不同旱害级别对开割和未开割橡胶树形态和生理特性的影响

王立丰，安 锋，王纪坤，邹 智，赖华英，谢贵水*

【摘 要】摘 要 干旱会导致巴西橡胶树生长迟缓、落叶和死皮率增加。本研究对比分析巴西橡胶树RRIM600不同旱害级别开割树和未开割树胶乳产量、形态、土壤含水量和叶片叶绿素含量等生理指标的变化规律。结果表明，随着旱害级别的升高，开割树胶乳干胶含量和总固形物维持在较高水平，不适于割胶。未开割树和开割树生理响应规律一致，均表现叶片面积呈现逐渐显著减小，叶片中的色素含量逐渐减少，但Chla/Chlb的值没有明显变化。叶片中PRO、SS、SOD和POD对干旱有保护作用的规律。说明干旱条件下橡胶树表现出的特性是叶面积减小，渗透调节物质含量和抗氧化物酶活性增加。本研究为建立橡胶树新干旱分级标准和筛选抗旱诊断指标奠定基础。

【期刊名称】热带作物学报

【年(卷),期】2017(038)010

【总页数】7

【关键词】关键词 巴西橡胶树；开割树；未开割树；干旱；生理响应

橡胶树 [Hevea brasiliensis(Willd.ex A.Juss.)Müll.Arg.]是重要的热带经济作物，是天然橡胶的重要来源，生长在高温高湿环境。我国橡胶园的气候很难达到橡胶树生长的最适环境条件，存在季节性干旱问题[1]。干旱会使橡胶树生长受阻、抽叶减慢、割胶时间缩短，甚至导致橡胶树干枯死亡[2]。植物在受到干旱胁迫时，细胞的原生质膜的组成和结构会产生变化，透性被减弱或丧失，叶的表面气孔关闭，构成叶绿体的超微结构受到损伤，叶绿素的含量降低[3]，干旱还会导致植物生理过程发生变化，代谢紊乱，致使植物受到损伤甚至死亡[4-5]。植物自身存在抗旱机制，首先是通过关闭气孔，减少水分蒸发，帮助叶片水势恢复。然后是渗透调节，是植物适应干旱的主要生理机制，主要是通过积累脯氨酸（Proline， Pro）、 可溶性糖（Souble sugar，SS）等来保持渗透平衡，维持正常的细胞结构[6-9]。其中脯氨酸是最重要的一种渗透调节物质，阻止或减缓渗透胁迫下细胞的脱水变性，以维持细胞的各项生命活动的正常进行[10]。干旱胁迫下，植物体内会产生大量的活性氧，引发膜脂过氧化，使细胞膜和一些生物大分子的结构完整性受到破坏[11]，此时，植物会通过酶促如过氧化物酶（Peroxidase，POD）、 超氧化物歧化酶（Superoxide dismutase，SOD）和非酶促（类胡萝卜素）两大系统对氧化胁迫做出反应，维持活性氧的动态平衡，提高植物抗旱性。

随着气候变化和非传统植胶区橡胶树种植面积的增加，干旱也成为橡胶园的主要灾害之一。干旱会导致橡胶树次生根数量减少，影响根毛发育，橡胶苗和成龄割胶树的生长迟缓，减少割胶时间，降低干胶含量和增加死皮病发生几率等。通常未开割树经过6～8年的种植，茎围超过50 cm后，即可开割。但干旱会导致未开割树生长迟缓，延长开割时间，增加栽培成本，降低经济效益。然而，橡胶树的抗旱机制及其诊断技术研究较少。笔者推测巴西橡胶树中亦存在渗透调节和活性氧淬灭的抗旱机制。为验证这一假设，本研究拟通过测定不同旱害级别开割和未开割橡胶树根系和叶片含水量，以及叶片中色素、渗透调节物质和相关酶的含量，筛选抗旱诊断指标，探讨巴西橡胶树抗旱机制，为橡胶树抗旱诊断技术研发奠定基础。

1 材料与方法

1.1 材料

橡胶树品种RRIM600开割树是海南省东方市海胶集团广坝分公司红泉作业区九队2008年定植，未开割树是2010年定植于海胶集团广坝分公司红泉作业区十一队。在同一个林段内依据橡胶树旱害分级标准选择不同级别的橡胶树植株，每个级别选择5株。

1.2 方法

1.2.1 胶乳产量、干含率和总固形物含量测定

根据 《橡胶树旱害分级标准》取不同干旱级别橡胶树的胶乳，测定胶乳产量、干胶含量 （Dry rubber content，DRC）和总固形物含量（Total solid content，TSC）。测定方法为单株测定胶乳产量后，再称取10 g胶乳放于培养皿中，加5%醋酸使胶乳凝固，压成胶片并用水漂洗，80℃烘干后称重，计算百分比，得到干胶含量。称取10 g胶乳放于培养皿中，80℃烘干后称重，计算百分比，得到总固形物含量[11]。

1.2.2 肥坑和周围土壤含水量测定 取不同旱害级别植株的肥坑和植株周围1 m范围内0～40 cm深土壤，用烘干法测定土壤含水量。

1.2.3 叶片生理参数的测定 取0～3级旱害级别橡胶树黄色和绿色叶片，测定不同旱害级别中黄色和绿色叶片的含水量、色素和POD、SOD、丙二醛（Malondialdehyde， MDA）、 Pro、 SS 等生理指标。

试验中叶片含水量测定采用烘干称量法测定。采用80%的冰冻丙酮提取叶片色素，测定和计算单位鲜重的叶绿素（Chlorophyll， Chl）和 β-胡萝卜素（β-Carotene， β-Car）的含量， 计算方法参照Lichtenthalerl[12]。POD测定采用愈创木酚法[13]，SOD活性测定采用氮蓝四唑（NBT）法[14]。MDA通过硫代巴比妥酸法测定[15]，Pro含量的测定采用酸性茚三酮比色法[16]，SS含量测定采用蒽酮法[16]。

1.3 数据统计与作图

统计分析实验测定为3批次重复，以3个重复的平均值和标准误表示。用Excel 2013进行数据运算处理，采用IBM-SPSS 23.0对数据进行单因素方差分析和多重比较分析，采用OriginPro 2015软件进行制图。实验结果在0.01水平上差异显著的不同大写字母标记。

2 结果与分析

2.1 不同旱害级别开割树和未开割树的表型

不同旱害级别RRIM600成龄割胶树表型表现为，随着干旱级别的增加，树冠叶量逐渐减少，叶面积也减小，绿色叶片减少，黄色叶片增加。在4级旱害树可以看出，整株叶片均已脱落（图1）。持续干旱导致海胶集团广坝分公司红泉作业区十一队同一林段未开割树出现叶片脱落甚至整株枯死的表型（图2）。其中，0级橡胶树有部分黄叶，整体落叶量＜树冠1/10。1级树冠干枯＜1/5，二级树冠干枯1/5～3/5。3级树冠干枯3/5以上，已经没有叶片。4级树冠全部干枯，主干回枯至1 m以上。5级主干回枯至1 m以下。6级接穗全部枯死。

2.2 不同旱害级别橡胶树胶乳产量、干胶含量和总固形物的变化

不同旱害级别开割橡胶树的胶乳产量、干含率和总固形态变化见图3，巴西橡胶树RRIM600开割树的胶乳产量随着干旱级别的增加呈现下降的趋势，已不适合割胶。干含率和总固形物的含量在不同旱害级别树中没有明显的变化，干含率在50%以上，说明乳管中缺水严重。

2.3 不同干旱级别橡胶树土壤含水量的变化

在不同干旱级别橡胶树1 m周围，0～40 cm深范围内取土壤，测定不同级别旱害橡胶树根系肥坑和周边土壤含水量的变化（图4）。结果表明，不同级别旱害植株的肥坑中土壤含水量从0级的8%逐渐下降到4级的3.5%，与周边土壤区域内0级旱害的含水量相同，差异未达到显著水平。未开割树肥坑含水量略高于周边土壤含水量，在4%～6%之间波动，但差异亦未达到显著水平。说明不同旱害级别的橡胶树土壤含水量均匀一致，肥坑含水量略高于周边土壤含水量。

2.4 不同干旱级别橡胶树叶片生理参数的变化

不同干旱级别橡胶树叶片中的含水量并不随着旱害程度的加重而发生变化，说明橡胶树要维持冠层叶片的活性。但叶面积在1～3级旱害树中显著减小，3级旱害树中的叶面积仅为对照叶片十分之四（图5）。对不同干旱级别橡胶树叶片的黄色部分和绿色部分进行色素含量的测定发现（图6），2级旱害黄色叶片中叶绿素a的含量显著下降，是对照叶片的50%。叶绿素b在含量也呈下降趋势，但变化并不显著。总叶绿素的含量的变化趋势同叶绿素a相同，β-胡萝卜素含量在干旱过程中持续下降。在0、1和2级旱害叶片的绿色部位色素含量的变化趋势相同，均在1级旱害时含量有所下降，2级时叶片绿色部分的色素含量没有变化。叶绿素a/叶绿素b的值在所测定的旱害级别中，不论是叶片的黄色部分还是绿色部分，都没有明显的变化或变化趋势。

从图7可见，随着旱害级别的增加，丙二醛的含量在1级旱害树中明显上升，在绿叶部位其含量达到显著变化。黄叶部位的丙二醛含量逐渐下降，说明此时叶片已经衰老，不能通过叶片生理调节响应干旱的危害。过氧化物酶的活性，不论是在黄叶部位还是绿叶部位，均随着旱害级别的升高而下降。叶片黄色部位的超氧化物歧化酶的活性有逐渐上升的趋势，在绿色部位其含量则呈现下降趋势。脯氨酸的含量在黄叶部分的变化不明显，但在1级旱害的绿叶部位发现其含量有明显上升的趋势。叶片中可溶性糖的含量在1、2级旱害时持续下降，且黄色部位其含量呈显著性下降。说明，渗透调节物质在干旱早期响应中起作用。此外，未开割树和开割树对干旱的生理响应规律基本一致。

3 讨论

研究表明，巴西橡胶树抗旱研究与抗旱砧木筛选、角质层蜡质和抗旱相关蛋白有关。但对旱害条件下胶乳变化研究较少。本研究中发现，不同旱害级别开割橡胶树胶乳产量会随着干旱程度加重而逐渐减少。干胶含量和总固形物含量是胶树乳管中胶乳和橡胶合成能力的重要指标[17]。干胶含量是调节生产操作的重要参考指标[18]，在割胶生产中干胶含量在某一时间段低于某个标准值时，就要休割或停割。本研究中，在4级旱害级别橡胶树内干胶含量和总固形物含量没有明显变化，但维持在50%以上的干胶含量，此时橡胶树已不能割胶。强行割胶会导致死皮发生，甚至整株死亡。高干胶含量可以作为干旱诊断的候选指标之一。

随着旱害级别的增加，肥坑中和周边土壤中含水量都呈显著下降趋势。但橡胶树叶片中的含水量不随着旱害的加重而发生变化，但叶片面积则在干旱初期显著减小。说明橡胶树在干旱1级时产生干旱胁迫响应，通过减小叶片面积减少蒸腾作用，从而维持叶片生理功能所需要含水量。

干旱会使光合作用下降，叶绿体的结构发生变化[19]，光合色素降解，使光合电子传递系统遭到破坏，光合磷酸化受到抑制，引起水解酶的活性上升而合成酶的活性下降，从而导致光合速率下降[20]。Chla多位于叶片叶绿体类囊体膜PSII反应中心蛋白复合体，而Chlb多位于叶片叶绿体类囊体膜捕光色素天线蛋白复合体，二者的比值反映叶绿体类囊体结构的变化。本研究中Chla和Chlb的含量在2级旱害时明显下降，而β-Car含量在干旱1级时便持续下降。作为辅助色素的β-Car在轻度干旱胁迫条件下其含量会升高，重度干旱胁迫条件含量会降低[21]。由此可见，1级旱害橡胶树已属于重度干旱级别，β-Car无法对干旱胁迫产生响应。

干旱时，渗透调节类物质脯氨酸和可溶性糖等通过积累来调节渗透压以降低植物细胞的渗透势，降低水分亏损对植物造成的伤害，这些物质的含量同抗旱性成正相关。植物在逆境环境中易产生活性氧积累，引起细胞毒害和代谢紊乱[22]。植株体内具有一套活性氧的清除体系，如SOD和POD保护酶。逆境胁迫下植物细胞活性氧的清除能力也是植物抗逆性的重要判断因素[23]。本研究中MDA在1级旱害时，含量明显升高。从叶片绿色部位的Pro含量的变化可以发现，在1级旱害时，其含量明显增加。说明在1级旱害时，橡胶树已经受到干旱胁迫的伤害。橡胶树在1级旱害时，POD活性呈下降的趋势，SOD活性呈上升的趋势，说明植株通过降低POD，提高SOD活性来提高植物体内清除活性氧的能力。

此外，笔者前期发现干旱早期，橡胶树叶片的核糖体蛋白HbRPL14[24]，过氧化物酶基因HbPRX42[25]，HbCuZnSOD和HbRbsS[26]等在干旱早期的不同时间起作用。先是核糖体基因表达，合成核糖体蛋白，然后合成POD、SOD等抵御干旱胁迫，同时Pro，SS作为渗透调节物质协同缓解干旱。但在干旱严重时，植物自身的生理调控收到能量供给的限制，调控能力减弱。此时，可采取栽培措施和转基因的方法增强橡胶树防御干旱的能力[27]。例如，在橡胶树幼苗中过表达HbCuZnSOD基因可以提高橡胶树幼苗的抗旱能力。这与本研究中SOD活性对成龄橡胶树抵御干旱的结果一致。

总之，旱害级别1级割胶树干旱程度已经较重，需采取停止割胶、灌溉和保水等措施保护橡胶树正常生长。本研究为制定新橡胶树干旱分级标准和筛选干旱诊断指标奠定基础。

参考文献

[1]何 康,黄宗道.热带北缘橡胶树栽培[M].广州:广东科技出版社,1987:8-88,398-423.

[2]曾宪海,林位夫,谢贵水.橡胶树旱害与其抗旱栽培技术[J].热带农业科学,2003,23(3):52-59.

[3]戴高兴,邓国富,周 萌.干旱胁迫对水稻生理生化的影响[J].广西农业科学,2006,37(1):4-6.

[4]Zeppel M J,Anderegg W R,Adams H D.Forest mortality due to drought:latest insights,evidence and unresolved questions on physiological pathways and consequences of tree death[J].New Phyto,2013,197(2):372-374.

[5]Zhou Y H,Lam H M,Zhang J H.Inhibition of photosynthesis and energy dissipation induced by water and high light stresses in rice[J].J Exp Bot,2007,58(5):1 207-1 217.

[6]Yoshiba Y,Kiyosue T,Nakashima K,et al.Regulation of levels of proline as an osmolyte in plants under water stress[J].Plant Cell Physiol,1997,38(10):1 059-1 102.

[7]Shao H B,Liang Z S,Shao M A.Osmotic regulation of 10 wheat(Triticum aestivum L.)genotypes at soil water deficits[J].Colloids and Surfaces B:Biointerfaces,2006,47:132-139.

[8]Babita M,Maheswari M,Rao L M,et al.Osmotic adjustment,drought tolerance and yield in castor(Ricinus communis L.)hybrids[J].Environ Exp Bot,2010,69:243-249.

[9]Aroca R,Irigoyen J J,Sánchez-díaz M.Drought enhances maize chilling tolerance:II.Photosynthetic traits and protective mechanisms against oxidative stress[J].Physiol Plant,2003,117:540-549.

[10]Hoekstra F A,Golovina E A,Buitink J.Mechanism of plant desiccation tolerance[J].Treads Plant Sci,2001,6:431-438.

[11]龚晶晶.硝酸镧[La（NO3）3]对巴西橡胶树胶乳活性氧清除系统及蛋白质差异表达的影响[D].海口:海南大学,2010.

[12]Lichtenthaler H K.Chlorophylls and carotenoids:pigments of photosynthetic membranes[M].New York:Academic Press,1987:350-382.

[13]杨少琼,范思伟,熊涓涓,等.鳌合稀土铝微肥对巴西橡胶胶乳的几种酶活性的影响[J].热带作物学报,1993,14(2):39-45.

[14]周倩苹,蔡世英,邓小江.橡胶种子超氧化物歧化酶及其同工酶的研究[J].热带作物学报,1987,8(1):31-35.

[15]高俊凤.植物生理学实验技术[M]．西安:世界图书出版公司,2000.

[16]中国科学院上海植物生理研究所,上海市植物生理学会.现代植物生理学实验指南[M].北京:科学出版社,1999.

[17]范思伟,杨少琼,莫业勇,等.关于稀土提高巴西橡胶产量问题的探讨[J].热带作物学报,1989,10（2）：9-10.

[18]Chrestein H,Jabcob J L,D’Auzac J.Biochemical basis for cessation of latex flow and occurrence of physiological bark dryness[J].Inter Rubb Conf,1986,Kuala Lumpur,20-42.

[19]王学文,付秋实,王玉珏,等.水分胁迫对番茄生长及光合系统结构性能的影响[J].中国农业大学学报,2010,15(1):7-13.

[20]肖万欣,王延波,谢甫绨,等.高温和干旱胁迫下植物叶片光合系统变化、气孔运动及其调控研究进展[J].辽宁农业科学,2012(6):29-33.

[21]井春喜,张怀刚,师生波,等.土壤水分胁迫对不同耐旱性春小麦品种叶片色素含量的影响[J].西北植物学报,2003,23(5):811-814.

[22]Reddy A R,Chaitanya K V,Vivekanandan M.Drought induced responses of photosynthesis and antioxidant metabolism in higher plants[J].J Plant Physiol,2004,161(11):1 189-1 202．

[23]Blackman S A,Obendorf,R L,Leopold,A C.Maturation proteins and sugars in desiccation tolerance of developing soybean seeds[J].Plant Physiol,1992,100(1):225-230.

[24]王立丰，王纪坤，安 锋，等.巴西橡胶树核糖体蛋白HbRPL14基因逆境响应机制[J].西南林业大学学报,2016,36(2):67-71.

[25]Wang L F,Wang J K,An F,et al.Molecular cloning and characterization of a stress responsive peroxidase gene HbPRX42 from rubber tree[J].Bra J Bot,2016,39(2):475-483.

[26]Wang L F.Physiological and molecular responses to drought stress in rubber tree(Hevea brasiliensis Müll.Arg.)[J].Plant Physiol Biochem,2014,83:243-249.

[27]王立丰，王纪坤，谢贵水.巴西橡胶树抗旱机制研究进展[J].热带作物学报,2015,36(2):426-431.

doi 10.3969/j.issn.1000-2561.2017.10.002

基金项目 现代农业产业技术体系建设专项资金（No.CARS-34-ZP1）；海南省自然科学基金（No.310096）；中国热带农业科学院橡胶研究所基本科研业务费专项（No.1630022015013）。

责任编辑：沈德发