罗汉松雌雄植株叶片生理特征比较

陈惠昕，招礼军，黄相玲，何晶晶，黄英镑，朱栗琼

（广西大学林学院，广西南宁 530004）

雌雄异株是植物适应不同环境压力而产生的现象，因雌株用于繁殖的代价明显高于雄株，出现了雌株通常分配更多的资源用于生殖生长，而雄株分配更多的资源用于营养生长的现象，加之在适应自然界的过程中，雌、雄株会采取不同的生态对策，造成雌、雄株间在形态结构和生理等方面产生差异[1-2]，同时季节转变引起生态因子的变化，也会在植物的生理活动方面体现。国内外学者在植物雌、雄株生理指标差异方面已有许多研究报道，如李珊等[3]发现栝楼（Trichosanthes kirilowii）雄株中光合色素含量与过氧化物酶（POD）活性均显著高于雌株；Farzamisepehr等[4]指出美洲黑杨（Populus deltoids）夏季叶片中叶绿素含量、可溶性糖含量和过氧化氢酶（CAT）活性与春季相比有显著增加，春季叶片和根系中的脯氨酸含量则显著高于夏季。

罗汉松科（Podocarpaceae）罗汉松属植物约有100种，我国有13种3变种，其中罗汉松（Podocarpus macrophyllus）在我国庭园中最常见[5]。罗汉松别名土杉，雌雄异株，为常绿针叶乔木，喜温暖湿润气候和排水良好湿润的砂质壤土，花期4—5月，种子8—9月成熟[5]。其具有一定的药用价值[6]，对多种污染气体抗性较强，在我国又属名贵的园林观赏树种和优良的盆景材料，受到越来越多的关注。目前，国内外关于罗汉松的研究包括输导组织特点[7]、遗传多样性[8]、根瘤特性[9]、化学成分[10]、生药学[11]、栽培育苗技术[12]、盆景制作与养护[13]等方面。关于罗汉松雌、雄株之间差异比较的研究目前仅在茎叶解剖结构[14]方面有相关报道。罗汉松不同性别的植株在经济效益、生态效应与观赏效果等方面存在一定的差异，但因其较长的营养生长期，给非生殖时期目标树种的选择和抚育管理带来一定困难。本研究通过采集成年罗汉松雌、雄植株在不同生长季节的叶样，选取与营养合成和反映植物对环境适应性有关的常用生理指标进行测定与分析，了解其对环境因子变化的响应机制及罗汉松雌、雄株的生理活动规律与差异，为全面和深入了解罗汉松雌、雄株的特性提供基础材料，并为其选择栽培、引种推广及抚育管理提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

广西南宁市隆安县金穗园林花木场位于隆安县那良镇（107°40′～108°11′E，22°18′～23°14′N），属南亚热带湿润季风气候，降雨多集中在夏季，年均气温21.8℃，最高气温28.4℃，最低气温12.8℃。四季区分不明显，但因研究和叙述所需，仍按常规季节划分取样，分别于2017年3月（春季）、6月（夏季）、9月（秋季）和12月（冬季）的中旬，选取成熟且生长一致的8年生罗汉松雌、雄株各10株，在每株树冠南侧中部的位置剪取成熟健康叶片3～5片，置于冰盒中带回实验室，-20℃下保存备用。

1.2 生理指标测定

1.2.1 渗透性调节物质与丙二醛（MDA）含量测定

可溶性糖含量测定采用蒽酮比色法[15]，可溶性蛋白含量测定采用考马斯亮蓝G-250法[16]，脯氨酸含量测定采用酸性茚三酮比色法[17]，MDA含量测定采用巴比妥酸显色法[18]。各指标于各季节均做3组重复试验。下同。

1.2.2 保护酶活性测定

POD活性测定采用愈创木酚比色法[19]，超氧化物歧化酶（SOD）活性测定采用氮蓝四唑（NBT）光化还原法[17]，CAT活性测定采用紫外光吸收法[19]。

1.2.3 光合色素含量测定

叶绿素a、叶绿素b、总叶绿素及类胡萝卜素的含量采用浸提法[20]进行测定。

1.2.4 试验设备与数据分析

试验中的离心过程采用美国贝克曼库尔特公司的BECKMAN超速冷冻离心机进行，吸光度的测量及读取采用瑞士帝肯有限公司的INFINITE M200 PRO全自动全波长酶标仪进行，试验数据采用Excel 2013整理，数据分析采用SPSS 18.0软件进行。雌雄间差异分析运用独立样本t检验法；不同季节间变化的方差分析选取单因素ANOVA法，多重比较分析采用Duncan新复极差法。

2 结果与分析

2.1 罗汉松雌、雄株叶片中渗透性调节物质与MDA含量的变化规律

在秋季和冬季，罗汉松雌株叶片的可溶性糖含量高于雄株；在夏、秋和冬季，雌株的可溶性蛋白含量高于雄株；在秋季和冬季，雄株的脯氨酸含量高于雌株；在春、秋和冬季，雌株的MDA含量高于雄株。雌、雄株秋季可溶性糖含量和夏季脯氨酸含量、MDA含量差异不显著，其余季节的雌雄株间均差异显著（P＜0.05）（表1）。

罗汉松雌、雄株叶片可溶性糖含量有季节性差异，雌、雄株秋季的可溶性糖含量显著高于春、夏和冬季（P＜0.05），雌株增幅分别为544.29%、198.68%和305.09%，雄株增幅分别为365.41%、66.17%和326.90%；雌、雄株叶片的可溶性蛋白含量变化趋势基本相同，冬季的可溶性蛋白含量均显著高于春、夏和秋季（P＜0.05）；雌、雄株的脯氨酸含量分别在春季和秋季达到最高水平，均在夏季为最低水平，雌株春季的含量显著高于夏、秋和冬季（P＜0.05），雄株秋季的含量显著高于春、夏和冬季（P＜0.05）；雌、雄株的MDA含量季节变化趋势相同，夏季的MDA含量均显著高于春、秋和冬季（P＜0.05）（表1）。

表1 罗汉松雌、雄株叶片中渗透性调节物质与MDA含量的变化规律Tab.1 Variation of osmotic adjustment substances and MDA content in leaves of male and female P.macrophyllus

2.2 罗汉松雌、雄株叶片中保护酶活性的变化规律

在春、秋和冬季，罗汉松雄株叶片的POD活性高于雌株；在春、夏和冬季，雄株的SOD活性高于雌株；雄株的CAT活性在所有季节均高于雌株。雌、雄株春季和秋季的CAT活性差异不显著，其余均差异显著（P＜0.05）（表2）。

罗汉松雌、雄株叶片POD活性的动态变化趋势基本一致，雌、雄株叶片冬季的POD活性显著高于春、夏和秋季（P＜0.05）；雌、雄株夏季的SOD活性显著高于春、秋和冬季（P＜0.05）；雌株春季和秋季的CAT活性显著高于夏季和冬季，雄株冬季的CAT活性显著高于春、夏和秋季（P＜0.05）（表2）。

表2 罗汉松雌、雄株叶片中保护酶活性的变化规律Tab.2 Variation of protective enzyme activities in leaves of male and female P.macrophyllus

2.3 罗汉松雌、雄株叶片中光合色素含量的变化规律

罗汉松雌株叶片叶绿素a、叶绿素b及叶绿素（a+b）含量在春、夏和冬季均高于雄株，类胡萝卜素含量在春、秋和冬季高于雄株。雌、雄株叶片的3个叶绿素指标均在春季最低，夏季最高，雌株增幅分别为261.68%、705.79%、370.91%，雄株增幅分别为300.42%、449.39%、336.37%。雌、雄株叶片夏季的叶绿素a、叶绿素b及叶绿素（a+b）含量均显著高于春、秋和冬季（P＜0.05）；雌、雄株叶片冬季的类胡萝卜素含量显著高于春、夏和秋季（P＜0.05）。

表3 罗汉松雌、雄株叶片中光合色素含量的变化规律Tab.3 Variations of photosynthetic pigment content in leaves of male and female P.macrophyllus (μg/g)

3 结论与讨论

由于雌雄植株所负担的生理功能不同，雌、雄株各项生理指标存在差异，在生长条件适宜的环境中，雌株将争取更多资源用于营养物质的积累以供繁殖。可溶性糖是反映植株碳素代谢与营养积累状况的重要指标；可溶性蛋白是植物重要的物质基础，其量的变化在一定程度上反映植株氮素同化水平；光合色素反映植物的光合能力及生长状况，这些均是反映植株营养积累与代谢的指标。本研究结果表明，除秋季可溶性糖含量在雌雄间的差异不显著，其余指标在各季节的雌雄间差异均达到显著水平，且可溶性蛋白与光合色素水平多为雌株高于雄株，说明罗汉松雌株在同化能力和营养物质贮藏上优于雄株，因此加强对雌株的抚育管理，注意施肥，是获得优质高产种实的保障措施。

环境条件不利时，植物一些生理指标可反映出其适应性，如MDA能在一定程度上衡量机体内细胞膜脂过氧化程度[21]；脯氨酸能调节植物细胞的渗透势以保护植物体内酶的活性[22]；POD、SOD和CAT在植株的抗氧化系统中具有重要作用，它们的活性可以反映出植物体的抗氧化能力，进而显示出对环境的适应性大小[3]。本研究结果表明，除春季和秋季CAT活性、夏季脯氨酸含量和MDA含量在雌、雄株间的差异不显著外，其余指标在各季节的雌雄株间均差异显著；在相对低温和干旱的冬季，罗汉松的MDA含量为雄株低于雌株，脯氨酸含量与3种酶活性为雄株高于雌株，说明罗汉松雄株较雌株对环境变化的调节能力和适应性更好，与詹亚光等[23]的研究结论相似。

本研究中的雌、雄株罗汉松采集地位于南亚热带地区，降水量分布不均匀，气温变化幅度较大，干湿分明，因此植物在其生长发育过程中各项生理指标随季节更替表现出不同的变化趋势。本研究中罗汉松雌、雄株的各项生理指标在4个季节中均产生变化，体现了植物在生理上对环境的响应机制。植物生理指标出现的差异与其自身的生物学特性有关，罗汉松在南宁的秋末冬初进入花芽分化期，春末夏初是其繁殖生长期。本研究结果显示，罗汉松雌、雄株叶片的可溶性糖含量经过夏季的贮藏，均在秋季达到最高水平；而冬季时雌、雄株叶片的可溶性糖含量又下降至较低水平，原因是冬季时叶片衰老及罗汉松进入花芽分化期消耗增加促使可溶性糖急剧外运。雌、雄株叶片的可溶性蛋白含量均为冬季最高，与王毅等[24]研究指出的温度降低会引起可溶性蛋白含量上升并产生抗寒性蛋白的结论相符。罗汉松雌、雄株叶片的脯氨酸含量在秋季较高，原因是秋季时气温开始降低，天气变得干燥，导致植物体内脯氨酸累积；在冬季时，脯氨酸的含量较秋季时有所降低，原因可能是罗汉松对秋季温度降低比对冬季持续低温产生的反应更敏感，与黎建玲等[25]对荔枝（Litchi chinensis）的研究结论相同。雌、雄株叶片的MDA含量均在夏季达到最高，可能是由于在夏季高温下叶片光合速率较高，从而导致细胞中活性氧自由基积累增多，膜脂过氧化加剧使MDA含量增高[26]。雌、雄株叶片的POD活性和雄株叶片CAT活性最大值均出现在冬季，可能是由于冬季气温和湿度较低，植株生长速率下降，植株保护系统的保护酶为维持生态平衡所致；雌雄株叶片的SOD活性为夏季最高，原因是夏季植物进入速生期，气温的持续上升打破组织细胞活性氧产生与消除的平衡，植物为了消除过量的活性氧以维持其自由基代谢系统的平衡，增加了SOD活性[27]。雌、雄株叶片的叶绿素含量均在夏季最高，原因是1年中夏季的温度最高和光照强度最强，植物的生长较旺盛，需要增强光和作用以维持生长；雌、雄株叶片的类胡萝卜素含量在冬季达到最高水平，原因是冬季光照强度较低，叶片需要通过更多的类胡萝卜素吸收蓝光以完成光合作用，春季光照逐渐增强，类胡萝卜素的含量降为较低水平。通过雌、雄株各项生理指标的变化能反映出不同的生理特性，可今后罗汉松目的植株的选择及在园林中的合理应用提供参考。