蘇春莉，段 姚，顧振瀛，鄭鵬麗，黃曉蓉，費永俊，周明芹

（長江大學 a.園藝園林學院；b.楠木種質資源評價與創(chuàng)新中心，湖北 荊州 434025）

水分脅迫包括澇漬脅迫和干旱脅迫，其中澇漬脅迫根據(jù)地面積水程度可分為水漬脅迫和水澇脅迫，土壤含水量達到飽和但無積水的環(huán)境條件下稱為水漬脅迫；地面有積水，或已淹沒植物的全部或部分的環(huán)境條件稱為水澇脅迫[1]。導致干旱脅迫的因素分為3 種，分別為土壤干旱、大氣干旱及生理干旱，其中對植物生長的形態(tài)與產(chǎn)量影響最大的為土壤干旱[2]。在水分脅迫作用下，不同植物表現(xiàn)出不同的生理生態(tài)響應。澇漬脅迫對土壤中的供氧狀態(tài)造成破壞，影響植物正常生長，特別是對旱生植物來說，其形態(tài)、生理等均會遭受到嚴重影響[3]。在干旱的外界環(huán)境下，植物細胞擴展生長受到影響，致使氣孔關閉，植物的光合速率降低，光合作用受到抑制[4]。

閩楠Phoebe bournei(Hemsl.) Yang，系樟科Lauraceae 楠屬Phoebe常綠大喬木，因其材質通直圓滿、紋理細膩美觀、質地堅硬、并且香味經(jīng)久不衰，在經(jīng)濟方面具有較高的價值；又因其樹干高大挺拔、樹形姿態(tài)優(yōu)美、枝繁葉茂、四季常綠，常被廣泛地用于庭院觀賞和園林造景。在生態(tài)方面，因其具備驅蟲、隔音、防風、固土、凈化空氣等功效，而被選為改善生態(tài)環(huán)境的生態(tài)樹種之一[5]。近年來，許多學者對閩楠的生境適應性特別是在水分脅迫下的生理生態(tài)表現(xiàn)進行了研究報道，陳炳全等[6]分析了2年生閩楠幼苗在持續(xù)干旱（21 天內不澆水）、重度淹水（水位位于苗木土表處）、中度淹水（水位維持在盆栽苗木土層2/3 處）及輕度淹水（水位維持在盆栽苗木土層1/3 處）處理后MDA 和SOD的含量變化；靳月等[7]以盆土含水量為田間持水量的80%為對照，通過測定MDA、POD、SOD、CAT 等生理指標的變化，研究了不同干旱程度（盆土含水量分別為田間持水量的60%、40%、20%）對1年生閩楠幼苗的影響；盧思等[8]通過分析閩楠幼苗在干旱脅迫處理（7 d 不澆水、14 d 不澆水及14 d 不澆水后復水7 d）下的蛋白質組變化，研究了其響應干旱脅迫的分子機制。

本研究擬在前人研究的基礎上，以2年生閩楠幼苗為材料，以維持盆土含水量為田間持水量的75%～80%為對照，設置重度淹水（P1）、輕度水淹（P2）、干旱（P3）3 個脅迫處理，并且延長水分脅迫處理時間至45 d，通過分析閩楠幼苗生理指標的變化及對光合特性的影響，以期為閩楠在苗木培育與園林應用中的水分管理提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料與設計

選取生長一致、無病蟲害的2年生閩楠幼苗100 株，盆栽于塑料花盆中（規(guī)格：21.0 cm×15.0 cm×18.5 cm），每盆1 株，以河沙、椰粉、珍珠巖、陶粒按體積比3∶2∶2∶1 充分混合制成栽培基質。利用HH2 土壤水分速測儀（浙江，托普云農(nóng)）實時監(jiān)測土壤水分含量。

試驗設置4 個處理，P1：重度水淹脅迫（采取雙套盆法，保持水面高于盆土面5 cm）、P2：輕度水淹脅迫（采取雙套盆法，水面在盆土面1/2處。）、CK：對照（維持盆土相對含水量為最大持水量的75%～80%，即木本植物正常生長的最佳土壤含水量。）、P3：干旱脅迫（不澆水，盆土處于自然干旱狀態(tài)。），每個處理25 個重復。試驗期間，每隔3 d 對處理P1 與P2 換水一次；每日18:00，對CK 進行補水、控水處理。在試驗第45 天18:00，對重度水淹脅迫（P1）和輕度水淹脅迫（P2）去除多余積水，對干旱脅迫（P3）進行復水，解除各處理脅迫，恢復正常生長條件（與CK 生長條件一致）。

1.2 指標測定及方法

1）生長狀況：在脅迫第7、15、30、45 和50 天（解除脅迫后的第5 天）觀察并記錄試驗苗木的形態(tài)變化；在解除脅迫后的第5 天，統(tǒng)計不同處理下閩楠幼苗的存活株數(shù)。

2）生理指標測定

分別采集試驗第0、15、30、45 和50 天（解除脅迫后的第5 天）各處理的閩楠幼苗葉片測定生理指標，各指標均重復測定3 次。采用硫代巴比妥酸法測定丙二醛（MDA）的含量[9]，參照李合生[10]的方法，采用考馬斯亮藍法、酸性茚三酮法分別測定可溶性蛋白（SP）、脯氨酸（Pro）的含量，采用氮藍四唑法和愈創(chuàng)木酚顯色法分別測定超氧化物歧化酶（SOD）和過氧化物酶（POD）的活性。

3）光合參數(shù)測定

采用Li—6400 型便攜式光合儀，設定光照強度為1 200 μmol·m-2·s-1，CO2濃度為400 μmol/mol，在試驗的第0、15、30、45 天和解除脅迫第5 天9:00—11:30，每個處理隨機選取5 株閩楠幼苗，每株選取幼苗中部2～3 片無病蟲害的完全展開葉，分別測定凈光合速率（Pn）、氣孔導度（Gs）、蒸騰速率（Tr）和胞間CO2濃度（Ci），重復測定3 次。

1.3 數(shù)據(jù)分析

利用Excel 2010 和DPS 7.0 軟件進行數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計分析。

2 結果與分析

2.1 水分脅迫對閩楠幼苗生長的影響

不同程度水分脅迫下閩楠幼苗生長狀態(tài)如表1所示，重度水淹（P1）處理7 d 后，閩楠幼苗下部葉片開始出現(xiàn)下垂和發(fā)黃現(xiàn)象，第15 天開始出現(xiàn)死亡現(xiàn)象；脅迫解除后，部分植株出現(xiàn)不同程度的水漬狀變褐枯死，植株存活率為87.7%。輕度水淹（P2）和干旱脅迫（P3）處理30 d 后，閩楠幼苗生長正常，無不良癥狀出現(xiàn)；隨著脅迫持續(xù)，P2 部分植株停止發(fā)新葉，P3 新梢生長緩慢；但在整個脅迫過程中未出現(xiàn)植株死亡現(xiàn)象，表現(xiàn)出較強的抗性。

表1 水分脅迫對閩楠幼苗生長的影響Table 1 Effects of water stress on the growth of P.bournei seedlings

2.2 水分脅迫對閩楠幼苗生理的影響

2.2.1 閩楠幼苗葉片MDA 含量變化分析

不同程度水分脅迫下閩楠幼苗葉片MDA 含量如圖1所示，重度水淹（P1）處理下MDA 含量表現(xiàn)為先上升后下降，在第30 天顯著升高且達到峰值，比對照（CK）增加了95.42%，且與第0 天存在顯著性差異；輕度水淹（P2）MDA 含量隨脅迫時間延長而逐漸升高，第45 天時達到峰值，而在解除脅迫后的第5 天，MDA 含量迅速下降至對照（CK）水平；干旱脅迫（P3）MDA 含量在第15天時迅速升高并達到峰值，與第0 天的MDA 含量差異顯著，而后逐漸下降，復水后與脅迫第45 天無明顯差異。脅迫第45 天，閩楠幼苗在各處理間葉片內的MDA 含量，從高到低依次為P1＞P2＞P3＞CK。由此表明，水淹脅迫對閩楠幼苗葉片MDA 含量影響較大，而相對于CK 組，這3 組不同處理下閩楠幼苗的MDA 含量明顯增多，說明在脅迫處理下閩楠幼苗葉片細胞已經(jīng)發(fā)生膜脂過氧化，但對干旱具有一定的耐受力。

圖1 水分脅迫下閩楠幼苗葉片中丙二醛含量變化圖Fig.1 The changes of MDA content in Phoebe bournei seedling leaves under water stress

2.2.2 閩楠幼苗葉片可溶性蛋白（SP）含量變化分析

各處理下閩楠幼苗葉片SP 含量如圖2所示，重度水淹（P1）和輕度水淹（P2）脅迫下閩楠幼苗的SP 含量在前15 天呈上升的變化趨勢，前者增幅比后者大，而脅迫15 d 后，兩者均呈先下降后上升。3 個脅迫處理SP 含量均在脅迫的第45 天達到最大值，對照（CK）相比，P1 增加了20.94%、P2 增加了6.16%、P3 增加了12.15%，解除脅迫后SP 含量均呈顯著性下降。上述結果說明，水分脅迫下閩楠幼苗體內可溶性蛋白合成增多，解除脅迫后干旱脅迫減少至CK 水平，而兩組水淹脅迫仍高于對照。

圖2 水分脅迫下閩楠幼苗葉片中可溶性蛋白含量變化圖Fig.2 The changes of soluble protein content in Phoebe bournei seedling leaves under water stress

2.2.3 閩楠幼苗葉片脯氨酸（Pro）含量變化分析

不同程度水分脅迫下閩楠幼苗葉片Pro 含量如圖3所示，重度水淹（P1）的Pro 含量與脅迫時間呈正相關，第45 天達到峰值，為3.58 μg·g-1，比對照（CK）高103.88%，與第0 天相比具有顯著性差異，解除脅迫后下降，但仍顯著高于對照組；輕度水淹（P2）的Pro 含量在第15 天時大幅升高，隨后下降，解除脅迫后大幅下降且低于對照組；干旱脅迫（P3）Pro 含量呈先上升后下降的變化趨勢，第30 天達到峰值。脅迫至第45 天，各處理閩楠幼苗葉片Pro 含量從高到低依次為P1＞P2＞CK＞P3。以上結果說明，各脅迫處理在脅迫解除后Pro 含量均呈下降趨勢，且下降篇幅較大，說明解除脅迫后，閩楠幼苗受到的傷害逐漸減輕，表現(xiàn)出一定的自我調控能力。

圖3 水分脅迫下葉片脯氨酸含量變化圖Fig.3 The changes of proline content in Phoebe bournei seedling leaves under water stress

2.2.4 閩楠幼苗葉片超氧化物歧化酶（SOD）活性變化分析

水淹和干旱環(huán)境下閩楠幼苗SOD 活性均會升高。由圖4可知，重度水淹（P1）、輕度水淹（P2）與干旱脅迫（P3）下SOD 活性均在第15 天達到最大值，分別為128.67 U·g-1、95.34 U·g-1、94.27 U·g-1，分別比對照（CK）的SOD 活性53.87 U·g-1增加了138.86%、76.9%、75.00%，且均與第0 天存在極顯著差異；脅迫第30 天，P 1 處理的SOD 活性仍維持在較高水平；解除脅迫5 d 后，各處理SOD活性都明顯下降，但均高于對照組。以上結果表明，試驗前30 天，重度水淹處理下SOD 活性維持在較高水平，說明其SOD 仍具有一定的有效性，將所受到的傷害控制在一定的范圍內；輕度水淹和干旱脅迫在整個脅迫期間均表現(xiàn)為先上升后下降再上升的變化趨勢，解除脅迫后各處理SOD 活性均降低。

圖4 水分脅迫下閩楠幼苗葉片中SOD 活性變化圖Fig.4 The changes of SOD activity in Phoebe bournei leaves under water stress

2.2.5 閩楠幼苗葉片過氧化物酶（POD）活性變化分析

不同程度水分處理下閩楠幼苗葉片POD 活性變化如圖5所示，重度水淹（P1）的POD 活性在第15 天時極顯著增強，達到峰值，比對照（CK）高110.76%，脅迫至第30 天時有小幅下降，第45天時又小幅度上調；輕度水淹（P2）和干旱脅迫（P3）均呈先升高后下降的趨勢，分別于脅迫的第15 天和第30 天最強，比CK 分別高28.83%和39.14%；解除脅迫后有所減弱。脅迫第45 天，閩楠幼苗葉片內POD 活性在各處理中的強弱依次為P1＞P3＞P2＞CK。以上結果表明，隨著脅迫時間延長，重度水淹POD 活性一直處于很強狀態(tài)，解除脅迫后有所減弱，但顯著高于對照組；輕度水淹和干旱脅迫POD 活性在試驗前期顯著增強，但隨著脅迫時間的延長而逐漸下降。

圖5 水分脅迫下閩楠幼苗葉片中POD 活性變化圖Fig.5 The changes of POD activity in Phoebe bournei leaves under water stress

2.3 水分脅迫對閩楠幼苗葉片光合特性的影響

2.3.1 水分脅迫對閩楠幼苗葉片凈光合速率（Pn）的影響

由圖6可知，各脅迫處理在第15 天時Pn值顯著下降，重度水淹（P1）下降幅度最大，下降了5.17 μmol·m-2·s-1，第30 天時回升趨勢顯著，但仍比對照減少了42.43%；脅迫第45 天，重度水淹（P1）、輕度水淹（P2）、干旱脅迫（P3）的Pn值分別為1.45 μmol·m-2·s-1、2.51 μmol·m-2·s-1、2.85 μmol·m-2·s-1，分別比對照（CK） 的Pn值4.12 μmol·m-2·s-1低184.14%、64.14%、44.56%，且均與第0 天呈極顯著性差異。解除脅迫5 d 后，各處理Pn值均有所上調，重度水淹（P1）Pn值最小，比對照（CK）低189.86%，輕度水淹（P2）Pn值比CK 低31.04%，干旱脅迫（P3）Pn值回升到對照水平。以上結果表明，各脅迫處理Pn值整體呈先下降后上升再下降的變化趨勢，兩組水淹處理在解除脅迫后，凈光合速率仍處于較低水平，而水淹程度越重，對凈光合速率影響越大；隨著干旱脅迫時間延長，凈光合速率會降低，但復水后回升至對照水平，說明其具有一定的抗旱能力。

圖6 水分脅迫對閩楠幼苗葉片凈光合速率的影響Fig.6 Effects of water stress on the net photosynthetic rate of Phoebe bournei seedling leaves

2.3.2 水分脅迫對閩楠幼苗葉片氣孔導度（Gs）的影響

各處理下閩楠幼苗葉片Gs變化如圖7所示，重度水淹（P1）和輕度水淹（P2）在試驗的第15 天降到谷值，分別比對照降低了78.33%和60.11%，與第0 天存在極顯著性差異；第30 天時重度水淹的Gs值顯著上升至0.079 mmol·m-2·s-1，但仍低于對照（CK）水平，輕度水淹仍低于對照36.05%；第45 天時再次顯著下降，分別比對照降低了74.44%和62.96%；干旱脅迫（P3）Gs值在第30 天達到峰值，為0.106 mmol·m-2·s-1，第45 天時最小，比對照（CK）降低了70.5%，而復水后回升，與第45 天存在顯著性差異，但仍低于對照水平。以上結果表明，各處理下Gs值均呈先下降后上升再下降的變化趨勢，解除脅迫后各脅迫處理的Gs值仍小于對照（CK），說明水淹和干旱脅迫引起了閩楠幼苗葉片氣孔關閉，導致氣孔導度下降。

圖7 水分脅迫對閩楠幼苗葉片氣孔導度的影響Fig.7 Effects of water stress on stomatal conductance of Phoebe bournei seedling leaves

2.3.3 水分脅迫對閩楠幼苗葉片胞間CO2 濃度（Ci）的影響

不同程度水分脅下閩楠幼苗葉片Ci變化如圖8所示，重度水淹（P1）、輕度水淹（P2）、干旱脅迫（P3）處理的Ci值均在試驗的第30 天達到最高值，分別比對照（CK）高13.51%、-2.36%和-4.75%，顯著高于第0 天的Ci值。解除脅迫后，各脅迫處理Ci值有不同程度下降，且都低于對照組。整體來看，各脅迫處理Ci值變化趨勢一致，均為先上升后下降。脅迫第45 天，各處理下Ci值由高到低排序為CK＞P1＞P2＞P3。

圖8 水分脅迫對閩楠幼苗葉片胞間CO2 濃度的影響Fig.8 Effects of water stress on intercellular CO2 concentration of Phoebe bournei seedling leaves

2.3.4 水分脅迫對閩楠幼苗葉片蒸騰速率（Tr）的影響

不同程度水分脅迫閩楠幼苗葉片Tr變化如圖9 所示，各處理的Tr值變化趨勢為先下降后上升再下降。重度水淹（P1）與輕度水淹脅迫（P2）在第15 天時大幅下降，第45 天時，前者Tr值為0.547 mmol·m-2·s-1，比對照（CK）降低了75.78%，后者Tr值降到最小，比對照（CK）降低61.25%，解除脅迫后，重度水淹（P1）Tr值小幅下降，輕度水淹（P2）Tr值有所回升；干旱脅迫（P3）前30 天，Tr值變化不顯著，與CK 相比，有小幅度的下降，脅迫第45 天時，Tr值降到最小值，為0.782 mmol·m-2·s-1，比CK 降低了65.36%。各處理在解除脅迫后Tr值均顯著低于對照組，Tr值由高到低排序依次為：CK＞P3＞P2＞P1。說明水淹脅迫和干旱處理均降低了閩楠幼苗的蒸騰速率，且水淹程度越嚴重對其蒸騰速率的抑制越明顯。

圖9 水分脅迫對閩楠幼苗葉片蒸騰速率的影響Fig.9 Effects of water stress on transpiration rate of Phoebe bournei seedling leaves

3 討論與結論

3.1 討 論

澇漬脅迫下植物下部葉片會出現(xiàn)黃化或上部葉片發(fā)生水漬狀褐化、植物生長緩慢、皮孔增生和莖基部長出不定根等癥狀[11-13]。本研究結果顯示，閩楠在水淹處理下其表現(xiàn)形態(tài)與前人的研究結果相似，閩楠幼苗植株生長狀態(tài)及存活率在水澇脅迫下存活率僅為87.7%，在長期水澇情況下出現(xiàn)死亡現(xiàn)象。干旱會抑制細胞擴展生長，致使植物生長緩慢[14-15]，本次試驗后期，干旱處理下的閩楠幼苗新梢長度基本為對照的一半，與前人的研究結果一致，進一步說明長時間干旱會延緩閩楠幼苗的生長速度。

在正常的生長條件下，植物體內O2-的產(chǎn)生與消除處于相對平穩(wěn)的狀態(tài)。一旦外界環(huán)境改變，就會打破這種相對平穩(wěn)的狀態(tài)，活性氧積累，MDA 含量增加，膜脂過氧化加劇。為了避免或減少植物遭受氧化傷害，抗氧化酶保護系統(tǒng)（包括POD、SOD）會清除因脅迫產(chǎn)生的過多的自由基和活性氧[16]。本研究中，在長時間處于重度水淹狀態(tài)下，閩楠幼苗葉片的MDA 含量整體呈現(xiàn)逐步上升趨勢，而在輕度水淹和自然干旱狀態(tài)下，則呈現(xiàn)先上升后下降的變化趨勢，說明在輕度傷害下，閩南植株幼苗能夠積極有效地進行自我調節(jié)，表現(xiàn)出較強的耐水漬和耐干旱能力。脅迫期間，SOD 活性在重度水淹脅迫下呈先上升后下降的變化趨勢；而在輕度水淹和干旱脅迫下前30 天呈先上升后下降的趨勢，前期SOD 活性的上升緩解了植物受脂膜因過氧化遭受的破壞，而在脅迫后期SOD 活性再次升高是因為細胞抵御活性氧傷害的膜保護系統(tǒng)再次啟動，避免植物受到傷害，這與由佳輝等[17]研究結果相似；在輕度水淹和干旱脅迫下POD 活性呈先上升后下降的趨勢，這與張雕等[18]的研究結果相似，說明輕度水淹和干旱脅迫前期，閩楠幼苗能夠通過增加POD 活性調節(jié)自身體內平衡，但長時間受到脅迫則會使該平衡遭到破壞；而重度水淹條件下POD活性前期先上升后下降，但隨脅迫時間延長又有所回升，與輕度水淹和干旱脅迫下SOD 活性變化趨勢一致，所以推測其原因也一致。

Pro 和SP 是維持細胞內滲透壓穩(wěn)定所需的主要滲透調節(jié)物質，植物在受到外界環(huán)境條件干擾時，會通過改變Pro 和SP 在植物體內的含量來保持細胞內原生質膠體的穩(wěn)定狀態(tài)，避免植物因失水等原因致使植物體內代謝紊亂或死亡[19]。Pro 和SP 含量的積累與植物的抗逆性大小呈正相關[20]。本研究中，水分脅迫前期，Pro 和SP 含量迅速增加，表明此時閩楠正在通過提高Pro 和SP含量以降低細胞滲透壓，提高自身抗逆性，適應脅迫帶來的不利環(huán)境。隨著脅迫時間的延長，Pro和SP 的含量一直維持在較高水平，脅迫解除后，兩者含量均降低，這一結果與前人研究結果相似。說明在水分脅迫下，閩楠葉片SP 合成速率高于脅迫過程中的分解速率，閩楠幼苗表現(xiàn)出較強的抗逆能力。

綠色植物通過光合作用吸收光能，以CO2和O2為原料將太陽能轉化為自身生長所需的化學能，為維持植物自身生長發(fā)育提供能量[21]。而水分脅迫是影響植物光合作用的一個因素，對植物光合作用的影響分為氣孔限制和非氣孔限制。一般來說，植物光合作用在受氣孔限制影響時，植物葉片光合速率降低，氣孔導度減小，此時植物葉片細胞進行光合作用將會造成胞間CO2濃度下降；相反，如果受非氣孔限制影響，即使植物本身光合作用減弱導致光合速率下降及氣孔導度減小，胞間CO2濃度也可能持續(xù)上升或者不變[22]。本研究中，水淹脅迫和干旱脅迫都能降低閩楠幼苗的光合作用和蒸騰作用，在脅迫過程中，閩楠幼苗的凈光合速率、蒸騰速率及氣孔導度的變化趨勢高度一致。水分脅迫初期，各處理的閩楠幼苗的凈光合速率和氣孔導度均大幅下降，胞間CO2濃度則呈上升趨勢；而在水分脅迫的中后期，三者基本同時上升或同時下降，表明導致閩楠幼苗凈光合速率下降的因素存在氣孔限制和非氣孔限制兩種。

綜上所述，本試驗重點研究了重度水淹、輕度水淹及干旱脅迫對閩楠幼苗形態(tài)、生理特征及光合特性的影響，確定了閩楠幼苗對水淹和干旱都具有一定的適應性。未來仍需進一步對閩楠幼苗在水分脅迫下葉綠素熒光參數(shù)、葉片與莖干的內部結構變化及調控機制等進行研究，系統(tǒng)地解析其對水分脅迫的響應機制，為閩楠在苗木培育與園林應用中的水分管理提供理論參考。

3.2 結 論

閩楠幼苗對水分脅迫具有一定的抗旱和抗?jié)衬芰?，但長期水澇不利于閩楠幼苗的生長，甚至會導致植株死亡，過度干旱條件致使其生長速度緩慢。水淹和干旱脅迫均會導致閩楠幼苗的光合作用和蒸騰作用降低，且水淹程度越深，對其光合作用和蒸騰作用的抑制越明顯。閩楠幼苗在水淹和干旱的脅迫下能夠將滲透調節(jié)物質如可溶性蛋白（SP）、游離脯氨酸（Pro）的含量維持在較高水平，并提高超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化氫酶（POD）的活性，能夠自我調控，表現(xiàn)出一定的抗水淹和抗旱能力，可作為園林綠化樹種及生態(tài)樹種。