红椿无性系幼苗叶片抗氧化酶指标对干旱胁迫的响应

刘 球，陈彩霞 ，吴际友 ，程 勇，陈家法，陈明皋，王旭军

(1.湖南省林业科学院，湖南 长沙 410004; 2. 中南林业科技大学，湖南 长沙 410004）

红椿无性系幼苗叶片抗氧化酶指标对干旱胁迫的响应

刘 球1，陈彩霞2，吴际友1，程 勇1，陈家法1，陈明皋1，王旭军1

(1.湖南省林业科学院，湖南 长沙 410004; 2. 中南林业科技大学，湖南 长沙 410004）

设置不同的干旱胁迫处理梯度，对红椿5个无性系1年生盆栽幼苗进行干旱胁迫试验，探讨其在干旱胁迫下SOD含量和POD含量的变化情况。结果表明：（1）中度胁迫(正常浇水后断水12 d)下红椿无性系幼苗叶片SOD含量最高（606.83 U/g ），约为最低值CK对照(正常浇水后断水2 d) 下幼苗叶片SOD含量（310.09 U/g）的195.7%，各无性系、各试验周期幼苗叶片SOD含量没有显著差异。（2）重度胁迫(正常浇水后断水17 d)下红椿无性系幼苗叶片POD含量最高，各无性系幼苗叶片POD含量没有显著差异，各周期红椿无性系幼苗叶片POD含量大小顺序为周期1＞周期2＞周期3。

红椿；无性系；抗氧化酶；干旱胁迫；重度胁迫；中度胁迫

干旱是影响植物生长发育的重要因子。我国对树木的抗旱性研究已经有一些进展，起代表性作用的有：王九龄[1]对北京西山树木耐旱能力的观察，以直观的方式对树木的耐旱能力进行区别和分析。李少峰等研究表明，各种梯度水分胁迫均导致椿叶花椒SOD活性明显下降，椿叶花椒干旱下抗氧化能力不强，是一种不耐旱的树种[2-3]。沈国舫[4]的造林论文集中对主要造林树种的耐旱特性进行了深入的研究。李吉跃应用PV曲线研究了2年生油松苗和侧柏苗的水分参数，得知在干旱条件下，油松具有高水势耐旱特征，侧柏具有低水势耐旱特征[5-6]。李正理等[7]对生长在甘肃的9种旱生植物进行研究，发现9种植物都具有显著的旱生结构特征，特别是白梭梭Haloxylon persicum更为突出。

社会的进步和发展推动着珍贵用材树种的早期驯化、繁殖、引种、栽培和利用。目前，社会对珍贵用材制作家具、实木地板等装修材料制品、其他木质工艺品等消费呈现出大幅度增长的趋势，对珍贵用材的需求量越来越大，因此，人工大规模种植珍贵用材树种将成为必然[8-9]。

红椿Toona ciliate，楝科香椿属落叶大乔木，属于强阳性树种，生长迅速，树干通直。在《中国植物红皮书》中，红椿被列为国家二级保护濒危种[10]，在国际市场上享有“中国桃花心木”（Chinese mabogany）之美誉，其木材红褐色，结构细密，木纹美丽，耐腐性较好，易加工，具特殊香味，主要用于高档家具和高档装饰、装璜等，经济价值和开发前景很高。目前，国内有一些对红椿的研究文献报道，邹高顺等[11]调查分析了红椿人工林早期的生长规律及乔木层生物量；程冬生等[11-13]结合生产实践经验和目前有关科研进展，综合论述了红椿的开发利用价值及关键培育技术；吴莉莉等[13-16]对红椿繁殖方法和人工栽培技术进行了试验和探讨；赵汝玉等[14]介绍了红椿的生物生态特性、种子采集、容器育苗、苗期病虫害防治、造林、抚育及利用。但关于红椿无性系抗旱生理特性方面的研究鲜有文献报道。本论文针对珍贵用材树种红椿栽培发展的需要开展研究，可为红椿科学栽培提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验地位于长沙市雨花区东南郊湖南省林业科学院试验林场内，距离长沙市火星大道2 km，交通十分方便，面积67 hm2。试验林场地貌为低丘岗地，地势平缓，海拔60～100 m，坡度一般为10～15 °。气候属于大陆性湿润季风气候，四季分明，具有“春温多变，夏秋多晴，严寒期短，暑热期长”的特点，年平均气温17.5 ℃，1月平均气温4.6°，7月平均气温28.6 ℃，绝对最高温度42.7 ℃，绝对最低温度-10.4 ℃，年平均降水量1 378 mm，年平均相对湿度81%，日照时数1 814.8 h，全年无霜期275 d。

试验林场土壤为第四纪红壤或砂岩土壤，土层深度大于80 cm，pH值为5.5～6.8，质地较粘，土壤中石砾含量约10%。土壤肥力中等，有机质含量在0.6%～2%之间，全氮含量0.1%～1%，适宜多种林木生长[15]。

1.2 试验材料

本研究选择苗龄为1年生的红椿无性系盆栽苗作为试验材料展开干旱胁迫试验。

1.3 试验设计和设置

干旱胁迫试验采用完全随机区组设计，选择苗高、生长状况一致的苗木作为试验对象，于2012年3月底移栽于瓷钵中，瓷钵内装有普通红壤，一盆一株，正常浇水。2012年4月开始对盆栽苗进行水分胁迫试验。试验设计：5个无性系，4个处理，3次重复，共60盆。设置4个胁迫处理，即CK对照（正常浇水后断水2 d） 、轻度胁迫（正常浇水后断水7 d） 、中度胁迫（正常浇水后断水12 d）和重度胁迫（正常浇水后断水17 d） 4个处理。每17 d为一个循环周期，循环3次。生理指标采样在早上8:00～9:00进行，取第3～5叶位成熟叶片，采下后立即用锡箔纸包裹放入液氮中冷冻，带回实验室低温保存，完成指标测定。每个指标重复3 次测定，每次测定1盆植株，即每次测定3盆植株，结果取其平均值。

1.4 指标测定方法

指标测定参照陈建勋等[16]的方法。

1.5 试验统计方法

采用Excel 2007 进行数据整理，用SPSS 17.0进行方差分析和多重比较。

2 结果与分析

在正常情况下，植物细胞内活性氧与其清除系统保持平衡。但是，在遭受干旱胁迫的情况下，植物细胞内的活性氧会大量产生，过多的活性氧对许多生物功能分子有破坏作用，如引起膜过氧化等[17]。

2.1 红椿无性系幼苗叶片SOD含量对干旱胁迫的响应

SOD是植物细胞中内源活性氧清除关键酶之一，在活性氧的清除中处于核心地位。其主要功能是催化H2O2降解，清除超氧阴离子，控制膜脂过氧化，保护膜结构，减少膜系统的损伤，从而使植物在一定程度上减缓、忍耐或抵抗逆境胁迫[18]；同时，它还参与植物体内多种生理代谢反应。

从表1可知，在不同重复、不同无性系以及不同试验周期，红椿无性系幼苗叶片SOD含量差异不显著。而不同浇水处理梯度之间红椿无性系幼苗叶片SOD含量差异极其显著。

表1 不同重复、浇水处理、无性系及周期红椿无性系各处理幼苗叶片SOD含量的方差分析Table 1 Variance analysis on SOD contents of leaves with different replicates, drought stress treatments,clones and test periods of young T. ciliata clones

经Duncan多重比较分析（见表2）得知，CK对照（正常浇水后断水2 d）红椿无性系幼苗叶片SOD含量与轻度胁迫（正常浇水后断水7 d）、中度胁迫（正常浇水后断水12 d）、重度胁迫（正常浇水后断水17 d）处理间差异显著（P＜0.05），其值大小顺序为中度胁迫（正常浇水后断水12 d）＞ 重度胁迫（正常浇水后断水17 d）＞轻度胁迫（正常浇水后断水7 d）＞CK对照（正常浇水断水2 d）。最高值属中度胁迫（正常浇水后断水12 d）下幼苗叶片SOD含量（606.83 U/g）约为最低值CK对照（正常浇水后断水2 d） 下幼苗叶片SOD含量（310.09 U/g）的195.7%。说明本次干旱胁迫促进了植物启动体内抗氧化体系，浇水间隔期为7、12和17 d的红椿幼苗叶片的超氧化物歧化酶（SOD）含量有明显上升，12 d胁迫状态时SOD含量上升到最高值，17 d胁迫状态下其值又有所下降，说明随着干旱胁迫的加剧，红椿无性系盆栽幼苗叶片SOD含量呈现出“升-降”的趋势，这是该植株应对不同干旱胁迫程度的生理反应。

各无性系间，幼苗叶片SOD含量没有显著差异，其值差别幅度不大，在486.02～557.45 U/g之间，说明在干旱胁迫下，16、17、18、19和20号无性系启动抗氧化体系的自我保护能力不存在明显区别。

各红椿无性系幼苗叶片SOD含量在不同的试验周期没有显著差异，说明3个连续的试验周期对红椿无性系幼苗叶片SOD含量影响不显著，从而也体现了红椿无性系幼苗较强的耐旱性。

表2 SOD含量多重比较分析†Table 2 Duncan multiple comparison on SOD contents of different treatments

2.2 红椿无性系幼苗叶片POD含量对干旱胁迫的响应

过氧化物酶（POD）广泛存在于植物体中，是活性较高的一种酶，它与植物的呼吸作用、光合作用以及生长素的氧化等都有关系。POD具有双重性作用，其既可以在逆境或衰老初期表达，清除H2O2，表现为保护效应，是细胞活性氧保护酶系统的成员之一。还有，POD也可以在逆境或衰老后期表达，参与活性氧的生成、叶绿素的降解，并能引发膜脂过氧化作用，表现为伤害效应，是植物体衰老到一定阶段的产物[19]。

表3显示，不同重复、不同无性系各红椿无性系幼苗叶片POD含量不存在显著差异，而其在不同的试验周期具有显著差异。不同浇水处理梯度之间红椿无性系幼苗叶片POD含量差异极其显著。

表3 不同重复、浇水处理、无性系以及周期红椿无性系各处理幼苗叶片POD含量方差分析Table 3 Variance analysis on POD contents of leaves with different replicates, drought stress treatments,clones and test periods of young T. ciliata clones

经Duncan多重比较分析（见表4）得知，轻度胁迫（正常浇水后断水7 d）、中度胁迫（正常浇水后断水12 d）和重度胁迫（正常浇水后断水17 d）3个处理之间红椿无性系幼苗叶片POD含量具有显著差异（P＜0.05），CK对照（正常浇水后断水2 d）与重度胁迫（正常浇水后断水17 d）处理之间红椿无性系幼苗叶片POD含量也具有显著差异（P＜0.05）。其值大小顺序为重度胁迫（正常浇水后断水17 d）＞中度胁迫（正常浇水后断水12 d）＞CK对照（正常浇水后断水2 d）＞轻度胁迫（正常浇水后断水7 d）。最高值属重度胁迫（正常浇水后断水17 d ）下幼苗叶片POD含量（315.29 U/(g·min)）约为最低值轻度胁迫（正常浇水后断水7 d）下幼苗叶片POD含量（13.78 U/(g·min)）的23倍。说明本次干旱胁迫可能促进了植物启动体内抗氧化体系，浇水间隔期为12 d和17 d的红椿幼苗叶片的过氧化氢酶（POD）含量有明显上升，最为明显的是浇水间隔期为17 d的处理，表明本次试验红椿无性系盆栽幼苗各无性系在重度胁迫（正常浇水后断水17 d）下启动了较强的抗氧化防御体系，也表示红椿无性系盆栽幼苗抗干旱胁迫能力较强。

各无性系间，幼苗叶片POD含量没有显著差异，说明在干旱胁迫下，16、17、18、19和20号无性系启动抗氧化体系的自我保护能力不存在明显区别。

各红椿无性系幼苗叶片POD含量在不同的试验周期具有显著差异。经Duncan多重比较可知，周期1红椿无性系幼苗叶片POD 含量较周期2、周期3值而言具有显著差异（P＜0.05），其值大小顺序为周期1＞周期2＞周期3，呈现出整体下降的趋势。说明随着时间的延续，植株的抗氧化防御体系也在逐渐被持续的干旱胁迫削弱。

表4 POD含量多重比较分析Table 4 Duncan multiple comparison on POD contents of different treatments

3 结 论

（1）本试验中，中度胁迫（正常浇水后断水12 d）下红椿无性系幼苗叶片SOD含量最高，重度胁迫（正常浇水后断水17 d）下其值其次，CK值最低，说明随着干旱胁迫的加剧，红椿无性系盆栽幼苗叶片SOD含量呈现出先上升后下降的趋势，这是其抵御程度逐渐加深的干旱胁迫的生理响应。

（2）本试验中，重度胁迫（正常浇水后断水17 d）下红椿无性系幼苗叶片POD含量最高，说明红椿无性系盆栽幼苗各无性系在重度胁迫（正常浇水后断水17 d）下启动了较强的抗氧化防御体系。各周期红椿无性系幼苗叶片POD含量大小顺序为周期1＞周期2＞周期3，说明随着时间的延续，植株的抗氧化防御体系也在逐渐被持续的干旱胁迫削弱。

（3）从整体来讲，红椿无性系幼苗抗旱性较强。

4 讨 论

（1）本研究设置了程度逐级加深的干旱胁迫梯度处理，对红椿无性系盆栽幼苗进行了叶片水分生理特征研究，取得阶段性研究结论。为了更全面地了解，建议下一步继续做胁迫解除后的恢复生长研究等。

（2）本研究是以红椿无性系盆栽幼苗作为试验材料而开展，盆栽条件在一定程度上限制了根系的发展，与大田试验条件相比，幼苗根系无法很好地吸收深层的水分，结果有一定的局限性，也与大田造林实际有一定的区别。因此，建议下一步做大田生长环境下苗木的水分生理研究，为生产实际提供更精确的理论基础。

[1] 王九龄.北京西山树木耐旱能力的初步观察[J].北京林业,1981,(2):10-21.

[2] 李少峰,李志辉,刘友全,等.水分胁迫对椿叶花椒抗氧化酶活性等指标的影响[J].中南林业科技大学学报, 2008, 28(2):29-34.

[3] 李少峰.椿叶花椒苗木水分与养分胁迫研究[D].长沙:中南林业科技大学, 2007.

[4] 沈国舫.造林论文集[M].北京:中国林业出版社,1990:3-12.

[5] 李吉跃.PV技术在油松侧柏苗木抗旱特性研究中的应用[J].北京林业大学学报,1989, 11(1):3-9.

[6] 李吉跃,张建国,姜金璞.京西山区人工林水分参数的研究(Ⅱ)[J].北京林业大学学报, 1994,16 (2):1-8.

[7] 李正理,李荣敖.我国甘肃九种早生植物同化枝的解剖观察[J].植物学报,1981,23(3):181-185.

[8] 刘福云,鄢武先,陈守庭,等.国内外珍贵树种用材林发展动态及其在四川省的发展现状[J].四川林业科技,2009,30(5):63-68.

[9] 张慧勤.河南省珍贵用材树种现状、问题与发展对策[J].华东森林经理,2008,22(1):15-17.

[10] 吴际友,程 勇,王旭军,等.红椿无性系嫩枝扦插繁殖试验[J].湖南林业科技,2011,38(4):5-7.

[11] 邹高顺.珍贵速生树种红椿与毛红椿引种栽培研究[J].福建林学院报,1994, 14(3): 271-276.

[12] 程冬生,崔同林.珍贵树种红椿的利用价值及培育技术[J].中国林副特产,2010,4:39-40.

[13] 吴莉莉.红椿树的生物学特性及人工栽培试验研究[J].安徽农学通报,2006,12(7):168-169.

[14] 赵汝玉,李光友,徐建民.红椿育苗及造林技术[J].广西林业科学,2005,34(3):155-156.

[15] 吴际友.红椿生理特性与家系选择研究[D].长沙:中南林业科技大学,2012.

[16] 陈建勋,王晓峰.植物生理学实验指第二版[M].广州：华南理工大学出版社,2006.

[17] 刘 鹏. 干旱胁迫下不同喜树种源苗期生理生化特性的研究[D]. 杭州: 浙江农林大学,2011.

[18] 徐宜凤.石灰花楸幼苗对干旱胁迫的生长及生理响应[D].南京:南京林业大学, 2011.

[19] 赵丽英,邓西平,山 仑.活性氧清除系统对干旱胁迫的响应机制[J].西北植物学报, 2005,25(2):413-418.

Response of drought stress on anti-oxydant enzyme in leaves of young Toona ciliata clone seedlings

LIU Qiu1, CHEN Cai-xia2, WU Ji-you1, CHENG Yong1, CHEN Jia-fa1, CHEN Ming-gao1, WANG Xu-jun1
(1.Hunan Academy of Forestry, Changsha 410004, Hunan, China; 2. Central South University of Forestry and Technology, Changsha 410004, Hunan, China)

∶ The drought stress tests on one-year-old potted seedlings of five Toona ciliata clones were conducted with different drought stress treatments in order to study the variations of the responses of drought stress on SOD content and POD content. The results show that (1) the moderate stress (continuously watering and breaking 12 days) resulted in the highest SOD content (606.83 U/g) in leaf of young T. ciliata clone seedlings, which was 195.7% of that of CK (310.09 U/g, continuously watering and breaking 2 days), this showed that there were no significant differences in SOD contents of leaves among different clones and test periods; (2) the severe stress(continuously watering and breaking 17 days) resulted in the highest POD content of leaves of young T. ciliata clone seedlings, and there were no significant differences in POD contents of leaves among the clones. The order of POD contents of clones leaves in 3 testing periods ordered fromhigh to low: period 1＞ period 2＞ period 3.

∶ Toona ciliata; clone; antioxidant enzyme; drought stress; severe stress; moderate stress

S792.99

A

1673-923X(2013)11-0073-04

2013-08-16

湖南省林业厅项目“珍贵用材树种红椿等良种选育”(2012-11)

刘 球（1985-），女，湖南益阳人，硕士，主要从事森林培育研究工作；E-mail：gedx2008@126.com

[本文编校：谢荣秀]