外源Ca2+对喜钙植物、随遇植物和嫌钙植物POD活性和相对含水量的影响

王传明+乙引

摘要：为了探讨外源Ca2+对喀斯特环境中喜钙植物生理生化的影响，选取喜钙植物单性木兰和伞花木、随遇植物青冈栎与嫌钙植物华山松作为试验材料，通过使用不同浓度外源Ca2+对其进行胁迫处理，并测定其对植物相对含水量、POD活性的影响。结果表明，在较低浓度Ca2+如喜钙植物单性木兰和伞花木、随遇植物青冈栎在0～20 mmol/L、嫌钙植物华山松在0～5 mmol/L等Ca2+浓度具有较高的相对含水量和较低的POD活性，而在较高浓度Ca2+如喜钙植物单性木兰、伞花木和随遇植物青冈栎在30～50 mmol/L嫌钙植物华山松在20～50 mmol/L等Ca2+浓度相对含水量降低和POD活性升高，喜钙植物单性木兰和伞花木、随遇植物青冈栎与嫌钙植物华山松相比表现出对高浓度钙离子处理具有较强的适应能力，适宜生长于富钙的环境。

关键词：外源Ca2+；相对含水量；POD活性

中图分类号：S718；Q945.78文献标识码：A文章编号：0439-8114（2014）10-2347-05

Effects of External Ca2+ on the Relative Water Content and POD Activity of Plants being Calcicole， Indifference and Calcifuge

WANG Chuan-ming1，YI Yin2

（1.Qiannan Medical College for Nationalities，Duyun 558000，Guizhou；2.Guizhou Normal University，Guiyang，550000，China）

Abstract： To explore effects of external Ca2+ on physiology and biochemistry of karst plants，the activities of POD and relative water content of Kmeria septentrionalis Dandy（calcicole）， Eurycorymbus cavalerei（calcicole）， Cyclobalanopsis glauca（indifference）and Pinus kwangtungensis Che（calcifuge）were measured and compared. Results showed that to Kmeria septentrionalis Dandy （calcicole），Eurycorymbus cavalerei（calcicole） and Cyclobalanopsis glauca（indifference），the activities ofPOD in leaves were generally low and relative water content in leaves were generally high after treated with 0～20 mmol/L Ca2+ concentration. The activities ofPOD in leaves increased or relative water content decreased after treatment with 30～50 mmol/L Ca2+ concentration. As for Pinus kwangtungensis Chen（calcifuge），the activities of POD in leaves showed a sustained increasing trend or relative water content in leaves showed a sustained decreasing trend with the increase of Ca2+ concentration.

Key words： exogenous Ca2+；relative water content；POD activity

基金项目：国家自然科学基金项目（30460031）

喀斯特地貌是指由地下水和地表水对可溶性碳酸盐类岩石的溶蚀和改造作用而形成的具有一定地表、地下区域特征的特殊地貌，在全球广泛分布。喀斯特生境具有其严酷的独特性环境条件，喀斯特适生植物在生理上表现出喜钙、耐干旱瘠薄的生长发育特点[1]，存在着一系列与人类活动有关的突出的环境问题，如土壤缺乏、水资源分布不均、地表水易渗漏、地表地下的不稳定性以及植被破坏后难以恢复等[2，3]。喀斯特植被恢复的过程同时也是喀斯特植物生理对喀斯特环境的适应过程，演替植物具有许多共同的生理特征，如生长和响应的适应性等方面[4-6]。通过对喀斯特植物生境适应性的研究，探索植物对喀斯特环境的适应机理，并从微观了解喀斯特植被恢复演替机制，可为筛选出喀斯特适生植物进行育苗造林提供科学依据[7]。

本研究选取具有重要科研经济价值的植物作为研究材料：单性木兰（Kmeria septentrionalis Dandy），木兰科，常绿乔木，1999年被列为中国一级重点保护植物，仅分布于贵州的茂兰国家级自然保护区和广西的木论国家级自然保护区[8]，单性木兰的生长条件是喀斯特缺水少土以及富含Ca2+的环境[9]，对木兰家族的系统发育研究有重要价值，对研究木兰科的植物区系及其系统发育和分类，具有很高的学术价值和科研价值。伞花木[Eurycorymbus cavalerei （Levl.） Rand et Hand.Mazz]，国家II级重点保护野生植物，为第三纪残遗于中国的特有单种属植物，对研究植物区系和无患子科的系统发育有科学价值，野生资源量十分稀少[10]，伞花木涵养水源功能较好，为优良的灰岩山地速生树种[11]。青冈栎（Cyclobalanopsis glauca），贵州省次生常绿阔叶林的重要用材树种之一，也是优良的薪炭材[12]，为石灰岩山地的习见树种，喜生于微碱性或中性的石灰岩土壤上，在酸性土壤上也生长良好，耐干燥，可生长于多石砾的山地。华山松（Pinus kwangtungensis Chen），在研究松属分类和分布方面也有一定的价值[13]，生态适应性较强，40～50年成材，300年的大树仍不空心[14]，是中国最珍贵的用材树种之一，其经济价值大和观赏价值高已被世界所公认[15]。通过使用不同浓度Ca2+对试验植物处理并探讨外源钙离子对于喀斯特植物的生理生化的影响，为选择恢复喀斯特石漠化地形区的森林树种提供一定的依据。

1材料与方法

1.1材料

喀斯特喜钙植物单性木兰和伞花木、随遇植物青冈栎和嫌钙植物华山松的幼苗，其中单性木兰幼苗购自荔波茂兰自然保护区，伞花木和华山松种子购自贵州省林业科学院，青冈栎种子和油茶种子采自贵阳黔灵公园和贵阳森林公园，幼苗培育在贵州师范大学植物园进行。

1.2方法

挑选长势一致的幼苗分别用蒸馏水和去离子水冲洗3次，植入石英砂基质中，石英砂经10%盐酸浸泡24 h，并用去离子水反复冲洗至pH恒定。培养条件为光照度3 000 lx，光照时间12 h，温度25 ℃。Ca2+处理液为含0、5、20、30、40、50 mmol/L Ca2+的1/2 Hoagland营养液[不含Ca（NO3）2]，分别取处理0、24、48、72、144 h的幼苗叶片进行生理指标测定。

过氧化物酶（POD）活性测定参照朱广廉等[16]采用愈创木酚法，相对含水量（RWC）测定参考张宪政[17]的方法。

2结果与分析

2.1外源Ca2+对喀斯特喜钙植物、随遇植物和嫌钙植物叶片POD活性的影响

结果（图1）表明，POD活性喜钙植物单性木兰>喜钙植物伞花木>随遇植物青冈栎>嫌钙植物华山松，喜钙植物单性木兰和伞花木POD活性绝对值明显高于随遇植物青冈栎和嫌钙植物华山松，单性木兰和伞花木有较高的POD活性，而青冈栎、华山松的POD活性相对较低，其绝对值与单性木兰相比相差近百倍，与伞花木相比相差多倍。随着外源Ca2+含量的增加和处理时间的延长，单性木兰、伞花木、青冈栎和华山松具有不同的POD活性变化特点。喜钙植物单性木兰第1天POD活性相对较低，第2、3、6天POD活性整体呈升高趋势，特别是30～50 mmol/L Ca2+浓度。伞花木在0、5 mmol/L Ca2+浓度处表现较低的POD活性，在20 mmol/L Ca2+浓度及以上时POD活性呈升高趋势；随遇植物青冈栎第1、2、3天POD活性整体呈升高趋势，20～50 mmol/L Ca2+浓度POD活性明显高于0～5 mmol/L Ca2+浓度的POD活性，但第6天POD活性整体呈升高趋势；嫌钙植物华山松自0～50 mmol/L Ca2+浓度POD活性呈明显升高趋势，但第2天POD活性缓慢降低而后缓慢升高，其中20、30 mmol/L Ca2+浓度处理POD活性较低，40、50 mmol/L Ca2+浓度处理POD活性较高。

方差分析（表1）表明，Ca2+处理浓度对单性木兰、华山松POD活性影响极显著，对青冈栎POD活性影响显著，对伞花木POD活性无显著影响，Ca2+处理时间对伞花木POD活性影响极显著，对其他植物POD活性无显著影响，交互作用对伞花木POD活性影响极显著，对单性木兰POD活性影响显著，对其他植物POD活性影响不显著。

2.2 外源Ca2+对喀斯特喜钙植物、随遇植物和嫌钙植物叶片相对含水量的影响

结果（图2）表明，在试验处理初期第1、2天，各植物叶片相对含水量变化相对较小，在试验处理第3天，喜钙植物单性木兰和伞花木、随遇植物青冈栎自0～20 mmol/L Ca2+浓度处理下叶片相对含水量较高，30～50 mmol/L Ca2+浓度处理下叶片相对含水量呈现不同程度的下降，在试验处理第6天，在0～20 mmol/L Ca2+浓度处理下叶片相对含水量仍然较高，但30～50 mmol/L Ca2+浓度处理下显著下降；嫌钙植物华山松处理第3天相对含水量仍比较稳定，第6天相对含水量在20～50 mmol/L Ca2+浓度处理下开始下降。随着外源Ca2+含量的增加和处理时间的延长，伞花木、单性木兰变化较一致，在0～20 mmol/L Ca2+浓度处理下叶片相对含水量明显升高，而30～50 mmol/L Ca2+浓度处理下呈下降趋势；华山松在20～50 mmol/L Ca2+浓度处理下呈下降趋势。

方差分析（表2）表明，Ca2+浓度处理对各植物相对含水量影响不显著，Ca2+处理时间对单性木兰、青冈栎、华山松相对含水量影响极显著，对伞花木相对含水量影响不显著，交互作用对单性木兰、青冈栎、伞花木相对含水量影响极显著，对华山松相对含水量影响显著。

3结论与讨论

3.1POD活性与喀斯特喜钙植物对外源钙离子的反应

POD可以清除组织内的H2O2，是植物抗氧化系统中一种重要的酶[18，19]，在植物受到逆境胁迫时，酶促和非酶促防御系统协同作用，清除过多的活性氧，使植物免受伤害。研究表明，POD活性与植物的抗逆境呈正相关关系。郭秀林等[20]、彭永康等[21]的试验结果表明：渗透胁迫下，高、低浓度Ca2+处理都使根叶中的POD酶活升高，且高浓度处理效果更明显，酶活性越强。植物在受到盐分胁迫时POD活性发生变化[22，23]。

在外源Ca2+处理条件下，喜钙植物单性木兰和伞花木、随遇植物青冈栎和与嫌钙植物华山松POD活性变化随浓度升高表现出明显的上升趋势，后期更明显。喜钙植物单性木兰和伞花木在5、20 mmol/L Ca2+浓度处理下具有相对较低的POD活性，表现出对钙一定的适应性，在30～50 mmol/L Ca2+浓度处理下POD活性升高；说明低浓度Ca2+处理对喜钙植物单性木兰和伞花木POD活性影响较小，而高浓度Ca2+处理能使喜钙植物单性木兰和伞花木POD活性明显升高；随遇植物青冈栎在0、5 mmol/L Ca2+浓度处理下具有相对较低的POD活性，在20～50 mmol/L Ca2+浓度处理下POD活性升高；嫌钙植物华山松在0～50 mmol/L Ca2+浓度处理下POD活性呈升高趋势。喜钙植物单性木兰和伞花木表现出较高的POD活性，使其能在逆境胁迫时清除过多的活性氧，使植物免受伤害，这有利于喜钙植物适应土壤贫瘠、季节性临时干旱胁迫和富钙胁迫环境。

3.2外源Ca2+处理与植物保水能力

叶片相对含水量的多少反映植物保水和抗脱水能力，是指示叶片保水力的一个常用指标，当植物体内水分供应不足、水分代谢受到抑制时，相对含水量可反映植物的需水状况，相对含水量越小说明水分亏缺越严重[24]。

研究表明，环境胁迫如干旱、热激等都可诱发植物细胞产生Ca2+信号，产生相应的生理生化反应[25]，提高植物对抗干旱、高低温等逆境的适应，例如：韩建民等[26]发现抗旱性强的水稻品种相对含水量下降速度较慢，下降幅度较小，能保持较好的水分平衡；抗旱性弱的品种下降速度较快，下降幅度较大，水分平衡保持差。程林海等[27]认为，钙离子处理能提高干旱条件下棉花叶片的保水能力，从而提高了棉花的抗旱能力。吴德宽等[28]研究表明，叶面喷施CaCl2能提高裸大麦叶片的保水能力，增强了各种生理生化活动。其他植物逆境生理的研究也证明，当试验植株处于严重的胁迫状态时，叶片相对水分含量较低，相反，当水分胁迫没有发生或受到缓和时，叶片的相对水分含量保持在一个较高的水平上，这种状态有利于植株的生长[29]。

单性木兰、伞花木及青冈栎在0～20 mmol/L Ca2+浓度处理下叶片保持较高相对含水量，对钙离子处理表现出一定的适应能力，而后期在5、20 mmol/L Ca2+浓度处理下叶片相对含水量升高，在30～50 mmol/L Ca2+浓度处理下叶片相对含水量下降，这说明喜钙植物单性木兰和伞花木及青冈栎在低浓度Ca2+处理下植物没有受到胁迫，一定浓度的Ca2+增强了植物的保水能力，而高浓度Ca2+处理能使喜钙植物单性木兰和伞花木及青冈栎相对含水量下降；与0 mmol/L Ca2+浓度处理相比，华山松在5 mmol/L Ca2+浓度处理下叶片相对含水量升高，而后有呈下降趋势；但30 mmol/L以上的 Ca2+浓度处理各植物相对含水量均呈现下降的趋势，说明较高浓度的Ca2+可能产生了胁迫。

总之，对喜钙植物单性木兰和伞花木、随遇植物青冈栎与嫌钙植物华山松进行低浓度Ca2+处理，能使其保持相对较低的POD活性和较高的相对含水量，对其进行高浓度Ca2+处理，能使POD活性升高和降低相对含水量；其中喜钙植物单性木兰和伞花木在0～20 mmol/L Ca2+浓度处理下能保持相对较低的POD活性和较高的相对含水量，在30～50 mmol/L Ca2+浓度处理下叶片相对含水量下降而POD活性升高，随遇植物青冈栎0～20 mmol/L Ca2+浓度处理下能保持相较高的相对含水量，0～5 mmol/L Ca2+浓度处理下能保持相对较低的POD活性，在30～50 mmol/L Ca2+浓度处理下叶片相对含水量下降而POD活性升高，华山松在0～5 mmol/L Ca2+浓度处理下能保持相对较低的POD活性和较高的相对含水量，在20～50 mmol/L Ca2+浓度处理下叶片相对含水量下降而POD活性升高。喜钙植物单性木兰和伞花木与随遇植物青冈栎、嫌钙植物华山松相比，更能适应喀斯特富钙环境，随遇植物青冈栎也具有较强的适应能力。

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