2.6 超氧化物歧化酶活性

干旱脅迫處理期間，菜豆樹(shù)和鋸葉竹節(jié)樹(shù)的SOD活性逐漸下降，鐵冬青幼苗葉片SOD活性先降后升，紫楠幼苗葉片的SOD活性先升后降，4種幼苗復(fù)水處理4 d后均顯著對(duì)照（P＜0.05）（見(jiàn)圖6）。

2.7 丙二醛含量

干旱脅迫處理期間，4種幼苗的葉片丙二醛含量均不斷上升，在12 d時(shí)達(dá)到最大值，且顯著大于對(duì)照(P＜0.05）。經(jīng)過(guò)4 d復(fù)水處理后，除紫楠外均下降到對(duì)照水平（見(jiàn)圖7）。

圖6 干旱脅迫對(duì)幼苗葉片SOD含量的影響Fig.6 Effect of drought stress on the activity of SOD in seedling leaves of the examined plants

圖7 干旱脅迫對(duì)幼苗葉片丙二醛含量的影響Fig.7 Effect of drought stress on the content of MDA in seedling leaves of the examined plants

2.8 主成分分析

對(duì)4種幼苗的生理指標(biāo)進(jìn)行主成分分析，得出的抗旱能力排名為鐵冬青，鋸葉竹節(jié)樹(shù)，紫楠，菜豆樹(shù)（見(jiàn)表2）。

表2 干旱脅迫下4種幼苗的生理生化指標(biāo)得分Table 2 Drought resistance scores of four species seedlings under drought stress

3 結(jié)論與討論

3.1 組織含水量

干旱脅迫處理期間，紫楠、菜豆樹(shù)、鐵冬青和鋸葉竹節(jié)樹(shù)幼苗的葉片組織含水量逐漸下降，在干旱脅迫12 d時(shí)，菜豆樹(shù)的下降幅度大，鐵冬青、紫楠、鋸葉竹節(jié)樹(shù)較小，說(shuō)明這前者抗旱能力弱，而紫楠、鋸葉竹節(jié)復(fù)水后恢復(fù)到對(duì)照水平，說(shuō)明其抗旱性較強(qiáng)。

3.2 葉綠素含量

經(jīng)干旱脅迫處理后，4種幼苗葉片葉綠素含量均有所增加，可能與幼苗含水量下降，葉綠素呈相對(duì)濃縮狀態(tài)有關(guān)，與時(shí)麗冉等[13]發(fā)現(xiàn)菊花葉綠素含量在輕度干旱脅迫下上升的結(jié)果一致。

3.3 滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)

菜豆樹(shù)、鐵冬青、鋸葉竹節(jié)樹(shù)幼苗的葉片可溶性糖含量逐漸上升，有利于細(xì)胞從外界繼續(xù)吸收水分，維持細(xì)胞膨壓，保護(hù)細(xì)胞。紫楠在第8d的時(shí)候上升到最大值后下降，可能是嚴(yán)重的干旱脅迫導(dǎo)致了可溶性糖的加速分解和合成減少[14]。經(jīng)過(guò)復(fù)水處理4 d后，4種幼苗的葉片可溶性糖含量都下降到對(duì)照水平，說(shuō)明復(fù)水后土壤干旱脅迫得以緩解，4種植物體內(nèi)調(diào)節(jié)物質(zhì)逐漸向正常水平逆轉(zhuǎn)[15]。

干旱脅迫處理期間，菜豆樹(shù)紫楠幼苗葉片蛋白質(zhì)增加或保持較高水平，有利于維持植物細(xì)胞較低的滲透勢(shì)，保持水分，抵抗干旱脅迫帶來(lái)的傷害。鋸葉竹節(jié)樹(shù)的蛋白質(zhì)含量無(wú)顯著變化，表明其可溶性蛋白的滲透調(diào)節(jié)功能弱。

本研究中，經(jīng)干旱脅迫處理后，菜豆樹(shù)和鋸葉竹節(jié)樹(shù)幼苗的葉片脯氨酸含量上升，有利于抵御干旱。紫楠和鐵冬青在干旱脅迫過(guò)程中脯氨酸含量增加幅度小，可能是干旱脅迫水平不夠，未能刺激細(xì)胞內(nèi)脯氨酸含量的增加。

3.4 SOD活性和MDA含量

干旱脅迫處理期間，菜豆樹(shù)和鋸葉竹節(jié)樹(shù)幼苗葉片的SOD活性呈下降趨勢(shì)，可能與大量自由基的累積，酶結(jié)構(gòu)和功能遭到破壞有關(guān)[16]。紫楠幼苗葉片的SOD活性先升后降，與謝寅峰等[17]、李云飛等[18]和董蕾等[19]的研究結(jié)果相似。干旱脅迫初期，SOD保護(hù)酶增強(qiáng)避免了活性氧等各種自由基的大量積累。隨著干旱脅迫過(guò)程的加劇, 植物體內(nèi)保護(hù)酶系統(tǒng)的活力和平衡受到破壞, 酶降解的增加和合成的減慢可能是導(dǎo)致SOD 活性下降原因之一。鐵冬青幼苗葉片SOD活性先降后升，與蔣明義等[20]對(duì)水稻幼苗的研究結(jié)果相似?？赡苁撬置{迫造成的膜傷害包含著一個(gè)自由基傷害過(guò)程，抗早物種在嚴(yán)重干旱脅迫時(shí)仍有較活躍的SOD合成調(diào)節(jié)，抗旱性強(qiáng)。另外，SOD只是自由基清除酶龐大系統(tǒng)中的一員，細(xì)胞內(nèi)的其他非酶系統(tǒng)也具有清除自由基的作用，在不同植物中SOD 所起的作用也有所不同[21]。

細(xì)胞質(zhì)膜作為植物細(xì)胞與外界環(huán)境相互作用的界面層，很容易受到干旱脅迫引起的膜脂過(guò)氧化作用傷害。干旱脅迫處理期間，干旱脅迫處理期間，菜豆樹(shù)、鐵冬青、紫楠、鋸葉竹節(jié)樹(shù)幼苗的葉片丙二醛含量上升，12 d時(shí)均顯著大于對(duì)照，其中鐵冬青的上升幅度最小，表明其抗旱性強(qiáng)，菜豆樹(shù)的增幅最大，所以抗旱性弱[22]。

3.5 植物抗旱性的綜合評(píng)價(jià)

植物的抗旱性反映了多種生理指標(biāo)綜合作用[1]。馮慧芳等[3]、盧廣超等[12]和邵怡若等[23]成功地將主成分分析用于植物生理指標(biāo)評(píng)價(jià)。本研究運(yùn)用主成分分析對(duì)4個(gè)樹(shù)種的生理指標(biāo)進(jìn)行了綜合評(píng)定，得出抗旱性大小由大到小的順序?yàn)殇徣~竹節(jié)樹(shù)、鐵冬青、紫楠、菜豆樹(shù)，與大多數(shù)生理指標(biāo)的變化相符，再次證明了主成分分析綜合評(píng)價(jià)植物生理指標(biāo)的有效性。

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Physiological respond of seedlings of four greening species to drought resistance

HUANG Wei-long, LI Jie, XUE Li, LIE Zhi-yang
（College of Forestry and Landscape Architecture, South China Agricultural University, Guangzhou 510642, Guangdong, China）

Studies were conducted on physiological changes of seedlings ofRadermachera sinica,Ilex rotunda, Phoebe sheareriandCarallia diplopetelaunder simulated drought environment.The physiological characteristics of these seedlings were determined and their drought resistance was evaluated with principal component analysis.The results showed that during drought stress period,tissue water content of the four seedling species decreased; chlorophyll content ofI.Rotundaincreased initially and then decreased,whereas other species increased gradually; soluble sugar content ofP.sheareriincreased followed by a decrease, whereas other seedling species increased gradually; the content of soluble protein ofR.sinicaincreased gradually,I.rotundaincreased with fl uctuations,P.Shearerisigni fi cantly increased and then kept steady, whereasC.diplopetelakept steady; The content of free proline ofR.sinicaandC.diplopetelaincreased gradually,I.rotundadecreased gradually andP.Sheareriincreased with fl uctuations; the activity of SOD ofR.sinicaandC.diplopeteladecreased gradually,I.rotundadecreased initially and then rose, whileP.sheareriincreased fi rst and then decreased; The content of MDA of the four seedling species increased during drought stress period.The physiological characteristics of the four seedling species were evaluated with principal component analysis and showed that their drought resistance decreased in the order ofI.rotunda＞C.diplopetela＞P.sheareri＞R.sinica.

greening seedlings; drought resistance; physiological properties; principal component analysis

10.14067/j.cnki.1673-923x.2016.07.007

http: //qks.csuft.edu.cn

S722.1

A

1673-923X(2016)07-0036-05

2015-10-16

中央財(cái)政林業(yè)科技推廣示范項(xiàng)目“廣東省生態(tài)公益林培育技術(shù)推廣”（2015GDTK - 07）

黃威龍，碩士研究生

薛 立，教授，博士；E-mail：forxue@scau.edu.cn

黃威龍，李 潔，薛 立，等.4種綠化幼苗對(duì)干旱脅迫的生理響應(yīng)[J].中南林業(yè)科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2016, 36(7): 36-40.

[本文編校：吳 毅]