朝鮮婆婆納對(duì)干旱脅迫的生理響應(yīng)

彭安琪，林夏珍，劉玉成

(1.浙江農(nóng)林大學(xué)，浙江 臨安 311300； 2.浙江廣播電視大學(xué)，浙江 杭州 310000)

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朝鮮婆婆納對(duì)干旱脅迫的生理響應(yīng)

彭安琪1，林夏珍2*，劉玉成1

(1.浙江農(nóng)林大學(xué)，浙江 臨安 311300； 2.浙江廣播電視大學(xué)，浙江 杭州 310000)

采用干旱停水法，探究當(dāng)年生朝鮮婆婆納對(duì)干旱脅迫的生理響應(yīng)。停止?jié)菜笸寥篮拷档停r婆婆納株高增長(zhǎng)量逐漸減小，葉片相對(duì)含水量先增加后顯著下降，葉片相對(duì)電導(dǎo)率顯著上升，葉綠素a與葉綠素b的比值在一定范圍內(nèi)波動(dòng)，脯氨酸含量逐漸上升，可溶性糖、可溶性蛋白、POD活性、SOD活性先升后降，表明朝鮮婆婆納的耐旱能力弱，如需推廣應(yīng)加強(qiáng)水分管理。

朝鮮婆婆納； 干旱脅迫； 生理指標(biāo)

野生花卉抗逆性強(qiáng)、栽培簡(jiǎn)單、管理粗放，近年來園林綠化中愈來愈重視其利用價(jià)值，若能把它們?cè)趯?shí)際中應(yīng)用推廣，不僅可增加新穎性和觀賞性，還能體現(xiàn)地域性，避免生物入侵。朝鮮婆婆納(Veronicarotunda)是尚未被開發(fā)應(yīng)用的一種極具觀賞價(jià)值的草本之一，在園林中開發(fā)應(yīng)用的潛力非常廣闊。朝鮮婆婆納，玄參科婆婆納屬，遼寧、山西、河南(商城)、安徽(岳西)、朝鮮、浙江(臨安)均有分布。多年生草本，莖單生，高約1 m，卵形葉片寬大。對(duì)水肥條件要求不高，多生于山坡草地，花序柔美靚麗，花冠藍(lán)色或藍(lán)紫色，少白色，花期在6—8月[1]。

目前，朝鮮婆婆納在園林應(yīng)用中的相關(guān)報(bào)道較少，相關(guān)研究主要集中于化學(xué)物質(zhì)的提取開發(fā)和朝鮮婆婆納的組織培養(yǎng)，其水分適應(yīng)性尚未見報(bào)道。水分脅迫是植物面臨的主要逆境之一，研究植物對(duì)水分脅迫的響應(yīng)和適應(yīng)，是認(rèn)識(shí)植物與環(huán)境的一條重要途徑，也可為植物在園林綠化中的合理配置提供依據(jù)。為了滿足現(xiàn)代綠化環(huán)境建設(shè)發(fā)展的需要，使抗性強(qiáng)的野生品種能夠得到合理配置和擴(kuò)大應(yīng)用范圍，本文研究了朝鮮婆婆納對(duì)水分的適應(yīng)性。

1 材料與方法

1.1 材料

朝鮮婆婆納于2016年5月采自杭州臨安市清涼峰，在直徑12 cm的營(yíng)養(yǎng)缽內(nèi)裝入濕度基本一致的栽培基質(zhì)，去除土中的石塊等雜質(zhì)，選擇長(zhǎng)勢(shì)基本一致的當(dāng)年生植株進(jìn)行移栽，盡量使每盆質(zhì)量一致，置于浙江農(nóng)林大學(xué)園林學(xué)院溫室大棚培養(yǎng)。

1.2 處理設(shè)計(jì)

處理用植株共15盆，每盆2株。2016年7月10日完全澆透水后作停水處理，處理第0、4、8、12、16、20、24天測(cè)定相關(guān)生理指標(biāo)，指標(biāo)包括土壤含水量、植株外部形態(tài)、葉片相對(duì)含水量、葉片相對(duì)電導(dǎo)率、葉綠素含量、可溶性糖含量、SOD活性、POD活性、游離脯氨酸和可溶性蛋白含量等。0 d為對(duì)照組(CK)，試驗(yàn)重復(fù)3次。試驗(yàn)材料均于早晨8：30取樣，葉片剪下后迅速置于冰袋中，樣品當(dāng)天處理分析完畢。

土壤含水量采用烘干法[2]進(jìn)行測(cè)定；株高增長(zhǎng)量表示相同測(cè)定時(shí)間間隔內(nèi)(4 d)植株的高度差。葉片相對(duì)含水量的測(cè)定采取飽和稱重法[3]；植物相對(duì)電導(dǎo)率測(cè)定采用電導(dǎo)法[2]；葉綠素含量用浸提法[2]測(cè)定；SOD酶活性采用氮藍(lán)四唑(NBT)法[4]測(cè)定；POD酶活性采用愈創(chuàng)木酚法[4]測(cè)定；脯氨酸(Pro)含量采用茚三酮溶液顯色法[5]測(cè)定；可溶性糖含量采用蒽酮比色法[5]測(cè)定；可溶性蛋白質(zhì)含量采用考馬斯亮藍(lán)法[6]測(cè)定。

1.3 數(shù)據(jù)分析

所有數(shù)據(jù)用Excel 2003整理，用SPSS 22.0進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 干旱脅迫對(duì)土壤含水量的影響

從圖1可以看出，土壤含水量隨著停水時(shí)間的延長(zhǎng)而不斷減少，脅迫第0、4、8、12、16、20、24天，土壤含水量分別為82.4%、63.3%、51.3%、34.0%、16.8%、11.0%、6.6%。第0～4天，土壤含水量屬于正常水平；第8天，土壤含水量為田間持水量的60%，到達(dá)輕度脅迫水平；第12天土壤含水量為田間持水量的40%，達(dá)到中度脅迫水平；第16～20天土壤含水量低于田間持水量的20%，已經(jīng)達(dá)到重度脅迫水平；第24天已達(dá)到嚴(yán)重干旱水平[7]。

圖1 干旱脅迫對(duì)土壤含水量的影響

2.2 干旱脅迫對(duì)植株形態(tài)和存活率的影響

干旱脅迫24 d后，朝鮮婆婆納植株高度平均增加13.9 cm。從圖2可以看出，隨著脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)，株高增長(zhǎng)量極顯著降低。朝鮮婆婆納在前12 d正常生長(zhǎng)，未發(fā)生明顯變化；16 d時(shí)，大部分葉片開始出現(xiàn)卷邊，相同時(shí)間內(nèi)株高增長(zhǎng)量下降至1.6 cm。干旱脅迫后期葉片發(fā)生明顯焦邊、聳拉，株高增長(zhǎng)量?jī)H為0.7、0.5 cm；16 d時(shí)有2株植株出現(xiàn)死亡，20 d時(shí)9株植株徹底萎蔫，到24 d時(shí)只有15株存活。

圖2 干旱脅迫對(duì)朝鮮婆婆納株高增長(zhǎng)量的影響

2.3 干旱脅迫對(duì)葉片相對(duì)含水量的影響

葉片相對(duì)含水量是判定植物保水力的重要指標(biāo)之一，可以直接反映植物的水分狀況[8]。如圖3所示，第0、4、8、12、16、20、24天朝鮮婆婆納葉片含水量分別為91.0%、95.4%、90.8%、84.3%、54.4%、48.0%、16.5%。由于第0天澆透水，第4天葉片相對(duì)含水量反而上升4.4百分點(diǎn)，隨著干旱脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)，葉片相對(duì)含水量極顯著降低，與對(duì)照組(0 d)相比，分別下降了0.2、6.7、36.6、43.0、84.5百分點(diǎn)。

圖3 干旱脅迫對(duì)朝鮮婆婆納葉片相對(duì)含水量的影響

2.4 干旱脅迫對(duì)葉片電導(dǎo)率的影響

葉片電導(dǎo)率可反映植物受傷害的程度，可用來分析植物的抗逆性強(qiáng)弱[9]。圖4表明，朝鮮婆婆納葉片相對(duì)電導(dǎo)率隨著干旱程度的加劇顯著升高。0～16 d，葉片相對(duì)電導(dǎo)率的變化幅度較小，16～20 d明顯上升，達(dá)到45.4%，干旱脅迫第24天，相對(duì)電導(dǎo)率上升至82.8%。

圖4 干旱脅迫對(duì)朝鮮婆婆納葉片相對(duì)電導(dǎo)率的影響

2.5 干旱脅迫對(duì)葉綠素含量的影響

葉綠素與植物光合作用密切相關(guān)，是反映光合作用變化規(guī)律和植物抗旱性的直接指標(biāo)[10]。由圖5可知，干旱脅迫下葉綠素a、b、葉綠素總含量以及類胡蘿卜素含量的變化趨勢(shì)相同，均在4～8 d顯著下降，之后總體呈現(xiàn)上升趨勢(shì)。葉綠素a/葉綠素b在一定范圍(1.67～2.37)內(nèi)波動(dòng)。

圖5 干旱脅迫對(duì)朝鮮婆婆納葉綠素含量的影響

2.6 干旱脅迫對(duì)葉片脯氨酸含量的影響

逆境條件下，脯氨酸的積累與植物抗性有顯著關(guān)系，抗性越強(qiáng)的植物脯氨酸變化幅度越大。由圖6可以看出，干旱脅迫下脯氨酸含量呈波動(dòng)上升的趨勢(shì)，20 d后大部分葉片發(fā)生萎蔫時(shí)，脯氨酸含量急劇上升。從開始時(shí)0.19 μg·g-1最終增加到0.78 μg·g-1，約為對(duì)照組脯氨酸含量的4.1倍。

圖6 干旱脅迫對(duì)朝鮮婆婆納脯氨酸含量的影響

2.7 干旱脅迫對(duì)可溶性糖含量的影響

由圖7可以看出，隨著干旱脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)，可溶性糖含量變化可分為2個(gè)階段：干旱脅迫0～8 d，可溶性糖含量隨著脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)而增加，4 d和8 d時(shí)，較對(duì)照組分別增長(zhǎng)了113.2%和282.0%，可溶性糖大量累積，第8天最高(348.42 mg·g-1)；干旱脅迫8～24 d，可溶性糖合成受到抑制且被分解，含量開始下降，24 d時(shí)降至254.88 mg·g-1。

圖7 干旱脅迫對(duì)朝鮮婆婆納可溶性糖含量的影響

2.8 干旱脅迫對(duì)可溶性蛋白含量的影響

可溶性蛋白在各種酶類代謝中起調(diào)控和促進(jìn)作用，植物可以通過滲透調(diào)節(jié)減輕逆境脅迫對(duì)植物體的傷害。由圖8可以看出，可溶性蛋白含量的變化呈先上升后下降的趨勢(shì)。在0～16 d，可溶性蛋白含量隨著干旱脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)而不斷累積，漲幅分別為172.5%、177.3%、230.7%、288.0%，含量最高時(shí)達(dá)到11.43 mg·g-1。當(dāng)植物葉片開始萎蔫后，蛋白質(zhì)累積程度小于分解程度，含量開始下降，干旱脅迫20和24 d，可溶性蛋白含量降幅分別為41.1%和74.0%，到第24天可溶性蛋白含量?jī)H為2.97 mg·g-1。

圖8 干旱脅迫對(duì)朝鮮婆婆納可溶性蛋白含量的影響

2.9 干旱脅迫對(duì)抗氧化酶活性的影響

從圖9可以看出，干旱脅迫0～12 d，SOD活性呈現(xiàn)緩慢上升趨勢(shì)，細(xì)胞膜脂過氧化加強(qiáng)，SOD活性在第12天最高，為340.47 U·g-1。12～24 d，SOD活性呈現(xiàn)逐漸下降趨勢(shì)，第24天大部分植株萎蔫，SOD活性達(dá)到最低值，為235.5 U·g-1。主要是因?yàn)槊{迫后期含水量和氣孔導(dǎo)度的降低導(dǎo)致歧化反應(yīng)產(chǎn)生的O2-不能及時(shí)釋放，從而抑制了SOD活性[11]。

圖9 干旱脅迫對(duì)朝鮮婆婆納SOD活性的影響

POD為活性氧清除酶系統(tǒng)的重要保護(hù)酶之一，干旱脅迫對(duì)朝鮮婆婆納葉片POD活性的影響見圖10。POD活性呈現(xiàn)先上升后下降的變化趨勢(shì)，且每個(gè)階段變化幅度不同。干旱初期(0～4 d)，POD活性變化幅度不大；4～12 d，POD活性顯著上升，第8、12天達(dá)到908.15和2 252.19 U·g-1·min-1，第12 d達(dá)到最大值；干旱脅迫12 d之后POD活性開始下降，16、20、24 d降幅為18.2%、76.0%、85.2%，第24d時(shí)降到333.33 U·g-1·min-1，這表明植株已受到嚴(yán)重脅迫。

圖10 干旱脅迫對(duì)朝鮮婆婆納POD活性的影響

3 小結(jié)與討論

植物面對(duì)干旱脅迫有其特有的保護(hù)機(jī)制，從不同生理指標(biāo)的響應(yīng)可以對(duì)植物抗旱性進(jìn)行評(píng)估。試驗(yàn)表明朝鮮婆婆納抗旱能力弱，對(duì)干旱脅迫較敏感，生長(zhǎng)受到明顯抑制，葉片失水嚴(yán)重，各項(xiàng)生理指標(biāo)均受到顯著影響，干旱后期甚至死亡。短期干旱脅迫可以適應(yīng)，如需在園林美化和實(shí)際城市綠化中應(yīng)用，應(yīng)該加強(qiáng)其水分管理。

水分脅迫下植物表現(xiàn)為植株生長(zhǎng)減弱，生物量分配發(fā)生變化，干旱初期植物生物量向根部的分配增加，但在嚴(yán)重水分脅迫下，由于碳向地下組織的分配受到限制，因而根和枝條的生長(zhǎng)都受到抑制，生物量和高度都顯著降低。干旱脅迫下，朝鮮婆婆納生長(zhǎng)速率明顯受到抑制，株高增長(zhǎng)量逐漸減小，植株死亡率上升，表明朝鮮婆婆納對(duì)水分敏感，干旱對(duì)其影響較大。

水在植物中發(fā)揮著重要的作用，一般占植物組織的65%～90%[12]。葉片相對(duì)含水量可以反映葉片水分生理狀態(tài)，是植物在受到脅迫后組織水分缺損狀態(tài)的直接反應(yīng)，是檢驗(yàn)植物抗旱性的重要指標(biāo)。植物抗旱性越強(qiáng)，其保水能力越強(qiáng)，葉片相對(duì)含水量變化幅度越緩。本實(shí)驗(yàn)中，朝鮮婆婆納的相對(duì)含水量隨著土壤含水量的下降呈現(xiàn)明顯下降趨勢(shì)，與劉琛彬等[13]對(duì)婆婆納抗旱性的研究一致，雖然朝鮮婆婆納保水能力比婆婆納強(qiáng)，但是其抗旱能力仍較弱。

植物組織受到逆境傷害時(shí)，膜功能受損或結(jié)構(gòu)破壞而透性增大，葉片相對(duì)電導(dǎo)率是直接反映植物膜系統(tǒng)狀況的指標(biāo)[14]。細(xì)胞內(nèi)水溶性物質(zhì)外滲，細(xì)胞膜滲透性增加，電導(dǎo)率增強(qiáng)，且膜傷害越重，電解質(zhì)外滲增多，電導(dǎo)率越大[15]。從本試驗(yàn)可以看出，朝鮮婆婆納受到干旱脅迫后，細(xì)胞膜受損嚴(yán)重，葉片相對(duì)電導(dǎo)率顯著上升，表明朝鮮婆婆納對(duì)干旱環(huán)境極其敏感。

除此之外，SOD、POD等保護(hù)酶在消除超氧自由基、過氧化物以及阻止或減少羥基自由基形成等方面起重要的作用。抗氧化酶活性越高，植物的抗逆性越強(qiáng)[16]。朝鮮婆婆納受到干旱脅迫時(shí)，POD和SOD活性皆出現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)，表明干旱脅迫下，朝鮮婆婆納活性氧自由基的產(chǎn)生和清除代謝的平衡受到破壞，使活性氧自由基的產(chǎn)生占據(jù)主導(dǎo)地位從而導(dǎo)致自由基含量過多積累且超過閾值，進(jìn)而引發(fā)或加劇了細(xì)胞的膜脂過氧化，給植物體造成傷害[17]。

葉綠素含量在一定程度上能反映植物的光合能力。受到干旱脅迫時(shí)，朝鮮婆婆納Chl a/Chl b基本不變，與劉琛彬等[13]和牟筱玲等[18]的研究結(jié)果一致。但由于葉綠素的合成受多種環(huán)境因素影響，實(shí)驗(yàn)期間高溫脅迫對(duì)實(shí)驗(yàn)也有一定的影響，葉綠素含量變化也受到了一定的影響。干旱脅迫第8 d左右，大棚內(nèi)氣溫高達(dá)43 ℃，導(dǎo)致葉綠素含量明顯降低。

脯氨酸、可溶性糖、可溶性蛋白作為植物滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，三者的變化情況可以一定程度上反映植物抗旱能力的強(qiáng)弱。本研究中，脯氨酸含量隨著干旱脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)顯著上升，說明朝鮮婆婆納體內(nèi)的脯氨酸對(duì)逆境作出了積極的響應(yīng)。可溶性糖和可溶性蛋白含量呈現(xiàn)先升后降的變化趨勢(shì)，這說明適當(dāng)?shù)母珊得{迫對(duì)朝鮮婆婆納可溶性蛋白、可溶性糖的積累有利，但是超過其可承受范圍，細(xì)胞結(jié)構(gòu)受到破壞，功能喪失，可溶性蛋白、可溶性糖含量急劇下降，抗逆境能力也減弱。

綜上所述，植株生長(zhǎng)形態(tài)變化、植株存活率、葉片相對(duì)含水量、電導(dǎo)率、抗氧化酶活性、可溶性糖及可溶性蛋白等指標(biāo)均表明朝鮮婆婆納抗旱性較弱。植物抗旱性受到多方面因素影響，本試驗(yàn)只探討了一部分指標(biāo)，需進(jìn)一步對(duì)其他生理指標(biāo)和光合指標(biāo)進(jìn)行測(cè)量，以便于客觀公正地評(píng)價(jià)其水分適應(yīng)性。

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(責(zé)任編輯：侯春曉)

2017-02-22

浙江廣播電視大學(xué)高層次人才啟動(dòng)基金(KY050112161009)

彭安琪(1993—)，女，江西吉安人，碩士，從事園林植物栽培與管理研究工作，E-mail：517557523@qq.com。

林夏珍，教授，博士，從事園林植物栽培與管理研究工作，E-mail：linxz100@sohu.com。

10.16178/j.issn.0528-9017.20170746

Q945.78；S682.1+9

A

0528-9017(2017)07-1237-05

文獻(xiàn)著錄格式：彭安琪，林夏珍，劉玉成. 朝鮮婆婆納對(duì)干旱脅迫的生理響應(yīng)[J].浙江農(nóng)業(yè)科學(xué)，2017，58(7)：1237-1241.