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Comparative study on several physiological characters among the re introduced population of Cycas debaoensis

德保苏铁回归后几个生理指标的比较研究



全 文 :广 西 植 物 Guihaia 32(2):243-247                  2012年3月 
DOI:10.3969/j.issn.1000-3142.2012.02.019
德保苏铁回归后几个生理指标的比较研究
李正文1,陈丽丽1,2,李志刚1,李素丽1,李 楠2*
(1.广西大学 农学院,南宁530005;2.深圳市中国科学院仙湖植物园,广东 深圳518004)
摘 要:以广西黄连山自然保护区内的德保苏铁幼苗为材料,研究了不同叶数苏铁幼苗叶片超氧化物歧化酶
(SOD)、过氧化氢酶(CAT)、过氧化物酶(POD)活性以及丙二醛(MDA)、脯氨酸、可溶性糖和可溶性蛋白质含
量的变化。结果表明:在7月至11月间,随着时间的推移,德保苏铁幼苗叶片的SOD、POD活性均呈递增趋
势,CAT活性则先缓慢下降后又呈递增的趋势;MDA含量呈下降趋势;脯氨酸含量呈缓慢上升趋势;可溶性
糖和可溶性蛋白质均呈持续积累趋势。综合分析结果表明:可将不同叶数苏铁幼苗分为两类:5叶植株单独
为一类,环境适应能力强;3叶植株和4叶植株可聚为一类,环境适应能力相对较强。
关键词:德保苏铁;回归引种;保护酶活性;脯氨酸;可溶性糖
中图分类号:Q945  文献标识码:A  文章编号:1000-3142(2012)02-0243-05

Comparative studyon several physiological
characters amongthe re-introduced
population of Cycas debaoensis
LI Zheng-Wen1,CHEN Li-Li 1,2,LI Zhi-Gang1,LI Su-Li 1,LI Nan2*
(1.College of Agriculture,Guangxi University,Nanning 530005,China;2.Shenzhen Fairylake
Botanical Garden and the Chinese Academy of Sciences,Shenzhen 518004,China)
Abstract:Comparative study on the activity of superoxide dismutase(SOD),catalase(CAT),peroxidase(POD),mal-
onal dehyde(MDA)as wel as the content of proline,soluble sugar and soluble protein in leaves of the seedlings of Cy-
cas debaoensis in Huang-lian-shan Nature Reserve of Guangxi was carried out in the present paper.Results showed
that the activity of SOD and CAT was increased in the whole development stage,while CAT activity decreased at ear-
lier stage and then increased;MDA activity declined;proline showed a slow increasing tedency and the soluble sugar
and soluble protein continuously accumulated.According to a comprehensive analysis,seedlings of C.debaoensis could
be divided into two classes,plants with five leaves,which had a relatively higher environment adaptation;plants with
three or four leaves merged into one class,which had a lower adaptability.
Key words:Cycas debaoensis;re-introduction;defense enzyme activities;praline;soluble sugar
  德保苏铁(Cycas debaoensis)是我国西南地区
特有的苏铁种类 ,属国家一级保护植物。由于生境
破坏,目前野生植株较少,据IUCN等级,属濒危物
种。珍稀濒危植物的保护有三种常用方式:就地保
护、迁地保护和回归引种。就地保护是在受保护物
种的原产地进行保护。迁地保护是指将受保护物种
的部分或全部植株迁移到其他地区进行保护。一些
植物园除了活植物收集圃之外,还建立了田间基因
① 收稿日期:2011-08-14  修回日期:2011-11-28
基金项目:国家林业局野生动植物保护与自然保护区管理司珍稀濒危物种野外救护与繁育财政专项(2008)[Supported by the Rare and Endangered
Species Field Rescue and Breeding Special Financial Fund,Department of Wildlife Conservation and Nature Reserve Management,State Forestry Administra-
tion,China(2008)]
作者简介:李正文(1964-),男,湖南冷水江人,博士,副教授,主要从事植物资源与植物生理生化等教学和研究,(E-mail)phdzhwli@sina.com。
*通讯作者:李楠,女,研究员,主要从事苏铁类植物的系统分类学、保育、栽培等研究,(E-mail)liandrea1963@yahoo.com.cn。
库、种子库、离体保存库等设施,成为进行植物迁地
保护的主要机构。回归引种是将濒危植物重新定植
于该物种原有的自然分布区及相同或相似的生境
内,通过采取一定的人工辅助措施,使其最终成为或
强化为可长期成活的、自行维持下去的居群(Kier-
stead,1987)。由于绝大多数的物种是因为生境地
丧失或遭破坏而成为珍稀濒危物种的,对于这些物
种来说,回归引种是拯救该物种的极为有效的方法
(Griffith,1989),被认为是连接就地保护和迁地保
护的桥梁(陈灵芝等,2001),是生态保护的一个重要
组成部分,也是迁地保护的稀有、濒危植物的最终归
宿(Maunder,1992),所以这些年来国际上已有不少
研究机构从事这个新领域的研究。
2002年,深圳仙湖植物园担当起德保苏铁迁地
保护研究任务。2007年11月,国家林业局启动德
保苏铁回归自然项目。2008年4月,由深圳市仙湖
植物园“国家苏铁种质资源保护中心”播种繁育的
500株德保苏铁实生苗被回归种植到广西黄连山自
然保护区。根据回归后两年的跟踪调查表明,回归种
群生长良好,发叶率达94%,根系发育良好,并伴有大
量的珊瑚根。但由于回归种植在热带季风气候区,在
每年的7月至11月间,随着气温升高、秋季天气逐渐
干燥,德保苏铁对外界环境变化的反应如何,是否具
有抵抗胁迫环境的能力等,目前均不见报道。从保育
地到回归地的过程中,由于生境的改变,对回归植物
的生理生态产生了影响,不同叶数的植株对回归环境
有何适应,也不得而知。因此,本文分别于2010年
7月、9月、11月对广西黄连山自然保护区内的回归
苗进行了系统的调查,拟从植物生理响应的角度,研
究不同叶数的德保苏铁到回归地后的生理生态响
应,为德保苏铁回归保护提供一定的理论依据。
1 材料与方法
1.1研究区概况
广西黄连山自然保护区位于广西壮族自治区德
保县境内,由黄连山片和兴旺片组成,引种地点为原
黄连山林场老场部前后山坡,海拔为850~900m,
106°14′E,23°33′N。属热带季风气候,夏季闷热
多雨,秋季昼夜温差大,冬季低温干燥,春季回暖旱
频;无霜期长,雨量充沛,光照充足,热量丰富;但灾
害性天气出现频繁。年平均气温为19.5℃,最热月
表1 德保苏铁回归地与原生地土壤的基本情况
Table 1 Basic properties of soil in reconstruction site and origin site of Cycas debaoensis
指标
Characters
pH值
pH value
有机质(%)
Organic
material
全氮(mg/kg)
Total
nitrogen
有效磷(mg/kg)
Effective
phosphoru
速效钾
Effective
kalium(mg/kg)
质地 (%)
Texture
(<0.01mm)
回归地Reconstruction site  4.59~5.19  33.90~47.43  1.95~2.32  47.3~53.0  71.3~78.8  57.17
原生地origin site  6.02~6.40  30.72~42.61  1.65~2.09  1.7~5.5  36.3~57.5  53.68
平均气温25.6℃,最冷月平均气温11.4℃,历年极
端最高气温37.2℃,历年极端最低气温-2.6℃。
雨量充沛,分布不均,年总降雨量1 473.9mm;其中
5~10月降雨量1 220.9mm,占全年降雨量的
82.8%。全年日照1 475.0h,占可照时数的30%。
该区是典型的峰林谷地地貌,属石灰岩地带。
毗邻德保苏铁的模式产地———德保县扶平镇上坪
坉,因此生态环境与德保苏铁的模式产地极为相似。
表1为回归地与原生地土壤的基本情况。
1.2供试材料
种植密度为每亩约40株,共500株。经过调
查,发现全部苗木在叶长、叶宽、羽叶数等这些形态
性状上没有明显的差异,变异幅度小;但是,各植株
的叶片数却明显表现为3叶或4叶或5叶。由于苏
铁叶片生长比较缓慢,因此,对保护区内回归的全部
苗木,根据叶片数,划分为3叶植株、4叶植株和5
叶植株这三种类型。
1.3样品采集与测定方法
每种类型选取优势植株各五株采其当年生叶
片,所取叶片先用液氮冷处理后装入带冰块的保温
箱中运回,置于-20℃冰箱保存以备测定。超氧化
物歧化酶(SOD)活性的测定采用氮蓝四唑(NBT)
光化还原法(汤章城,1999)。过氧化氢酶(CAT)和
过氧化物酶(POD)的测定采用分光光度计法;丙二
醛(MDA)含量的测定采用硫代巴比妥酸(TBA)法
(张志良,2003)。脯氨酸含量的测定采用磺基水杨
酸法(邹琦,2203);可溶性糖含量测定采用蒽酮比色
法(李合生等,2000);可溶性蛋白质含量考马斯亮蓝
比色法(汤章城,1999)。
1.4数据处理
所有数据均用Excel2003计算处理,采用SPSS
软件进行分析,采用单因素方差分析(one-way
442 广 西 植 物                  32卷
ANOVA)比较不同数据组间的差异。
2 结果与分析
2.1叶片SOD活性的变化
德保苏铁体内的SOD活性呈递增趋势(图1),
但各级植株间递增的速率明显不同。3叶植株、4叶
植株和5叶植株的SOD活性在9月份急剧上升,比
7月份分别上升358.4%、855.2%、450.5%;到了
11月份还继续上升,分别比9月份上升了236.1%、
362.89%和386.1%。
图1 叶片SOD活性的变化
Fig.1 Changes of SOD activities of leaves
图2 叶片CAT活性的变化
Fig.2 Changes of CAT activities of leaves
2.2叶片CAT活性的变化
由图2可知,CAT活性呈递增趋势,各级植株
间递增的速率也明显不同。3叶植株、4叶植株和5
叶植株的CAT活性在9月份出现了缓慢下降趋
势,比7月份分别下降了3.0%、29.0%和26.3%,
而到了11月份却明显回升,分别比7月份上升了
244.8%、308.0%和154.1%;其中,4叶植株CAT
活性下降和上升的速度都明显大于其它植株。
2.3叶片POD活性的变化
由图3可见,POD活性也呈递增趋势。POD
活性在各植株间差异极显著(P<0.01),均表现为3
叶植株>4叶植株>5叶植株,7月到9月上升幅度
不大,分别为35.8%、23.7%和17.3%,但9月到
11月却上升了98.1%、155.5%和205.5%。
图3 叶片POD活性的变化
Fig.3 Changes of POD activities of leaves
图4 叶片 MDA含量的变化
Fig.4 Changes of MDA contents of leaves
2.4叶片 MDA含量的变化
从图4可看出,各级植株的 MDA含量有明显
差异,均表现为4叶植株﹤5叶植株﹤3叶植株;
MDA含量总体呈下降趋势,7月到9月的下降速率
分别为6.5%、15.4%和11.8%,9月到11月下降
了53.5%、59.1%和56.7%;4叶植株MDA含量的
下降速度比较大。可见,4叶植株细胞膜脂过氧化
作用比较弱,膜损伤不大,表现出较强的抗逆性。
2.5叶片脯氨酸含量的变化
从图5可看出,在7月份,各级植株脯氨酸含量
差异显著;但在9月和11月差异不明显。3叶植株、4
叶植株和5叶植株脯氨酸含量呈缓慢上升趋势,7月
到9月分别上升了18.2%、26.3%和30.6%;9月到
5422期         李正文等:德保苏铁回归后几个生理指标的比较研究
图5 叶片脯氨酸含量的变化
Fig.5 Changes of proline contents of leaves
图6 叶片可溶性糖含量的变化
Fig.6 Changes of soluble sugar contents of leaves
图7 叶片可溶性蛋白质含量的变化
Fig.7 Changes of soluble protein contents of leaves
11月上升幅度却不大,分别为3.8%、6.3%和4.3%。
2.6叶片可溶性糖量的变化
由图6可以看出,各植株叶片可溶性糖表现为
5叶植株>4叶植株>3叶植株,这与其生物生长相
似。其可溶性糖呈持续积累趋势。11月与7月相
比,3叶、4叶、5叶植株的增长速度分别是43.4%、
40.0%、32.5%,表现为3叶植株>4叶植株>5叶
植株;说明可溶性糖含量发生显著变化,植株叶片越
少,易受外部环境影响。
2.7叶片可溶性蛋白质含量的变化
图7中,各植株叶片可溶性蛋白质含量表现为
5叶植株>4叶植株>3叶植株,这也与其生物生长
相似。可溶性蛋白质也均呈积累趋势。9月与7月
相比,3叶、4叶、5叶植株的增长速度分别20.0%、
20.8%、21.4%;11月与7月相比,增长速度分别是
30.0%、33.3%、35.3%;均表现为5叶植株>4叶
植株>3叶植株,这与其含量变化相似,说明蛋白质
含量相对稳定。
图8 各材料生理指标综合聚类图
Fig.8 Comprehensive clustering of characters
2.8生存能力综合评价
综合各项生理指标的月变量,将3种不同叶数
苏铁幼苗进行聚类分析,图8结果表明,不同叶数苏
铁幼苗可分为两类。其中5叶植株单独为一类,其
各项生理指标总体变化稳定,环境适应能力强;3叶
植株和4叶植株可聚为一类,其各项生理指标总体
变化相对稳定,环境适应能力相对较强。
3 结论与讨论
3.1植物生长与抗氧化酶活性的关系
植物在逆境条件下产生的活性氧自由基(ROS)
会破坏植物体内的细胞膜以及蛋白质等大分子物质
(Schimint,1967),从而影响到植物的正常生长与发
育。同时在逆境条件下植物体内的保护酶系统,即
抗氧化酶系统,主要包括SOD、CAT、POD,能够消
除体内多余的自由基(张继澍,2006)。这些酶联系
着植物的生长和生理特性,在一定的逆境胁迫下,抗
氧化酶活性的高低被认为植物自我保护能力的大小
(Senaratna等,1985)。在7月至11月间,德保苏铁
幼苗叶片的抗氧化酶活性总体表现出递增的趋势,
这有可能是由于植株体内活性氧的增加引起的;但
各植株间存在很大差异,表现为:(1)3叶植株、4叶
植株和5叶植株的SOD活性大小各不一致;(2)3
642 广 西 植 物                  32卷
叶植株的CAT活性显著或极显著大于4叶植株或
5叶植株;(3)POD活性均极显著表现为3叶植株>
4叶植株>5叶植株。可见,为清除多余的活性氧,
各植株的SOD、POD和CAT活性上升,从而维持
活性氧代谢平衡,保护细胞膜结构,使植物具有抵抗
胁迫环境的能力。
3.2膜脂过氧化作用与抗氧化酶活性的关系
植物在逆境胁迫下,往往发生膜脂过氧化作用
而产生丙二醛(MDA),此产物通常被作为膜脂过氧
化指标。在7月至11月间,德保苏铁幼苗叶片的
MDA含量各植株间极显著表现为4叶植株<5叶
植株<3叶植株;这与其生物生长不一致。有关研
究表明抗氧化酶活性与 MDA含量紧密相联,抗氧
化酶活性高则 MDA含量低(徐东生等,2007),这在
德保苏铁幼苗上也得到证实。MDA是膜脂过氧化
作用的最终产物,MDA含量呈下降趋势,推测较高
的抗氧化酶活性能够抑制膜脂过氧化作用,从而使
MDA含量保持在较低水平。
3.3植物抗逆性与脯氨酸含量的关系
当植物处于高温等逆境胁迫下,脯氨酸含量上
升(赵福庚等,1999)。脯氨酸含量上升是植物适应胁
迫环境的表现,其积累指数与植物的抗逆性有关,脯
氨酸含量上升幅度大则抗逆性强。本研究表明,虽然
德保苏铁幼苗的脯氨酸含量在各植株间差异不明显,
但在7月至11月间也呈现出缓慢上升趋势,可认为
德保苏铁幼苗处在一个相对良好的环境中,没有受逆
境胁迫,或者受轻微胁迫但不影响植株正常生长。
3.4可溶性糖与可溶性蛋白质的关系
植物体内可溶性糖和可溶性蛋白质密切相关,
可溶性糖的大量积累,促使细胞渗透势下降,从外界
继续吸水,这样可以保持蛋白质的水合度,防止原生
质脱水,使植物体内各种代谢过程正常进行(赵志刚
等,2005)。本研究表明,德保苏铁幼苗可溶性糖和
可溶性蛋白质含量在7月至11月间均呈递增趋势,
且显著表现为5叶植株>4叶植株>3叶植株,这与
其生物生长相似。
在7~11月,随着时间的推移,德保苏铁各植株
体内的SOD、POD活性均呈递增趋势,CAT活性则
先缓慢下降后又呈递增的趋势;MDA含量呈下降
趋势;脯氨酸含量呈缓慢上升趋势;叶片可溶性糖和
可溶性蛋白质均呈持续积累趋势。通过聚类分析可
将不同叶数苏铁幼苗分为两类:5叶植株单独为一
类,环境适应能力强;3叶植株和4叶植株可聚为一
类,环境适应能力相对较强。
本研究从回归植物的生理生态方面进行比较,
可看出:从深圳仙湖植物园回归引种到广西黄连山
自然保护区后,德保苏铁幼苗的生长状况都表现良
好;其中,3叶植株和4叶植株差别不明显,5叶植株
的环境适应性略优。
由于珍稀濒危物种的回归是一个非常漫长的过
程,而评价回归是否成功的一个最起码的标准是从
种子到种子,即回归的植物能在自然生境中正常生
长、发育,能够产生有生命力的种子;因此,本研究可
作为德保苏铁回归效果评价的一个重要依据。
参考文献:
陈灵芝,马克平.2001.生物多样性科学:原理与实践[M].上
海:上海科学技术出版社:1-308
李合生,孙群,赵世杰,等.2000.植物生理生化实验原理和技术
[M].北京:高等教育出版社:164-169
汤章城.1999.现代植物生理学实验指南[M].北京:科学出版
社:314-315,392-394
张志良.2003.植物生理学实验指导(第3版)[M].北京:高等
教育出版社:121-124,274-277
张继澍.2006.植物生理学[M].北京:高等教育出版社:431-432
邹琦.2003.植物生理学实验指导[M].北京:中国农业出版
社:161-162
Grifith B,Scott JM,Carpenter JW.1989.Translocation as a species
conservation tool:Status and strategy[J].Science,245:477-480
Kierstead J.1987.Species Reestablishment in Native Habitat.A
First for Berry Garden[M].Buletin of Berry Botanic Garden,10
(3):175
Maunder M.1992.Plant reintroduction:an overview[J].Biodiv
Cons,1:51-61
Schimint,Blaser1.1967.Effect of temperature,light and nitrogen
on growth and metabolis of‘Cohansey’bentgrass[J].Crop Sci,
(7):447-451
Senaratna T,Mckersie BD,Stinson RH.1985.Antioxidant levels
in germinating soybean seed axes in relation to free radical and
dehydration tolerance[J].Plant Physiol,78:167-171
Xu DS(徐东生),Meng ZQ(孟志卿).2007.Effects of high tem-
perature stress on several physiochemical and indexes of Festuca
arundinacea Schreb and Cynodon dactylon(高温对高羊茅和狗
牙根几个生理生化指标的影响)[J].Acta Agric Jiangxi(江
西农业学报),19(8):67-68
Zhao FG(赵福庚),Liu YL(刘友良).1999.Advances in study on
metabolism and regulation of proline in higher plants under
stress(胁迫条件下高等植物体内脯氨酸代谢及调节的研究进
展)[J].Chin Bull Bot(植物学通报),16(5):540-546
Zhao ZG(赵志刚),Li FM(李方民),Yue M(岳明).2005.A
physiological comparative study on resistance of Festuca arundi-
naceaand Poa pratensis in different temperature(不同温度下高
羊茅、早熟禾抗逆性生理指标的比较研究[J].Sichuan Grassl
(四川草原),12(121):10-13
7422期         李正文等:德保苏铁回归后几个生理指标的比较研究