靳 月，李鐵華，文仕知，王 波，謝亞斌

（中南林業(yè)科技大學，湖南 長沙 410004）

干旱問題已經(jīng)成為農(nóng)林生產(chǎn)最嚴重的問題之一[1]。植物在生長過程中往往因為干旱脅迫達不到栽培的預期價值，不能充分發(fā)揮生態(tài)、經(jīng)濟和景觀作用[2]。所以探討植物抗旱機制、認識植物抗旱本質(zhì)和提高植物的抗旱能力已成為目前備受關(guān)注的研究方向。閩楠Phoebe bournei屬樟科，是我國珍貴用材樹種和優(yōu)良園林綠化樹種，干形通直，木材芳香耐久，材質(zhì)致密堅韌，具有重要的經(jīng)濟價值?，F(xiàn)主要針對閩楠苗木繁育和鹽堿脅迫研究較多[3-7]，研究發(fā)現(xiàn)，隨著鹽堿濃度的增加，閩楠幼苗的MDA含量增加，SOD、POD、CAT的活性增強，具有一定的耐鹽堿能力，但關(guān)于閩楠抗旱性方面的研究還比較少[8-9]。閩楠是耐蔭樹種，對水分條件要求較高，所以研究閩楠的抗旱性對提高造林成活率和幼樹管理非常重要。本實驗以閩楠實生幼苗為試驗材料，通過盆栽試驗研究了不同干旱脅迫對閩楠幼苗生長和生理生化特性的影響，探討閩楠幼苗對不同土壤水分條件的反應和適應能力，了解該樹種的抗旱性及其抗旱機理，為閩楠干旱研究和造林提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 實驗材料與處理

選取生長健壯、無病蟲害、長勢基本一致的2015年3月所育閩楠實生幼苗為試驗材料，試驗前保持田間持水量的80%左右。于2016年7月27日采用稱重法進行土壤含水量控制，分為4個組，分別為：對照組CK，土壤含水量為田間持水量的80%；輕度脅迫T1，土壤含水量為田間持水量的60%；中度脅迫T2，土壤含水量為田間持水量的40%；重度脅迫T3，土壤含水量為田間持水量的20%。每個組40盆，共160盆，水控處理15 d后進行測定。試驗在塑料大棚中進行，大棚保持良好的通風，只起擋雨的作用。

1.2 指標及測定方法

1.2.1 生理生化指標

干旱脅迫處理15 d后，對苗木開始第一次的指標測定，每次間隔15 d，共測定4次。測定試樣均取成熟葉片，混合取樣，液氮保存后帶回實驗室進行相關(guān)指標的測定：

（1）組織相對含水量（RWC）

先測定植物鮮質(zhì)量（FW），然后測定植物的飽和鮮質(zhì)量（SFW），最后測定干質(zhì)量（DW）；

（2）葉綠素含量

采用紫外分光光度計比色法測定[10]；

（3）可溶性蛋白含量

采用考馬斯特亮藍G-250染色法測定[11]；

（4）丙二醛（MDA）含量

采用硫代巴比妥酸法測定[11]；

（5）游離脯氨酸含量

采用磺基水楊酸提取茚三酮比色法測定[11]；

（6）過氧化物酶（POD）

采用愈創(chuàng)木酚顯色法測定[11]；

（7）超氧化物歧化酶（SOD）

采用氮藍四唑光化還原法測定[11]；

（8）過氧化氫酶（CAT）

采用紫外吸收法測定[11]。

1.2.2 生長指標

苗高（H，cm）和地徑（D，cm）每個處理測定2次，分別為處理前和干旱處理60 d后，苗高利用卷尺測量，地徑利用電子數(shù)顯游標卡尺測量；處理60 d后用流水沖松盆土，取出幼苗，洗凈泥土，晾干后于分析天平稱取根、莖、葉和單株鮮質(zhì)量，后放入烘箱在105℃殺青10 min，然后溫度降至85 ℃烘至恒質(zhì)量，分別稱取根、莖、葉的干質(zhì)量，并進一步計算生物量和根冠比，每個處理重復6次。

1.3 數(shù)據(jù)處理

利用SPSS 20.0和Excel 2003軟件對數(shù)據(jù)進行處理和統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 干旱脅迫對閩楠幼苗生長的影響

從表1可以看出，隨著干旱脅迫的加劇，閩楠幼苗的苗高、地徑和根、莖、葉的生物量都在逐漸減少：苗高，T1、T2組與CK組無顯著差異，T3組和CK組有顯著差異（P＜0.05），且下降了9.82%；地徑，T1組與CK組之間無顯著差異，T2、T3組與CK組有顯著差異（P＜0.05），且T2和T3組分別比CK組下降了11.67%和22.17%；根生物量，CK組與T1、T2、T3組之間有顯著差異（P＜0.05），T1、T2和T3組分別比CK組下降了25.01%、47.52%和75.61%；莖生物量，CK組與T1、T2組相比均無顯著差異， T3組與CK組有顯著差異（P＜0.05），下降了66.38%；葉生物量和總生物量，CK組與T1組無顯著差異，與T2、T3組之間有顯著差異（P＜0.05），且T2、T3組分別下降了54.16%、64.04%和42.92%、69.06%；根冠比，各組之間無顯著差異。

表1 干旱脅迫下閩楠幼苗平均生物量及形態(tài)生長指標的變化Table1 Changes of individual biomass and growth ofPhoebe bournei under drought stress

2.2 干旱脅迫對閩楠幼苗植物組織相對含水量的影響

水分狀況對植物的生理活動有重要的意義。干旱最直接的作用就是引起植物組織失水，導致各種生理代謝紊亂。葉片相對組織含水量是衡量植物體內(nèi)水分情況的一個常用指標。如圖1所示，閩楠幼苗葉片組織的相對含水量隨著干旱脅迫程度的加劇有所下降，并且在同一處理水平隨著干旱脅迫時間的延長，葉片的組織相對含水量也有所下降；在處理的前30 d，各組均無顯著差異；處理45 d，T2、T3組與CK和T1組分別存在顯著差異（P＜0.05），T2、T3組比CK分別下降13.04%和9.57%；處理60 d，CK組與T1、T2、T3組之間均有顯著差異（P＜0.05），分別比CK組下降13.04%、18.48%和32.61%。

圖1 干旱脅迫下閩楠幼苗葉片相對含水量的變化Fig.1 Changes of relatives content in leaves of Phoebe bournei under drought stress

2.3 干旱脅迫對閩楠幼苗葉綠素含量的影響

如圖2所示，隨著干旱脅迫程度的加劇，閩楠幼苗葉綠素有上升的趨勢，并且在同一處理水平隨著干旱時間的延長，閩楠幼苗葉綠素含量整體呈現(xiàn)一個先上升后下降的趨勢，處理15 d閩楠幼苗的葉綠素水平相對一致，各處理組之間無顯著性差異；處理30 d，T3組與T2、CK組有顯著差異（P＜0.05），T3組比CK組高50%；處理45 d，T1組與T2、CK組有顯著性差異（P＜0.05），T1比CK高70.83%，這時各處理組的葉綠素含量均達到最大值，隨后下降；處理60 d，T1、T2組與CK組有顯著差異（P＜0.05），分別高31.66%、42.21%。

圖2 干旱脅迫下閩楠幼苗葉綠素的變化Fig.2 Change of pigment content in leaves of Phoebe bournei under drought stress

2.4 干旱脅迫對閩楠幼苗可溶性蛋白的影響

圖3 干旱脅迫下閩楠幼苗可溶性蛋白的變化Fig.3 Change of soluble protein content in leaves of Phoebe bournei under drought stress

隨著干旱脅迫的加劇和干旱時間的延長，閩楠幼苗的可溶性蛋白含量增加（見圖3），45 d后開始緩慢下降。處理30 d以后各處理組之間存在顯著性差異：處理30 d，T2、T3組與CK差異極顯著（P＜0.01），分別高310.14%和567.39%；處理45 d，T1、T2、T3組與CK差異極顯著（P＜0.01），比CK組分別高125.77%、239.88%和 509.82%（P＜0.01）；處理60 d，T2、T3組分別比CK組高78%和277.64%（P＜0.01），差異達到極顯著水平；處理45～60 d，除CK組外，其它處理的可溶性蛋白含量緩慢下降。T2、T3組在處理30 d的可溶性蛋白含量與處理15 d存在極顯著差異（P＜0.01），前者比后者分別高420.86%和625.20%，T3組在整個試驗過程中的可溶性蛋白含量均高于其它組。

2.5 干旱脅迫對閩楠幼苗丙二醛（MDA）的影響

如圖4所示，隨著干旱脅迫的加劇，閩楠幼苗MDA的含量逐漸上升。 在處理30 d后T3組的MDA含量到達一個峰值， 并且與CK、T1、T2組有顯著差異（P＜0.05），比CK組高46.17%；處理45 d， T3和CK、T1組之間有顯著差異（P＜0.05）；處理60 d， T3組與CK組有顯著差異（P＜0.05），比CK組高47.04%，T3組在整個試驗過程MDA的含量最高。

圖4 干旱脅迫下閩楠幼苗MDA的變化Fig.4 Change of MDA content in leaves of Phoebe bournei under drought stress

2.6 干旱脅迫對閩楠幼苗脯氨酸（Pro）的影響

如圖5可知，隨著干旱脅迫的加劇，閩楠幼苗的脯氨酸含量增加，并且在同一水平處理條件下，脯氨酸的含量隨著脅迫時間的延長也呈現(xiàn)一個上升的趨勢。處理30 d后，T3組與CK組差異極顯著（P＜0.01），T3組比CK組高150.84%；處理45 d， T2、T3組比CK組差異極顯著（P＜0.01），T2、T3組與CK組的脯氨酸含量分別高242.42%和414.45%，并且T3組與其它各組均差異極顯著（P＜0.01）；處理60 d，各處理間差異均極顯著（P＜0.01），T1、T2、T3組比CK組的脯氨酸含量分別高309.47%、528.18%和747.41%。T1、T2、T3組脯氨酸的含量都隨干旱脅迫時間的延長逐漸升高，其中T3組尤為明顯，處理60 d比處理15 d時極顯著上升了555.85%。

圖5 干旱脅迫下閩楠幼苗脯氨酸含量的變化Fig.5 Change of praline content in leaves of Phoebe bournei under drought stress

2.7 干旱脅迫對閩楠幼苗保護酶活性的影響

2.7.1 過氧化物酶（POD）的活性

從圖6可以看出，閩楠幼苗的POD活性隨著干旱脅迫程度的加劇而升高，30 d后又緩慢下降。處理30 d，各處理間的差異最大，隨后各處理間的差異逐漸縮小，隨著脅迫時間的延長，各處理的POD活性呈現(xiàn)先上升后降低的趨勢。處理30 d，T2、T3組POD含量達到峰值，與CK組有顯著差異（P＜0.05），分別高了119.15%和139.16%；處理45 d， T1、T2、T3組與 CK組有顯著差異（P＜0.05），分別上升了71.55%、68.18%和45.11%。

圖6 干旱脅迫下閩楠幼苗POD的變化Fig.6 Change of POD content in leaves of Phoebe bournei under drought stress

2.7.2 超氧化歧化酶（SOD）的活性

圖7可以得出，在干旱脅迫程度加劇的情況下閩楠幼苗保護酶SOD的活性增強，隨著處理時間的延長，SOD的活性先增加后下降。處理30 d，T3組處于峰值，與CK組有差異顯著（P＜0.05），上升134.51%；處理45 d，T2達到高峰值，與其它處理組差異顯著（P＜0.05），比CK組上升187.53%；處理60 d，SOD的活性下降，且各處理無顯著差異。

圖7 干旱脅迫對閩楠幼苗SOD的變化Fig.7 Change of SOD content in leaves of Phoebe bournei under drought stress

2.7.3 過氧化氫酶（CAT）的活性

如圖8所示，在干旱脅迫程度加劇的情況下，閩楠幼苗保護酶CAT的活性增強，隨著干旱脅迫時間的延長呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢，與SOD總體變化趨勢基本相似。處理30 d和45 d，T1、T2、T3組與CK組有顯著差異（P＜0.05），比CK分別上升了78.13%、64.12%和103.30%；處理45 d，T1、T2、T3組比CK分別上升74.51%、88.17%和111.66%；處理60 d，各組間無顯著差異。

圖8 干旱脅迫下閩楠幼苗CAT的變化Fig.8 Change of CAT content in leaves of Phoebe bournei under drought stress

3 結(jié) 論

（1）隨著干旱強度的增加，植物幼苗總生物量、根生物量、莖和葉的生物量出現(xiàn)不同程度的降低；閩楠幼苗葉片組織相對含水量隨著干旱脅迫程度的加劇下降，并且在同一處理水平隨著干旱脅迫時間的延長，葉片組織的相對含水量有所下降。干旱脅迫60 d，T3組比CK組顯著下降了32.61%；隨著干旱脅迫程度加劇，閩楠幼苗葉綠素有上升的趨勢，并且同一處理水平隨著干旱時間的延長閩楠幼苗葉綠素整體呈現(xiàn)一個先上升后下降的趨勢。

（2）干旱脅迫前45 d，可溶性蛋白含量上升，后期可溶性蛋白含量降低，處理30 d以后各處理組之間存在顯著性差異；隨著干旱脅迫的加劇，閩楠幼苗的脯氨酸含量增加，并且在同一水平處理條件下，脯氨酸的含量隨著時間的延長也呈現(xiàn)一個上升的趨勢。在試驗期間各試驗組與對照組之間存在顯著差異；閩楠幼苗MDA的含量逐漸上升，變化幅度比其它指標小。

（3）閩楠幼苗的POD活性隨著干旱脅迫程度的加劇而升高，隨著脅迫時間的延長，各處理的POD活性呈現(xiàn)先上升后降低的趨勢。處理30 d POD活性達到最大值，在處理后期POD的活性下降，但T2、T3處理仍比CK處理高；SOD和CAT的變化趨勢相似，在干旱脅迫程度加劇的情況下閩楠幼苗保護酶的活性增強，隨著處理時間的延長，保護酶的活性先增加，后下降。重度脅迫下，處理30 d和處理45 d時T3組CAT活性與其他各組有顯著差異，并且在30 d后均高于其他組。

4 討 論

4.1 干旱脅迫下閩楠幼苗生長指標的變化

大量研究表明：在植物的生長發(fā)育中，植物要適應環(huán)境必須要不斷調(diào)整其生長和生物量的分配。干旱脅迫下，植物生長受到抑制，并且脅迫時間越長、程度越高，受抑制現(xiàn)象越明顯[12]。本實驗研究結(jié)果得出，隨著干旱強度的增加，植物幼苗總生物量、根生物量和地上生物量出現(xiàn)不同程度的降低，其根和莖的生物量各組之間存在顯著差異（P＜0.05），與毛永成等[13]的研究結(jié)果一致。通過以上研究分析得出干旱條件抑制幼苗單株生物量的積累，對根莖生物量的影響尤為顯著，并在一定程度上促進地下部分的生長，抑制地上部分的生長，調(diào)整根、莖、葉的生物量分配來適應干旱逆境。

干旱脅迫下會強烈影響植物葉片的水分供應狀況。植物在干旱脅迫下體內(nèi)水分情況的變化，是首先要面臨的問題，所以不少學者的研究集中在對葉片水分飽和虧、相對含水量和束縛水/自由水比值指標方面[14-15]。胡學華等[16]在研究4種經(jīng)濟樹木的干旱響應時得出干旱脅迫下李、桃、杏和梨4種樹種的相對含水量減少，與本試驗研究結(jié)果一致，說明干旱脅迫會影響閩楠幼苗的相對含水量，并隨著干旱程度的加劇，閩楠幼苗的相對含水量降低。處理30 d前閩楠幼苗各水平處理組的相對含量維持在80%左右，是因為脯氨酸的含量較高，保持膨壓，減少水分流失。 處理60 d T3組的相對含水量顯著下降，說明閩楠幼苗能忍受輕度干旱脅迫， 一定程度上可以利用組織相對含水量來判斷閩楠幼苗的抗旱性。

葉綠素含量的高低在一定程度上反映了光合作用的水平，因此測定苗木葉片中葉綠素含量對評價植物的生長狀況和受脅迫程度具有重要的意義[17]。本實驗結(jié)果與吳玲等[18]和潘昕等[19]的研究結(jié)果一致，研究表明干旱脅迫下閩楠幼苗葉綠素含量呈現(xiàn)一個先上升后下降的趨勢，說明干旱脅迫剛開始時，閩楠幼苗能維持植物正常光合作用的一個響應機制；隨著干旱脅迫時間的延長，葉綠素含量降低，是因為干旱逆境下閩楠幼苗產(chǎn)生大量活性氧POD，MDA的含量上升，細胞膜遭到破壞，原生質(zhì)泄露，加速了葉綠體的降解并抑制葉綠素的合成。

4.2 干旱脅迫下閩楠幼苗滲透調(diào)節(jié)的變化

滲透調(diào)節(jié)作用是植物忍耐和抵御干旱脅迫時重要的生理機制，這一理論最早由Hsiao提出后隨即成為抗旱生理研究最活躍的領(lǐng)域[20]?？扇苄缘鞍资侵匾臐B透調(diào)節(jié)物質(zhì)，它能提高植物細胞的保水能力。

本實驗得出干旱脅迫初期可溶性蛋白含量上升，一方面是因為幼苗體內(nèi)保護酶活性增加導致的，另一方面是可溶性蛋白主動累積來降低植物水勢，使細胞處于比較低的滲透勢；脅迫后期可溶性蛋白含量降低，是由于植物受到干旱脅迫，保護酶POD、SOD和CAT的活性受到抑制，影響蛋白質(zhì)的合成，并且脅迫會誘導蛋白質(zhì)的分解，所以脅迫后期蛋白質(zhì)的含量降低。本實驗研究結(jié)果與樟樹幼苗、短梗大參在干旱脅迫下可溶性蛋白含量變化相類似[21-22]。

脯氨酸作為最重要的滲透調(diào)節(jié)劑，參與滲透調(diào)節(jié)。在干旱脅迫下，通過積累脯氨酸含量，保持膨壓，減少水分流失，維持機體正常代謝[23]，并能夠穩(wěn)定膜系統(tǒng)，與葉綠素的合成有關(guān)，含量與植物抗旱能力呈正比。通過本實驗得出，干旱脅迫下閩楠幼苗脯氨酸含量不斷地累積，通過脯氨酸來保持膨壓，減少水分流失，保護酶系統(tǒng)，即閩楠幼苗在干旱逆境下可以通過脯氨酸的積累來維持機體的正常代謝。

4.3 干旱脅迫下閩楠幼苗保護酶指標的變化

MDA是膜脂過氧化產(chǎn)物，植物組織處于脅迫狀態(tài)時，細胞中活性氧會大量積累，促使MDA含量增加，并能與蛋白質(zhì)氨基酸殘基或核酸反應生成堿，降低細胞膜的穩(wěn)定性,使細胞膜的透性增大，電解質(zhì)外滲，而細胞膜系統(tǒng)穩(wěn)定性與植物抗旱能力密切相關(guān)。因此，含量的多少可作為衡量脂質(zhì)過氧化作用強弱和檢測植物膜傷害的一個主要指標。本實驗結(jié)果表明閩楠幼苗隨著干旱脅迫的加劇，MDA的含量緩慢上升，總體波動較小，變化幅度不大。對潤楠[24]和女貞[25]研究得出隨著干旱脅迫時間的延長，MDA 含量一直呈上升趨勢相一致。綜上表明，干旱脅迫下閩楠幼苗葉片細胞中活性氧大量積累，膜脂過氧化作用在增強，細胞膜受到破壞，細胞膜的透性增加，導致MDA含量增加。在干旱脅迫中期，MDA含量到達一個高峰后逐漸平穩(wěn)，說明閩楠幼苗在自我調(diào)整，但T3組一直處于上升趨勢，說明在重度干旱脅迫時，閩楠幼苗抗旱性變得越來越弱。

植物受到干旱脅迫后植物體內(nèi)活性氧產(chǎn)生與清除的相對平衡狀態(tài)被打破，因此引起植物體內(nèi)活性氧積累，導致細胞傷害現(xiàn)象的發(fā)生。SOD、POD、CAT是植物清除活性氧的保護酶，研究表明，一般情況干旱脅迫下植物體內(nèi)的SOD活性與抗氧化能力呈正相關(guān)[26]。蔣明義等[27]研究發(fā)現(xiàn)輕度或短期的干旱脅迫會使植物體內(nèi)的SOD 活性增加，而重度或長期脅迫下呈下降趨勢。CAT是一種四聚體酶， 負責清除過氧化物酶體產(chǎn)生的過氧化氫。POD一方面可以催化分解有毒物質(zhì)過氧化氫，另外也可以使脂質(zhì)過氧化物轉(zhuǎn)變?yōu)橹舅?，從而阻止過氧化作用帶給植物的傷害，保護植物通過逆境。桑子陽等[28]利用紅花玉蘭進行干旱脅迫研究，發(fā)現(xiàn)在干旱脅迫下紅花玉蘭葉片的POD活性增強，以此來抵御干旱逆境對其所造成的傷害[29-30]。

實驗結(jié)果與刁俊明等[31]、張寅媛等[32]和夏紅明[33]等的研究相一致。實驗結(jié)果表明，干旱逆境下保護酶POD、SOD、CAT的活性整體呈現(xiàn)一個先上升后下降的趨勢，變化趨勢相似，具有協(xié)同性。在處理前期，為清除干旱逆境下產(chǎn)生的大量活性氧，保護酶的活性和脯氨酸的含量增加，降低膜脂過氧化作用對植物造成的傷害，保護酶系統(tǒng)。在處理后期保護酶的活性下降，是因為閩楠幼苗細胞代謝失調(diào)，產(chǎn)生大量自由基，膜脂過氧化作用增強，導致保護酶活性下降， 說明在輕度干旱脅迫下閩楠幼苗可以通過保護酶系統(tǒng)來維持幼苗的正常代謝，但在中度和重度干旱下會影響幼苗正常生長。

綜上所述，本實驗只針對干旱脅迫對閩楠幼苗生長和生理特性進行了研究，并未對光合作用、根系和植物營養(yǎng)等方面進行研究，還不夠全面，為了更加深入地了解干旱脅迫對閩楠幼苗的影響，需要進一步進行光合作用等一系列的指標研究，為建立閩楠樹種的抗旱體系、篩選優(yōu)樹、選育造林提供理論依據(jù)和參考。