华北落叶松和白幼苗脯氨酸及淀粉含量对水分和光照变化的响应

张芸香,武鹏峰

(山西农业大学 ,山西 太谷 030801)

张芸香,武鹏峰

(山西农业大学 ,山西 太谷 030801)

以 2年生华北落叶松和白木千幼苗为研究对象,通过人工控制条件下的幼苗栽培试验,测定不同光照、水分条件下脯氨酸含量、淀粉含量的变化,综合比较分析了华北落叶松和白木千苗期生长对光照和水分变化的生理响应。研究结果表明:随着土壤水分的减少,华北落叶松和白木千幼苗脯氨酸含量增高,淀粉含量下降,且华北落叶松的变化都高于白木千,华北落叶松幼苗比白木千幼苗对土壤水分胁迫的响应能力更强;随着光照的增强,也有相同的表现。光照和水分条件的变化对华北落叶松和白木千幼苗脯氨酸和淀粉含量的影响具有叠加作用,2个树种对水分胁迫和强光照的响应机制一致,但树种间响应强度不同,华北落叶松的响应能力更强,华北落叶松具有比白木千更大的抗干旱胁迫的生理基础。

华北落叶松;白木千;脯氨酸含量;淀粉含量

水分和光照生理研究根本机理是植物细胞内渗透势对环境变化的响应(Walter 1963)。当干旱胁迫发生时,植物通过合成或累积渗透调节活性物质增加细胞质浓度,如糖类 (Lawlor 2002)、酯类 (Sutinen 2002)、蛋白质 (Taulavuori 1999),从而保持植物与土壤之间足够大的水势差以利于植物吸收水分(Batanouny 2001)。通常情况下,植物叶片渗透势反映植物从环境中吸收水分的潜在能力或固持水分的能力。在同一生境中,某植物的渗透势越低,它吸收或固持水分的能力就越强,对环境胁迫的抵抗能力也越强(Nilsen 1996)。高玉葆等(1999)研究了黑麦草叶片脯氨酸含量对不同水分胁迫的响应,认为黑麦草叶片中脯氨酸的含量随水分胁迫程度而增加。李昆等(1999)各自在研究水分胁迫时,也得出了同样的结论。

一般来说,水分亏缺不利于植物生长,但是,在不同程度的土壤水分亏缺条件下,不同种类植物的碳同化和水分利用机制有显著差异(李玫等,2000),一定程度的水分亏缺能促进植物的生长(常杰等,1999)。因此本研究以华北落叶松和白木千幼苗作为研究对象,测定各项生理指标,揭示华北落叶松和白木千幼苗对土壤水分响应的差异,探讨不同水分条件下两树种的生长对策,为混交林的经营管理提供理论依据。

1 试验材料与方法

1.1 试验材料

试验地设在山西农业大学林学院苗圃,所用华北落叶松和白木千2年生裸根苗来自五台山森林经营管理局。选取生长匀称、顶芽饱满、无侧枝、地径和苗高基本一致的苗木作为试验用苗,所选华北落叶松苗地径 3.0 mm～ 3.5 mm,苗高 24.0 cm～24.5 cm,平均地径 3.22 mm,平均苗高 24.15 mm;白木千苗地径 2.5 mm～ 3.0 mm,苗高 8.0 cm～ 9.0 cm,平均地径2.65 mm,平均苗高8.45 cm。试验用花盆底径22.2 cm,口径 29.5 cm,高 25.0 cm。盆土为森林土与苗圃土体积比为 7∶3的混合土。

1.2 试验方法

1.2.1 试验设计

试验为 2因素区组设计,包括光照和土壤水分两个因素,光照和水分都设 3个水平,每个水平 5次重复。按 3个光照水平设区组,每个区组为 1个光照水平,每个区组内分 5个小区,3个水分梯度的各重复在各小区内随机排列。

1.2.2 光照条件及其控制

用遮阳网来调控光照强度,设 3个梯度水平,分别为光强I(L1相对光强为25%),光强II(L2相对光强为 70%),全光照(L3相对光强为 100%)。

1.2.3 水分条件及其控制

在 3个光照梯度下设置 3个水分梯度来分别表示土壤含水量的水平,即基质含水量达 100%为充分供水(W1),70%为轻度干旱(W2),40%为重度干旱(W3)。每隔 5 d浇水 1次,浇水量分别为 800 mL,560 mL,320 mL。

1.2.4 取样和分析测定

脯氨酸含量:采用酸性茚三酮比色法测定。

淀粉含量:采用蒽酮比色法测定。

2 结果与分析

2.1 水分和光照对苗木叶片脯氨酸含量的影响

水分处理结束后,选择不同水分梯度下的华北落叶松和白木千幼苗,用酸性茚三酮比色法测定叶片中脯氨酸的含量,并对所测得脯氨酸含量作方差分析 ,见表 1。

表1 不同水分和光照条件下华北落叶松和白木千针叶脯氨酸含量差异显著性比较

由表 1可以看出,光照处理对于华北落叶松脯氨酸含量差异极显著(F= 216.236***),白木千脯氨酸含量差异极显著(F=339.786***);水分处理对于华北落叶松脯氨酸含量差异极显著(F=193.757***),白脯氨酸含量差异极显著(F=371.282***);光照与水分二因子交互作用对于华北落叶松脯氨酸含量差异极显著(F=14.021***),白脯氨酸含量差异极显著(F=84.514***)。

表 2 不同土壤水分条件下华北落叶松和白木千针叶的脯氨酸、淀粉含量 μ g/g

表2表明,华北落叶松脯氨酸含量随土壤水分的减少而增加,并在土壤水分 40%时脯氨酸含量达到最大。土壤水分 100%,40%时,华北落叶松脯氨酸含量随光强的提高而增加,土壤水分 70%时,华北落叶松脯氨酸含量随光强的提高而出现先降后升的变化;3种水分处理水平时,光照 I和光照 II下脯氨酸含量间波动程度较小,全光照下脯氨酸含量急剧变化。

表3 不同水分下华北落叶松和白脯氨酸含量随光强变化 μ g/g

表3 不同水分下华北落叶松和白脯氨酸含量随光强变化 μ g/g

华北落叶松 白木千土壤水分L1 L2 L3 L1 L2 L3 W1 3.37 3.25 7.95 2.81 2.53 4.21 W2 7.01 6.11 14.36 3.27 5.31 8.16 W3 9.33 10.15 21.25 4.37 8.17 15.99

由表 3可看出,在光照因子和土壤水分双因子处理下,华北落叶松的脯氨酸含量比白木千的脯氨酸含量高。华北落叶松脯氨酸含量随光强的提高而增加,光照 I和光照 II间变化较为平缓,在全光照时脯氨酸含量急剧增加;随土壤水分的减少而大量增加;白脯氨酸含量随光照强度的提高而增加;随土壤水分的减少而大量增加;光照 I下,白木千脯氨酸含量随土壤水分的变化不显著。华北落叶松和白木千都是在全光照下,土壤水分40%时,脯氨酸含量最高。因为全光照条件下,苗木蒸腾失水强烈,水势较低,需要通过蒸腾拉力从土壤中获取水分。当土壤水分40%而表现相对不足时,苗木不能顺利从土壤中吸水,可通过增加脯氨酸含量来进一步降低水势,来保证苗木水分吸收和供应。华北落叶松脯氨酸含量变化程度高于白木千,说明华北落叶松比白木千对水分胁迫表现的更加敏感,无论是光强胁迫,还是水分胁迫,都能够及时大量产生脯氨酸等物质来调整水势。

2.2 水分和光照对苗木叶片淀粉含量的影响

表 4 不同水分和光照条件下华北落叶松和白针叶淀粉含量差异显著性比较

表 4 不同水分和光照条件下华北落叶松和白针叶淀粉含量差异显著性比较

变异来源 自由度 华北落叶松F值 白木千F值光照 2 11.120*** 3.752*水分 2 6.794** 0.348光照×水分 4 2.262 0.519

由表 4可得,光照因子和水分因子对于华北落叶松和白木千幼苗淀粉含量的变化存在影响。光照处理对于华北落叶松淀粉含量差异极显著(F=11.120***),白木千淀粉含量差异显著(F=3.752*);水分处理对于华北落叶松淀粉含量差异极显著(F=6.794**),白淀粉含量差异不显著(F=0.348);光照与水分二因子交互作用对于华北落叶松淀粉含量间差异不显著(F=2.262),白淀粉含量间差异不显著(F=0.519)。

表2还可表明,华北落叶松淀粉含量随着土壤水分的减少而降低,而且在土壤水分 40%时降到最低;在土壤水分 100%时,华北落叶松淀粉含量随光强变化表现出先升后降;土壤水分 70%,40%时,淀粉含量随光强的提高而降低。白淀粉含量随土壤水分减少而降低;在 3种水分梯度时白木千淀粉含量都随光强的提高而减少,而且在土壤水分 40%时白淀粉含量随光强下降程度最大。

表 5 不同水分下华北落叶松和白淀粉含量随光强变化 μ g/g

表 5 不同水分下华北落叶松和白淀粉含量随光强变化 μ g/g

华北落叶松 白木千土壤水分L1 L2 L3 L1 L2 L3 W1 3.220 9 3.412 9 2.982 5 2.174 2 2.002 1 1.784 8 W2 3.015 7 2.965 8 2.124 8 2.110 5 1.978 2 1.665 9 W3 3.312 2 2.443 2 1.784 2 2.367 1 1.776 1 1.223 5

由表 5知,光照和土壤水分双因子处理下,华北落叶松的淀粉含量比白的淀粉含量高。全光照下和光照 II下,华北落叶松淀粉含量随土壤水分的减少而急剧降低,白木千淀粉含量降低的比较平缓,而且全光照下淀粉含量变化最大;光照 I下,华北落叶松和白木千淀粉含量随土壤水分的变化不显著,波动程度较小。因为全光照条件下,苗木蒸腾失水强烈,水势较低,需要从土壤中大量获取水分。当土壤水分40%时,华北落叶松不能顺利得从土壤中吸水,淀粉大量水解产生葡萄糖来进一步降低水势,所以在全光照下,土壤水分40%时淀粉含量最低。另外,华北落叶松淀粉含量减小的幅度高于白木千,因为白木千叶片为硬针状结构,外面包被角质层,蒸腾失水比落叶松要少。

3 结论与讨论

1)随着土壤水分的减少,华北落叶松和白木千幼苗的脯氨酸含量增高,淀粉含量下降,且华北落叶松的变化幅度高于白,华北落叶松幼苗比白幼苗对土壤水分胁迫在脯氨酸和淀粉含量上的响应能力更强。

2)华北落叶松和白木千幼苗对光照条件的变化也有显著的响应,随着光照的增强,也表现为脯氨酸含量增高而淀粉含量下降,在各光照条件下也都表现出华北落叶松幼苗脯氨酸和淀粉含量的变化幅度高于白

3)光照条件和水分条件的变化对华北落叶松和白木千幼苗脯氨酸和淀粉含量的影响具有叠加作用,光照增强和土壤水分减少显著促进了两个树种的响应强度,两个树种对水分胁迫和强光照的响应机制一致,但两个树种的响应强度或灵敏度有差异,华北落叶松苗期对强光照和水分胁迫的适应能力比白木千强,华北落叶松具有比白木千更大的抗干旱胁迫的生理基础。

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Responses of Larix Principis-cupprechiti andP.meyeri Seedlings to Water Stress in Proline and Starch Contents

Zhang Yunxiang,Wu Pengfeng
(Shanxi Agricultural University,030801Taigu,China)

By using the2-year-old seedlings ofLarix Principis-cupprechitiandP.meyerias the research objects,the content changes of proline and starch were determined through seedling cultivation experiment under artificially controlled condition to study the moisture needed by this two species.Variance between the responses to water stress ofLarix Principis-cupprechitiandP.meyeriat seedling stage was studied.The results showed that:with decreasing of soil moisture,the content of proline inLarix Principis-cupprechitiandP.meyeriincreased.Starch content of them decreased.The content of proline inLarix Principis-cupprechitiwas higher than that inP.meyer,which illustrates thatLarix Principis-cupprechitiseedlings are more sensitive to drought thanP.meyer.But there are also the same features when light intensity enhanced.A superposition effect of the two species on the content changes of proline and starch was observed.They have the same response mechanism for water stress and light change,however,the degree of response is different since the degree ofLarix Principis-cupprechitifor response was higher thanP.meyeri.It has a better physiological basis for resisting drought thanP.meyeri.

Larix Principis-cupprechiti;P.meyeri;proline content;starch content

S718.45

A

1007-726X(2010)01-0010-04

山西省自然科学基金项目(2006011084),山西省留办项目(2008079)

2009-11-15

张芸香(1965- ),女,山西忻州人,2005年毕业于山西农业大学,高级实验师,硕士。