濒危植物膝柄木与其伴生树种的生理适应性分析

任 哲，谢伟东，刘 易，曹雨虹

（广西大学林学院，广西南宁 530004）

膝柄木属植物分布于东南亚的热带地区，膝柄木（Bhesa robusta）属卫矛科（Celastraceae）膝柄木属，为我国特有种[1]，是该属分布最北且原产地仅存20株以下的12种木本植物之一[2]。目前已发现的膝柄木只有15株，1株位于广西北海市南康镇下担村，14株位于防城港市江平镇巫头村[3]。由于人类对生境的破坏，生境退化和菟丝子（Cuscuta chinensis）寄生缠绕导致膝柄木生长不良[4]。其属于国家Ⅰ级保护野生植物，已列为广西极小种群野生植物，膝柄木种群的研究对其保护具有重要性和紧迫性[5]。

1 材料与方法

1．1 试验地概况

试验地位于广西东兴市江平镇巫头村（107°53'～108°15'E，21°31'～21°44'N），属南亚热带气候，年均降水量2 000 mm，年均蒸发量1 000～1 400 mm，年均相对湿度80%；年均气温22～23 ℃，≥10 ℃年积温7 708～8 261 ℃，最低气温度-1．8 ℃，年均日照时长1 561～2 253 h。季风明显，海洋性强，冬季盛行干燥寒冷的东北季风，夏季盛行高温高湿的西南季风和东南季风[1]。

1．2 试验方法

在试验地内分别选择3 株膝柄木和6 个优势伴生树种红鳞蒲桃（Syzygium hancei）、黑嘴蒲桃（S.bullockii）、海南蒲桃（S.hainanense）、蒲桃（S.jam⁃bos）、蔓九节（Psychotria serpens）和少花海桐（Pittos⁃porum pauciflorum）生长良好的植株，每株间距10 m左右，分别在树冠中部的东、南、西和北4 个方向取其正常枝条上的当年生完整且成熟的健康叶片（顶芽下第3 对叶片），混合后作为样本，分为2 份，1 份用于现场测定叶绿素和细胞质膜渗透性，另1 份用冷藏箱带回实验室测定其他生理指标。

1．3 指标测定

叶绿素含量的测定采用分光光度法，在663 nm和645 nm波长下比色测量叶绿素a和b 的吸光度[6]，根据Arnon公式[7]分别计算叶绿素a、叶绿素b和叶绿素总含量。细胞质膜渗透性的测定采用电导率法；过氧化物酶（POD）活性的测定采用愈创木酚比色法；过氧化氢酶（CAT)活性的测定采用分光光度法；超氧化物歧化酶（SOD）活性的测定采用NBT光还原法；丙二醛（MDA）含量的测定采用硫代巴比妥酸法[8]。采用模糊数学中的隶属函数法[9]对不同植物的不同生理指标进行综合评价，如果某一指标与综合评判结果呈负相关，则用反隶属函数计算。25 ℃处理的细胞膜透性和MDA含量与其生理性能呈负相关关系，采用反隶属函数计算，其余4个指标采用隶属函数计算。

1．4 数据处理

采用Excel、Sigmaplot和SPSS软件进行处理。

2 结果与分析

2．1 叶绿素含量比较

叶绿素a 和叶绿素b 含量差异极显著（P＜0．01），膝柄木的叶绿素a和叶绿素b 含量最高，表明膝柄木的叶片能较好地吸收和转换光能，适于在光照强度较弱的环境生长；总叶绿素含量差异极显著（P＜0．01），表现为膝柄木＞蔓九节＞蒲桃＞海南蒲桃＞少花海桐＞黑嘴蒲桃＞红鳞蒲桃，说明膝柄木对南亚热带滨海的夏季高温强光照条件适应性较差；叶绿素a/b差异极显著（P＜0．01），表现为黑嘴蒲桃＞海南蒲桃＞膝柄木＞少花海桐＞蔓九节＞蒲桃＞红鳞蒲桃，通常耐阴植物的叶绿素a/b 值相对较小，膝柄木的叶绿素a/b 值处于群落的中等水平，表明膝柄木在原生群落中可能处于乔木层的第2层，属于亚优势种（表1）。

表1 7个树种叶绿素含量比较Tab.1 Comparison on chlorophyll contents of seven species （mg/g）

2．2 细胞质膜渗透性比较

7个树种的叶片在常温（25 ℃）和低温（0 ℃）处理下的细胞质膜渗透率差异显著（P＜0．05），高温（50 ℃）处理差异极显著（P＜0．01）。常温下渗透率最大为海南蒲桃，其次为少花海桐，最小为膝柄木；低温下渗透率最大为蔓九节，其次为海南蒲桃，最小为膝柄木；高温下各树种均呈现出较大的渗透率，膝柄木的渗透率最大，其次为黑嘴蒲桃，最小为蒲桃（表2）。

表2 不同温度下7个树种细胞质膜渗透性比较Tab.2 Comparison on cytoplasmic membrane permeability of seven species under different temperatures （%）

2．3 叶片抗氧化酶活性及MDA含量

膝柄木与6 个伴生树种的POD、CAT 和SOD 活性均差异极显著（P＜0．01），MDA 含量差异不显著（表3）。膝柄木叶片POD 活性最大，CAT 和SOD 活性处于中下水平，MDA 含量最小。具有相同生理特征的还有少花海桐和蔓九节，均有较高的POD 活性和相对较低的CAT 和SOD 活性；蒲桃属4 个树种的POD 活性很低，CAT 活性较高。7 个树种的MDA 含量均较低，表现为黑嘴蒲桃＞蔓九节＞少花海桐＞海南蒲桃＞蒲桃＞红鳞蒲桃＞膝柄木。

表3 7个树种抗氧化酶活性及MDA含量比较Tab.3 Comparison on antioxidant enzyme activity and MDA content of seven species

2．4 7个树种生理指标的隶属度及综合评价

膝柄木与6个伴生树种的生理性能表现为海南蒲桃＞蒲桃＞黑嘴蒲桃＞膝柄木＞红鳞蒲桃＞蔓九节＞少花海桐（表4）。与群落调查时各树种的生长情况相符，海南蒲桃和蒲桃生长最好；黑嘴蒲桃、膝柄木和红鳞蒲桃受菟丝子寄生，蔓九节和少花海桐处在灌木层，生长较差。

表4 7个树种生理指标的隶属度及综合评价Tab.4 Membership and comprehensive evaluation of physiological indexes of seven species

4 结论与讨论

叶绿素含量在一定程度上反映植物叶片的光合作用潜能，是植物营养状况和植物受胁迫及外界环境因子干扰状态的指示器[10]。研究表明在逆境胁迫条件下叶绿素含量会降低[11]。叶绿素a 和叶绿素b含量在一定程度上体现了植物光合能力的大小[12]。Anderson 等[13]的研究表明，叶绿素b 含量越高，植物对光能的转化效率就越高。叶绿素a 和叶绿素b 含量低，表明植物具有适应强光环境的能力[14]。叶绿素a/b 值与植物抗逆性呈显著负相关[15]，被认为是植物对逆境适应程度的敏感指标[13]。

本研究调查显示，红鳞蒲桃是广西沿海主要天然植物群落中的优势种和建群种，是尚存片断化块状分布的原生种群。一般耐阴性较强的植物单位鲜叶质量的叶绿素含量相对于耐阴性较弱的植物高，由此推断膝柄木可能是生长在以红鳞蒲桃等为优势种的群落下层的阴性树种，由于红鳞蒲桃的木材价值较高，人为砍伐致使膝柄木处于群落的上层，受到高温和强光照的胁迫。

在一定温度范围内，植物细胞电解质外渗率越小，其对温度胁迫的抗性越强[16]。叶片细胞质膜渗透率的变化，在一定程度上反映了植物叶片受害后的生理变化[17]，通过叶片细胞质膜渗透率可以判断植物对高温和低温环境的抗性。本研究的7个树种在常温下和低温下渗透率均较小，说明它们对低温均有不同程度的耐受能力，其中膝柄木对低温的耐受能力最强，其叶细胞组织易受高温伤害；蒲桃对低温的耐受能力处于中等水平，对高温耐受能力最强。

植物在逆境条件下可以通过自身抗氧化系统消除多余自由基来保护植物的膜系统[18]；SOD、CAT和POD 是抗氧化系统的主要抗氧化酶，可相互协同，在一定条件下将H2O2高效消除[19]。MDA 是细胞膜质过氧化最终分解的产物，其含量可以反映植物遭受逆境胁迫伤害的程度[20]。在一定条件下，植物抗氧化酶系统调节能力有限，体内还积累了一些氧自由基没有被清除，进而引起膜过氧化并最终导致MDA 含量增加[21]；MDA 的累积会加剧膜的损伤，叶片中MDA 含量越高，说明细胞膜脂过氧化作用越强，该物种的抗逆性可能就越弱[22]。总体上，7 个树种MDA含量和变异系数均较小，说明各树种都具有较强的生理功能和抗逆能力，均能适应滨海高温、高湿的气候条件和沙地的干旱生境。

综合评价结果表明，膝柄木对滨海环境具有一定的适应性，但已开始出现衰老迹象。现场调查显示，膝柄木的原生群落由于严重的人为破坏而消失，并由蒲桃属灌木丛为主的群落替代，在其分布区域未见膝柄木幼苗幼树更新，可能是因为滨海高温和沙化土壤干旱胁迫及寄生植物（菟丝子）的危害，以及自花授粉造成的种子败育，导致其无法正常更新；膝柄木没有受到重视和保护，人为干扰严重，导致其成为濒危物种。由于膝柄木对分布地的生境具有一定适应性，建议政府部门建立保护小区就地保护，学者们可对其生物学特性、生境特征、种子传播与萌发机理和幼苗幼树生长条件等进行进一步研究，未来可结合年度季节变化与环境因子进行综合分析，通过人工育种和栽培在保护小区种植，实现其人工更新和种群扩增，避免膝柄木“极小种群”的种质资源消失。