全 文 ：　林业科技开发　2011年第 25卷第 3期 27　
doi:10.3969 /j.issn.1000-8101.2011.03.007
金钱松幼苗在淹水胁迫过程中的生理响应
廖文燕 ,高捍东＊
(南京林业大学森林资源与环境学院 ,国家林业局南方林木种子检验中心 ,南京 210037)
摘　要:以 1年生金钱松幼苗为试验材料 , 研究不同程度淹水胁迫对金钱松生长和生理变化的影响。结果表明:
幼苗淹水胁迫后外部形态特征变化明显 ,根冠比增大。幼苗叶片的相对电导率 、可溶性蛋白含量 、MDA含量与淹水
处理时间呈显著正相关;叶绿素总含量 、SOD和 POD酶活性与处理时间呈显著负相关。幼苗叶片的游离脯氨酸含
量和 MDA含量均与淹水处理水平呈显著正相关。幼苗淹水处理的受胁迫程度 W3>W1>W2, 表现出较强的抗淹
水能力。
关键词:金钱松;淹水胁迫;生长;生理变化
PhysiologicalresponsesofPseudolarixkaempferiseedlingstowaterloggingstress∥LIAOWen-yan, GAO
Han-dong
Abstract:Physiologicalresponsesofone-year-oldseedlingsofPseudolarixkaempferiwereinvestigatedina60-dayflooding
andwaterloggingexperiment.Theresultsshowedthatthemorphologicalcharacteristicsoftheyoungseedlingswereobvious-
lychangedunderwaterloggingstressandtheroot/shootratioincreased.Themembranerelativeconductivity, thesoluble
proteinsandtheMDAcontentintheleavesweresignificantlypositivecorelatedtotheprocessingtimeandthechlorophyl
content, activityofbothSODandPODweresignificantlynegativecorrelatedtothefloodingtime.Bothfreepralineand
MDAcontentintheleavesweresignificantlypositivecorrelatedtothelevelsofwaterloggingstress.Theinjureddegreeof
theleaveswasintheorderofW3>W1>W2, indicatedthattheP.kaempferiseedlingshadastrongerresistancetowater-
loggingstress.
Keywords:Pseudolarixkaempferi;waterloggingstress;growth;physiologicalchange
Author saddress:CollegeofForestResourcesandEnvironment, NanjingForestryUniversity, Nanjing210037, China
收稿日期:2011-02-12　　　　修回日期:2011-03-02
基金项目:浙江省林业厅委托研究项目 “林木种苗繁育技术 ”(编号:
010021191)。
第一作者简介:廖文燕(1982-), 女, 博士生 ,研究方向为林木种苗培
育。通讯作者:高捍东 ,男,教授。 E-mail:liaowenyanswfc@yahoo.com.cn
　　水分是决定植物的分布和生长状况的关键环境
因子之一 ,在某些区域或某个时期 ,涝害导致土壤理
化特性恶化 ,影响植株生长 ,成为危害林业生产的重
要逆境因子 。在长期淹水胁迫下 ,树木在生长 、形态
以及生理特性等方面表现出一定的特点和规律性 ,并
且不同植物有着不同的抗涝机制 [ 1-4] ,这种过程也是
植物反应环境因子变化的过程 。
金钱松 (Pseudolarixkaempferi)隶属松科落叶松
亚科金钱松属 ,单属单种 ,特产于中国[ 5] 。该种可能
起源于白垩纪中晚期 ,曾广泛分布于北纬 33°～ 52°,
而现今只幸存于长江中下游地区 ,已经被定为二级保
护植物 [ 6-7] 。金钱松是落叶大乔木 ,树干通直且材性
优良 ,又具有优美的树形 ,是著名的世界五大庭院树
木之一;其根皮为传统中药材 ,植株的天然提取物具
有抗真菌和抗癌的作用 [ 8-9] 。有关淹水胁迫对金钱
松幼苗的生理影响还未见报道 ,因此 ,采用双套盆法
控水研究金钱松幼苗在受到淹水胁迫后的生理变化
规律 ,以期为该树种的耐涝机理研究 、优质壮苗的合
理抚育以及定向栽培提供理论依据。
1　材料与方法
1.1　供试材料和环境控制
1年生金钱松幼苗。 2009年 10月采自南京林业
大学树木园的金钱松种子经低温冷库贮藏过冬(0 ～
5℃),于 2010年 3月经过消毒(0.5% FeSO4溶液浸
种)、催芽后播种于 9cm×10cm的营养钵 ,置于日光
温室(日间温度控制在 30℃,夜间温度 23℃,开启自
动喷雾)栽培管理 。基质为泥炭∶沙壤土∶菌根土 =
2∶1∶1(V∶V∶V),混拌少许珍珠岩和复合肥 ,土壤容重
0.80g,孔隙度 68.72%, pH为 6.83, 有机质含量
7.83%, 基质水解 N 76.455 mg/kg, 速效 P36.54
mg/kg,速效 K84.773 mg/kg。每钵播种 2 ～ 3粒 ,待
苗齐后间苗 ,每钵保留生长均匀健壮苗 1株 。育苗期
间正常浇水(一周两次浇透水)和维护管理。处理时
选用苗高 、地径生长一致的苗木 ,温室环境温度不改
　应用研究
28　 林业科技开发　2011年第 25卷第 3期
变 ,停止自动喷雾 ,人工控水。
1.2　处理与采样
2010年 7月 23日至 9月 20日进行水淹胁迫实
验 。采用随机完全区组设计 , 20株为 1组 ,将营养钵
放置在浅水槽中 ,每个水分处理设 3个重复。浅水槽
根据设计注水 , 4个处理水平分别为:W0水平为对照
处理 ,土壤含水量为田间持水量的 75%左右;W1水
平为轻度淹水 ,水面高于营养钵底 3cm;W2水平为
中度淹水 ,模拟自然状态下水渍危害 ,土壤含水量处
于完全饱和状态;W3水平为重度淹水 ,模拟涝害 ,土
壤含水量过饱和 ,水面高于营养钵3 cm左右。处理期
间每日早晚定时补充水分 ,使各处理的土壤水分含量
保持稳定。分别于处理当日(0天)、3、9、15、25、35、
45、60天取样测定相关生理指标。
1.3　测定方法
1.3.1　田间持水量
根据江培福的方法测量田间持水量 [ 10] ,土壤相
对含水量是占田间最大持水量的百分数。
1.3.2　生物量的测定
淹水处理前和结束时各测 1次 ,每个处理随机选
取 3株 ,清水冲洗净并用滤纸吸干 ,将地上和地下两
部分分别置于牛皮袋中 ,在 80℃烘箱中烘干至恒重 ,
称重计算生物量及根冠比 。
1.3.3　细胞膜透性的测定
随机选取 3株幼苗 ,取相同部位新鲜叶片 ,混匀 。
用蒸馏水冲洗两次并用滤纸吸干 ,称取 1.0g放入烧
杯中 , 准确加入蒸馏水 10mL,再放入真空干燥器 。
用抽气机抽气 3次 ,使叶片完全下沉 ,然后将小烧杯
取出 , 25℃下静置 3h,玻棒轻轻搅动后用 DDS-307
型电导仪测定其浸出液电导率 S1。封口沸水浴
15 min,冷却 ,在 25℃下测定其煮沸电导率 S2 ,相同条
件下测定蒸馏水电导率 S0。
相对电导率 =S1 -S0S2 -S0 ×100%。
1.3.4　叶绿素含量的测定
随机选取 3株幼苗取相同部位叶片 ,混匀 ,用蒸
馏水洗净并用滤纸擦干 ,按张宪政[ 11]方法测定并计
算其叶绿素总含量(Chl.C)。
1.3.5　生理指标的测定
随机选取 3株幼苗 ,取相同部位的叶片用湿布擦
净 ,混合均匀后密封保存于 -72℃超低温冰箱。采用
考马斯亮蓝 G-250染色法测定其可溶性蛋白的含
量 [ 12] ,采用酸性茚三酮比色法测定游离脯氨酸含量;
采用硫代巴比妥酸法测定丙二醛(MDA)含量 [ 13] ;根
据李合生的方法提取酶液 ,采用 NBT光还原法测定
超氧化物歧化酶(SOD)活性 ,采用愈创木酚氧化比色
法测定过氧化物酶(POD)活性 [ 14-16] 。
2　结果与分析
2.1　对外观表现和生物量的影响
1年生金钱松幼苗在淹水胁迫下的外部形态变
化见表 1。胁迫初期 ,各个水平处理的幼苗形态变化
不明显 ,至 15天时 W3叶片开始出现黄色斑点 , 35天
时根系腐烂现象明显加重 , 45天时有整株死亡;其他
水平的植株叶片和根系均出现不同程度的胁迫症状 ,
但是至取样结束时 ,仍大部分存活。
表 1　淹水胁迫下金钱松外部形态的变化
处理
水平
胁迫时间 /d
15 35 45 60
W0 植株生长正常 植株生长正常 植株生长正常 植株生长正常
W1 植株生长正常 叶片有黄色小斑点
叶片有黄色斑点 ,
近基部几轮叶片枯
萎 ,淹水部位的根
尖变黑褐色
黄色斑点遍布叶
片 ,近基部几轮叶
片枯萎 ,淹水部位
的根尖呈灰白色腐
烂 ,少数植株立枯
W2 植株生长正常 叶片挺立 , 近基部少量叶片萎蔫
叶片有黄色斑点 ,
根尖变黑褐色
叶片有黄色斑点 ,
近基部几轮叶片凋
萎 ,少数植株立枯 ,
部分根尖腐烂
W3 叶片出现少量黄色斑点
黄色斑点遍 布叶
片 ,近基部几轮叶
片枯黄萎蔫 ,根系
尖端开始坏死腐烂
2/3植株地上部分
枯死 ,根系呈灰白
色腐烂
停止取样观察
淹水胁迫对金钱松生物量的积累有一定影响 ,具
体结果见图 1。在胁迫处理期间 , 与胁迫处理前
(CK)相比 ,除 W3外 ,其他水平处理的植株生物量都
增加 , W2和 W3的生物量增加量甚至大于 W0,而
W3的生物量积累量明显低于其他水平处理的植株 。
由根冠比的变化可以看出 , W1和 W2的根冠比略高
于 W0,而 W3最低。根据淹水胁迫对金钱松外部形
态和生物量积累的影响可以看出 ,金钱松幼苗具有较
好的耐涝性。
图 1　淹水胁迫对金钱松生物量和根冠比的影响
应用研究　
　林业科技开发　2011年第 25卷第 3期 29　
2.2　对叶片相对电导率的影响
由图 2可知 ,各水平处理的金钱松叶片相对电导
率在淹水初期明显升高 ,然后随处理时间延长而略微
下降;至淹水胁迫后期 , W1、W2和 W3均有显著升
高 ,说明膜系统受到不同程度的损害 ,细胞外渗物质
增多。 W3在胁迫 15天时 ,叶片相对电导率上升速
率增大 , 取样结束时比 W0、W1和 W2分别高出
22.10%、10.67%、15.9%;在胁迫 35天以后 , W1叶
片相对电导率明显大于 W2,说明该水平胁迫对幼苗
伤害程度大于渍害(W2),这可能与 W1有部分根系
直接长期淹水有关。
图 2　淹水胁迫对金钱松叶片相对电导率的影响
2.3　对叶绿素总含量的影响
金钱松幼苗叶片叶绿素总含量随胁迫时间的延
长而降低(图 3)。
图 3　淹水胁迫对金钱松叶绿素总含量的影响
W1在胁迫 3天时出现一个高峰值 ,随后持续下
降 ,在胁迫 25天以后 ,叶绿素总含量下降趋势明显 ,
至取样结束时 ,叶绿素总含量下降了 53.88%;W2叶
片叶绿素总含量在胁迫期间呈现波动变化 ,在 60天
时叶绿素总含量下降 19.28%;W3在胁迫 15天时叶
绿素总含量下降趋势明显 ,至取样结束时下降幅度达
59.46%。由金钱松幼苗在淹水胁迫中的叶绿素总含
量变化趋势可以看出 , W2处理水平对幼苗的伤害较
轻 ,而 W1和 W3处理水平对幼苗的伤害较重 ,这与
叶片相对电导率的变化一致。由图 3还可以看出 ,
W2在胁迫 9 ～ 25天时 ,叶绿素总含量有上升趋势 ,
可以推测幼苗在经过初期胁迫后可能有短暂的生理
调适过程 ,在一定程度上能够修复短期淹水造成的损
伤 ,维持正常的生理代谢 ,说明金钱松幼苗对渍害抗
性较强。
2.4　对叶片中可溶性蛋白的影响
金钱松幼苗叶片的可溶性蛋白含量随胁迫时间
的延长基本呈先下降后上升的趋势(图 4)。对照 W0
的可溶性蛋白含量逐渐升高;W1的可溶性蛋白含量
在胁迫 25天之前呈下降趋势 ,之后有显著升高 ,至取
样结束其含量比胁迫前升高 23.10%;W2在胁迫 15
天时可溶性蛋白含量降低至最低点 ,随后有显著升高
趋势 ,至取样结束其含量比胁迫前升高 8.50%;W3
的可溶性蛋白含量分别在胁迫 9天 、35天时出现最
小值和最大值 ,但是最大值比胁迫前仅升高 4.97%,
增加量低于其他处理水平 ,原因可能是重度淹水胁迫
下幼苗生长一直受抑制 ,导致其蛋白合成能力下降。
图 4　淹水胁迫对金钱松叶片可溶性蛋白质的影响
2.5　对叶片中游离脯氨酸含量的影响
由图 5可以看出 ,淹水胁迫使金钱松幼苗叶片
的游离脯氨酸含量显著升高。其中 , W1的游离脯
氨酸平均含量最高 , W3在胁迫 45天时的游离脯氨
酸含量约是胁迫前的 3倍 。说明游离脯氨酸含量
的升高是金钱松幼苗对淹水胁迫的重要生理响应
之一 。
2.6　对叶片中 MDA含量的影响
随淹水胁迫时间的延长 ,不同胁迫程度的金钱松
幼苗叶片的 MDA含量均比对照有所增加 (图 6)。
W1的植株在胁迫初期 MDA含量升高 ,至胁迫 15天
时略微降低 ,随后呈明显增加趋势;至胁迫 60天时 ,
叶片中 MDA含量比胁迫前增加 241.25%。 W2的植
株叶片中 MDA含量在胁迫 9天时出现峰值 ,随后略
有下降 ,随胁迫时间延长再次逐步升高 ,变化趋势平
缓;至胁迫 60天时 ,叶片中 MDA含量比胁迫初期增
　应用研究
30　 林业科技开发　2011年第 25卷第 3期
加 23.65%;该变化趋势与叶绿素总含量变化趋势相
类似 ,均说明金钱松幼苗对渍害有较好的适应性 。
W3变化幅度最大 ,取样结束时 ,叶片中 MDA含量是
胁迫前的5.51倍。
图 5　淹水胁迫对金钱松叶片游离脯氨酸含量的影响
图 6　淹水胁迫对金钱松叶片丙二醛含量的影响
2.7　对叶片抗氧化酶活性的影响
由图 7可以看出 ,淹水胁迫对金钱松幼苗叶片
SOD和 POD活性的影响差异较大 。与 W0相比较 ,
各个淹水处理的幼苗叶片 SOD活性变化规律不明
显 。W1在胁迫初期的 SOD活性有小幅度变化 ,至胁
迫 45天时才出现明显降低趋势。 W2在整个胁迫过
程中 SOD活性变化平稳。 W3在胁迫 15天时的 SOD
活性有一个峰值 ,随后逐渐下降 ,至取样结束 ,其叶片
中 SOD活性比胁迫前下降 15.77%。
淹水胁迫对金钱松幼苗叶片 POD活性的影响显
著 ,与 W0相比较 ,各个处理的幼苗叶片 POD活性随
胁迫时间的延长呈下降趋势。 W1叶片 POD活性在
胁迫 9天时有小幅度增强 ,随后持续下降 ,至胁迫 60
天时 , POD活性比胁迫前下降 68.81%。 W2和 W3
叶片 POD活性在胁迫 3天时即有明显增强 ,但是随
后均持续下降 ,且 W2下降趋势比 W3的平稳 ,至取
样结束时 , W2和 W3的叶片 POD活性分别比胁迫前
下降50.26%和64.48%。
图 7　淹水胁迫对金钱松叶片抗氧化
酶活性的影响
3　讨　论
(1)淹水处理时间与金钱松幼苗叶片的相对电
导率 、可溶性蛋白含量和 MDA含量呈极显著正相
关 ,与叶绿素总含量和 POD酶活性呈极显著负相关 ,
与 SOD酶活性呈显著负相关。金钱松幼苗叶片的游
离脯氨酸含量和 MDA含量均与淹水处理水平呈显
著正相关 。而各个生理指标之间相关不显著。
(2)在逆境胁迫过程中 ,植物体内蛋白含量的变
化及其在不同器官中的分配可以反映植物遭受逆境
伤害的程度 , 而蛋白的变化过程又是复杂多样
的 [ 17-20] 。金钱松幼苗在淹水胁迫中 ,叶片的可溶性
蛋白含量先下降后上升 ,其原因可能是在淹水处理的
初期 ,叶片的正常蛋白合成受到胁迫影响而有所下
降 ,但是伴随胁迫时间的延长 ,植株开始合成新蛋白
(例如逆境蛋白 、贮藏蛋白和抗氧化酶等)以适应逆
境胁迫。实验中 W3叶片的可溶性蛋白含量在胁迫
35天后又骤然下降 ,可能是由于此时的植株受胁迫
程度较重 ,难以修复长期涝害造成的损伤 ,导致蛋白
合成受阻 ,而降解速度加快 。此外 ,金钱松幼苗在淹
水胁迫中 ,抗氧化酶 SOD和 POD的活性变化差异
明显 ,其中 ,除 W1和 W3叶片 SOD活性在胁迫末
期都有明显下降以外 , SOD活性在胁迫期间的变化
规律不明显 , 这一现象与铺地黍 、乌桕以及杂交鹅
掌楸在淹水胁迫中 SOD活性变化规律均有差异;金
钱松幼苗 POD活性呈下降趋势 ,与乌桕变化趋势相
应用研究　
　林业科技开发　2011年第 25卷第 3期 31　
同 ,但是与铺地黍 POD活性升高的变化趋势差异
明显[ 21-23] 。
(3)与 W0相比 ,其他淹水处理水平的金钱松幼
苗都受到不同程度的损伤且受损伤程度 W3>W1>
W2。其中 , W2模拟自然状态下水渍危害 ,土壤含水
量处于完全饱和状态 ,但是幼苗根系没有浸泡在水
中 ,其叶片的叶绿素总含量 、可溶性蛋白 、MDA含量
和游离脯氨酸含量的变化趋势均比其他 2个处理的
缓慢 ,这些指标基本都在胁迫 9 ～ 25天时有转折点 。
可以初步推测在这段时期内 ,金钱松幼苗在经过初期
淹水胁迫后开始调节自身生理代谢水平以适应胁迫 。
如果在胁迫 60天后采用适当的方法使幼苗脱离淹水
状态 ,植株有可能在短期内恢复到正常生长状态。淹
水处理前后的生物量对比显示 , W2幼苗的生长量
(尤其是地下部分)大于 W0,这说明在胁迫因素存在
期间(60天),虽然 W2叶片的相对电导率 、MDA含
量和游离脯氨酸含量的升高 ,以及抗氧化酶活性的降
低均反映出幼苗已经处于损伤状态 ,但是植株的生长
发育并没有受到显著的负面影响 。以上情况可以看
出 ,金钱松幼苗具有较好的生理调适机制以抵抗
渍害。
(4)W1和 W3处理的金钱松幼苗均有根系直接
浸泡在水中 ,积水的长期缺氧状态和毒害物质的不断
累积使幼苗根系死亡腐烂 ,导致地上部分缺乏水分和
营养物质的供给 ,使植株出现涝害症状并死亡 。在今
后的研究工作中 ,可以用淹水-排水处理等方法对金
钱松幼苗的耐涝性进行深入的探讨 ,进一步确定金钱
松幼苗对涝害的最大耐受时间以及涝害后的恢复度 ,
为金钱松树种的园林绿化栽植和经济林定向培育提
供理论依据 。
致　谢:本文研究过程中 ,得到于海耀 、郭鑫 、肖淑燕 、窦霄 、牛
晓林 、杨丽芳的帮助。
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(责任编辑　吴祝华)
　应用研究