脯氨酸、叶绿素含量与海岛树种抗逆性之间的关系

赵 颖，王国明，王美琴，张 玲，邱海嵊

（浙江省舟山市林业科学研究院，浙江 定海 316000）

脯氨酸、叶绿素含量与海岛树种抗逆性之间的关系

赵 颖，王国明*，王美琴，张 玲，邱海嵊

（浙江省舟山市林业科学研究院，浙江 定海 316000）

为了评价海岛树种抵御干旱、盐雾等逆境能力，在分布与生境调查的基础上，对21种树种进行脯氨酸和叶绿素含量测定。结果表明：脯氨酸含量均值较小（1.0977 ～ 1.6231）且波动幅度也小（0.3742 ～ 0.6798）的树种，或脯氨酸含量均值稍大（3.0666 ～ 4.7591）且波动幅度也同步增大的（1.1729～1.7602）树种，其抗逆性较强，如海岸卫矛（Euonymus tanakae）、日本女贞（Ligustrum japonicum）、全缘冬青（Ilex integra）、柃木（Eurya japonica）、普陀樟（Cinnamomum japonicum var. chenii）、海滨木槿（Hibiscus hamabo）、厚叶石斑木（Raphiolepis umbellata）；但脯氨酸含量波动幅度极大（4.9917 ～ 9.4149），通常情况下抗逆性较弱，如舟山新木姜子（Neolitsea sericea）、赤楠（Syzygium buxifolium）、黄连木（Pistacia chinensis）、柯（Lithocarpus glaber）、罗浮柿（Diospyros morrisiana），同时抗逆性强的树种叶绿素含量均较低（0.651 ～ 1.371），但叶绿素a/b值高（4.442 ～ 5.066）。综合判断抗性强的树种主要有日本女贞、海岸卫矛、全缘冬青、海滨木槿、厚叶石斑木、柃木、普陀樟、密花树等，这些树种主要分布在基岩海岸。

海岛树种；生理指标；抗逆性；生境

干旱、盐雾、风害、土壤贫瘠四大自然因素制约着海岛树种自然分布及生长，特别对分布在边缘小岛和面海山坡的树种而言，抑制程度更为明显，树木的生长状况直接与其抗性相关。利用抗逆性强的树种对于提高此类困难立地的植被覆盖率，保持水土意义重大。抗旱性、耐盐雾性等抗性树种的选择可以通过胁迫试验筛选，也可以通过其分布及生境调查进行定性评估，而进行树木抗性的生理指标研究，某种程度上能反应出树种长期适应特定环境所表现出的生理特性，从而为树种选择提供参考。张建锋等[1]对黄河三角洲常见树种和引进的耐盐树种进行了脯氨酸含量、叶片自由水—束缚水含量、相对电导率、叶片和根部部分元素含量等生理指标测定，并在此基础上，分析、讨论了 K+、Ca2+、Mg2+等离子在树木抗性方面的作用。叶倩等[2]选取福建梅花山不同海拔地区57种常绿植物为研究对象，测定计算叶绿素a/b、总叶绿素含量，结果表明，不同海拔的植物叶片总叶绿素含量和叶绿素 a/b值有明显差异，低海拔地区明显高于高海拔地区。对海岛树种开展生理指标的研究未见有报道，为此本文选择自然分布在舟山海岛面海山坡的21种乡土树种，重点进行了脯氨酸含量、叶绿素含量等生理指标测定，分析这些指标与树种抗逆性之间的相关性，以及结合树种自然分布特点，确定评定抗逆性的参数，为抗性树种的选择提供依据。

1 材料与方法

1.1 树种选择

测定树种选择柯（Lithocarpus glaber）、普陀樟（Cinnamomum japonicum var. chenii）、舟山新木姜子（Neolitsea sericea）、厚叶石斑木（Raphiolepis umbellata）、冬青（Ilex chinensis）、铁冬青（I. rotunda）、全缘冬青（I. integra）、钝齿冬青（I. crenata）、海滨木槿（Hibiscus hamabo）、赤楠（Syzygium buxifolium）、滨柃（Eurya emarginata）、柃木（E. japonica）、山茶（Camellia japonica）、杨桐（Adinandra millettii）、海岸卫矛（Euonymus tanakae）、黄连木（Pistacia chinensis）、日本女贞（Ligustrum japonicum）、珊瑚树（Viburnum odoratissimum）、豹皮樟（Litsea coreana var. sinensis）、密花树（Rapanea neriifolia）、罗浮柿（Diospyros morrisiana）21种舟山海岛自然分布的乔灌木，其中乔木树种9种，灌木树种12种，含常绿树种19种，落叶树种2种。

1.2 采样方法

采样地点分别为朱家尖岛、桃花岛和岙山岛的基岩海岸和海边山坡，采样时间在2011年7-8月，叶片取自植株的中上部且成熟度基本一致，每一树种选择5株，每株采集20片，分别装入塑料袋中标记密封，放入冷藏箱中带回。

1.3 指标测定

游离脯氨酸含量采用磺基水杨酸提取茚三酮比色法测定；叶绿素含量采用丙酮-乙醇混合液浸提法。

1.4 数据处理

试验数据采用Excel进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 测试树种分类

根据21种树种的自然分布特性，可分为基岩海岸、海边山坡、丘陵山坡3类生境。

2.1.1 基岩海岸 仅生长在基岩海岸的树种，多为阳性灌木树种，主要见于海边的岩质海岸，个别植株最多可延伸到海边山坡，地势陡峭，岩石裸露，土壤瘠薄，长年受海风海浪飞沫侵袭，台风时直接受海水泼溅，根系多长在岩石缝隙中，如厚叶石斑木、全缘冬青、滨柃、山茶、海岸卫矛、日本女贞、海滨木槿（生长于泥质海岸）等。

2.1.2 海边山坡 分布在海边山坡的树种，主要见于舟山岛以东以南岛屿，如朱家尖岛、桃花岛、普陀山及其它小岛，在舟山岛等大岛中心地带基本不见，常生于林中、林下，长年受海风海雾侵袭，但较生于基岩海岸的树种受侵袭的程度要轻，且有枝叶互相庇护，如普陀樟、舟山新木姜子、豹皮樟、罗浮柿、密花树、钝齿冬青、珊瑚树、杨桐等。

2.1.3 丘陵山坡 生长在大小岛屿丘陵山坡上的树种，这类树种分布广泛，从大岛的中心地带到小岛的面海山坡一般均有分布，生于林中、林下，受恶劣环境影响的程度各异，如柯、冬青、赤楠、柃木、黄连木、铁冬青，生长在海边山坡时其生境同第二种类型。

2.2 生理指标分析

2.2.1 脯氨酸含量分析 脯氨酸作为植物盐分、干旱、冻害、水涝等胁迫反应的一个重要指标，对绝大多数植物而言，随着胁迫程度的加重，脯氨酸含量呈上升趋势，在植物能够忍受的范围内，应是对抗胁迫而采取的一种保护性措施，含量越高，植物体的抗逆能力应越强。但脯氨酸含量所代表的意义极为复杂，单一指标的大小并不能认定树种抗性的强弱，如柯，经测定脯氨酸含量数值大，根据以上理由应该属于抗性强的树种，但与事实不符，至少易受盐害，但脯氨酸含量可以作为植物对胁迫的敏感性指标[3]。因各树种的脯氨酸含量测定值出自不同的5个植株，每一植株生境肯定不可能完全一致，或所处土壤厚薄不一、或经常受海水溅泼、或受其他植株庇荫等，若脯氨酸含量变化幅度大，说明此树种对外界因子变化敏感，通过盐雾、干旱实验已得到验证，变化幅度大的树种往往属于抗逆性相对较低的树种。21种树种不同植株脯氨酸含量测定值见表1。

表1 21种树种不同植株脯氨酸含量测定值及变化幅度Table 1 Proline content of 21 plant species

由于每一树种的生理特性以及抗逆性机制不尽相同，脯氨酸含量所呈现的含义也极为复杂，因此单纯从脯氨酸含量大小难以判断抗性高低。通过含量测定，以及统计各树种的平均值和波动幅度，将脯氨酸含量平均值和波动幅度从小到大各划分为5个区间，其中平均值分别为：小0.413 8 ～ 0.556 4，较小1.097 7 ～ 2.003 2，中2.353 1 ～3.012 4，较大3.066 6 ～ 4.759 1，大5.221 3 ～ 6.462 0；波动幅度分别为：小0.366 2 ～ 0.679 8，较小0.879 7～ 1.113 0，中1.172 9 ～ 1.760 2，较大1.788 3 ～ 2.232 6，大4.991 7 ～ 9.414 9。通过实地调查和胁迫试验，初步可判定树种的抗性与其自然分布关联紧密，为此将21个树种分为8类型，并最终归纳为5个等级抗性（表2）。

由表2可知，抗逆性强的树种包括b、f二种类型，表现为脯氨酸含量的平均值较小，同时波动幅度小，或脯氨酸含量的平均值较大，同时波动幅度相应增大，代表性树种有海岸卫矛、日本女贞、全缘冬青和柃木、普陀樟、海滨木槿、厚叶石斑木，几乎均为生长在基岩海岸（或泥质海岸）的树种。抗逆性较强的树种包括c类型，表现为脯氨酸含量的平均值较小，同时波动幅度也较小，但较b类型波动幅度增大，代表性树种有豹皮樟、滨柃、山茶、密花树等，分布在面海山坡或基岩海岸，生境也较为恶劣。抗逆性一般的树种包括e类型，表现为脯氨酸含量的平均值中，同时波动幅度小，代表性树种有钝齿冬青、赤楠，分布在面海山坡或山顶，其中赤楠分布范围广，而钝齿冬青仅见于桃花对峙山。抗逆性较弱的树种包括g、h二种类型，前者表现为脯氨酸含量的平均值较大，同时波动幅度也较大，代表性树种有舟山新木姜子、赤楠等，抗干旱、耐盐雾性均较差；后者表现为脯氨酸含量的平均值大，但波动幅度不尽相同，代表性树种有黄连木、柯、罗浮柿等，这些树种一般内陆地区均有分布，脯氨酸含量的增大应是适应逆境的生理响应，为了对抗胁迫而采取的一种保护性措施，因外界的胁迫未达到严重的程度，从而使这些树种能够适应该生境，并在抗旱性方面表现出一定的优势，但往往耐盐雾性极差，胁迫一旦超过某一阀值，就容易受到危害，如台风季节强风裹挟着雾化的海水泼溅着面海山坡，导致相应树种枝叶大量枯焦。抗逆性弱的树种包括a、d二种类型，表现为脯氨酸含量的波动幅度大，说明对环境极为敏感，但平均值不尽相同，通常中偏小，这些树种一般内陆地区也有分布，如冬青、铁冬青，或仅生长在林下，如珊瑚树、杨桐等。

表2 基于脯氨酸含量的抗逆性等级划分Table 2 Resistance according to proline content

2.2.2 叶绿素含量分析 叶绿素是植物进行光合作用的色素，叶绿素含量及叶绿素 a/b值在一定程度上受环境条件的影响。光照是影响叶绿素含量和叶绿素 a/b值的重要因素，生长在强光下与弱光下的植物相比，总叶绿素含量偏低[4]，而叶绿素a/b值较高[5]；适应干旱环境的植物种群与不耐旱的种群相比，也有类似情况[2]。表3为相应树种长期适应海边生境的结果，叶绿素含量高低结合叶绿素a/b值分析能基本明确树种抗逆性的强弱。

由表3可知，绝大多数生长在基岩海岸的树种叶绿素含量均较低，而叶绿素 a/b值较高。其中滨柃、日本女贞、厚叶石斑木的叶绿素含量在1 mg/g以下，海岸卫矛、密花树、柃木、赤楠、全缘冬青等在1.0 ～ 1.4 mg/g，这是适应海岛贫瘠土壤、干旱、盐雾以及海边光照等客观条件的综合表现；密花树、日本女贞、海滨木槿、海岸卫矛、全缘冬青、厚叶石斑木这些树种叶绿素含量较低，但大多数树种叶绿素 a/b值则非常高，为4.44 2 ～ 5.06 6，几乎是所有测定树种中最高，表明该生境中的树种通过提高叶绿素a/b值来保证对光能的充分利用，提高转化率，增强体内的代谢活动，因此有助于增强树种的抗逆能力，强化对逆境的抵御，这是海岛特殊的立地条件所决定，为长期适应环境胁迫的结果；其他树种叶绿素含量和 a/b值与抗逆性之间的关系没有明显的规律性，但从某个程度反映出生长在海边的树种叶绿素 a/b值总体上均较高，绝大多数树种均在3～5之间，以及大陆普遍分布的树种若要适应海岛特殊的气候地理条件，叶绿素a/b值会有所提升，如柯、赤楠、黄连木、冬青、青冈等。

表3 21种树种叶绿素含量与叶绿素a/b值Table 3 Chlorophyll content and chlorophyll a/b value in 21 species

3 结论与讨论

（1）树木长期生长在干旱、盐雾、土壤贫瘠等恶劣环境中，其体内生理活动与代谢物质都会发生相应的变化，测定一些与抗性存在不同程度相关性的生理指标，可以了解不同树种适应不良环境的能力。从脯氨酸含量、叶绿素含量测定的结果分析，基本上能反映出不同树种抗性强弱的规律性，如脯氨酸含量的平均值较小，且波动幅度小，或脯氨酸含量的平均值有所增大，波动幅度也同步放大，这类树种抗逆性往往较强，若脯氨酸含量的波动幅度大，通常情况下抗逆性弱。通过叶绿素含量测定，抗逆性强的树种叶绿素含量均较低，但叶绿素a/b值高。

（2）通过脯氨酸含量分析表明，抗逆性强的树种有海岸卫矛、日本女贞、全缘冬青、柃木、普陀樟、海滨木槿、厚叶石斑木等；通过叶绿素含量和叶绿素 a/b值分析，其中密花树、日本女贞、海滨木槿、海岸卫矛、全缘冬青、厚叶石斑木等树种抗逆性强，两者评定结果基本能达到统一，且与树种的生境特殊性密切相关，即多分布在基岩海岸。

（3）在完善现有测试指标的同时，应进一步挖掘与抗逆性关联密切的生理指标，用于抗性树种鉴定，这样获得的结果更加全面、科学。此外在经历极端气候条件后测试相关指标的变化规律，更能客观地反映某个树种抗逆能力，如连续台风或长期干旱无雨前后，测定分析同一植株生理指标的变化规律等。

（4）海岛树种对恶劣生境的响应基本上针对干旱、盐雾和土壤瘠薄，由于各种抗性的生理机制可能不同，因此若需筛选相应的高抗性树种，应进一步通过干旱、盐雾胁迫或肥料调控等试验针对性的选择，结合造林效果，最终评定不同树种抵御逆境的能力。

[1] 张建锋，邢尚军，郗金标，等. 树木耐盐的生理指标测定[J]. 东北林业大学学报，2003，31（6）：90-93.

[2] 叶倩，刘志国，蔡永立，等. 福建梅花山57种常绿树叶片叶绿素特征分析[J]. 亚热带植物科学，2008，37（2）：11-16.

[3] Liu J P，Zhu J K. Proline accumulation and salt-stress induced gene expression in salt hypersensitive mutant of Arabidopsis[J]. Plant Physiol, 1997, 114(2):591-596.

[4] Lichtenthaler H K. Chlorophylls and carotenoids: piments of photosynthetic biomembranes[J]. Methods in Enzymol, 1987（148）：351-383.

[5] 卢存福，贲桂英，韩发，等. 矮嵩草光合作用与环境因素关系的比较研究[J]. 植物生态学报，1995（19）：72-78.

Relationship between Proline and Chlorophyll Content with Tree Resistance

ZHAO Ying，WANG Guo-ming*，WANG Mei-qin，ZHANG Ling，QIU Hai-sheng
（Zhoushan Forestry Institute of Zhejiang, Dinghai 316000, China）

Determination of proline and chlorophyll content in 21 plant species in islands of Zhoushan, Zhejiang province, in order to evaluate drought and soltfog-resistance, etc. of these species. The results showed that tested species with lower proline content(1.0977-1.6231) and small change range(0.3742-0.6798), or higher proline content(3.0666-4.7591) and high change range(1.1729-1.7602) had strong resistance, such as Euonymus tanakae, Ligustrum japonicum, Ilex integra, etc. but species with greater change range (4.9917-9.4149) had weak resistance, like Neolitsea sericea, Syzygium buxifolium, etc. Species with strong resistance had lower chlorophyll content (0.651-1.371), but higher a/b value (4.442-5.066). The determination indicated that strong resistant species were L. japonicum, E. tanakae, I. integra, etc. These species were mainly distributed in rocky coastal area.

species; physiological indicators; resistance; habitat

S718.3

A

1001-3776（2013）05-0035-05

2013-06-17；

2013-08-11

浙江省重大科技专项（2010C12024）

赵颖（1981-），女，辽宁锦州人，工程师，从事林木抗逆性及育种研究；*通讯作者。