干旱脅迫對西藏半干旱河谷區(qū)典型灌木生理特性和解剖結構的影響1)

張喜年 張長耀 李紫帥 辛福梅

(林芝市林業(yè)和草原局,林芝,860000) (西藏農(nóng)牧學院)

干旱是影響植物生存、生長及分布的重要環(huán)境因子之一,全球有三分之一以上土地位于干旱半干旱地區(qū),其他地區(qū)在生長季節(jié)也會發(fā)生不同程度干旱。植物對干旱脅迫的響應包含形態(tài)結構、生理生化反應等極其復雜的變化,并形成了遭受遺傳性制約的適應機制[1-4]。干旱脅迫會導致植物體內(nèi)活性氧產(chǎn)生和清除的平衡遭到破壞而出現(xiàn)活性氧的積累,并由此引發(fā)氧化脅迫[5-6]。在此過程中,植物進化出有效的抗氧化系統(tǒng)以清除活性氧,如抗氧化保護酶、滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)等[7]。干旱脅迫下,植物通過主動積累滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)來降低體內(nèi)的滲透勢,使其在逆境下仍可獲得維持正常生長所需的水分,從而提高抗逆適應性[8]。不同植物的不同保護酶及丙二醛(MDA)應對干旱脅迫及隨之而來的氧化脅迫的響應可能存在一定差異,不同程度脅迫時植物體內(nèi)起主導作用的保護酶也可能不同。葉片作為植物光合作用的主要器官,其形態(tài)結構的變化是植物對環(huán)境適應的基礎[9]。在干旱脅迫環(huán)境中生長的植物,葉片往往會形成一系列抗旱耐旱的形態(tài)解剖結構特點,比如葉片小而厚、柵欄組織發(fā)達、主脈維管束直徑大,角質(zhì)層增厚、關閉氣孔等,以形態(tài)變化來應對水分虧缺,提高水分利用效率以適應逆境[10-11]。

有關干旱脅迫對植物生理生態(tài)影響及抗逆適應機理的研究已廣泛開展,研究大多是基于盆栽模擬水分脅迫,通過特定水分梯度或多水分梯度實現(xiàn)脅迫[12-13],研究特定水分梯度的干旱脅迫對植物生理的影響能更準確的反應植物對干旱的響應特征,特別是能較為準確地定位不同水分梯度時葉片的解剖結構特征。青藏高原大部分地區(qū)處于干旱半干旱區(qū),長期在此生存的植物為適應干旱,已形成一系列的形態(tài)和生理適應機制[14]。以往對西藏代表性灌木耐旱的研究多是基于少數(shù)樹種或不在典型的干旱半干旱河谷完成[13,15]。鑒于此,本文以西藏干旱半干旱河谷區(qū)的5種典型灌木為研究對象,研究苗木的抗氧化保護酶系統(tǒng)、細胞膜傷害程度、滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)、葉片氣孔以及解剖特征在不同梯度干旱脅迫下的響應特征及適應機理,同時對各苗木的抗旱能力進行綜合評價,以期深入了解不同梯度干旱脅迫下該區(qū)典型造林灌木的生理生態(tài)抗旱機理,為該區(qū)退化生態(tài)環(huán)境的恢復重建提供樹種參考。

1 研究區(qū)概況

試驗在西藏自治區(qū)林業(yè)廳林木科學研究院內(nèi)完成,該研究院地處拉薩市堆龍德慶縣柳梧鄉(xiāng)桑達村,為典型的拉薩半干旱河谷地帶。全年多晴朗天氣,冬無嚴寒,夏無酷暑,氣候溫暖、干燥,年均氣溫7.4 ℃,干濕季明顯,冬季干燥少雨,降水主要集中在濕季,僅6、7、8月降水量就占到全年降水總量的88.3%,多夜雨,夜雨率達80%左右,是西藏雨季夜雨最多的地區(qū)之一,降水量200～500 mm,干燥度1.5～10.0,干濕指數(shù)3～7,10 ℃以上積溫2 177 ℃,無霜期133 d,全年日照時間3 000 h以上;該地區(qū)植被類型主要為亞高山灌叢和草甸植被以及河谷人工林群落[16]。

2 材料與方法

選取3年生、長勢良好、形態(tài)特征相近的5種該地區(qū)典型鄉(xiāng)土灌木樹種為研究對象。所用土壤為拉薩河谷灌叢草原土,土壤田間持水量為19.41%,密度為1.23 g/cm3。栽植用花盆盆口直徑為30 cm,高25 cm,每盆裝入灌叢草原土14 kg,每個花盆栽植苗木1株。試驗于2014年6月在西藏自治區(qū)林業(yè)廳林木科學研究院內(nèi)進行,苗木栽植后經(jīng)2個月緩苗期后,于8月10日開始干旱脅迫,試驗共設4組處理,第1組充分供水(CK),土壤含水量為田間持水量的90%～95%;第2組輕度干旱(LS),田間持水量的70%～75%;第3組中度干旱(MS),田間持水量的50%～55%;第4組重度干旱(HS),田間持水量的30%～35%。每組設5株重復。試驗時用保鮮膜覆蓋花盆上表面以防止土壤水分蒸發(fā),同時密封花盆底部以防止水分滲漏和花盆內(nèi)土壤漏失。每天通過注射器在保鮮膜上扎孔注水以保證花盆內(nèi)土壤含水量在設定范圍內(nèi)。

2.1 測定內(nèi)容及方法

生理生化指標:干旱脅迫10 d后,選取各灌木幼苗枝條中上部健康完整葉片,裝入自封袋后保存于裝有冰塊的保溫箱內(nèi)帶回實驗室備用。葉片分別剪碎混勻后,取出適量樣品進行相關生理生化指標的測定,每種樹種各指標重復3次。

葉綠素質(zhì)量分數(shù)以丙酮提取后用分光光度計進行測定;可溶性糖質(zhì)量分數(shù)采用蒽酮法測定;可溶性蛋白質(zhì)質(zhì)量分數(shù)采用考馬斯亮藍G-250法測定;丙二醛(MDA)質(zhì)量摩爾濃度采用硫代巴比妥酸(TBA)法測定;POD活性采用愈創(chuàng)木酚顯色法測定;SOD活性采用氮藍四唑(NBT)光化還原法測定[17-18]。

葉片氣孔和解剖特征:控水處理2周后,利用氣孔印跡法觀察葉片氣孔密度。在典型晴天的10:00—11:30和15:30—17:30時間段內(nèi),選擇發(fā)育程度相近、大小形態(tài)相似葉片進行試驗。在葉片背面均勻涂抹無色指甲油,待干燥后壓上雙面膠帶,之后將載玻片壓在雙面膠帶上,撕下雙面膠,蓋上蓋玻片,用OLYMPUS顯微鏡在不同視野下觀察記錄各樹種葉片氣孔密度。

葉片顯微結構觀察采用石蠟切片法?？厮幚?周后采集各處理葉片。葉片取樣后用FAA固定液固定,之后經(jīng)脫水→透明→浸蠟→包埋→修塊→切片→粘片→脫蠟→染色→透明→封片等一系列步驟后,用Phmians 2008 Cs Ver2.2顯微鏡在不同視野下觀察并測量葉片厚度(LT)、柵欄組織厚度(PT)、海綿組織厚度(ST)等指標。

2.2 數(shù)據(jù)處理

用Excel 2010軟件完成全部數(shù)據(jù)處理,用SPSS 10.0統(tǒng)計軟件進行ANOVA分析,檢驗相應數(shù)據(jù)的差異顯著性。

3 結果與分析

3.1 各樹種幼苗生理特性對干旱脅迫的影響

①葉綠素質(zhì)量分數(shù)。表1可知,不同水分條件下各灌木葉片的葉綠素質(zhì)量分數(shù)之間存在顯著差異(P<0.05)。細葉小紅柳和江孜沙棘變化趨勢相同,均在充分供水和輕度干旱條件下葉綠素質(zhì)量分數(shù)相對較高,重度干旱下葉綠素質(zhì)量分數(shù)顯著小于其他處理(P<0.05)。香柏葉片葉綠素質(zhì)量分數(shù)在充分供水時最小,僅為重度干旱下的36%。砂生槐在充分供水、輕度干旱、中度干旱下葉片內(nèi)葉綠素質(zhì)量分數(shù)間差異不顯著,重度干旱與其他處理間差異顯著(P<0.05)。醉魚草在中度干旱時葉綠素質(zhì)量分數(shù)達到1.95 mg/g,顯著高于其他處理(P<0.05)。

表1 不同水分梯度下各樹種幼苗葉綠素、可溶性糖、可溶性蛋白質(zhì)質(zhì)量分數(shù)的變化

充分供水條件下,江孜沙棘葉綠素質(zhì)量分數(shù)最高,砂生槐和醉魚草質(zhì)量分數(shù)有所下降,與江孜沙棘差異顯著(P<0.05),細葉小紅柳和香柏葉綠素質(zhì)量分數(shù)約為江孜沙棘的50%和25%。輕度干旱時江孜沙棘和醉魚草葉綠素質(zhì)量分數(shù)較大,砂生槐葉綠素質(zhì)量分數(shù)略有下降,細葉小紅柳和香柏葉綠素質(zhì)量分數(shù)最小。中度干旱時醉魚草葉綠素質(zhì)量分數(shù)最大,顯著大于其他樹種(P<0.05),砂生槐和江孜沙棘葉綠素質(zhì)量分數(shù)差異不顯著,香柏葉綠素質(zhì)量分數(shù)約為醉魚草的50%,細葉小紅柳質(zhì)量分數(shù)最小,僅為醉魚草的30%。重度干旱時,醉魚草葉綠素質(zhì)量分數(shù)為1.69 mg/g,顯著高于其他樹種(P<0.05),砂生槐略有下降,細葉小紅柳葉綠素質(zhì)量分數(shù)最小,僅為醉魚草的15%。

②可溶性糖質(zhì)量分數(shù)。不同土壤水分條件下各樹種苗木葉片的可溶性糖質(zhì)量分數(shù)不同。細葉小紅柳在充分供水時,可溶性糖質(zhì)量分數(shù)最低,重度干旱時達到最大值,約為充分供水時的1.5倍,輕度和中度干旱下,可溶性糖質(zhì)量分數(shù)居中且二者之間無顯著差異。江孜沙棘和砂生槐在充分供水、輕度干旱和中度干旱時葉片內(nèi)可溶性糖質(zhì)量分數(shù)之間無顯著差異,在重度干旱時砂生槐下降20%,而江孜沙棘降幅達55%。醉魚草葉片可溶性糖質(zhì)量分數(shù)在充分供水、輕度干旱和中度干旱條件下無顯著差異,重度干旱下增加,約為其他條件下的1.4倍。充分供水條件下,細葉小紅柳、砂生槐、醉魚草葉片可溶性糖質(zhì)量分數(shù)之間無顯著差異,江孜沙棘略高于其他3個樹種。輕度干旱和中度干旱時,細葉小紅柳和江孜沙棘之間均無顯著差異,輕度干旱時砂生槐與醉魚草之間也無顯著差異,但中度干旱時砂生槐可溶性糖質(zhì)量分數(shù)約為醉魚草的88%。重度干旱下,細葉小紅柳和醉魚草葉片內(nèi)可溶性糖質(zhì)量分數(shù)間無顯著差異,但卻顯著高于砂生槐和江孜沙棘,分別為1.8和2.8倍。

③可溶性蛋白質(zhì)質(zhì)量分數(shù)。葉片內(nèi)可溶性蛋白質(zhì)質(zhì)量分數(shù)在各樹種及不同水分條件下均存在差異。細葉小紅柳在重度干旱時可溶性蛋白質(zhì)質(zhì)量分數(shù)達到最大值42.53 μg·g-1,顯著高于其他處理(P<0.05)。江孜沙棘在充分供水、輕度干旱和中度干旱下可溶性蛋白質(zhì)質(zhì)量分數(shù)間差異不顯著,重度干旱下顯著高于其他處理約30%。砂生槐在輕度干旱和中度干旱下差異不顯著,但與充分供水及重度干旱間差異顯著(P<0.05)。香柏可溶性蛋白質(zhì)質(zhì)量分數(shù)在輕度干旱時最小,為25.07 μg/g,充分供水、中度干旱和重度干旱較輕度干旱分別增加33.90%,30.31%和38.53%。醉魚草在充分供水、輕度干旱、中度干旱下可溶性蛋白質(zhì)質(zhì)量分數(shù)間無顯著差異,但在重度干旱下可溶性蛋白質(zhì)質(zhì)量分數(shù)增加25%,與其他水分條件差異顯著(P<0.05)。

充分供水、輕度干旱和中度干旱下細葉小紅柳和江孜沙棘葉片的可溶性蛋白質(zhì)質(zhì)量分數(shù)較大,顯著高于其他樹種(P<0.05),輕度干旱下香柏和砂生槐葉片的可溶性蛋白質(zhì)質(zhì)量分數(shù)相差不大,但與醉魚草差異顯著(P<0.05),充分供水和中度干旱時香柏、砂生槐和醉魚草葉片的可溶性蛋白質(zhì)質(zhì)量分數(shù)間均存在顯著差異(P<0.05),由大到小表現(xiàn)為香柏、砂生槐、醉魚草。重度干旱下砂生槐和醉魚草葉片的可溶性蛋白質(zhì)質(zhì)量分數(shù)間差異不顯著,但他們與其他3個樹種之間均存在顯著差異(P<0.05),其他3個樹種可溶性蛋白質(zhì)質(zhì)量分數(shù)從大到小依次為江孜沙棘、細葉小紅柳、香柏。

④丙二醛質(zhì)量摩爾濃度的變化。表2可知,充分供水條件下,細葉小紅柳葉片的丙二醛質(zhì)量摩爾濃度最小,為13.38 mmol/g,輕度干旱時較充分供水顯著提高50%,中度干旱和重度干旱下為充分供水時的近2倍。江孜沙棘在4個水分條件下丙二醛質(zhì)量摩爾濃度間均差異顯著(P<0.05),其中輕度干旱下最小,重度干旱下最大。輕度干旱下香柏葉片丙二醛質(zhì)量摩爾濃度最低,與輕度干旱相比,對照、中度干旱、重度干旱下香柏葉片丙二醛質(zhì)量摩爾濃度分別增加了52.18%,40.15%和52.27%。充分供水和輕度干旱下砂生槐丙二醛質(zhì)量摩爾濃度間差異不顯著,隨干旱加劇,丙二醛質(zhì)量摩爾濃度增加,中度干旱和重度干旱下丙二醛質(zhì)量摩爾濃度約增加30%。醉魚草在各水分梯度下丙二醛質(zhì)量摩爾濃度變化趨勢與細葉小紅柳相同,中度干旱和重度干旱下約為充分供水時的2.4倍。

表2 不同水分梯度下各樹種幼苗丙二醛摩爾質(zhì)量分數(shù)、過氧化物酶和超氧化物歧化酶活性的變化

4個水分條件下,砂生槐葉片丙二醛質(zhì)量摩爾濃度均顯著高于其他樹種(P<0.05)。水分充足時,江孜沙棘和香柏丙二醛質(zhì)量摩爾濃度約為砂生槐的60%,細葉小紅柳和醉魚草丙二醛質(zhì)量摩爾濃度更低,僅為砂生槐的1/2。輕度干旱下細葉小紅柳和醉魚草丙二醛質(zhì)量摩爾濃度約為砂生槐的70%,但江孜沙棘和香柏葉片的丙二醛質(zhì)量摩爾濃度顯著低于其他樹種(P<0.05),僅為砂生槐的35%。中度干旱和重度干旱下各樹種丙二醛質(zhì)量摩爾濃度間均差異顯著(P<0.05),中度干旱和重度干旱下均為香柏葉片的丙二醛質(zhì)量摩爾濃度最小。

⑤POD、SOD活性的變化。各樹種葉片POD活性在不同水分條件下差異顯著。細葉小紅柳和江孜沙棘在4個水分梯度下活性的變化趨勢相似,各水分條件下均存在顯著差異(P<0.05),其中重度干旱下活性最大,其次為充分供水,輕度干旱下活性最小。香柏幼苗葉片的POD活性在輕度干旱時達到峰值4 565.90 mg·g-1·min-1,與輕度干旱相比較,充分供水、中度干旱和重度干旱脅迫時香柏幼苗葉片POD活性分別降低了48.45%,29.55%和24.51%。砂生槐在中度干旱和重度干旱下POD活性顯著高于充分供水和輕度干旱(P<0.05)。醉魚草在中度干旱和重度干旱下POD活性同樣顯著高于另外兩個水分條件(P<0.05),輕度干旱下活性最小。

同一水分條件下砂生槐葉片POD活性均顯著高于其他樹種(P<0.05)。充分供水時砂生槐POD活性是細葉小紅柳和醉魚草的5.6倍,是江孜沙棘的4.5倍,是香柏的3.6倍。輕度干旱下細葉小紅柳的活性最小,僅為砂生槐的6%,江孜沙棘和醉魚草約為砂生槐的13%,香柏葉片的POD活性相對較高,約為砂生槐的52%。中度干旱下砂生槐POD活性分別是香柏、醉魚草、江孜沙棘和細葉小紅柳的3.1、5.3、6.0、10.5倍。重度干旱時,細葉小紅柳和香柏葉片的POD活性間差異不顯著,但其與其他3個樹種之間均差異顯著(P<0.05),細葉小紅柳、香柏、江孜沙棘和醉魚草活性約為砂生槐的30%、32%、25%和20%。

水分充足時,江孜沙棘SOD活性較高,其次為細葉小紅柳,二者間差異顯著(P<0.05),且與其他3個樹種間存在差異,砂生槐和醉魚草葉片的SOD活性差異不顯著,香柏的SOD活性顯著小于其他水分條件(P<0.05)。輕度干旱下砂生槐活性顯著高于其他樹種(P<0.05),江孜沙棘活性次之,細葉小紅柳和醉魚草活性差異不顯著,香柏含量最小。中度干旱時香柏和醉魚草葉片的SOD活性間差異不顯著,與其他3個樹種SOD活性之間均差異顯著(P<0.05),細葉小紅柳最大,江孜沙棘最小。重度干旱下細葉小紅柳SOD活性顯著高于其他樹種(P<0.05),砂生槐活性最小,僅為細葉小紅柳的70%,江孜沙棘和香柏葉片的SOD活性間無顯著差異。

3.2 干旱脅迫對各樹種幼苗葉片結構的影響

①氣孔密度。從表3可知,細葉小紅柳氣孔密度在輕度干旱下最大。江孜沙棘氣孔密度在充分供水、輕度干旱和中度干旱時較大,重度干旱時顯著小于其余3個水分條件(P<0.05)。香柏氣孔密度在輕度干旱時最大,其次為充分供水,中度干旱和重度干旱下差異不顯著。砂生槐氣孔密度在輕度干旱和中度干旱時顯著大于充分供水和重度干旱條件(P<0.05),充分供水和重度干旱下差異不顯著。醉魚草氣孔密度在充分供水和輕度干旱時較大,且二者差異不顯著,中度干旱和重度干旱下差異不顯著。

表3 不同水分梯度下各樹種幼苗葉片氣孔密度的變化

充分供水時,細葉小紅柳的氣孔密度最大,其次為江孜沙棘和醉魚草,二者差異不顯著,砂生槐和香柏的較小。輕度干旱時細葉小紅柳的仍最大,其次為砂生槐、香柏和江孜沙棘,三者無顯著差異,醉魚草小于以上3個樹種。中度干旱下5個樹種中細葉小紅柳、砂生槐和江孜沙棘的較大,三者差異不顯著,香柏最小。重度干旱下,5個灌木樹種氣孔密度間差異不顯著。

②解剖結構。不同水分梯度下各樹種葉片解剖結構的變化如表4所示。隨干旱加劇,細葉小紅柳和醉魚草葉片厚度和海綿組織厚度均逐漸減小,江孜沙棘在中度干旱時葉片厚度最大,重度干旱下最小,砂生槐在輕度干旱下葉片厚度最大,后隨干旱加劇厚度減小。砂生槐柵欄組織厚度在各水分條件下均顯著大于其他樹種,且其在各水分梯度下差異不顯著。隨干旱脅迫加劇,細葉小紅柳和醉魚草葉片柵欄組織厚度遞減,重度干旱下其顯著小于其他水分條件(P<0.05),江孜沙棘在中度干旱時柵欄組織厚度顯著高于其他水分條件(P<0.05)。隨著干旱加劇,各樹種海綿組織厚度逐漸減小,在重度干旱時達到最小值。香柏葉片厚度、柵欄組織厚度、海綿組織厚度、組織緊密度在4個水分條件下均無顯著差異,組織疏松度隨干旱脅迫加劇逐漸降低,但中度干旱和重度干旱下差異不顯著。組織緊密度砂生槐遠大于其余樹種,醉魚草和江孜沙棘次之,二者差異不顯著,香柏最小,但與細葉小紅柳差異不顯著;組織疏松度香柏最大,其次為砂生槐,其余3個數(shù)種差異不顯著。

表4 不同水分梯度下各樹種幼苗葉片解剖結構的變化

3.3 各樹種抗旱性綜合評價

干旱脅迫對灌木葉片生理及解剖影響的主成分分析結果(表5)表明,主成分1、2、3、4、5分別能夠解釋的方差分別占總方差的31.80%、19.97%、15.68%、11.39%、7.19%,其累計貢獻率達到86.03%,也就是說,其可解釋原始14個變量的86.03%。第1主成分與柵欄組織厚度及組織緊密度呈較強的正相關關系,而與海綿組織厚度及組織疏松度呈較強負相關。第2主成分與丙二醛質(zhì)量摩爾濃度、POD活性、葉片厚度、海綿組織厚度呈較強正相關,而與可溶性糖、SOD呈較強負相關。第3主成分與可溶性蛋白質(zhì)質(zhì)量分數(shù)、葉片厚度、柵欄組織厚度呈較強正相關。第4主成分與葉片氣孔密度正相關關系較強,其次為SOD活性和可溶性蛋白質(zhì)質(zhì)量分數(shù),與葉綠素質(zhì)量分數(shù)呈現(xiàn)較強的負相關關系。第5主成分與葉綠素質(zhì)量分數(shù)、氣孔密度呈較強正相關,而與可溶性蛋白質(zhì)的負相關關系較強。

表5 干旱脅迫對各樹種葉片生理及解剖影響的主成分分析結果

將各樹種生理及解剖特征值與主成分的特征向量的乘積累加,并用貢獻率與累加之和相乘進行加權,將同一樹種的各個生理及解剖指標加權值求和,計算得出各樹種在不同水分條件下的綜合得分(見表6),得分越高,說明該樹種的抗旱性越強[19]。砂生槐在不同水分條件下綜合得分的平均值顯著高于其他樹種(P<0.05),達到0.997,江孜沙棘的綜合得為0.462,明顯低于砂生槐綜合得分。而醉魚草、細葉小紅柳和香柏的綜合得分均為負值,分別為-0.095、-0.29、-1.07,由此可知5個灌木樹種的抗旱性從大到小的排序為:砂生槐、江孜沙棘、醉魚草、細葉小紅柳、香柏。

表6 5種灌木樹種抗旱性綜合評價結果

4 討論與結論

隨土壤含水量的減少,本研究所選擇的5個樹種葉片的葉綠素質(zhì)量分數(shù)除香柏以外均表現(xiàn)為先上升后下降的趨勢,說明輕度干旱脅迫下植物能維持正常的光合作用,但重度干旱時,葉綠素質(zhì)量分數(shù)降低,是因為干旱會使植物原生質(zhì)遭到破壞,葉綠素合成受到抑制,分解速度加快,所以質(zhì)量分數(shù)下降。研究結果與其他苗木研究結果一致[13,20]。干旱脅迫下植物會通過增加滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)以增強細胞滲透調(diào)節(jié)能力。隨干旱脅迫加劇,細葉小紅柳和醉魚草葉片的可溶性糖質(zhì)量分數(shù)逐漸增加,在重度干旱下可溶性糖質(zhì)量分數(shù)上升,可能是葉片為應對干旱,加速分解累積的糖分以提高呼吸速率所致[21]。其余樹種隨干旱加劇葉片可溶性糖呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢,說明干旱脅迫過于嚴重時,可溶性糖的滲透調(diào)節(jié)能力已喪失。葉片蛋白質(zhì)質(zhì)量分數(shù)變化隨干旱加劇呈現(xiàn)持續(xù)增加?？梢?不同樹種在不同程度干旱脅迫下其可溶性糖和可溶性蛋白質(zhì)質(zhì)量分數(shù)變化存在差異,質(zhì)量分數(shù)的高低與各樹種的滲透調(diào)節(jié)能力有關,也反映了葉片滲透調(diào)節(jié)作用的有限性[22]。MDA是膜脂過氧化產(chǎn)物,其質(zhì)量摩爾濃度的多少可以反映脂質(zhì)過氧化作用的強弱和植物膜受傷害的程度[23-24]。本研究中,隨干旱脅迫加劇,各樹種均在重度干旱時MDA質(zhì)量摩爾濃度達到最大,表明嚴重的干旱脅迫均造成幼苗葉片膜脂過氧化作用加強,細胞膜受到破壞。江孜沙棘和香柏在輕度干旱下MDA質(zhì)量摩爾濃度有所下降,說明此水分條件比較適合各自生長。植物在正常代謝過程中,其活性氧的積累和清除處于動態(tài)平衡狀態(tài),而當植物處于逆境時,則會增加SOD和POD等保護酶活性以清除活性氧,保護細胞膜系統(tǒng),使植物免受逆境傷害[25]。隨干旱脅迫的變化,各樹種SOD和POD活性變化不同,說明不同樹種其抵抗干旱的防御系統(tǒng)不盡相同,單一的抗氧化酶不足以抵制植物所遭受的氧化脅迫[26],本研究中砂生槐葉片在各水分條件下均具有極高的POD酶活性,隨干旱脅迫加劇,并未表現(xiàn)出明顯的誘導反應,且其值遠遠的大于其余各樹種,說明砂生槐能夠較為穩(wěn)定的保持其清除能力,受干旱脅迫的影響相對較小,這可能是其具有較強抗旱性和較高水分利用效率的原因。

葉片是植物感受干旱脅迫最敏感的器官,葉片解剖結構的變化是植物在遭受逆境脅迫后產(chǎn)生的適應性反應,但在干旱環(huán)境下不同植物葉片的解剖結構變化也是千差萬別的。細葉小紅柳的氣孔密度在充分供水、輕度干旱及中度干旱下相對較大,隨干旱脅迫加劇,細葉小紅柳、香柏、砂生槐氣孔密度呈現(xiàn)先上升后下降的變化趨勢,而江孜沙棘和醉魚草呈現(xiàn)逐漸下降的趨勢,重度干旱下,除香柏以外,其余灌木樹種葉片氣孔密度均有不同程度的下降?？梢娭参锶~片氣孔密度不僅與植物種類有關,而且與干旱脅迫程度有關[27],一定程度的干旱脅迫會使4個喬木樹種葉片氣孔密度增加,但干旱脅迫程度加劇,特別是達到重度干旱時,氣孔密度會減小。這與一些研究者發(fā)現(xiàn)的過度干旱是葉片氣孔密度下降一致[28],本研究中,細葉小紅柳和香柏在中度干旱下葉片氣孔密度有明顯下降,而江孜沙棘、砂生槐、醉魚草在重度干旱下氣孔密度下降幅度明顯,而相關研究表明,植物受到嚴重干旱脅迫時,葉片嚴重受損,抑制了氣孔發(fā)生,氣孔數(shù)目顯著減少,最終表現(xiàn)為氣孔密度急劇下降[29],由此可見,干旱脅迫的嚴重程度對不同的植物而言是不同的,這在一定程度上也反映了植物的抗旱性。干旱狀況下,植物葉片結構主要向降低蒸騰、增強保水和提高光合作用等方面發(fā)展[30]。葉片厚度隨干旱脅迫加劇逐漸變薄的是細葉小紅柳和醉魚草。此結果與王順才等[31]對蘋果屬植物葉片厚度的結果一致。也有結果表明干旱脅迫下蘋果成齡葉厚度變薄,而幼葉厚度增加[32]。江孜沙棘和砂生槐葉片厚度隨干旱加劇表現(xiàn)出增大的變化趨勢,但在重度干旱下葉片厚度顯著減小(P<0.05)。這是否是由于葉齡所致還有待于進一步研究。隨干旱脅迫程度增加,葉片的柵欄組織厚度和海綿組織厚度表現(xiàn)各異,砂生槐和醉魚草的柵欄組織厚度呈現(xiàn)先減小后增加的變化,而江孜沙棘和香柏則表現(xiàn)為先增加后減少。隨干旱加劇,江孜沙棘和砂生槐海綿組織厚度先增加后減小,其余樹種海綿組織厚度逐漸減小。隨干旱加劇,組織疏松度各樹種表現(xiàn)出減小趨勢。由此可見,植物葉片對干旱脅迫的響應因樹種差異較大,不同的植物在遭遇干旱脅迫時由于其耐旱性的差異而表現(xiàn)出不同的解剖特征。

各樹種在不同水分條件下的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)、抗氧化物酶活性、葉片厚度以及葉片解剖結構等表現(xiàn)各異,綜合各樹種生理及解剖特征值的主成分分析結果,砂生槐在不同水分條件下綜合得分的平均值顯著高于其他樹種(P<0.05),達到0.997,江孜沙棘的綜合得為0.462,明顯低于砂生槐綜合得分。而醉魚草、細葉小紅柳和香柏的綜合得分均為負值,由此可知5個灌木樹種中砂生槐的抗旱性最強,江孜沙棘也具有較為明顯的抗旱性,醉魚草、細葉小紅柳、香柏的綜合得分為負值,說明其抗旱性相對較弱。其中,砂生槐在各水分條件下的水分利用效率和POD酶活性顯著高于其他樹種(P<0.05),說明大幅度提高POD酶活性是其應對干旱的重要表現(xiàn)。