土壤干旱胁迫和复水后3个杨树品种叶片部分生理指标变化及抗旱性评价

杨淑红,宋德才,刘艳萍,杨清淮,朱延林,①

(1.河南省林业科学研究院,河南郑州450008;2.信阳市平桥区林业科学研究所,河南信阳464100)

土壤干旱胁迫和复水后3个杨树品种叶片部分生理指标变化及抗旱性评价

杨淑红1,宋德才1,刘艳萍1,杨清淮2,朱延林1,①

(1.河南省林业科学研究院,河南郑州450008;2.信阳市平桥区林业科学研究所,河南信阳464100)

以美洲黑杨品种‘2025’(Populus×deltoides‘2025’)及其2个芽变彩叶品种‘全红杨’(P.×deltoides‘Quanhong’)和‘中红杨’(P.×deltoides‘Zhonghong’)当年生嫁接苗为实验材料,对土壤干旱胁迫0、4、7、14、21和28 d以及复水7 d后叶片中MDA含量及PPO、SOD、CAT和POD活性的变化以及MDA含量与4种酶活性的相关性进行了分析,并采用隶属函数法和灰色关联分析法对3个品种的抗旱性进行综合评价。结果表明:随干旱胁迫时间的延长,3个品种的MDA含量总体呈增加趋势,并在处理的中期和后期显著或极显著高于各自的对照;PPO和SOD活性总体上先升高后降低,均在处理的前期和中期高于各自的对照;‘中红杨’和‘2025’的CAT活性先升高后下降,而‘全红杨’的CAT活性持续下降,均在处理14 d后极显著或显著低于各自的对照;‘全红杨’和‘2025’的POD活性先降低后升高且均低于各自的对照,而‘中红杨’的POD活性则呈波动趋势但总体上与对照无显著差异。复水7 d后,3个品种的MDA含量均有所降低,而PPO和CAT活性均有所提高;‘全红杨’和‘2025’的SOD和POD活性升高,而‘中红杨’的SOD和POD活性则降低。在土壤干旱胁迫条件下,仅‘全红杨’的PPO和CAT活性与MDA含量以及‘中红杨’的CAT活性与MDA含量呈极显著负相关,各品种的其他酶活性与MDA含量均无显著相关性。‘全红杨’、‘中红杨’和‘2025’的平均隶属函数值分别为0.482、0.527和0.533,据此判断3个品种中‘2025’的抗旱性最强、‘全红杨’的抗旱性最弱。3个品种抗旱性与各生理指标的关联度均大于0.64,其中与CAT和PPO活性的关联度分别为0.793和0.761,因而,可将CAT和PPO活性作为评价杨树品种抗旱性的首选指标。

杨树品种;干旱胁迫;保护酶活性;抗旱性;隶属函数法;灰色关联分析

由于中国南北方水资源分布严重失衡,伴随高温热浪等极端天气事件的不断增多和增强,干旱已成为国内大部分地区面临的主要生态问题。众多学者对高温和干旱等条件下植物体内的抗氧化系统进行了大量研究[1-10]。干旱胁迫下,植物体内产生的大量活性氧会引发不饱和脂肪酸的氧化作用,其主要产物丙二醛(MDA)为细胞毒性物质,可破坏膜系统并导致细胞结构和功能的破坏,其含量能够反映出植物细胞受伤害以及膜脂过氧化的程度[6]。植物受到的氧化伤害程度与其体内的抗氧化酶活性密切相关,超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)和过氧化氢酶(CAT)是植物体内重要的抗氧化酶,可分别清除体内的超氧阴离子自由基(O-·2)、单线态氧(·O2)、羟自由基(·OH)和过氧化氢(H2O2)等,以减轻这些毒性物质对细胞内生物大分子(如DNA、蛋白质和脂肪酸等)的伤害;各种酶对活性氧的协作清除能力是决定细胞对逆境抗性的关键因素,若酶系统的平衡体系被破坏,则会加剧生物膜的损伤程度[2,5,7]。多酚氧化酶(PPO)也是植物体内普遍存在的一种生理防御性酶类,有研究[4,11]证实:植物生长环境的恶化有利于病原菌的滋生和侵染,当植物受到病原菌侵害时,PPO可将植物体内的酚类成分氧化为醌类成分(或其衍生物),起到抗菌和杀菌的作用,使植物免受逆境的进一步伤害。

中国是世界杨属(Populus Linn.)植物分布的中心区之一,种类丰富。原产北美的美洲黑杨(P. deltoides Marsh)具有生长期长和生长量大等优良特性,于20世纪70年代被引入中国,在亚热带和暖温带地区均生长良好,且目前已成功筛选出20余个适合在中国自然条件下生长的主栽无性系;这些优良无性系生长快、抗性强、造林易成活,已经作为重要的育种亲本在杨树育种研究中发挥着重要作用[12-13]。‘中红杨’(P.×deltoides‘Zhonghong’)为美洲黑杨品种‘2025’(P.×deltoides‘2025’)的芽变彩叶品种;并在‘中红杨’基础上选育出芽变彩叶新品种‘全红杨’(P.×deltoides‘Quanhong’),其枝叶色泽较‘中红杨’更加亮丽持久、观赏效果甚佳。目前,‘中红杨’和‘全红杨’已分别于2006年和2011年获得国家新品种保护权,这2个芽变彩叶品种均为速生丰产型高品质彩叶园林观赏树木品种,发展前景广阔。然而,美洲黑杨喜水、在干旱区域长势欠佳或很难存活,因此,了解品种‘全红杨’和‘中红杨’的耐干旱能力对其区域应用和稳定发展具有重要意义。

作者以杨树品种‘2025’及其2个芽变彩叶品种‘全红杨’和‘中红杨’的当年生嫁接苗为实验材料,研究了土壤干旱胁迫0、4、7、14、21和28 d及复水7 d后其叶片中MDA含量及保护酶PPO、SOD、CAT和POD活性的变化,并基于这5个生理指标的检测结果、采用隶属函数法对3个杨树品种的抗旱能力进行综合评价、采用灰色关联分析法对各生理指标与抗旱性的关联性进行分析,以期为杨树新品种的推广种植提供理论依据。

1 材料和方法

1.1 材料

实验地点位于河南省林业科学研究院内,供试材料为以杨树品种‘2025’为砧木的‘全红杨’、‘中红杨’和‘2025’3个品种的当年生嫁接苗。

1.2 方法

1.2.1 嫁接方法 在2011年2月下旬将长势一致的品种‘2025’的1年生实生苗移栽至高35 cm、上口径35 cm、底径25 cm的圆形塑料花盆中,平茬高度20 cm;每盆1株,盆土为V(普通园土)：V(腐殖土)= 1：1的混合基质,土量为花盆容积的98%(距上沿约4 cm)。同年3月末,分别嫁接‘全红杨’、‘中红杨’和‘2025’的接穗,每个品种各嫁接50盆,待嫁接苗稳定成活且长势旺盛时进行干旱胁迫处理。

1.2.2 土壤干旱胁迫处理方法 于2011年7月28日,分别挑选长势均衡且健康的3个杨树品种嫁接苗各30盆,搬至排水条件良好的硬化地面上,浇水至饱和。采取完全随机区组设计进行干旱胁迫实验,每个品种对照组与干旱胁迫处理组各15盆,每行5盆,排成3行,每行的5盆视为1次重复;各品种小区间隔0.5 m、对照区和干旱胁迫处理区间距3m。对照组每隔3～5 d浇水至饱和;处理组自7月29日起停止浇水,阴雨天采用移动遮雨棚进行防风和遮雨,28 d后(即8月25日)解除胁迫并浇水至饱和,随后正常养护。分别在干旱胁迫0 d(7月28日)、4 d(8月1日)、7 d(8月4日)、14 d(8月11日)、21 d(8月18日)和28 d(8月25日)以及复水7 d(9月1日)后的当日8:00采集对照组及处理组植株枝条顶端向下第3至第5片叶,每重复的5株幼苗混合取样8～10片叶,置于冰桶中立即带回实验室进行指标检测。

1.2.3 生理指标测定方法 去除新鲜样叶的叶脉,取0.5 g样叶并置于预冷研钵中,加入2 mL预冷的0.05 mol·L-1磷酸缓冲液(含10 g·L-1PVP,pH 7.0)及少量细石英砂,研磨至匀浆;用3 mL上述磷酸缓冲液冲洗研钵,合并提取液,并于4℃、10 000 r·min-1离心20 min;沉淀用上述方法重复提取1次;合并上清液并定容至5 mL;样液于4℃条件下保存,用于MDA含量及SOD、POD、CAT和PPO活性测定。

采用硫代巴比妥酸比色法[14]80测定MDA含量;采用邻苯二酚比色法[15](略有改动)测定PPO活性;采用氮蓝四唑(NBT)光还原法[14]98-99测定SOD活性;采用紫外分光光度比色法[14]95-96测定CAT活性;采用愈创木酚比色法[14]97测定POD活性。

1.3 数据统计分析

用EXCEL 2007和SPSS 17.0统计分析软件进行数据处理及统计分析,并参照文献[16]的方法对4种酶活性与MDA含量间的相关性进行分析。

采用隶属函数法[9,17]对3个杨树品种的抗旱能力进行综合评价。为避免不同品种间对照值的差异对实验结果造成影响,首先根据公式“Ii=i/i0(i为处理组指标;i0为对照组相应指标)”计算各指标在不同时间的变化系数,再计算各指标与抗旱性的相关隶属函数值。各指标与抗旱性正相关隶属函数值的计算公式为R(Xij)=(Xij-Xmin)/(Xmax-Xmin)、负相关隶属函数值的计算公式为R(Xij)=1-(Xij-Xmin)/(Xmax-Xmin)。式中,R(Xij)为i品种j指标的抗旱性隶属函数值;Xij为i品种j指标的抗旱系数;Xmax及Xmin分别为j指标抗旱系数的最大值和最小值。分别计算各品种所有测定指标隶属函数值的平均值,平均值越大说明该品种的抗旱能力越强。

采用灰色关联分析法[18]、依据3个杨树品种的各生理指标及抗旱性隶属函数值的平均值建立灰色关联系统。以抗旱性隶属函数值的平均值作为参考数据列(母序列)X0,以MDA含量以及PPO、SOD、CAT和POD活性的抗旱系数作为比较列(子序列) X1、X2、X3、X4和X5,利用DPS 8.50数据处理系统进行灰色关联分析(分辨系数取常规值0.5[17]),获得3个杨树品种5个生理指标与抗旱性的关联度与关联排序。

2 结果和分析

2.1 土壤干旱胁迫及复水后3个杨树品种叶片部分生理指标的变化

2.1.1 丙二醛(MDA)含量的变化 土壤干旱胁迫0、4、7、14、21和28 d及复水7 d后3个杨树品种叶片MDA含量的变化见表1。

由表1可知:实验期间,对照组3个品种叶片的MDA含量呈小幅波动趋势,但整体变化幅度不大,且平均值差异不显著(P＞0.05)。持续干旱胁迫期间,品种‘全红杨’叶片MDA含量不断升高,而品种‘中红杨’和‘2025’叶片MDA含量呈波动式上升;复水7 d后,3个品种叶片MDA含量均较干旱胁迫28 d时略降低;干旱胁迫条件下3个品种叶片MDA含量平均值差异不显著,但均显著高于各自的对照组。

持续干旱胁迫条件下,3个品种处理组叶片的MDA含量总体呈不断增加的趋势,各时段的MDA含量大多显著(P＜0.05)或极显著(P＜0.01)高于各自的对照组。干旱胁迫14 d,品种‘全红杨’、‘中红杨’和‘2025’叶片的MDA含量分别较各自的对照组升高40.69%、145.67%和100.65%,且均与对照组差异极显著;其中,品种‘中红杨’和‘2025’的叶片MDA含量极显著高于品种‘全红杨’。干旱胁迫28 d,品种‘全红杨’、‘中红杨’和‘2025’的叶片MDA含量较各自的对照组升高153.75%、125.72%和165.67%,且均与对照组差异极显著,但三者间的差异并不显著。复水7 d后,品种‘全红杨’叶片MDA含量极显著高于其对照组,而品种‘中红杨’和‘2025’叶片MDA含量也高于各自的对照组但差异不显著。

2.1.2 多酚氧化酶(PPO)活性的变化 土壤干旱胁迫处理0、4、7、14、21和28 d及复水7 d后3个杨树品种叶片PPO活性的变化见表2。

表1 土壤干旱胁迫及复水后3个杨树品种叶片MDA含量的变化(¯X±SE)1)Table 1 Change of MDA content in leaf of three cultivars of Populus after drought stress in soil and rewatering(¯X±SE)1)

表2 土壤干旱胁迫及复水后3个杨树品种叶片PPO活性的变化(¯X±SE)1)Table 2 Change of PPO activity in leaf of three cultivars of Populus after drought stress in soil and rewatering(¯X±SE)1)

由表2可知:3个品种中,品种‘全红杨’对照组和处理组的叶片PPO活性平均值均极显著高于品种‘2025’和‘中红杨’(P＜0.01)。三者的叶片PPO活性在处理4、7和14 d大多高于各自的对照组,在处理21和28 d以及复水7 d后均低于各自的对照组,随实验时间的延长总体上呈现先逐渐升高然后逐渐降低的趋势。其中,品种‘全红杨’和‘2025’叶片PPO活性在胁迫7 d时达到最高,而品种‘中红杨’叶片的PPO活性则在胁迫14 d时达到最高;品种‘全红杨’、‘中红杨’和‘2025’叶片PPO活性的最高值分别较各自的对照组升高25.97%、60.04%和55.53%。干旱胁迫28 d,品种‘全红杨’、‘中红杨’和‘2025’叶片PPO活性分别较各自的对照组下降33.84%、37.04%和32.75%,且均与对照组差异极显著。复水7 d后, 3个品种叶片PPO活性均较胁迫处理28 d时有所提高;其中,品种‘全红杨’叶片PPO活性均极显著低于其对照组,而品种‘2025’和‘中红杨’的PPO活性则显著低于各自的对照组(P＜0.05)。3个品种相比,品种‘全红杨’和‘2025’的PPO活性高于‘中红杨’。

相关性分析结果表明:土壤干旱胁迫条件下,品种‘全红杨’叶片的PPO活性与MDA含量的相关方程为Y=124.293-6.661X+0.107X2(R=-0.732),呈极显著负相关;而品种‘中红杨’和‘2025’叶片PPO活性与MDA含量的相关系数分别为0.098和-0.059,相关性均不显著。

2.1.3 超氧化物歧化酶(SOD)活性的变化 土壤干旱胁迫处理0、4、7、14、21和28 d及复水7 d后3个杨树品种叶片SOD活性的变化见表3。

由表3可知:‘全红杨’、‘中红杨’和‘2025’对照组叶片SOD活性平均值差异不显著(P＞0.05), 3个品种处理组间的SOD活性平均值也无显著差异。持续干旱胁迫下,随实验时间的延长,品种‘全红杨’、‘中红杨’和‘2025’叶片SOD活性总体上均呈先升高后降低的趋势,分别在胁迫7、14和14 d达到最高值;品种‘全红杨’、‘中红杨’和‘2025’叶片的SOD活性最高值分别较各自的对照组升高14.72%、18.55%和17.81%,且均与对照组差异极显著(P＜0.01)。在胁迫处理4、7、14和21 d,3个品种SOD活性均高于各自的对照组;而在胁迫处理28 d时,品种‘中红杨’和‘2025’的SOD活性分别高于或低于各自的对照组,但与对照组的差异并不显著,而品种‘全红杨’的SOD活性却极显著低于对照组。复水7 d后,与胁迫处理28 d时相比,品种‘全红杨’和‘2025’叶片SOD活性升高,而品种‘中红杨’叶片的SOD活性则降低;其中,品种‘2025’叶片SOD活性高于对照组,而品种‘全红杨’和‘中红杨’叶片的SOD活性则低于各自的对照组,但均与对照组无显著差异。

相关性分析结果表明:土壤干旱胁迫条件下,杨树品种‘全红杨’、‘中红杨’和‘2025’叶片的SOD活性与MDA含量分别呈负相关、正相关和正相关,相关系数分别为-0.428、0.519和0.240,相关性均不显著。

表3 土壤干旱胁迫及复水后3个杨树品种叶片SOD活性的变化(¯X±SE)1)Table 3 Change of SOD activity in leaf of three cultivars of Populus after drought stress in soil and rewatering(¯X±SE)1)

2.1.4 过氧化氢酶(CAT)活性的变化 土壤干旱胁迫处理0、4、7、14、21和28 d及复水7 d后3个杨树品种叶片CAT活性的变化见表4。

由表4可知:供试3个品种中,品种‘全红杨’和‘中红杨’对照组叶片CAT活性平均值极显著高于品种‘2025’(P＜0.01),前二者处理组叶片的CAT活性也高于后者。随胁迫时间延长,品种‘中红杨’和‘2025’叶片CAT活性先升高后下降,而品种‘全红杨’叶片CAT活性呈持续下降的趋势。品种‘全红杨’和‘2025’叶片CAT活性在胁迫4和7 d分别较各自的对照组升高4.50%和11.06%,但与对照组的差异均不显著(P＞0.05);而在处理14 d后二者叶片的CAT活性均极显著(P＜0.01)或显著(P＜0.05)低于各自的对照组。品种‘中红杨’叶片的CAT活性在处理的4和7 d时与其对照组无显著差异,处理14 d后则极显著或显著低于其对照组。干旱胁迫28 d,品种‘全红杨’、‘中红杨’和‘2025’叶片CAT活性分别较各自的对照组下降43.62%、43.97%和33.23%,且与对照组差异极显著。复水7 d后,3个品种叶片CAT活性均较胁迫处理28 d有所提高;其中,品种‘全红杨’和‘中红杨’叶片CAT活性极显著低于各自的对照组,而品种‘2025’的CAT活性也低于其对照组但差异不显著。

相关性分析结果表明:干旱胁迫条件下,品种‘全红杨’和‘中红杨’叶片的CAT活性与MDA含量的相关方程分别为Y=71.995-1.045X(R=-0.854)和Y= 62.455-0.886X(R=-0.768),均呈极显著负相关;但品种‘2025’叶片CAT活性与MDA含量的相关系数仅为-0.303,呈不显著负相关。

2.1.5 过氧化物酶(POD)活性的变化 土壤干旱胁迫处理0、4、7、14、21和28 d及复水7 d后3个杨树品种叶片POD活性的变化见表5。

表4 土壤干旱胁迫及复水后3个杨树品种叶片CAT活性的变化(¯X±SE)1)Table 4 Change of CAT activity in leaf of three cultivars of Populus after drought stress in soil and rewatering(¯X±SE)1)

表5 土壤干旱胁迫及复水后3个杨树品种叶片POD活性的变化(¯X±SE)1)Table 5 Change of POD activity in leaf of three cultivars of Populus after drought stress in soil and rewatering(¯X±SE)1)

由表5可知:3个杨树品种中,品种‘全红杨’对照组和处理组叶片的POD活性的平均值均极显著高于品种‘2025’和‘中红杨’(P＜0.01)。随胁迫时间延长,品种‘全红杨’和‘2025’叶片的POD活性呈先降低后升高的趋势,且均低于各自的对照组;分别在胁迫21和14 d达到最低值,分别较各自的对照组下降27.02%和34.19%,且与对照组差异极显著;胁迫28 d,二者叶片的POD活性分别较对照下降25.67%和21.10%,分别与对照有极显著和显著(P＜0.05)差异。随胁迫时间延长,品种‘中红杨’叶片的POD活性则呈“降低-上升-降低”的波动趋势,在胁迫处理4和7 d低于对照,而在处理14、21和28 d均高于对照,但总体上差异不显著(P＞0.05)。复水7 d后,与胁迫处理28 d时相比,品种‘全红杨’和‘2025’叶片的POD活性升高,而品种‘中红杨’叶片的POD活性则降低;其中,品种‘全红杨’叶片的POD活性显著低于对照组,而品种‘中红杨’和‘2025’叶片的POD活性分别高于和低于各自的对照组但均与对照组无显著差异。

相关性分析结果表明:干旱胁迫条件下,品种‘全红杨’和‘2025’叶片的POD活性与MDA含量呈不显著的负相关,相关系数分别为-0.514和-0.699;而品种‘中红杨’叶片的POD活性与MDA含量呈不显著的正相关,相关系数仅为0.303。

2.2 3个杨树品种抗旱性的综合评价

2.2.1 隶属函数分析 上述实验结果表明:干旱胁迫条件下3个杨树品种各生理指标的变化有明显差异,说明采用单项生理指标评价杨树品种的耐旱性存在一定的片面性。鉴于此,基于叶片MDA含量及PPO、SOD、CAT和POD活性的变化状况,利用隶属函数法对3个杨树品种的抗旱性进行综合评价,结果见表6。

由表6可见:品种‘全红杨’、‘中红杨’和‘2025’叶片5个生理指标的平均隶属函数值分别为0.482、0.527和0.533,据此对3个杨树品种的抗旱性进行排序,抗旱能力由强到弱依次为‘2025’、‘中红杨’、‘全红杨’。

表6 基于叶片5个生理指标变化的3个杨树品种抗旱性的隶属函数分析Table 6 Subordinate function analysis on drought resistance of three cultivars of Populus based on changes of five physiological indexes in leaf

2.2.2 灰色关联分析 从抗旱性的灰色关联分析角度看,若某一指标与抗旱性的关联度越大,则说明该指标与抗旱系数的关系越密切,对干旱胁迫的反应越敏感。

由表7可知:3个杨树品种的抗旱性与其叶片各生理指标的关联度均大于0.64,显示出较强的关联水平。其中,CAT活性与抗旱性的关联度最大(0.793),表明3个杨树品种叶片的CAT活性对干旱胁迫最敏感;其次是PPO活性和MDA含量;而POD和SOD活性对干旱胁迫的敏感性相对较弱。

表7 3个杨树品种的抗旱性与叶片5个生理指标的灰色关联分析Table 7 Grey relational analysis on drought resistancewith five physiological indexes in leaf of three cultivars of Populus

3 讨论和结论

本研究中,干旱胁迫条件下3个杨树品种叶片MDA含量平均值较对照极显著升高(P＜0.01),表明各品种的植株对干旱胁迫的响应强烈;胁迫21 d,品种‘中红杨’和‘2025’叶片的MDA含量明显下降,说明植株能通过综合的调节作用来缓解干旱对机体造成的伤害;但是,随着干旱胁迫程度的加剧,MDA含量再次明显升高,说明持续干旱可导致植物体机能衰退,对干旱胁迫的适应调节能力也随之下降。3个杨树品种中,品种‘全红杨’叶片MDA含量在胁迫4～14 d低于‘中红杨’和‘2025’,说明品种‘全红杨’对干旱胁迫有较强的敏感性,在受到干旱胁迫时迅速启动保护防御系统;但由于MDA在其叶片中不断积累,导致胁迫后期其叶片MDA含量明显高于品种‘中红杨’和‘2025’,说明‘全红杨’对干旱胁迫的抗性较弱,叶片细胞受到的膜脂过氧化伤害程度最大。

干旱胁迫造成的膜脂过氧化伤害主要指活性氧自由基对机体的伤害。因底物浓度升高诱导超氧化物歧化酶(SOD)活性的升高,可将O·2-转化为活性较低的O2和H2O2;过氧化氢酶(CAT)和过氧化物酶(POD)则将H2O2转化为H2O,防止机体受到活性氧自由基的毒害[19-20]。有研究[21-23]证实:干旱等逆境可导致植物细胞内多酚氧化酶(PPO)活性升高,而PPO活性与植物的抗病性、抗逆性、衰老及生长发育均有密切关系。干旱条件下,抗旱性强的植物体内这些保护酶活性均能维持在一个较高的水平,以清除细胞内产生的活性氧自由基;但当胁迫程度超过其耐受阈值时,细胞内产生的过量活性氧自由基致使细胞膜发生过氧化,进而破坏机体的防御系统[5,11,17]。本研究中,干旱胁迫有效激发了3个杨树品种体内的SOD和PPO活性,以保持细胞内活性氧自由基与防御系统之间的平衡,使植株的防御能力增强。但在干旱胁迫过程中,品种‘全红杨’和‘2025’叶片的POD活性以及3个品种叶片的CAT活性均低于对照,导致细胞内的H2O2不断积累,不仅可抑制SOD活性,而且产生的还可通过Harbe-Weiss反应生成更稳定、更活跃的·OH,对细胞造成更严重的氧化损害。干旱胁迫28 d时,3个杨树品种叶片的CAT、SOD和PPO活性均急剧下降;虽然POD活性不同程度升高,对H2O2有一定清除作用,但上升幅度较小,说明干旱胁迫导致细胞内生成过量的自由基且已超越防御系统的清除能力;此外,还可能与植物对逆境的补偿和超补偿效应有关,是植物机体对长期干旱逆境的应激动力学反应,叶片膜脂过氧化程度加重最终将导致细胞代谢功能紊乱和活力降低。结合彭淼[24]的研究结果,本研究中胁迫后期3个杨树品种叶片PPO活性大幅下降,说明植物的防御机制也受到了极大伤害,这是植物生长发育停止或走向衰亡的一个信号。复水7 d后,3个杨树品种的保护酶活性大多不能恢复到正常水平,叶片MDA含量也均极显著高于对照;相比较而言,品种‘全红杨’对长时间干旱胁迫的代偿能力最弱。

相关性分析结果表明:品种‘全红杨’叶片的CAT和PPO活性以及品种‘中红杨’叶片的CAT活性与叶片中的MDA含量均呈极显著负相关,说明干旱胁迫条件下二者受到的膜脂过氧化伤害主要来自CAT对H2O2清除能力下降而引起的活性氧水平升高,同时品种‘全红杨’机体防御能力衰退也与膜脂过氧化程度关系密切;品种‘中红杨’叶片的SOD活性与MDA含量呈正相关,推测存在·OH对细胞造成伤害的可能性;而品种‘2025’细胞膜脂过氧化的加剧则更大程度上与POD活性的下降有关,但相关性不显著。

通过隶属函数法和灰色关联分析法对3个杨树品种抗旱性与生理指标进行综合评价,结果表明:3个杨树品种的抗旱能力由强至弱依次排序为‘2025’、‘中红杨’、‘全红杨’,并且叶片中的CAT和PPO活性与3个杨树品种抗旱性的关联度最大,可作为衡量杨树抗旱性的首要生理指标。

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(责任编辑:佟金凤)

Changes of some physiological indexes in leaf of three cultivars of Populus after drought stress in

soil and rewatering and evaluation on their drought resistance

LIU Yanping1,YANG Qinghuai2,ZHU Yanlin1,①(1.He’nan Academy of Forestry,Zhengzhou 450008,China;2.Forestry Science Institute of Pingqiao District,Xinyang 464100,China),J.Plant Resour.&Environ.2014,23(3):65-73 YANG Shuhong1,SONG Decai1,

Taking annual grafted seedlings of Populus×deltoides‘2025’and its two budmutation colorleaf cultivars of P.×deltoides‘Quanhong’and P.×deltoides‘Zhonghong’as experimentalmaterials, changes of MDA contentand activities of PPO,SOD,CAT and POD in their leaf after drought stress for 0,4,7,14,21 and 28 d and rewatering for 7 d and correlations between MDA content and four enzyme activities were analyzed,and drought resistance of three cultivars was comprehensively evaluated by subordinate functionmethod and grey relational analysismethod.The results show thatwith prolonging of drought stress time,MDA content of three cultivars appears a generally increasing trend and is significantly and extremely significantly higher than thatof their respective controls at themiddle and later treatment stages.On thewhole,PPO and SOD activities firstly increase and then decrease and are higher than those of their respective controls at the earlier and middle treatment stages.CAT acti vity of‘Zhonghong’and‘2025’firstly increases and then decreases,while that of‘Quanhong’decreases continuously,and is extremely significantly and significantly lower than that of their respective controls after treated for 14 d.POD activity of‘Quanhong’and‘2025’firstly decreases and then increases and is lower than that of their respective controls,while that of‘Zhonghong’appears a fluctuant trend but overall with no significant difference in comparison with that of its control.After rewatering for 7 d,MDA content of three cultivars all decreases,while PPO and CAT activities all increase.SOD and POD activities of‘Quanhong’and‘2025’increase,while those of‘Zhonghong’decrease.Under soil drought stress condition,there are only extremely significantly negative correlations between PPO and CAT activities and MDA content in‘Quanhong’and between CAT activity and MDA content in‘Zhonghong’,there is no significant correlation between other enzyme activities and MDA content in all cultivars.Subordinate function average value of‘Quanhong’,‘Zhonghong’and‘2025’is0.482, 0.527 and 0.533,respectively.Accordingly,among three cultivars,drought resistance of‘2025’is the strongest,while that of‘Quanhong’is the weakest.Correlation degree of drought resistance of three cultivars with physiological indexes all is higher than 0.64,in which,thatof drought resistancewith CAT and PPO activities is0.793 and 0.761,respectively.Therefore,CAT and PPO activities can be regarded asmain indexes for evaluating drought resistance of cultivars of Populus.

cultivar of Populus;drought stress;protective enzyme activity;drought resistance; subordinate function method;grey relational analysis

Q945.78;S792.11

A

1674-7895(2014)03-0065-09

10.3969/j.issn.1674-7895.2014.03.09

2014-01-06

河南省基础与前沿技术研究计划项目(132300413223)

杨淑红(1975—),女,黑龙江同江人,本科,高级工程师,主要从事城市林业与环境研究。

①通信作者E-mail:ylzhu198@aliyun.com