唐洪辉 ，魏 丹 ，赵 庆 ，胡柔璇

（1.广东省林业科学研究院，广东 广州 510520；2.广东省森林培育与保护利用重点实验室，广东 广州510520；3.广东森科园林绿化工程有限公司，广东 广州 510520）

干旱胁迫对宫粉羊蹄甲生理指标的影响

唐洪辉1，2，魏 丹1，2，赵 庆1，2，胡柔璇3

（1.广东省林业科学研究院，广东 广州 510520；2.广东省森林培育与保护利用重点实验室，广东 广州510520；3.广东森科园林绿化工程有限公司，广东 广州 510520）

以广州地区筛选出20种宫粉羊蹄甲优树子代为材料，采用人为控水方式模拟土壤干旱胁迫，分析不同程度干旱胁迫对20个家系的生理指标的影响，最后应用模糊隶属函数法对20种宫粉羊蹄甲家系的抗旱性进行综合评估。结果表明：随着干旱程度的加重，20个宫粉羊蹄甲家系的叶片相对电导率基本上呈上升趋势，其中LKY4的质膜透性相对稳定，受损害程度最低；而就叶绿素含量而言，干旱期间宫粉羊蹄甲基本上呈下降趋势，LKY3的叶绿素a含量和LHH7的叶绿素b含量下降幅度最小；SOD活性与植物抗旱能力呈正相关，各个家系的SOD活性值达到峰值的时间各不相同，LJC6在重度干旱时SOD下降幅度最小。模糊隶属函数综合评价表明，20个家系的抗旱性由强到弱的顺序为LJC4＞ LJC6＞ LHH7＞ LHH6＞ LHH1＞ YST1＞ LKY3＞ LKY4＞HLS2＞ HLS8＞ HLS10＞ HLS5＞ LJC1＞ HLS3＞ YST2＞ LJC2＞ LKY ＞ HLS1＞ LJC3＞ LJC8。

宫粉羊蹄甲；干旱胁迫；叶绿素；质膜透性；SOD活性

植物受到水分胁迫所表现出的抵御能力为抗旱性，是植物抗逆的一个重要特性，近年来全球气候变化，极端干旱天气频发，植物的抗旱性显得尤为重要。在水分缺乏的情况下，植物体的生理特性会产生显著的改变。细胞膜在植物受到胁迫时其功能和结构会受到伤害，细胞膜透性变大，外渗液中电解质的含量比正常组织外渗液中含量增多。Jones指出，一般植物在受到胁迫时有一定的渗透调节能力，当胁迫比较严重时，渗透调节能力减弱或丧失[1]，渗透调节作用是植物抵御逆境的重要生理机制[2]。通过电导仪测定电导率的变化，可以反映出质膜受危害的程度，抗旱性强的植物品种受到干旱胁迫时其电解质渗透量比较少，相对电导率较小[3]。叶绿素的含量关系到植物光合作用的强弱，因为植物叶片的光合色素参与到光合反应的过程中来，在光合作用中，叶绿素a将汇集的光能转变为化学能进行光化学作用，而叶绿素b发挥着吸收和传递光能的作用[4]。水分不足可使植物体内活性氧增加，活性氧直接引发叶绿素的结构受损，引起植物体内叶绿素的含量发生变化，使叶绿素含量下降，常常表现出来是叶片失绿、发黄和凋落等。SOD是细胞内通过消除有害的活性氧起到保护作用的酶，保护质膜不受超氧阴离子自由基的破坏[5-6]。逆境下SOD的活性被诱导，SOD在植物抵抗机制中起着重要作用[7]。在胁迫条件下，植物细胞内的活性氧增加，SOD的活性有所上升，在一定胁迫条件下，抗性强的品种其SOD活性上升速度大于抗性弱的品种，胁迫下植物体内SOD活性与植物抗氧化胁迫能力呈正相关[8]，但过度或过快的干旱处理则会使细胞内的SOD活性下降[9]。

在水分不足的情况下如何高效地植树造林已成为一项重要的研究课题。目前，国内有对宫粉羊蹄甲Bauhinia variegataL.的研究文献报道[10-11]，但对宫粉羊蹄甲不同品种之间的抗旱生理特性对比研究未见报导。因此，针对景观树种宫粉羊蹄甲栽培发展的需要开展研究，本次试验以广州地区初步筛选出的20种宫粉羊蹄甲优树为材料，将优树单株培育出的后代进行干旱胁迫试验，筛选出抗旱性强的宫粉羊蹄甲品种，为宫粉羊蹄甲科学栽培提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料处理

试验在华南农业大学林学与风景园林学院院楼温室内进行，材料为20个不同的宫粉羊蹄甲家系，1年生实生苗，每个家系有20株，栽培容器为20 cm×20 cm的无纺布营养袋，栽培基质为一般林地土壤，取自华南农业大学树木园。待苗木成活且生长健壮、稳定后开始试验处理。试验开始前测量幼苗的生长情况，幼苗的生长情况如表1。

表1 20个宫粉羊蹄甲家系的基本情况Table 1 Basic information of the 20 Bauhinia variegata family

开始试验时对全部苗木浇透水，自然干旱，测定土壤含水量在75% ～ 80%的时间为正式开始胁迫的时间，并开始进行采样，记为CK，作为植株干旱胁迫的正常水分条件对照，之后不再浇水持续干旱。土壤相对含水量占田间持水量的80%以上为正常水平，设置为对照；当测定出土壤相对含水量为50%～70%，可视为轻度干旱，当测定出土壤相对含水量小于30%，可视为重度干旱胁迫[12]。根据土壤质量含水量占田间持水量的比例，划分为：0～1 d 处理为正常水分条件，3～4 d 为轻度胁迫，6～7 d 为中度胁迫，9～10 d为重度胁迫。分别于正常（CK）、轻度胁迫（LD）、中度胁迫（MD）、重度胁迫（SD）时测定幼苗的生理指标。

1.2 各项指标测定

采用电导仪法，用DDS－11AGA型数字电导仪测定浸出液体的电导率，用公式计算出电解质透出率，用来表示质膜相对透性[13]。叶绿素含量用丙酮乙醇混合液法进行测定，在663 nm、652 nm 和645 nm 波长下测定其吸光度，通过公式计算叶绿素a、叶绿素b的含量[14]；超氧化物歧化酶（SOD）活性的测定采用氮蓝四唑（NBA）光还原法，活性单位以抑制NBA 光还原的50%为一个酶活性单位[15]。

1.3 统计方法

使用SAS软件对不同处理间的数据进行方差分析，对不同指标的综合分析采用模糊隶属函数法。模糊隶属函数法的具体方法如下：首先，对各指标抗逆系数进行计算：指标抗逆系数（Xi）=处理组指标值/对照组指标值，然后通过隶属函数计算公式对各指标抗逆系数进行定量转换，之后算出各指标隶属函数值的平均值，进行综合评价，隶属函数计算公式：

式（1）中，U(Xi)为隶属函数值；Xi为某树种某指标的抗逆系数；Xmax和Xmin为某一指标内抗逆系数中的最大值与最小值。当出现某一测定指标与综合评判结果呈负相关的情况，则应该使用反隶属函数进行转换。反隶属函数计算公式：

2 结果与分析

2.1 对叶片质膜透性的影响

如表2所示，干旱胁迫时期，20个家系的电导率均有不同程度的增加，变化趋势基本上随着干旱程度的加剧，呈上升趋势。其中轻度干旱期间，LJC8的电导率上升最为明显，增加了90.96%，与正常水分时有显著差异，轻度干旱时的电导率为26.36%。中度干旱期间，LHH6的电导率的增长率为70.76%，比其他家系增长速率快。到了重度胁迫（SD）时期，HLS1的增长率大于其他家系，为86.67%；而LJC8在重度干旱时期的相对电导率最大，达到52.83%，相对电导率最低的为HLS8，此时的电导率仅为27.40%。整个胁迫时期，电导率增加最多的为LJC8，重度干旱时的电导率水平比正常水分时增加了282.67%，其次为LJC3、HLS1，分别增加了119.94%、116.35%；增长率最小的为LKY4，整个干旱时期仅增长了29.78%，重度干旱时的相对电导率为30.24%。

表2 宫粉羊蹄甲在干旱胁迫下的相对电导率 †Table 2 Effects of drought stress on relative electrical conductivity in Bauhinia variegate %

单从质膜透性这一项指标来看，LKY4的质膜受损害程度较低，变化幅度比较低，抗旱性较好；其次为HLS8、LHH7、LJC4，质膜透性变化幅度相对不高；质膜透性变化幅度较大的为LJC8、LJC3、HLS1。

2.2 对叶绿素的影响

2.2.1 对叶绿素a的影响

如表3所示，在干旱条件下，各家系的叶绿素a含量均有所下降。观察叶片形态，轻度干旱时有小部分叶片出现失绿现象，随着干旱程度加重，叶片开始变黄，与叶绿素含量的变化一致。其中HLS5到重度干旱时期有显著下降，比CK时降了63.79%，重度干旱时的叶绿素a含量仅为11.16 mg/L。HLS5在干旱前期叶绿素含量变化不明显，说明在干旱程度较轻时，HLS5对胁迫有一定的适应能力，干旱到达一定的程度之后，HLS5对水分的流失失去了调节能力，叶绿素a含量大量下降，出现失绿和萎蔫的现象。同样，LKY2到重度干旱时期也有明显地下降，比对照下降了38.89%。相较于其他家系LKY3叶绿素含量下降最小，重度干旱的含量仅比对照下降了2.46%。干旱过程中的叶绿素a含量都无显著差异。

表3 干旱胁迫对宫粉羊蹄甲叶绿素a含量的影响†Table 3 Effects of drought stress on chlorophyll-a content in Bauhinia variegate mg/L

2.2.2 对叶绿素b的影响

如表4中所示，叶绿素b的含量基本上随着干旱程度的加重而减少，叶绿素b含量波动幅度整体上大于叶绿素a，叶绿素b对水分胁迫的敏感度大于叶绿素a。干旱前期，HLS1和HLS5波动的幅度比较大，分布下降了46.95%和43.85%，对水分的减少反应比较显著。HLS1到干旱后期下降趋势向平缓，重度干旱时期与轻度干旱、中度干旱的叶绿素b含量没有显著差异。而HLS5干旱期间叶绿素b含量持续下降，重度干旱时比CK下降了88.01%，叶绿素b的含量仅为3.27 mg/L。LKY2的叶绿素b含量在干旱时期也有较大幅度地下降，下降了77.36%，叶绿素b含量仅为5.59%。LKY4和LHH7在整个干旱时期，叶绿素b含量没有显著差异。其中LHH7重度干旱时比CK仅下降了6.96%，其次为LKY3、LHH6、LKY4，重度干旱下降幅度也比较小，分别下降了7.96%、 10.27%、11.83%。

2.3 对超氧化物歧化酶（SOD）活性的影响

由表5可以看出，整个胁迫过程中，宫粉羊蹄甲各家系的SOD活性随着胁迫程度增加呈先上升后下降的趋势。干旱胁迫初期，SOD保护酶的增强减少了活性氧等积累。随着干旱胁迫过程的加剧，干旱胁迫破坏了SOD与活性氧产生和清除之间的平衡，SOD降解的增加和合成的减慢可能是导致SOD活性下降原因之一[16-17]。多数家系（HLS1、HLS3、LJC4、LHH6等）在轻度干旱时SOD活性

达到最大值，后随着干旱胁迫加剧而活性下降。有的家系（LJC4）是在中度干旱到达最大值，然后SOD的活性才下降。一些家系（LJC3、LKY2等）开始干旱胁迫后SOD活性一直下降。在重度干旱时，各家系SOD活性呈下降趋势，LKY2、HLS8、LJC3的SOD活性下降程度比较大，比CK时分别下降了35.29%、34.92%、34.89%。其中LKY2的SOD仅为9.65 u/g，显著低于CK的水平。LJC6在重度干旱时SOD下降幅度最小，仅下降了3.69%，其SOD为13.77 u/g，与CK对比不显著。

表4 干旱胁迫对宫粉羊蹄甲叶绿素b含量的影响 †Table 4 Effects of drought stress on chlorophyll-b content in Bauhinia variegate mg/L

表5 宫粉羊蹄甲在干旱胁迫下的SOD活性 †Table 5 Effects of drought stress on SOD activity in Bauhinia variegate u/g

2.4 综合评价

采用隶属函数法综合评价宫粉羊蹄甲各家系的耐干旱胁迫能力，分别以各家系轻度干旱（LD）、中度干旱（MD）、重度干旱（SD）处理下的各指标的平均值进行计算隶属函数值的计算，用每一家系各项指标隶属度作为耐旱能力的综合评定标准进行比较。

对各项指标的隶属度值和综合评定结果见表6。由表可见，各家系宫粉羊蹄甲耐旱能力由大到小依次为：LJC4＞LJC6＞LHH7＞LHH6＞LHH1＞YST1＞ LKY3＞LKY4＞HLS2＞HLS8＞HLS10＞HLS5＞LJC1＞HLS3＞YST2＞LJC2＞LKY ＞ HLS1 ＞ LJC3 ＞ LJC8。

3 结论与讨论

（1）水分是植物生长过程中不可或缺的，在干旱逆境环境下，缺少水分的植物体内每一个生理过程都直接或间接受到影响[18]。干旱胁迫导致植物细胞遭受氧化胁迫，质膜受到伤害，通过测定相对电导率可以反映植物细胞膜透性变化和组织受损程度。干旱期间，各个家系的相对电导率呈上升趋势，这符合前人的相关研究结果[19]，即抗旱性强的植物相对电导率上升较小，而抗旱性弱的上升幅度较大[20]。本次试验中干旱胁迫对LJC8的膜系统伤害最为严重，其次为LJC3、HLS1，而LKY4、HLS8、LHH7、LJC4相对电导率上升幅度不大，表明干旱处理对其叶片细胞质膜系统伤害不大。

（2） 叶绿素含量的变化对光合作用产生直接影响，干旱胁迫下叶绿素含量的变化是可以反映植物受胁迫的一个指标，在一定程度上反映了植物的生产性能和抵抗逆境胁迫的能力[21]。有些干旱胁迫研究显示，干旱胁迫使植物的叶绿素含量下降[4,22]，另有研究结果显示，植物叶片叶绿素的含量在干旱时呈逐渐增加的趋势[23]，有些树种则先增加到一定的临界点后开始逐渐减少[24]。对不同抗旱能力的沙地云杉研究表明，沙地云杉叶绿素在干旱胁迫下都有所下降，高抗旱品种下降幅度小于低抗旱性品种[25]。本次试验中也有相同的结果，宫粉羊蹄甲各家系的变化规律基本相同，其叶绿素a和叶绿素b的含量均逐步下降，只是各家系的下降幅度各不相同。HLS5、LKY2的叶绿素a和叶绿素b在重度干旱时期都有大幅度地下降，HLS5、LKY2的抗旱性相对比较弱。LHH7、LKY3、LHH6、LKY4的叶绿素下降幅度比较小，其抗旱性相对比较强。

表6 宫粉羊蹄甲耐旱能力隶属度的综合评价Table 6 Comprehensive assessments of drought tolerance of Bauhinia variegata based on the fuzzy subordinate function values

（3）超氧化物歧化酶（SOD）这类保护酶可以通过催化反应消除活性氧使它们解毒，以免除或降低对细胞膜系统的伤害[26]。干旱条件下，保护酶活性的变化与研究材料关系很大，整个保护酶系统是不同酶彼此协调作用的综合结果，不同研究材料的保护酶系统防御能力各不相同[27]。卢少云[28]等对水稻幼苗进行干旱研究，发现耐旱品种水稻在干旱初期或轻度水分胁迫下SOD的活性提高，不耐旱品种酶活性提高较少或降低，重度干旱下各个品种保护酶活性均降低，耐旱性越差的品种降低幅度更大。姜慧芳[29]通过对花生进行土壤自然干旱处理，发现花生叶片SOD在干旱胁迫初期活性下降，不同品种之间的SOD 活性变化差异不明显；花生叶片SOD 活性在重度干旱时增加，抗旱品种的SOD 活性增加程度明显大于不抗旱品种。本次试验的结果表明，各品种的宫粉羊蹄甲SOD活性随着胁迫程度增加呈上升后下降的趋势，基本上在轻度干旱和中度干旱时SOD活性达到最大值，后随着干旱胁迫加剧而活性下降。少数家系于开始干旱初期SOD活性一直下降。在重度干旱时，各家系SOD活性呈下降趋势。

（4）植物抗旱的研究用单一的指标无法客观反映出其抗旱性，同一种植物在不同抗旱指标中可能表现不同，为了让试验的结论更为客观有效，采用了多指标综合分析。本实验通过模糊隶属函数对各家系的抗旱相关指标进行综合评价，得出各家系宫粉羊蹄甲综合指标由大到小依次为：LJC4＞LJC6＞LHH7＞LHH6＞LHH1＞YST1＞LKY3＞LKY4＞HLS2＞HLS8＞HLS10＞HLS5＞LJC1＞HLS3＞YST2＞LJC2＞LKY＞HLS1＞LJC3＞LJC8。

从本次试验的结果来看，可以通过相同干旱时间测定宫粉羊蹄甲的细胞膜破坏程度、保护酶的活性、叶绿素的含量来反映不同家系的耐旱能力，也可以从干旱条件下叶片结构解剖分析、植物叶片的蒸腾速率、叶绿素荧光和植物超微弱发光等方面进行进一步研究，通过更多能反映耐旱性指标的测定，来提高试验结果的可靠性。

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Effects of drought stress on Bauhinia variegata physiological traits

TANG Honghui1,2, WEI Dan1,2, ZHAO Qing1,2, HU Rouxuan3
(1.Guangdong Academy of Forestry, Guangzhou 510520, Guangdong, China; 2.Guangdong Provincial Key Laboratory of Silviculture,Protection and Utilization, Guangzhou 510520, Guangdong, China; 3.Guangdong Forest Science and Landscaping Engineering co.,LTD, Guangzhou 510520, Guangdong, China)

The characteristics of 20 kinds plus trees of Bauhinia variegata progeny were selected to test with drought stress by way of natural drought.The effects of drought stresses on drought-resistant characteristics of 20 families of Bauhinia variegata were studied.The fuzzy subordinate function analysis had also been used to comprehensively evaluate the drought resistibility of these families of Bauhinia variegata.The results are as follows: The relative electrical conductivity increased with the growth of drought stress.The plasma membrane permeability of LKY4 was more stable than the other families, and the damage degree of the cell membrane was lowest.The chlorophyll of 20 families of Bauhinia variegata decreased with the drought degree aggravating.The chlorophyll-a content of LKY3 and the chlorophyll-b content of LHH7 were the smallest decline.There is a positive correlation between superoxide dismutase(SOD) activity and drought tolerance.The SOD activity of different family values peak period of each are not identical.Under severe drought stress, the SOD activity of LJC6 was the smallest decline.The fuzzy subordinate function analysis was used to rank their drought tolerance, and the order was: LJC4＞ LJC6＞ LHH7＞ LHH6＞ LHH1＞ YST1＞ LKY3＞ LKY4＞ HLS2＞ HLS8＞HLS10＞ HLS5＞ LJC1＞ HLS3＞ YST2＞ LJC2＞ LKY ＞ HLS1＞ LJC3＞ LJC8。

Bauhinia variegata; drought stress; Chlorophyll; Plasma Membrane Permeability; Superoxide dismutase activity

S761.1

A

1673-923X(2017)04-0007-07

10.14067/j.cnki.1673-923x.2017.04.002

2016-09-01

广东省林业科技创新项目“羊蹄甲属景观树种优良品系选育研究”（2015KJCX015）；广东省科技计划项目“羊蹄甲属景观花树种种质资源鉴评与高效快繁技术研究”（503304254086）

唐洪辉，高级工程师 通讯作者：魏 丹，高级工程师，硕士；E-mail：13168613@qq.com

唐洪辉，魏 丹，赵 庆，等.干旱胁迫对宫粉羊蹄甲生理指标的影响[J].中南林业科技大学学报，2017, 37(4): 7-13.

[本文编校：文凤鸣]