外源亞精胺對(duì)不同干旱脅迫程度下紅椿幼苗生理功能的修復(fù)調(diào)節(jié)

劉 球 ，李志輝 ，吳際友 ，楊碩知 ，吳志華

（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 珍貴樹種研究所，湖南 長(zhǎng)沙410004；3.國(guó)家林業(yè)局 桉樹研究開發(fā)中心，廣東 湛江 524022）

外源亞精胺對(duì)不同干旱脅迫程度下紅椿幼苗生理功能的修復(fù)調(diào)節(jié)

劉 球1，2，李志輝1，吳際友2，楊碩知2，吳志華3

（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 珍貴樹種研究所，湖南 長(zhǎng)沙410004；3.國(guó)家林業(yè)局 桉樹研究開發(fā)中心，廣東 湛江 524022）

本研究旨在探討持續(xù)干旱脅迫下外源亞精胺對(duì)紅椿幼苗生理功能的修復(fù)調(diào)節(jié)效應(yīng)。以2年生紅椿家系盆栽幼苗為試驗(yàn)對(duì)象，采取持續(xù)干旱和土壤水分測(cè)定相結(jié)合的方法，在人工遮雨棚中開展干旱脅迫及外源亞精胺調(diào)節(jié)試驗(yàn)，包括4個(gè)處理，即對(duì)照處理（土壤相對(duì)含水率45%～50%）、輕度干旱脅迫及調(diào)節(jié)（土壤相對(duì)含水率30%～38% +1 mmol/L外源Spd調(diào)節(jié)）、中度干旱脅迫及調(diào)節(jié)（土壤相對(duì)含水率25%～30% +1 mmol/L外源Spd調(diào)節(jié)）和重度干旱脅迫及調(diào)節(jié)（土壤相對(duì)含水率20%～25% +1 mmol/L外源Spd調(diào)節(jié)）。結(jié)果表明：(1)在對(duì)照、干旱脅迫（輕度、中度和重度）以及噴施外源Spd調(diào)節(jié)三者之間，紅椿幼苗葉片相對(duì)電導(dǎo)率、葉綠素含量、相對(duì)含水量、MDA含量、POD活性以及游離脯氨酸含量均出現(xiàn)了極顯著（p＜0.01）差異。(2) 1 mmol/L外源Spd噴施修復(fù)重度干旱脅迫下植株形態(tài)損傷的速度遠(yuǎn)低于輕度和中度干旱脅迫植株；(3)噴施1 mmol/L Spd可迅速修復(fù)紅椿的輕度和中度干旱脅迫損傷并提高植株的持續(xù)抗旱能力，但其修復(fù)重度干旱脅迫損傷作用效果稍弱，但仍具有較強(qiáng)的脅迫指示響應(yīng)。在干旱脅迫下，1 mmol/L Spd通過(guò)提高葉片保水能力和葉綠素含量，激發(fā)抗氧化酶活性，減少細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)的外滲，從而增強(qiáng)了紅椿幼苗植株抵抗干旱脅迫的能力。

外源亞精胺；生理調(diào)節(jié)；紅椿；干旱脅迫；抗旱能力

多胺（Polyamines, PAs）是一種高生物活性的低分子量脂肪族含氮堿，常見的多胺包括腐胺（Putrescine，Put）、尸胺（Cadaverine，Cad）、亞精胺（Spermidine，Spd）和精胺（Spermine，Spm）等，普遍存在于植物體中，具有調(diào)節(jié)植物生長(zhǎng)發(fā)育、延緩細(xì)胞衰老等功能[1-2]。近年來(lái)，多項(xiàng)研究表明多胺有抵抗逆境脅迫、延緩葉片衰老等明顯作用。張鳳[3]等對(duì)外源亞精胺可產(chǎn)生的生物抗逆性影響做了較為系統(tǒng)的總結(jié)，包括抗高溫氧化[4-5]、抗低氧脅迫[6-7]、抗硝酸鈣脅迫[8]、抗鹽性和生理代謝調(diào)節(jié)[9]、抗干旱脅迫[10-11]以及抗重金屬脅迫[12]，亞精胺是植物生長(zhǎng)過(guò)程中一種至關(guān)重要的生物活性物質(zhì)。作為植物體內(nèi)一種非常重要的多胺，亞精胺被研究證明其與植物抗逆的關(guān)系較其他多胺種類更為密切[13]。

紅椿Toona cilliate，楝科香椿屬半常綠喬木，是國(guó)家II級(jí)重點(diǎn)保護(hù)植物。紅椿是我國(guó)熱帶、亞熱帶地區(qū)所特有的珍貴速生用材樹種，其木材紅褐色，具有質(zhì)地堅(jiān)硬、密度高、花紋美麗等特點(diǎn)，屬上等家具用材，素有“中國(guó)桃花心木”之美譽(yù)。湖南省是紅椿天然林分分布省份之一，雖然呈零星分布的狀態(tài)，但發(fā)展?jié)摿薮骩14-16]。近些年來(lái)，湖南省林業(yè)科學(xué)院紅椿研究團(tuán)隊(duì)針對(duì)紅椿開展了系統(tǒng)的水分生理研究，吳際友等[17]研究了干旱脅迫對(duì)紅椿幼苗葉片相對(duì)含水量以及葉綠素含量的影響；劉球等[18,15]探討了干旱脅迫對(duì)紅椿土壤含水率以及植株受傷害程度的影響，還用典型相關(guān)分析的方法分析了紅椿幼苗的干旱脅迫和復(fù)水響應(yīng)；陳彩霞等[19-20]系統(tǒng)研究了紅椿幼苗的持續(xù)干旱脅迫響應(yīng)和淹水脅迫響應(yīng)。研究發(fā)現(xiàn)，紅椿幼苗具有一定的抗旱和抗?jié)衬芰ΓS著脅迫程度越重，其抵抗能力也越弱；同時(shí)也發(fā)現(xiàn)，紅椿是在經(jīng)歷旱災(zāi)和水淹后仍有較大恢復(fù)可能性的樹種，其干旱和水淹生理恢復(fù)調(diào)節(jié)方面具有很高的研究?jī)r(jià)值，因此，本研究在現(xiàn)有科研基礎(chǔ)上，深入探索外源Spd對(duì)紅椿抗旱修復(fù)調(diào)節(jié)的影響，為系統(tǒng)研究適合紅椿的干旱傷害修復(fù)措施提供參考，最終服務(wù)于極端氣候下的紅椿林栽培，服務(wù)于紅椿人工林高效培育事業(yè)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地設(shè)在湖南省林業(yè)科學(xué)院苗圃，海拔為110 m，地理坐標(biāo)為 112°59′E、28°05′N，年平均氣溫16.8 ℃，年降水量1 400～1 900 mm，平均日照時(shí)數(shù)1 496～1 850 h，無(wú)霜期達(dá)264 d，屬于中亞熱帶季風(fēng)濕潤(rùn)氣候區(qū)，雨量豐沛，光照充足；土壤為紅壤，土層厚達(dá)60 cm以上，肥力中等，pH值為6.2[15]。

1.2 試驗(yàn)材料

本試驗(yàn)材料為2年生紅椿家系盆栽苗。2012年3月，課題組開展田間育苗。2014年3月，選擇苗高1.0 m、胸徑1.8 cm的長(zhǎng)勢(shì)均勻、無(wú)病蟲害的健康紅椿幼苗裝盆，盆缽口徑25 cm、深20 cm，每盆裝土5 kg，比例為黃心土∶泥炭土=2∶1，統(tǒng)一配盆墊，進(jìn)行正常澆水管護(hù)。2014年6—7月，在入盆植株中篩選出長(zhǎng)勢(shì)均勻的紅椿幼苗進(jìn)行干旱脅迫及外源Spd調(diào)控試驗(yàn)[15]。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用完全隨機(jī)設(shè)計(jì)，4個(gè)處理，3次重復(fù)，共12盆。以課題組對(duì)紅椿幼苗實(shí)施的預(yù)備試驗(yàn)結(jié)果為參照，本試驗(yàn)采取持續(xù)干旱和土壤水分測(cè)定相結(jié)合的方法，設(shè)置了4個(gè)處理的持續(xù)干旱脅迫：1）對(duì)照處理（CK），即土壤相對(duì)含水率45%～50%（每天澆水至飽和狀態(tài)）；2）輕度干旱脅迫，即土壤相對(duì)含水率30%～38%（持續(xù)自然干旱7 d后所測(cè)得土壤相對(duì)含水率）；3）中度干旱脅迫，即土壤相對(duì)含水率25%～30%（持續(xù)自然干旱14 d后所測(cè)得土壤相對(duì)含水率）；4）重度干旱脅迫，即土壤相對(duì)含水率20%～25%（持續(xù)自然干旱21 d后所測(cè)得土壤相對(duì)含水率）；于每天傍晚18:00采用美國(guó)便攜式土壤含水率測(cè)定儀FIELD SCOUT TDR 200的200 mm探針進(jìn)行盆栽土壤含水率測(cè)定；第2天09:00記錄植株傷害等級(jí)，并采取葉片樣品回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行指標(biāo)測(cè)定。本試驗(yàn)設(shè)置了不同干旱脅迫程度的外源Spd調(diào)節(jié)處理：1）輕度干旱外源Spd調(diào)節(jié)，即輕度干旱結(jié)束日起，連續(xù)3天傍晚18:00對(duì)中度干旱脅迫對(duì)象噴施濃度為1 mmol/L的外源Spd水溶液，然后恢復(fù)日常生長(zhǎng)管護(hù)5天（即每天每株保證100mL澆水量）；2）中度干旱外源Spd調(diào)節(jié)，即中度干旱結(jié)束日起，連續(xù)3天傍晚18:00對(duì)中度干旱脅迫對(duì)象噴施濃度為1 mmol/L的外源Spd水溶液，然后恢復(fù)日常生長(zhǎng)管護(hù)5天；3）重度干旱外源Spd調(diào)節(jié)，即重度干旱結(jié)束日起，連續(xù)3天傍晚18:00對(duì)中度干旱脅迫對(duì)象噴施濃度為1 mmol/L的外源Spd水溶液，然后恢復(fù)日常生長(zhǎng)管護(hù)5天；處理結(jié)束后第2天09:00記錄植株傷害等級(jí)，并采取葉片樣品回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行指標(biāo)測(cè)定。

2014年6月10日正式開始干旱脅迫處理，2014年7月1日干旱脅迫結(jié)束；2014年6月17日正式開始外源Spd調(diào)節(jié)處理，2014年7月4日外源Spd調(diào)節(jié)處理結(jié)束。試驗(yàn)在人工搭建的遮雨棚中進(jìn)行，以保證植株所需的正常光照和空氣條件，同時(shí)避免雨水進(jìn)入，保證棚內(nèi)外溫度一致。

1.4 測(cè)定指標(biāo)及方法

1.4.1 植株傷害等級(jí)測(cè)定

本研究共將植株葉片傷害指數(shù)分為5個(gè)等級(jí)，即0級(jí)（健康）、1級(jí)（少數(shù)葉片出現(xiàn)萎蔫泛黃）、2級(jí)（半數(shù)葉片出現(xiàn)萎蔫泛黃）、3級(jí)（半數(shù)以上葉片出現(xiàn)萎蔫泛黃）和4級(jí)（整株萎蔫泛黃并開始凋落）。試驗(yàn)過(guò)程中采用肉眼觀測(cè)判斷的方式進(jìn)行植株傷害程度測(cè)定。

1.4.2 葉片生理指標(biāo)測(cè)定

質(zhì)膜相對(duì)透性測(cè)定采用電導(dǎo)率法、葉片相對(duì)含水率測(cè)定采用烘干法、葉綠素含量測(cè)定采用浸提法、過(guò)氧化物酶（Peroxidase，POD）活性測(cè)定采用愈創(chuàng)木酚法、丙二醛（Malonaldehyde，MDA）含量測(cè)定采用硫代巴比妥酸法、游離脯氨酸（Free proline，Pro）含量測(cè)定采用酸性茚三酮法[21-22]。

1.5 數(shù)據(jù)分析與處理

數(shù)據(jù)采用Excel 2007 進(jìn)行處理、 SPSS 17.0進(jìn)行方差分析，采用Duncan’s進(jìn)行多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 外源Spd對(duì)干旱脅迫下紅椿幼苗植株形態(tài)的修復(fù)調(diào)節(jié)

隨著干旱脅迫的加劇，紅椿幼苗葉片受損升級(jí)。輕度干旱和中度干旱對(duì)植株葉片損害非常輕微，均處于1級(jí)及以下狀態(tài)（即少數(shù)葉片出現(xiàn)萎蔫、泛黃），但中度向重度干旱轉(zhuǎn)變的過(guò)程中，植株葉片損害明顯加劇，較短的時(shí)間迅速升為3級(jí)（半數(shù)以上葉片出現(xiàn)萎蔫、泛黃）。對(duì)各個(gè)干旱脅迫植株進(jìn)行外源Spd噴施調(diào)節(jié)后，繼續(xù)對(duì)植株葉片損害程度進(jìn)行跟蹤觀測(cè)和登記，結(jié)果顯示，傷害得到了緩解和修復(fù)，但相比而言重度干旱脅迫下受傷植株修復(fù)更慢。

2.2 外源Spd對(duì)干旱脅迫下紅椿幼苗葉片相對(duì)含水量的修復(fù)調(diào)節(jié)

在對(duì)照、輕度干旱以及噴施外源Spd調(diào)節(jié)3個(gè)處理之間，紅椿幼苗葉片相對(duì)含水量呈現(xiàn)極顯著差異（p＜0.01），由高到低順序?yàn)椋簢娛┩庠碨pd調(diào)節(jié)＞輕度干旱＞對(duì)照，相對(duì)含水量在噴施外源Spd調(diào)節(jié)處理下比輕度脅迫高出6.49%。在對(duì)照、中度干旱以及噴施外源Spd調(diào)節(jié)3個(gè)處理之間呈現(xiàn)極顯著差異（p＜0.01），由高到低順序?yàn)椋褐卸雀珊担緦?duì)照＞噴施外源Spd調(diào)節(jié)，相對(duì)含水量在噴施外源Spd調(diào)節(jié)處理下與對(duì)照幾乎相等。在對(duì)照、重度干旱以及噴施外源Spd調(diào)節(jié)3個(gè)處理之間，紅椿幼苗葉片相對(duì)含水量呈現(xiàn)出極顯著差異（p＜0.01），由高到低順序?yàn)椋簢娛┩庠碨pd調(diào)節(jié)＞對(duì)照＞重度干旱，相對(duì)含水量在噴施外源Spd調(diào)節(jié)處理下比對(duì)照高出2.4%，比重度脅迫高出52.15%。說(shuō)明噴施外源Spd調(diào)節(jié)對(duì)輕度和重度脅迫下植株葉片相對(duì)含水量的修復(fù)作用明顯，尤其是重度脅迫；相反，其對(duì)中度脅迫下相對(duì)含水量的修復(fù)作用弱（見圖1）。

圖1 干旱脅迫下外源亞精胺對(duì)葉片相對(duì)含水量的影響Fig.1 Effects of exogenous Spd on leaf relative water content in Toona ciliata under drought stress

2.3 外源Spd對(duì)干旱脅迫下紅椿幼苗葉片質(zhì)膜透性的修復(fù)調(diào)節(jié)

在對(duì)照、輕度干旱以及噴施外源Spd調(diào)節(jié)3個(gè)處理之間，紅椿幼苗葉片相對(duì)電導(dǎo)率呈現(xiàn)極顯著差異（p＜0.01），由高到低順序?yàn)椋簢娛┩庠碨pd調(diào)節(jié)＞輕度干旱＞對(duì)照，相對(duì)電導(dǎo)率在噴施外源Spd調(diào)節(jié)處理下比輕度脅迫高出7.02%。在對(duì)照、中度干旱以及噴施外源Spd調(diào)節(jié)3個(gè)處理之間，紅椿幼苗葉片相對(duì)電導(dǎo)率呈現(xiàn)極顯著差異（p＜0.01），由高到低順序?yàn)椋簢娛┩庠碨pd調(diào)節(jié)＞中度干旱＞對(duì)照，相對(duì)電導(dǎo)率在噴施外源Spd調(diào)節(jié)處理下比中度脅迫高出8.32%，說(shuō)明輕度、中度脅迫構(gòu)成的脅迫壓力是有限的，外源Spd調(diào)節(jié)作用并不明顯。在對(duì)照、重度干旱以及噴施外源Spd調(diào)節(jié)3個(gè)處理之間，紅椿幼苗葉片相對(duì)電導(dǎo)率呈現(xiàn)極顯著差異（p＜0.01），由高到低順序?yàn)椋褐囟雀珊担緡娛┩庠碨pd調(diào)節(jié)＞對(duì)照，相對(duì)電導(dǎo)率在噴施外源Spd調(diào)節(jié)處理下比重度脅迫低27.43%，說(shuō)明重度脅迫下噴施外源Spd能顯著降低植株葉片相對(duì)電導(dǎo)率，減少細(xì)胞內(nèi)水溶液外滲，修復(fù)細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)（見圖2）。

圖2 干旱脅迫下外源亞精胺對(duì)葉片相對(duì)電導(dǎo)率的影響Fig.2 Effects of exogenous Spd on cell membrane permeability of leaf in Toona ciliata under drought stress

2.4 外源Spd對(duì)干旱脅迫下紅椿幼苗葉片葉綠素含量的修復(fù)調(diào)節(jié)

在對(duì)照、輕度干旱以及噴施外源Spd調(diào)節(jié)3個(gè)處理之間，紅椿幼苗葉片葉綠素含量存在極顯著性差異（p＜0.01），由高到低順序?yàn)椋簩?duì)照＞噴施外源Spd調(diào)節(jié)＞輕度干旱，葉綠素含量在噴施外源Spd調(diào)節(jié)處理下比輕度脅迫高出56.52%。在對(duì)照、中度干旱以及噴施外源Spd調(diào)節(jié)3個(gè)處理間，紅椿幼苗葉片的葉綠素含量存在極顯著性差異（p＜0.01），由高到低順序?yàn)椋簩?duì)照＞中度干旱＞噴施外源Spd調(diào)節(jié)，葉綠素含量在噴施外源Spd調(diào)節(jié)處理下比中度脅迫低7.51%。在對(duì)照、重度干旱以及噴施外源Spd調(diào)節(jié)3個(gè)處理之間，紅椿幼苗葉片葉綠素含量存在極顯著性差異（p＜0.01），由高到低順序?yàn)椋簩?duì)照＞噴施外源Spd調(diào)節(jié)＞重度干旱，葉綠素含量在噴施外源Spd調(diào)節(jié)處理下比重度脅迫高出30.8%。說(shuō)明噴施外源Spd對(duì)紅椿幼苗輕度、重度干旱脅迫下葉片葉綠素含量調(diào)節(jié)作用明顯（見圖3）。

2.5 外源Spd對(duì)干旱脅迫下紅椿幼苗葉片過(guò)氧化物酶（POD）的修復(fù)調(diào)節(jié)

圖3 干旱脅迫下外源亞精胺對(duì)葉綠素含量的影響Fig.3 Effects of exogenous Spd on leaf chlorophyll content in Toona ciliata under drought stress

在對(duì)照、輕度干旱以及噴施外源Spd調(diào)節(jié)3個(gè)處理之間，紅椿幼苗葉片POD含量存在極顯著性差異（p＜0.01），由高到低順序?yàn)椋簢娛┩庠碨pd調(diào)節(jié)＞輕度干旱＞對(duì)照，POD含量在噴施外源Spd調(diào)節(jié)處理下比輕度脅迫高出45.5%。在對(duì)照、中度干旱以及噴施外源Spd調(diào)節(jié)3個(gè)處理之間，紅椿幼苗葉片POD含量存在極顯著性差異（p＜0.01），由高到低順序?yàn)椋簢娛┩庠碨pd調(diào)節(jié)＞對(duì)照＞中度干旱，POD含量在噴施外源Spd調(diào)節(jié)處理下比中度脅迫高出55%。在對(duì)照、重度干旱以及噴施外源Spd調(diào)節(jié)3個(gè)處理之間，紅椿幼苗葉片POD含量極顯著性差異（p＜0.01），由高到低順序?yàn)椋簢娛┩庠碨pd調(diào)節(jié)＞重度干旱＞對(duì)照，POD含量在噴施外源Spd調(diào)節(jié)處理下比重度脅迫高出25.19%。說(shuō)明在輕度、中度和重度干旱脅迫下噴施外源Spd調(diào)節(jié)均促進(jìn)了紅椿幼苗體內(nèi)產(chǎn)生了大量POD，以較大力度地保護(hù)幼苗少受傷害，從而提高了植株的適應(yīng)性和抗旱性（見圖4）。

圖4 干旱脅迫下外源亞精胺對(duì)葉片POD含量的影響Fig.4 Effects of exogenous Spd on leaf POD activity in Toona ciliata under drought stress

2.6 外源Spd對(duì)干旱脅迫下紅椿幼苗葉片游離脯氨酸含量的修復(fù)調(diào)節(jié)

在對(duì)照、輕度干旱以及噴施外源Spd調(diào)節(jié)3個(gè)處理間，紅椿幼苗葉片的游離脯氨酸含量存在極顯著性差異（p＜0.01），由高到低順序?yàn)椋狠p度干旱＞噴施外源Spd調(diào)節(jié)＞對(duì)照，游離脯氨酸含量在噴施外源Spd調(diào)節(jié)處理下比輕度脅迫低了27.66%。在對(duì)照、中度干旱以及噴施外源Spd調(diào)節(jié)3個(gè)處理之間，紅椿幼苗葉片游離脯氨酸含量極顯著性差異（p＜0.01），由高到低順序?yàn)椋簢娛┩庠碨pd調(diào)節(jié)＞中度干旱＞對(duì)照，游離脯氨酸含量在噴施外源Spd調(diào)節(jié)處理下比中度脅迫高了4.6%。在對(duì)照、重度干旱以及噴施外源Spd調(diào)節(jié)3個(gè)處理之間，紅椿幼苗葉片游離脯氨酸含量呈現(xiàn)極顯著差異（p＜0.01），由高到低順序?yàn)椋褐囟雀珊担緡娛┩庠碨pd調(diào)節(jié)＞對(duì)照，游離脯氨酸含量在噴施外源Spd調(diào)節(jié)處理下比重度脅迫低了94.84%，且重度干旱下游離脯氨酸含量幾乎達(dá)到噴施外源Spd調(diào)節(jié)和對(duì)照條件下19倍。說(shuō)明在輕度干旱脅迫和重度干旱脅迫下，尤其是重度干旱脅迫激發(fā)了紅椿幼苗植株滲透調(diào)節(jié)能力，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)噴施外源Spd所起的滲透調(diào)節(jié)作用（見圖5）。

圖5 干旱脅迫下外源亞精胺對(duì)葉片游離脯氨酸含量的影響Fig.5 Effects of exogenous Spd on leaf proline content in Toona ciliata under drought stress

2.7 外源Spd對(duì)干旱脅迫下紅椿幼苗葉片MDA含量的修復(fù)調(diào)節(jié)

在對(duì)照、輕度干旱以及噴施外源Spd調(diào)節(jié)3個(gè)處理之間，紅椿幼苗葉片MDA含量存在極顯著性差異（p＜0.01），由高到低順序?yàn)椋狠p度干旱＞噴施外源Spd調(diào)節(jié)＞對(duì)照，MDA含量在噴施外源Spd調(diào)節(jié)處理下比輕度脅迫低了36.84%。在對(duì)照、中度干旱以及噴施外源Spd調(diào)節(jié)3個(gè)處理之間，紅椿幼苗葉片MDA含量呈現(xiàn)極顯著性差異（p＜0.01），由高到低順序?yàn)椋褐卸雀珊担緡娛┩庠碨pd調(diào)節(jié)＞對(duì)照MDA含量在噴施外源Spd調(diào)節(jié)處理下比中度脅迫低了32.91%。在對(duì)照、重度干旱以及噴施外源Spd調(diào)節(jié)3個(gè)處理之間，紅椿幼苗葉片MDA含量呈現(xiàn)極顯著差異（p＜0.01），由高到低順序?yàn)椋簢娛┩庠碨pd調(diào)節(jié)＞重度干旱＞對(duì)照，MDA含量在噴施外源Spd調(diào)節(jié)處理下比重度脅迫高出52.46%。說(shuō)明輕度、中度脅迫下噴施外源Spd能顯著降低植株體內(nèi)MDA的積累，緩解脅迫損傷；經(jīng)歷過(guò)重度干旱脅迫后的紅椿幼苗，在噴施外源Spd調(diào)節(jié)后，仍顯示出較重的脅迫壓力，原因是重度干旱給植株造成了很大的傷害，跟輕度、中度干旱脅迫相比，修復(fù)難度要大很多（見圖6）。

圖6 干旱脅迫下外源亞精胺對(duì)葉片MDA含量的影響Fig.6 Effects of exogenous Spd on leaf MDA content in Toona ciliata under drought stress

3 討 論

3.1 噴施外源Spd對(duì)紅椿葉片相對(duì)含水量和葉綠素含量的影響

植株葉片相對(duì)含水量的變化幅度取決于植物細(xì)胞壁的彈性，細(xì)胞壁彈性較強(qiáng)，則收縮力度較大，葉片相對(duì)含水量的變化幅度也就越大[23]。然而，在特定的時(shí)間條件下，葉片相對(duì)含水量的下降幅度越大，則說(shuō)明其保水能力越弱，耐旱性越差[24]。本試驗(yàn)中，重度干旱脅迫下紅椿葉片相對(duì)含水量下降幅度較大，噴施外源Spd的調(diào)節(jié)作用明顯，說(shuō)明噴施外源Spd有助于提高紅椿葉片細(xì)胞壁的收縮力，增強(qiáng)其保水能力。

葉綠素是植物進(jìn)行光合作用的主要色素，其含量可反應(yīng)植物葉片光合能力。干旱脅迫對(duì)葉綠素含量的影響是造成植物光合作用降低的重要原因[25]。有研究結(jié)果表明，植物在遭受干旱脅迫時(shí)，葉綠素含量會(huì)隨干旱脅迫程度的加重而降低，與本研究結(jié)論一致[26-28]。本試驗(yàn)中，輕度干旱脅迫導(dǎo)致葉片葉綠素含量下降幅度最大，其次是重度脅迫，這其中存在不同干旱脅迫處理間試驗(yàn)材料的個(gè)體差異，因各干旱脅迫處理的設(shè)置是發(fā)生在各自獨(dú)立植株上，因而沒有比較性。噴施后葉片葉綠素含量超過(guò)輕度脅迫56.5%，超過(guò)重度脅迫30.8%；說(shuō)明噴施外源Spd對(duì)調(diào)節(jié)輕度干旱脅迫下紅椿幼苗葉片葉綠素含量的效果最強(qiáng)，其次是重度干旱脅迫。李麗杰等[29]發(fā)現(xiàn)，0.1 mmol/L的亞精胺可顯著提高20%聚乙二醇（PEG-6000）模擬的干旱脅迫下玉米葉片的葉綠素含量。

3.2 噴施外源Spd對(duì)紅椿葉片抗氧化酶活性的影響

在干旱脅迫下，植株體內(nèi)因脫水而產(chǎn)生活性氧等有害物質(zhì)，使得植株體內(nèi)活性氧失衡，POD是植物細(xì)胞清除活性氧的酶系統(tǒng)重要指標(biāo)之一，通過(guò)清除活性氧以防御逆境對(duì)植株細(xì)胞膜造成損害[19]。然而，隨著脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)或脅迫程度的加劇，POD的活性會(huì)降低。本研究中，3種干旱脅迫程度下，以重度脅迫導(dǎo)致植株葉片產(chǎn)生的POD含量最高；噴施外源Spd對(duì)3種干旱脅迫處理均有調(diào)節(jié)作用，噴施后POD 含量均顯著高于脅迫狀態(tài)，說(shuō)明外源Spd能大幅度提高紅椿在重度干旱脅迫下的POD活性氧清除能力的閾值，增強(qiáng)紅椿植株面臨抗旱逆境的自我保護(hù)能力。這個(gè)結(jié)論與其他學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)的亞精胺能提高植株體內(nèi)POD活性的結(jié)論一致[10,30]。

3.3 噴施外源Spd對(duì)紅椿葉片膜系統(tǒng)的影響

逆境脅迫一般會(huì)導(dǎo)致植株細(xì)胞膜功能受損，從而使細(xì)胞膜透性增大，細(xì)胞內(nèi)包括電解質(zhì)在內(nèi)的各種水溶液外滲，因此，測(cè)定相對(duì)電導(dǎo)率可掌握細(xì)胞膜的受損程度[31]。隨著脅迫程度加深，外滲物質(zhì)增多，質(zhì)膜透性變大，相對(duì)電導(dǎo)率也增高[32]。研究表明，紅椿家系幼苗的受到持續(xù)干旱傷害時(shí)，植物的細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)受損，細(xì)胞內(nèi)的各種水溶液外滲，從而導(dǎo)致相對(duì)電導(dǎo)率增大[19]。本研究中，隨著干旱脅迫程度的加重，葉片相對(duì)電導(dǎo)率顯著增高，重度干旱脅迫下葉片相對(duì)電導(dǎo)率比對(duì)照高出92.8%，結(jié)論與其他研究文獻(xiàn)相類似[32]。輕度和中度干旱脅迫后進(jìn)行外源Spd噴施處理，相對(duì)電導(dǎo)率仍有輕微上升；在重度脅迫后進(jìn)行外源Spd噴施處理，葉片相對(duì)電導(dǎo)率比重度干旱脅迫下降低，但仍明顯高于對(duì)照。外源Spd噴施緩解了重度干旱脅迫導(dǎo)致的細(xì)胞液外滲，有效降低了質(zhì)膜透性。研究人員對(duì)玉米的研究發(fā)現(xiàn)，外源亞精胺處理可有效進(jìn)行滲透調(diào)節(jié)[33]。

MDA是逆境脅迫下膜脂過(guò)氧化的主要產(chǎn)物之一，其含量常用來(lái)指示植物細(xì)胞的膜脂過(guò)氧化程度，也是鑒定植物抗旱性強(qiáng)弱的常用指標(biāo)之一[19]。通常MDA增幅越小的植株其抗逆性越強(qiáng)。本研究中，重度干旱脅迫條件下，紅椿葉片MDA含量的增幅相對(duì)更大；噴施外源Spd后，輕度干旱脅迫和中度干旱脅迫植株葉片MDA含量顯著降低，僅重度干旱脅迫下植株葉片MDA含量仍然處于升高狀態(tài)，說(shuō)明噴施外源Spd后，輕度干旱脅迫和中度干旱脅迫植株的脅迫狀態(tài)MDA指征消失，而重度干旱脅迫下植株仍然存在巨大的脅迫壓力。同類研究證明，外源亞精胺處理可有效緩解植株干旱條件下葉片MDA含量的上升幅度[10,30]。

3.4 噴施外源Spd對(duì)紅椿葉片滲透調(diào)節(jié)功能的影響

植物的滲透調(diào)節(jié)是適應(yīng)逆境脅迫的一種重要的生理機(jī)制[34]。植株在逆境下積累的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)越多，則表示其調(diào)節(jié)抗旱的能力越強(qiáng)[35]。本研究中，各干旱脅迫條件下，紅椿幼苗葉片游離脯氨酸含量都有增高，但以重度干旱脅迫下增高最為顯著，為對(duì)照條件下的20倍；噴施外源Spd后，葉片游離脯氨酸含量立刻回到了對(duì)照水平，說(shuō)明外源Spd能大幅度緩解干旱脅迫給植株葉片滲透調(diào)節(jié)系統(tǒng)所造成的壓力，此結(jié)論同有關(guān)學(xué)者提出的精胺處理對(duì)植物響應(yīng)逆境的內(nèi)容一致[36]。

4 結(jié) 論

綜合各項(xiàng)指標(biāo)的分析表明，不同干旱脅迫程度對(duì)紅椿幼苗造成的影響差別顯著。輕度干旱脅迫（土壤相對(duì)含水率30%～38%）和中度干旱脅迫（土壤相對(duì)含水率25%～30%）對(duì)紅椿植株造成的損害較輕，噴施外源1 mmol/L Spd后修復(fù)迅速；重度干旱脅迫（土壤相對(duì)含水率20%～25%）對(duì)紅椿植株造成的損害較為明顯，噴施外源1 mmol/L Spd后修復(fù)較慢。在干旱脅迫下，1 mmol/L Spd通過(guò)提高抗氧化酶活性，如POD活性，減少了細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)的外滲，調(diào)節(jié)了細(xì)胞膨壓，提高了葉片保水能力和葉綠素含量，從而增強(qiáng)了紅椿幼苗植株抵抗干旱脅迫的能力。

[1]Evans PT, Malmberg RL. Do polyamines have roles in plant development[J]. Annu. Rev. Plant Physiol Plant Mol. Biol., 1989,40: 235-269.

[2]Smith TA . Polyamines[J]. Annu. Rev. Plant Physiol., Biochem.J.,1985, 249:33-36.

[3]張 鳳,何恩鵬,王國(guó)元,等. 外源亞精胺對(duì)生物抗逆性影響的研究進(jìn)展[J]. 化學(xué)與生物工程, 2015,32(7):1-4.

[4]田 婧,郭世榮,劉香娥,等. 外源亞精胺對(duì)高溫下黃瓜幼苗葉片抗氧化系統(tǒng)的影響[J], 西北植物學(xué)報(bào),2009,29(11):2261-2267.

[5]田 婧,郭世榮,孫錦,等. 外源亞精胺對(duì)高溫脅迫下黃瓜幼苗氮素代謝的影響[J].生態(tài)學(xué)雜志, 2011,30(10):2197-2202.

[6]李 璟,胡曉輝,郭世榮,等.外源亞精胺對(duì)根際低氧脅迫下黃瓜幼苗根系多胺含量和抗氧化酶活性的影響[J].植物生態(tài)學(xué)報(bào), 2006,30(1):118-123.

[7]賈永霞,郭世榮,王素平,等.根際低氧脅迫下外源亞精胺對(duì)黃瓜幼苗多胺和抗氧化系統(tǒng)的影響[J]. 園藝學(xué)報(bào),2007,34(6):1547-1550.

[8]周晨楠,施曉夢(mèng),袁穎輝,等. 外源亞精胺對(duì)Ca(NO3)2脅迫下番茄幼苗光合特性和抗氧化酶活性的影響[J]. 西北植物學(xué)報(bào). 2012,32(3):498-504.

[9]李 軍,高新昊,郭世榮,等. 外源亞精胺對(duì)鹽脅迫下黃瓜幼苗光合作用的影響[J]. 生態(tài)學(xué)雜志,2007,26(10):1595-1599.

[10]張春梅,鄒志榮,張志新. 外源亞精胺對(duì)模擬干旱脅迫下番茄幼苗活性氧水平和抗氧化系統(tǒng)的影響[J]. 應(yīng)用與環(huán)境生物學(xué)報(bào), 2009,15(3):301-307.

[11]閆 剛,張春梅,鄒志榮. 外源亞精胺對(duì)干旱脅迫下番茄幼苗碳水化合物代謝及相關(guān)酶活性的影響[J].干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究,2012, 30(1):143-148.

[12]李 陽(yáng),施國(guó)新,王紅霞,等. 外源亞精胺可緩解荇菜鎘毒害[J]. 植物學(xué)報(bào),2009,44(5):571-577.

[13]Roy P, Niyogi K, Sengupta DN. Spermindine treatment to rice seedlings recovers salinity stress-induced damage of plasma membrane and PM-bound H+-ATPase in salt-tolerant and saltsensitive rice cultivar[J]. Plant Science, 2005,168:583-591.

[14]中國(guó)樹木志編委會(huì). 中國(guó)主要樹種造林技術(shù)[M]. 北京:中國(guó)林業(yè)出版社, 1981:613-615.

[15]劉 球,李志輝,吳際友,等. 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[J]. 西北農(nóng)林科技大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2015,43(10):1-10.

[16]湛 欣,魯好君,趙 帥,等. 紅椿SSR-PCR體系建立和多態(tài)性引物篩選[J]. 林業(yè)科學(xué)研究,2016,29(4):565-570.

[17]吳際友, 李志輝, 劉 球, 等.干旱脅迫對(duì)紅椿無(wú)性系幼苗葉片相對(duì)含水量和葉綠素含量的影響[J].中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào),2013,29(4): 19-22.

[18]劉 球, 李志輝, 吳際友, 等.干旱脅迫對(duì)紅椿盆栽土壤含水率與植株傷害程度的影響[J].湖南林業(yè)科技,2014,41(6):40-43.

[19]陳彩霞, 王瑞輝, 吳際友, 等.持續(xù)干旱條件下紅椿無(wú)性系幼苗的生理響應(yīng)[J].中南林業(yè)科技大學(xué)學(xué)報(bào),2013, 33(9): 46-49.

[20]陳彩霞, 王瑞輝, 吳際友, 等.淹水脅迫對(duì)紅椿家系幼苗幾種生理生化指標(biāo)的影響[J]. 西北林學(xué)院學(xué)報(bào),2014,29(3): 21-26.

[21]張志良,瞿偉菁. 植物生理學(xué)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)[M]. 北京:高等教育出版社, 2003.

[22]陳建勛,王曉峰. 植物生理學(xué)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)[M]. 廣州:華南理工大學(xué)出版社,2010:135-137.

[23]方向文,李鳳民,張海娜,等. 樹錦雞兒、檸條錦雞兒、小葉錦雞兒和鷹嘴豆干旱適應(yīng)能力比較[J]. 生態(tài)學(xué)報(bào), 2011,31(9):2437-2443.

[24]張 斌,張?zhí)伊?柳建國(guó),等. 植物的水容特征與其耐旱性的關(guān)系[J]. 植物資源與環(huán)境, 1996,5(2):23-27.

[25]An YY, Liang ZS, Han RL, et al. Effect of soil drought on seedling growth and water metabolism of three tree species in Loess Plateau[J]. Acta Botanica Boreali-Occidentalia Sinica.2007,27(1): 91-97.

[26]Bindi M, Bellesi S, Orlandini S. Influence of water deficit stress on leaf area development and transpiration of sangiovese grapevines grown in pots[J]. American Journal of enology and Viticulture, 2005,56(1): 68-72.

[27]王新建,何 威,楊淑紅,等.干旱脅迫下4種楸樹嫁接苗葉綠素含量的變化[J].經(jīng)濟(jì)林研究,2008,26(1):20-24.

[28]李娟娟,許曉研,朱文旭,等.淹水脅迫對(duì)丁香葉綠素含量及熒光特性的影響[J].經(jīng)濟(jì)林研究,2012,30(2):43-47.

[29]李麗杰,顧萬(wàn)榮,張 倩,等. 外源亞精胺對(duì)干旱脅迫下玉米幼苗葉片生理及根系特征參數(shù)的影響[J]. 農(nóng)藥學(xué)學(xué)報(bào),2015,17(13): 291-299.

[30]程明明,杜紅陽(yáng),劉懷攀. 外源亞精胺對(duì)澇脅迫下玉米幼苗根的氧化傷害緩解效應(yīng)[J]. 南方農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào),2015,46(1):36-41.

[31]劉天峰,何 威. 水澇脅迫對(duì)豫楸1號(hào)嫁接苗MDA和質(zhì)膜相對(duì)透性的影響[J]. 河南林業(yè)科技,2011,31(2):10-12.

[32]鐘雪花,楊萬(wàn)年,呂應(yīng)堂. 淹水脅迫下對(duì)煙草、油菜某些生理指標(biāo)的比較研究[J]. 武漢植物學(xué)研究,2002,20(5):395-398.

[33]宋維賢,杜紅陽(yáng),劉懷攀,等. 亞精胺對(duì)滲透脅迫下玉米幼苗生長(zhǎng)和有機(jī)滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的影響[J]. 西北農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào),2010,19(7): 66-70.

[34]Ghaderi N, Siosemandeh A. Response to drought stress of two strawberry cultivars (cv.Kurdistan and Selva) [J]. Horticulture,Environment, and Biotechnology,2011,65:407-408.

[35]Silva E, Ferreiraa S, Viegas R. The role of organic and inorganic solutes in the osmotic adjustment of drought-stressed Jatropha curcas plants[J]. Environmental and Experimental Botany,2010,69: 279-285.

[36]尤東玲,張 星,于康珂,等. 亞精胺對(duì)淹水脅迫下玉米幼苗生長(zhǎng)和生理特性的影響[J].玉米科學(xué), 2016,24(1):74-80,87.

Repair regulation of exogenous Spd on physiological function of Toona ciliata seedlings under drought stress with different levels

LIU Qiu1,2, LI Zhihui1, WU Jiyou2, YANG Shuozhi2, WU Zhihua3
(1.College of Forestry, Central South University of Forestry &Technology, Changsha 410004, Hunan, China;2.Precious Tree Species Research Institute, Hunan Academy of Forestry, Changsha 410004, Hunan, China;3.China Eucalypt Research Centre, Zhanjiang 524022, Guangdong, China)

The study was carried out to find out the repair regulation effects of exogenous Spd on physiological function of Toona ciliata family seedlings under drought stress. 2a potted seedlings of Toona cilliate adoppted as experimental materials, the drought stress and exogenous Spd regulation experiment was carried out in the arti fi cial-rain-shelter by combining persistent drought stress with soil moisture measurement. The experiment contained 4 treatments as CK (Relative Soil Water Content 45%～50%), mild drought stress and regulation (Relative Soil Water Content 30%～38%+1 mmol/L exogenous Spd), moderate drought stress and regulation (Relative Soil Water Content 25%～30%+1 mmol/L exogenous Spd) and severe drought stress and regulation (Relative Soil Water Content 20%～25%+1 mmol/L exogenous Spd). (1)There was extremely signi fi cant (p＜0.01) difference in leaf relative water content, leaf cell membrane permeability, chlorophyll content, POD content, proline content and MDA content among CK, drought stress(mild, moderate and severe drought stress) and exogenous Spd regulation treatment. (2)The repair effect of 1 mmol/L exogenous Spd on morphologic damage in plants under severe drought stress was much greater than those under mild and moderate drought stress.(3) 1 mmol/L exogenous Spd treatment could quickly repair damage of plants from mild (Relative Soil Water Content 30%～38%) and moderate (Relative Soil Water Content 25%～30%) drought stress and promote the persistent drought resistance ability, while there was relatively gentle effect on recovery of damage from severe drought stress (Relative Soil Water Content 20%～25%). 1 mmol/L exogenous Spd treatment could strengthen the drought resistance ability of Toona ciliata seedlings by promote leaf water retaining capacity and chlorophyll content,activating antioxidant enzyme activity and weakening the leakage from cells.

exogenous Spd; physiological regulation; Toona cilliate; drought stress; drought resistance ability

S792.99

A

1673-923X(2017)07-0066-07

10.14067/j.cnki.1673-923x.2017.07.010

2017-01-23

國(guó)家林業(yè)公益性行業(yè)科研專項(xiàng)（201504301）

劉 球，助理研究員，博士研究生

吳際友，研究員，博士；E-mail：hnforestry@sina.com

劉 球，李志輝，吳際友，等. 外源亞精胺對(duì)不同干旱脅迫程度下紅椿幼苗生理功能的修復(fù)調(diào)節(jié)[J].中南林業(yè)科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2017, 37(7): 66-72.

[本文編校：吳 毅]