三種野生觀賞蕨類植物的耐旱性研究

吳延春　何云核　高菊

摘 要： 本文研究狗脊、盾蕨、鳳丫蕨的耐旱能力，為其園林應用提供參考依據。對三種蕨類植物材料在溫室中采用自然干旱的方式進行干旱脅迫，每5天測定1次脅迫過程中生理生化指標，并測定其葉片保水力。結果表明：干旱脅迫下，狗脊的葉片保水力變化幅度最大，鳳丫蕨其次，盾蕨最小；各植物電導率與對照組相比，均持續上升；葉綠素的含量均下降，鳳丫蕨葉綠素含量變化幅度最大；葉片中的SOD活性、POD活性、MDA含量、可溶性蛋白含量變化趨勢均為先升后降，鳳丫蕨SOD活性、POD活性、MDA含量在前期迅速增長，狗脊、盾蕨緩慢上升。綜合分析表明三種蕨類耐旱能力依次為狗脊>盾蕨>鳳丫蕨。

關鍵詞： 狗脊；盾蕨；鳳丫蕨；耐旱性

中圖分類號：S682.35 文獻標識碼：A 文章編號：1004-3020（2015）02-0017-05

蕨類植物獨特的觀賞性，日益受到人們的喜愛，它雖然沒有鮮艷的花朵，但以古樸、典雅、清純的形態而獨樹一幟，享有“無花之美”的贊譽，在園林中應用前景廣闊。

干旱是影響植物成活與生長的重要限制因子。城市園林綠地每天都在消耗著大量的水資源。如何推動“耗水型園林”向“節水型園林”發展，使城市綠化走上持續、健康的發展道路，成為當前的一個熱門話題。蕨類植物由于其種類多，觀賞價值高，耐蔭性、耐瘠薄性強，可廣泛用作地被植物、盆景和切花材料，具有獨特的景觀價值和多樣化的生態適應性。蕨類植物的根系較上層喬木和灌木淺，耐旱性相對較差，容易受到干旱脅迫的影響。目前國內對蕨類植物的研究，大多還是集中在繁殖、資源調查等方面，針對抗性方面的研究很少，近年來有少數人開展了蕨類植物的耐蔭性、耐旱性等抗性研究，但也只是對某單一種類進行研究[1-4]。

描述植物抗旱性的指標很多，有生長指標、生理生化指標等。生理指標包括水分飽和虧缺、水勢、葉綠素含量、葉片膨壓以及與水分相關的生理指標如蒸騰速率、光合速率和呼吸速率、氣孔導度、葉片保水力、質膜透性等；生化指標主要包括ABA含量、脯氨酸含量、保護酶系統（SOD、POD、CAT）、可溶性糖含量及丙二醛含量等；此外葉片保水力、相對電導率、可溶性蛋白的含量、葉綠素熒光參數等也可作為抗旱性生理指標[5]。

狗脊Woodwardia japonica、鳳丫蕨Coniogramme japonica、盾蕨Neolepisorus ovatus三種蕨類植物在國內地理分布較為廣泛，適應性強，形態優美，具有良好的景觀欣賞價值，其中鳳丫蕨嫩葉可作蔬菜，根莖可提取淀粉；狗脊和盾蕨皆可入藥，狗脊的根狀莖能補肝腎，強腰膝，祛風濕；盾蕨能清熱利濕，散瘀活血。本文選取這三種植物作為研究對象，對其進行較系統的耐旱性研究，為其園林應用提供一定的理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料及處理

春季（2013年）采集浙江臨安野生的狗脊、盾蕨、鳳丫蕨，種植在浙江農林大學風景園林與建筑學院溫室中。翌年春季分株繁殖，栽植于直徑為18 cm的塑料盆中。將正常生長的三種植物材料每種準備10盆，置于學院溫室內，1次性澆透水，以保持每盆內土壤含水量的一致性。然后其中5盆停止澆水，另5盆正常澆水作為對照。采取自然干旱的方式對三種植物進行干旱脅迫，分別于5，10，15，20，25 d取樣，3次重復，取樣時間均為上午9∶00。

1.2 試驗方法

1.2.1 葉片保水力的測定

在室內自然干燥，取鮮葉后定時稱重直至基本恒重[6]。計算公式：

保水力W=1/Wk

Wk=失水量/總水量×100%。

1.2.2 膜透性的測定

用電導儀法測膜透性（細胞膜傷害率）[7]。計算公式：

相對電導率（%）=（C1-C0）/（C2-C0）×100%。

式中：C0為空白電導率，C1為樣品在常溫下的電導率，C2為樣品在煮沸后的電導率。

1.2.3 葉綠素含量的測定

采用浸提法測定葉綠素a、葉綠素b、葉綠素含量及葉綠素a/b值[8]。計算公式：

Ca=12.71×D663-2.69×D645

Cb=22.88×D645-4.67×D663

Ca+b=8.04×D663+20.19×D645

葉綠素含量（mg·g1·Fw1）=C×V×N×10001×M1

式中：Ca、Cb、Ca+b為葉綠素a、葉綠素b、葉綠素總的濃度，mg/L；D663、D645為葉綠素提取液在663，645 nm波長下的光密度；C為Ca、Cb、Ca+b的值，V為提取液體積（mL），N為稀釋倍數（l，2，3），M為樣品鮮重（g）。

1.2.4 超氧化物歧化酶（SOD）活性的測定

采用氮藍四唑（NBT）法[9]。計算公式：

SOD總活性（U·g1·FW1）=（OD0-ODE）×Vt/0.5×OD0×W×VS）

式中：SOD總活性以每克鮮重酶單位表示；OD0為照光對照管的吸光度；ODE為樣品管的吸光度；Vt為樣品液總體積（mL）；VS為測定時樣品液用量（mL）；W為樣品鮮重（g）。

1.2.5 過氧化物酶（POD）活性的測定

采用比色法[10]。計算公式：POD活性（U·g1·min1·FW1）=（△A470×VT）/（0.01×VS×W×t）

式中：△A470為反應時間內吸光度△A470的變化；VT為提取酶液總體積（mL）；W為樣品鮮重（g）；VS為測定時取用酶液體積（mL）；t為反應時間。

1.2.6 丙二醛（MDA）含量測定

計算公式[8]：MDA含量（μmol·g1·FW1）=（OD532-OD600）×Vt×V/（1.55×101×WF×Vs）

式中：OD532為樣品管在532 nm處的吸光度；OD600為樣品管在600 nm處的吸光度；Vt為樣品液總體積（mL）；Vs為測定時樣品液用量（mL）；V為反應體系總量（mL）；WF為樣品鮮重（g）。

1.2.7 可溶性蛋白含量的測定

采用考馬思亮藍法[8]。計算公式：樣品中蛋白質含量（mg·g1·FW1）=（C×VT）/（VS×WF×1 000）。式中：C為查得的蛋白質含量；VT為提取液總量（mL）；VS為測定材料的重量（g）；WF為測試時提取液用量（mL）。所有數據采用Excel 2003和SAS軟件處理分析。

1.2.8 綜合評價

采用隸屬函數評估法。首先利用隸屬函數給定各項指標在閉區間（0，1）內相應的數值，稱為“單因素隸屬度”，對各指標作出單項評估。然后對各單因素隸屬度進行加權算術平均，計算綜合隸屬度，得出綜合評估的指標值。其結果越接近0越差，越接近1越好。計算公式：綜合指數為D=（∑di×P）/∑P。式中：D為綜合指標指數（得分）；di為各指標的單因素隸屬度；P為指標標準值（權數）。

2 結果與分析

2.1 葉片保水力的測定

葉片保水力是鑒定植物耐旱性的重要指標之一，是指葉片在離體條件下保持原有水分的能力，反應了植物細胞內自由水和束縛水的狀況，保水能力越強說明其耐旱性越強[11]。葉片失水量占總含量的百分比隨時間的延長均增加，但其增加的幅度不同，可以看出狗脊的變化幅度最大，鳳丫蕨的其次，盾蕨最小。試驗結果表明，三種植物的耐旱能力依次為盾蕨>鳳丫蕨>狗脊（圖1）。

2.2 干旱脅迫對植物細胞膜透性的影響

各種環境脅迫對植物的原生質膜都有破壞作用，相對電導率的大小可以表示植物細胞膜的透性，反映膜系統受逆境傷害的程度。當細胞膜受到損傷后，其透性增大，從而使溶液中的電解質增加，相對電導率上升[12]。

隨著干旱脅迫時間的延長，三種植物相對電導率與同期對照組相比，均呈上升趨勢，特別是在干旱處理15天后相對電導率明顯增大。鳳丫蕨在干旱處理從第15～25天上升幅度最大；狗脊、盾蕨表現為緩慢上升。能在較長時間內保持相對電導率緩慢上升的植物具有較強的耐旱性，因此三種蕨類植物葉片細胞膜忍受干旱脅迫的能力為：狗脊>盾蕨>鳳丫蕨，這個結果與干旱脅迫實驗中植物萎蔫死亡的過程相吻合（表1）。

2.3 干旱脅迫對植物葉綠素的影響

干旱脅迫能引起蕨類植物葉片中葉綠素含量的變化。有些學者認為可以根據干旱脅迫下葉綠素a/b的變化量來確定植物的抗旱性[13]。隨著干旱脅迫時間的延長，葉綠素的含量下降。鳳丫蕨的葉綠素含量變化幅度最大，表明鳳丫蕨在干旱脅迫下光合作用受到的影響最大。分析可知葉綠素a、葉綠素a+b，同一處理時間內不同植物間差異極顯著（P﹤0.01）；葉綠素b、a/b，不同植物間差異顯著（P﹤0.05）；不同處理時間內，同種植物的葉綠素a、葉綠素b、葉綠素a+b差異極顯著（P﹤0.01），a/b差異不顯著；不同植物在不同的處理時間內葉綠素a、葉綠素a+b差異顯著（P﹤0.05），葉綠素b、a/b差異不顯著（圖2）。

能在較長時間內維持SOD活性的蕨類植物，意味著有較強的耐旱能力。試驗表明，隨著干旱脅迫時間的延長，三種蕨類植物葉片中的SOD活性均有變化，總體趨勢均為先升后降。鳳丫蕨葉片中的SOD活性在前期迅速增長，在第15天達到最高值，然后就快速下降，說明鳳丫蕨的SOD活性較低，耐旱性較差；狗脊、盾蕨葉片中的SOD活性隨脅迫時間的延長快速上升，在第20天達到最大值，然后下降，在干旱脅迫后期狗脊SOD活性下降緩慢，說明耐旱性較強。方差分析可知同一處理時間內不同植物間差異顯著（P﹤0.05），同種植物在不同處理時間差異極顯著（P﹤0.01），不同的植物在不同處理時間間差異也是極顯著（P﹤0.01）（圖3）。

2.4 干旱脅迫對超氧化物歧化酶（SOD）的影響

2.5 干旱脅迫對植物體內過氧化物酶（POD）的影響

在植物遭受干旱逆境時，POD含量會上升[14]。在干旱脅迫的過程中，三種植物葉片中的過氧化物酶（POD）均呈現先上升后下降的趨勢，鳳丫蕨葉片中過氧化物酶（POD）在干旱處理的第15天達到最高值，然后下降，說明鳳丫蕨過氧化物酶（POD）活性較弱；盾蕨、狗脊葉片中過氧化物酶（POD）活性上升的速度和幅度較接近，在第20天達到最大值，之后下降，其活性較強。可以看出同一處理時間內不同植物間差異不顯著，同種植物在不同處理時間差異極顯著（P﹤0.01），不同植物在不同處理時間差異也是極顯著（P﹤0.01）（圖4）。

2.6 干旱脅迫對丙二醛（MDA）含量的影響

MDA含量可以反映植物遭受逆境傷害的程度[15]。在干旱脅迫過程中，葉片MDA含量緩慢增加的時間持續越長，其耐旱性能越強。三種蕨類葉片的MDA含量隨著干旱處理時間的延長均呈先升后降的趨勢。鳳丫蕨葉片的MDA含量上升的最快，在第15天時達到最大值，隨后開始下降，說明鳳丫蕨的耐旱能力最弱；狗脊、盾蕨葉片的MDA含量上升幅度較平緩，在第20天時達到最大值，然后下降。結果表明同一處理時間內不同植物間差異顯著（P﹤0.05），同種植物在不同處理時間間差異極顯著（P﹤0.01），不同植物在不同的處理時間的差異極顯著（P﹤0.01）（圖5）。

2.7 干旱脅迫對可溶性蛋白的影響

三種植物體內的可溶性蛋白隨著干旱時間的延長先增后減，均在第15天達到最大值。方差分析表明同一處理時間內不同植物間差異極顯著（P﹤0.01），同種植物在不同時間梯度間均差異極顯著（P﹤0.01），不同植物在不同的處理時間的差異極顯著（P﹤0.01）（圖6）。

2.8 三種植物耐旱性綜合評價

用上述某一種指標來評價植物的耐旱能力強弱雖然有一定的相關性，但不能反映整體的生理生態機制。植物的耐旱性是由多種因素相互作用構成的一個較為復雜的綜合性狀。采用模糊數學中的隸屬函數法對三種試驗材料的上述指標進行綜合評價，進行種間比較，可評定其耐旱性強弱[16]。通過隸屬函數法綜合分析，三種蕨類植物的耐旱性強弱依次為：狗脊>盾蕨>鳳丫蕨。

3 結論與討論

實驗表明，在干旱脅迫下，盾蕨的葉片保水力最強，狗脊最弱；鳳丫蕨的細胞膜損傷程度最大，狗脊最小；SOD活性、POD活性、MDA含量、可溶性蛋白含量均呈先升后降的趨勢。鳳丫蕨的SOD活性、POD活性較低，耐旱能力較差。因此，用單一的指標很難全面而準確的測定不同植物的耐旱性強弱，應對多種植物生理指標進行綜合評價。隸屬函數法綜合評價結果表明：三種蕨類植物中鳳丫蕨耐旱性最差；盾蕨耐旱性較好；狗脊耐旱性最強，可以嘗試在園林綠地中推廣應用（用作地被植物、盆景和切花材料等等）。

參 考 文 獻

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（責任編輯：鄭京津）