盧雅莉，吳楊熙，陳紅躍

(1.廣東省林業(yè)調(diào)查規(guī)劃院，廣東 廣州 510520；2.廣東水利電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣東 廣州 510635；3.華南農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)與風(fēng)景園林學(xué)院，廣東 廣州 510642)

木麻黃Casuarina equisetifolia是高大喬木樹(shù)種，天然分布于澳大利亞、東南亞和太平洋群島地區(qū)[1]，是我國(guó)熱帶和亞熱帶地區(qū)重要的生態(tài)和用材等多用途樹(shù)種，對(duì)防臺(tái)風(fēng)、沿海沙丘固定和貧瘠干旱的沿海沙地生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)有不可替代的作用[2]。當(dāng)前，木麻黃人工林面臨著種質(zhì)資源貧乏、品種單一、衰老低效林分增多、病蟲(chóng)害嚴(yán)重、更新改造困難等嚴(yán)重問(wèn)題[3]。華南和東南沿?，F(xiàn)有90%以上木麻黃防護(hù)林使用無(wú)性系造林，長(zhǎng)期使用單一的無(wú)性系導(dǎo)致木麻黃防護(hù)林的保存率、抗性等顯著下降，嚴(yán)重影響沿海防護(hù)林的生態(tài)和經(jīng)濟(jì)效益[4]。

木麻黃具有耐旱、抗貧瘠、抗鹽堿等特性[5]，而水分是影響沙地木麻黃生長(zhǎng)發(fā)育的主要因子之一[6]。干旱條件下，植物體內(nèi)會(huì)產(chǎn)生一系列生理和生化變化來(lái)適應(yīng)干旱脅迫生境。丙二醛(Malondialdehyde，MDA)含量、超氧化物歧化酶(Superoxide Dismutase，SOD)活性、脯氨酸含量是研究植物抗逆性的常用指標(biāo)[7—8]。本研究利用聚乙二醇(PEG-6000)人工模擬干旱條件，測(cè)定木麻黃15個(gè)家系的幼苗在干旱脅迫下生理指標(biāo)的變化，通過(guò)主成分分析法對(duì)各家系的抗旱性進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，探討木麻黃的耐干旱機(jī)理，并從中篩選出耐旱性強(qiáng)的優(yōu)良家系，為木麻黃防護(hù)林家系的選擇提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗(yàn)地設(shè)在華南農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)與風(fēng)景園林學(xué)院教學(xué)苗圃內(nèi)，試驗(yàn)用苗為廣東省林業(yè)科學(xué)研究院提供的2 月齡木麻黃營(yíng)養(yǎng)袋實(shí)生苗，共15 個(gè)家系，分別是59、601、701、A13、東山2、東山短、惠2、抗1、抗3、龍4、南山7、平5、莆20、千頭、粵雜交。實(shí)生苗平均地徑2.1 cm，平均苗高45.1 cm。2008 年8～10 月，采用長(zhǎng)60 cm、寬37 cm、深17 cm 的塑料盆作水培器材，在塑料泡沫板打孔后置于盆表面，將幼苗插于盆內(nèi)營(yíng)養(yǎng)液中。營(yíng)養(yǎng)液選用霍蘭格營(yíng)養(yǎng)液配方。

1.2 方法

1.2.1干旱脅迫處理在新鮮營(yíng)養(yǎng)液內(nèi)加入PEG-6000 配制成不同濃度的脅迫溶液：輕度脅迫(50 g·L-1PEG)、中度脅迫(100 g·L-1PEG)、重度脅迫(150 g·L-1PEG)。將苗根部浸入脅迫溶液進(jìn)行干旱脅迫處理，以不加PEG-6000 霍蘭格營(yíng)養(yǎng)液的幼苗作為對(duì)照。各個(gè)脅迫強(qiáng)度持續(xù)處理時(shí)間為6 d，然后采集葉片，測(cè)定各項(xiàng)生理指標(biāo)。

1.2.2幼苗培養(yǎng)與取樣選取形態(tài)長(zhǎng)勢(shì)基本一致的幼苗，剝落營(yíng)養(yǎng)袋泥土并洗凈根部，插入打好孔的泡沫板中，置于盛有營(yíng)養(yǎng)液的塑料盆上，每孔一株苗，植株用海綿固定。水培苗在營(yíng)養(yǎng)液中恢復(fù)2 d，再移入用營(yíng)養(yǎng)液配制的具有不同滲透勢(shì)的PEG-6000 溶液中進(jìn)行干旱脅迫處理。各處理均在室溫下進(jìn)行，室內(nèi)溫度28 ℃，相對(duì)濕度75%～85%，處理期間每天通氣1 次。幼苗處理6 d 后，選擇生長(zhǎng)良好，大小均一的葉片為供試材料。不同幼苗的樣品均在上午8:30 采集，每個(gè)指標(biāo)用4 株幼苗采樣，取每棵幼苗第3 位至第8 位功能葉(完全舒展且成熟的葉)，用自來(lái)水沖洗葉片表面污物，再用蒸餾水沖洗2～3次，吸水紙吸干表面水分?；旌喜杉~片后測(cè)定生理指標(biāo)。

1.2.3生理指標(biāo)測(cè)定參照陳建勛等[9]的方法，MDA 含量用硫代巴比妥酸(TBA)比色法測(cè)定，SOD 活性用氯化硝基四氮唑藍(lán)(NBT)光化還原法測(cè)定，脯氨酸含量用茚三酮法測(cè)定。每指標(biāo)3 次重復(fù)。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

用Microsoft Excel 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，采用SAS8.1 軟件系統(tǒng)進(jìn)行多重比較和主成分分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同干旱脅迫強(qiáng)度對(duì)葉片MDA 含量的影響

經(jīng)干旱脅迫處理后，相同脅迫水平下，各家系間葉片MDA 含量存在一定差異(表1)?？傮w上各家系葉片MDA 含量隨脅迫強(qiáng)度增大而上升，但各家系增幅差異明顯，其中東山短和龍4 重度脅迫后的增幅分別達(dá)到827.44%和595.39%，而701 只有71.06%。輕度和中度脅迫后，多數(shù)家系葉片MDA 含量明顯增加，而家系601 的變化趨勢(shì)表現(xiàn)為先減少再升高。重度脅迫后，除701、抗3 增幅較小外，其余家系MDA 含量都大幅增加，其中家系601、東山短、龍4、平5 和千頭的增幅顯著。

2.2 不同干旱脅迫強(qiáng)度對(duì)葉片SOD 活性的影響

相同干旱脅迫水平下，各家系SOD活性存在一定差異(表2)?？傮w上看，隨著PEG 濃度的增加，家系59、601、龍4、平5 的SOD 活性呈先下降后上升再下降趨勢(shì)，重度脅迫后SOD 活性比CK 分別下降4.9%、14.9%、9.1%、20%；東山2、惠2、抗3 則呈上升趨勢(shì)，升幅不大；抗1、莆20、千頭、粵雜交則呈先上升再下降趨勢(shì)；南山7 則是呈先下降再上升趨勢(shì)；而701、A13、東山短呈小幅波動(dòng)。對(duì)農(nóng)作物的相關(guān)研究表明，因植物種類不同或抗逆性強(qiáng)弱不同，其SOD 變化也有差異，多數(shù)植物在水分脅迫下SOD 活性下降，但有的植物表現(xiàn)出先上升后下降的趨勢(shì)[10]，本研究也出現(xiàn)這一情況。

2.3 不同干旱脅迫強(qiáng)度對(duì)葉片脯氨酸含量的影響

不同家系木麻黃葉片脯氨酸含量存在一定差異(表3)?？傮w上看，隨著PEG濃度的增加，家系59、抗1、龍4、平5、千頭和粵雜交呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)；家系601、東山短、南山7 和莆20呈現(xiàn)先上升后下降再上升的趨勢(shì)；家系701、A13、東山2、惠2 和抗3 呈現(xiàn)上升趨勢(shì)。其中，當(dāng)重度脅迫時(shí)，粵雜交脯氨酸含量低于對(duì)照，降幅達(dá)59.88%，其余家系脯氨酸含量皆比對(duì)照高，其中，家系701、601 和東山短的增幅最大，分別為555.05%、435.32%和378.62%；家系59、抗3、南山7、平5、莆20、千頭的脯氨酸含量增幅都超過(guò)100%。

2.4 木麻黃15 個(gè)家系幼苗抗旱性評(píng)價(jià)

為了全面準(zhǔn)確地利用各種指標(biāo)對(duì)植物的抗逆性進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，采用主成分分析法評(píng)價(jià)不同植物在不同環(huán)境脅迫下的抗逆性。主成分分析在保持原資料大部分信息的基礎(chǔ)上，將多個(gè)指標(biāo)劃歸為少數(shù)幾個(gè)相互獨(dú)立的綜合指標(biāo)，每個(gè)綜合指標(biāo)代表一個(gè)分量，以累積貢獻(xiàn)率達(dá)0.85 以上為條件，確定主成分個(gè)數(shù)[11]。分析表明，第1、2、3 主成分特征根的累積方差貢獻(xiàn)率已達(dá)99.89%，保留第1 個(gè)主成分足以代表原變量大部分信息(表4)。

表1 干旱脅迫下不同家系葉片MDA 含量(μmol·g-1 FW)Table 1 MDA content of leaves of different families under drought stress

表2 干旱脅迫下不同家系葉片SOD 活性(U·g-1 FW)Table 2 SOD activity of leaves of different families under drought stress

表3 干旱脅迫下不同家系葉片脯氨酸含量(μmol·g-1 FW)Table 3 Proline content of leaves of different families under drought stress

第一主成分葉片MDA 含量系數(shù)最大(表5)，說(shuō)明葉片MDA 含量是反映水分脅迫的最重要指標(biāo)，其次為SOD 活性和脯氨酸含量。

輕度脅迫時(shí)，惠2、南山7、莆20 的 MDA 含量增幅較大為第三類，抗旱性中等；東山短、抗3、龍4、東山2、平5、A13、59、粵雜交增幅中等為第二類，抗旱性較好；701、抗1、千頭、601 增幅較小，為第一類，抗旱性最好。中度脅迫時(shí)，惠2、粵雜交、抗3、莆20、南山7 MDA 含量增幅較大為第三類，抗旱性中等；龍4、601、東山2、東山短、平5 增幅中等，為第二類，抗旱性較好；A13、59、701、抗1、千頭增幅較小為第一類，抗旱性最好。重度脅迫時(shí)，龍4 的MDA 含量增幅最大，抗1、粵雜交、平5、增幅較大為第三類，抗旱性較差；東山短、惠2、莆20、千頭、南山7、601、抗3、東山2 增幅中等第二類，抗旱性中等；A13、701、59 增幅最小為第一類，抗旱性最好。

綜上所述，701、莆20、抗3、惠2、南山7 和東山2 隨著脅迫水平的增加，MDA 含量增幅較小，抗旱性較好。601、A13、東山短在輕度和中度脅迫時(shí)，MDA 含量增幅較小，在重度脅迫時(shí)增幅較大，抗旱性較差。千頭、粵雜交、抗1、龍4 和平5 在重度脅迫時(shí)MDA 含量較大，抗旱性較差。

表4 水分脅迫處理后主成分的貢獻(xiàn)率Table 4 Contribution rate of principal components after water stress treatment

表5 水分脅迫處理后各因子的負(fù)荷量Table 5 The load of each factor after water stress treatment

3 討論

丙二醛是植物脂質(zhì)過(guò)氧化的產(chǎn)物，其含量表示脂膜過(guò)氧化的程度和植物對(duì)逆境條件反應(yīng)的強(qiáng)弱[12]。在干旱脅迫下，植物MDA含量增幅越小，抗旱性越強(qiáng)，反之抗旱性越弱[13]。本研究表明，干旱脅迫處理后，各家系木麻黃幼苗葉片MDA含量上升，表明干旱脅迫使脂質(zhì)過(guò)氧化水平加重，細(xì)胞膜系統(tǒng)結(jié)構(gòu)在一定程度上遭到破壞，干旱脅迫程度與MDA增加程度具一定相關(guān)性。不同家系MDA含量升高的幅度不同，說(shuō)明其抗旱性存在差異。701、抗3的MDA含量增幅較小，反映其膜系統(tǒng)從適應(yīng)到破壞的過(guò)程，與保護(hù)酶系統(tǒng)的作用有關(guān)。其余家系的增幅較大，表明組織的保護(hù)能力弱，細(xì)胞膜受到明顯的傷害，抗旱性較弱。

植物的抗旱性與其體內(nèi)保護(hù)酶系統(tǒng)對(duì)活性氧的清除能力直接相關(guān)[8]。水分脅迫下，抗旱品種或種類具有較高的SOD 活性[14]。一般在干旱脅迫誘導(dǎo)下，植物葉片SOD 酶活性提高，增強(qiáng)抗氧化能力，減少脂質(zhì)過(guò)氧化，穩(wěn)定膜的透性[15]。重度脅迫處理葉片SOD 活性與對(duì)照相比的增幅可以作為種源間抗旱性比較的依據(jù)。本研究中，抗旱性強(qiáng)的有東山2、惠2、抗3、南山7，抗旱性較強(qiáng)的有701、A13、東山短，其余家系抗旱性較差。

脯氨酸是重要的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，可以作為氧化還原的活化劑，消除植物體內(nèi)氨積累所造成的毒害，增強(qiáng)植物對(duì)干旱的適應(yīng)能力[16]。葉片脯氨酸含量增加，可提高細(xì)胞溶質(zhì)含量，有助于細(xì)胞組織的持水，提高其滲透調(diào)節(jié)能力，對(duì)干旱脅迫起到緩沖保護(hù)作用[17]。本研究中，重度脅迫時(shí)粵雜交脯氨酸含量比對(duì)照低，說(shuō)明此時(shí)達(dá)到了耐受極限，脯氨酸含量顯著下降；抗1、龍4、平5 和千頭在重度脅迫時(shí)脯氨酸含量比中度脅迫處理低，說(shuō)明干旱脅迫較嚴(yán)重時(shí)，滲透調(diào)節(jié)能力有所減弱或喪失；其余家系脯氨酸含量雖然有波動(dòng)但總體呈升高趨勢(shì)，可能是脅迫水平還不夠，或是對(duì)水分脅迫的適應(yīng)性較強(qiáng)，具體原因有待進(jìn)一步研究。

植物對(duì)水分脅迫的適應(yīng)性反應(yīng)是復(fù)雜的生理生態(tài)學(xué)問(wèn)題[18]，對(duì)MDA含量、SOD活性和脯氨酸含量三個(gè)指標(biāo)的討論都只是從各個(gè)側(cè)面反映種源的抗旱性。單一的抗旱性指標(biāo)難以充分反映植物對(duì)干旱適應(yīng)的綜合能力，采用多項(xiàng)指標(biāo)的綜合評(píng)價(jià)能更準(zhǔn)確地反映植物的抗旱水平[19]。本研究運(yùn)用主成分分析對(duì)15個(gè)木麻黃家系的3個(gè)生理指標(biāo)進(jìn)行綜合評(píng)定，從而較為全面準(zhǔn)確地評(píng)價(jià)各家系耐旱性的強(qiáng)弱。主成分中各因子的負(fù)荷量大小說(shuō)明，干旱脅迫下抗旱性強(qiáng)的樹(shù)種可維持較高的組織含水量，水分虧缺少，細(xì)胞膜傷害率低，對(duì)活性氧的清除能力強(qiáng)[20]。MDA含量可作為木麻黃抗旱性評(píng)價(jià)的有效指標(biāo)。從主成分分析結(jié)果來(lái)看，15個(gè)木麻黃家系中，701、莆20、抗3、惠2、南山7和東山2抗旱性較好；東山短、601、59、A13抗旱性中等；千頭、粵雜交、抗1、龍4和平5抗旱性較差。

PEG-6000是一種較為理想的滲透調(diào)節(jié)劑，其誘導(dǎo)水分逆境所得效果與將土壤逐步干旱是一樣的，可用于模擬土壤干旱來(lái)研究植物對(duì)水分虧缺的反應(yīng)[21]。目前，聚乙二醇溶液已廣泛應(yīng)用于各種植物的抗旱性鑒定[22]。但不同植物抗旱機(jī)制不同，同一植物在不同生長(zhǎng)期或不同生境條件下，抗旱能力和方式也不盡相同[19]。本研究模擬水分脅迫條件，與野外生長(zhǎng)環(huán)境存在差異，所得結(jié)論有待在實(shí)際栽培中進(jìn)一步驗(yàn)證。本研究用苗為2月齡苗，木麻黃幼苗的抗旱性與成年植株抗旱性差異程度也有待研究。