干旱胁迫下澳洲茶树生理活性及内源激素动态变化研究

2019-12-09陈博雯覃子海张烨肖玉菲张晓宁刘海龙

山东农业科学 2019年10期

陈博雯　覃子海　张烨　肖玉菲　张晓宁　刘海龙

摘要：本研究采用自然干旱法对澳洲茶树进行干旱胁迫，研究其在干旱条件下的生理活性和内源激素动态变化规律。结果显示，干旱胁迫下，澳洲茶树叶绿素含量大幅降低，丙二醛含量大幅升高，均在8 d时达到最大变幅;内源激素ABA在胁迫2 d 后含量升高;ZR、GA3、IAA则整体呈下降趋势。本研究结果可为深入了解澳洲茶树干旱条件下的应答机制和生产中的合理用水提供理论基础。

关键词：澳洲茶树;干旱胁迫;内源激素;叶绿素;丙二醛

中图分类号：S571.101文献标识号：A文章编号：1001-4942（2019）10-0055-05

Dynamic Changes of Physiological Activities and Endogenous

Hormones in Melaleuca alternifolia under Drought Stress

Chen Bowen， Qin Zihai， Zhang Ye， Xiao Yufei， Zhang Xiaoning， Liu Hailong

（Guangxi Forestry Science Research Institute/ Key Laboratory of Central South Fast-Growing Timber Cultivation

of Forestry Ministry of China/ Guangxi Key Laboratory of Superior Timber Tree Resources Cultivation， Nanning 530002， China）

Abstract In this study， the natural drought method was used to study the dynamic changes of physiological activities and endogenous hormones of Melaleuca alternifolia under drought stress. The results showed that under drought stress， the chlorophyll content decreased obviously and malondialdehyde content increased obviously， which both reached the maximum change on the 8th day. About the endogenous hormones， ABA content increased after stress for 2 days， and ZR， GA3 and IAA showed a downward trend. Through the results of this study， the response mechanism of Melaleuca alternifolia under drought conditions was further understood， and the theoretical basis was provided for rational water use in planting production.

Keywords Melaleuca alternifolia; Drought stress; Endogenous hormones; Chlorophyll; Malondialdehyde

澳洲茶樹（Melaleuca alternifolia）又名互叶白千层，原产于澳大利亚新南威尔士州沿海地带[1]，20世纪90年代初引种到我国[2]，其枝叶提取的精油俗称茶树油，具有较高的经济价值[3]。

广西壮族自治区林业科学研究院经过多年选育研究，获得了4-松油醇型澳洲茶树优良品种，并研发出组培苗培育系列技术。培育的4-松油醇型澳洲茶树组培苗苗木已在广东、广西、福建、云南、贵州、四川等多地推广种植。目前澳洲茶树尚未建立专门、系统的种植模式，大多只是简单沿用其他林木种植技术。由于该茶树具有自身萌芽力强、生长快等特点，种之可获得较好的经济收益。但若想更好地体现澳洲茶树的经济优势，需对其需水、需肥以及萌发生长规律进行科学细致研究，提出一套合理高效的短周期工业原料林经营模式，以极大地推进澳洲茶树种植产业发展。

目前，广西壮族自治区林业科学研究院林业生物技术研究所张烨、刘海龙等[4-7]已经对澳洲茶树的需肥规律进行充分研究，研发了澳洲茶树不同阶段专用肥。本研究拟对澳洲茶树在干旱条件下的生理活性和内源激素动态变化规律展开研究，旨在阐明澳洲茶树在干旱胁迫下的生理应答机制，为其生产上的合理用水提供理论基础。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试植物为广西林业科学研究院培育的4-松油醇型澳洲茶树组培1年生苗，栽植在直径40 cm的植树袋内，基质为红心土。

1.2 试验方法

1.2.1 叶片解剖结构观测选择完整叶片，清水洗掉表面尘土，于FAA固定液中固定48 h。采用常规方法[8]制成石蜡切片并进行番红—固绿染色，置于LEICA DM2500型数码生物显微镜下观察拍照。

1.2.2 干旱胁迫选择健壮、长势旺盛的苗木移入具有遮雨顶棚的育苗大棚，置于10 cm高的塑料网架上，正常淋水一周后开始干旱胁迫处理。处理当天正常淋水，之后停止淋水让植株自然干旱，隔天（0、2、4、6 d等）取样进行参试指标检测，重复3次。直至植株无法维持生长，结束试验。

1.3 测定指标及方法

土壤含水率：采集10～15 cm土层土壤用于检测，重复3次。土壤重量记为M1，后置于90℃烘箱中烘干至恒重，称重记为M2。土壤含水率（%）=（M1-M2）/M1×100。

叶绿素含量：选择健康叶片采用SPAD502 Plus叶绿素测量仪检测，每株分别在上、中、下层选择东、南、西、北4个方向的叶片检测后计算平均值，重复3次。

丙二醛含量：选择健康叶片采用南京建成生物工程研究所提供的丙二醛测试盒按照说明书方法进行检测，重复3次。

内源激素含量：选择健康叶片对ZR、GA3、IAA、ABA激素含量进行检测，采用中国农业大学化控室提供的植物激素酶联免疫分析试剂盒按照说明书操作，重复3次。

1.4 数据处理及分析

所有试验数据均采用SPSS 17.0软件进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 澳洲茶树叶片结构分析

叶片解剖结构观察结果（图1）显示，表皮外并没有蜡质和多层厚壁细胞构成的下表皮，叶片内部结构由大量薄壁细胞组成，未分化出明显的栅栏组织和海绵组织。

2.2 干旱胁迫对土壤含水率、茶树叶绿素和丙二醛含量的影响

植株叶绿素含量与土壤含水率检测结果（图2、图3）表明，干旱胁迫6 d时，土壤含水率从43.40%（0 d）急剧降低至23.45%，此后基本维持不变;植株叶绿素急剧降低41.84%，说明土壤的干旱程度已对植株生长活性产生一定影响。干旱胁迫8 d时，植株叶片已经检测不到叶绿素活性，植物的生长基本终止。干旱胁迫14 d时，土壤含水率降至最低水平。说明澳洲茶树在极端干旱环境中超过2 d就很难维持生长。

由图4可以看出，随着干旱胁迫的进行，丙二醛含量呈现先升高后降低的趨势，即胁迫8 d 时达到最高值，而后急剧降低。

2.3 干旱胁迫过程中澳洲茶树内源激素含量的动态变化

澳洲茶树叶片中ZR、GA3含量均在干旱胁迫处理后整体呈下降趋势，其中ZR在胁迫处理12 d时下降15.93%，GA3下降15.03%（图5、图6）。

由图7可以看出，随干旱胁迫时间的延长，叶片中IAA含量整体呈下降趋势，降幅为13.0%。第一次大幅下降出现在0～2 d，这可能与叶绿素含量降低影响植物生长有关;第二次剧降出现在胁迫后12～14 d，此时植株可能生长终止。

干旱胁迫下，澳洲茶树的ABA含量整体呈先下降后上升再下降的趋势。处理2 d时，植株生长受到水分不足的影响，代谢缓慢，但ABA应答机制似乎并未启动，ABA含量降低11.72%;干旱胁迫4 d后，ABA水平逐渐升高，最高值出现在8 d，此时ABA含量较第2 d升高27.38%（图8）。

3 讨论与结论

耐旱能力较强植物的叶片解剖结构通常具有一定共性，体现了对干旱生境的适应[9]。以针叶植物为例，叶片大多小且厚;叶片表皮由一层细胞腔狭小的厚壁细胞构成，且细胞壁强烈木质化，外被发达的角质层;叶肉也会分化为栅栏组织和海绵组织或叶肉细胞内褶[10]。故从本研究中叶片结构观测结果分析，澳洲茶树对干旱环境的适应能力可能弱于针叶植物。

在干旱条件下，水分亏缺导致活性氧自由基产生过多，抗氧化防御系统作用减弱，体内自由基不能被完全清除而累积，往往发生膜脂过氧化作用。丙二醛是膜脂过氧化的最终分解产物，其含量的高低可以反映植物膜伤害的程度[11，12]。本研究中，干旱胁迫初期，由于胁迫时间的延长，致使细胞膜完整性受到不同程度的破坏，从而导致丙二醛含量积累;而8 d后植株已濒临死亡，叶片中部分细胞已凋亡并开始降解，这可能是胁迫后期丙二醛含量大幅降低的原因。

ZR和GA3是两种作用相似的天然植物内源激素，在促进植株生长发育中发挥重要作用，前者主要促进细胞的分裂与扩大，后者则促进茎的伸长和花果形成[13]。干旱胁迫条件下，植物在启动响应机制进行环境应答的同时，也需要降低代谢消耗，所以促进生长类的激素合成往往会被减弱[14]。

IAA是植株中另一种天然植物激素，功能与ZR和GA3有些相似，具有促进植物生长的作用[15]。但IAA的作用方式比较复杂，在植物的不同器官、不同生育阶段具有不同的敏感性[16]。水分胁迫对植物叶片 IAA 含量的变化影响较为复杂：多数研究表明水分胁迫下 IAA 含量下降，但也有研究表明水分胁迫下植物体内 IAA 含量增加[17]。IAA 在植物体内的生物学功能主要在于促进植株生长、调节根系代谢，本应有助于植株根系发育，便于吸取更多水分以应对干旱胁迫。但IAA 主要由植物地上部分的顶端生长组织和叶片合成，在干旱胁迫条件下合成部位生长更容易受到抑制，所以逆境中植物体内IAA的合成与植物生长应是一种动态平衡关系[18]。本研究中，干旱胁迫处理中期，IAA含量维持在较低水平并未再次大幅降低，说明在逆境中植株体内已经形成了新的平衡机制。从代谢角度来看，IAA属于次生代谢产物，在逆境中IAA的合成对植物虽有需求但不是首要的，植物会根据自身生理环境的变化，减弱不必要的代谢合成消耗[17]，所以逆境中IAA的合成大多维持在较低水平。在本研究中，ZR、GA3、IAA含量整体呈下降趋势，其中ZR和GA3在胁迫处理中持续降低，而IAA仅在胁迫2、14 d降低较明显，其余时间均稳定维持在一定水平，说明干旱胁迫下植物体内IAA的合成是一个动态平衡过程，推测其可能参与植株的部分逆境抵抗生理活动，并未持续降低。

ABA 是一种有重要调节功能的植物激素，在植物遭受干旱胁迫时，作为信号分子诱导气孔关闭，增强植物的抗旱能力[18]。植株内ABA主要由根系合成，且与根周围水分状况是密切相关，当根系膨压接近零时大量合成[19，20]。本研究发现，胁迫处理2 d时，土壤含水率降低至34.05%，但并未触发ABA的干旱应答机制，说明澳洲茶树根系膨压仍维持在较高水平;当土壤含水率降至30%以下时ABA含量提升，暗示此时根系已经开始大量合成ABA。据此推测，澳洲茶树的根系组织可能具有更易于维持膨压的特性，可在较轻微的干旱环境中维持根系正常的生理活性，然而这种特性延迟了ABA对干旱的应答，可能会造成叶片的气孔关闭机制延缓启动，这对植物抵抗干旱环境并不十分有利。此外，澳洲茶树的ABA动态变化提示其根系可能由于其它未知原因对干旱环境具有一定的适应能力，在后续研究中，应针对干旱胁迫下，根系组织的解剖结构及细胞生理展开相关研究，明确这一调控机制。

从内源激素动态变化规律来看，干旱胁迫2 d是一个较为明显的转折点，此时土壤含水率为34.05%。之后，ZR含量大幅降低，丙二醛含量大幅升高，表明植株的生长受到显著影响并且细胞膜受损严重;ABA含量提升，这标志着干旱胁迫应答机制的启动，说明胁迫处理2 d的土壤含水率对澳洲茶树已经产生轻度胁迫，在实际生产中应保持在该含量水平以上。当干旱胁迫6 d时，土壤含水率降至23.45%以下，叶绿素含量大幅降低。根据叶绿素含量检测结果推测，植株的生长活力无法维持超过2 d，此时可能对植物造成了不可逆转的损伤。所以在澳洲茶樹种植中，应避免土壤含水率低于23.45%。本研究结果将对实际生产中的合理用水提供科学依据。

参考文献：

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