石漠化区枫香抗逆性研究

陈 瑞， 童方平， 李 贵， 刘振华， 谭胜华， 吕雄峰， 刘虎军

(1.湖南省林业科学院， 湖南 长沙 410004； 2.新邵县林业局， 湖南 新邵 422900)

石漠化区枫香抗逆性研究

陈 瑞1， 童方平1， 李 贵1， 刘振华1， 谭胜华2， 吕雄峰2， 刘虎军2

(1.湖南省林业科学院， 湖南 长沙 410004； 2.新邵县林业局， 湖南 新邵 422900)

于不同程度石漠化区的枫香人工林中采集其不同部位的叶片为试材，对石漠化区枫香的抗逆性进行研究。结果表明：枫香上部叶片的SOD含量随着石漠化程度的加深呈逐渐增长的趋势，下部叶片SOD含量则随着石漠化程度的加深呈先降低后升高的变化趋势；下部叶片脯氨酸含量随着石漠化程度的加深呈逐渐增长的趋势，而上部叶片脯氨酸含量随着石漠化程度的加深呈先降低后升高的增长趋势；上部叶片的MDA含量随着石漠化程度的加深呈先降低后升高再降低的趋势，下部叶片的含量则随着石漠化程度的加深呈先升高后降低的变化趋势。枫香叶片脯氨酸含量与MDA含量呈显极著负相关，与SOD含量呈极显著正相关。

石漠化; 枫香; 抗逆性

石漠化区是在岩溶极其发育的自然背景下形成的，受人为活动干扰，其地表植被遭受破坏，造成土壤严重侵蚀，基岩大面积裸露，导致生长在该区的植物受到干旱瘠薄的胁迫[1]。植物具有对环境胁迫忍耐和抵抗的能力，即抗逆性[2]。枫香是我国重要的乡土树种，主产于江苏、浙江、安徽、湖南、湖北、江西、福建、台湾、广西等省，分布广泛。枫香对土壤要求不严，耐干旱瘠薄，属典型的荒山先锋树种，也是亚热带地区优良速生落叶阔叶树种。近年来，在枫香的遗传育种与培育等方面有较多研究[3]。但是在耐旱、耐贫瘠方面的研究较少，且大部分采用盆栽试验模拟干旱条件研究枫香适应干旱胁迫的生理学机理[4]。我们针对生长在不同程度石漠化区的枫香人工林展开研究，为石漠化区人工林的栽植提供参考。

1 研究区概况

新邵县地处东经111°08′—112°50′，北纬27°15′—27°38′。属亚热带季风湿润气候，四季分明，光照充足，雨量充沛，无霜期长，年平均气温17.2℃，无霜期276d，年降雨量1115.5mm，年日照1688.3h。新邵县国土总面积1763km2。2010年3—5月的石漠化监测结果显示，全县岩溶地区面积为12.60万hm2，占全县总面积71.5%，分布在全县所有15个乡镇、3个国有林场。其中石漠化土地3.67万hm2，潜在石漠化土地1.80万hm2，非石漠化土地7.13万hm2，分别占岩溶地区面积的29.1%、14.3%、56.6%。

2 研究方法

2.1 样点选择与采样

于新邵县选择不同程度石漠化区、林龄为4年生左右的枫香人工林为采样点，并以无石漠化地区的枫香人工林为对照。石漠化程度分级标准见表1。

表1 不同石漠化程度分级标准表Tab.1 Thestandardtableofdifferentrockydesertificationclassification石漠化程度等级基岩裸露(%)土层厚度(%)坡度(°)植被+土层厚度(%)平均厚度(cm)轻度石漠化>60<30>1835～50<15中度石漠化>70<20>2220～35<10强度石漠化>80<10>2510～20<5

在不同石漠化程度的林地随机设置3个5m×5m的样地。每1个样地选取3株生长状况优于平均木的林木，采摘每1株树的上、下相同部位叶片(各5g左右)，用塑料袋包好，做好记号，再用锡纸包裹好放入液氮中保存，带回实验室后放入-70℃的冰箱保存备用。

同时，在不同石漠化程度样地随机选择3个样点。取样前每1个样点先去掉腐殖质层，再按照四分法取0～10cm混合土，采集的样品放入样品袋中，然后用塑料袋套上，用铅笔写好标签，内外各1张。

2.2 生理生化指标测定[5]

测定时，每1株树不同部位的各个指标采用混合样进行测定，各重复3次。

(1) 丙酮乙醇浸提法测定叶绿素含量。取新鲜叶片0.1g，剪成1cm左右的细条，放入25mL带有刻度有盖的试管，加入丙酮与乙醇(1∶1)溶液，避光24h后测定。取叶绿素提取液至比色皿，以丙酮与乙醇(1∶1)溶液为空白，在波长665、649、470nm下测定吸光度A665、A649、A470。叶绿素含量计算公式如下。

叶绿素a含量(Chla)=13.95A665-6.88A649

叶绿素b含量(Chlb)=24.96A649-7.32A665

叶绿素总含量(Chl)= Chla+Chlb

(2) 超氧化物歧化酶(SOD)活性测定。取新鲜叶片0.3g，加入磷酸缓冲液(50mmol /L，pH=7.8)6mL，在预冷的研钵中研磨(在冰上操作)。匀浆后移入离心管，10000r/min、4℃下离心15min。取上清液，在560nm处测定吸光值，测定SOD含量(U/g 鲜重)[3]。

(3) 丙二醛(MDA)含量测定。取剪碎的新鲜叶片0.5g，加入10%三氯乙酸(TCA)5mL研磨，3000r/min下离心10min。吸取离心上清液2mL于带塞试管中(2个重复)，加入0.5%TBA溶液2mL，混合后沸水浴20min，迅速冷却后离心，上清液于532、600、450nm波长下测定OD值。用2mL水作为对照。

MDA 浓度C(μmol/L鲜重)=

6.45(OD532-OD600)-0.56OD450

(4) 脯氨酸含量测定。以脯氨酸标准母液(100μg/L)配置0.0、1.0、2.5、5.0、10、15、20、30μg/mL系列溶液，在520nm下测定标准曲线。取叶片0.3g，剪碎，加入适量80%乙醇，研磨成匀浆，匀浆全部转移至10mL刻度试管中，最后以80%乙醇定容至刻度，混匀，80℃水浴20min。吸取提取液2mL，加入2mL冰醋酸和2mL茚三酮试剂，沸水浴15min，冷却后在520nm下测定，然后在标准曲线上查出脯氨酸含量(μg/g)。

2.3 数据处理

采用EXCEL、SPSS等软件进行数据分析。

3 结果与分析

3.1 枫香叶片叶绿素含量变化

由图1可知：枫香叶片叶绿素含量随着石漠化程度的加深呈线性增长的趋势，但轻度石漠化区的含量比无石漠化区的低；在相同的石漠化区，枫香下部叶片的叶绿素含量比上部的要高。树体部位和石漠化程度均对枫香叶片叶绿素含量的影响极显著(见表2)。

图1 不同石漠化程度区枫香不同部位叶片叶绿素含量Fig.1 The chlorophyll content of leaf in different stem positions of Liquidambar formosana under the different degree of rocky desertification

3.2 枫香叶片MDA含量的变化

由图2可知，枫香上部叶片的MDA含量随着石漠化程度的加深呈先降低后升高再降低的趋势，下部叶片的含量则随着石漠化程度的加深呈先升高后降低的变化趋势。树体部位和石漠化程度对枫香叶片MDA含量的影响均不显著(见表2)。

图2 不同石漠化程度区枫香不同部位叶片MDA含量Fig.2 The MDA content of leaf in different stem positions of Liquidambar formosana under the different degree of rocky desertification

表2 叶片的叶绿素、MDA、SOD、脯氨酸含量方差分析Tab.2 Varianceanalysisofchlorophyll,MDA,SOD,pro-linecontentofleaf源因变量FSig.叶绿素含量22.3900.000不同石漠化程度区MDA含量2.4240.067SOD48.0590.000脯氨酸3.7670.012叶绿素含量14.3570.000取叶部位MDA含量0.5970.441SOD0.1410.707脯氨酸3.7830.053

3.3 枫香叶片SOD含量的变化

由图3可知： 枫香上部叶片的SOD含量随着石漠化程度的加深呈逐渐增长的趋势，下部叶片的含量则随着石漠化程度的加深呈先降低后升高的变化趋势，无石漠化区的比轻、中、重度石漠化区的要高；在无石漠化区和轻度石漠化区，枫香下部叶片的SOD含量比上部叶片要高，中度、重度石漠化区则相反。石漠化程度对SOD含量的影响极显著，而树体部位对SOD含量的影响不显著(见表2)。

图3 不同石漠化程度区枫香不同部位叶片SOD含量Fig.3 The SOD content of leaf in different stem positions of Liquidambar formosana under the different degree of rocky desertification

3.4 枫香叶片脯氨酸含量的变化

由图4可知，枫香下部叶片脯氨酸含量随着石漠化程度的加深呈逐渐增长的趋势，上部叶片的含量则随着石漠化程度的加深呈先降低后升高的变化趋势。轻度、重度石漠化区的枫香上部叶片脯氨酸含量高于下部的，而无石漠化区和重度石漠化区的含量相仿。石漠化程度对脯氨酸含量的影响显著，树体部位对脯氨酸含量的影响不显著(见表2)。

图4 不同石漠化程度区枫香不同部位叶片脯氨酸含量Fig.4 The proline content of leaf in different stem positions of Liquidambar formosana under the different degree of rocky desertification

3.5 枫香叶片叶绿素、MDA、SOD、脯氨酸含量的相关性

由表3可以看出： 枫香叶片中叶绿素含量与MDA含量呈极显著负相关，与SOD含量呈极显著正相关；MDA含量与SOD、脯氨酸含量呈极显著负相关：SOD含量与脯氨酸呈极显著正相关。

表3 枫香叶片叶绿素、MDA、SOD、脯氨酸含量的相关性分析Tab.3 Correlationofchlorophyll,MDA,SODandprolinecontentofleaf叶绿素含量MDA含量SOD脯氨酸叶绿素含量1 -0.180** 0.216**-0.060MDA含量-0.180**1-0.295**-0.254**SOD0.216**-0.295**10.184**脯氨酸-0.060-0.254**0.184**1

4 结论与讨论

(1) 有研究表明，短时间水分胁迫会引起叶绿素含量的降低，是因为干旱胁迫不仅影响叶绿素的生物合成，而且可加快已经合成的叶绿素的分解，可能是活性氧对叶绿素的破坏造成的[6]。同时，干旱胁迫打破了植物原有的生长代谢规律，在胁迫过程中，植物经历不受影响阶段、积极的生理调整阶段和失去控制阶段。关于干旱胁迫下叶绿素增加和减少均有报道，目前还不清楚水分胁迫对叶绿素含量的影响途径和机理[7]。本研究针对的是长期生长在石漠化地区的枫香，随着胁迫程度的加深叶绿素含量也增长，能增强枫香在逆境中的生存能力。受干旱胁迫越严重的石漠化区植物叶绿素的含量越高，从而可满足其生存需要。

(2) MDA是膜脂过氧化的最终产物，是膜系统受伤害的重要标志之一。其含量可以表示膜脂过氧化作用的程度，也可间接反映植物组织抗氧化能力的强弱[8]。MDA含量越高，说明细胞膜脂过氧化作用越强，当胁迫增加到一定程度，MDA含量反而减少，表明枫香随着石漠化程度的加深抗旱能力逐渐加强。这与前人在玉米[9-10]、小麦[11]上研究的结果一致。在不同程度石漠化区，树体上部叶片MDA含量和下部的相仿，说明受到一定胁迫后，老、幼叶膜系统的抗氧化反应差别不大。但是，在不同石漠化区，下部叶片MDA含量变化幅度比上部叶片的小，说明下部叶片在刚受到胁迫时抗氧化反应较慢。

(3) SOD的主要功能是清除生物体内超氧离子基团，对于清除活性氧中间产物，防止氧自由基破坏细胞的组成、结构和功能，保护细胞减轻氧化损伤具有十分重要的作用[12]。在干旱胁迫比较低的轻度石漠化阶段，枫香叶片SOD活性降低，随着石漠化程度的加深，SOD活性逐渐增强，这与姜慧芳等[13]研究的花生叶片受干旱胁迫后的变化趋势相仿。说明在胁迫加深后，枫香叶片为生存做出了应激反应，即SOD稳定增加，从而能在恶劣环境下存活。

(4) 脯氨酸作为水分胁迫下植物的调渗物质，参与植物的渗透调节，作为一种高亲水物质，可防止细胞在干旱时脱水。脯氨酸也是植物蛋白质的重要组成部分，当植物受到环境胁迫时，植物体内游离脯氨酸积累增加。因此，在不同石漠化区，随着石漠化程度的加剧，植物受到环境胁迫越大，从而产生更多的脯氨酸[14-15]。不同部位叶片的脯氨酸含量变化不一致，可能因为上部的新叶比下部的老叶渗透调节的生理机能更不稳定，导致在应对胁迫的时候反应不同。

(5) 在不同石漠化区，枫香叶片受到胁迫后MDA含量开始升高，这时抗氧化机制开始反应，相应的脯氨酸与SOD含量发生变化，以抑制MDA的大量增长。而脯氨酸与SOD的含量呈正相关，只是增长的量不同。在受到重度石漠化胁迫的时候，枫香叶片中脯氨酸与SOD为了抑制MDA含量而大幅度增长，含量出现最大值。说明作物抗逆境的能力与保护酶活性的大小及其防御功能是相关联的。这些都是植物在受胁迫时为维护正常生长产生的抗逆性反应。

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(文字编校：唐效蓉)

StressresistanceofLiquidambarformosanaontherockydesertificationarea

CHEN Rui1， TONG Fangping1， LI Gui1， LIU Zhenhua1， TAN Shenghua2， Lü Xiongfeng2， LIU Hujun2

(1.Hunan Academy of Forestry, Changsha 410004, China； 2.Forestry Bureau of Xinshao County, Xinshao 422900, China)

Collected the different parts of leaf as the test materials inLiquidambarformosanaartificial forest on different degree of rocky desertification area, the stress resistance ofLiquidambarformosanaon the rocky desertification area was studied. The results showed that, SOD content of the upper leaves deepened the growing trend with deepening of rocky desertification degree, and SOD content of the lower leaves along with deepening of rocky desertification degree decreased first and increased later. Proline content of the lower leaves increased as the degree of rocky desertification was growing, and proline content of the upper leaves decreased first and increased later with the degree of rocky desertification was growing. MDA content of the upper leaves decreased first, then increased and decreased later with increasing degree of rocky desertification, and MDA content of the lower leaves with increasing degree of rocky desertification increased first and decreased later. Proline content and MDA content ofLiquidambarformosanaleaf presented a significantly negative correlation, while Proline content and SOD content presented a significantly positive correlation.

rocky desertification；Liquidambarformosana； stress resistance

2013 — 09 — 13

湖南省发改委石漠化工程科技支撑项目“新邵县岩溶地区石漠化生态恢复技术研究与效益监测”(2008-06-047)。

陈 瑞(1984 — )，女,湖南省岳阳市人，实习研究员，主要从事石漠化治理方面的研究。

Q 945.78

A

1003 — 5710(2013)05 — 0016 — 04

10. 3969/j. issn. 1003 — 5710. 2013. 05. 005