木棉对不同浇水频率及持续干旱的生理响应*

郑艳玲 高柱 马焕成

（西南林业大学国家林业局西南地区生物多样性保育重点实验室，云南 昆明 650224）

木棉对不同浇水频率及持续干旱的生理响应*

郑艳玲 高柱 马焕成**

（西南林业大学国家林业局西南地区生物多样性保育重点实验室，云南 昆明 650224）

通过研究浇水频率对木棉幼苗生理生化特性的影响及外源氯化钙（CaCl2）和水杨酸（SA）处理对其抗旱性的影响的结果表明：不同浇水频率间（2天浇1次，4天浇1次，6天浇1次）木棉的叶绿素相对含量、气孔导度和光系统II最大光化学效率（Fv/Fm）无显著差异。在处理第6天时，过氧化物酶（POD）和超氧化物歧化酶（SOD）的活性在2天浇1次和4天浇1次的处理中显著高于6天浇1次的处理，但到处理第60天时，各处理间的差异不再显著。可见，以上3种浇水频率对木棉的生理生化影响差异较小。停止浇水持续干旱7天时，10 mg/L SA处理的叶绿素相对含量显著高于对照；干旱14天时，10 mg/L CaCl2,40 mg/L CaCl2和10 mg/L SA处理的Fv/Fm显著高于对照；干旱21天时，10 mg/L CaCl2处理的Fv/Fm显著高于对照。可见，10 mg/L和40 mg/L CaCl2及低浓度（10 mg/L）的SA在干旱程度较轻时都可以提高木棉的抗旱性，但是在干旱程度较重时，10 mg/L CaCl2提高木棉抗旱性的效果最好。

木棉；干旱；CaCl2；SA

干热河谷是我国西南地区的特殊生态系统类型，季节性干旱的特征尤为突出，其冬半年为旱季，此期间各干热河谷的降水量占全年总降水量的8%～18%，且持续时间长达半年以上。由于蒸发量很高，不少地区雨季也出现严重的水分亏缺现象[1-2]。因此，干旱是干热河谷地区气候的显著特点之一。在干热河谷，木棉（Bombax ceiba）是当地群落的优势种或常见种[3-4]，反映其对当地气候具有很好的适应性。但是，河谷内木棉成年树木生长良好，有大量结实，而其周围却很少有种苗出现。前期工作发现，干旱是限制种子萌发的重要因子[5]。在元阳木棉基地，木棉幼苗在1～2天浇水1次的情况下长势良好，但是不同浇水频率对幼苗的生理影响尚不清楚。

钙不仅是植物生长发育所必需的大量元素，更重要的是钙作为偶联胞外信号与胞内生理生化的第二信使，几乎介导了植物生长发育的全部反应[6]。许多研究表明，钙离子（Ca2+）处理能够提高植物的多种抗逆性[7-8]。此外，水杨酸（SA）是一种酚类化合物，作为一种信号分子，在植物体内参与多种代谢调控，可以诱导植物对高温、低温、干旱、重金属、盐害等产生一定抗性[9]。但是外源钙和SA处理与木棉抗旱性的关系尚无报导。

本文通过研究浇水频率对木棉幼苗生理生化特性的影响及外源氯化钙（CaCl2）和水杨酸（SA）处理对其抗旱性的影响，以期为木棉幼苗阶段的水分管理及抗旱机理提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 苗木管理

本实验采用1年生盆栽木棉幼苗进行研究，栽培土壤类型为红土。苗木培养在西南林业大学智能温室内，温度控制在27℃左右。实验前每天下午对苗木进行浇水。

1.2 水分处理

7月份进行预实验，结果发现苗木在停止浇水7天后出现萎蔫。因此，浇水频率分为2天1次，4天1次和6天1次。由于7月底白粉病爆发，对木棉进行喷药处理。因此，实验在8～10月份开展。每处理25棵苗。

1.3 外源试剂处理

将苗木分为5组，实验前分别用不同的试剂（水、10 mg/L CaCl2、40 mg/L CaCl2、10 mg/L SA和100 mg/L SA）进行浇灌直到饱和。分别在停止浇灌7、14、21和30天时，观察幼苗并检测相关指标。30天后对幼苗进行复水处理，统计幼苗的死亡率。每处理25棵苗。

1.4 生理生化指标检测

1.4.1 叶绿素相对含量

选择每个植株最上面完全展开的一片复叶，用叶绿素仪（CCM-200 PLUS）测定，10个重复。

1.4.2 叶片气孔导度

选择每个植株最上面完全展开的一片复叶，用AP4动态气孔计测定叶片的气孔导度，10个重复。

1.4.3 PSⅡ最大光化学效率Fv/Fm

采用德国WALZ公司生产的调制荧光成像系统IMAGING-PAM荧光仪。对材料进行暗适应30 min以上，然后测量叶片的Fv/Fm，5个重复。

1.4.4 超氧化物歧化酶（SOD）和过氧化物酶（POD）酶活性测定

采集每个植株最上面完全展开的一片复叶。用电子天秤称量每片叶片的鲜重并记录，把称量好的叶片用锡纸包好放于液氮中保存备用。SOD活性测定采用氮蓝四唑(NBT)法，POD活性采用愈创木酚法测定[10]（王学奎，2006），3个重复。

1.5 数据处理与分析

数据统计分析在Microsoft Excel 2003中进行，叶绿素相对含量、气孔导度和Fv/Fm及酶（SOD和POD）活性在不同处理间的差异性分析采用单因子方差分析（One-Way ANOVA）。

2 结果与分析

2.1 浇水频率对木棉生理影响

浇水频率分别设为2天1次，4天1次和6天1次，分别在实验开始的第6天、30天和60天检测了不同处理木棉幼苗的生理生化指标。结果（图1）显示：处理间木棉幼苗的叶绿素相对含量、气孔导度、Fv/Fm在3个检测日期都没有显著差异；第6天时，4天浇1次处理的POD活性显著高于6天浇1次的处理，但两者与对照均无显著差异；第30天时，对照的POD活性显著高于4天浇1次和6天浇1次的处理；但到第60天时，POD活性在各处理间已无显著差异。第6天时，对照和4天浇1次的SOD活性显著高于6天浇1次的处理，且4天浇1次的SOD活性显著高于对照，但到30天和60天时各处理间SOD活性无显著差异（图2）。

2.2 CaCl2和SA处理对木棉抗旱性的影响

用水、10 mg/LCaCl2、40 mg/LCaCl2、10 mg/L-SA和100 mg/L SA浇灌木棉幼苗直到饱和，分别在停止浇灌7、14、21和30天时观察幼苗并分别检测叶片叶绿素相对含量及Fv/Fm。结果显示：干燥7天时，经10 mg/L SA处理的幼苗的叶绿素相对含量显著高于对照幼苗，而对照与其他处理幼苗无显著差异；干燥14天时，经100 mg/L SA处理的幼苗的叶绿素相对含量显著低于其他处理，但是干燥21天时，各处理的叶绿素相对含量无显著差异。干燥7天时，各处理的Fv/Fm无显著差异；干燥14天时，对照和经100 mg/L SA处理的幼苗的Fv/Fm无显著差异，但显著低于其他处理；直到干燥21天时，经10 mg/L CaCl2处理的幼苗的Fv/Fm显著高于对照，但对照与经40 mg/L CaCl2,10 mg/L SA和100 mg/L SA处理的幼苗的Fv/Fm无显著差异(图3)。经观察，停止浇水21天时，所有处理幼苗的叶片开始脱落，30天时，成熟叶片全部脱落，个别植株顶端残留未伸展的叶片。复水后，所有处理的植株100%能抽芽长出新叶。

图2 浇水频率对木棉幼苗POD和SOD活性的影响

可见，10 mg/L和40 mg/L CaCl2及低浓度（10 mg/L）的SA在干旱程度较轻时都可以提高木棉的抗旱性，但是在干旱程度较重时10 mg/L CaCl2提高木棉抗旱性的效果最好。然而，高浓度（100mg/L）的SA不能提高木棉的抗旱性，反而对木棉的抗旱性起到一定的抑制作用。

3 结论与讨论

图3 外源CaCl2和SA处理对干旱不同时间的木棉幼苗叶绿素相对含量和Fv/Fm的影响

3.1 干旱胁迫会导致碳固定受阻，导致电子传递链被过度还原而引起活性氧的累积，从而导致叶绿体等超微结构破坏，叶绿素含量下降，光系统Ⅰ（PSⅠ）和PSⅡ活性降低或丧失，进而引起光抑制[11]。Fv/Fm作为反映PSⅡ活性中心的光能转换效率参数，Fv/Fm下降是光抑制的重要特征[12]。然而，植物也有自身的适应机制，逆境程度不同，植物的适应机制也不同，这些适应性往往不是采取单一机制，而是多种机制的集成或联合[13]。干旱会引起叶片气孔关闭以减少水分散失[14]。在轻、中度胁迫下，光抑制的发生可能是由于植物热耗散增强而对自身的保护，具体机理取决于胁迫的类型和强度[15]。植物体内清除酶如超氧化物歧化酶（SOD）和过氧化物酶（POD）等的活性增加，能解除活性氧的毒害，保持细胞膜的完整性以及蛋白质和酶的稳定性等[16]。

3.2 在元阳木棉基地，为了保证木棉幼苗的正常生长，工作人员每天都对木棉进行浇水。本文探讨了浇水频率对木棉的生理生化影响，结果显示木棉幼苗的叶绿素相对含量、气孔导度以及Fv/Fm在不同浇水频率间都无显著差异。虽然在处理初期，POD和SOD活性在不同浇水频率间有一定差异，但到了60天时，各处理间均已无显著差异。由此可见，以上3种浇水频率对木棉的生理影响差异较小，6天浇水1次也可以保证木棉的正常生长，如果是在干热河谷干旱缺水的环境中，适当减少浇水次数具有重要意义。然而，需要注意的是，本实验是在8～10月进行，木棉逐渐进入休眠状态，需水量有所减少，如果在生长旺季，浇水频率应该有所变化。预实验时观察到，7月份连续干旱7天木棉幼苗叶片就出现萎蔫。

3.3 Ca2+作为信号分子参与植物的多种抗逆性。本研究在木棉干旱处理之前用CaCl2浇灌木棉幼苗。结果显示10 mg/L和40 mg/L CaCl2在干旱程度较轻时都可以提高木棉的抗旱性，但是在干旱程度较重时10 mg/L CaCl2提高木棉抗旱性的效果最好。这表明，Ca2+参与了木棉的抗旱性。钙具有增加细胞紧密性，稳定细胞膜结构和细胞完整性的功能。Ca2+提高植物抗逆性的作用可能是通过稳定膜和细胞壁的结构来实现的[8]。业已证实，以Ca2+-CaM为核心的钙信使系统在植物对逆境胁迫的信号感受与适应中起中心作用[7,17]。在木棉幼苗的抗旱过程中，Ca2+的信号传递路径及作用机制有待进一步研究。

3.4 SA在植物对逆境的响应过程中也是重要的信号分子。尽管SA也可引起氧化胁迫，但是目前的研究表明低浓度SA具有类似驯化的效应，主要通过提高植物的抗氧化能力而提高植物对多种逆境的抗性[9,18]。外源SA的效果取决于物种，植物的发育阶段，处理方式，SA浓度和植物体内SA的水平[9,18-20]。本研究也证实了低浓度SA可以提高木棉的抗旱性，而高浓度SA没有效果。

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第1作者简介：郑艳玲（1981-），女，讲师，主要从事种质资源保存及驯化生物学研究。

Effects of Different Watering Frequencies and Continuous Drought on Physiological Characteristics of Bombax ceiba

ZHENGYanling
（Key Laboratory of Biodiversity Conservation in Southwest China,State Forestry Administration, Southwest Forestry University,YunnanKunming650224）

Bombax ceiba is a deciduous tree that can grow in the dry-hot valley of southwestern China.To understand the adaptation of this species to drought,the effect of watering frequencies on physiological and biochemical characteristics and effect of exogenous application of calcium chloride(CaCl2)and salicylic acid(SA)on drought tolerance of B.ceiba were studied.The results showed:1)There was no significant difference of relative chlorophyll content,leaf stomatal conductance and maximum quantum yield of photosystem II(Fv/Fm)among different watering frequencies(every 2,4,6 days respectively for 1 time watering).On the 6thday of treatment,the activity of peroxidase(POD)and superoxide dismutase(SOD)of treatments of every 2 and 4 days for 1 time watering were significant higher than that of treatment of every 6 days for 1 time watering.However,on the 60thdays,they did not differ significantly among different watering frequencies.It can be concluded that there were little variation in the effect of 3 watering frequencies mentioned above on physiological and biochemical characteristics of B.ceiba.2)Watering was stopped to conduct drought treatment.The relative chlorophyll content of seedlings pretreated with 10 mg/L SA was significantly higher after 7d of drought,Fv/Fm of seedlings pretreated with 10 mg/L CaCl2,40 mg/L CaCl2and 10 mg/L SA were significantly higher after 14 d of drought,and Fv/Fm of seedlings pretreated with 10 mg/L CaCl2was significantly higher after 21 d of drought,compared to the control.It can be concluded that 10,40 mg/L CaCl2and and low concentration of SA(10 mg/L)were conducive to improve the drought tolerance of B.ceiba under slight drought.However,only 10 mg/L CaCl2can improve the drought tolerance of this species under severe drought.

Bombax ceiba;Drought;CaCl2;SA

Q792.99,Q945.17

A

1001-9499（2017）02-0001-05

马焕成（1962-），男，教授，博士生导师，主要从事森林培育方面的研究。

2017-01-20

（责任编辑：张亚楠）

*国家自然科学基金项目（31260175）