2個鐵線蓮品種對淹水脅迫的生理響應

蔡進　劉志高　季夢成　孫歐文

摘要：為探究觀賞鐵線蓮在不同淹水脅迫下的生理響應機制，以羞噠噠、波蘭精神2個栽培品種為材料，設置2個脅迫處理（半淹水位控制在花盆的1/2，全淹水位控制在高于表層土壤5 cm處），并以正常水分管理為對照，分別測定供試材料7、14、21、28、35 d時的葉綠素a、葉綠素b、總葉綠素、類胡蘿卜素、相對電導率、丙二醛（MDA）、脯氨酸、可溶性蛋白、過氧化物酶（POD）、超氧化物歧化酶（SOD）活性等生理指標。結果表明，在半淹處理下，2個鐵線蓮品種隨水淹脅迫時間的延長，葉綠素a、葉綠素b、總葉綠素、類胡蘿卜素含量均明顯下降;相對電導率、MDA含量、脯氨酸含量、可溶性蛋白含量、POD活性、SOD活性均明顯上升。在全淹處理下，2個鐵線蓮品種的葉綠素a、葉綠素b、總葉綠素、類胡蘿卜素含量均明顯下降;MDA含量、脯氨酸含量、相對電導率呈上升趨勢;POD、SOD活性均先上升后下降。通過隸屬函數法綜合評價耐澇性，發現半淹條件下的耐澇性明顯高于全淹條件下的耐澇性，羞噠噠的耐澇性高于波蘭精神。

關鍵詞：鐵線蓮;淹水脅迫;生理響應

中圖分類號： S682.390.1文獻標志碼： A

文章編號：1002-1302（2019）08-0154-04

鐵線蓮隸屬于毛茛科（Ranunculaceae）鐵線蓮屬（Clematis），是一類觀賞價值高且具有多種抗逆性的藤本植物。該屬植物種類多大而色鮮，花色豐富，花期長，觀賞價值高，有“攀援植物皇后”的美稱[1-2]。在日本和西方園林中，鐵線蓮屬植物已占有十分重要的地位。此外，該屬植物還具有較高的藥用價值，是中醫和民間常用于利尿通淋、祛風止痛的藥。鐵線蓮屬植物的開發利用，不僅在城市園林中具有潛在觀賞價值，而且在醫藥應用方面也有廣闊前景[3]。

浙江省地處亞熱帶季風氣候區，降水充沛，年均降水量為 1 600 mm 左右，是我國降水較豐富的地區之一，夏季易發生洪澇災害。鐵線蓮喜肥沃、排水良好的堿性壤土，忌積水，淹水脅迫是鐵線蓮屬植物在該類地區應用相對較少的主要原因之一[4]。近年來，浙江省不斷積極引種國外優良鐵線蓮栽培品種，但由于浙江省夏季的高溫高濕氣候，鐵線蓮栽培品種的園林應用并未取得預期的效果。有關鐵線蓮品種耐澇性相關研究未見報道，本試驗結合前期對觀賞鐵線蓮品種在杭州地區栽培適應性的觀測結果，選取耐澇性差異較大的鐵線蓮品種羞噠噠和波蘭精神為試材，測定在不同程度淹水脅迫下的生理響應指標，并運用隸屬函數對2個鐵線蓮栽培品種耐澇性進行綜合評價，為引種國外鐵線蓮栽培品種在我國園林中的篩選、應用及本土鐵線蓮觀賞品種選育提供理論依據和參考。

1材料與方法

1.1供試材料及處理

選用鐵線蓮栽培品種羞噠噠和波蘭精神二年生苗為試材，2017年4月于浙江虹越花卉有限公司購入。采用常規水肥管理，待植株長勢良好時進行試驗。

試驗于2017年4月在浙江農林大學溫室內進行。選取長勢良好且相對一致的幼苗，采用“雙套盆法”，淹水脅迫設置3個梯度：正常供水（羞噠噠為CK，波蘭精神為CK′）;半淹（羞噠噠為T1，波蘭精神為T1′）;全淹（羞噠噠為T2，波蘭精神為T2′）。對照組進行正常水分管理，半淹水位控制在花盆1/2處，全淹水位控制在高于表層土壤5 cm處，每天18：00進行水分補充。每個處理9盆，2個品種共54盆。分別在處理7、14、21、28、35 d采集植株3至4張成熟葉片。葉綠素和脯氨酸含量測定用鮮葉，其余指標用經液氮速凍后置于-80 ℃冰箱保存的樣品進行測定。

1.2指標測定及方法

葉綠素和類胡蘿卜素含量測定采用95%乙醇浸提法[5];丙二醛含量采用硫代巴比妥酸法測定[6];脯氨酸含量采用磺基水楊酸提取法測定[7];可溶性蛋白含量用考馬斯亮藍法測定[8];超氧化物歧化酶（SOD）活性測定采用氮藍四唑法（NBT）[9];過氧化物酶（POD）活性測定采用愈創木酚法[10]。

1.3數據處理

用Excel進行數據整理分析，用Origin 8.0作圖。耐澇性評價方法采用隸屬函數法[11]，評價2個鐵線蓮品種各指標均使用脅迫35 d時的數據。各指標隸屬函數值具體計算方法如下：

（1）當指標與植物耐受性呈正相關時：

U（Xi）=（Xi-Xmin）/（Xmax-Xmin）;

當指標與植物耐受性呈負相關時：

U（Xi）=1-（Xi-Xmin）/（Xmax-Xmin）;

（2）平均隸屬值：

X=∑Xi/n。

式中：U（Xi）為各指標的隸屬值，U（Xi）越大耐受性越強;Xi為某一指標的測定值;Xmax和Xmin分別為某一指標的最大值和最小值;X為平均隸屬值;n為樣本總量。

2結果與分析

2.1淹水脅迫對2個鐵線蓮品種葉片色素含量的影響

由圖1可知，隨著淹水時間的延長，2個鐵線蓮品種葉片葉綠素a、葉綠素b、總葉綠素及類胡蘿卜素含量總體均呈下降趨勢，不同品種及不同處理間下降幅度不同。半淹處理下，羞噠噠葉綠素a、葉綠素b及總葉綠素含量下降趨勢一致，隨試驗時間延長呈下降趨勢;波蘭精神葉綠素a、葉綠素b及總葉綠素含量在處理14 d出現明顯變化。全淹處理下，2個鐵線蓮品種脅迫初期葉綠素a、葉綠素b及總葉綠素含量明顯下降，羞噠噠在處理21 d降幅較大，分別比對照下降33.57%、33.66%、33.62%;波蘭精神在處理14 d降幅最大，分別比對照下降52.40%、55.40%、53.65%。根據觀察發現，羞噠噠類胡蘿卜素含量隨時間延長無明顯變化;波蘭精神類胡蘿卜素含量緩慢下降。結果表明，在處理35 d時波蘭精神比羞噠噠葉片色素含量低，表明淹水處理對波蘭精神葉片色素含量的影響更為明顯。

2.2淹水脅迫對2個鐵線蓮品種膜脂過氧化的影響

由圖2可知，隨著淹水脅迫時間的延長，2個鐵線蓮品種MDA含量變化趨勢基本一致。半淹處理下，脅迫初期MDA含量呈緩慢上升的趨勢，處理21 d時2個鐵線蓮品種的MDA含量明顯上升，處理35 d時達最大值，分別比對照上升了 22.50%、36.29%。全淹處理下，羞噠噠在處理21 d時MDA含量上升幅度最大，比對照上升了29.03%，處理35 d時，MDA含量達最大值;波蘭精神在處理14 d時上升幅度最大，比對照上升了33.14%，處理35 d時，MDA含量最大。在整個脅迫過程中，2個鐵線蓮品種全淹脅迫的MDA含量始終高于半淹脅迫，波蘭精神MDA含量上升速度高于羞噠噠，說明半淹比全淹對細胞膜的傷害大，淹水對波蘭精神細胞膜的傷害較羞噠噠大。

淹水脅迫下2個鐵線蓮品種的相對電導率變化基本一致，隨著淹水時間延長呈逐漸上升趨勢。半淹條件下，羞噠噠和波蘭精神的相對電導率在21 d較對照仍未出現明顯變化;

羞噠噠和波蘭精神這2個鐵線蓮品種的相對電導率在35 d時均達到最大值，分別為0.152和0.167。在全淹條件下，羞噠噠和波蘭精神這2個鐵線蓮品種的相對電導率在脅迫初期明顯上升，均在處理35 d達到最大值，分別達到0.208和0.342。結果表明，全淹較半淹處理2個鐵線蓮品種葉片受到的傷害更大。從水淹處理35 d的結果來看，羞噠噠比波蘭精神的相對電導率低，表明淹水處理對波蘭精神生長的影響更為明顯。

2.3淹水脅迫對2個鐵線蓮品種滲透調節物質的影響

由圖3可知，隨著淹水脅迫時間的延長，2個鐵線蓮品種脯氨酸含量基本呈上升趨勢。在半淹處理下，羞噠噠和波蘭精神脯氨酸含量在脅迫初期明顯上升，均在21 d時增幅最大，分別比對照增加692.14%和316.20%。在全淹處理下，2個鐵線蓮品種脯氨酸上升幅度明顯高于半淹處理，在28 d時增幅最大，分別比對照上升880.40%和726.25%。之后隨時間增加增幅減緩，處理35 d時2個鐵線蓮品種脯氨酸含量最大。

2個鐵線蓮品種可溶性蛋白含量變化趨勢有較大差異。半淹處理下，羞噠噠可溶性蛋白含量呈現先增加后下降的趨勢。脅迫初期（14 d內）較對照無明顯差異，21 d時可溶性蛋白含量達到最大值，比對照增加6.76%，之后緩慢下降，整個脅迫過程中可溶性蛋白含量均略高于對照;波蘭精神呈先下降后上升的趨勢，脅迫7 d時可溶性蛋白含量達到最大值，比對照增加6.02%，之后緩慢下降，在處理35 d時出現小幅增加，整個脅迫過程中可溶性蛋白含量略高于對照。全淹處理下，羞噠噠變化趨勢與半淹一致，呈先增加后下降的趨勢。波蘭精神呈先下降后上升的趨勢，脅迫7 d時可溶性蛋白含量最大，比對照增加3.70%，之后緩慢下降，脅迫28 d時可溶性蛋白含量達到最低值。根據觀察發現，隨淹水處理時間的延長，2個鐵線蓮品種可溶性蛋白含量無明顯變化。

2.4淹水脅迫對2個鐵線蓮品種抗氧化酶活性的影響

由圖4可知，半淹處理下，2個鐵線蓮品種POD活性不斷上升。羞噠噠在28 d時POD活性增幅最大，POD活性為 91.33 U/（g·min）。波蘭精神在21 d時POD活性增幅最大，POD活性為78.33 U/（g·min）。淹水35 d結束時，2個鐵線蓮品種POD活性均達到最高值，分別為116.00、91.67 U/（g·min）。全淹處理下，2個鐵線蓮品種POD活性變化趨勢基本一致，均先上升后下降。羞噠噠在28 d時達到最高值，為118.33 U/（g·min），之后明顯下降，淹水35 d結束時，POD活性為81.66 U/（g·min）。波蘭精神在21 d時，POD活性達到最高值96.0 U/（g·min），之后明顯下降，處理35 d結束時，POD活性為44.0 U/（g·min）。觀察發現，脅迫初期2個鐵線蓮品種各處理下的POD活性均呈上升趨勢，脅迫后期半淹條件下植物仍能保持POD活性增加趨勢，維持細胞內活性氧平衡，全淹條件下2個鐵線蓮品種POD活性明顯下降，說明在全淹條件下植物無法依靠自身調節適應澇害環境，生長受到影響。

2個鐵線蓮品種SOD活性變化與POD活性變化相似，半淹處理下，羞噠噠SOD活性不斷上升，至35 d時達到最大值，為10.48 U/g，與對照相比上升20.76%。波蘭精神呈先上升后下降的趨勢，在處理21 d時達到最大值，為9.81 U/g，比對照上升了11.35%，至35 d時SOD活性達到最低值，為 7.41 U/g，比對照下降13.93%。全淹處理下，2個鐵線蓮品種的變化趨勢基本一致，均呈先上升后下降的趨勢。羞噠噠在 28 d 達到最高值，為11.61 U/g，之后顯著下降，在淹水 35 d 結束時，SOD活性為9.36 U/g。波蘭精神在14 d時達到最高值11.60 U/g，之后顯著下降，處理結束時SOD活性為 5.21 U/g。

2.52個鐵線蓮品種耐澇性的綜合評價

由表1可知，利用模糊數學隸屬函數法對2個鐵線蓮品種的10項生理指標進行耐澇性綜合評價，以各項指標隸屬度平均值作為鐵線蓮品種耐澇能力的綜合鑒定標準，其值大小表示耐澇性能力的高低。羞噠噠半淹、羞噠噠全淹、波蘭精神半淹、波蘭精神全淹的隸屬函數平均值分別為0.75、0.58、0.39、0.30，表明相同品種半淹的耐澇性強于全淹，羞噠噠的耐澇性強于波蘭精神。

3討論

光合色素是植物進行光合作用的重要物質基礎，其含量直接反映植物的生長狀況和光合能力，淹水脅迫促進光合色素分解以減少光量子對植物的傷害[12]。2個鐵線蓮品種在淹水脅迫下，葉綠素a、葉綠素b、總葉綠素及類胡蘿卜素含量均有明顯減少，羞噠噠的下降幅度小于波蘭精神。半淹處理下，脅迫前期2個鐵線蓮品種的色素含量均能保持平穩，表明在輕度淹水脅迫下鐵線蓮能夠通過自身調節來適應環境。全淹條件下，脅迫初期色素含量明顯下降，可能是由于淹水脅迫導致色素分解酶迅速合成引起色素含量顯著下降。這與李力等對北部紅楓的研究結果[13]一致。

細胞膜是防止細胞外物質自由進入細胞的屏障，能保證細胞內環境相對穩定，使各種生化反映能夠有序地運行。相對電導率、MDA含量反映脅迫條件下細胞膜受到的傷害程度。相對電導率表示細胞質膜透性，相對電導率越大表明組織滲出液越多，質膜透性越大，反映植物受到的傷害程度越深。MDA含量反映膜脂過氧化和膜受傷害程度。蔡永萍等研究發現，淹水增加了膜質過氧化，使MDA含量增加[14]。隨著淹水脅迫程度及時間增加，2個鐵線蓮品種的電導率呈上升趨勢，波蘭精神較羞噠噠上升更為明顯。表明隨著淹水脅迫時間的增加，細胞膜受害程度加劇。MDA含量呈上升趨勢，與相對電導率一致。相對電導率與MDA含量的變化與植物的耐澇性相關，2個鐵線蓮品種在半淹條件下的相對電導率和MDA含量較全淹小，表明鐵線蓮植物在輕度淹水環境中能夠通過自身防御機制應對環境。羞噠噠的MDA含量低于波蘭精神，相對電導率也相對較低。表明羞噠噠細胞膜受到的傷害程度較小，波蘭精神受到的傷害程度較大。

脯氨酸、可溶性蛋白作為植物的主要滲透調節劑，通過降低細胞原生質滲透勢、促進細胞從外界吸收水分、調節細胞滲透壓來減輕淹水脅迫對植物體的傷害[15]。在逆境脅迫條件下，植物體內脯氨酸累積含量明顯增加，通過脯氨酸含量增加維持細胞滲透壓，同時保護酶和膜系統免受傷害，增強植物的抗逆性[16]。可溶性蛋白質具有較強的親水性，其含量增加會導致細胞內束縛水含量增加，提高細胞的保水能力[17]。本試驗中，2個鐵線蓮品種脯氨酸含量隨時間延長增加，這與種培芳等在金色葉樹木對SO2脅迫生理響應的研究結果[18]一致。2個鐵線蓮品種脯氨酸含量變化趨勢一致，呈先慢后快的上升趨勢，在脅迫35 d達到最大值。耐澇性較強的羞噠噠脯氨酸含量明顯高于波蘭精神。2個鐵線蓮品種可溶性蛋白含量在整個脅迫期間無明顯變化規律，表明淹水脅迫對鐵線蓮植物可溶性蛋白影響較小。

POD、SOD是細胞抵御活性氧傷害的主要保護酶類[19]。研究表明，在逆境脅迫下，植物體內的SOD、POD活性均會上升[20]。本試驗中，半淹處理下，2個鐵線蓮品種的POD活性呈上升趨勢，在處理結束35 d達最高值，表明鐵線蓮植物在輕度淹水環境下可通過提高保護酶活性清除自由基。全淹條件下2個鐵線蓮品種POD活性先上升后下降，在脅迫后期植物保護酶系統遭到破壞無法維持正常生長。SOD活性變化與POD活性變化相似，2個鐵線蓮品種均呈先上升后降低的趨勢。羞噠噠在脅迫結束35 d時POD、SOD活性均高于波蘭精神，表明羞噠噠更耐水濕。

淹水脅迫對植物的影響是多方面的，淹水環境中植物也能夠通過自身調節適應環境，但是超過植物淹水承受范圍時，植物生長會受到影響直至死亡。本試驗中葉片色素含量、MDA含量、相對電導率、脯氨酸含量、POD和SOD活性對淹水脅迫較敏感，可溶性蛋白無明顯變化。結合隸屬函數法對淹水脅迫下不同指標進行綜合評價，2個鐵線蓮品種半淹處理下的耐澇性顯著高于全淹處理下的耐澇性，羞噠噠的耐澇性強于波蘭精神。

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