干旱胁迫对福建柏不同无性系的生理特性影响*

余孟杨

（福建省清流国有林场，福建清流365300）

福建柏（Fokienia Hodginsii）为柏科福建柏属，又名滇柏、建柏，为我国特有树种，也是我国二级保护珍稀树种[1]。福建柏属于常绿乔木，适宜生长区气候以温暖湿润为主，环境以阴湿多雾为主，主要分布在福建、江西、广东、广西、湖南等亚热带省区，尤以福建中部分布最多[2]。其木材质地坚硬，文理精细优美，可广泛用于家具制造、房屋、桥梁建造以及木雕工艺品等领域。福建省为多山地区，部分山区土壤瘠薄，保水能力较差，山上植被因长期受到干旱缺水的影响而普遍生长较差，因此，选育适合当地发展的林木抗旱品种有着重要的研究意义。当干旱胁迫环境时，植物会调整体内生理代谢改变组织结构和代谢物，来减缓其对植物的压力，从而维持植物正常的生命活动，本文通过分析干旱胁迫条件下，福建柏生理特性的变化规律，从而为福建柏的抗旱品种的选育做一些理论上的探讨和准备。

1 材料和方法

1.1 试验材料

试验材料为从福建省大田梅林国有林场的福建柏无性系测定林中选出的15 个优良无性系（1号；14号；15号；16号；23号；24号；32号；37号；38号；41号；83号；84号；87号；95号；103号）。2010年9月，分别对这15 个无性系进行穗条采集，并在福建省大田国有林场苗圃地进行扦插无性繁殖，经过16 个月的圃地育苗，2012年1月，将培育出的15 个无性系的扦插苗出圃并转运至福建省林业科学研究院进行盆栽，盆栽在自然条件下进行，通过7 个月的盆栽恢复培育，各无性系的幼苗生长良好，达到了干旱胁迫试验的材料要求，2012年8月，每个无性系选取长势一致的15 个单株进行干旱胁迫试验。

1.2 试验方法

干旱胁迫试验在福建省林业科学研究院温室内进行，2012年8月上旬开始，对福建柏各无性系进行干旱胁迫处理，在干旱胁迫之前将各无性系浇透水，从胁迫第1d 开始不再进行浇水，一直到试验结束。计划共胁迫36d，其中，每隔6d 取植株中部叶片进行各生理指标测定。在干旱胁迫结束以后，通过调查各无性系死亡率，以及观察各无性系的生长状况，如叶片和叶脉颜色、叶片脱落情况等，对各无性系按照干旱胁迫的伤害程度（重、中、轻）进行分类，分类衡量指标以植株死亡率为主，将死亡率高于70%的无性系认定为重度伤害无性系，死亡率介于30 ～70%之间的无性系认定为中度伤害的无性系，死亡率低于30%的无性系认定为轻度伤害的无性系。按照干旱胁迫的伤害程度（重、中、轻）的分类，分别对不同伤害程度（重、中、轻）无性系的各个生理指标动态变化进行综合归类分析（数据取同类不同无性系平均值），以发现其各自规律性。丙二醛（MDA）、可溶性糖、脯氨酸、过氧化氢酶（CAT）的测定参照张志安[3]等人的方法，超氧化物歧化酶（SOD）的测定参照张志良[4]等人的方法。

2 结果与分析

2.1 不同胁迫伤害程度无性系叶片丙二醛（MDA）的变化

经过36d 的干旱胁迫处理后，通过对15 个无性系福建柏生长状况的调查，不同无性系之间表现出不同的伤害程度（详见表1）。不同无性系以伤害程度的轻重可以分为重度、中度和轻度伤害3 类。从图1 可以看出，重度伤害的无性系叶片MDA 随着胁迫天数的增加呈现出“逐渐升高—下降”的变化趋势，其在胁迫第30d 时达到最高值，为2.02μmol·L-1，是胁迫前（图中0d 值）的2.28 倍，升高幅度最大，但在第36d 时MDA 的值有所下降。中度伤害的无性系叶片MDA 随着胁迫天数的增加同样呈现出“逐渐升高—下降”的变化趋势，其在胁迫第30d 时达到最高值，为1.76μmol·L-1，是胁迫前的1.74 倍，升高幅度次于伤害程度重的无性系，而在第36d 时MDA 的值同样有所下降。轻度伤害的无性系叶片MDA 随着胁迫天数的增加呈现出“逐渐升高”的变化趋势，其在胁迫第36d 时达到最高值，为1.47μmol·L-1，是胁迫前的1.61 倍，升高幅度最小。

表1 干旱胁迫（36d）对不同无性系伤害程度表

图1 不同胁迫伤害程度无性系叶片丙二醛（MDA）的变化

2.2 不同胁迫伤害程度无性系叶片可溶性糖的变化

由图2 可以看出，轻度伤害的无性系叶片可溶性糖随着胁迫天数的增加呈现出“逐渐升高”的变化趋势，其在胁迫第36d 时达到最高值，为0.99%，是胁迫前（图中0d 值）的1.59 倍，升高幅度最大。中度伤害的无性系叶片可溶性糖随着胁迫天数的增加同样呈现出“逐渐升高—下降”的变化趋势，其在胁迫第30d 时达到最高值，为0.89%，是胁迫前的1.53 倍，升高幅度次于伤害程度轻的无性系，但在第36d 时可溶性糖的值有所下降。重度伤害的无性系叶片可溶性糖随着胁迫天数的增加呈现出“逐渐升高- 下降”的变化趋势，其在胁迫第24d 时达到最高值，为0.54%，是胁迫前的1.42 倍，升高幅度最小，在此之后，其可溶性糖的值也有所下降。

图2 不同胁迫伤害程度无性系叶片可溶性糖的变化

2.3 不同胁迫伤害程度无性系叶片脯氨酸的变化

由图3 可以看出，轻度伤害的无性系叶片脯氨酸随着胁迫天数的增加呈现出“逐渐升高”的变化趋势，其在胁迫第36d 时达到最高值，为120.94μg·g-1，是胁迫前（图中0d 值）的2.87 倍，升高幅度最大。中度伤害的无性系叶片脯氨酸随着胁迫天数的增加同样呈现出“逐渐升高- 下降”的变化趋势，其在胁迫第30d 时达到最高值，为100.48μg·g-1，是胁迫前的2.1 倍，升高幅度次于伤害程度轻的无性系，但在第36d 时脯氨酸的值有所下降。重度伤害的无性系叶片脯氨酸随着胁迫天数的增加呈现出“升高—下降”的变化趋势，其在胁迫第24d 时达到最高值，为87.58μg·g-1，是胁迫前的1.89 倍，升高幅度最小，在此之后，其脯氨酸的值也有一定程度的下降。

图3 不同胁迫伤害程度无性系叶片脯氨酸的变化

2.4 不同胁迫伤害程度无性系叶片过氧化氢酶（CAT）的变化

由图4 可以看出，轻度伤害的无性系叶片过氧化氢酶（CAT）随着胁迫天数的增加呈现出“逐渐升高”的变化趋势，其在胁迫第36d 时达到最高值，为224.50 U·g-1·min-1，是胁迫前（图中0d 值）的1.56 倍，升高幅度最大。中度伤害的无性系叶片过氧化氢酶（CAT）随着胁迫天数的增加同样呈现出“逐渐升高- 下降”的变化趋势，其在胁迫第24 天时达到最高值，为203.33 U·g-1·min-1，是胁迫前的1.44 倍，升高幅度次于伤害程度轻的无性系，但在此之后，其过氧化氢酶（CAT）的值有一定程度的下降。重度伤害的无性系叶片过氧化氢酶（CAT）随着胁迫天数的增加呈现出“逐渐升高—下降”的变化趋势，其在胁迫第18 天时达到最高值，为178.38 U·g-1·min-1，是胁迫前的1.31倍，升高幅度最小，在此之后，其过氧化氢酶（CAT）的值也有一定程度的下降。

图4 不同胁迫伤害程度无性系叶片过氧化氢酶（CAT）的变化

2.5 不同胁迫伤害程度无性系叶片超氧化物歧化酶（SOD）的变化

由图5 可以看出，轻度伤害的无性系叶片超氧化物歧化酶（SOD）随着胁迫天数的增加呈现出“逐渐升高”的变化趋势，其在胁迫第36d 时达到最高值，为120.44 U·g-1，是胁迫前（图中0d 值）的2.58 倍，升高幅度最大。中度伤害的无性系叶片超氧化物歧化酶（SOD）随着胁迫天数的增加同样呈现出“逐渐升高—下降”的变化趋势，其在胁迫第24d 时达到最高值，为104.57 U·g-1，是胁迫前的1.85 倍，升高幅度次于伤害程度轻的无性系，但在此之后，其超氧化物歧化酶（SOD）的值有一定程度的下降。重度伤害的无性系叶片超氧化物歧化酶（SOD）随着胁迫天数的增加呈现出“逐渐升高—下降”的变化趋势，其在胁迫第18d 时达到最高值，为90.89 U·g-1，是胁迫前的1.61倍，升高幅度最小，在此之后，其超氧化物歧化酶（SOD）的值也有一定程度的下降。

图5 不同胁迫伤害程度无性系叶片超氧化物歧化酶（SOD）的变化

3 结论与讨论

通过36d 的干旱胁迫处理，不同无性系福建柏之间表现出不同的伤害程度，分为重度、中度和轻度伤害3类。在严重胁迫条件下，植物细胞中会积累较多的活性氧，这就导致了脂质过氧化物以及一些小分子的降解产物的产生，它们有着强氧化性，在这些产物中以丙二醛含量的增多最为明显[5]。所以丙二醛的含量被作为体现植物膜受伤害程度的一个重要的参数[6]。一方面，从MDA 的变化趋势来看，在干旱胁迫的初期和中期，不同胁迫伤害程度的无性系叶片MDA 随着胁迫天数的增加均呈现出“逐渐升高”的变化趋势，说明各无性系叶片的细胞膜均受到了膜脂过氧化作用的伤害，并随着干旱胁迫时间的延长其伤害作用在不断加大，而在干旱胁迫末期，轻度伤害的无性系叶片MDA 继续“升高”，而重度伤害和中度伤害的无性系却出现了“下降”，这可能是由于叶片干枯，生理机能丧失，部分MDA 已经分解或转移的缘故。另一方面，从MDA 升高的幅度来看，重度伤害的无性系叶片MDA 升高幅度最大，中度伤害的升高幅度次之，轻度伤害的最小，这说明重度伤害的无性系其叶片细胞膜受到的膜脂过氧化作用也较大，轻度伤害的无性系其叶片细胞膜受到的膜脂过氧化作用也较小，因此不同无性系受到的膜脂过氧化作用的程度也不同，这可能是导致不同无性系之间出现了不同的伤害程度的原因之一。

植物在逆境胁迫条件下，渗透调节物质中产生的量最大的是可溶性糖和游离脯氨酸[7]。植物可溶性糖含量的高低在一定程度上决定了植物的抗旱水平的高低，脯氨酸对阻止细胞内水分的过量散失以及保持细胞膜完整性有着较为重要的作用[8]。本试验中，首先，从可溶性糖和脯氨酸的变化趋势来看，在干旱胁迫的初期和中期，不同胁迫伤害程度的无性系叶片可溶性糖和脯氨酸随着胁迫天数的增加均呈现出“逐渐升高”的变化趋势，说明各无性系叶片的均具有一定的渗透调节能力，并随着干旱胁迫时间的延长其渗透调节的作用在不断加大，而在干旱胁迫末期，轻度伤害的无性系叶片可溶性糖和脯氨酸继续“升高”，而重度伤害和中度伤害的无性系却出现了“下降”，这一方面可能是由于在干旱胁迫的末期，渗透调节物质的积累超过了植物的耐受极限，从而受到了抑制，另一方面可能是由于叶片干枯，生理机能丧失，部分可溶性糖和脯氨酸已经分解或转移的缘故。其次，从可溶性糖和脯氨酸升高的幅度来看，轻度伤害的无性系叶片可溶性糖和脯氨酸升高幅度最大，中度伤害的升高幅度次之，重度伤害的最小，从此我们可以判断，轻度伤害的无性系其叶片渗透调节作用也较大，重度伤害的无性系其叶片渗透调节作用也较小，因此不同无性系其叶片的渗透调节作用程度也不同，这也可能是导致不同无性系之间出现了不同的伤害程度的原因之一。

过氧化氢酶可以和超氧化物歧化酶共同作用去除植物体内的过氧化氢，从而使植物的细胞膜系统免遭伤害[9-10]。超氧化物歧化酶活性同样也是体现植物的抗旱性一个重要指标[11]。本试验中，首先，从CAT 和SOD 的变化趋势来看，在干旱胁迫的初期和中期，不同胁迫伤害程度的无性系叶片CAT 和SOD 随着胁迫天数的增加均呈现出“逐渐升高”的变化趋势，说明各无性系叶片的均具有一定的酶保护调节能力，并随着干旱胁迫时间的延长其酶保护调节的作用在不断加大，而在干旱胁迫末期，轻度伤害的无性系叶片CAT 和SOD 继续“升高”，而重度伤害和中度伤害的无性系却出现了“下降”，这一方面可能是由于在干旱胁迫的末期，保护酶活性超过了植物的耐受极限，从而其活性受到了抑制，另一方面可能是由于叶片干枯，生理机能丧失，部分CAT 和SOD 已经分解或转移的缘故。其次，从CAT 和SOD 升高的幅度来看，轻度伤害的无性系叶片CAT 和SOD升高幅度最大，中度伤害的升高幅度次之，重度伤害的最小，从此我们可以判断，轻度伤害的无性系其叶片酶保护调节作用也较大，重度伤害的无性系其叶片酶保护调节作用也较小，因此不同无性系其叶片的酶保护调节作用程度也不同，不同无性系之间出现了不同的伤害程度也可能与此有一定的关系。

致谢：感谢福建省森林培育与林产品加工利用重点实验室肖祥希、何文广、高楠的大力支持！