李樹斌+丁國昌+郭澤軍等

摘 要：為研究水分脅迫對杉木造成的傷害及外源物質(zhì)對杉木抗旱性能的影響，采用人工模擬干旱脅迫下添加外源Ca2+和AsA的方法，研究滲透脅迫下不同濃度Ca2+和AsA對杉木幼苗質(zhì)膜透性、MDA含量、可溶性糖含量和可溶性蛋白含量的影響。結(jié)果表明：水分脅迫嚴(yán)重影響葉片質(zhì)膜系統(tǒng)的穩(wěn)定和滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的含量，造成杉木葉片質(zhì)膜透性和MDA含量上升，可溶性糖含量先上升后下降，可溶性蛋白含量先上升再下降后又上升，均與對照達(dá)到極顯著差異（P<0.01）；適宜濃度的外源Ca2+和AsA可保護(hù)質(zhì)膜系統(tǒng)，抑制質(zhì)膜透性增加，降低電導(dǎo)率和MDA含量，提高可溶性糖和可溶性蛋白含量，提高杉木幼苗的抗逆境能力，有效增強(qiáng)杉木的抗旱性。

關(guān)鍵詞：杉木；水分脅迫；Ca2+；抗壞血酸；抗旱性

中圖分類號 S79 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 1007-7731（2014）21-17-04

杉木（Cunninghamia lanceolata）是我國特有的速生優(yōu)良商品材樹種之一，在林業(yè)生產(chǎn)中占有重要的地位[1]。杉木在我國長江流域、秦嶺以南的地區(qū)廣泛栽培，雖然該地區(qū)降水量較為豐富，但是也常受到降水的不均勻性和季節(jié)性造成的干旱的影響。長期以來，國內(nèi)外學(xué)者對杉木的生長習(xí)性及良種繁育等方面開展了大量研究，但對杉木抗旱性及抗旱性提高途徑的研究則相對較少。研究表明，杉木根系屬淺性根，沒有明顯的主根，側(cè)根和須根雖發(fā)達(dá)，但穿透力弱，易造成杉木不耐旱[2]，干旱造成杉木葉片水勢、蒸騰速率、葉綠素含量降低[3]，膜脂過氧化加重，MDA含量明顯增加[4]，降低凈光合速率和光飽和點，提高光補(bǔ)償點及CO2補(bǔ)償點[5]，制約著杉木的正常生長。此外，有研究表明，一定的外源鈣離子[6]、ABA[7]、甜菜堿[8]及抗壞血酸[9]可在一定程度上提高植物的抗旱能力，但是針對外源物質(zhì)對杉木抗旱性能影響的研究還較少。有鑒于此，本文以杉木優(yōu)良無性系FS43為試驗材料，通過人工模擬干旱脅迫的方法施加不同濃度的Ca2+和抗壞血酸（AsA），探討干旱脅迫下不同濃度外源Ca2+和AsA對杉木無性系質(zhì)膜透性、MDA含量、可溶性糖含量和可溶性蛋白含量的影響，以期為提高杉木的抗旱性研究提供科學(xué)依據(jù)，為杉木人工林的可持續(xù)經(jīng)營提供一定的理論支撐。

1 材料與方法

1.1 供試材料 供試材料為1年生杉木優(yōu)良無性系FS43，由國家林業(yè)局杉木工程技術(shù)研究中心提供，苗高25cm。采用高度25cm，直徑20cm的塑料桶作為水培容器，塑料桶外壁涂黑，用厚度1cm泡沫板打孔后放于桶內(nèi)上半部用于遮光和固定苗木。試驗所用PEG-6000由日本進(jìn)口分裝。

1.2 試驗方法

1.2.1 干旱脅迫濃度和外源物質(zhì)濃度 本試驗采用PEG+1/2Hoagland營養(yǎng)液根際水分脅迫法對杉木無性系進(jìn)行脅迫處理，脅迫溶液水勢設(shè)定為-1.2MPa。共設(shè)定1個對照和5個脅迫處理，處理1：-1.2MPa（記為A），處理2：-1.2MPa+8mmol/L Ca2+（記為B），處理3：-1.2MPa+12mmol/L Ca2+（記為C），處理4：-1.2MPa+8mmol/L AsA（記為D），處理5：-1.2MPa+12mmol/L AsA（記為E），并以未進(jìn)行脅迫且無Ca2+和AsA的處理作為對照ck。每個處理設(shè)3個重復(fù)。分別在處理持續(xù)24、48、72和96h時采集各處理相同位置葉片，測定各項生理指標(biāo)。每天上午、下午各通氣30min。

1.2.2 測定指標(biāo) 脂膜透性采用電導(dǎo)率儀法，MDA含量采用硫代巴比妥酸（TBA）比色法，可溶性糖含量采用蒽酮比色法，可溶性蛋白采用考馬斯亮藍(lán)G-250染色法。

1.3 統(tǒng)計分析 運用DPS軟件進(jìn)行單因素方差分析及LSD多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 Ca2+和AsA對滲透脅迫下杉木無性系質(zhì)膜透性的影響 滲透脅迫之后，各處理的電導(dǎo)率均出現(xiàn)不同程度的升高，其中處理A電導(dǎo)率顯著增加，且隨著脅迫時間的延長而不斷升高，24h后急劇上升，到48、72、96h分別比ck增加164%、227%、204%，與ck達(dá)到極顯著差異（P<0.01）。經(jīng)Ca2+處理之后，膜脂過氧化作用得到一定程度的緩解，電導(dǎo)率增加的幅度變小。8mmol/LCa2+處理的幼苗電導(dǎo)率48h內(nèi)與處理A差異較小，48h后電導(dǎo)率增加趨于平緩，72、96h分別比處理A升高70.98%和65.9%；12mmol/L Ca2+處理的幼苗電導(dǎo)率始終低于處理A，脅迫48h時電導(dǎo)率比處理A低44.24%，二者差異達(dá)到最大，48h后電導(dǎo)率迅速上升，并維持在較高的水平，可能是Ca2+濃度高，隨著脅迫的進(jìn)行對植物造成傷害。AsA處理的杉木苗的電導(dǎo)率始終低于處理A，自脅迫開始，二者就表現(xiàn)出一定緩解作用。48h內(nèi)處理D和處理E的苗木電導(dǎo)率增長程度相似，24h、48h分別比處理A低17.71%、33.43%和20.86%、32.81%，48h后處理D的脂膜透性逐漸超過處理E，二者在72h、96h分別比處理A低8.44%、14.29%和19.07%、20.23%，說明8mmol/L AsA的緩解作用相比于12mmol/L AsA緩解作用逐漸減弱。

2.2 Ca2+和AsA對水分脅迫下杉木無性系MDA含量的影響 水分脅迫后杉木幼苗的MDA含量均明顯上升。處理24h后MDA的含量比ck上升150%；脅迫48～96h，MDA的含量仍在上升，但上升的幅度變小，48、72、96h分別比ck上升122%、148%和175%，與ck差異顯著，且達(dá)到極顯著水平（P<0.01）。Ca2+處理下MDA含量與處理A差異達(dá)極顯著水平（P<0.01）。處理B的MDA含量始終高于處理C，說明8mmol/LCa2+的抑制作用弱于12mmol/LCa2+，隨著時間的延長，二者的MDA含量均趨于穩(wěn)定，96h時分別比ck上升79.49%和28.86%，遠(yuǎn)低于處理A的175%。外源AsA可使MDA含量的增加趨于平緩，24h內(nèi)AsA的處理與處理A相比，MDA含量差異達(dá)極顯著水平（P<0.01）。處理D與處理A相比，MDA含量在24、48、72、96h分別低46.39%、44.38%、51.23%、47.67%，處理E與處理A相比，MDA含量在24、48、72、96h分別低42.42%、40.62%、49.04%、48.41%，說明8mmol/LAsA的抑制作用要強(qiáng)于12mmol/L AsA。endprint

2.3 Ca2+和AsA對水分脅迫下杉木無性系可溶性糖含量的影響 PEG脅迫可以顯著提高杉木幼苗葉片的可溶性糖含量（圖3）。24h可溶性糖含量有所上升，比ck高出61.52%，二者差異達(dá)顯著水平（P<0.05），48h可溶性糖含量急劇升高，與ck差異達(dá)極顯著水平（P<0.01），48h后可溶性糖含量增加趨于平緩，72h后開始下降，最終比ck高出51.25%。24h后加Ca2+的處理與處理A差異不顯著（P>0.05），處理B和處理C的可溶性糖含量在48h時顯著增加，分別比處理A高出27.20%和13.09%，處理B與處理A差異達(dá)顯著水平（P<0.05）。48h后二者的可溶性糖含量開始下降，72h后二者分別比處理A高出9.89%和2.93%，之后處理B可溶性糖含量趨于平穩(wěn)，處理C的可溶性糖含量出現(xiàn)急劇下降。AsA可以增加水分脅迫時植物的可溶性糖含量，24h時處理E比處理A高出35.12%，達(dá)到顯著水平（P<0.05），處理D比處理A高出11.02%，48h AsA處理和處理A均達(dá)到峰值，處理D和處理E分別比處理A高出5.41%和11.70%。72h、96h處理D可溶性糖含量急劇下降，分別比處理A低12.8%、高9.29%，72h處理E可溶性糖含量趨于平穩(wěn)，96h略有下降，但仍高于處理A，分別高出9.29%和53.97%。

2.4 Ca2+和AsA對水分脅迫下杉木無性系可溶性蛋白含量的影響 PEG脅迫時可溶性蛋白含量隨脅迫時間延長呈先下降再上升后下降的變化趨勢。處理A在48h時可溶性蛋白含量最低，比ck減少32.46%；72h時可溶性蛋白含量迅速上升，比ck高出16.42%；96h時可溶性蛋白含量又呈下降趨勢，最終比對照低16.98%。其中處理A與ck間差異顯著（P<0.05）。外源Ca2+可減緩可溶性蛋白含量的急劇下降，并促進(jìn)可溶性蛋白含量升高。24h處理B和處理C的可溶性蛋白含量均高于處理A；24～72h處理B和處理C可溶性蛋白含量呈上升趨勢，與處理A差異最大處為48h，分別比處理A高63.41%和33.85%；72h后處理B略微有所增長，處理C開始下降。處理B和處理C均與處理A差異顯著（P<0.05）。外源AsA可以緩解滲透脅迫下杉木可溶性蛋白的大范圍波動，可通過提高可溶性蛋白含量來降低水勢，增強(qiáng)抗旱性，24h處理D和處理E的可溶性蛋白含量呈略微下降，分別比處理A高21.4%和7.11%。24～72h處理B和處理C蛋白含量緩慢上升，72h均高于對照，分別比對照高28.98%和9.16%，分別比處理A高10.79%、低6.23%；到96h，處理B和處理C可溶性蛋白含量均趨于穩(wěn)定，不再增長，分別比C高28.6%和6.28%，分別比處理A高54.9%、低28.01%。處理D和處理A差異顯著（P<0.05）。

3 結(jié)論與討論

水分脅迫下，植物細(xì)胞水勢降低，脂膜相對透性增加，細(xì)胞內(nèi)含物外滲，造成植物體內(nèi)活性氧自由基含量迅速增加，膜系統(tǒng)受到攻擊，膜脂脂肪酸中的不飽和鍵被過氧化，最終形成MDA[10]，MDA可以作為植物非生物脅迫下自由基和發(fā)生膜損傷的指示器[11]。本研究中，PEG水分脅迫引起杉木幼苗MDA含量持續(xù)高于對照，與對照成極顯著差異，這與佟永興[12]、李潔[13]等大量研究結(jié)果一致，說明滲透脅迫可以引起大多數(shù)植物膜系統(tǒng)造成傷害。外源Ca2+和AsA可以顯著抑制MDA含量的增加，且較高濃度的Ca2+抑制作用強(qiáng)于低濃度Ca2+，Ca2+可以與磷脂分子的極性端結(jié)合而引起磷脂分子間距離的變化，同時還可以橋接蛋白分子的羧基，增加膜脂的親脂性而穩(wěn)定膜結(jié)構(gòu)，減輕滲透脅迫造成的膜傷害和減少電解質(zhì)外滲[14]。

在植物經(jīng)受滲透脅迫時，會積累一些可溶性物質(zhì)進(jìn)行滲透調(diào)節(jié)，如可溶性糖、游離氨基酸、脯氨酸、可溶性蛋白等，這些物質(zhì)對增強(qiáng)植物抗逆性具有重要意義?？扇苄蕴堑脑黾幽芙档图?xì)胞原生質(zhì)的滲透勢，增強(qiáng)保水能力，穩(wěn)定生物大分子結(jié)構(gòu)[15]。高含量的可溶性蛋白可使細(xì)胞維持較低的滲透勢，抵抗脅迫帶來的傷害，延緩脅迫下植物葉片衰老進(jìn)程[16]。本研究表明，滲透脅迫前期導(dǎo)致可溶性糖積累，但后期有所下降，與對照相比差異顯著（P>0.05）。劉亞麗等[17]在脂松的滲透脅迫中發(fā)現(xiàn)，隨著土壤含水量的降低，可溶性糖含量也呈先上升后下降的趨勢，與對照成顯著差異（P>0.05）。脅迫后期可溶性糖含量下降，與有些報道不一致，可能是因為材料不一致的原因?？扇苄缘鞍缀勘憩F(xiàn)出上升再下降后上升的趨勢，說明脅迫首先影響到蛋白質(zhì)的合成或加速其分解，隨著脅迫的進(jìn)行植物誘導(dǎo)產(chǎn)生更多的可溶性蛋白，來適應(yīng)逆境帶來的傷害。外源Ca2+和AsA可以顯著提高可溶性糖和可溶性蛋白的含量，12mmol/LCa2+和12mmol/LAsA可以提高可溶性糖的含量，并最終維持在較高的水平，8mmol/LCa2+和8mmol/LAsA維持可溶性蛋白含量在較高水平，說明適宜濃度的Ca2+和AsA可以維持細(xì)胞滲透勢在較低水平，增強(qiáng)細(xì)胞吸水能力，增強(qiáng)植物的抗旱能力。

綜上，滲透脅迫嚴(yán)重影響到植物的脂膜系統(tǒng)穩(wěn)定和各滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的含量，從而對植物造成傷害。適宜的Ca2+和AsA能提高苗木對滲透脅迫的抵御能力，促進(jìn)苗木的生長，表現(xiàn)出較好的抗膜脂過氧化和維護(hù)系統(tǒng)完整性的能力。

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（責(zé)編：張宏民）endprint

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