阮志平 唐源江 曾美涓

摘 要 以4種棕櫚植物幼苗為試材，通過盆栽控水試驗，研究了干旱脅迫對其光合特性和抗氧化酶活性的影響。結果表明，隨著干旱程度加劇，4種棕櫚植物的凈光合速率（Pn）、氣孔導度（Gs）和蒸騰速率（E）均呈逐漸下降趨勢，但下降幅度在不同種及不同脅迫處理之間存在差異。在輕度干旱脅迫下，氣孔限制是皇后葵和砂糖椰子Pn下降的主要原因，而東澳棕和圓葉蒲葵Pn下降的主要原因是非氣孔限制因素；在中度和重度干旱脅迫下，4種棕櫚植物Pn下降的主要原因均為非氣孔限制因素。4種棕櫚植物的平均水分利用效率（WUE）依次為皇后葵>東澳棕>砂磄椰子>圓葉蒲葵。輕度干旱脅迫下4種植物的超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化物酶（POD）和過氧化氫酶（CAT）活性均高于對照，中度和重度脅迫下均低于對照。復水后各處理均可恢復達對照水平。4種棕櫚植物以皇后葵抗干旱能力最好，其次為東澳棕和砂糖椰子，圓葉蒲葵最差，對干旱環(huán)境最為敏感。

關鍵詞 棕櫚植物；干旱脅迫；光合作用；抗氧化酶

中圖分類號 Q948 文獻標識碼 A

Abstract A pot experiment was conducted to study the effects of different drought stress（normal irrigation， light drought， moderate drought， and severe drought）on the photosynthetic characteristics and antioxidant enzymes of the seedling in four species（Syagrus romanzoffiana， Carpentaria acuminata， Arenga pinnata and the activities of Livistona rotundifolia）of Palmaceae family. The results showed that their net photosynthetic rate（Pn）， stomatal conductance（Gs）， and transpiration rate（E）， compared with those under normal irrigation， gradually decreased with increasing drought stress. However， the reducing rates were different among the four species and different treatments. The intercellular CO2 concentration （Ci） decreased， and the stomatal limitation value（Ls）increased under light drought stress in S. romanzoffiana and A. pinnata，thus the decrease of their Pn was mainly caused by stomatal limitation. But when Ci increased， and Ls decreased under the same stress in C. acuminata and L. rotundifolia， therefore the decrease of these Pn was mainly caused by non-stomatal limitation. However， the Ci increased while Ls decreased under moderate and severe stress in the four species， thus decrease of all Pn examined was mainly caused by non-stomatal limitation. Water use efficiency（WUE）of the four species was： S. romanzoffiana>C. acuminata>A. pinnata >L. rotundifolia. Superoxide dismutase（SOD）， peroxidase（POD）， and catalase（CAT）activities of the four species increased under light drought stress， decreased under moderate and severe drought stress， and renewed their activities to the level of normal irrigation after re-watering in all treatments. Thereby， S. romanzoffiana possessed the. strongest capability against drought stress among the four species， then C. acuminata and A. pinnata， and lastly L. rotundifolia although L. rotundifolia possessed the best sensitivity to the drought environment.

Key words Palms；Drought stress；Photosynthesis；Antioxidant enzyme

doi 10.3969/j.issn.1000-2561.2016.10.011

棕櫚科（Palmaceae）植物是世界上3個最重要的經(jīng)濟植物類群之一，也是最為獨特的觀賞植物[1]。目前，在中國長江以南的亞熱帶到熱帶地區(qū)已廣為引種，特別是位于南亞熱帶到熱帶的廣大東南沿海地區(qū)，已成為園林景觀營造的主要樹種，且不乏“椰島風情”為主題的獨特景觀。關于棕櫚植物的研究目前多集中在分類、引種栽培、植保、抗寒、園林應用等方面[2-7]。在抗旱光合生理及抗氧化酶的研究方面，Repellin等[8]認為氣孔導度、凈光合速度、胞間CO2值等葉片氣體交換參數(shù)不能作為椰子鑒定抗旱能力的指標。不過沒有進一步的研究佐證這一結論以及在棕櫚植物中是否具普遍性；孫程旭等[9]和Cha-um等[10]發(fā)現(xiàn)隨著干旱脅迫時間的延長，油棕幼苗的SOD和POD酶活性出現(xiàn)先上升后下降變化趨勢。曹建華等[11]則發(fā)現(xiàn)在一定干旱脅迫下，油棕的SOD和POD活性先下降，而隨著脅迫時間延長，POD活性則上升，認為油棕對干旱的脅迫性有一定的限度。陳歆等[12]在研究土壤水分脅迫對檳榔幼苗的影響時發(fā)現(xiàn)光合速率、蒸騰速率、氣孔導度和葉綠素含量均下降，SOD、POD活性也是先上升后下降變化趨勢，而CAT則表現(xiàn)先下降后上升變化。隨脅迫時間延長，SOD和POD活性下降現(xiàn)象越明顯。綜合來看，不同棕櫚植物受到干旱脅迫后的光合生理及抗氧化酶活性的變化存在差異[7]，然而由于目前研究過的棕櫚植物材料有限，對棕櫚植物抗旱光合生理生化的認識仍缺乏系統(tǒng)性，而同一條件下開展多種材料的比較研究尚未見報道。為此，本文通過盆栽控水試驗，比較研究干旱脅迫及復水處理對4種重要觀賞棕櫚植物的光合參數(shù)和抗氧化酶活性的影響，以期為深入探究棕櫚植物抗旱生理機制及響應規(guī)律積累數(shù)據(jù)，為棕櫚植物的引種和抗旱篩選、景觀配置和人工群落構建等生產(chǎn)實踐工作提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

于2014年10月上旬將一年生皇后葵[Syagrus romanzoffiana]（Cham.）]Glassm.]、東澳棕[Carpentaria acuminata（H.Wendl. Et Drude）Becc.]、砂糖椰子[Arenga pinnata（Wurmb）Merr.]、圓葉蒲葵[Livistona rotundifolia（Lam.）Mart.]4種植物盆栽苗從廈門市園林植物園移至華僑大學廈門校區(qū)園藝實驗室通風遮雨的塑料棚內，各種幼苗生長良好且長勢基本一致（每株6～片葉），無病蟲害。試驗用盆為高25 cm，直徑 20 cm的塑料盆，栽培基質按腐葉土 ∶ 園土=1 ∶ 1配比而成，每盆種植3 株小苗，按生產(chǎn)栽培的管理水平，盡可能保持每盆供水和盆內土壤濕度的一致性，使其正常生長。

1.2 方法

1.2.1 試驗設計 材料移入華僑大學廈門校區(qū)實驗室正常養(yǎng)護2周后，將每盆充分灌水使土壤含水基本保持一致，待土壤自然落干后進行干旱脅迫處理，此時的田間持水量為38.62%。每盆中的水量用稱重法控制，每天于17：30 向盆中補充水分。每個品種試驗處理設4 組：（1）對照組（CK），按生產(chǎn)栽培正常供水，為田間持水量的70%～75%；（2）輕度干旱脅迫（Light drought stress， LS），為田間持水量60%～65%； （3）中度干旱脅迫（Moderate drought stress， MS），為田間持水量45%～50%；（4）重度干旱脅迫（Severe drought stress， SS），為田間持水量30%～35%。當各處理的土壤水分梯度形成時開始干旱脅迫，脅迫處理30 d后，測定各項指標。試驗期間的環(huán)境空氣相對濕度控制在均值為60%～70%， 氣溫均值最低22 ℃，最高32 ℃，有效光合輻射（685±50）μmol/（m2·s）。設定二氧化碳供應為開放式氣路（385±20）μmol/mol。干旱脅迫結束后，開始按正常管理給各處理復水（Re-watering），為保證數(shù)據(jù)的穩(wěn)定和可靠，分別于復水后第5天測量各項指標。每次測量時間為早上9：00-11：00，測量時隨機選擇長勢及位置一致、無病蟲害、向陽面的功能葉，每葉片重復3 次，取平均值。將測定后的葉片液氮速凍-80 ℃保存， 用于抗氧化酶活性的測定。

1.2.2 試驗方法 采用CI-310便攜式光合儀（美國CID公司），測定葉片的凈光合速率[Pn，μmol/（m2·s）]，蒸騰速率[E，μmol/（m2·s）]， 葉片氣孔導度[Gs，mmol/（m2·s）]，胞間CO2濃度（Ci，μmol/mol）等光合參數(shù)。通過公式計算水分利用效率（WUE）=Pn/E[μmol/（m2·s）]和氣孔限制值Ls（%）=1-Ci/Ca。超氧化物歧化酶（SOD）活性參照李合生等[13]方法測定；過氧化物酶（POD）活性采用Amalo等[14]的方法測定；過氧化氫酶（CAT）活性采用Abei等[15]的方法測定；均重復測定3次，取平均值。

1.3 數(shù)據(jù)處理

所用數(shù)據(jù)均用Microsoft Excel 進行計算制圖，用SPSS 19.0單因素方差分析（one-way ANOVA）和最小顯著差異法（LSD）比較不同處理的差異，均值差的顯著性水平設定為0.05。

2 結果與分析

2.1 干旱脅迫與復水處理對4種棕櫚植物幼苗光合參數(shù)的影響

2.1.1 干旱脅迫與復水處理對4種棕櫚植物幼苗Pn的影響 如圖（1-A）可知，4種棕櫚植物的Pn均隨干旱脅迫程度的加劇呈下降趨勢，與對照（CK）相比不同種不同處理變化的幅度不同。在LS下，各植物Pn均呈小幅下降；而在MS和SS下，下降幅度較明顯。各處理復水后，各植物Pn均有一定程度的恢復，其中輕度干旱后復水（Re-watering for LS， RLS）4種植物的Pn均可恢復到與對照組相當?shù)乃?；中度干旱后復水（Re-watering for MS， RMS）和重度干旱后復水（Re-watering for SS， RSS）各植物Pn均僅可部分恢復。在RMS下，4種植物的恢復性強弱排序為東澳棕>皇后葵>砂糖椰子>圓葉蒲葵；而在RSS下，4種植物的恢復性強弱排序為皇后葵>東澳棕>砂糖椰子>圓葉蒲葵。方差和LSD分析顯示，輕度干旱脅迫及復水處理后4種棕櫚植物的Pn與各對照組均差異不顯著，而中度干旱脅迫和重度脅迫及復水處理后Pn與各對照組均具顯著性差異。

2.1.2 干旱脅迫與復水處理對4種棕櫚植物幼苗Gs的影響 干旱脅迫下，隨著干旱程度不斷加深，4種棕櫚植物的氣孔導度Gs的變化表現(xiàn)不同（圖1-B），但趨勢與Pn的一致，即隨著干旱脅迫加劇而呈下降趨勢。方差和LSD分析顯示，皇后葵的Gs除SS處理與對照具顯著差異外，其它各處理均差異不顯著；東澳棕的Gs則僅RLS處理與對照無顯著性差異，其它各處理均差異顯著，尤以SS下，Gs下降幅度最明顯。砂糖椰子在LS和RLS下，其Gs與對照無顯著差異，其余各處理的Gs與對照具顯著差異。圓葉蒲葵的Gs在LS、RLS和RMS下與對照無顯著差異，其余各處理與對照均具顯著。可見，在LS下，4種棕櫚植物的Gs并未受到明顯影響，具有較好的恢復性，但圓葉蒲葵和東澳棕的Gs對干旱脅迫十分敏感，尤以圓葉蒲葵更甚；在MS下，皇后葵和圓葉蒲葵的Gs復水后均恢復性較好，說明未受到明顯影響，而東澳棕和砂糖椰子的Gs雖恢復性良好，但受到了顯著影響；在SS下僅皇后葵的Gs無明顯影響，仍保持較好的恢復性。4種植物按Gs的恢復性強弱排序為皇后葵>圓葉蒲葵>東澳棕>砂糖椰子。

2.1.3 干旱脅迫與復水處理對4種棕櫚植物幼苗E及WUE的影響 在干旱脅迫下，4種棕櫚植物的E變化與Pn及Gs相似，即E隨著干旱脅迫的程度加劇呈下降趨勢（如圖1-C）。方差和LSD分析顯示，除皇后葵在LS下的E與對照組無顯著差異外，皇后葵的MS和SS處理及其他3種植物的LS、MS和SS各處理的E與各對照組均具顯著性差異。復水處理后4種棕櫚植物的E恢復程度各異，皇后葵的各復水處理后的E均與對照無明顯差異，砂糖椰子僅RLS處理與對照無顯著差異，其它2個種各復水處理后E與對照組差異顯著。從4種棕櫚植物的水分利用效率（WUE）來看（如圖1-D），皇后葵在LS、MS及RLS下，各WUE與對照組無明顯差異，其它各處理與對照均差異顯著。東澳棕在MS及SS下WUE與對照組有顯著差異，其它各處理均無顯著差異。砂糖椰子僅在LS及RLS下WUE與對照無顯著差異。圓葉蒲葵除在RLS下無顯著差異外，其它各處理的WUE均與對照差異顯著。

2.1.4 干旱脅迫與復水處理對4種棕櫚植物幼苗Ci和Ls的影響 在干旱脅迫下，隨著干旱程度的加劇，4種植物的Ci和Ls值變化如圖1（E-F）?；屎罂贚S下的Ci明顯比對照低，Ls值明顯比對照高，其它各處理的Ci與Ls與對照均無顯著差異；東澳棕各處理下的Ci和Ls與對照均差異不顯著；砂糖椰子在LS下的Ci和Ls變化與皇后葵一致，其它各處理中僅在SS下Ci和Ls與對照具顯著差異。圓葉蒲葵的Ci在各處理下均高于對照，且與對照具顯著差異，而Ls值則均低于對照且各處理與對照均差異顯著。

2.2 干旱脅迫與復水處理對4種棕櫚植物幼苗抗氧化酶活性的影響

由圖2可以看出，在干旱脅迫下，隨著脅迫程度加劇，4種棕櫚植物的SOD、POD和CAT活性均呈先上升（在LS下）后下降（在MS和SS下）的趨勢。方差和LSD分析顯示，在LS下，皇后葵和砂糖椰子的SOD活性與對照差異顯著，東澳棕與圓葉蒲葵的與對照差異不明顯，而在MS和SS下，4種棕櫚植物的SOD活性與對照均具顯著性差異；4種植物的POD活性則在LS、MS和SS下與對照均有顯著差異；CAT活性在LS和SS下，與對照差異顯著，而在MS下差異均不明顯。復水后，4種植物各處理的SOD、POD和CAT活性均基本得到恢復，且與對照間無顯著差異。

3 討論

3.1 光合參數(shù)與抗旱性的關系

水是光合作用原料之一，沒有水，光合作用無法進行。而缺水影響光合作用主要是通過氣孔關閉、光合產(chǎn)物輸出減慢、光合機構受損等間接影響[16]。這些原因可以概括為氣孔因素和非氣孔因素。氣孔因素實際上主要是植物的氣孔調節(jié)能力，植物通過氣孔調節(jié)控制體內與外界環(huán)境之間的氣體交換和水分蒸騰[17-18]，是植物適應環(huán)境與抵御干旱的重要調節(jié)機制。非氣孔因素則包括一系列復雜的生理生化過程和結構機制。一般認為Ci和Ls可以作為區(qū)分光合速率下降的氣孔和非氣孔因素的判斷[19]。本研究顯示，在LS下，皇后葵和砂糖椰子Ci下降，Ls增大，說明氣孔限制因素是引起Pn下降的主要原因，而東澳棕和圓葉蒲葵Ci升高，Ls減小，說明引起Pn下降的主要原因是非氣孔因素；另在LS及RLS處理下，4種棕櫚植物的Pn與對照均無明顯差異。這說明在LS下，無論是氣孔因素還是非氣孔因素導致Pn下降，都是一些適應性反應，未產(chǎn)生不可逆轉的影響，這與陳昕等[20]、張誠誠等[21]及郭素枝等[22]研究相一致，他們從不同角度證明在LS下，葉片結構、光合色素、光合參數(shù)等大多與對照無顯著差異。在MS和SS下，4種棕櫚植物的Ci均上升，Ls下降，非氣孔限制成為Pn下降的主要原因。從它們Pn的RMS和RSS處理結果看，雖均都可以得到一定程度的恢復，但與對照差異顯著。這可能說明光合系統(tǒng)已產(chǎn)生了不可逆的損害。此外，本研究顯示，在干旱脅迫條件下， 4種棕櫚植物的Pn、Gs和E具有相同的變化趨勢，即均隨干旱脅迫強度加劇而下降，這與陳歆等[12]的結果一致。但不同種不同干旱脅迫下的Pn、Gs和E值變化差異較大且缺乏規(guī)律性。因此，僅從Pn、Gs和E等受干旱影響的變化情況來判斷4種棕櫚植物的抗旱能力確實困難，這與Repellin等[8]的結論相符。然而從復水后Pn、Gs和E的恢復能力強弱看，皇后葵恢復力最強，其次是東澳棕和砂糖椰子，再則是圓葉蒲葵，因此，結合干旱脅迫與復水處理整個過程的光合參數(shù)變化情況，是可以對4種棕櫚植物的抗旱性作一個大致篩選的。

3.2 抗氧化酶活性與抗旱性的關系

SOD、POD和CAT是植物組織內重要的抗氧化酶，它們通過清除超氧陰離子自由基、羥自由基和過氧化氫來減少活性氧對細胞膜的傷害、減輕膜質過氧化和穩(wěn)定膜的透性[23-26]。在非環(huán)境脅迫下，植物細胞內活性氧的產(chǎn)生與清除處于動態(tài)平衡之中，環(huán)境脅迫時活性氧產(chǎn)生與其清除之間的動態(tài)平衡將被打破，致使活性氧過量積累[27-28]。因此抗氧化系統(tǒng)對活性氧的清除能力是衡量植物對逆境抵抗的關鍵因素之一[29]。本研究顯示，在LS下，4種棕櫚植物的SOD、POD和CAT活性均出現(xiàn)上升，而在MS和SS下，均呈下降現(xiàn)象，且在SS下顯著下降，三種酶的活性均呈LS>MS>SS，這表明在LS下，植物體內的超氧陰離子自由基、羥自由基和過氧化氫等不斷產(chǎn)生，促使4種棕櫚植物啟動了相應的適應性反應，SOD、POD和CAT活性相應增強，以消除活性氧的積累，以求達到一種新的動態(tài)平衡，但隨著脅迫繼續(xù)加深，在MS和SS下，活性氧的積累超出了4種植物的抗氧化酶系統(tǒng)可能清除的范圍，從而整個抗氧化酶系統(tǒng)功能降低。因此，LS下SOD、POD和CAT的表達水平可能是4種棕櫚植物干旱脅迫下的容許限度，一旦進入MS和SS，防御功能將逐漸下降直至失去。但從復水的結果看，4種棕櫚植物的抗氧化酶系統(tǒng)在各處理條件下均具有良好的恢復性。這可能說明4種棕櫚植物的抗氧化酶系統(tǒng)具有較好的干旱適應能力，另一方面也可能與試驗中干旱脅迫處理的時間長度較短有關。

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