1、 ，（）：方玲，林玉虎，何云晓，等，锰胁迫和性别竞争交互处理下沙棘雌雄幼苗生理响应特征 广西植物，（）：，（）：锰胁迫和性别竞争交互处理下沙棘雌雄幼苗生理响应特征方 玲，林玉虎，何云晓，陈 浩，徐元洪，孙旭东，陈 娟，（绵阳师范学院 城乡建设与规划学院，四川 绵阳；川西北乡村人居环境建设四川省高校工程研究中心，四川 绵阳 ）摘 要：沙棘（）是重要的雌雄异株人工林防护树种，但对其环境胁迫的性别响应差异研究不足，性别竞争与胁迫因子的交互效应响应特征尚不清楚。为了探讨锰胁迫和性别竞争交互处理下沙棘雌雄植株的生理响应特征和耐受能力，旨在为沙棘修复土壤重金属污染提供实践指导，该文研究了锰胁迫（）和 种不
2、同性别组合模式（雌雄、雌雌、雄雄）处理下沙棘的生理响应，分别测定雌雄沙棘叶片中叶绿素、过氧化物酶（，）、超氧化物歧化酶（，）、丙二醛（，）、总酚（，）、游离脯氨酸（，）、可溶性糖（，）、甜菜碱（，）以及锰含量。结果表明：（）锰胁迫下，在所有竞争组合中，性间竞争的雄株（）活性最高，而 含量与对照相比未有明显升高，表明雄株的抗氧化能力更好，膜氧化损伤程度更小。（）锰胁迫时 积累了更多的游离脯氨酸，表现出更好的渗透调节能力和耐受能力。（）交互效应分析显示性别互作和锰胁迫交互处理显著影响了沙棘雌雄叶片的光合色素、抗氧化酶活性和渗透调节能力；主成分分析显示、叶绿素（，）、可作为重要的生理响应指示参数。该
3、研究结果对于利用沙棘修复土壤重金属污染可提供一定的参考。关键词：土壤修复，锰胁迫，沙棘，性别竞争，生理响应中图分类号：文献标识码：文章编号：（），（，；，）收稿日期：基金项目：四川省科技厅项目（）；国家自然科学基金（）；绵阳师范学院科研项目（）。第一作者：方玲（），硕士研究生，研究方向为生态环境修复，（）。通信作者：陈娟，博士，教授，研究方向为景观生态和环境修复，（）。：（），（）（，），（），（），（），（），（），（），（）：（），（），（），（），（），：，（），由于不合理的矿山开采、冶金以及锰肥等各种富锰物质的过度使用，导致高浓度的锰严重污染土壤。因此，对锰污染土壤进行生态修复已成为重
4、要课题。植物修复是利用具有重金属富集作用的植物将重金属从土壤转移到植物的根系或者地上部分的植物体中，利用植物的根系吸收、钝化有毒金属，降低重金属生物有效性，从而达到固定或者从土壤中去除重金属的目的（张玉秀等，；罗玉虎，）。在植物修复技术应用中，植物对重金属污染的生理生态响应和富集特性的研究是筛选植物修复物种的基础和关键环节。虽然锰是植物生长发育必需的微量元素，对植物的叶绿素形成以及酶活性调节等方面具有重要作用（李欣航等，）。但是过量的锰会导致植物的质膜结构改变，线粒体损伤，甚至细胞死亡。目前关于锰胁迫下植物的生理生化响应已有一些研究。有研究发现马尾松（）可通过改变气体交换参数、光合色素含量和叶
5、绿素荧光来维持光合作用，并通过提高过氧化氢酶、超氧化物歧化酶（，）等抗氧化酶活性和可溶性糖、可溶性蛋白等非酶代谢物含量来抵御锰胁迫（，）；黄花草（）能通过提高脯氨酸、可溶性蛋白和可溶性糖含量缓解较高浓度锰胁迫带来的毒害（肖泽华等，）；廖阳等（）研究了油茶（）幼苗对锰的生理响应和耐受性，发现油茶会产生大 量 的 和 过 氧 化 物 酶（，）等抗氧化酶以抵御植株体内的锰毒。这说明锰胁迫下植物产生的抗氧化酶以及分泌的渗透调节物质将影响其对锰的耐受性。最新统计表明，全世界的雌雄异株植物大约有 种，隶 属 于 约 科 属（，），其中有许多物种是重要的造林和生态防护树种。前人的研究已发现，环境胁迫条件下雌
6、雄异株植物表现出明显的性别差异。干旱胁迫下黄柳（）雌株的抗氧化能力较强，受到的氧化损伤和膜质过氧化水平较低（马少薇等，）。等（）研究发现在锌（）胁迫下滇杨（）雄株比雌株具有更有效的自我保护机制。也有研究显示重金属胁迫下雌株相比雄株具有更强的耐受性和富集能力，如白玉草（）雌株组织中累积了更多的铜，雌株对镉的耐受性也较高（，）。沙棘（）是胡颓子科沙棘属落叶性灌木，具有耐旱、抗逆能力强、适应性广、抗风沙和水土保持能力强等特点（裴斌等，）。研究显示在 胁迫下沙棘幼苗的生物量以及单株总叶面积显著下降（秦景等，），但未有研究其雌雄植株广 西 植 物 卷响应的性别差异。高丽等（）研究发现干旱胁迫下中国沙棘（
7、）雌株叶片的游离脯氨酸和可溶性糖含量上升幅度大于雄株，对干旱胁迫的适应性和生理调节能力更强。等（）研究发现 田间持水量时雌雄沙棘的植株株高、干物质积累量和根冠比等生长特征表现出了明显的性别差异。近年来，虽然有少量研究探讨了雌雄沙棘对环境适应的性别差异，但未有涉及性别竞争效应。在重金属胁迫下，雌雄性别互作模式是否影响沙棘对重金属胁迫的生理响应特征尚未有报道。因此，本研究以沙棘为试验材料开展盆栽试验，分析锰胁迫和性别竞争交互处理下沙棘雌雄植株叶片的生理特征变化，拟探讨以下问题：（）锰胁迫和性别竞争交互处理是否影响了雌雄沙棘光合和抗氧化能力；（）锰胁迫和性别交互处理下，雌雄沙棘是否表现出渗透调节能力
8、差异；（）哪种性别组合模式的雌株或雄株表现出对锰胁迫更好的生理响应特征和耐受能力。研究结果将为矿区重金属污染土壤修复中沙棘的应用提供科学依据和数据支持。材料与方法 试验材料和试验设置试验材料为沙棘雌雄幼苗。试验地点位于绵阳 市 太 乙 仙 山 植 物 园（、）内的实验基地，年均温 ，年均降水量约 。挑选高度、生长形态较一致的雌雄沙棘幼苗种植于盆口直径 、盆底直径 、盆高 的塑料花盆中，每盆栽种 株，其中每盆土壤平均重 ，含水量约，干重约 。采用三因素（性别、竞争、锰胁迫）完全随机设计，设置雌雌（）、雄雄（）、雌雄（）种不同性别竞争组合，设置施锰与对照 种处理，锰胁迫浓度参照了锰矿开采区污染土壤
9、的污染值，设定为 ，以不施锰处理为对照。每个处理设置 个重复。自 年 月开始每天向锰处理组施加 浓度为 的四水合氯化锰溶液，共施加 次，使土壤最终锰浓度为 。重金属胁迫处理 个月后，收获雌雄沙棘叶片用于生理参数测定。测定方法 年 月底，每个处理随机选取 株幼苗，采集每株植物上的叶片测定其生理指标和锰含量。叶绿素（，）、叶绿素（，）含量测定参照植物生理学实验指导的丙酮提取法（高俊凤，）；参照植物生理学模块实验指导（李玲，），游离脯氨酸（，）采用磺基水杨酸法，采用氮蓝四唑法，采用愈创木酚法，丙二醛（，）采用硫代巴比妥酸法，可溶性糖（，）含量采用蒽酮法；采用 酚比色法测定植物总酚含量（，）（颜小捷等
10、，）；采用比色法测定甜菜碱（，）含量（周芹等，；郭培国等，）；沙棘叶片经消煮后提取过滤后的消煮液采用火焰原子吸收分光光度计测定叶片锰（）含量。数据处理与分析使用 软件对数据进行统计分析，不同处理间的差异采用单因素方差分析（），不同处理间差异显著性采用多重比较检验（）。性别、竞争、施锰处理及其交互效应采用多因素方差分析，检验自变量中受单个因素影响的主效应以及自变量各个因素交叉组合下的交互效应。采用主成分分析方法判定主要的生理响应参数，分析雌雄叶片的 个生理响应特征参数中主成分的特征值、贡献率和累计贡献率。采用 软件绘制柱形图。结果与分析 锰胁迫和性别竞争交互处理下雌雄沙棘叶片叶绿素含量变化叶绿素
11、是植物进行光合作用的主要色素，能反映植物光合作用的强弱。由图 可知，对照处理时性别内竞争雌雄沙棘的 和 含量总体高于性别间竞争。与对照相比，施锰处理后性别间竞争显著提高了雌雄叶片的 和 含量（）。性别间竞争处理的雌株（）叶片的 和 含量显著高于雄株（），但与对照相比，雄株（）的 增加更多，这说明雄株对锰处理具有更明显的响应特征。施锰处理显著降低了性别内竞争中的雌株（）的 含量，施 锰 处 理 时 性 别 内 竞 争 处 理 的 雄 株（）叶片的 和 含量显著高于雌株（）（），这说明性别内竞争下雄株比雌株拥有更好的光合能力。期方玲等：锰胁迫和性别竞争交互处理下沙棘雌雄幼苗生理响应特征不同的小写字
12、母表示各处理之间差异显著（采用 ，）。表示性别内组合下的雌株；表示性别内组合下的雄株；性别间组合内的雌株；性别间组合下的雄株。下同。（，）；图 锰胁迫和性别竞争交互处理对雌雄沙棘叶片叶绿素（）和叶绿素（）含量的影响 （）（）锰胁迫和性别竞争交互下雌雄沙棘叶片抗氧化酶活性和 含量变化植物受重金属胁迫时会产生大量的活性氧自由基，损伤主要的生物大分子及引起膜脂过氧化。植物中的多种抗氧化防卫系统包括、等抗氧化酶能清除自由基，保护细胞免受氧化胁迫的危害（曾小飚等，）。由图 可知，在锰胁迫下沙棘叶片、含量总体低于对照组。对照处理时性别内和性别间竞争的雌雄叶片、含量差异均不显著，施锰处理时性别间竞争的雄株（
13、）叶片的 含量显著高于雌株（）（），含量无显著差异。与对照相 比，施 锰 处 理 显 著 抑 制 了 雌 株（和）叶片的 含量，增加了性别间竞争组合的差异。与对照相比，施锰处理显著抑制了 和 的 值。丙二醛（）是细胞膜脂过氧化反应的产物，作为植物受胁迫生理响应的指标，其含量的变化可反映逆境条件下膜系统受损程度（文珂等，；张宝成等，）。由图 可知，施锰组的叶片 含量总体上高于对照组。与对照相比，施锰处理显著增加了性别间竞争组合的差异，雌株（）含量显著高于雄株（）（），而 和 的 含量与对照相比差异不显著，这说明雄株表现出更好的细胞膜稳定性和抗膜脂过氧化能力。锰胁迫和性别竞争交互下沙棘叶片可溶性糖
14、和脯氨酸含量变化可溶性糖（）是植物生长发育的主要营养成分，也是植物体内的重要信号分子，能够参与植物在逆境胁迫下的信号转导和渗透调节；游离脯氨酸（）也在植物渗透调节中发挥着重要的作用（张虎等，）。由图 可知，对照处理下所有的竞争组合中，性别内竞争模式下雌株（）含量最高（），而施锰处理后显著降低了雌株（）含量，使各竞争组合中雌雄叶片无明显差异。对照处理下，性别间竞争中的雄株（）的 含量显著高于雌株。施锰处理后 叶片 含量总体高于对照处理显著上升，在所有竞争组 合 中，的 叶 片 积 累 量 最 高，为 。施锰处理增加了性别内竞争的雌雄（和 ）叶片 含量的差异，表现为 显著高于 。总体上看，对照下性
15、别内竞争组合中和锰处理下的性别内和性别间竞争组合中的雄株叶片 含量均显著高于雌株（），这说明沙棘雄株表现出比雌株更好的渗透调节能力。广 西 植 物 卷图 锰胁迫和性别竞争交互处理对雌雄沙棘叶片（）、活性（）和 含量（）的影响 （），（）（）锰胁迫和性别竞争交互下雌雄沙棘叶片总酚和甜菜碱含量变化植物酚类具有抗氧化的作用，能以单电子转移的方式清除或减少活性氧自由基（文珂等，；朱珍珍等，）。甜菜碱（）是高等植物重要的渗透调节物质，能够提高细胞的渗透调节能力，降低因渗透失水造成对细胞膜、酶及蛋白质结构与功能的伤害。由图 可知，对照处理时总酚（）含量的取值范围在 之间，施锰处理时取值在 之间，其中性别内
16、竞争模式下的雌株（）含量显著高于性别间竞争模式下的雄株（）。但锰处理下各竞争组合的雌雄叶片 含量较对照组无显著变化（）。对照处理下性别间竞争模式中雌株（）含量显著高于雄株（）和性别内竞争中的雌株（）（），施锰处理显著降低了性别间竞争中雌株（）和性别内竞争中雄株（）的叶片 含量，但施锰处理下性别内和性别间竞争模式的叶片 含量均无显著差异（），这说明锰处理降低了各竞争组合中雌雄叶片 含量的性别差异。锰胁迫和性别竞争交互下雌雄沙棘叶片锰含量变化由图 可知，与对照处理相比，施锰显著增加了所有竞争组合中雌雄沙棘叶片的锰含量（）。对照处理时两种混栽模式的叶片锰含量无明显差异，施锰处理后性别内和性别间栽种模式中的雌株叶片锰含量均高于雄株，但未达到显著水平。交互效应和主成分分析主体间效应检验如表 所示，性别和竞争的交互处理显著影响了、和，性别和重金属胁迫交互显著影响了、和，竞争与重金属交互显著影响了、和，而性别、竞争和重金属胁迫的交互显著影响了、和。由表 和图 可知，三个主成分共同解释了的信息。主成分 解释了，主要受、的影响，与、均为正相关，与、为负相关，其中 与 相关性最高，相 关 系 数 达 。解
