水涝胁迫对不同种源青冈栎幼苗叶绿素含量和抗氧化酶活性的影响

廖德志 ，陈家法 ，刘 球 ，，程 勇，，吴际友 ，，陈明皋 ，吴 哲 ，颜家雄

（1.湖南省林业科学院，湖南 长沙 410004；2.湖南富林生物科技有限公司，湖南 长沙 410004；3.攸县黄丰桥国有林场，湖南 攸县 412300 ）

水涝胁迫对不同种源青冈栎幼苗叶绿素含量和抗氧化酶活性的影响

廖德志1，陈家法1，刘 球1，2，程 勇1，2，吴际友1，2，陈明皋1，吴 哲2，颜家雄3

（1.湖南省林业科学院，湖南 长沙 410004；2.湖南富林生物科技有限公司，湖南 长沙 410004；3.攸县黄丰桥国有林场，湖南 攸县 412300 ）

以广西、安徽、湖南3个青冈栎种源1年生幼苗为研究对象，开展其叶绿素含量、 MDA含量及抗氧化酶SOD和POD活性对不同程度水涝胁迫（湿害胁迫和淹水胁迫）的响应研究。结果表明：（1）青冈栎幼苗对湿害胁迫和淹水胁迫响应具有显著差异，且种源之间应对不同处理响应趋势基本一致；在湿害胁迫下3个不同种源青冈栎幼苗的叶绿素含量均呈上升趋势，而在淹水胁迫下均呈现下降趋势；3个种源青冈栎在淹水胁迫下的MDA含量均要显著高于湿害胁迫和对照组；SOD、POD活性在湿害处理和淹水处理都呈上升趋势，淹水处理下3个种源SOD活性均要显著高于湿害处理；POD活性则与SOD相反，湿害处理下湖南和安徽种源的青冈栎POD活性要显著高于淹水处理，广西种源的青冈栎在两种处理下差异不明显。（2）不同种源青冈栎之间对水涝胁迫响应差异显著，综合4项指标其中湖南种源的青冈栎幼苗在抵抗水涝胁迫表现最佳，在湿害胁迫处理下具有最高的叶绿素含量，最高的POD活性，较高的SOD活性，以及在淹水胁迫处理下具有最低的MDA含量。（3）将淹水胁迫下发生变化的生理生化指标进行相关性分析，结果表明不同处理下叶绿素含量与MDA含量在0.01水平上呈极显著负相关，POD活性与MDA含量在0.05水平上呈显著负相关，而SOD活性与POD活性在0.01水平上呈极显著正相关。

青冈栎；种源；淹水胁迫；抗氧化酶；MDA；叶绿素含量；

植物对水涝胁迫的响应包含着极其复杂的生理生化变化。水涝胁迫下，植物通过内部生理代谢的变化适应水涝胁迫，耐涝植物通过自身抗氧化酶活性的增加，有效清除活性氧自由基，减轻其对细胞膜的伤害[1-4]，同时植物叶片中的叶绿素含量，以及MDA-含量都会响应水涝胁迫[5-6]。所以研究植物应对水涝的生理生化响应规律，能为选育耐涝性树种提供可靠的依据。

青冈栎Cyclobalanopsis glance属于壳斗科Fagaceae，为栎属Cyclobalanopsis植物[7-8]，同时也是我国亚热带地区湿润常绿阔叶林中的主要优势树种，是优良的珍贵用材树种与园林观赏树种，具有良好的生态功能和经济价值。目前对青冈栎的研究报告也逐渐增多，但主要集中在青冈栎采种育苗、形态生理等方面。针对青冈栎种源生理方面的研究还比较欠缺，本研究通过分析3个不同种源青冈栎幼苗内部叶绿素含量、过氧化产物及抗氧化酶活性对淹水胁迫的响应,探讨青冈栎对水涝胁迫逆境的生理适应机制，并为青冈栎耐涝性种源选育及人工林水分管理提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

以广西（T1）、安徽（T2）、湖南（T3）3个青冈栎种源1年生幼苗为试验材料，每个种源选择苗高、生长状况一致的植株12盆，共36盆。

1.2 试验设计及处理方法

将试验苗放入遮雨棚中进行试验。采用“双套盆法”，设置3个淹水胁迫处理，即对照(正常浇水) 、湿害胁迫(每天浇水)、淹水处理(水淹没根茎以上3～5 cm），每个处理重复3次。胁迫前取植株中部叶片测各项生理生化指标，以后每20 d测一次，直至试验结束。采样时间为早上8:00—9:00，将所采样品及时放入避光冰袋中带入实验室进行生理生化指标的测定。

1.3 各生理指标的测定方法

叶绿素含量的测定，浸提法；超氧化物歧化酶（SOD）含量的测定，氮蓝四唑法；过氧化物酶活性（POD）含量的测定，采用陈建勋等建立的方法；丙二醛（MDA）含量的测定，采用陈建勋等[10]建立的方法。

1.4 数据分析

使用Excel进行数据的整理和计算；利用SPSS17.0进行方差分析。

2 结果与分析

2.1 淹水胁迫对青冈栎幼苗叶片叶绿素含量的影响

图1表示湿害胁迫和淹水胁迫下不同种源青冈栎幼苗的叶绿素的变化情况。在正常条件下不同种源青冈栎幼苗的叶绿素含量基本呈现先减小后增大的趋势，但是变化幅度不明显，相对较稳定，结果见图1a、图1b。

在淹水胁迫下，不同种源青冈栎幼苗叶绿素含量呈现下降趋势。在试验结束时与试验开始相比分别下降了48.10%、15.59%和38.98%，下降幅度最大的为来自广西的青冈栎幼苗，而幅度最小的为安徽的青冈幼苗。

将湿害胁迫与淹水胁迫进行对比，结果如图1c所示。在试验20 d后不同种源青冈栎幼苗淹水胁迫下叶绿素含量均低于湿害处理，淹水处理是湿害处理叶绿素含量的47.76%、78.95%和52.63%。对进行淹水试验不同种源青冈栎幼苗的叶绿素含量进行方差分析，其结果显示，3个种源青冈栎幼苗之间差异性不显著，不同处理方式之间差异较显著（p＜0.05）。淹水试验的结果显示，不同种源青冈栎幼苗叶绿素含量均降低，这可能是由于叶片的结构在淹水处理时受到损伤，导致叶绿素含量下降。但湿害处理会使得不同种源青冈栎幼苗叶绿素含量有所增加，这是植物对淹水胁迫产生的一定的抗涝性，与Yey所得到的结果相一致[11]。

2.2 淹水胁迫对青冈栎幼苗叶片MDA含量变化

通常植物体受损伤程度会用MDA来衡量，它是衡量受损程度重要的指标之一，因为它是植物体在涝害过程中膜脂过氧化的产物[12-16]。同时MDA的含量也与植物体细胞膜的透性呈正相关，细胞膜的稳定性是植物细胞执行正常生理功能的保证，通常利用其表示细胞膜脂过氧化程度及植物对逆境条件反应的强度[17]。

图1 不同处理下青冈栎种源幼苗的叶绿素含量变化Fig.1 Changes of chlorophyll content of Cyclobalanopsis glauca seedlings under different treatments

图2反映的是3个不同种源的青冈栎在湿害和淹水的胁迫下MDA的变化情况。如图2a和2b显示：正常浇水的对照组DT1、DT2、DT3的MDA含量较稳定；在湿害处理下，不同种源青冈栎的MDA含量随着试验天数的增加呈增长趋势，且增长幅度差异显著，在试验结束后，HT1、HT2和HT3的MDA含量分别为28.431、30.175和44.640 μmol/g，与试验前相比，分别增加了2.434倍、3.425倍和9.605倍。在淹水胁迫处理下，随着试验天数的增加，不同种源青冈栎幼苗MDA含量呈现增长趋势，在试验结束时，MDA含量分别为 46.089、73.521和 29.010 μmol/g，与试验前相比分别增加了231.31%、628.78%和466.38%，增长幅度最大的为来自安徽的青冈栎幼苗，而MDA含量最小的为来自湖南的青冈栎幼苗。

2.3 淹水胁迫对青冈栎幼苗叶片SOD和POD活性的影响

图3为不同种源青冈栎幼苗在湿害和淹水胁迫下SOD活性变化。在对照组青冈栎幼苗中，SOD的活性较为稳定。如图3a所示，通过湿害胁迫处理，3个种源青冈栎幼苗的SOD活性随着试验天数的增加呈增长趋势，数值均显著大于对照组，前期增幅较大，明显大于后期增幅。另外广西和湖南种源的青冈栎幼苗SOD活性要显著大于安徽种源。

如图3b所示，在淹水胁迫处理下，随着试验天数的增加，不同种源青冈栎幼苗SOD活性呈现增长趋势，在试验结束时，与试验开始相比分别增加了131.29%、320.51%和322.74%。试验前期，两种处理方式SOD活性大小相近，当发生不同程度的淹水胁迫时，SOD活性均有所升高，且淹水处理的SOD活性均高于湿害处理，结果如图3c所示。

进行方差分析可知，在湿害处理中，广西和湖南种源的青冈栎幼苗SOD活性要显著大于安徽种源（P＜0.05）。但在淹水胁迫处理中3个不同种源青冈栎幼苗的SOD活性无明显差异。

图2 不同处理下青冈栎种源幼苗的MDA含量变化Fig.2 Changes of MDA content in seedlings of Quercus glauca seedlings under different treatments

图3 不同处理下青冈栎种源幼苗的SOD活性变化Fig.3 Changes of SOD activity of Cyclobalanopsis glauca seedlings under different treatments

图4为不同处理下青冈栎幼苗的POD活性变化情况，3个不同种源的对照组POD活性比较稳定。如图4a所示，在湿害胁迫处理下HT1、HT3青冈栎幼苗POD活性随着试验天数的增加呈增长趋势，而HT2变化不明显。图4b显示，在淹水胁迫处理下YT1、YT2、YT3的POD活性随着试验时间增长也呈增加趋势。图4c为3个不同种源的青冈栎湿害和淹水胁迫下POD活性变化，比较得知3个种源的青冈栎幼苗在湿害处理下POD活性在相同的试验时间中均要高于淹水处理，其中通过方差分析得知湖南种源的青冈栎幼苗在湿害和淹水胁迫处理中POD活性变化差异达到极显著的水平（P＜0.01）。

图4 不同处理下青冈栎幼苗的POD活性变化Fig.4 Changes of POD activity of Cyclobalanopsis glauca seedlings under different treatments

2.4 淹水胁迫下青冈栎幼苗叶片生理生化指标的相关性分析

将淹水胁迫下发生变化的生理生化指标进行相关性分析，结果如表1所示。由表1可知，叶绿素含量与MDA含量在0.01水平上呈极显著负相关，POD活性与MDA含量在0.05水平上呈显著负相关，而SOD活性与POD活性在0.01水平上呈极显著正相关。这与汤玉喜等[18]在研究淹水胁迫对美洲黑杨无性系保护酶系统的影响所得到的结果相反，这可能是因为不同植物抗涝响应方式表现不同。

3 结 论

(1)在湿害处理下3个不同种源的青冈栎叶绿素含量均呈成增加趋势，增幅表现为湖南＞广西＞安徽。而在淹水胁迫处理下，不同种源青冈栎幼苗叶绿素含量均降低，并且在试验结束时普遍要小于对照组和湿害处理组，减幅表现为广西＜湖南＜安徽。2种处理下不同种源青冈栎幼苗之间差异不明显，但不同处理之间差异显著（P＜0.05）。

表1 不同种源青冈栎幼苗的4项生理生化指标相关性分析†Table 1 Correlation analysis of four physiological and biochemical indexes of Cyclobalanopsis glauca seedlings from different provenances

(2)植物叶片中MDA的含量一定程度上反映了植物受伤害的程度。在水涝胁迫下，3个不同种源的青冈栎幼苗MDA含量均呈增加趋势，且在淹水处理下MDA含量均要显著高于湿害处理。同时3个不同种源的青冈栎幼苗之间也存在显著（P＜0.05）差异，淹水处理下不同种源的青冈栎MDA含量表现为安徽＞广西＞湖南。

(3)在湿害和淹水胁迫处理下，不同种源间SOD活性变化差异均不显著，湖南种源的青冈栎幼苗在湿害和淹水胁迫处理中POD活性变化差异达到极显著的水平（P＜0.01）。

(4)综合以上4项生理参数得知，湖南种源的青冈栎幼苗在抵抗水涝胁迫表现最佳，在湿害胁迫处理下具有最高的叶绿素含量，最高的POD含量，较高的SOD含量，淹水胁迫处理下具有最低的MDA含量。这也与4项生理生化指标相关性分析一致，叶绿素含量与MDA含量、POD活性与MDA含量均存在负相关关系，而SOD活性与POD活性存在正相关关系。

4 讨 论

叶绿素作为植物体光合作用的基础物质，其含量的高低直接反映了植物的生长状态和光合能力的高低，大量研究表明逆境胁迫会不同程度的降低植物体叶片中叶绿素的含量，本实验结果表明在高强度的水涝胁迫下青冈栎幼苗叶片叶绿素含量均下降的非常明显，这与李娟娟等[5]对丁香的研究一致，但在强度较低的湿害胁迫下反而使得叶片中叶绿素量呈现增长趋势，这可能与植物体自身的抗逆性应急反应有关，这也许能够反映植物体抗涝性的强弱。

丙二醛（MAD）是逆境胁迫下产生的细胞毒性物质，它是衡量受损程度重要的指标之一，淹水胁迫下3个种源的青冈栎MAD的含量均呈上升趋势，且随胁迫时间的增长而加快，这表明其体内活性氧的产生与清除的动态平衡被打破，这与汤玉喜等[18]对美洲黑杨的研究一致；另外3个种源之间MAD增长变化幅度差异明显，这也可能与青冈栎抗涝性相关，可以作为批判不同材料耐涝性强弱的依据。

本研究通过设置不同程度的水涝胁迫处理，对3个种源青冈栎的叶片进行了水分生理生化指标特征的研究。为了更全面地了解水分胁迫对青冈栎生长的影响，建议下一步继续做胁迫恢复后的生长研究。

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[本文编校：谢荣秀]

Response of water-logging stress on cholorophyll content and anti-oxydant enzyme of Cyclobalanopsis glauca seedling provenances clone

LIAO Dezhi1, CHEN Jiafa1, LIU Qiu1,2, CHENG Yong1,2, WU Jiyou1,2, CHEN Minghao1, WU Zhe2, Yan Jiaxiong3
(1. Hunan Academy of Forestry, Changsha 410004, Hunan, China; 2. Fulin Biotechnology Co., Ltd, Changsha 410004, Hunan,China; 3. Huangfengqiao State Forest Farm of Youxian , Youxian 412300, Hunan, China)

A comparative study was conducted of one-year-oldCyclobalanopsis glaucaseedling from Guangxi, Anhui, Hunan 3 different provenances and the response of their inner physiological characters to wet damage stress and flooding stress.The result show as follow: (1)All provenancesCyclobalanopsis glaucashow significant responses difference to water-logging stress (wet damage treatment and flooding treatment); with the aggravation of wet damage stress the chlorophyll content constantly increased, but it decrease with flooding stress; Under flooding stress treatment the content of MDA are much higher than wet damage stress treatment which is the same with 3 provenancesCyclobalanopsis glauca, and the difference become more and more significant with the increase of the test days;While SOD activity and POD activity are increased under the 2 stress treatment,but the growth rate was difference; Under the flooding stress treatment the SOD activity of 3 provenancesCyclobalanopsis glaucaseedling are all much higher than the wet damage stress treatment, while it adverse to POD activity; under the wet damage stress treatment the POD activity of Hunan and Anhui provenancesCyclobalanopsis glaucaseedling are much higher than the flooding stress treatment,but the Guangxi provenancesCyclobalanopsis glaucadidn’t show significant difference. (2) The result also show significant responses difference among 3 provenancesCyclobalanopsis glaucaseedling to water-logging stress, Hunan provenancesCyclobalanopsis glaucaseedling is the optimum seedling in water-logging resistance, it has optimum SOD and POD activity ,optimum chlorophyll content in the wet damage stress treatment, while it has the minimum content of MDA in the flooding stress treatment. (3) The correlation analysis of four physiological and biochemical indexes ofCyclobalanopsis glaucaseedlings from different provenances show that there was a significant negative correlation between chlorophyll content and MDA content at 0.01 level,while also show significant negative correlation between POD activity and MDA content at 0.05 level. The SOD activity and POD activity are significantly correlated at 0.01 level.

Cyclobalanopsis glaucaseedling; provenances; anti-oxydant enzyme; MDA; cholorophyll content

S718.43

A

1673-923X(2017)09-0001-06

10.14067/j.cnki.1673-923x.2017.09.001

2017-06-08

林业公益性行业科研专项“闽楠、青冈栎次生林提质增量技术研究与示范”（201504301）

廖德志，副研究员

陈家法，高级工程师；E-mail：cjf9696@163.com

廖德志，陈家法，刘 球，等. 水涝胁迫对不同种源青冈栎幼苗叶绿素含量和抗氧化酶活性的影响[J].中南林业科技大学学报，2017, 37(9): 1-6.