全 文 ： 林业科技开发 2008年第 22卷第 6期 51
尾叶桉 、邓恩桉幼苗对低温胁迫的光合生理响应
刘建 1, 2 ,黄宏富3 ,朱光泰 3 ,周坚2 ,叶露 1 ,项东云1＊
(1.广西林业科学研究院中南速生材繁育重点实验室 ,南宁 530001;
2.南京林业大学森林资源环境学院;3.广西壮族自治区隆林各族自治县林业局)
摘 要:以人工低温处理尾叶桉和邓恩桉幼苗 ,研究其对两种桉树的光合生理特性的影响。结果表明:低温处理
后两种桉树叶绿素含量下降 、SOD活性上升 、MDA含量增加 , 光合特性参数 Pn、Gs和 Tr下降 , Ls值上升 , 而 Ci则先
上升后下降。进一步的分析表明 ,在持续低温胁迫的初始阶段 , 导致两种桉树 Pn的降低的主要因素为非气孔因
素 ,而随着低温处理持续时间延长至 48h时 , 气孔限制因素也逐渐成为 Pn的降低的主要因素之一。低温处理对两
种桉树的影响程度有较为明显的差异 ,对尾叶桉的影响明显要大于对邓恩桉的影响。
关键词:低温胁迫;光合特性;尾叶桉;邓恩桉
PhotosyntheticandPhysiologicalResponsesofEucalyptusurophylaandE.dunnitoLowTemperature
Streses∥LIUJian, HUANGHong-fu, ZHUGuang-tai, ZHOUJian, YELu, XIANGDong-yun
Abstract:PhotosyntheticandphysiologicalresponsesofE.urophyllaandE.dunniiseedlingstolowtemperaturestresses
weremeasuredinthispaper.Theresultsshowedthatnetphotosyntheticrate(Pn), Stomatalconductance(Gs), transpira-
tionrate(Tr)andthecontentofchlorophylofE.urophylaandE.dunniseedlingleavesdecreasedbylowtemperature
treatmentsbutstomatalimitation(Ls)andthecontentofSODandMDAincreased.TheintercelularCO2 concentration
(Ci)increasedfirstandthendecreased.ThedecreaseofPnwasmostlycausedbynon-stomatalfactorsatthebeginningof
low-temperaturestresses, subsequentlybystomatalfactorsandnon-stomatalfactorssimultaneity.Photosyntheticandphysio-
logicalresponsesofE.urophylaandE.dunnitolowtemperaturestresshadobviousdifferences, andE.dunnihadan
greatertolerancetolow-temperaturestressesthanE.urophylla.
Keywords:Lowtemperaturestress;Photosyntheticcharacteristic;Eucalyptusurophyla;Eucalyptusdunni
Firstauthor saddress:KeyLaboratoryofFast-GrowingTreeBreedingandCultivationinCentralSouthChina, Guangxi
ForestryResearchInstitute, 530001 Nanning, China
收稿日期:2008-07-02 修回日期:2008-09-08
基金项目:国家林业局 948项目 “邓恩桉遗传改良及其杂交育种技术
引进 ”(编号:2006-4-66);广西科学研究与技术开发计划项目 “耐寒
桉新品种邓恩桉遗传改良技术研究与示范 ”(编号:桂科基 0639023)。
第一作者简介:刘建(1978-),男 ,工程师 ,博士 ,主要从事桉树遗传改
良和栽培生理生态研究。通讯作者:项东云 ,男 ,教授级高工。 E-mail:
xianggfri@gx163.net
华南地区是我国桉树种植的主要区域 ,在该区域
的北缘常会受到低温的侵袭 ,使桉树发生严重伤害 ,
甚至大面积死亡 。同时 ,在将桉树北移推广时 ,低温
冻害也是桉树扩大栽培与速生丰产的主要限制因子 。
已有一些研究者对耐寒桉引种驯化以及桉树低温胁
迫的生理生化响应进行了一些研究 [ 1 ～ 3] ,但对低温胁
迫下桉树的光合生理生态变化却少有涉及。本研究
以尾叶桉(Eucalyptusurophyla)和邓恩桉(Eucalyptus
dunni)为材料 ,主要从光合生理特性方面来探讨两
种桉树对低温的响应 ,试图分析桉树对低温的响应及
适应机制 ,为改进桉树栽培技术 ,预防低温侵害提供
理论依据 ,也为低温对植物光合作用影响的标准模式
建立积累基础数据。
1 材料与方法
1.1 实验材料及实验设计
实验材料为尾叶桉(种子来源于广东)和邓恩桉
(种源号 20833)4个月的实生苗 ,苗高 40 ～ 50cm。
选取大小一致 、长势良好的两种桉树幼苗置于人
工气候箱(武汉瑞华仪器有限公司生产)中处理 ,先
于 22℃/15℃(昼 /夜)适应培养 3d,每天光照 12h,
光强为 180μmol/(m2·s),然后以 3℃/h降温至(0±
0.5)℃进行低温胁迫处理 ,每天光照 12h,光强为
30μmol/(m2·s),分别处理 12h、24h、48h取成熟功
能叶片用于实验测定。
1.2 测定方法
叶绿素的测定参照植物生理生化实验技术与原
理 [ 4] ,超氧化物歧化酶活性的测定和 MDA含量测定
参照郝再彬 [ 5]的方法进行 。
光合参数测定采用 Li-6400便携式光合作用系
统(LI-COR, Lincoln, Nebraska, USA)于每天 9:30 ～
12:00进行。测定前先将处理后的实验材料置于人
工培养室(20±2℃)恢复 2h,然后选取植株的成熟功
应用研究
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能叶片为测定材料(从顶部往下数第 4叶位左右 , ),
每株小苗 1 ～ 2片叶片 ,如果叶片意外损坏则取临近
叶片代替。待测的叶片在饱和光强下诱导 30min后
测定其净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、胞间 CO2
浓度(Ci)、蒸腾速率(Tr)等。测定条件:叶室温度控
制在 20 ～ 25℃,光强为 1 500μmol/(m2·s), CO2浓度
为 400μmol/mol。气孔限制值(Ls)以 1-Ci/Ca表示
(Ca为环境二氧化碳浓度),叶片光合水分利用效率
(WUE)以 Pn/Tr比值表示。
所有指标测定均重复 3 ～ 6次 ,数据统计分析采
用 SPSS10.0进行。
2 结果与分析
2.1 低温胁迫对两种桉树幼苗叶绿素含量的影响
从图 1的 A、B、C和 D我们可以看出 ,两种桉树
幼苗叶片叶绿素含量出现了明显的差异。低温胁迫
使尾叶桉叶片叶绿素含量持续下降 ,低温处理 12h、
24h、48h后 ,尾叶桉总叶绿素含量分别下降了 2%、
8%和 25%。而邓恩桉的总叶绿素含量则在低温处
理的 12h和 24h时略有上升 ,在处理 48h时才出现
下降而略低于对照。在叶绿素 a和叶绿素 b中也呈
现类似的规律 ,其下降的程度尾叶桉明显高于邓恩
桉 。说明持续低温胁迫处理下 ,邓恩桉叶片中叶绿素
比尾叶桉更稳定。两种桉树的叶绿素 a/b略有差异 ,
尾叶桉的叶绿素 a/b在胁迫过程中呈上升趋势 ,邓恩
桉的叶绿素 a/b在胁迫过程中表现为略有下降 ,但其
变化均未达到差异显著的水平。
2.2 低温胁迫对 SOD活性和 MDA含量的影响
图 1E和 F分别表示持续低温胁迫下尾叶桉和
邓恩桉 SOD活性和 MDA含量的动态变化 。从图上
可以看出 ,经过连续的低温胁迫后 ,尾叶桉和邓恩桉
植株的 SOD活性的变化规律有比较明显的差异 。尾
叶桉叶片的 SOD活性在低温胁迫的 12h和 24h出
现上升 ,至48h时开始出现下降;邓恩桉叶片 SOD酶
活性在整个低温处理过程中均出现持续的上升 ,在胁
迫的 48h,其 SOD活性比对照增加了 31.6%。方差
分析表明 ,两种桉树幼苗的 SOD酶活性变化均达到
了显著水平 ,而且无论是总体 SOD活性还是增加量 ,
邓恩桉要明显高于尾叶桉。
A.叶绿素 a B.叶绿素 b C.叶绿素 D.叶绿素 a/b E.SODF.MDA
(图中的小写字母表示同一树种各参数在不同处理时间后数据差异显著性 P<0.05)
图 1 低温胁迫对两种桉树叶绿素 、SOD、MDA的影响
与对照相比 ,低温胁迫使两种桉树幼苗叶片
MDA的含量增加。随着低温胁迫时间的延长 ,叶片
细胞中 MDA含量逐渐升高 ,表明低温胁迫使叶片细
胞膜脂过氧化加剧。尽管低温胁迫对两种桉树幼苗
叶片细胞内 MDA含量的影响结果相同 , 但 MDA含
量的变化则存在明显的差异 。尾叶桉随着胁迫时间
的延长 , MDA含量呈现显著的上升 ,而邓恩桉在胁迫
的 12h和 24h略有上升 ,继续持续到 48h, MDA含
量与胁迫 24h时并没有明显的变化 ,说明在邓恩桉
叶片中可能存在一些因素防止细胞膜脂过氧化 ,其叶
片中 SOD酶活性较高可能就是其中之一 。
2.3 低温胁迫对气体交换参数的影响
低温处理对尾叶桉和邓恩桉叶片光合特性各参
数的影响见图 2。从图 2可以看出 ,在持续低温胁迫
下 ,两种桉树幼苗叶片的 Pn、Gs和 Tr均呈比较明显
的下降趋势。在胁迫处理后 12h,尾叶桉和邓恩桉的
应用研究
林业科技开发 2008年第 22卷第 6期 53
Pn分别下降了 19.2%和 13.1%;Gs分别下降了
45.4%和 35%;Tr分别下降了 29%和 23.9%。随着
胁迫时间的延长 , Pn、Gs和 Tr继续下降 。低温处理
48h后 ,尾叶桉和邓恩桉的 Pn分别下降了 76%和
65.1%;Gs分别下降了 89%和 65%;Tr分别下降了
78%和 65.2%。低温胁迫处理下的 Ls则与 Pn、Gs和
Tr的变化趋势相反 ,呈上升的趋势 ,其中尾叶桉的 Ci
值的上升趋势比邓恩桉的要明显 。两种桉树的 Ci均
是先出现上升 ,至胁迫 24h时达到最高 ,随后至 48h
时出现下降。 WUE在两种桉树幼苗中均呈现出先上
升然后下降。方差分析表明 ,持续低温处理前后两种
桉树幼苗叶片的 Pn和 WUE的变化无显著区别 ,而
Tr、Ci、Gs和 Ls的变化则呈现一定差异(见图 2上标
注的差异分析结果)。
图 2 低温胁迫处理对桉树幼苗气体交换特性的影响
低温胁迫导致尾叶桉和邓恩桉的 Pn显著下降
(图 2),在低温胁迫的 12h和 24h,从尾叶桉和邓恩
桉的 Pn降低而 Ci升高这一实验结果可以判断 ,引起
两种桉树 Pn降低的主要因素是非气孔因素 ,而不是
气孔因素。从叶绿素的变化可以发现 ,其含量并未出
现显著下降 ,因而叶绿素含量下降并不是光合速率下
降的主要影响因素 ,我们推测低温胁迫下光合作用相
关酶活性的下降可能是导致光合速率显著下降的主
要非气孔因素。随着低温处理持续时间延长至 48h
时 , Ci出现下降 ,根据 Farquhar等 [ 6, 7]的观点可以判
断 ,从处理的 24h至 48h这一阶段 ,气孔限制因素也
逐渐成为 Pn降低的主要因素。同时从前面叶绿素
含量的变化可以看出 ,在低温处理的后期 ,叶绿素含
量出现明显下降 ,说明此时叶绿素含量的下降也是光
合速率下降的原因之一。
3 结 论
(1)低温处理后两种桉树叶绿素含量下降 、SOD
酶活性上升 、MDA含量增加。同时 ,光合特性参数测
定表明 ,低温使其叶片的 Pn、Gs和 Tr均出现明显下
降 , Ls值上升 ,而 Ci则先上升后下降 。
(2)进一步分析引起 Pn显著下降的影响因素时
发现 ,在持续低温胁迫的初始阶段 ,导致两种桉树 Pn
的降低的主要因素为非气孔因素 ,随着低温处理持续
时间延长至 48h时 ,气孔限制因素也逐渐成为 Pn的
降低的主要因素 ,同时叶绿素含量降低也是光合速率
下降的因素之一。
(3)低温胁迫下尾叶桉和邓恩桉的光合生理响
应存在一定的差异 ,主要体现在不同的生理指标的变
化的幅度存在差异。这种变化差异可能是邓恩桉比
尾叶桉具有较强的低温适应性能力的一种表现 。
参考文献
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(责任编辑 周贤军)
应用研究