王冰清 丁岳煉 譚家得 陳杰 萬利鑫 周建瑛 王惠芳

[佛山市林業(yè)科學(xué)研究所(佛山植物園) 廣東佛山528222]

桐花樹（Aegiceras corniculatum），又名蠟燭果，是紫金牛科、蠟燭果屬灌木或小喬木，在中國主要分布于海南、廣西、廣東、福建、臺灣及南海諸島；印度、中南半島至菲律賓以及澳大利亞南部等地也有分布，喜生長于海邊潮水漲落的污泥灘上，適應(yīng)性強(qiáng)，易形成單種的生物群落，是海岸紅樹林組成樹種之一［1］。桐花樹群植可構(gòu)成紅樹林景觀，在防風(fēng)消浪、促淤保灘、固岸護(hù)堤、凈化海水和空氣方面發(fā)揮了重要的生態(tài)作用［2］。為擴(kuò)大桐花樹的生態(tài)應(yīng)用價(jià)值，將桐花樹引種種植于淡水濕地環(huán)境中，解決日益嚴(yán)峻的水土流失、水體污染、富營養(yǎng)化等問題，已成為目前研究的新方向。

關(guān)于桐花樹的淡水應(yīng)用目前已經(jīng)有一定的基礎(chǔ)，丁岳煉等［3］探究了桐花樹淡水育苗技術(shù)，篩選出了淡水澆灌下桐花樹幼苗生長的最佳基質(zhì)；董雪等［4］就淡水馴化后的桐花樹對人工污水的凈化效果進(jìn)行了探討，為桐花樹在淡水中的生態(tài)應(yīng)用價(jià)值提供了理論支持。雖然目前有關(guān)桐花樹在淡水中的應(yīng)用有了一定的研究，但是關(guān)于桐花樹在淡水中的適生水位以及水淹脅迫對桐花樹生長發(fā)育、生理特征的影響，桐花樹在河流、湖泊汛期環(huán)境中適應(yīng)性等情況尚不清楚。為了擴(kuò)大紅樹植物桐花樹的應(yīng)用范圍，充分發(fā)揮其在淡水河流、湖泊中的生態(tài)效益，本研究通過模擬輕度、中度、重度淹水脅迫，探究桐花樹的生長發(fā)育情況以及生理響應(yīng)，擬了解桐花樹的適生水位，為桐花樹在淡水河流、湖泊中的應(yīng)用提供理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗(yàn)場地位于佛山市林業(yè)科學(xué)研究所苗圃內(nèi)，試驗(yàn)材料為經(jīng)淡水馴化的桐花樹一年生實(shí)生苗。

1.2 方法

1.2.1 適生性培養(yǎng)

選取生長健壯、長勢一致、高度相仿的一年生桐花樹袋苗并將其分為4 組，每組30 株，于2019 年8 月15 日分別移入規(guī)格為160 cm×120 cm×50 cm 的4 個(gè)塑料儲水箱中進(jìn)行15 d 左右的適應(yīng)性培養(yǎng)，加入苗木容器1/3位置的水，進(jìn)行正常水肥管理，待供試苗生長穩(wěn)定后開始淹水脅迫試驗(yàn)。

1.2.2 淹水脅迫試驗(yàn)

將4 個(gè)水箱中的桐花樹分別設(shè)置為對照（CK）及輕度（A）、中度（B）、重度淹水（C）脅迫組，向水箱中注入自來水，對照組保持正常水肥管理水位，水位在苗木容器1/3位置處；輕度淹水脅迫組水位與苗木容器上口水平；中度淹水脅迫組水位至苗高1/3 處；重度淹水脅迫組水位至苗高2/3處。為防止水質(zhì)惡化，每7 d換一次水。

1.2.3 試驗(yàn)測定

1.2.3.1 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的測定

分別于淹水脅迫開始（第0天）及淹水脅迫結(jié)束（第60 天）測定各不同處理組桐花樹苗高、地徑及生物量，探究不同水位處理60 d 對桐花樹長勢的影響，并觀察桐花樹的形態(tài)變化。各處理組隨機(jī)選取10 株進(jìn)行測定，苗高、地徑的測定采用直接讀數(shù)法；分別選取根、莖、葉分別進(jìn)行生物量測定，采用烘干法，干燥至恒重后稱重。

1.2.3.2 生理指標(biāo)的測定

分別于淹水脅迫第0、5、15、30 天，取對照組（CK）與重度淹水脅迫組（C 組）葉片，探究重度淹水脅迫下桐花樹生理指標(biāo)的變化。測定指標(biāo)包括可溶性蛋白濃度，可溶性糖含量、MDA 含量，SOD、CAT、POD活性。取樣時(shí)間統(tǒng)一在上午10點(diǎn)進(jìn)行，采用完全隨機(jī)取樣，每個(gè)處理3株重復(fù)，分別采集植株頂端新葉下第3 或4 片健康葉，經(jīng)液氮處理后存放入-80℃低溫冰箱，待取樣全部結(jié)束后統(tǒng)一進(jìn)行測定。

（1）可溶性蛋白、MDA、SOD、CAT、POD 的測定方法：準(zhǔn)確稱取桐花樹葉片0.2 g，加入9 倍體積的磷酸緩沖液，冰水浴條件下機(jī)械勻漿，制備成10%的植物組織勻漿，以2 500 r/min 低溫離心10 min，取上清液待測。可溶性蛋白采用考馬斯亮藍(lán)法［5］測定，MDA 采用硫代巴比妥酸法［6］測定，SOD 采用鄰苯三酚自氧化法［7］測定，CAT 采用過氧化氫法［8］測定，POD采用愈木酚法［9］測定。

（2）可溶性糖測定方法：準(zhǔn)確稱取桐花樹葉片0.1 g，剪碎混勻，加入1 mL 蒸餾水，用勻漿研磨器研磨成勻漿液，倒入有蓋離心管中，蓋緊，管蓋上扎一小孔，沸水浴10 min；待冷卻后，以4 000r/min常溫離心10 min，取上清液用蒸餾水稀釋10 倍，搖勻備用。可溶性糖采用蒽酮比色法［10］測定。

2 結(jié)果與分析

2.1 淹水脅迫對桐花樹生長發(fā)育的影響

2.1.1 形態(tài)特征的變化

不同水位淹水脅迫處理60 d 后，所有桐花樹均能成活，并對淹水脅迫產(chǎn)生了一系列形態(tài)學(xué)適應(yīng)反應(yīng)，其中最主要的特征是莖基部形成膨大皮孔。圖1分別為正常（CK）、輕度（A）、中度（B）、重度（C）淹水脅迫下，桐花樹莖基部周圍膨大皮孔的分布情況。正常水位下，桐花樹由于未受到水淹脅迫，莖周未形成膨大皮孔；輕度淹水脅迫下，淹水水位附近莖基部上出現(xiàn)了膨大皮孔，并且隨著淹水脅迫程度的加深，相同莖稈長度下膨大皮孔的數(shù)量增多，并隨著水位的升高向莖頂端方向延伸。

圖1 各處理組淹水60 d后莖形態(tài)變化

2.1.2 苗高地徑的變化

不同水位淹水脅迫60 d 后桐花樹的苗高、地徑的變化量如圖2 所示。由圖2 可以看出，正常、輕度、中度、重度淹水脅迫處理60 d 后，桐花樹的苗高、地徑均有一定程度的增長；隨著淹水程度的加重，桐花樹苗高的增長量呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢，各處理組苗高增長量與對照組無顯著性差異；不同水位淹水脅迫處理對地徑的影響較小，隨著淹水脅迫程度的加重，桐花樹地徑的增長量先趨于穩(wěn)定后開始減少，各處理組地徑的增長量與對照無顯著性差異。

2.1.3 生物量的變化

圖2 淹水后桐花樹苗高、地徑變化

不同水位淹水脅迫60 d 后，桐花樹生物量的增長量在根、莖、葉中的分配如圖3 所示。由圖3可知，不同處理組桐花樹生物量的積累在根、莖、葉中的分配不均勻，其中對照組在根中的分配比較多，淹水脅迫組在莖的分配比較多。隨淹水脅迫程度的加重，根生物量的積累呈遞減的趨勢，其中重度淹水脅迫組根生物量的積累顯著小于對照組；隨淹水脅迫程度的加重，莖、葉生物量的積累大體呈現(xiàn)遞增的趨勢，但各組之間莖、葉的增長量無顯著性差異。

圖3 不同處理下桐花樹幼苗生物量的變化量

2.2 淹水脅迫對桐花樹葉片生理指標(biāo)的影響

2.2.1 淹水脅迫對桐花樹可溶性蛋白含量的影響

對照組和重度淹水脅迫組桐花樹葉片可溶性蛋白含量隨淹水時(shí)間的變化如圖4 所示。由圖4 可知，對照組桐花樹葉片可溶性蛋白含量隨淹水時(shí)間的延長呈逐步上升趨勢，處理30 d 后可溶性蛋白由0.24 mgprot/mL 逐步上升到0.40 mgprot/mL。隨淹水時(shí)間的延長，重度淹水脅迫組可溶性蛋白含量呈現(xiàn)先降低后升高再趨于平緩的趨勢；淹水處理0～5 d，可溶性蛋白含量由0.25 mgprot/mL下降至0.20 mgprot/mL；淹水處理5 d 后，隨著淹水時(shí)間的延長，可溶性蛋白含量迅速上升，至15 d升時(shí)升為0.32 mgprot/mL；淹水15 d后，隨著淹水時(shí)間的延長，可溶性蛋白含量趨于平緩。

圖4 葉片可溶性蛋白含量變化

2.2.2 淹水脅迫對可溶性糖含量的影響

圖5 葉片中可溶性糖含量變化

對照組和重度淹水脅迫組桐花樹葉片可溶性糖含量隨淹水時(shí)間的變化如圖5 所示。由圖5 可知，隨淹水時(shí)間的延長，對照組可溶性糖含量呈現(xiàn)逐步下降的趨勢，重度淹水脅迫組呈先上升后下降最后趨于平緩的趨勢。對照組處理30 d，可溶性糖由21.43 mg/mgprot 下降至11.14 mg/mgprot。重度淹水脅迫組淹水處理前5 d，隨淹水時(shí)間的延長，可溶性糖含量由16.78 mg/mgprot 升高至20.76 mg/mgprot；淹水5 d 后，隨淹水時(shí)間的延長，可溶性糖含量降低至16.56 mg/mgprot；淹水處理15 d 后，隨著淹水時(shí)間的延長，可溶性糖含量緩慢降低并逐步趨于平緩。

2.2.3 淹水脅迫對桐花樹保護(hù)酶活性的影響

對照組和重度淹水脅迫組桐花樹葉片MDA含量以及SOD、CAT、POD等保護(hù)酶活性隨淹水時(shí)間的變化如圖6 所示。由圖6 可知，隨淹水時(shí)間的延長，對照組MDA含量呈現(xiàn)先降低后緩慢升高的趨勢，重度淹水脅迫組呈現(xiàn)先緩慢升高后逐漸降低并趨于平緩的趨勢；對照組SOD活性逐漸降低，重度淹水脅迫組SOD活性呈先升高后降低最后趨于平緩的趨勢；對照組CAT 活性逐漸降低，重度淹水脅迫組CAT 活性先升高后迅速降低最后緩慢降低；對照組POD 活性逐漸降低，重度淹水脅迫組POD 活性呈現(xiàn)先升高后迅速降低最后趨于平緩的趨勢。

3 討論與結(jié)論

3.1 討論

3.1.1 淹水脅迫對桐花樹生長發(fā)育的影響

圖6 葉片中MDA含量及SOD、CAT、POD活性變化

與對照組相比，淹水脅迫組根際產(chǎn)生膨大皮孔是桐花樹對淹水脅迫的一種適應(yīng)性表現(xiàn)。當(dāng)對桐花樹給予一定的淹水脅迫后，桐花樹根系處在一種缺氧的環(huán)境中，通過莖周皮孔膨大增大了植物對氧氣的吸收和氧氣向根的疏導(dǎo)能力，使植物能夠獲取充足的氧氣來維持正常新陳代謝活動(dòng)［11］，這是桐花樹耐澇的一種典型特征。不同水位淹水脅迫下，桐花樹苗高、地徑的變化無顯著性差異，這可能是由于桐花樹本身是一種生長于海岸潮汐帶的紅樹植物，能夠?qū)λ铜h(huán)境有一個(gè)很好的適應(yīng)，在不同水位水淹脅迫處理下均能正常生長。不同水位淹水處理下，從桐花樹生物量的增長在根、莖、葉中的分配可以看出，淹水脅迫對桐花樹根的影響比較大，隨著淹水水位的上升，根系氧濃度降低，根系的生長越受限制，但植物為適應(yīng)淹水環(huán)境，往往通過膨大皮孔、加速伸長莖和葉柄及增厚葉片角質(zhì)層來獲取充足的氧氣［12-13］，因此，隨著淹水水位的上升，桐花樹生物量的分配主要集中在莖、葉，根的分配較少，這與何斌源等［14］關(guān)于桐花樹在原生環(huán)境不同海水高程淹水中生物量的分配主要在葉和根上、莖的分配較少的研究結(jié)果稍有不同，這可能是二者間的試驗(yàn)環(huán)境不同所導(dǎo)致；本研究是以淡水淹水，并且水位是靜態(tài)恒定的，何斌源等［14］的試驗(yàn)是在海岸線上，受海水鹽度和潮汐的影響，根部有時(shí)可以露出水面進(jìn)行呼吸，因此在一定高程的淹水下，其根部已長期適應(yīng)了潮汐的環(huán)境，從而可正常進(jìn)行生長，分配的生物量較本試驗(yàn)多。

3.1.2 淹水脅迫對桐花樹葉片生理指標(biāo)的影響

在逆境脅迫下，植物體內(nèi)會發(fā)生一定程度的滲透調(diào)節(jié)，通過生理生化的代謝途徑產(chǎn)生脯氨酸、可溶性糖、可溶性蛋白等滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)和特定蛋白，以控制離子、水流和去除有毒基團(tuán)［15-16］；滲透調(diào)節(jié)的同時(shí)，植物體內(nèi)的保護(hù)酶系統(tǒng)也開始工作，通過調(diào)節(jié)SOD、POD、CAT 等抗氧化酶的活性，加速其對氧自由基的清除，可降低逆境脅迫對植物的危害，提高植物的抗性［17］，這些都是植物在逆境脅迫下的生理特征及適應(yīng)性表現(xiàn)。本試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，桐花樹可溶性糖含量、抗氧化酶活性隨著淹水時(shí)間的延長大體上呈先升高后降低最后趨于穩(wěn)定的趨勢，這是由于淹水脅迫打破了植物細(xì)胞內(nèi)保持的氧自由基的平衡，因此，植物通過提高抗氧化酶的活性加速對氧自由基的清除。隨著脅迫時(shí)間的延長，酶活性降低，這可能是由于自由基過量積累，酶結(jié)構(gòu)和功能受到一定程度破壞［18-19］，最后隨時(shí)間的延長，桐花樹為應(yīng)對淹水環(huán)境發(fā)生了不同程度的形態(tài)學(xué)結(jié)構(gòu)改變，隨淹水脅迫程度降低，酶活性變化逐漸趨于平緩。這與吳靜［18］和梁芳［20］關(guān)于雞爪槭、紅花玉蕊的研究結(jié)果（呈先升高后降低的變化趨勢）稍不一致，這可能是由于桐花樹與雞爪槭、紅花玉蕊相比，對淹水環(huán)境具有更好的適應(yīng)性。

MDA 是植物在淹水脅迫下膜脂過氧化作用的產(chǎn)物，MDA 的含量與植物體受氧自由基攻擊程度有關(guān)［21］，MDA 的含量同時(shí)受抗氧化酶活力的反向調(diào)節(jié)［22-23］，抗氧化酶活性的升高可以加速氧自由基的清除，因此能降低丙二醛的積累。本試驗(yàn)淹水脅迫前5 d，MDA 含量比較穩(wěn)定，這是由于植物剛開始受到淹水脅迫時(shí)，保護(hù)酶系統(tǒng)即開始工作，植物體內(nèi)SOD、POD、CAT等抗氧化酶的活性顯著提升，植物受到淹水脅迫產(chǎn)生氧自由基的同時(shí)，抗氧化酶也在加速清除氧自由基，因此，MDA 的含量未有較大變化；淹水脅迫5 d 后，植物應(yīng)對淹水脅迫慢慢產(chǎn)生一系列形態(tài)結(jié)構(gòu)上的適應(yīng)性變化；隨水淹脅迫程度降低，植物體內(nèi)抗氧化酶活性開始下降，此時(shí)受抗氧化酶活性的影響，MDA 含量開始緩慢的提升；淹水脅迫15 d 后，植物完全適應(yīng)了水淹環(huán)境，抗氧化酶活性開始趨于穩(wěn)定；淹水脅迫解除，MDA含量緩慢回落至初始濃度。

3.2 結(jié)論

紅樹植物桐花樹在淡水環(huán)境中也比較耐水淹，在不同淹水水位梯度下都能正常生長。在較高水位環(huán)境中，通過膨大皮孔、加速伸長莖等形態(tài)改變，以及體內(nèi)滲透調(diào)節(jié)、抗氧化酶作用等生理響應(yīng)來應(yīng)對淹水脅迫。本研究結(jié)果為桐花樹從海岸潮汐帶引種種植于河流、湖泊中提供參考依據(jù)，同時(shí)為了解其適應(yīng)短期的河流汛期環(huán)境提供有價(jià)值的信息。