水分胁迫对珍贵树种赤皮青冈幼苗生理特性的影响

吴丽君，李志辉，邹 峰

水分胁迫对珍贵树种赤皮青冈幼苗生理特性的影响

吴丽君，李志辉，邹 峰

（中南林业科技大学 林学院， 湖南 长沙 410004）

以珍贵树种赤皮青冈1年生实生幼苗为试验材料，以100 g/L（轻度）、200 g/L（中度）、300 g/L （重度）的PEG6000溶液模拟水分胁迫，对水分胁迫下幼苗叶片的光合色素和过氧化氢（CAT）酶活性等生理指标进行了研究。结果表明：胁迫处理1 d时，100 g/L PEG6000处理下赤皮青冈幼苗叶片的叶绿素a（Chla）、叶绿素b（Chlb）含量、叶绿素总量（ChlT）和CAT酶活性均显著高于对照，200 g/L和300 g/L PEG6000处理的光合色素含量和CAT酶活性显著低于对照；但胁迫处理3 d时，3个处理的光合色素含量和CAT酶活性均低于对照，且差异显著。研究结果初步说明赤皮青冈1年生幼苗可承受短时期轻度水平的水分胁迫，对长时间的水分胁迫反应敏感。

赤皮青冈; 水分胁迫；幼苗；生理特性

水是世界上最珍贵的资源，但陆地上约有1/3的干旱半干旱地区由于水分极为短缺限制了树木达到最大生长量，而其它大部分地区也由于不可预料的季节性干旱而在一定程度上抑制了树木的生长。赤皮青冈Cyclobalanopsis gilva 又名红稠，壳斗科青冈属树种，生于海拔300～1 500 m的山地，为我国珍贵的濒危树种，而且是上等的珍贵用材树种，适作家具、车船、纺织器材、乐器、运动器械等[1]。目前国内外对赤皮青冈的研究较少，仅限于地理分布和分类方面[2-4]。赤皮青冈的成片天然林稀少，局地保留了零星的少量古木大树，由于鼠害、虫蛀和人为破坏等因素的影响，其幼林自然更新存在严重的问题，人工造林成为弥补其成林面积的有效措施之一。赤皮青冈在我国主要分布在浙江、福建、台湾、湖南、广东、江西、贵州等省，在人工造林过程中，繁育的赤皮青冈幼苗移栽上山后，生长初期很容易受到季节性干旱天气的影响，成活率往往不高。本研究通过对赤皮青冈1年生实生幼苗进行PEG6000模拟水分胁迫处理，测定其部分生理指标的变化，探讨其对干旱的抗性强弱，以便为后续研究确立其抗旱评价指标体系、筛选出耐干旱的种源、提高其造林成活率、扩大成林面积提供技术支持和理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

赤皮青冈为1年生实生苗，2011年3月上旬取自安化县小淹镇淹洲林场苗圃。

1.2 设计与处理

2011年3月上旬，将取回来的赤皮青冈1年生实生苗的根系剪去1/3后移栽于塑料盆内，盆内装有1 kg营养土，一盆一株，放置于中南林业科技大学生科楼6楼楼顶，正常浇水管理，浇水后盖上塑料薄膜保持湿度，待苗木完全恢复正常生长后（大约两个月），于5月上旬选择苗高基本一致的幼苗（株高约0.25 m），移入分别含有100 g/L（处理1，轻度胁迫）、200 g/L（处理2，中度胁迫）、300 g/L PEG6000（处理3，重度胁迫）的Hongland营养液中培养，3个处理相对应的水势分别为-0.3、-0.6、-0.9 MPa。以Hongland营养液水培的幼苗作为对照，共4个处理，每个处理10株，3次重复。在各处理营养液中分别培养1 、2 、3 d后，分别取各处理幼苗的叶片，进行叶绿素a（Chla）、叶绿素b（Chlb）、类胡萝卜素（Car）含量和过氧化氢酶（CAT）活性的测定。

1.3 测定方法与仪器设备

赤皮青冈幼苗叶片叶绿体色素的提取参照李合生[5]的方法，色素的测定以95﹪乙醇为空白，在波长665、649和470 nm下测定吸光度值（OD值，A），然后计算Chla（Ca）、Chlb（Cb）、叶绿素总量 ChlT（CT）和 Car（Cx·c）的质量浓度（mg/L），计算公式分别为：

求得质量浓度后按公式计算叶组织中各色素的含量(mg/g)。

CAT酶液的提取参照李合生等[5]的方法，活性测定采用高锰酸钾滴定法, 酶活性以每克（g）鲜叶1 min内分解H2O2的毫克数（mg）表示。

采用EXCEL 2003软件处理试验数据，用SPSS 13.0软件进行差异显著性分析，采用Duncan新复极差法（LSR）多重比较不同处理之间的差异，设定置信度p为1﹪。

2 结果与分析

2.1 PEG6000处理对赤皮青冈幼苗叶绿素含量的影响

由图1～3所示：随着胁迫时间的延长，对照的Chla、Chlb和ChlT含量基本保持不变，而3个处理的赤皮青冈幼苗叶片的Chla、Chlb和ChlT含量均呈现明显下降趋势，而且随着胁迫强度的增强，Chla、Chlb和ChlT含量也明显下降。

图1 不同处理对赤皮青冈叶Chla含量的影响Fig.1 Effects of different treatments on chlorophyll a contents in leaves of C. gilva

图2 不同处理对赤皮青冈叶Chlb含量的影响Fig.2 Effects of different treatments on chlorophyll b contents in leaves of C. gilva

图3 不同处理对赤皮青冈叶ChlT含量的影响Fig.3 Effects of different treatments on chlorophyll total contents in leaves of C. gilva

当胁迫处理1 d时，处理1的Chla、Chlb和ChlT含量比对照高，处理2和处理3的Chla、Chlb和ChlT 含量比处理1和对照低，且差异显著（见表1），说明在短时间轻度水分胁迫下，赤皮青冈的光合作用反而有所增强，以便合成更多的同化产物来适应逆境；当胁迫程度进一步加强时，其光合作用受到抑制，光合色素降解加强，合成减弱。从表1还可以看出，当胁迫处理3 d时，3个处理的ChlT含量显著低于对照（p＜0.01），说明当胁迫处理时间太长时，低胁迫水平就可抑制赤皮青冈的光合作用，当胁迫程度达到中等以上时，抑制作用更明显。

2.2 PEG6000处理对赤皮青冈幼苗类胡萝卜素含量的影响

如图4所示：随着胁迫时间的延长，3个处理的Car含量呈明显的下降趋势，例如胁迫处理1 d时，处理1的Car含量为0.33 mg/g；3 d时，处理1的Car含量仅为0.21 mg/g，降幅达到36.36﹪，而对照基本没变化。随着胁迫强度的增加，Car含量也急剧降低，胁迫处理3 d时，3个处理的Car含量均低于对照，且差异显著（见表2），但处理1和处理2之间无差异。说明长时间的胁迫条件下，轻度水分胁迫致使Car的合成受到抑制，含量下降，而且随着胁迫程度的增加，Car含量进一步降低。

表1 不同处理下叶绿素含量多重比较结果 †Table 1 Multiple comparison results of chlorophyll contents of different treatments mg·g-1

图4 不同处理对赤皮青冈叶Car含量的影响Fig.4 Effects of different treatments on carotenoid contents in leaves of C. gilva

2.3 PEG6000处理对赤皮青冈幼苗CAT酶活性的影响

CAT酶广泛分布于植物组织，它能将细胞的H2O2分解成为H2O和O2，是细胞内H2O2的重要清除剂。如图5所示：随着胁迫时间的延长，对照处理的CAT酶活性基本没变化，而不同处理下的CAT酶活性均呈现下降趋势；而且随着胁迫强度的加强，CAT酶活性逐渐降低。

表2 不处理下类胡萝卜素含量多重比较结果Table 2 Multiple comparison results of carotenoid contents of different treatments

当胁迫处理1 d时，处理1的CAT酶活性比对照高，处理2和处理3的CAT酶活性比处理1和对照低，且差异显著（见表3），说明短时间内轻度水平的水分胁迫可以促使赤皮青冈体内的CAT酶活性提高来抵抗逆境，维持正常生长；当水分胁迫达到中等水平以上时，其CAT酶活性迅速降低，说明此程度的干旱胁迫破坏了植物的活性氧清除机制，降低了植物体内的保护酶活性，通过目测，此时植株生长不良，叶色变黄。当胁迫处理3 d时，3个处理的CAT酶活性均显著低于对照（p＜0.01），说明即使是在低水平的胁迫环境下，由于胁迫时间太长，赤皮青冈体内的自我修复机制遭到破坏，导致其保护酶活性降低。综合上述研究结果，可以初步判断赤皮青冈幼苗对轻度水分胁迫环境有较好的适应性，在中度以上水分胁迫环境中，生长和代谢受到一定程度的限制。

图5 不同处理对赤皮青冈叶CAT酶活性的影响Fig.5 Effects of different treatments on CAT activity in leaves of C. gilva

表3 不同处理下CAT酶活性的多重比较结果Table 3 Multiple comparison results of CAT activity of different treatments

3 讨 论

水分胁迫使植物的光合作用、氮代谢、核酸代谢等受到影响,引起代谢物含量和代谢相关的酶活性发生变化[6-10]。叶绿素是绿色植物进行光合作用的主要色素，其含量同光合作用的关系十分密切，在一定程度上能反映植物合成同化物质的能力。许多实验表明，水分胁迫可使叶绿素含量降低[11-14]。水分胁迫下叶绿素含量下降的原因主要是由于水分亏缺抑制了叶绿素的合成，并促进分解。叶绿素含量的降低不仅是由于合成受阻，而且与水分胁迫下诱导叶绿体发生膜脂过氧化而产生的活性氧、丙二醛(MDA)对叶绿素的破坏有关。本研究的结果：随着水分胁迫时间的延长，赤皮青冈幼苗叶片的叶绿素a、叶绿素b和类胡萝卜素含量均表现下降趋势也印证了这个观点。

CAT酶是一种酶类清除剂，是生物防御体系的关键酶之一。本实验中赤皮青冈幼苗在不同质量浓度的PEG6000溶液处理下，随着胁迫时间的延长，CAT酶活性均下降，而有些研究者的试验结果是抗氧化酶活性（包括CAT酶）随着水分胁迫的加强而升高[15-17],这可能与实验材料种类不同有关。本试验由于试验材料数量有限，测定的生理指标还不够全面，在以后的研究中，还应广泛搜集赤皮青冈地理分布区的种源，对其苗期水分胁迫下的形态、生长和生理生化指标进行更详细、更深入的研究，为建立珍贵树种赤皮青冈的耐旱指标体系、筛选耐旱的优良种源提供可靠依据。

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Effects of water stress on seedlings’ physiological characteristics of Cyclobalanopsis gilva

WU Li-jun, LI Zhi-hui, ZOU Feng
(School of Forestry, Central South University of Forestry and Technology, Changsha 410004, Hunan, China)

By taking one-year-old seedlings of Cyclobalanopsis gilva (Blume) Oersted as the testing material, the water stress conditions were simulated with concentration gradient of 100 g/L, 200 g/L and 300 g/L PEG6000 solution, and the physiological indexes of photosynthetic pigments and catalase activity of leaves were studied under the condition of water stress. The results indicate that the chlorophyll a, chlorophyll b , chlorophyll a+b and CAT activity of seedling’ leaves treated by 100 g/L PEG6000, lasting water stress one hours, were higher than the contrast’s significantly, the photosynthetic pigments and catalase activity of the seedlings treated by 200 g/L PEG6000 and 300 g/L PEG6000 were lower than contrast’s significantly after cultivating one day. When cultivating three days, photosynthetic pigments and catalase activity of the three treatments were lower than contrast’s significantly. It showed that seedlings of one-year C. gilva could stand light water stress for a short time and were quite sensitive to long-time water stress.

Cyclobalanopsis gilva; water stress; seedlings; physiological characteristics

S718.51+2.3

A

1673-923X (2012)07-0010-04

2012-03-10

国家“十二五”科技支撑项目“中部地区珍贵树种楸树和赤皮青冈定向培育研究与示范”（项目编号：2011BAZ20308703）

吴丽君（1980—），女，湖南益阳人，讲师，博士生，研究方向：林木定向培育；E-mail:lijun_wu@126.com

李志辉（1957—），男，湖南益阳人，教授，博士生导师，主要从事林木定向培育研究；E-mail: lzh1957@126.com

[本文编校：谢荣秀]