干旱胁迫对臭椿幼苗生长与生理的影响

ABSTRAC:One year old seeding of Ailanthus altissima were grown in field under different drought stress—levels have been measured and analysed.The effect of drought stress treatment on SOD activity,POD activity,MDA contents,leaf ceel permeability membrane permeability and seedling growth of Ailanthus altissima were drawn as follows with the delay of the treatment time,RWC,chlorophyll content reduced;membrane permeability,SOD activity,POD activity,MDA content all increased.At the same time,the influence degree of this physiological index is aggravated.

Keyword: Drought stress，Growth，Physiological properties,Drought tolerance

　　1 引言

　　臭椿(Ailanthusaltissima (Mill)Swingle)属苦木科，臭椿属，在我国分布较为广泛，尤以西北、华北地区分布最多。臭椿生长较快、适应性强、抗性强、繁殖容易，特别是最近研究表明，臭椿树体含有挥发性生物活性物质，对光肩星天牛(Anoplophora glabripennis Motsch)有很强的驱避、抑制和毒杀作用，是光肩星天牛的免疫树种，在混交林营建中有重要地位。随着我国退耕还林、还草等生态环境建设工程实施的加快，臭椿在我国干旱、半干旱地区的营林、绿化实践中被频繁应用，已成当地的主要造林、绿化树种之一。在西部地区的生态环境建设中也具有重要作用，特别在华北和西北地区的低山丘陵地区是非常具有发展前景的乡土树种。因此，对臭椿幼苗的干旱胁迫进行研究，对我国西部地区的营林实践和生态环境建设都具有重要的意义。

　　2 材料与方法

　　2.1 材料

　　该试验采用本地一年生臭椿移栽苗。

　　2.2 方法

　　2.2.1 干旱胁迫试验的设置

　　试验场地设在宁夏大学苗圃实验基地，按照随机区组设计，2004年7月15日，我们将试验区划分为四个小区，每小区面积为2m2，有试验材料30株，小区四周设置保护行，并在侧面铺设塑料膜以防侧方水分渗透。在臭椿苗高长到50cm左右时，通过控制浇水设置4种土壤含水量水平W1、W2、W3、W4，土壤含水量分别为2.5%、5%、10%、15%，分别为田间持水量的12.5%（持续干旱处理）、25％、50％、75％。并在各小区上方设置防雨棚。处理开始后，每2～3d测定一次土壤含水量，根据其变化补水控制到设计水平，每10d随机采样进行测定其各项生长指标及生理指标，试验持续30d～40d。

　　2.2.2 生理指标的测定及方法

　　2.2.2.1 叶保水力的测定

　　取鲜叶称重（Wf）后在室内自然风干，定时称重（Wh）直至基本恒重（Wd），计算每一时刻累计失水量占总失水量的百分比（Wk）。

　　Wk=(Wf-Wh)/Wt*100%

　　2.2.2.2 相对含水量（RWC）和水分饱和亏（RWD）的测定

　　取鲜叶称重后用蒸馏水浸泡24h,然后称饱和鲜重，最后在105℃下烘30min杀青后在80℃烘干到恒重。

　　RWC%=[（原始鲜重-干重）/（饱和鲜重-干重）]*100%

　　RWD=1-RWC

　　2.2.2.3 质膜透性（相对电导率）的测定

　　取鲜叶0.5g加蒸馏水20ml，25oC恒温浸提30min，用DDS-11A型直读电导仪测定电导率（C1），再将样品在沸水浴上浸取10min，冷却后测其电导率（C2）。

　　相对电导率=[（C1-空白电导率）/（C2-空白电导率）]*100%

　　2.2.2.4 其它指标的测定方法

　　叶绿素含量的测定使用浸提液法[1]、 SOD含量的测定使用氮蓝四唑（NBT）显色法[2]、脯氨酸含量的测定使用茚三酮法[2]、MDA含量的测定使用硫代巴比妥酸（TBA）法[2]、POD含量的测定使用愈疮木酚法[3]。

　　2.2.3 测定时间及数据分析

　　2.2.3.1 测定时间

　　该试验从2004年7月30日开始测定，到9月4日结束，总共经历了35天。

　　2.2.3.2 数据分析

　　所有试验设计均按照数理统计的基本要求进行，设置重复与对照，对获得的数据均采用EXCEL软件进行方差分析。

　　3 结果分析

　　3.1 干旱胁迫对臭椿幼苗生长的影响

　　3.1.1 干旱胁迫对臭椿幼苗苗高和地径的影响

　　苗木的外在生长形态是内在生理活动结果的表现。在干旱胁迫下，苗木的水分状况受到了影响，必然会对苗木的外在生长指标产生影响（见图1和图2）。从图中我们可以发现：臭椿幼苗的苗高和地径均有增长趋势，试验前后W1、W2、W3、W4苗高增量分别为1.10cm、3.35 cm、1.42 cm、8.35 cm，地径增量分别为0.072cm、0.082cm、0.114cm、0.384cm。而W4处理的增加量是其它3个处理的几倍至十几倍。不同处理下臭椿幼苗苗高之间的差异极显著，不同胁迫程度下臭椿幼苗苗高之间的差异显著（见表1），不同处理和不同胁迫程度下臭椿幼苗地径之间的差异也显著（见表2）。从而可以看出干旱胁迫对臭椿幼苗的苗高和地径的增量有很大影响。

图1 干旱胁迫下臭椿幼苗苗高的变化

表1 干旱胁迫下臭椿幼苗苗高的方差分析结果

图2 干旱胁迫下臭椿幼苗地径的变化

表2 干旱胁迫下臭椿幼苗地径的方差分析结果

　　3.2 干旱胁迫对臭椿幼苗生物量的影响

　　苗木生物量的大小综合反应了外界因子对林木生长的影响以及林木对外界环境的适应能力[4]。从表中数据可以看出：从试验开始到结束各个处理的生物量均呈现增长趋势，但是不同的干旱处理之间又存在着差异，生物量总的增加趋势表现为：W4＞W3＞W2＞W1，（见表3）这也正说明了干旱胁迫对臭椿幼苗生物量的影响也是较明显的。

表3 干旱胁迫下臭椿幼苗生物量的变化（g）

　　3.3 干旱胁迫对臭椿幼苗水分生理指标的影响

　　3.3.1 干旱胁迫对臭椿幼苗叶保水率的影响

　　采集来的植物叶片在自然状态下会失去水分，定时测量其失水量就可以知道不同处理下不同时期植物叶片保水力的大小（见表4）。从表中数据可以看出：随着干旱胁迫程度的增加，臭椿幼苗叶片失水速度加快，（自由水含量降低），叶片保水能力下降。在干旱胁迫下臭椿幼苗的失水率与干旱胁迫程度成反比，即失水率大小为 W4＞W3＞W2＞W1。这也说明植物在一定干旱胁迫条件下的保水能力大于正常条件下的植物，这也正是植物能抗一定的逆境环境的原因之一。

表4 干旱胁迫下臭椿幼苗叶保水率的变化（%）

　　3.3.2 干旱胁迫对臭椿幼苗含水率的影响

　　水是植物生长的先决条件，而植物吸收水分的主要部位是根系，在干旱胁迫下，土壤中的可利用水会减少，使得植物根系吸水困难，因而造成苗木含水率降低。通过实验可以发现：随着干旱胁迫时间的加长，苗木叶片的含水率发生了变化（见图3）。由图中可以看出：随着干旱胁迫时间的延长，各个处理中苗木的相对含水量都有不同程度的减少，而水分饱和亏（RWD）增大。这也说明在干旱胁迫条件下，臭椿幼苗叶片失水增加，叶片出现萎焉，叶片萎焉程度与水分胁迫程度成正相关。

图3 干旱胁迫下臭椿幼苗RWC和RWD的变化

　　3.3.3 干旱胁迫对臭椿幼苗质膜透性的影响

　　生物膜是生物体细胞及细胞器与环境间的一个界面结构，既能接受和传递环境信息，又能对环境胁迫作出反应，同时生物膜在保护生物体正常生理生化代谢稳定性上具有十分重要的作用[5]。而干旱胁迫对质膜透性的影响表现为：干旱胁迫下臭椿幼苗叶片渗透液的电导率逐渐升高，表明随着干旱胁迫程度的增加，对细胞膜产生伤害，导致渗透物质外流，引起电导率的上升。而电导率越大，表明膜透性越大，即膜的受损程度越大[6]。从实验结果看：随着干旱胁迫程度的增加，叶片质膜透性增大。随着胁迫时间的延长，W1、W2、W3的质膜透性是正常生长条件下W4的几倍。（见图4）不同处理和不同胁迫程度下臭椿幼苗质膜透性之间的差异显著（见表5）。

图4 干旱胁迫下臭椿幼苗质膜透性的变化

表5 干旱胁迫下臭椿幼苗质膜透性的方差分析结果

　　3.4 干旱胁迫对臭椿幼苗几种酶活性的影响

　　3.4.1 干旱胁迫对臭椿幼苗POD酶活性的影响

　　POD是植物体内普遍存在的、活性较高的一种酶，它与植物的呼吸作用、光合作用及生长素的氧化等都有密切的关系，在植物的生长过程中随着外界环境的变化，它的活性不断的发生变化，而它的数值大小可以反映植物在某一时期某种生长环境下体内代谢的变化。（见图7）从图中数据可以得出：干旱胁迫程度越大，POD含量也越大，即POD酶的活性越强。POD含量也随胁迫时间的延长而增大。不同处理和不同胁迫程度下臭椿幼苗POD酶的活性之间的差异显著（见表6）。而POD含量的数值大小与其活性大小正相关，也反应了臭椿幼苗耐旱能力的大小。

图5 干旱胁迫下臭椿幼苗POD含量的变化

表6 干旱胁迫下臭椿幼苗POD含量的方差分析结果

　　3.4.2 干旱胁迫对臭椿幼苗SOD酶的影响

　　SOD是需氧植物中普遍存在的一种含金属酶，它能催化超氧化物阴离子自由基（o2-）的歧化作用，消除o2-，维持活性氧化代谢的平衡，保护酶结构，从而使植物在一定程度上忍耐、减缓或抵抗水分胁迫。研究表明，植物的抗性与SOD活性密切相关[7]。随着干旱胁迫程度的增加，SOD本身也受到一定程度的损害，保护膜的作用自然下将。从图中我们可以得出：臭椿幼苗的干旱胁迫程度越大，它体内产生的SOD就越多，即SOD酶活性增强。但是随着干旱胁迫时间的延长，即胁迫达到第30天后SOD含量又成下降趋势，这也说明臭椿幼苗存在耐干旱极限程度，即当干旱胁迫达到一定程度后臭椿幼苗的生长将会受到严重影响，甚至死亡。（见表8）

图6 干旱胁迫下臭椿幼苗MDA含量的变化

　　3.4.3 干旱胁迫对臭椿幼苗MDA的影响

　　大量研究表明，植物在逆境胁迫或衰老过程中，细胞自由基代谢的平衡被破坏，从而为自由基的产生创造了条件，还剩的自由基的毒害之一是引起或加剧膜脂过氧化作用，造成细胞膜系统的损伤，严重时导致植物细胞的死亡[8]。MDA已被确认为是膜脂过氧化的最终产物，对植物细胞有毒害作用。它的含量可以反应植物遭受逆境伤害的程度。（见图7）从总体趋势上分析可以得出：干旱胁迫程度的的大小与MDA含量的大小正相关，但是植物的抗逆性是有一定的限度的，当超过了这个限度它的生长就受到抑制，MDA的含量也就减小。实验过程也正好说明了这一点，因为W1在干旱胁迫30天后生长几乎停止，因而它的MDA含量就不可能再增大了。

图7 干旱胁迫下臭椿幼苗MDA含量的变化

　　3.4.4 干旱胁迫对臭椿幼苗脯氨酸的影响

　　脯氨酸是植物体内的一种渗透调节物质，其含量的变化是植物对逆境条件的一种适应性变化。植物在正常生长条件下，游离脯氨酸含量很低，但是遇到各种逆境时，游离脯氨酸便会大量积累，游离脯氨酸含量的提高也是在逆境条件下植物的自卫反应之一。植物遭受干旱胁迫时，游离脯氨酸含量的增加将会使细胞内的渗透势下降，以此来促进植物吸水。（见表7）从表中数据可以得出：同一处理的臭椿幼苗脯氨酸含量随着干旱胁迫时间的延长呈现增加趋势，而不同处理的臭椿幼苗脯氨酸含量随着干旱胁迫程度的增加呈现增加趋势，胁迫最为严重的W1处理的脯氨酸含量几乎为正常生长的W4处理的几倍。

表7 干旱胁迫下臭椿幼苗脯氨酸含量的变化[ug/g]

　　3.5 干旱胁迫对臭椿幼苗光合特性的影响

　　3.5.1 干旱胁迫对臭椿幼苗叶绿素含量的影响

　　一方面，水是光合作用的原料，没有水，光合作用就不能进行；另一方面，虽然光合本身需水不多，但供水不足能影响植物的其它代谢和物质及气体交换，从而间接或直接影响光合速率的大小[9]。叶绿体是植物进行光合作用、并制造有机物质的场所，叶绿素则是植物进行光合作用的物质基础，自然界中的大多数植物都含有叶绿素，而干旱胁迫会对叶绿素含量产生一定的影响，从而也影响植物的正常生长。通过叶绿素含量的测定，可以了解光合作用的变化规律。从试验我们可以得出：臭椿幼苗叶绿素含量随干旱胁迫程度的加深和干旱胁迫时间的延长，均呈现下降趋势。（见表8）从表中数据可以看出：叶绿素受干旱胁迫的影响是较大的，除了W4处理外，W1、W2、W3三个处理最终叶绿素总含量（最后一次与第一次相比）分别下降了39.38%、156.36%、52.58%。

表8 干旱胁迫下臭椿幼苗叶绿素含量的变化(mg/g)

　　4 结论与讨论

　　4.1 干旱胁迫对臭椿幼苗生长的影响

　　干旱胁迫下苗木的生长必然会受到一定程度的影响，该实验结果表明：干旱胁迫下不同处理间臭椿幼苗苗高之间的差异极显著，不同胁迫程度下臭椿幼苗苗高之间的差异显著；不同处理和不同胁迫程度下臭椿幼苗地径之间的差异也显著。从而可以看出干旱胁迫对臭椿幼苗的苗高和地径的增量均有很大影响。从试验开始到结束臭椿幼苗各个处理的生物量均呈现增长趋势，但是不同的干旱处理之间又存在着差异，生物量总的增加趋势表现为：W4＞W3＞W2＞W1，这也正说明了干旱胁迫对臭椿幼苗生物量的影响也是较明显的。

　　4.2 干旱胁迫对臭椿幼苗的生理响应

　　干旱胁迫下臭椿幼苗的生理方面发生了许多变化，具体表现为：随着干旱胁迫程度的增加，臭椿幼苗叶片失水速度加快，（自由水含量降低），叶片保水能力下降；各个处理中苗木的相对含水量都有不同程度的减少，而水分饱和亏（RWD）增大；叶片质膜透性增大，不同处理和不同胁迫程度下臭椿幼苗质膜透性之间的差异显著；臭椿幼苗POD、SOD、MDA含量均增大，不同处理和不同胁迫程度下臭椿幼苗POD含量之间的差异显著；叶绿素含量呈现下降趋势。

　　4.3 臭椿幼苗抗旱性评价

　　在树木的生长发育过程中，水分环境起着非常重要的作用。树木维持其正常生长发育所需要的水分称为需水量，而树木的种类不同，其需水量也不同。世界上有1/3多的土地处于干旱、半干旱地区，由于自然选择的结果，有些树种已经适应了干旱环境、可以正常生长。而我国的西部地区降雨量少，气候干旱，这些环境因子限制了森林植被的恢复。研究树种的抗旱机理，比较其耐旱程度，可为树种的选择提供理论依据。实验结束时胁迫最为严重的W1处理苗木几乎全部萎蔫，此时的土壤含水量为4.49%，即一年生臭椿移栽苗的萎蔫系数为0.0449。从而可以得出：一年生臭椿移栽苗的抗旱性较强。

　　5 谢辞

　　本文是在指导老师曹兵博士和宋丽华老师的悉心指导下完成的。两位老师严谨求实的治学态度、废寝忘食的工作精神使我无论在学习上还是今后工作上皆受益匪浅。对老师几年来在学习和生活上给予的指导和无微不至的关怀，我在此谨表最诚挚的感谢，并将终生难忘。在实验过程中得到了本班同学李巍、刘雯雯、邱小军、谭瑶的帮助。在此，对这些老师和同学表示衷心感谢！

　　6 参考文献

［1］侯嫦英.水分胁迫对青檀等树种生长与生理的影响[D].南京林业大学，2003.

［2］邹琦.植物生理学实验指导[M].中国农业出版社,2000.7.

［3］李合生.植物生理生化实验原理与技术[M].高等教育出版社,2001.

［4］陈军，戴厚英.干旱对不同耐性玉米品种光合作用及产量的影响.作物学报，1996，22（6）：757-762

［5］汪宗立，刘晓忠等.玉米的涝渍伤害与膜脂过氧化作用和保护酶活性的关系.江苏农业学报，1988，4（3）：1-7

［6］赵可夫,李军.盐浓度对3种单子叶盐生植物渗透调节剂及其在渗透调节中贡献的影响[J].植物学报,1999,41(2):1287-1292.

［7］王建华，刘鸿失等.超氧化物歧化酶在植物逆境和衰老生理中的作用.植物生理学通讯，1989（1）：1-7

［8］Chowdhury SR,Choudhuri MA.Physiol Plant,1985,65-476