稀土元素镧对刺槐幼苗抗旱性的影响

李庆华

（山西林业职业技术学院，山西 太原 030009）

稀土元素镧对刺槐幼苗抗旱性的影响

李庆华

（山西林业职业技术学院，山西 太原 030009）

研究稀土元素镧对刺槐幼苗抗旱性的影响，为其在刺槐苗木水分管理中的应用提供依据。采用盆栽试验，利用人工控水方法研究了氯化镧对干旱下刺槐幼苗叶片相对含水量、光合速率、生物量、抗氧化酶SOD、POD和CAT活性及膜透性、MDA含量等生理指标的影响。干旱胁迫显著降低了刺槐幼苗叶片相对含水量、光合速率和生物量，显著提高了抗氧化酶SOD和POD活性及膜透性、MDA含量，但对CAT活性没有显著影响。与干旱胁迫相比，10 μmol和20 μmol氯化镧处理显著提高了干旱胁迫条件下刺槐幼苗叶片相对含水量、光合速率、生物量、抗氧化酶SOD、POD和CAT活性，显著降低了膜透性和MDA含量；40 μM氯化镧处理对上述指标没有显著影响；80 μM氯化镧处理则显著降低了叶片相对含水量、光合速率、生物量、抗氧化酶SOD、POD和CAT活性，显著增加了膜透性和MDA含量。低浓度氯化镧处理可以缓解干旱胁迫对刺槐幼苗所造成的伤害，这为低浓度氯化镧在刺槐苗木水分管理中的应用提供了依据。

干旱胁迫；刺槐；氯化镧；抗旱性；生物量

刺槐Robinia pseudoacacia L.又名洋槐，是豆科刺槐属植物。刺槐具有适应性强、耐贫瘠、易繁殖和较强的固土能力等特点，现在已成为西北地区主要的造林树种[1-2]。又由于刺槐具有一定的观赏价值和重金属吸收能力，现已成为园林绿化的常用树种之一[3]。但刺槐在幼苗阶段对水分短缺特别敏感[4]，尤其是春季干燥多风条件更容易造成刺槐幼苗的水分缺乏。因此，苗期水分短缺严重制约了刺槐幼苗的成活与生长。因此，研究刺槐幼苗抗旱性的外源物质调控问题，对提高水分短缺下刺槐幼苗的成活率具有重要意义，有利于城市绿化用途刺槐苗木的培育。

镧是一种重要的稀土元素，已有研究表明它能提高植物对多种逆境的抗性[5-7]。如，高青海等研究表明，镧可以提高黄瓜幼苗的抗盐性[5]。王蕊等研究表明，镧可以提高豌豆幼苗的抗铜性[6]。李海平等研究则表明，镧可以缓解UV-C胁迫下番茄幼苗所受的伤害[7]。但前人对镧提高植物抗旱性的研究较少，且多集中在禾本类农作物小麦的研究上[8]。如，唐加红等研究表明，镧可以提高小麦的抗旱性[8]。但对于镧能否提高木本植物的抗旱性，尤其是刺槐幼苗的抗旱性，目前尚未见报道。因此，研究外源氯化镧对刺槐幼苗抗旱性的影响对提高水分亏缺下苗木的成活率具有重要意义。本试验以1年生刺槐幼苗为研究对象，测定了氯化镧对干旱下刺槐幼苗水分生理和抗氧化指标的影响，探讨了氯化镧对刺槐幼苗抗旱性的影响，从而为氯化镧在刺槐幼苗水分管理中的应用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料

材料为1年生刺槐幼苗，购自山西绛县李氏苗木基地。

1.2 方法

1.2.1 培养与处理方法

盆栽所用土壤为褐土，中等肥力，田间持水量为21.5%，土壤取回后过筛备用。所用塑料桶高50 cm，口径35 cm。试验共设6个处理，分别为田间持水量的80%（正常水分处理）、田间持水量的55%（干旱胁迫）、10 μM LaCl3+干旱胁迫、20 μM LaCl3+干旱胁迫、40 μM LaCl3+干旱胁迫和80 μM LaCl3+干旱胁迫，每个处理5次重复。每桶装烘干土9 kg，根据设计的土壤含水量计算出每桶重量，通过称重法达到所需要的土壤水分水平。外源LaCl3处理采用叶面喷施，每周喷施一次，每次各种浓度的LaCl3均喷施100 mL。挑选生长状况、株高、重量基本一致的裸根刺槐苗木于2013年3月10日植入盆中，每盆栽1棵，每天按田间持水量的80%进行浇水。确定苗木成活后，从4月至9月对正常水分和干旱胁迫处理采用称重法进行控水，使各处理达到各自的土壤水分水平，每天称重一次，并补足到设计的土壤水分水平。在6～8月份的中旬选择晴天的上午10:00～11:00取植株上部完全展开的功能叶用于相关生理指标的测定。在人工防雨棚中进行整个试验。

1.2.2 测定方法

（1）叶相对含水率（RWC）：相对含水率用烘干法计算。（2） 光合速率的测定：用Licor-6400型光合测定仪进行测定。选择顶部充分展开叶片，在6～8月的中旬分别选择晴天上午10:00～11:00对不同处理进行测定，每次3次重复。（3）生物量测定：于9月末将各处理的植株取出，采用烘干法测定单株生物量。（4）膜透性和MDA含量测定：膜透性用DDS-307电导仪测定，细胞膜相对透性(%)=叶片杀死前外渗液的电导值/杀死后外渗液的电导值×100%；丙二醛含量采用硫代巴比妥酸比色法测定[9]。（5）抗氧化酶SOD、CAT和POD活性测定：氮蓝四唑光还原法测定SOD活性，以抑制50%NBT反应为1个酶活性单位；POD活性测定用愈创木酚显色法,以每分钟内A470变化0.01为1个酶活性单位；CAT活性的测定参照张志良等的实验方法，以每分钟内A240减少0.01为1个酶活性单位[9-10]。

1.2.3 数据处理

采用SAS软件处理，试验数据用“平均值±标准误”表示，在α=0.05水平上进行差异显著性分析。

2 结果与分析

2.1 氯化镧对干旱胁迫下刺槐幼苗叶片相对含水量、光合速率和生物量积累的影响

从表1可知，与正常水分处理相比，干旱胁迫条件下刺槐幼苗叶片相对含水量、光合速率和总生物量均显著降低，比正常水分处理分别降低了16.0%、40.2%和28.1%。这说明，干旱破坏了刺槐幼苗的水分平衡，降低了其光合碳同化速率，最终导致植株生物量积累显著下降。而与单独干旱胁迫处理相比，10 μMLaCl3和20 μMLaCl3处理则显著提高了干旱下刺槐幼苗叶片相对含水量、光合速率和总生物量。与单独干旱胁迫处理相比，10 μMLaCl3分别使相对含水量、光合速率和总生物量提高了8.2%、21.2%和9.8%，20 μMLaCl3分别使相对含水量、光合速率和总生物量提高了12.9%、44.2%和20.9%。40 μMLaCl3对干旱下刺槐幼苗叶片相对含水量、光合速率和总生物量没有显著影响，80 μMLaCl3则使干旱下刺槐幼苗叶片相对含水量、光合速率和总生物量显著降低，分别比单独干旱胁迫处理降低了6.3%、17.3%和12.9%。从不同浓度氯化镧处理对幼苗叶片相对含水量、光合速率和总生物量的影响来看，20 μMLaCl3处理能显著提高刺槐幼苗叶片相对含水量、光合速率和总生物量，处理效果最好。

表1 氯化镧对干旱胁迫下叶片相对含水量、光合速率和生物量积累的影响Table1 Effects of lanthanum chloride on leaf relative water content, photosynthetic rate and biomass under drought

2.2 氯化镧对干旱胁迫下刺槐幼苗叶片抗氧化酶活性的影响

从表2可见，与正常水分处理相比，干旱胁迫条件下刺槐幼苗叶片的SOD和POD活性显著增加，而CAT活性则没有变化。与正常水分处理相比，干旱分别使叶片SOD和POD活性增加了20.0%和36.4%。这说明，刺槐幼苗可以通过增加叶片SOD和POD活性而抵御干旱胁迫。而与单独干旱胁迫处理相比，10 μMLaCl3和 20 μMLaCl3处 理 则 进 一 步 显著提高了干旱下刺槐幼苗叶片的SOD、POD和CAT活性。与单独干旱胁迫处理相比，10 μMLaCl3分别使SOD、POD和CAT活性提高了 16.1%、29.5% 和 40.4%，20 μMLaCl3分别使SOD、POD和CAT活性提高了46.0%、95.5%和83.6%。40 μMLaCl3对干旱下刺槐幼苗叶片的SOD、POD和CAT活性没有明显影响，80 μMLaCl3则使干旱下刺槐幼苗叶片的SOD、POD和CAT活性显著降低，分别比单独干旱胁迫处理降低了16.2%、28.1%和31.7%。从不同浓度氯化镧处理对幼苗叶片抗氧化酶的影响来看，20 μMLaCl3处理能显著提高刺槐幼苗叶片的抗氧化酶活性，处理效果最好。

表2 氯化镧对干旱胁迫下抗氧化酶活性的影响Table2 Effects of lanthanum chloride on activities of antioxidant enzymes under drought

2.3 氯化镧对干旱胁迫下刺槐幼苗叶片膜透性和MDA含量的影响

从表3可知，与正常水分处理相比，干旱胁迫条件下刺槐幼苗叶片的膜透性和MDA含量均显著增加。与正常水分处理相比，干旱分别使叶片膜透性和MDA含量增加了126.7%和117.1%。这说明，干旱对刺槐幼苗叶片造成了氧化损伤。而与单独干旱胁迫处理相比，10 μMLaCl3和20 μMLaCl3处理则显著降低了干旱下刺槐幼苗叶片的膜透性和MDA含量。与单独干旱胁迫处理相比，10 μMLaCl3分别使膜透性和MDA含量降低了14.3%和21.1%，20 μMLaCl3分别使膜透性和MDA含量降低了35.7%和35.5%。40 μMLaCl3对干旱下刺槐幼苗叶片的膜透性和MDA含量没有显著影响，80 μMLaCl3则使干旱下刺槐幼苗叶片的膜透性和MDA含量显著增加，分别比单独干旱胁迫处理增加了20.9%和21.1%。从不同浓度氯化镧处理对幼苗叶片膜透性和MDA含量的影响来看，20 μMLaCl3处理能显著降低刺槐幼苗叶片的膜透性和MDA含量，处理效果最好。这说明，氯化镧在低浓度时能显著降低膜透性和MDA含量，从而缓解干旱造成的氧化伤害；而在高浓度时则会显著增加膜透性和MDA含量，则会加剧干旱造成的氧化损伤。

表3 氯化镧对干旱胁迫下叶片膜透性和MDA含量的影响Table3 Effects of lanthanum chloride on membrane permeability and MDA content under drought

3 讨 论

叶片相对含水量和光合速率是植物重要的水分生理指标[11]。大量研究表明，干旱会破坏刺槐植株的水分平衡，导致其叶片相对含水量和光合速率显著降低，最终导致生物量积累降低[11]。本研究发现，干旱胁迫使刺槐幼苗叶片相对含水量、光合速率和生物量均显著降低，这与前人的研究结果一致[11]。氯化镧作为一种稀土元素，在提高植物抗逆性上具有重要作用，但在刺槐上的应用尚未见报道。本研究表明，低浓度的氯化镧处理则可以显著提高干旱下刺槐幼苗的叶片相对含水量、光合速率和生物量，高浓度的氯化镧处理则会显著降低干旱下刺槐幼苗的叶片相对含水量、光合速率和生物量。这说明，氯化镧在低浓度时有利于维持刺槐幼苗的水分平衡和碳同化速率，从而有利于植株生长；而在高浓度时则会破坏刺槐幼苗的水分平衡，严重影响碳同化速率，从而导致植株生物量积累的降低。此外，渗透调节物质在维持植物水分平衡方面具有重要作用。但，本试验并未涉及渗透调节物质的研究。因此，进一步研究氯化镧对干旱下刺槐幼苗渗透调节物质含量的影响对揭示氯化镧提高刺槐幼苗抗旱性的生理生化机制具有重要意义。

抗氧化酶活性的大小是衡量植物抗氧化能力的重要指标[1]。大量研究表明，干旱下刺槐可以通过增强抗氧化酶活性而适应干旱逆境[1]。前人的研究表明，干旱下刺槐可以通过增强SOD、POD和CAT活性提高抗氧化能力[4,12]。本研究表明，干旱下刺槐幼苗可以显著增加抗氧化酶SOD和POD的活性，这与前人的研究结果一致[4]。但干旱下刺槐幼苗叶片的CAT活性没有明显变化，这与前人的研究结果不一致[12]，这可能与研究所用的刺槐类型不同有关。本研究还表明，低浓度的氯化镧处理则可以显著提高干旱下刺槐幼苗叶片的抗氧化酶SOD、POD和CAT活性，从而使膜透性和MDA含量显著降低，这说明低浓度氯化镧有助于缓解干旱对刺槐幼苗造成的氧化胁迫。而高浓度的氯化镧处理则会显著降低干旱下刺槐幼苗叶片的SOD、POD和CAT活性，从而使膜透性和MDA含量显著增加，这说明氯化镧在在高浓度时会加剧干旱对刺槐幼苗造成的氧化损伤。

4 结 论

低浓度氯化镧有利于维持干旱下刺槐幼苗叶片水分平衡、光合速率和生物量积累，并可以提高刺槐幼苗的抗氧化能力增强其抗旱性。因此，本研究为低浓度氯化镧在刺槐苗木水分管理中的应用提供了理论基础。

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Effects of rare earth element lanthanum on drought tolerance of Robinia pseudoacacia L. seedlings

LI Qing-hua
(Shanxi Forestry Vocational Technical College, Taiyuan 030009, Shanxi, China)

The effects of lanthanum on drought tolerance of Robinia pseudoacacia L. were investigated, in order to provide evidence for its application in the water management of Robinia pseudoacacia L seedlings. By the artificial control method, the effects of lanthanum chloride on the leaf relative water content, photosynthetic rate and biomass, the activities of SOD, POD and CAT, the membrane permeability and MDA content in leaves under drough were studied by pot experiment. The results show that the drought stress significantly decreased leaf relative water content, photosynthetic rate and biomass, and significantly increased the activities of SOD and POD, the membrane permeability and MDA content in leaves, however, the drought stress had no obvious effect on the activity of CAT; Compared with drought stress alone, 10 μmol and 20 μmol lanthanum chloride signif i cantly increased leaf relative water content, photosynthetic rate, biomass and the activities of SOD, POD and CAT, and signif i cantly decreased the membrane permeability and MDA content in leaves, 40 μmol lanthanum chloride had no signif i cant effects on above indicators, however, 80 μmol lanthanum chloride signif i cantly decreased leaf relative water content, photosynthetic rate, biomass and the activities of SOD, POD and CAT, and signif i cantly increased the membrane permeability and MDA content in leaves; Low concentrations of lanthanum could alleviate the injury of R. pseudoacacia seedlings caused by drought stress. The fi ndings provide evidence for the application of lanthanum in the water management of R. pseudoacacia seedlings.

drought stress; Robinia pseudoacacia L.; lanthanum chloride; drought tolerance; biomass

S792.270.1

A

1673-923X(2014)12-0062-04

2014-03-05

山西省自然基金项目（2010021027-4，2010021028-6）

李庆华（1981- ），女，山西太原人，硕士，讲师

[本文编校：吴 彬]