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水分胁迫对楠木幼苗抗逆生理特性的影响



全 文 :·园林花卉·植物 北方园艺2015(07):68~71
第一作者简介:黄晓蓉(1990-),女,湖北钟祥人,硕士研究生,研究
方向为园林植物种质资源研究与利用。
责任作者:费永俊(1965-),男,博士,教授,现主要从事园林植物种
质资源的评价与研究工作。E-mail:fyj2010@163.com.
基金项目:湖北省科技支撑计划资助项目(2013BBB24)。
收稿日期:2014-11-13
DOI:10.11937/bfyy.201507022
水分胁迫对楠木幼苗抗逆生理特性的影响
黄 晓 蓉,李 玮 婷,刘   刚,徐 振 东,费 永 俊
(长江大学 楠木种质资源评价及创新中心,湖北 荆州434025)
  摘 要:以1年生楠木实生苗为试材,研究测定了楠木在不同土壤含水量条件下相关的生理
指标,以期为楠木幼苗的培育及应用提供参考。结果表明:由土壤干旱和水涝引起的水分胁迫都
会对楠木幼苗的生理特性产生不同程度的影响,但变化趋势大致相同,表现为楠木幼苗的叶绿素
含量降低,丙二醛(MDA)含量明显上升,超氧化物歧化酶(SOD)活性、过氧化物酶(POD)活性和
可溶性蛋白质含量都随着胁迫时间的延长表现为先升高后降低的趋势。表明楠木幼苗对由土壤
干旱和水涝引起的水分胁迫都具有一定的适应性。
关键词:楠木;水分胁迫;生理指标
中图分类号:S 792.24 文献标识码:A 文章编号:1001-0009(2015)07-0068-04
  楠木(Phoebe zhennan S.Lee et F.N.Wei)属樟科楠
属的常绿大乔木,又名楠树、桢楠,主要分布于我国的四
川、贵州、湖南和湖北各省,为我国所特有的珍贵用材树
种,是国家Ⅱ级保护渐危种,具有很高的经济、生态和观
赏价值[1-2]。由于长期以来楠木种质资源遭受人为破
坏,天然楠木林几近摧毁,致使自然界楠木大多以散生
为主,存在于以壳斗科树种建群的常绿阔叶林中[3]。我
国的楠木人工培育开始较早,长江以南各省均有楠木人
工培育,但对楠木的不同生态因子进行造林试验研究却
很少,不能做到适地适树,从而具有很大的盲目性。
    
  水分是决定植物生长良好与否的主要生态因子之
一,由干旱缺水和淹水引起的水分胁迫是植物受到的最
常见的逆境胁迫,直接影响到植物的生长发育和产
量[4-5]。该试验旨在通过研究楠木幼苗从干旱到水涝不
同水分状态下的生理特性,了解水分胁迫对楠木幼苗产
生的影响以及楠木幼苗对此产生的反应和适应,以期为
楠木的培育及应用提供参考。
1 材料与方法
1.1 试验材料
供试材料为1年生楠木实生苗,采自湖北省荆州
市长江大学苗圃大田。2013年5月选取生长一致的幼
苗盆栽于长江大学植物园内缓苗(塑料花盆的规格为
(21cm×15cm×18.5cm)。盆栽基质采用V(河沙)∶V
(椰粉)∶V(珍珠岩)∶V(陶粒)=3∶2∶2∶1的比例混
合,基质饱和持水量为46%


Abstract:The in vitro shoots of Cymbidium longibracteaturn‘Longchangsu’with verge line pattern leaves and normal
Cymbidium longibracteaturn‘Longchangsu’as materials,the efect of multiplication and diferentiation on the mutants
were studied by the detection of the multiplication weight and diferentiation rate and physiological and biochemical index
determination of the leaves and rhizomes.The results showed that the rhizomes’multiplication and diferentiation were
lower than those of the contrasts,so was the average height.The mutants’chlorophyl a and chlorophyl b and
chlorophyl a+b were 16.71%,15.86%,16.49%of the contrasts respectively.Chlorophyl b and carotenoids/chlorophyl
were increased while chlorophyl a was decreased during the diferentiation from the rhizomes to shoots.The contents of
soluble sugar and protein were decreased.MDA content and the relative conductivity were increased.The activities of
antioxidant enzymes,such as catalase(CAT)and superoxide dismutase(SOD)were lower while peroxidase(POD)
activity were higher in the mutants than in the contrasts.The multiplication and diferentiation of the mutants were
closely related to the physiological characteristics.
Keywords:Chinese ochid;leaf color mutant;physiological and biochemical characters
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北方园艺2015(07):68~71 植物·园林花卉·
1.2 试验方法
2013年7月中旬开始进行水分胁迫处理,试验采用
单因子完全随机设计,分成5个处理:重度干旱P1,土壤
水分为田间最大持水量的(20±5)%、中度干旱P2,(40±
5)%、轻度干旱P3,(55±5)%、正常生长水CK,(75±
5)%和根淹P4(控制淹水深度在盆土以上2~5cm)。每
个处理20盆,每盆3株。
试验区设置遮雨棚,防止雨淋。干旱处理采用称重
法控制水分梯度,每天18:00称重补水,保证梯度。水淹
处理采用双套盆法,定期续水,保证相应的淹水深度。
试验每隔7d取样1次,共取4次。采样后用冰盒装好,
带回实验室后用液氮迅速冷后置于-80℃超低温冰箱
保存,用于测定楠木幼苗各生理指标。
1.3 项目测定
叶绿素含量测定采用丙酮∶无水乙醇=1∶1浸提
法测定;丙二醛(MDA)含量测定采用硫代巴比妥酸
(TBA)法;超氧化物歧化酶(SOD)活性测定采用氮蓝四
唑(NBT)法;过氧化物酶(POD)活性测定采用愈创木酚
法;可溶性蛋白质含量测定采用考马斯亮蓝(G-250)
法[6-8]。 
1.4 数据分析
试验数据采用Excel软件进行计算和绘图,采用
DPS进行方差分析。
2 结果与分析
图1 水分胁迫对楠木幼苗叶绿素含量的影响
Fig.1 Efect of water stress on chlorophyl content of
Phoebe zhennan S.Lee et F.N.Wei seedlings
2.1 水分胁迫对楠木幼苗叶绿素含量的影响
叶绿素是植物的光合色素,在植物进行光合作用过
程中具有重要作用。水分胁迫可以导致植物细胞膜系
统(包括与光合作用有关的膜结构)遭受破坏,影响植物
叶片中叶绿素的含量,进而影响植物的光合强度[9]。因
此,植物在胁迫下叶绿素含量的变化,在一定程度上可
以反映植物受伤害的程度。由图1可以看出,在水分胁
迫初期,各处理的叶绿素含量迅速下降,全部低于对照
水平。随着水分胁迫时间的延长,各处理的叶绿素含量
的变化幅度变小,部分处理楠木幼苗叶片的叶绿素含量
有所回升。P1和P4处理在水分胁迫处理的第14天达
到最低值,分别比对照降低了14.93%和15.96%;P3处
理的最低值出现在第21天,比对照降低了10.79%。P2
处理在水分胁迫的第14天有所回升,后迅速下降,在第
21天时达到最低值,比对照降低了5.96%。
2.2 水分胁迫对楠木幼苗丙二醛(MDA)含量的影响
在逆境胁迫过程中,植物组织中常发生膜脂过氧化
作用。而MDA作为膜脂过氧化的主要产物,往往用来
检测植物细胞膜脂过氧化的程度和植物对逆境条件的
反应强弱[10]。由图2可以看出,随着水分胁迫时间的延
长,各处理楠木幼苗 MDA的含量总体呈逐渐上升的趋
势,只有P2处理在第14天以后楠木幼苗 MDA含量有
略微下降,但均高于对照水平。与CK相比,在第21天
P1、P2、P3、P4处理的 MDA含量分别增加了24.02%、
37.63%、31.10%和21.25%。在P1和P2处理刚开始
时,楠木幼苗MDA含量上升缓慢,但第7天以后,楠木
幼苗MDA含量有了较大幅度的增加。在P4处理刚开
始时,楠木幼苗 MDA含量显著增加,但在第7天以后,
MDA的含量差异变化不明显。
图2 水分胁迫对楠木幼苗MDA含量的影响
Fig.2 Efect of water stress on MDA content of
Phoebe zhennan S.Lee et F.N.Wei seedlings
2.3 水分胁迫对楠木幼苗超氧化物歧化酶(SOD)活性
的影响
植物的抗逆性与其体内活性氧的清除有着紧密的
联系。植物在正常生长的过程中,体内的活性氧的产生
和消除基本呈动态平衡。在水分胁迫下,其体内的平衡
遭到破坏,必然引起植物伤害[11]。而植物体内存在的活
性氧保护酶系统包括超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化
物酶(POD)等有利于植物免于伤害。由图3可以看出,
随着水分胁迫时间的延长,各处理楠木幼苗SOD活性
总体呈先迅速上升后下降的趋势。在不同的土壤水分
胁迫条件下的楠木幼苗SOD活性变化幅度均强于对
照。其中P1和P2处理的SOD活性峰值出现在处理的
第14天,比对照分别增加了59.06%和58.6%。P3处
理的SOD活性峰值出现在第21天,比P1和P2处理
迟7d,比对照增加了57.46%。P4处理的峰值比P1、
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P2和P3处理都提前,出现在第7天,比对照增加
了141.72%。
图3 水分胁迫对楠木幼苗SOD活性的影响
Fig.3 Efect of water stress on SOD activity of
Phoebe zhennan S.Lee et F.N.Wei seedlings
2.4 水分胁迫对楠木幼苗过氧化物酶(POD)活性的
影响
过氧化物酶(POD)作为植物体内存在的活性氧保
护酶系统的成员之一,可以催化分解植物代谢过程中产
生的大量的有毒物质H2O2;另一方面,POD也可以使脂
质的过氧化物转变为正常的脂肪酸,终止进一步的生物
自由基链式反应,从而阻止由脂质过氧化物的积累引起
的细胞中毒,对植物细胞起到保护作用[12-13]。由图4可
以看出,随着水分胁迫时间的延长,各处理楠木幼苗
POD活性总体呈先迅速上升后下降的趋势,且在整个试
验过程中各处理楠木幼苗POD活性一直高于各时间段
的对照水平。在处理刚开始时,各处理的楠木幼苗POD
活性迅速上升,其中P1、P3和P4处理在第7天时达到
峰值,分别比对照增加了73.81%、25.11%和77.06%;
P2处理在第14天达到峰值,比对照增加了75.88%,此
后各处理的POD活性均有所下降。说明在持续的水分
胁迫下,楠木幼苗的细胞在遭受到一定的伤害后进行了
自行调整。
图4 水分胁迫对楠木幼苗POD活性的影响
Fig.4 Efect of water stress on POD activity of
Phoebe zhennan S.Lee et F.N.Wei seedlings
2.5 水分胁迫对楠木幼苗可溶性蛋白质含量的影响
可溶性蛋白质是植物在水分胁迫下进行渗透调节
的重要物质之一。有研究表明,高含量的可溶性蛋白质
有助于增强植物细胞的耐脱水能力,使植物细胞始终处
于较低的渗透势水平,保护细胞的结构,以抵御由水分
胁迫引起的伤害[14]。由图5可以看出,在水分胁迫的过
程中,各处理楠木幼苗可溶性蛋白质含量总体呈先上升
后下降的趋势。在水分胁迫开始时,各处理的楠木幼苗
可溶性蛋白质含量都有了较为明显地增加,其中P2处
理在第7天达到了峰值,比对照增加了20.06%;P1、P3
和P4处理在第14天达到了峰值,分别比对照增加了
18.94%、8.18%和19.45%。随着水分胁迫时间的延长,
各处理的可溶性蛋白质含量持续下降,在第21天时均
达到最低值,但都高于对照水平。
图5 水分胁迫对楠木幼苗可溶性蛋白质含量的影响
Fig.5 Efect of water stress on soluble protein content of
Phoebe zhennan S.Lee et F.N.Wei seedlings
3 结论与讨论
该试验结果表明,水分胁迫降低了楠木幼苗叶片叶
绿素的含量。在土壤相对含水量低于或高于楠木生长
的正常水平的条件下,楠木幼苗叶片细胞膜遭到损伤,
导致原生质泄露,使得叶绿素含量都有所减少。在干旱
胁迫下,随着土壤水分胁迫程度的加重,楠木幼苗各光
合色素逐渐减少。在重度干旱、中度干旱和水淹胁迫的
后期,楠木幼苗叶绿素都有所回升,可能是楠木幼苗在
受到一定的胁迫迫害后通过自身代谢适应和抵御逆境
的结果。
细胞质膜是包围在细胞表面的一层薄膜,对内起到
维护细胞内微环境的相对稳定,对外起到参与同外界环
境进行物质交换、能量和信息传递的作用,所以细胞质
膜也是最先受到水分胁迫的伤害[15]。在水分胁迫下,楠
木幼苗MDA含量逐渐增多,高过对照水平,表明楠木幼
苗的细胞膜结构遭到破坏,存在膜脂过氧化现象。在干
旱胁迫初期,楠木幼苗MDA含量上升缓慢,处于较为稳
定的状态,说明楠木幼苗在受到胁迫伤害后进行了一定
的自我调整;在水淹中后期,楠木幼苗MDA含量波动幅
度较小,可能是由于楠木幼苗对水淹的适应性逐步增
强,表现出一定的耐旱和耐涝能力。
在干旱和水涝胁迫初期,植物体内保护酶活性呈上
升趋势,随着胁迫时间的延长而出现下降趋势,且均高
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于对照水平,这可能是为了清除体内因水分胁迫产生的
较多活性氧,楠木幼苗启动自我保护机制,提高SOD和
POD等保护酶活性,阻止由活性氧造成的膜脂过氧化。
POD活性的变化虽然与SOD活性的变化相似,但变化
幅度更大,说明当水分胁迫发生时,楠木体内存在的活
性氧保护酶会同时启动来抵御不良环境,且楠木在胁迫
反应中POD的变化比SOD表现得更加敏感。在干旱胁
迫下,随着胁迫程度的加剧,植物体内保护酶活性变化
幅度越大,表明楠木幼苗受到的逆境伤害也越大。
水分胁迫对楠木幼苗的渗透调节物质具有一定的
影响。在水分胁迫的前中期,楠木幼苗体内的不溶蛋白
质逐渐转变为可溶性蛋白质,使细胞液内可溶性蛋白质
含量增加,提高了细胞液的浓度,增加细胞的渗透调节
能力,抵抗水分胁迫带来的伤害。而在水分胁迫处理的
后期,蛋白质含量下降,可能是因为水分胁迫造成植物
体内的合成代谢受阻,导致可溶性蛋白质降解。
综合各项生理指标来看,楠木幼苗对水分胁迫的时
间延长和程度加深都有一定的抗性和适应性,并且胁迫
时间的延长对楠木幼苗各抗性指标的影响大于水分处
理梯度,说明楠木幼苗对水分胁迫处理程度的忍耐力和
抵抗力强于对胁迫时间的。
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Effect of Water Stress on Growth and Physiological Characteristics of
Phoebe zhennanS.Lee et F.N.Wei
HUANG Xiao-rong,LI Wei-ting,LIU Gang,XU Zhen-dong,FEI Yong-jun
(Phoebe Germplasm Resources Evaluation and Innovation Center,Yangtze University,Jingzhou,Hubei 434025)
Abstract:Taking one-year-old Phoebe zhennan S.Lee et F.N.Wei seedlings as test materials,related physiological
indicators under diferent soil moisture conditions were measured,in order to provide a reference for the cultivation and
application of Phoebe zhennan S.Lee et F.N.Wei seedlings.The results showed that water stress caused by soil drought
and water logging would have diferent efect on physiological characteristics of Phoebe zhennan S.Lee et F.N.Wei
seedlings,but roughly the same trend.It showed that the chlorophyl content of PhoebezhennanS.Lee et F.N.Wei
seedlings was decreased,malondialdehyde (MDA)content was significantly increased,the activities of superoxide
dismutase(SOD)and peroxidase(POD)and protein content increased obviously at beginning and decreased later along
with water logging duration.Test proved Phoebe zhennan S.Lee et F.N.Wei seedlings had a certain flexibility to water
stress caused by soil drought and water logging.
Keywords:Phoebe zhennan S.Lee et F.N.Wei;water stress;physiological indicators
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