水淹胁迫对4个树种幼苗叶片生理特征的影响

廖浩斌 谭宗健 孙红梅 刘盼盼 黄稚清 袁森

摘要：以团花、大叶紫薇、小叶青冈、广东润楠幼苗为材料，采用人工模拟水淹胁迫，分别对4种树种幼苗进行不同持续时间（0、3、6、9、12、15、18、21、24、27 d）的水淹胁迫处理，测定各树种幼苗叶片的超氧化物歧化酶（SOD）活性、丙二醛（MDA）含量、叶绿素含量等生理指标。结果表明：SOD活性团花水淹处理均低于对照，但在水淹后期保持稳定;大叶紫薇高于对照;小叶青冈除水淹6 d外，其他处理均低于对照，广东润楠除水淹6、12 d外均低于对照。MDA含量团花呈现先降后升的趋势，水淹后期趋于稳定;大叶紫薇除水淹24 d外，其他水淹处理均低于对照;小叶青冈和广东润楠水淹处理MDA含量均高于对照。叶绿素含量团花和大叶紫薇呈波动变化，但在水淹后期趋于稳定，与对照相差不大;小叶青岡水淹处理均比对照低，广东润楠除水淹3、15 d外，其他处理均比对照低。根据4个树种幼苗叶片在水淹条件下的生长情况及SOD、MDA、叶绿素含量的变化判定，团花和大叶紫薇2种树种的耐水淹能力良好，能及时自我调节应对水淹胁迫的伤害;小叶青冈和广东润楠2种植物的耐水淹能力较弱。

关键词：水淹胁迫;叶片;生理指标;树种幼苗

DOI： 10.13651/j.cnki.fjnykj.2018.11.004

水是植物生长必不可少的一个因素，但水分过多对植物也是一种伤害。水淹会导致植物根部有氧呼吸受阻，影响植物细胞和组织的正常运作，膜脂过氧化作用增强，产生较多有害物质[1]。为了应对水淹造成的伤害，植物体内会产生一系列生理生化反应，且不同植物的反应能力有所不同。筛选和应用耐水湿树种是世界性的难题[2]，而我国特别是南方地区拥有着丰富的湿地资源，因此筛选耐水湿树种将为湿地造林提供更大的应用空间。本研究选择4个华南地区常见的树种团花Neolamarckia cadamba（Roxb.） Bosser、大叶紫薇Lagerstroemia speciosa（Linn.） Pers.、小叶青冈Cyclobalanopsis myrsinifolia（Bl.） Oerst.、广东润楠Machilus kwangtungensis Yang幼苗作为研究对象，通过测定各树种幼苗叶片的超氧化物歧化酶（SOD）活性、丙二醛（MDA）含量、叶绿素含量，研究不同持续时间水淹胁迫处理对4个树种幼苗生理特征的影响，为筛选耐水湿的树种提供一定的参考。

1材料与方法

1.1材料

供试苗木均为1年生试生袋苗，购于广东国森林业有限公司苗圃基地。选用生长健壮，无明显病虫害，植株生长状况整齐一致的苗木。试验于2017年8月至9月在广州市林业和园林科学研究院苗木种质资源圃内的生理生化实验室进行。

1.2试验方法

苗木购置后统一在试验场所先养护1个月，待其适应试验地环境且正常生长后再进行处理。水淹处理前将4个树种幼苗放置于90 cm×90 cm的水槽中，每个水槽放1个树种，每个树种幼苗10株且同种幼苗长势基本一致。在水槽中加入清水，水面高于土壤表面5 cm，每天观察并维持水位。试验设水淹0（CK）、3、6、9、12、15、18、21、24、27 d共10个处理，测定各处理树种幼苗叶片的SOD活性、MDA含量和叶绿素含量，每个树种每个指标3次重复。所有材料全部在试验当天从试验植株上随机采摘后低温保存，并马上进行测定。取样选取树种幼苗上完整、新鲜的叶片，剪下后清洗干净并擦干水分。

由于小叶青冈幼苗和广东润楠幼苗在21 d时已濒临死亡，叶子几乎全部枯萎，21 d后不再测这两种树种幼苗叶片生理指标。

1.3测定方法

SOD活性采用氯化硝基四氮唑蓝（NBT）光化还原法测定，MDA含量采用硫代巴比妥酸（TBA）显色法测定，叶绿素含量采用分光光度法测定[3]。

1.4数据处理

数据采用Microsoft Excel 2010和SPSS 24.0软件进行处理，图表采用Origin 2017进行绘制。

2结果与分析

2.1水淹胁迫对4个树种幼苗叶片SOD活性的影响

从表1可见，随着水淹胁迫处理时间的延长，团花幼苗叶片SOD活性总体变化不大，水淹处理至15 d，SOD活性变化较小;水淹18 d明显降低，较15 d下降了9.71%，比对照下降了13.12%;后又缓慢上升，水淹27 d时比对照低3.81%。大叶紫薇SOD活性呈现水淹前期上升，水淹后期保持稳定，各水淹处理的SOD活性均比对照高;水淹3 d时SOD活性急剧上升，之后总体变化幅度不大，有小幅度波动。小叶青冈幼苗SOD活性整体呈现先升后降的趋势，水淹6 d时SOD活性最大，比对照上升1.94%;随后开始下降，水淹18 d时SOD活性比对照下降了20.99%。广东润楠SOD活性呈现先升后降的变化趋势，水淹3 d时SOD含量基本不变，水淹6 d时开始上升并在12 d达到峰值，随后开始下降，水淹18 d比对照下降了0.47%。

2.2水淹胁迫对4个树种幼苗MDA含量的影响

从表2可见，随着水淹胁迫处理时间的延长，团花MDA含量总体呈现先上升后下降趋势，水淹处理至6 d，MDA含量有小幅度下降，水淹6 d含量最低，随后持续上升;水淹12 d时含量最高，比对照上升了58.48%，后又持续下降;水淹21 d时MDA含量基本与对照持平，随后回升。大叶紫薇MDA含量除了水淹24 d外，其他水淹处理均比对照低;水淹9 d时MDA含量最低，比对照下降了53.85%;水淹24 d时MDA含量最高，比对照上升了2.74%;之后又下降。小叶青冈在水淹条件下MDA含量呈现先上升后下降再上升的趋势，水淹处理至9 d，MDA含量上升，并且在9 d时到峰值，随后下降;水淹15 d时上升。广东润楠MDA含量呈现了先上升后下降趋势，但均高于对照和其他3种植物;水淹6 d时MDA含量达到峰值，比对照上升了496.15%;随后又开始持续下降但仍保持较高水平，水淹18 d时MDA含量比对照高226.92%。

2.3水淹胁迫对4个树种幼苗叶绿素含量的影响

随着水淹处理时间的延长，团花体内叶绿素含量呈现先上升后下降再上升的趋势，水淹3 d时叶绿素含量轻微下降，水淹6 d时叶绿素含量最高，随后持续下降;水淹18 d时叶绿素含量最低，比对照下降了17.41%，随后持续上升。大叶紫薇在水淹3 d时叶绿素含量下降了6.19%;之后持续上升，水淹9 d后又下降直到15 d后上升，并在水淹18 d时达到峰值。小叶青冈在水淹条件下叶绿素含量明显下降;水淹处理3 d叶绿素含量为0.85 mg·g-1，比对照下降了48.79%;随后随着水淹处理时间的延长，叶绿素总含量有小幅度波动，水淹12 d时含量最低，仅为0.77 mg·g-1。随后又缓慢上升，在水淹18 d时叶绿素含量降到对照的57.83%。广东润楠叶绿素总含量大体呈现先升后降再升再降的趋势，在水淹3 d达到峰值后开始下降，水淹12 d时又再次上升后又下降;水淹18 d比对照下降4.06%。

3讨论与结论

3.1讨论

3.1.1水淹胁迫与植物体内SOD活性变化的关系据研究发现，团花和大叶紫薇都比较耐水淹，团花在模拟水淹试验中表现良好且没有水淹伤害，大叶紫薇的长势也良好。但小叶青冈在模拟试验中发生严重伤害并在20 d后死亡，属不耐水淹的树种[4]。水淹胁迫会造成植物缺氧，缺氧会阻碍植物细胞内电子链的正常传递过程，引起植物体内过氧化物和超氧负离子的大量积累，对植物产生伤害[5]。为了减小水淹胁迫造成的伤害，植物会通过产生各种抗氧化酶来保护自身。而其中SOD活性的增加对植物抵御因水淹造成的厌氧胁迫非常关键。已有较多研究表明，SOD活性与植物的抗逆性正相关[6]。因此水淹胁迫下植物SOD活性会有不同程度增加，但鉴于植物产生SOD能力有限，并不会随着胁迫的增强而无限制增大[7]。

试验结果表明，4种树种幼苗叶片SOD在试验过程中都有不同程度的上升和下降。水淹胁迫对团花幼苗叶片SOD活性影响不大，虽然在水淹18 d时出现明显下降，但之后又能稳定持续上升。而大叶紫薇SOD活性一直保持在较高的水平。团花和大叶紫薇在水淹条件下外观没有出现明显伤害且生长良好的特点，说明这2种树种幼苗在水淹胁迫下体内活性氧产生并不多，且自身产生SOD能力较强。小叶青冈和广东润楠SOD活性均是轻微升高后再缓慢下降，说明此时体内产生的活性氧已经超过了SOD的清除能力，并影响了植物自身合成SOD的能力。

3.1.2水淹胁迫与植物体内MDA含量变化的关系水淹条件下造成的缺氧会导致植物积累大量活性氧，导致叶片膜脂过氧化作用增强，会产生大量的氧化产物MDA，MDA会伤害植物的细胞和组织[8]。MDA的出现以及含量变化表明不同的树种幼苗受到不同程度的膜脂过氧化伤害[9]。试验结果表明，团花MDA含量呈现先上升后下降的趋势，并且稳定在一定浓度水平;大叶紫薇MDA含量基本保持稳定，只是小幅度波动;小叶青冈几乎为持续上升的状态;广东润楠虽为先上升后下降的趋势，但下降后MDA含量仍为对照的3.27倍。这说明团花在水淹条件下，可以通过自身调节使自身体内MDA含量恢复到正常水平，大叶紫薇在水淹条件下MDA含量呈波浪式变化，但始终低于正常水平。通过这两种植物的MDA含量变化可以看出，耐水淹植物在长期水淹条件下，可以通过自身调节使MDA含量始终不会过高从而保护植株，确保厌氧条件下膜脂的稳定，保护各组织免受过氧化物伤害。在试验中，小叶青冈和广东润楠在水淹末期MDA含量均远高于对照，说明不耐水淹的植物在水淹胁迫时间延长后已无法通过自身调节来降低MDA含量，MDA会与细胞膜上的蛋白质、酶等结合，最终导致生物膜严重受损，从而导致植株死亡。

3.1.3水淹胁迫与植物体内叶绿素含量的关系水淹胁迫会打破叶绿素的合成与分解动态平衡[1]，并破坏叶绿体膜，叶绿体合成中的反应—5氨基酮戊酸（5ALA）的合成受到抑制而影响叶绿体合成叶绿素的能力[10]。因而叶绿素含量会降低。团花和大叶紫薇在水淹条件下，叶绿素含量总体呈现先上升后下降再上升的波动性变化，但总体变化幅度不大，与未水淹处理差异不大。这2种树种在水淹胁迫下，叶绿素含量的波动有可能和叶绿素的生成和降解有关。植物在受到水淹胁迫时会加强叶绿素的合成，这与水淹胁迫对叶绿素的降解形成动态平衡，从而使得体内的叶绿素水平维持在一个正常的动态水平，并维持叶片的色泽和光合作用功能的正常发挥。小叶青冈在受到水淹胁迫3 d时叶绿素含量就大幅降低，随后一直处于低水平，表明某些不耐水淹植物体内叶绿素在水淹情况下的生成和分解会失衡，使得叶绿素含量一直很低。广东润楠体内的叶绿素也处于动态的变化之中，变化趋势为上升-下降-上升-下降，水淹后期叶绿素含量与未水淹处理的差异不大，这说明有些不耐水淹植物在水淹状态下叶绿素含量不会受到很大影响。

3.2结论

在水淹胁迫下植物会通过一系列生理响应来保护自身，减少水淹胁迫造成的伤害。本试验中4个树种在水淹胁迫下，团花SOD活性在后期保持上升的趋势，大叶紫薇在27 d时体内SOD活性高于对照SOD活性，团花和大叶紫薇MDA含量在水淹后期趋于稳定状态，两者的叶绿素含量虽然有波动但最后都与未水淹处理相差不大;试验观察结果发现2个树种在水淹27 d时仍生长良好，并伴有新根和新梢生长，说明这2种树种的耐水淹能力良好，能及时自我调节来应对水淹胁迫的伤害。小叶青冈和广东润楠SOD活性在试验前期先上升随后下降，MDA含量在水淹18 d时比对照高，两者的叶绿素含量在整个试验过程中不停波动变化，但在水淹18 d时含量均比对照低;试验观察结果发现2个树种在水淹处理21 d时濒临死亡，叶子全变黄，说明这2种植物的耐水淹能力较弱。

参考文献：

[1]高琦，沈广爽，杨彤，等.6种园林草本植物对水淹胁迫的生理响应的比较研究[J].南开大学学报（自然科学版），2018，51（2）：1-8.

[2]王建国，贾国兴，冯忠，等.耐水湿、耐盐碱树种造林技术试验[J].宁夏农林科技，1999（6）：34-35.

[3]陈建勋，王晓峰.植物生理学试验指导[M].广州：华南理工大学出版社，2002.

[4]廖浩斌，谭宗健，孙红梅，等.珠三角地区57种树种水淹适应性研究[J].现代农业科技，2018（4）：126-128.

[5]谭淑端，朱明勇，张克荣，等.植物对水淹胁迫的响应与适应[J].生态学杂志，2009，28（9）：1871-1877.

[6]程丽芬.盐胁迫对榆树生长及抗氧化酶活性的影响[J].山西林业科技，2018，47（3）：31-33.

[7]刘泽彬，程瑞梅，肖文发，等.水淹胁迫对植物光合生理生态的影响[J].世界林业研究，2013， 26（3）：33-38.

[8]杨婷.膜脂过氧化对植物细胞的伤害[J].科技与创新，2018（8）：61-63.

[9]谭淑端，朱明勇，张克荣，等.水淹对双穗雀稗抗氧化酶活性及碳水化合物含量的影响[J].草业学报，2013，22（1）：217-224.

[10]PEARSON M，SAARINEN M，NUMMELIN L，et al.Tolerance of peatgrown Scots pine seedlings to waterlogging and drought：Morphological，physiological，and metabolic responses to stress[J].Forest Ecology and Management，2013，307（6）：43-53.

[11]ZHENG Y X，WU J C，CAO F L，et al.Effects of water stress on photosynthetic activity， dry mass partitioning and some associated metabolic changes in four provenances of neem[J].Photosynthetica，2010，48（3）：361-369.

（責任编辑：林玲娜）