土壤水分胁迫下不同赤皮青冈种源生理特性的研究

吴丽君，李志辉，戴 玲，田超华，卢江泽

（中南林业科技大学 林学院， 湖南 长沙 410004）

土壤水分胁迫下不同赤皮青冈种源生理特性的研究

吴丽君，李志辉，戴 玲，田超华，卢江泽

（中南林业科技大学 林学院， 湖南 长沙 410004）

以浙江庆元、湖南永定和湖南靖县3个种源的赤皮青冈1年生实生幼苗为试验材料，研究了土壤水分胁迫对不同赤皮青冈种源生理特性的影响，结果表明：水分胁迫50 d后，随着水分胁迫程度的加强，各供试种源的叶绿素a（Chla）含量表现为先上升后下降的趋势；叶绿素b（Chlb）含量表现为下降的趋势；丙二醛（MDA）含量表现为增加的趋势；过氧化物酶（POD）活性变化规律种源之间有差异，浙江庆元种源和湖南永定种源POD活性呈现出先升高后降低的趋势，而湖南靖县种源呈现出下降的趋势。浙江庆元种源在土壤相对含水量为60%，且胁迫时间小于30 d时，各项生理指标均显著优于其他处理。推测各种源之间抗旱性存在较大差异，3个供试赤皮青冈种源的抗旱能力大小依次为：湖南永定＞浙江庆元＞湖南靖县。

赤皮青冈；土壤水分胁迫；种源生理特性

赤皮青冈，为壳斗科青冈属Cyclobalanopsis gilva树种，常绿乔木，是珍贵树种，也是长江流域以南组成亚洲热带及亚热带常绿阔叶林的重要成分，能在丘陵酸性红壤与石灰岩发育而成的钙质土壤生长，其涵养水源、保持水土、防灾减灾等生态功能很强。

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，由于生境的破坏，其成片天然林稀少，局地保留了零星的少量古木大树， 湖南省将它列为保护树种[1]。由于其幼林自然更新不好，人工造林成为弥补其成林面积的有效措施之一。在人工造林过程中，定植的赤皮青冈幼苗生长初期很容易受到干旱或季节性干旱天气的影响，造成土壤含水量低、幼苗成活率降低，影响人工造林的效率，也限制了此树种往北方引种。因此土壤水分管理成为赤皮青冈苗木栽培和繁育体系中很重要的一个环节。本研究通过对赤皮青冈幼苗进行水分胁迫处理，测定水分胁迫下赤皮青冈主要生理指标的变化，比较其不同种源对干旱胁迫的抗性强弱，旨在建立赤皮青冈综合抗旱评价指标体系，为筛选耐旱的种源，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

浙江庆元、湖南永定和湖南靖县3个种源的赤皮青冈1年生实生苗，由湖南省岳阳县玉池林场提供。

1.2 设计与处理

采用称重法控制土壤水分含量。将相同重量的红壤土（风干）装入塑料盆中，盆上径25 cm，下径15 cm，高20 cm。盆栽土壤采自中南林业科技大学校园内( 0～5 cm表层土)。每盆定植1株，采用完全随机试验设计。先进行正常水分管理直至成活，2012年10月下旬开始停止浇水，任土壤水分自然消耗，当土壤相对含水量（即盆栽土壤含水量占田间持水量的百分数）降至80%（对照，CK）、60%（轻度胁迫，W1处理）、40%（中度胁迫，W2处理），20%（重度胁迫，W3处理）时，进行挂牌编号，以后每天称重，补充水分，保持设定的土壤相对含水量，连续控水处理50 d，浙江种源每隔10 d取样1次，洞口、怀化种源控水处理50 d后取样，测定相关指标。每个处理10盆，3次重复。

1.3 测定方法与仪器设备

赤皮青冈叶绿素含量的测定参照高俊凤的乙醇法[2]；

过氧化物酶（POD）酶液活性的测定参照李合生的愈创木酚法[3]；

丙二醛（MDA）含量的测定参考李玲的硫代巴比妥酸法[4]。

以上指标的测定均采用日本岛津UV-240型紫外/可见分光光度计测定。

采用Excel 2003软件处理试验数据，用SPSS 13.0软件进行方差分析，采用Duncan法进行多重比较。

2 试验结果

2.1 水分胁迫对浙江赤皮青冈种源生理特性的影响

浙江庆元赤皮青冈种源为外省种源，我们重点跟踪观测了其整个水分胁迫过程中生理特性的变化。从表1可以看出，随着胁迫时间的延长，CK处理的叶片总叶绿素（Chla+Chlb）含量基本不变；土壤相对含水量为60%时，胁迫30 d内，（Chla+Chlb）含量基本不变，胁迫30 d后，（Chla+Chlb）含量呈现下降趋势，说明短时间的轻度水分胁迫对浙江庆元赤皮青冈的光合作用影响很小，胁迫超过一定时间后，光和色素开始降解，含量降低。土壤相对含水量为40%和20%时，叶片（Chla+Chlb）含量随着胁迫时间的延长而呈现明显下降的趋势。

随着胁迫时间的延长，CK的MDA含量呈缓慢下降的趋势，而各胁迫处理的MDA含量均呈现明显上升的趋势（表1），胁迫30 d内，各胁迫处理与对照差异显著（P＜0.05），但W1处理与W2处理之间差异不显著（P＞0.05），胁迫30 d后，各处理之间均差异显著（P＜0.05）。

从表1还可以看出，随着水分胁迫时间的延长，CK处理的POD酶活性基本无变化；W1处理的POD酶活性呈现出先升后降的趋势，胁迫30 d时最高，为900.0 U/g·min，胁迫30 d后，POD酶活性开始降低；W2、W3处理的POD酶活性始终是下降的。另外，水分胁迫30 d内，随着胁迫强度的增加，POD酶活性先升高后降低，超过30 d后，各胁迫处理的POD酶活性均下降，各处理间差异显著（P＜0.05）。

表1 不同处理对浙江赤皮青冈种源生理特性的影响†Table 1 Effects of different treatments on physiological characteristics of C. gilva

2.2 水分胁迫对不同赤皮青冈种源叶绿素含量的影响

从图1可以看出，水分胁迫50 d后，CK处理时，各种源间的叶绿素a（Chla）含量存在差异，湖南永定种源Chla含量最高，达2.437 mg/g，含量最低的是湖南靖县种源，仅为1.674 mg/g，差异显著。W3处理时，湖南永定种源Chla含量最高，为1.164 mg/g，湖南靖县种源最低，为1.008 mg/g，各种源间的Chla含量差异显著。

图1 不同处理对不同赤皮青冈种源叶片叶绿素含量的影响Fig.1 Effects of different treatments on chlorophyll contents in leaves of C. gilva varieties

从图1还可以看出，水分胁迫50 d后，随着水分胁迫程度的增加，各供试种源的 Chla含量呈现先增加后降低的趋势，叶绿素b（Chlb）含量呈下降的趋势。当土壤相对含水量为60%时，各供试种源的Chla含量高于其他处理，当土壤相对含水量为20%时，各种源的Chla和Chlb含量最低，浙江庆元、湖南永定和湖南靖县种源分别比对照减少了24.8%、19.4%和39.8%，Chlb含量分别比对照减少了27.12%、35.84%和37.09%。

2.3 水分胁迫对不同赤皮青冈种源MDA含量的影响

水分胁迫50 d后，对照处理时，3个种源的MDA含量均较低，且差异不显著；土壤相对含水量为20%时，湖南靖县种源的MDA含量显著高于浙江庆元和湖南永定种源（图2），说明湖南靖县种源受到的膜损害程度最严重，各赤皮青冈种源膜伤害大小整体顺序为：湖南永定＜浙江庆元＜湖南靖县。

从图2还可以看出，水分胁迫50 d后，随着水分胁迫程度的增加，各供试种源的叶片MDA含量呈现明显增加的趋势（图2）。当土壤相对含水量降到20%时，浙江庆元、湖南永定和湖南靖县种源的MDA含量分别比对照增加了3.09倍、3.14倍和3.94倍。说明在水分胁迫达到一定时间、一定程度时，植物膜透性增大，MDA含量升高，MDA含量可作为衡量植物受胁迫危害程度的指标。

图2 不同处理对不同赤皮青冈种源叶片MDA含量的影响Fig.2 Effects of different treatments on MDA contents in leaves of C. gilva varieties

2.4 水分胁迫对不同赤皮青冈种源POD活性的影响

水分胁迫50 d后，对照处理时，浙江种源的POD酶活性最高，为732.5 U/g·min，湖南靖县种源的最低，为475.0 U/g·min，差异显著（图3）；但土壤相对含水量为20%时，湖南永定种源的POD酶活性最高，显著高于浙江庆元和湖南靖县种源。各种源的POD酶活性顺序为：湖南永定＞浙江庆元＞湖南靖县。

图3 不同处理对不同赤皮青冈种源叶片POD活性的影响Fig.3 Effects of different treatments on POD activity in leaves of Cyclobalanopsis gilva varieties

图3 可以看出，水分胁迫50 d后，随着胁迫程度的增加，浙江庆元种源和湖南永定种源的POD酶活性呈现出先升高后降低的趋势，而湖南靖县种源呈现下降的趋势。当土壤相对含水量为60%时，浙江庆元种源和湖南永定种源叶片POD酶活性最高，分别为812.5 U/g·min、662.5 U/g·min，明显高于其它几个处理，当土壤相对含水量为20%时，浙江庆元种源和湖南永定种源POD酶活性分别降为CK处理的30.7%、48.8%。湖南靖县种源在CK处理时的POD酶活性最高，受到水分胁迫后，其POD酶活性急剧降低，土壤相对含水量为20%的POD酶活性仅为CK处理的31.6%。

3 讨 论

根据引起植物水分亏缺的原因，可把干旱分为大气干旱、土壤干旱和生理干旱三种类型，以土壤干旱的破坏程度最严重[5]。土壤水分胁迫下植物体内发生各种生理生化变化，严重的将导致植株生长停止，代谢异常，最终导致植物死亡[6]。

植物叶片中的光合色素参与光合作用中光能的吸收、传递和转化，其含量直接影响植物的光合能力。其中叶绿素是吸收光能的主要色素，它的迅速丧失是影响叶片吸收光能从而导致光合速率下降的一个重要因素，许多研究表明，植物遭受干旱胁迫时，随着土壤水分胁迫程度的加剧，植物叶片中的叶绿素a、叶绿素b和叶绿素总含量降低[7-9]。本试验中，水分胁迫50 d后，随着水分胁迫程度的增加，各供试种源的 Chla含量呈现先增加后降低的趋势，Chlb含量呈下降的趋势，说明赤皮青冈幼苗可适应轻度水分胁迫环境（土壤相对含水量为60%）。

水分胁迫下，丙二醛的积累会导致细胞膜脂过氧化作用，由于细胞膜的有序性降低，结构遭到了破坏，从而细胞的物质代谢受到影响[10]，其含量可以反映植物遭受逆境伤害的程度。在本试验中，随着水分胁迫程度的加剧，达到中、重度胁迫水平时，各供试种源的叶片MDA含量呈明显增加的趋势，这与许多研究的结论是一致的[11-12]。

POD酶是植物体内清除H2O2的主要保护酶之一。众多研究表明，干旱条件下，植物体内的POD活性与植物抗氧化胁迫能力呈正相关[13-14]。赤皮青冈受到水分胁迫后，不同种源POD酶活性变化的规律不一样，浙江庆元和湖南永定种源的POD酶活性呈现出先升高后降低的趋势，而湖南靖县种源呈现出下降的趋势，说明不同赤皮青冈种源对土壤干旱的敏感性程度不同，一般而言，干旱敏感性品种受旱时，POD酶通常下降[15]。

赤皮青冈的抗旱性和种源的地域性密切相关，还可能与其他因素有关[16-17]。浙江庆元赤皮青冈种源为外省引进种源，对其土壤水分胁迫过程不同时间段的生理特性进行了测定，结果表明，在短时间（胁迫30 d内）、轻度水分胁迫下，浙江庆元种源的各项生理指标正常，是值得在湖南造林推广的种源类型。

综合上述结果可以初步判断：供试的3个赤皮青冈种源的抗旱能力从大到小依次为：湖南永定＞浙江庆元＞湖南靖县。对各种源的叶绿素含量、膜伤害和保护酶活性进行多重比较发现：轻度、中度和重度土壤水分胁迫下，各种源之间差异显著。

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Effects of soil water stress on physiological characteristics of different Cyclobalanopsis gilva varieties

WU Li-jun, LI Zhi-hui, DAI Ling, TIAN Chao-hua, LU Jiang-ze
(College of Forestry, Central South University of Forestry and Technology, Changsha 410004, Hunan, China)

By taking one-year-old seedlings of Cyclobalanopsis gilva as the tested material，the effects of soil water stress on physiological characteristics in different C. gilva varieties have been studied. The results indicate that under water stress for 50 days，the chlorophyll A contents in all species increased at the initial stage then decreased slowly，while chlorophyll B contents showed a declining trend and MDA contents were increasing as the water stress continued; POD activities in Zhejiang and Yongding varieties fi rstly increased then dropped, but Huaihua variety was continuously dropping with the strengthening of water stress after 50 days; when the relative soil water content was 60 percent and the stress time was less than 30 days，the physiological indexes of Zhejiang variety were better than other treatments. It is deduced that the drought-resistance capacity differs greatly among different varieties，and the order of drought-resistance of different C. gilva varieties is: Yongding ＞ Zhejiang ＞ Huaihua.

Cyclobalanopsis gilva; soil water stress; physiological characteristics of provenance

S718.51+2.3

A

1673-923X(2014)02-0012-04

2013-04-19

“十二五”国家科技支撑项目“楸树和赤皮青冈珍贵用材林定向培育技术研究与示范”(2011 BAD21B03)

吴丽君（1980-），女，博士研究生，讲师，研究方向：林木定向培育；E-mail：lijun_wu@126.com

李志辉（1957-），男，教授，博导，主要从事林木定向培育研究；E-mail：lzh1957@126.com

[本文编校：吴 彬]