福建柏不同無性系對干旱脅迫的生理響應(yīng)及抗旱性評價(jià)＊

余孟楊

（福建省清流國有林場，福建清流 365300）

福建柏又名建柏，因其最早在福建省永泰縣發(fā)現(xiàn)，因此得名福建柏[1]。福建柏是我們國家獨(dú)有的樹種，為我國首批重點(diǎn)保護(hù)的珍稀樹種之一。福建柏為喬木，高可達(dá)17m，喜溫暖濕潤氣候，宜生長在陰濕多霧的環(huán)境中，主要分布在我國四川、湖南、廣西、貴州、浙江、江西、云南、廣東和福建等亞熱帶地區(qū)。其木材堅(jiān)實(shí)耐用，紋理美觀細(xì)致，是房屋建筑、土木工程、橋梁和制作家具的優(yōu)良材料。干旱是制約林業(yè)發(fā)展的重要因素，每年因各種原因?qū)е碌母珊?，都會給林業(yè)帶來不同程度的破壞。因此，探討如何提高對干旱性土地的利用，提高其利用率，促進(jìn)林業(yè)產(chǎn)業(yè)的全面發(fā)展，選育抗旱節(jié)水的優(yōu)良林木品種越來越成為當(dāng)今遺傳育種研究的熱點(diǎn)與難點(diǎn)問題[2]。福建省地處山地丘陵地帶，部分地區(qū)土地貧瘠、土地水分涵養(yǎng)量較少，福建柏的生長對立地選擇的差異表現(xiàn)出不同的適應(yīng)性，影響福建柏的生長發(fā)育的一個(gè)重要因子就是水分，故了解干旱脅迫對福建柏對生理特性的影響以及選育抗旱的優(yōu)良福建柏品種有著重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)材料為從福建省大田梅林國有林場的福建柏?zé)o性系測定林中選出的15個(gè)優(yōu)良無性系（1號；14號；15號；16號；23號；24號；32號；37號；38號；41號；83號；84號；87號；95號；103號）。2010年9月，分別對這15個(gè)無性系進(jìn)行穗條采集，并在福建省大田國有林場苗圃地進(jìn)行扦插無性繁殖，經(jīng)過16個(gè)月的圃地育苗，2012年1月，將培育出的15個(gè)無性系的扦插苗出圃并轉(zhuǎn)運(yùn)至福建省林業(yè)科學(xué)研究院進(jìn)行盆栽，盆栽在自然條件下進(jìn)行，通過7個(gè)月的盆栽恢復(fù)培育，各無性系的幼苗生長良好，達(dá)到了干旱脅迫試驗(yàn)的材料要求，2012年8月，每個(gè)無性系選取長勢一致的15個(gè)單株進(jìn)行干旱脅迫試驗(yàn)。

1.2 試驗(yàn)方法

干旱脅迫試驗(yàn)在福建省林業(yè)科學(xué)研究院溫室內(nèi)進(jìn)行，2012年8月上旬開始，對福建柏各無性系進(jìn)行干旱脅迫處理，在干旱脅迫之前將各無性系澆透水，從脅迫第1d開始不再進(jìn)行澆水，一直到試驗(yàn)結(jié)束。計(jì)劃共脅迫36d，其中，每隔6d取植株中部葉片進(jìn)行各生理指標(biāo)測定。

在干旱脅迫結(jié)束以后，通過調(diào)查各無性系死亡率，以及觀察各無性系的生長狀況，如葉片和葉脈顏色、葉片脫落情況等，對各無性系按照干旱脅迫的傷害程度（重、中、輕）進(jìn)行分類，分類衡量指標(biāo)以植株死亡率為主，將死亡率高于70%的無性系認(rèn)定為重度傷害無性系，死亡率介于30～70%之間的無性系認(rèn)定為中度傷害的無性系，死亡率低于30%的無性系認(rèn)定為輕度傷害的無性系，而輕度傷害的無性系即為本試驗(yàn)選出的抗旱優(yōu)良無性系。

按照干旱脅迫的傷害程度（重、中、輕）的分類，分別對不同傷害程度（重、中、輕）無性系的各個(gè)生理指標(biāo)動(dòng)態(tài)變化進(jìn)行綜合歸類分析（數(shù)據(jù)取同類不同無性系平均值），以發(fā)現(xiàn)其各自規(guī)律性。

葉片相對含水量（RWC）、質(zhì)膜透性的測定參照鄒琦[3]的方法，葉綠素的測定參照張志良[4]等人的方法。

2 結(jié)果與分析

2.1 干旱脅迫對不同無性系的傷害程度

在經(jīng)過36d的干旱脅迫處理后，通過對15個(gè)無性系福建柏生長狀況的調(diào)查，不同無性系之間表現(xiàn)出不同的傷害程度。如表1可知，輕度傷害的為14號、15號、23號和24號四個(gè)無性系，其生長情況表現(xiàn)為，植株死亡率為6.7～26.7%，植株葉片及葉脈大部分呈綠色，整體葉片下垂，葉片未脫落。重度傷害的為1號、16號、32號、37號、38號、87號、95號和103號八個(gè)無性系，其生長情況表現(xiàn)為，植株死亡率為100%，葉片及葉脈全部呈灰色，整體葉片下垂，部分葉片脫落。中度傷害的為41號、83號和84號三個(gè)無性系，其生長情況表現(xiàn)為，植株死亡率為40.0～66.7%，植株葉片及葉脈部分呈灰色，整體葉片下垂，葉片未脫落。

表1 干旱脅迫對不同無性系傷害程度表

2.2 不同脅迫傷害程度無性系葉片相對含水量（RWC）的變化

由圖1可看出，重度傷害的無性系葉片相對含水量隨著脅迫天數(shù)的增加呈現(xiàn)出“維持-下降”的變化趨勢，其在維持平穩(wěn)第24d后開始下降，而在脅迫第36d時(shí)達(dá)到最低值，為74.84%，比脅迫前降低了15.40%。中度傷害的無性系葉片相對含水量隨著脅迫天數(shù)的增加呈現(xiàn)出“升高-下降”的變化趨勢，在脅迫第12d達(dá)到最高值，為91.17%，比脅迫前增高了7.62%，而在脅迫第36d時(shí)達(dá)到最低值，為76.65%，比脅迫前降低了9.53%。輕度傷害的無性系葉片相對含水量隨著脅迫天數(shù)的增加同樣呈現(xiàn)出“升高-下降”的變化趨勢，在脅迫第12d達(dá)到最高值，為91.84%，比脅迫前增高了5.65%，而在脅迫第30d時(shí)達(dá)到最低值，為83.35%，比脅迫前降低了4.12%。

圖1 不同脅迫傷害程度無性系葉片相對含水量的變化

2.3 不同脅迫傷害程度無性系葉片葉綠素的變化

由圖2～4可看出，相同脅迫傷害程度的無性系葉片葉綠素a、葉綠素b和總?cè)~綠素的變化趨勢基本一致，故本文以總?cè)~綠素為代表進(jìn)行分析說明。不同脅迫傷害程度的無性系葉片的總?cè)~綠素隨著脅迫天數(shù)的增加均呈現(xiàn)“升高-下降”的變化趨勢，但其各自升降的幅度有著明顯的不同。其中，重度傷害的無性系葉片總?cè)~綠素在脅迫第24d達(dá)到最高值，為22.04mg·L-1，比脅迫前升高了35.46%，而在脅迫第36d時(shí)達(dá)到最低值，為12.74mg·L-1，比脅迫前降低了21.70%。中度傷害的無性系葉片總?cè)~綠素在脅迫第24d達(dá)到最高值，為22.25mg·L-1，比脅迫前升高了40.97%，而在脅迫第36d時(shí)達(dá)到最低值，為13.64mg·L-1，比脅迫前降低了13.62%。輕度傷害的無性系葉片總?cè)~綠素在脅迫第24d達(dá)到最高值，為23.55mg·L-1，比脅迫前升高了19.79%，而在脅迫第36d時(shí)基本又回到了脅迫前的水平。

圖2 不同脅迫傷害程度無性系葉片葉綠素a的變化

2.4 不同脅迫傷害程度無性系葉片質(zhì)膜透性的變化

由圖5可看出，不同脅迫傷害程度的無性系葉片的電導(dǎo)率隨著脅迫天數(shù)的增加均呈現(xiàn)出“逐漸升高”的變化趨勢，但其各自升高幅度有明顯不同。其中，重度傷害的無性系葉片電導(dǎo)率升高幅度最大，其在脅迫第36d時(shí)的最高值是脅迫前的3.97倍。中度傷害的無性系葉片電導(dǎo)率升高幅度次之，其在脅迫第36d時(shí)的最高值是脅迫前的3.29倍。輕度傷害的無性系葉片電導(dǎo)率升高幅度最小，其在脅迫第36d時(shí)的最高值是脅迫前的2.67倍。

3 結(jié)論與討論

圖3 不同脅迫傷害程度無性系葉片葉綠素b的變化

圖4 不同脅迫傷害程度無性系葉片總?cè)~綠素的變化

圖5 不同脅迫傷害程度無性系葉片電導(dǎo)率的變化

通過36d的干旱脅迫處理，不同無性系福建柏之間表現(xiàn)出不同的傷害程度，其中，輕度傷害的為14號、15號、23號和24號四個(gè)無性系，重度傷害的為1號、16號、32號、37號、38號、87號、95號和103號八個(gè)無性系，中度傷害的為41號、83號和84號三個(gè)無性系。由此可以看出，不同無性系福建柏的抗旱能力差別較大，受傷害程度越輕，表明其抗旱能力越強(qiáng)，受傷害程度越重，則抗旱能力越弱。通過本試驗(yàn)研究，可以初步選出14號、15號、23號和24號四個(gè)無性系為抗旱優(yōu)良無性系。

葉片相對含水量是葉片含水量與葉片飽和含水量的百分比值，其可以直接體現(xiàn)植物體內(nèi)的水分缺乏的水平[5]。一方面，不同脅迫程度的無性系葉片相對含水量隨著脅迫天數(shù)的增加所表現(xiàn)出的變化趨勢有所不同，雖然在脅迫結(jié)束時(shí)，所有的無性系均比脅迫前有所下降，但是輕度傷害和中度傷害的無性系葉片相對含水量在脅迫的初期有小幅度的攀升，而重度傷害的無性系在初期只是維持現(xiàn)狀，說明在干旱脅迫初期，輕度傷害和中度傷害的無性系會主動(dòng)增加自身葉片含水量來應(yīng)對干旱脅迫，而重度傷害的無性系的主動(dòng)性較差。另一方面，從葉片相對含水量最終的下降幅度來看，重度傷害的無性系下降幅度最大，輕度傷害的最小，這也說明了重度傷害的無性系葉片水分主動(dòng)調(diào)節(jié)能力比輕度傷害的差，而中度傷害的居于兩者之間。

葉綠素含量在林木抗旱的研究中常常被作為評價(jià)的指標(biāo)[6-8]。葉綠素a與葉綠素b組成了葉綠素，植物同化物質(zhì)的水平在一定程度上是由其含量決定的，它們在光合作用中發(fā)揮了重要的作用[7]。一方面，相同脅迫傷害程度的無性系葉片葉綠素a、葉綠素b和總?cè)~綠素的變化趨勢基本一致，且不同脅迫傷害程度的無性系葉片的葉綠素隨著脅迫天數(shù)的增加均呈現(xiàn)“升高-下降”的變化趨勢，這與陳洪[9]和鄒力駿[10]等人的研究結(jié)果較為相似，這可能是因?yàn)橹参锎嬖趯Νh(huán)境的補(bǔ)償與超補(bǔ)償?shù)男?yīng)，當(dāng)干旱強(qiáng)度不斷增加時(shí)，補(bǔ)償能力被超過了，葉綠素的含量出現(xiàn)降低[11]。另一方面，從葉綠素最終的下降幅度來看，重度傷害的無性系下降幅度最大，中度傷害的次之，這可能是因?yàn)楦珊得{迫的加劇導(dǎo)致了植物體內(nèi)生理和生化反應(yīng)的變化，阻礙了葉綠素的生成和加速了降解，所以葉綠素含量出現(xiàn)了快速降低[12]，而輕度傷害的幾乎與脅迫前的水平持平，說明輕度傷害的無性系其葉綠素的補(bǔ)償能力要優(yōu)于前兩者。

質(zhì)膜常常是被各種逆境首先傷害的地方，膜系統(tǒng)受破壞往往是通過膜透性的增大表現(xiàn)出來的，逆境脅迫的強(qiáng)度以及植物抗逆水平的高低決定了膜透性增大的程度，也就是說在干旱脅迫條件下抗旱性較強(qiáng)的物種其膜透性就比較小[13-14]。反過來講，膜透性增大的程度越大，就意味著植物受傷害的程度越重，那么其抗旱的能力就越低[15]。本試驗(yàn)中，不同脅迫傷害程度的無性系葉片的電導(dǎo)率隨著脅迫天數(shù)的增加均呈現(xiàn)出“逐漸升高”的變化趨勢，這說明各無性系的葉片細(xì)胞膜系統(tǒng)在干旱脅迫下均受到了不同程度的傷害，并隨著干旱脅迫時(shí)間的延長其傷害程度在不斷加大。而通過電導(dǎo)率升高的幅度來看，重度傷害的無性系葉片電導(dǎo)率升高幅度最大，中度傷害的升高幅度次之，輕度傷害的最小，由此可以看出，重度傷害的無性系其葉片細(xì)胞膜系統(tǒng)的傷害程度也較重，輕度傷害的無性系其葉片細(xì)胞膜系統(tǒng)的傷害程度也較輕，葉片細(xì)胞膜系統(tǒng)的傷害程度正好反映了其最終的整體傷害程度。