瀕危植物膝柄木與其伴生樹種的生理適應(yīng)性分析

任 哲，謝偉東，劉 易，曹雨虹

（廣西大學(xué)林學(xué)院，廣西南寧 530004）

膝柄木屬植物分布于東南亞的熱帶地區(qū)，膝柄木（Bhesa robusta）屬衛(wèi)矛科（Celastraceae）膝柄木屬，為我國(guó)特有種[1]，是該屬分布最北且原產(chǎn)地僅存20株以下的12種木本植物之一[2]。目前已發(fā)現(xiàn)的膝柄木只有15株，1株位于廣西北海市南康鎮(zhèn)下?lián)澹?4株位于防城港市江平鎮(zhèn)巫頭村[3]。由于人類對(duì)生境的破壞，生境退化和菟絲子（Cuscuta chinensis）寄生纏繞導(dǎo)致膝柄木生長(zhǎng)不良[4]。其屬于國(guó)家Ⅰ級(jí)保護(hù)野生植物，已列為廣西極小種群野生植物，膝柄木種群的研究對(duì)其保護(hù)具有重要性和緊迫性[5]。

1 材料與方法

1．1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地位于廣西東興市江平鎮(zhèn)巫頭村（107°53'～108°15'E，21°31'～21°44'N），屬南亞熱帶氣候，年均降水量2 000 mm，年均蒸發(fā)量1 000～1 400 mm，年均相對(duì)濕度80%；年均氣溫22～23 ℃，≥10 ℃年積溫7 708～8 261 ℃，最低氣溫度-1．8 ℃，年均日照時(shí)長(zhǎng)1 561～2 253 h。季風(fēng)明顯，海洋性強(qiáng)，冬季盛行干燥寒冷的東北季風(fēng)，夏季盛行高溫高濕的西南季風(fēng)和東南季風(fēng)[1]。

1．2 試驗(yàn)方法

在試驗(yàn)地內(nèi)分別選擇3 株膝柄木和6 個(gè)優(yōu)勢(shì)伴生樹種紅鱗蒲桃（Syzygium hancei）、黑嘴蒲桃（S.bullockii）、海南蒲桃（S.hainanense）、蒲桃（S.jam?bos）、蔓九節(jié)（Psychotria serpens）和少花海桐（Pittos?porum pauciflorum）生長(zhǎng)良好的植株，每株間距10 m左右，分別在樹冠中部的東、南、西和北4 個(gè)方向取其正常枝條上的當(dāng)年生完整且成熟的健康葉片（頂芽下第3 對(duì)葉片），混合后作為樣本，分為2 份，1 份用于現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定葉綠素和細(xì)胞質(zhì)膜滲透性，另1 份用冷藏箱帶回實(shí)驗(yàn)室測(cè)定其他生理指標(biāo)。

1．3 指標(biāo)測(cè)定

葉綠素含量的測(cè)定采用分光光度法，在663 nm和645 nm波長(zhǎng)下比色測(cè)量葉綠素a和b 的吸光度[6]，根據(jù)Arnon公式[7]分別計(jì)算葉綠素a、葉綠素b和葉綠素總含量。細(xì)胞質(zhì)膜滲透性的測(cè)定采用電導(dǎo)率法；過氧化物酶（POD）活性的測(cè)定采用愈創(chuàng)木酚比色法；過氧化氫酶（CAT)活性的測(cè)定采用分光光度法；超氧化物歧化酶（SOD）活性的測(cè)定采用NBT光還原法；丙二醛（MDA）含量的測(cè)定采用硫代巴比妥酸法[8]。采用模糊數(shù)學(xué)中的隸屬函數(shù)法[9]對(duì)不同植物的不同生理指標(biāo)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，如果某一指標(biāo)與綜合評(píng)判結(jié)果呈負(fù)相關(guān)，則用反隸屬函數(shù)計(jì)算。25 ℃處理的細(xì)胞膜透性和MDA含量與其生理性能呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，采用反隸屬函數(shù)計(jì)算，其余4個(gè)指標(biāo)采用隸屬函數(shù)計(jì)算。

1．4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel、Sigmaplot和SPSS軟件進(jìn)行處理。

2 結(jié)果與分析

2．1 葉綠素含量比較

葉綠素a 和葉綠素b 含量差異極顯著（P＜0．01），膝柄木的葉綠素a和葉綠素b 含量最高，表明膝柄木的葉片能較好地吸收和轉(zhuǎn)換光能，適于在光照強(qiáng)度較弱的環(huán)境生長(zhǎng)；總?cè)~綠素含量差異極顯著（P＜0．01），表現(xiàn)為膝柄木＞蔓九節(jié)＞蒲桃＞海南蒲桃＞少花海桐＞黑嘴蒲桃＞紅鱗蒲桃，說明膝柄木對(duì)南亞熱帶濱海的夏季高溫強(qiáng)光照條件適應(yīng)性較差；葉綠素a/b差異極顯著（P＜0．01），表現(xiàn)為黑嘴蒲桃＞海南蒲桃＞膝柄木＞少花海桐＞蔓九節(jié)＞蒲桃＞紅鱗蒲桃，通常耐陰植物的葉綠素a/b 值相對(duì)較小，膝柄木的葉綠素a/b 值處于群落的中等水平，表明膝柄木在原生群落中可能處于喬木層的第2層，屬于亞優(yōu)勢(shì)種（表1）。

表1 7個(gè)樹種葉綠素含量比較Tab.1 Comparison on chlorophyll contents of seven species （mg/g）

2．2 細(xì)胞質(zhì)膜滲透性比較

7個(gè)樹種的葉片在常溫（25 ℃）和低溫（0 ℃）處理下的細(xì)胞質(zhì)膜滲透率差異顯著（P＜0．05），高溫（50 ℃）處理差異極顯著（P＜0．01）。常溫下滲透率最大為海南蒲桃，其次為少花海桐，最小為膝柄木；低溫下滲透率最大為蔓九節(jié)，其次為海南蒲桃，最小為膝柄木；高溫下各樹種均呈現(xiàn)出較大的滲透率，膝柄木的滲透率最大，其次為黑嘴蒲桃，最小為蒲桃（表2）。

表2 不同溫度下7個(gè)樹種細(xì)胞質(zhì)膜滲透性比較Tab.2 Comparison on cytoplasmic membrane permeability of seven species under different temperatures （%）

2．3 葉片抗氧化酶活性及MDA含量

膝柄木與6 個(gè)伴生樹種的POD、CAT 和SOD 活性均差異極顯著（P＜0．01），MDA 含量差異不顯著（表3）。膝柄木葉片POD 活性最大，CAT 和SOD 活性處于中下水平，MDA 含量最小。具有相同生理特征的還有少花海桐和蔓九節(jié)，均有較高的POD 活性和相對(duì)較低的CAT 和SOD 活性；蒲桃屬4 個(gè)樹種的POD 活性很低，CAT 活性較高。7 個(gè)樹種的MDA 含量均較低，表現(xiàn)為黑嘴蒲桃＞蔓九節(jié)＞少花海桐＞海南蒲桃＞蒲桃＞紅鱗蒲桃＞膝柄木。

表3 7個(gè)樹種抗氧化酶活性及MDA含量比較Tab.3 Comparison on antioxidant enzyme activity and MDA content of seven species

2．4 7個(gè)樹種生理指標(biāo)的隸屬度及綜合評(píng)價(jià)

膝柄木與6個(gè)伴生樹種的生理性能表現(xiàn)為海南蒲桃＞蒲桃＞黑嘴蒲桃＞膝柄木＞紅鱗蒲桃＞蔓九節(jié)＞少花海桐（表4）。與群落調(diào)查時(shí)各樹種的生長(zhǎng)情況相符，海南蒲桃和蒲桃生長(zhǎng)最好；黑嘴蒲桃、膝柄木和紅鱗蒲桃受菟絲子寄生，蔓九節(jié)和少花海桐處在灌木層，生長(zhǎng)較差。

表4 7個(gè)樹種生理指標(biāo)的隸屬度及綜合評(píng)價(jià)Tab.4 Membership and comprehensive evaluation of physiological indexes of seven species

4 結(jié)論與討論

葉綠素含量在一定程度上反映植物葉片的光合作用潛能，是植物營(yíng)養(yǎng)狀況和植物受脅迫及外界環(huán)境因子干擾狀態(tài)的指示器[10]。研究表明在逆境脅迫條件下葉綠素含量會(huì)降低[11]。葉綠素a 和葉綠素b含量在一定程度上體現(xiàn)了植物光合能力的大小[12]。Anderson 等[13]的研究表明，葉綠素b 含量越高，植物對(duì)光能的轉(zhuǎn)化效率就越高。葉綠素a 和葉綠素b 含量低，表明植物具有適應(yīng)強(qiáng)光環(huán)境的能力[14]。葉綠素a/b 值與植物抗逆性呈顯著負(fù)相關(guān)[15]，被認(rèn)為是植物對(duì)逆境適應(yīng)程度的敏感指標(biāo)[13]。

本研究調(diào)查顯示，紅鱗蒲桃是廣西沿海主要天然植物群落中的優(yōu)勢(shì)種和建群種，是尚存片斷化塊狀分布的原生種群。一般耐陰性較強(qiáng)的植物單位鮮葉質(zhì)量的葉綠素含量相對(duì)于耐陰性較弱的植物高，由此推斷膝柄木可能是生長(zhǎng)在以紅鱗蒲桃等為優(yōu)勢(shì)種的群落下層的陰性樹種，由于紅鱗蒲桃的木材價(jià)值較高，人為砍伐致使膝柄木處于群落的上層，受到高溫和強(qiáng)光照的脅迫。

在一定溫度范圍內(nèi)，植物細(xì)胞電解質(zhì)外滲率越小，其對(duì)溫度脅迫的抗性越強(qiáng)[16]。葉片細(xì)胞質(zhì)膜滲透率的變化，在一定程度上反映了植物葉片受害后的生理變化[17]，通過葉片細(xì)胞質(zhì)膜滲透率可以判斷植物對(duì)高溫和低溫環(huán)境的抗性。本研究的7個(gè)樹種在常溫下和低溫下滲透率均較小，說明它們對(duì)低溫均有不同程度的耐受能力，其中膝柄木對(duì)低溫的耐受能力最強(qiáng)，其葉細(xì)胞組織易受高溫傷害；蒲桃對(duì)低溫的耐受能力處于中等水平，對(duì)高溫耐受能力最強(qiáng)。

植物在逆境條件下可以通過自身抗氧化系統(tǒng)消除多余自由基來保護(hù)植物的膜系統(tǒng)[18]；SOD、CAT和POD 是抗氧化系統(tǒng)的主要抗氧化酶，可相互協(xié)同，在一定條件下將H2O2高效消除[19]。MDA 是細(xì)胞膜質(zhì)過氧化最終分解的產(chǎn)物，其含量可以反映植物遭受逆境脅迫傷害的程度[20]。在一定條件下，植物抗氧化酶系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力有限，體內(nèi)還積累了一些氧自由基沒有被清除，進(jìn)而引起膜過氧化并最終導(dǎo)致MDA 含量增加[21]；MDA 的累積會(huì)加劇膜的損傷，葉片中MDA 含量越高，說明細(xì)胞膜脂過氧化作用越強(qiáng)，該物種的抗逆性可能就越弱[22]?？傮w上，7 個(gè)樹種MDA含量和變異系數(shù)均較小，說明各樹種都具有較強(qiáng)的生理功能和抗逆能力，均能適應(yīng)濱海高溫、高濕的氣候條件和沙地的干旱生境。

綜合評(píng)價(jià)結(jié)果表明，膝柄木對(duì)濱海環(huán)境具有一定的適應(yīng)性，但已開始出現(xiàn)衰老跡象?，F(xiàn)場(chǎng)調(diào)查顯示，膝柄木的原生群落由于嚴(yán)重的人為破壞而消失，并由蒲桃屬灌木叢為主的群落替代，在其分布區(qū)域未見膝柄木幼苗幼樹更新，可能是因?yàn)闉I海高溫和沙化土壤干旱脅迫及寄生植物（菟絲子）的危害，以及自花授粉造成的種子敗育，導(dǎo)致其無法正常更新；膝柄木沒有受到重視和保護(hù)，人為干擾嚴(yán)重，導(dǎo)致其成為瀕危物種。由于膝柄木對(duì)分布地的生境具有一定適應(yīng)性，建議政府部門建立保護(hù)小區(qū)就地保護(hù)，學(xué)者們可對(duì)其生物學(xué)特性、生境特征、種子傳播與萌發(fā)機(jī)理和幼苗幼樹生長(zhǎng)條件等進(jìn)行進(jìn)一步研究，未來可結(jié)合年度季節(jié)變化與環(huán)境因子進(jìn)行綜合分析，通過人工育種和栽培在保護(hù)小區(qū)種植，實(shí)現(xiàn)其人工更新和種群擴(kuò)增，避免膝柄木“極小種群”的種質(zhì)資源消失。