（植物学专业论文）四种含笑抗旱性研究.pdf

摘要 乐昌含笑、金叶含笑、阔瓣含笑和深山含笑是我国南方重要庭园绿化和生态景观树种。 以这四种含笑树种二年生幼苗为实验材料，通过盆栽控水，研究在干旱胁迫下供试树种生 理生化指标的变化和测定叶片解剖指标，以便筛选出抗性优良的绿化树种。测定叶片的解 剖指标包括：角质层厚度、栅栏组织厚度、叶片厚度、栅栏组织与海绵组织厚度的比值、 叶片结构紧密度、叶片结构疏松度、海绵组织厚度的和气孔密度、上表皮厚度、下表皮厚 度等解剖指标。生理生化指标有叶片水分饱和亏缺和土壤含水量：相对电导率和丙二醛含 量等细胞膜透性和膜脂过氧化指标：f 呆护酶过氧化物歧化酶( s o d ) 、过氧化物酶( p o d ) 、 过氧化氢酶( c a t ) 的活性：脯氨酸含量、可溶性糖含量、可溶性蛋白含量等渗透调节物质 的指标变化：叶绿素含量、净光合速率、蒸腾速率、水分利用率、光合速率曰变化和蒸腾 速率日变化等光合特性指标。结果显示： 叶片厚度、角质层厚度、栅栏组织厚度、海绵组织的厚度、栅栏组织与海绵组织的厚 度比、叶片结构紧密度、叶片结构疏松度和气孔密度等指标有显著差异，而上、下表皮厚 度等结构指标差异不显著。 随着干旱胁迫的加剧，渗透调节物质增多，如可溶性糖含量增加，脯氨酸含量增加，可 溶性蛋白质含量增加。而根系活力却随着胁迫加剧逐渐降低。以上指标变化幅度各树种之 间差异较大，指标和指标之间变化规律不完全一致。 研究干旱胁迫对不同含笑树种膜伤害和保护酶活性的影响，结果表明，在水分胁迫下， 细胞膜受到伤害，细胞膜透性增加，电导率随之增强，作为膜脂过氧化产物的丙二醛含量增 加，各树种细胞膜受到的伤害程度有差异。保护酶s o d 、p o d 、c a t 活性都表现出先升后降 的变化趋势，但变化规律又有所不同。在干旱胁迫下，供试树种叶片的叶绿素含量、净光合 速率、蒸腾速率和水分利用率都下降。 用模糊数学的隶属函数法对四种含笑的抗旱性进行综合评判，得出四个供试含笑树种 抗旱能力从大到小依次为：阔瓣含笑 深山含笑 金叶含笑 乐昌含笑。 关键词：含笑，抗旱| 生，生理生化指标，叶片解剖指标 a b s t r a c t t h ef o u rs p e c i e so f m i c h e l i ai n c l u d i n gm i c h e l i a p l a t y e t a l a , m i c h e l i a t s o i , m i c h e l i a f o v e o l a 2 t a m i c h e l i a m a u d i a ew e r ei m p o r t a n ta f f o r e s ta n de c o l o g i c a ll a n d s c a p et r e e si ns o u t ho f c h i n a t h ee f f e c to fd r o u g h ts t r e s so nd i f f e r e n tv a r i e t i e st w o y e a r - o l ds e e d l i n g so ft h ef o u r m i c h e l i at r e e sw e r eu s e da sm a t e r i a l si nt h i se x p e r i m e n t ，a n dw a t e rs u p p l yw a sc o n t r o l l e di n p o t t e dm i c h e l i a ，t om e a s u r el e a fa n a t o m i ci n d e xa n ds t u d yt h ec h a n g e so fp h y s i o l o g i c a la n d b i o c h e m i c a lc h a r a c t e r sa n dt h e i rr e l a t i o n s h i pa n dt oc h o o s et h eo n ew h i c hh a dt h es t r o n g e s t r e s i s t a n c e t h et e s ti n d i c e si n c l u d i n gl e a ft h i c k n e s s ，c u t i nl a y e rt h i c k n e s s ，s t o c k a d et i s s u e t h i c k n e s s ，s p o n g et i s s u et h i c k n e s s ，r a t i oo fs t o c k a d et i s s u et h i c k n e s st os p o n g et i s s u et h i c k n e s s ， t i g h t n e s so fl e a ft i s s u es t r u c t u r e ，s e d i m e n t a t i o no fl e a ft i s s u es t r u c t u r ea n ds t o m ad e n s i t y , w a t e r s a t u r a t e dd e f i c i t ，c h l o r o p h y l lc o n t e n ta n dr e l a t i v ee l e c t r i cc o n d u c t i v i t y , m d ac o n t e n t ，s o d a c t i v i t y , p o da c t i v i t y , c a ta c t i v i t y , p r oc o n t e n t ，s o l u b l ec a r b o h y d r a t ec o n t e n t , s o l u b l ep r o t e i n c o n t e n t ，n e tp h o t o s y n t h e t i cr a t e ，t r a n s p i r a t i o nr a t e ，d i u n m lv a r i a t i o no fp h o t o s y n t h e t i cr a t ea n d d i u m a lv a r i a t i o no f t r a n s p i r a t i o nr a t e t h er e s u l t ss h o w e dt h a tt h ed i f f e r e n c e so fl e a ft h i c k n e s s ，c u t i nl a y e rt h i c k n e s s ，s t o c k a d e t i s s u et h i c k n e s s ，s p o n g et i s s u et h i c k n e s s ，r a t i oo fs t o c k a d et i s s u et h i c k n e s st os p o n g et i s s u e t h i c k n e s s ，t i g h t n e s so fl e a ft i s s u es t r u c t u r e ，s e d i m e n t a t i o no fl e a ft i s s u es t r u c t u r ea n ds t o m a d e n s i t ya r es i g n i f i c e n tw h i l ed i f f e r e n c e so ft h es i z e so fu p p e re p i d e r m i sa n dl o w e re p i d e r m i s w e r en o tr e m a r k a b l e w i t hd r o u g h ts t r e s sg o i n go n ，o s m o t i cs u b s t a n c ei n c r e a s e ds u c ha ss o l u b l ec a r b o h y d r a t e c o n t e n t , p r oc o n t e n ta n dt h ec o n t e n to fs o l u b l ep r o t e i ni n c r e a s e d b u tr o o ta c t i v i t yr e d u c e d t h e a b o v e m e n t i o n e di n d e x e sc h a n g er a n g ed i f f e r e dg r e a t l yw i md i f f e r e n tv a r i e t i e sa n dt h ec h a n g e l a w so fi n d e x e sa r eu n a n i m o u s 1 1 1 ec e l lm e m b r a n es y s t e m so fm i c h e l i aw e r eh a r m e da n dt h e o s m o t i cc a p a b i l i t yb o o s t e du pu n d e rt h ew a t e rs t r e s s ，r e l a t i v ee l e c t r i cc o n d u c t i v ea n dm d a c o n t e n ti n c r e a s e d p r o t e c t i v ee n z y m ea c t i v a t i e so fd i f f e r e n tm i c h e l i av a r i e t i e ss h o w e dt h e v a r i a t i o nt e n d e n c yo ff a l l i n ga f t e rr i s i n g ，s u c ha ss o d ，p o d ，c a t , w h i l et h ec h a n g i n gl a w so f t h r e ek i n d so fe n z y m e sw e r ed i f f e r e n tt os o m ee x t e n t e v e r yt e s tr e s u l tw a sa n a l y s e d ，i n d i c a t i n g t h a te v e r yv a r i e t yd r o u g h t r e s i s t a n c eh a sg r e a t e rd i f f e r e n c e ，t h ed a t ei n d i c a t e dt h a tt h ec o n t e n t o fc h l o r o p h y l l ，n e tp h o t o s y n t h e t i cr a t ea n dt r a n s p i r a t i o no fe v e r yv a r i e t yo ft h em i c h e l i at r e e d e c r e a s e dw i t l lt h ew a t e rs t r e s sg o m g o n - t h ed r o u g h t r e s i s t a n c eo ft h em i c h e l i at r e ei sap i e c eo fc o m p l e xp r o p e r t i e s ，i tw a sar e s u l t o f t h ec o m p r e h e n s i v ef u n c t i o no f m e c h a n i s mt h a tf i g h t sad r o u g h t d r o u g h t r e s i s t a n c ea b i l i t yo f d i f f e r e n tm i c h e l i av a r i e t i e sw a sj u d g e db yf u z z ym a t h e m a t i c sc o m p r e h e n s i v ea p p r a i s a la n a l y s i s as e q u e n c et od r o u g h t r e s i s t a n c eo f d i f f e r e n tm i c h e l i av a r i e t i e sw a sm a d e a b i l i t yo f d r o u g h t - r e s i s t a n c eo f t h ed i f f e r e n tm i c h e l i av a r i e t i e sw a sa r r a n g e di na l lo r d e nt h eo r d e ro f d r o l i 幽t - r e s i s t a n c ep r o p e r t i e so fd i f f e r e n tm i c h e l i av a r i e t i e sw a s ： m i c h e l i ap l a t y e t a l a m i c h c h e l i am a u d i a e m i c h e l i a f o v e o l a t a m i c h e l i at s o i k e y w o r d s ：m i c h e l i a ，d r o u g h t r e s i s t a n c e ，b o c h e m i c a la n dp h y s i o l o g yi n d e x ，l e a f a n a t o m i ci n d e x 致谢 y9 0 8 3 6 7 本文是在导师何开跃副教授悉心指导下完成的。在三年的硕士学习期间，导师严格要 求，精心指导，保证了研修任务的顺利完成。学习过程中，导师广博的知识、对事业孜孜 以求的精神、谦虚的态度使我受益匪浅，宽容的胸襟、平易的作风、朴实的风格深深她感 染着我，所有这些都将是我今后工作、学习和生活的宝贵财富。同时感谢江苏省林科院李 晓储研究员和南京林业大学森环院周坚老师、谢寅峰老师、陈颖老师无私的指导、关，t l , 。 特别感谢我的同学杨静以及我的师弟、妹们的热心帮助。 另外，在我这三年艰辛的工作和学习过程中，我的妻子葛玉芹给了我极大的理解、支 持和鼓励。 在此，我诚挚的谢谢大家! 谢谢所有关心支持过我的亲人和朋友 张永兵 2 0 0 6 年6 月2 2 日 1 文献综述 随着我国人口急剧膨胀和城市化进程的加快，城市生态环境遭到破坏并且日趋严重。 这迫使我们高度关注城市生态环境并且将城市生态保健提高到国家战略地位。近来，一些 发达国家把林业引入城市，城市生态环境目趋森林化，从绿化层面上升到生态层面，逐渐形 成城市森林。城市森林这种模式的出现逐步受到世界各国的认可，已成为未来城市生态环 境建设的主要趋势。然而，由于全球环境多样化和环境胁迫日趋严重，选育一批抗性能力强 的生态保健树种已成为改善城市生态环境的迫切任务。 干旱是生物圈中限制高等植物生长、发育和散布等的主要限制因子之一“j 。干旱是对 植物生长影响最大的环境因素之一，可以影响植物的形态学、解剖学、生理学、酶学、生 物化学等过程。1 。据统计，世界干旱、半干旱地区占地球陆地面积的三分之一，我国有5 2 国土面积属于干旱、半干旱地区，该区水分供应不足，森林植被稀疏，生态环境恶化，风沙、 干旱、水土流失严重，自然灾害频繁。1 。即使在湿润地区，植物也需要具备“备旱”的结构， 以适应干旱引起的水分亏缺及其带来的一系列不良后果“1 。因此，研究树木干旱胁迫条件 下的生长、生理反应，对筛选抗旱树种具有重要意义。 含笑属是木兰科的较重要的属，常绿乔木或灌木，树皮灰白色，花单生叶腋，我国许多 学者将含笑叫做白兰花，所以含笑属又叫做白兰花属。乐昌含笑、深山含笑、金叶含笑、 阔瓣含笑都属于木兰科含笑属树型“。，是我国南方重要庭园绿化、生态景观树种，也是建 筑、家具、车辆及制造胶合板等珍贵的用才和优趣的药用树种，具有很高的经济效益和社 会效益”1 “。我国科学工作者在引种育种、嫁接栽培以及抗寒性等方面均取得了丰硕成果， 但关于其抗旱性了解尚不全面。为了发掘含笑属树种资源的引种应用潜力，为城市森林建 设选育优良的生态景观绿化树种，选择属内相对比较耐寒的阔瓣含笑、深山含笑、金叶含 笑和乐昌含笑进行北移引种试验。因引种地受北亚热带气候影响，降雨量比原产地少，空气 相对温度小，冬季极端低温低等原因，含笑北移引种至江苏苏南丘陵地区，易遭受寒害和伏 秋旱害。 本实验选择阔瓣含笑、深山含笑、金叶含笑和乐昌含笑进行研究，以苗龄为二年的幼 苗为试验材料，采用盆栽控水的方法，对苗木在干旱胁迫下的光合速率、蒸腾速率、叶绿素、 根系活力、脯氨酸、可溶性糖、可溶性蛋白、超氧化物歧化酶、过氧化物酶、过氧化氢酶、 膜透性、丙二醛等生理生化指标进行了测定，同时还测定了叶片解剖性状参数，建立抗旱性 评价指标体系，为选育一批抗性能力强的生态保健树种提供科学的理论依据。 1 1 植物抗旱研究进展 1 1 1 植物对水分胁迫的适应性反应 植物在生长发育过程中可能受到多种环境因子的胁迫，如水分亏缺、高温、低温、强辐 射、污染物、机械损伤、病虫害等，其中水分胁迫是最为普遍发生、也是研究得最多的一 种环境胁迫“。各种环境胁迫作用于植物都能直接或间接地对植物形成水分胁迫。干旱 可以引起水分胁迫，水分胁迫对植物的影响可以表现在植物生长发育的各个阶段，如种子 萌发、营养生长、生殖生长、直到开花结实。同时影响各种生理代谢过程，如光合作用、 呼吸代谢、水分和营养元素的吸收运转、各种酶的活性和有机物质的转化、运输、积累等。 其影响程度取决于水分胁迫的程度、持续期及植物的种类、生育期和不同生理过程对水分 亏缺的敏感性。通常以测定水势或相对含水量来衡量植物水分胁迫的程度。 植物的“适应性反应”是植物在受到某种环境因子的胁迫后所作出的保护性反应。许多 实验证明，对于给定的一种植物，某一特定的适应性反应特征的存在与否、反应的程度如何 是受这种植物本身的遗传潜力所决定。植物的适应性是指植物自身对逆境的适应能力，是 一个复杂的生命过程，是胁迫强度、胁迫时间与自身的遗传潜力综合作用的结果“。关于 植物水分胁迫状态下可能作出的适应性反应到目前了解得比较多的有以下几个方面： 1 1 1 1 外部形态、解剖构造及生物量分配 在水分胁迫条件下，植物叶子有三种外部表现形式：卷曲、萎蔫和着生角度或取向的改 变，其意义在于通过减少蒸发而保持水分和提高水分利用效率。叶子的适应性反应。这三 种形式都使叶片角度改变而减少直接受到的辐射，防止或减轻过热和水分过分蒸腾，提高 水分利用效率“。在一定的缺水程度和持续时间内，一旦解除缺水，叶子又恢复常态，叶面 积并无明显变化”“。在解剖结构方面的一个重要表现是细胞体积减小，细胞壁增厚，这种表 现的结果是降低了细胞的渗透势，保持正常的膨压，由此促进植物对缺水环境的适应。随着 土壤水分亏缺的发展，植物可能将更多的同化产物转移到根系从而引起总生物量中根系生 物量比重的增加，从而扩大根系与土壤的接触面积，提高植物对土壤水分扩大利用的可能 性，虽然根系的绝对重量通常也会减少”。干旱可以使得槭树幼苗根系分布剖面改变、根 系生物量增加而总生物量不变。水分胁迫时根系生长的刺激可能是由于渗透调节作用，也 可能是由于水分胁迫诱导的脱落酸增加对根的延长产生了促进作用“”。吴林等“”对1 3 个沙 棘树种抗旱研究中，发现表皮细胞密度大，气孔密度大，栅栏组织厚、栅栏组织与海绵组织 厚度比较高、叶片结构组织紧密度大、疏松度小、上表皮细胞较大的树种抗旱性强。 1 1 i1 2 气孔运动调节 气孔作为水分和c 0 2 进出叶片的通道，对光合具有重要的调节作用o 。水分亏缺时，植 物可以通过关闭气孔而减少蒸腾失水。这种调节在植物抗水分胁迫过程中占有重要位置。 在某些情况下，气孔可以响应于低的土壤水势而关闭，虽然其时叶水势仍然较高。一般认为， 水分逆境下气孔开度减小，气孔阻力增加，叶内c o ：浓度降低，光合下降：同时气孔阻力增加， 可减少叶片水分散失，阻碍水分亏缺进一步发展，减轻水分胁迫对光合器官的伤害。h 庆雁 等指出：轻、中度胁迫时光合速度下降的主要原因是气孔抑制c z “。 1 1 1 3 光合作用的影响 干旱胁迫下，植物的光合速率下降显著，气孔阻力增加，蒸腾速率下降”1 ，水分胁迫 通常影响植物光合作用的因素可分为气孔因素和非气孔因素，前者指水分胁迫使气孔导度 下降，c o ：进入叶片受阻而使光合下降，后者指光合器官光合活性下降，水分胁迫对植物光 合作用的影响也是通过这两个因素来实现。随着叶片水势下降，光合速率下降有一个从气 孔限制向叶肉细胞光合活性限制的转变过程，水分胁迫时叶片光合作用被抑制是气孔和非 气孔因素共同作用的结果。在一般情况下轻度水分胁迫时气孔因素占主导作用，严重胁迫 时非气孑l 因素起主要作用。“。水分胁迫使果树叶绿素含量下降，水分胁迫对光合色素有显 著影响，可造成叶绿素a 、叶绿素b 、叶绿素a + b 、叶绿素a b 的下降( 由于叶绿素a 下 降的比b 快) 。水分胁迫可造成光合器官的超微结构遭到破坏。由于光合作用直接决定干 物质产量，所以它是一个可靠的抗旱性指标”。 1 1 1 4 渗透调节 渗透调节指作物在干旱胁迫( 或水分胁迫) 下细胞通过代谢活动增加细胞内的溶质浓 度入降低渗透势，使细胞维持一定膨压，从而维持一定的代谢水平。从理论上讲，渗透调节 可以通过三条途径来达到：一是细胞内水分减少：二是细胞体积变小：三是溶质浓度增加。 实际上这三条途径是同时共存的，但只有细胞内溶质的主动增加才是渗透调节。在干旱条 件下，增强细胞渗透调节能力的关键是细胞内渗透调节物质的主动积累o ，作物体内积累 一些渗透调节物质，如脯氨酸、可溶性蛋白和可溶性糖等，来达到渗透调节作用。作物体内 积累的溶质种类很多，此外还有有机酸( 如r 一氨基丁酸) 和其他氨基酸( 苏氨酸、甘氨酸、丙 氨酸) 等。国内外学者在作物抗旱生理的渗透调节研究中，有关脯氨酸( p r o ) 积累的调节及 利用、干旱对脯氨酸代谢的影响和脯氨酸积累提高植物抗旱性的机制等诸多方面都投入了 大量的精力，并在各种植物上都进行了有关脯氨酸与抗旱性关系的研究。在正常情况下， 一般植物体内游离脯氨酸含量只有2 0 0 一6 0 0 u g g 干重，占总游离氨基酸的百分之几，而在 水分胁迫下，它可成十倍至百倍的增加，占总游离氨基酸可达3 0 以上。s i n g h 等0 7 3 在测定 大麦干旱胁迫下脯氨酸含量时发现，抗旱树种脯氨酸积累更多。这一相似的结果已在甘薯、 玉米、茶叶和苎麻等作物上得到了证实“1 。但是，到目前为止，脯氨酸的累积能力与抗旱 性的关系并不十分明确o ”。 可以肯定的是，脯氨酸具有降低细胞渗透势、维持膨压、保护和稳定大分子物质等多 种功能，脯氨酸的积累与植物的抗旱性有一定关系是毋庸置疑的，这也是今后将进一步研 究的课题之一。3 ”。 在水分胁迫下，细胞内可溶性糖含量的增加，降低了原生质的渗透势，有利于细胞从外 界水势降低的介质中继续吸水，以维持其正常的代谢活动。因而，可溶性糖的大量积累， 是植物适应逆境的一种积极响应o 。 在逆境条件下，植物通过代谢活动增加细胞内溶质浓度，降低其渗透势，从而降低水势 从外界水势较高的介质中继续吸水保持膨压，维持较正常的代谢活动。植物细胞要具有正 常的生理功能，就必须含有一定量的水分，表现出一定的膨压，而且有的细胞如气孔的保卫 细胞，就是靠细胞的膨压来执行它们的功能，以调节气孔导度和控制水分蒸腾”。 目前己基本搞清楚的渗透调节基因主要有：( 1 ) k d p 基因，其作用是在渗透胁迫下诱导 钾离子的吸收( 运输) 系统，促进钾离子在细胞内累积，基因受渗透势控制，并直接由细胞膨 压变化诱导。( 2 ) p r om 基因，是一个对甜菜碱亲合性高，对脯氨酸亲合性低的甜菜碱脯 氨酸运输系统，促进甜菜碱和脯氨酸在细胞内累积，基因表达受渗透势控制，直接由细胞内 钾离子浓度变化诱导。( 3 ) p r o b a 基因，为编码脯氨酸合成酶系统，其功能是促进脯氨酸在 细胞内的合成和累积，基因表达受环境胁迫诱导。( 4 ) b e t 基因，为编码甜菜碱合成酶系统， 其功能是促进甜菜碱在细胞内的合成和累积，基因表达受细胞内钾离子积累所诱导”“。 1 1 - l5 植物激素的影响 植物遇到干旱时，植物内源激素变化的总趋势是促进生长的激素减少，而延缓或抑制 生长的激素增多。许多实验证明，水分胁迫时a b a 含量显著增加，细胞分裂素( c t k ) 减少 “1 。干旱时，a b a 的生理效应主要是导致气孔关闭，增进根对水的透性或增加离子向木质 部的运输。有报告指出，当土壤水分亏缺时，a b a 可以作为根与地上部之间的通讯信号，由根 运到地上部并抑制气孔的开放“一a b a 的积累可能对根和茎的生长产生促进或抑制作用。 此外，a b a 累积的作用还可能在于，作为抗旱性诱导激发机制的一部分，抑制与活跃生长有 关的基因同时活化与抗旱诱导有关的基因。因此，干旱条件下植物体内积累大量a b a 可看作 植物的适应性反应此外，干旱时根中激动素合成受到抑制，植物体内乙烯浓度增加。激动素 可以促进和维持气孔开放，由于它的减少，气孔更加容易关闭：乙烯能促进落叶，有利于受 害植物的存活。在植物对于水分胁迫的适应性反应过程中，植物激素起着重要的甚至是关 键性的作用。因此，陈立松“指出：水分胁迫对植物内源激素含量的变化有着明显的影响， 可作为植物的抗旱育种和抗旱鉴定的依据。 1 1 1 6 酶活力的影响 自从m o c o r d 和f r i d w i c h ”提出生物自由基伤害学说以来，s o d 、p o d 、c a t 作为防御活性 氧自由基对细胞膜系统伤害的酶，在抗旱性形成中的作用愈来愈受到重视。干旱条件下，作 物体内氧化反应的保护酶活性变化因树种对干旱的敏感性及干旱胁迫程度、时期和持续时 间不同而不同。一般而言，水分胁迫下，作物体内的超氧化物歧化酶( s o d ) 与c a t 活性与抗旱 能力呈正相关。在水分胁迫下，抗旱树种的s o d 与c a t 较不抗旱树种能维持较高的活性。但 蒋明义“”等发现，在中度水分胁迫下，水稻的s o d 活性呈上升趋势：在严重水分胁迫下，s o d 活性显著降低，抗旱性强的树种下降少：在亚致死胁迫下s o d 活性具有反弹现象，抗旱性较 强的树种回升幅度大。 王茅雁等“”研究表明，抗旱性强的玉米树种在干旱处理。2 4 d x 时内，c a t 活性基本不变 或增高，此后开始下降，但在处理2 4 4 8 t j , 时内降低幅度较小：而抗旱性弱的树种在整个处 理间c a t 活性一直下降，而且降低幅度较大。 水分胁迫下，植物过氧化物酶( p o d ) 活性的变化比较复杂。但总的趋势是干旱条件下， 抗旱树种叶片p o d 活性上升或维持较高水平，而不抗旱的树种卿j p o d 活性下降。 1 1 2 植物抗旱的机理 植物抗旱性通俗说法是植物在干旱环境中生长，繁殖或生存的能力，以及在干旱解除 以后迅速恢复的能力5 。植物的抗旱机理大致可分为避旱性、御旱性、耐旱性三类。所谓 避旱性，就是指土壤和植物本身发生严重的水分亏缺之前，植物就完成其生活史“。如沙漠 中的短生植物，是通过在严重干旱胁迫到来之前完成其生命过程，来躲避干旱的危害。御早 植物在于旱逆境下保持植株内部组织的高水势的能力。这类植物通过深广而密布的根系分 布来保持水分的吸收，通过增加气孑l 阻力与角质层阻力、降低叶片对太阳辐射的吸收，减少 蒸腾叶面积来达到减少水分损失的目的。耐旱植物是在受旱时，能在较低的细胞水势下维 持其一定程度的生长发育，其主要表现在：第一、保持低水势下一定的膨压和代谢功能：第 二、细胞原生质体能忍耐脱水而无伤害或伤害很轻5 “1 。 事实上，植物的抗旱性是由多种抗旱途径或方式共同作用的结果，其过程一般是在干 旱胁迫发生时，植物首先通过保持水分吸收和减少水分损失来维持体内的水分平衡，并以 渗透调节作用和细胞壁的弹性来保持一定的膨压，以保障植物在干旱条件下继续生长。但 在连续干旱的条件下，植物最终的耐早能力决定于细胞原生质的耐脱水能力，即对脱水造 成的机械伤害，超微结构的破坏及蛋白质变性等伤害的忍耐能力。 1 2 树木抗旱性研究现状和展望 近年来，对植物抗旱机理研究进展很快，植物学及相关领域的科学工作者对植物在各 种因子胁迫下的生理反应机制和遗传变异等方面开展了广泛的探索，研究的方向主要包 括：干旱胁迫下对植物的危害、树木反应方式、耐旱机理及遗传改良策略和不同树种抗旱 性进行鉴别等进行过广泛的研究和总结。 在反映植物水分状况的指标叶片含水量、叶片相对含水量、叶片水分饱和亏缺和水势 中，水势最为重要。在同等水分胁迫条件下，具有较低叶水势和根水势的植物，具有从土壤 中吸收较多水分的潜力，通过它可以反映植物的抗旱能力”。郭连生6 ”等探讨随着土壤含 水量的下降不同种幼树清晨叶水势的反应状况及其二者之间的依赖关系，发现随着土壤含 水量的下降对清晨叶水势的影响存在一个临界值，并把该值的大小作为评价幼树抗旱性强 弱的一个指标，对八种针阔叶幼树的抗旱性进行了排序。叶片水分饱和亏缺是指植物组织 的实际含水量距离其饱和含水量的差值，以相对于饱和含水量的百分数表示的数值。冯玉 龙等“1 认为叶片水分饱和亏缺仅表明树木受旱时的水分状况，不宜用来说明植物的抗旱能 力，通过它可以初步了解树木的受害程度。但有人认为它可以用来评价树木的抗旱能力 弱科 水分胁迫下气孔关闭，蒸腾速率下降的幅度因树种和胁迫强度而有差异，蒸腾速率下 降的同时植物能够维持一定的光合生产能力，提高水分利用效率，从而提高对饥饿的忍耐 能力，有利于增加对干旱胁迫的抵抗5 ”。刘建伟等“”依据净光合速率变化探讨不同杨树无 性系之间的耐早能力。 根系作为林木与土壤环境进行物质和能量交换的重要场所，对林木的生长起着决定性 的作用。从根系的角度来评价树种的抗旱性就显得十分重要。刘颖等“”通过测定根水势， 不同径级根的分布状况，证实了不同树种根系在水势、吸收根数量等方面存在着较大的差 异，并结合树种叶片解剖结构及叶片水分生理特点，对辽西现有树种抗旱性进行比较研究。 赵忠等”1 研究了根系活力与土壤含水量之间的关系，对渭北主要造林树种根系的抗旱能 力进行分析和评价，并在此基础上对各树种抗御土壤干旱的能力进行了排序。 在水分胁迫条件下，植物体内活性氧产生加快，而清除活性氧的保护酶系统活性降低， 抗氧化剂受到破坏，导致活性氧积累，引起膜脂过氧化，使膜结构和功能受到伤害。研究证 明“”，在水分胁迫下抗性强的植物s o d 等保护酶仍能维持较高活性，防止了活性氧的积累， 减轻了膜脂过氧化引起的膜伤害。因此保护酶的活性水平与抗旱性密切相关。依据三种杜 仲无性系在水分胁迫条件下叶中s o d 活性、原生质膜相对透性、m d a 含量的变化，对它们的 抗旱能力进行了分析评价。谢寅峰等”通过对三种针叶树幼苗抗旱性的研究，认为水分胁 迫下s o d 活性大小不能完全代表原生质忍耐脱水能力，硝酸还原酶活性可以作为3 种树木抗 旱能力评定的有效生化指标，而s o d 活性可作为参考指标。王盂本等”认为在水分胁迫下 s o d 活性变化所反映的树木抗氧化伤害力大小与p v 曲线水分参数所指示的树木耐旱性强弱 具有密切的正相关性，而p o d 活性高低并不一定能够完全反应植物抗氧化能力的大小。 研究植物的抗旱生理机制、叶片结构参数和生理生化指标的变化，对于找出简易的抗 旱性鉴定指标，培育和筛选抗旱强的树种意义重大。研究者们从群体、个体、器官等角度 出发，分别对植物的生态学、解剖学形态学、生理学的抗旱表现进行了深入的研究，提出了 各种抗旱性鉴定指标，为认识植物抗旱性进行了有益的探讨。但是由于植物抗旱性不仅与 植物的种类、树种基因型、形态性状及生理生化反应等有关，而且受干旱发生的时期、强 度及持续时间的影响，所以植物抗旱性是复杂的数量性状。不同植物适应干旱的方式是多 种多样的，一些植物具有综合的几种机制共同起作用的抗旱性。 由于分子技术的发展，基因水平的调控目前已经称为植物对干旱反应的重要研究课题 之一。尽管在干旱诱导的蛋白质一方面已经有一些了解，但目前还不清楚它们的生理功能。 由于抗旱性和许多基因相联系，能同时诱导多种基因的表达，共同帮助植物抵抗逆境“。由 此有必要去监测植物对干旱的感知和信号的传导，以及相应的调控子。这些有利于选育抗 旱性强的植物。而且，最近的研究表明，在转基因烟草植物中，通过对调控低分子代谢物( 如 脯氨酸) 合成基因的转录，增加了转基因烟草对干旱或盐分的抗性。然而，这些渗透保护物 质的过分表达需要更多的能量，这样又影响到植物的生长。因此，期望利用一个胁迫诱导的 前体去驱动这个基因的表达增强抗旱性”，但又不影响植物的生长。 6 2 材料和方法 2 1 材料与处理 2 1 1 试验材料 供试树种均来源于江苏省林业科技研究院，树种为阔瓣含笑 ( e i c f l e i a p i a t y e t a l a ) 、深山含笑( m i c h c h e i am a u d i a ) 、金叶含笑( m i c h e l i a f o v e o l a 疗和乐昌含笑( m i c h e l i at s o i ) 等四种含笑树种。一年生移植苗，苗龄为二年， 苗木均一、长势基本一致，生长健壮，无病虫害。 2 1 2 试验设计和处理 2 0 0 5 年4 月2 5 日开始，苗木充足灌水3 天。4 月2 8 日以后，苗木随机分为对照组和处理组。 对照组：试验开始后，每天下午测定土壤含水量，补充当天失去的水分：处理组不再供应水 分，使其自然干燥。采用完全随机区组试验设计，测定各项指标，重复三次。盆栽实验用遮 雨棚处理( 地点在南京林业大学花房中心温室大棚内) ，处理为：胁迫5 天( 轻度胁迫t 1 ) 、胁 迫1 0 天( 中度胁迫t 2 ) 、胁迫1 5 天( 重度胁迫t 3 ) 。 2 2 试验方法 2 2 1 叶片解剖：在二年生树苗上成熟叶片上，以叶脉中部为中心，切取0 5 c m 2 的叶片 组织，每树种取样l o 个，用f a a 固定液固定，于2 0 0 4 年1 2 月制成石蜡切片，厚度8 u m ，番红一 固绿双重染色，中性胶封片。在o l y m p u s 光学显微镜下观察并用目测尺测定叶片结构参数， 同时计算： 叶片组织结构紧密度c t r ( ) = 栅栏组织厚度叶片厚度1 0 0 叶片组织结构疏松度s r ( ) = 海绵组织厚度叶片厚度i 0 0 2 2 2 气孔密度观察： 涂l 层火棉胶，干燥后将胶膜取下放在干燥的载玻片上，盖好盖玻片，观察“。 2 2 3 叶片水分饱和亏缺的测定踟 分别取各供试树种干旱处理和正常处理的健康功能叶，用万分之一的电子天平称其鲜 重，然后用蒸馏水浸泡2 4 h ，取出后擦净叶片表面的水，再称饱和鲜重，最后在烘箱内 1 0 5 0 c 下烘8 4 , 时称干重，根据公式计算： 叶片水分饱和亏缺( ) = ( 饱和鲜重一原始鲜重) ( 饱和鲜重一千重) 1 0 0 。 2 2 4 土壤含水量的测定”1 用铝盒在天平上称1 0 克土样，开启盒盖于1 0 5 c l i o c 恒温箱内烘6 h ，取出置于干燥 器中冷却2 0 m i n ，于原天平上称重，计算土壤含水量。 计算公式：土壤含水量= ( 湿土重一千土重) 干土重1 0 0 烘箱：h g l 0 1 - 3 ，南京电器三厂。 2 2 5 相对电导率的测定“” 将待测叶片洗净后用打孔器打取圆片3 片置于洁净的刻度试管，放置l h ，其间多次振 摇。用电导仪测定初电导值( s 1 ) 。测毕，将各试管盖塞封口，置沸水浴中l o m i n 杀死组织细 胞。取出冷却，在室温下平衡l o m i n ，摇匀，测其终电导值( s 2 ) 。 计算公式：l = $ i s 2 。 主要仪器包括：d d s - 3 0 7 型直读电导仪( 上海精密科学仪器有限公司) 。 2 2 6 n 二醛( m d a ) 含量的测定”“ 取植物材料0 5 克，加0 6 m l o i m 磷酸缓冲液( p h _ 7 0 ) ，在预冷的研磨提取，合并提取 液，在| 0 0 0 0 9 下冷冻离。b 2 0 分钟。取上述离心后的上清液i 5 m l ，加人2 5 m l o 5 嘛代巴比妥 酸( t b a ) 。混合物于1 0 0 。c 沸水中加热2 0 m i n ，迅速冷却，于3 5 0 0 转l o m i n 离心，上清液分别 于5 3 2 n m 及6 0 0 n m 处测定光密度0 d 值。 计算公式：m d a 含量( n m o l g f w ) = ( o d 。2 - o d 。) o 1 5 5 提取液总量测定时提取液用量 反应体系总体积 样品鲜重( g ) 。 主要仪器包括：7 2 2 s 分光光度计( 上海分析仪器厂) 和l g r l 6 一w 高速冷冻离心机( 北京医 用离心机厂) 。 2 2 7 根系活力的测定”1 t t c 法测定。将采得根系快速洗净、擦干，取根尖o 5 9 ，放人小烧杯中，加0 4 t t c 溶液 5 m l ，使根完全浸人其中，3 7 。c 恒温保持3 小时后，加入i m o l l 硫酸1 2 m l 停止反应。把根取出， 擦干水分，放入研钵，加入适量醋酸乙酯与少量石英砂一起磨碎，取红色液于刻度试管中， 残渣用少量醋酸乙酯反复洗2 3 回，至溶液不带红色为止，定容至l o m l ，在7 2 1 分光光度计 4 8 5 n m 处比色，测定光密度o d 值。空白是在加入0 4 t t c 溶液之前先加i m o l 硫酸卜2 m l 停止 反应，以后步骤相同。标准曲线制作：取0 4 t t c 溶液0 2 m l ，加少许n a ：s 。0 。，乙酸乙酯定容 到1 0m l ，分别取0m l ，o 2 5m l ，0 5 0m l ，1 0m l ，1 5m l ，2 0m l ，2 ，5m l 在4 8 5 n m 处比色， 测定光密度0 d 值，依据其含量和相应吸收值绘制标准曲线。 计算公式：四氮唑还原强度( m g g h ) = 四氮唑还原量( m g ) 根重( g ) 时间( h ) 主要仪器包括：7 2 2 s 分光光度计( 上海分析仪器厂) 和l g r l 6 一w 高速冷冻离心机( 北京 医用离心机厂) 。 2 2 8 叶绿素含量的测定 利用s p a d 一5 0 2 型叶绿素计测量( 上海澳作生产公司) 。 2 2 9 光合速率和蒸腾速率测定 l i c o r 一6 4 0 0 光合系统测定仪( 上海力高泰科技有限公司) 进行净光台速率( p n ) 和蒸腾 速率( t r ) 的变化及净光合速率日变化。 2 2 i 0 可溶性蛋白含量的测定“” 8 称取0 5 克鲜重叶片，加入l m l 磷酸缓冲液( p h = 7 8 ，0 0 5 m o l l ) ，冰浴研磨，研磨后再 加入4 m l 磷酸缓冲液。将研磨液倒入离心管中，平衡。低温( 0 - 4 c ) 离一t j , 2 0 m i n ，离心后冷 藏保存。取上清液2 0 微升( 对照加2 0 微升水) ，j j 9 3 m l 考马斯亮蓝，放置2 m i n 后，马上于 5 9 5 m n 下比色。 计算公式：样品蛋白质含量( m g gf w ) = ( c * v a ) w c 一查标准曲线所得每管蛋白质含量( m g ) ：v - 提取液总体积( m 1 ) ：a 测定所取提取液体 积( m 1 ) ：w - 取样量( g ) 。 主要仪器包括：7 2 2 s 分光光度计( 上海分析仪器厂) 和l g r l 6 一w 高速冷冻离心机( 北京医 用离心机厂) 。 2 2 1 1 游离脯氨酸( p r o ) 的测定“7 3 取干重叶o 3 9 ，剪碎后放人试管，加人5 m l3 的磺基水杨酸溶液，于沸水浴中浸提 l o m i n 。冷却后，吸取提取液2 m l 于另一支试管中，再加人2 m l 水，2 m l 冰乙酸平 j 4 m l2 j 的酸 性茚三酮溶液，置沸水浴中显色6 0 m i n 。冷却后，加人4 m l 甲苯萃取红色物质。静置后，取甲 苯相测定5 2 0 n m 波长处的吸收值。标准曲线制作：在卜l o i j g m l 脯氨酸浓度范围内制作标 准曲线。取标准溶液各2 m l ，加入2 m l3 磺基水杨酸、2 m l 冰乙酸和4 m 1 2 5 茚三酮溶液，置 沸水浴中显色6 0 m i n 。冷却后，加人4 m l 甲苯萃取红色物质。静置后，取甲苯相测定5 2 0 n m 波 长处的吸收值，依据脯氨酸量和相应吸收值绘制标准曲线。样品测定：取2 m l 上清夜，加入 2 m l 水，再加入冰乙酸等显色剂，同标准曲线程序进行显色、萃取和比色。 主要仪器包括：7 2 2 s 分光光度计( 上海分析仪器厂) 和l g r l 6 一w 高速冷冻离心机( 北京医 用离心机厂) 。 2 2 1 2 n 溶性糖含量的测定” 蒽酮比色法。取干重叶片o 5 9 ，分三次加蒸馏水1 2 5 m l 研磨，加塞于沸水浴中浸提 l o m i n 。冷却后过滤，定容至2