矮溲疏幼苗生理特性對淹水脅迫的響應(yīng)

王葉滕堯張子雄陳彩霞龍秀琴

(1.貴州省山地資源研究所,貴州 貴陽 550001；2.貴州省植物園，貴州 貴陽 550004)

隨著氣候條件的不斷變化，近些年一些地區(qū)夏季降雨量大且相對集中，易形成洼地積水，這對園林樹種的選擇提出了更高要求，開展園林植物淹水脅迫的研究十分必要。有學者通過測定植物生長量和營養(yǎng)水平來研究間斷性淹水對棉花產(chǎn)量的影響[1]。曾建軍等人對植物澇害產(chǎn)生機制以及植物應(yīng)對水澇的相關(guān)機理研究進行了綜述[2]。陳傳紅等人進行了淹水脅迫對西瓜幼苗生理活性物質(zhì)SOD、POD和蛋白質(zhì)、還原糖影響的研究[3]。仁情扎西等人從淹水所造成的危害以及植物對淹水的反應(yīng)來探討植物與水的生態(tài)關(guān)系，并從生理和形態(tài)結(jié)構(gòu)方面分析了植物耐澇性的機理[4]。何嵩濤等人通過測定銀杏葉片中超氧化物歧化酶(SOD)、過氧化物酶(POD)、過氧化氫酶(CAT)等生理指標的測定來研究淹水條件下銀杏膜脂過氧化作用及保護酶活性變化情況[5]。蘇慧敏等人從形態(tài)和生理特征等方面對太陽扇扦插苗進行淹水研究[6]。

矮溲疏(Deatzia‘hybrida Boule’)，虎耳草科(Saxifragaceae)溲疏屬的雙子葉植物，是溲疏的一個矮化變種，花白色或外面略帶紅暈且密集，是一種觀賞性好、適應(yīng)性強的觀花小灌木，具有較好的園林綠化價值。從目前研究報道來看，對溲疏及矮溲疏的研究報道相對較少。蘇婷等人通過對密花蓮翹和矮溲疏新梢生長量、丙二醛(MDA)、超氧化物歧化酶(SOD)、過氧化物酶(POD)等生理指標的測定，從而進行了耐旱性差異比較[7]；柴慈江等人對矮溲疏進行了試管苗的莖芽增殖和生根培養(yǎng)技術(shù)的研究[8]；史寶勝等人對小花溲疏種子萌發(fā)條件進行了研究，并在萌發(fā)的時間、出現(xiàn)萌發(fā)高峰的時間和發(fā)芽率等方面均進行了差異性比較[9]；鄧洪平等人進行了多輻溲疏居群過氧化物酶同工酶分化研究[10]；何平在光學顯微鏡和掃描電鏡下對四川省溲疏屬12種、3變種的花粉形態(tài)進行了初探[11]。但是尚未見淹水脅迫對矮溲疏生理特性影響的研究報道，因此，本項目進行了淹水脅迫對矮溲疏生理特性影響的研究，通過測定超氧化物歧化酶(SOD)活性、丙二醛(MDA)含量、可溶性糖含量、根系活力等指標，了解其耐澇能力，為其在園林綠地中的運用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

選擇生長健壯的矮溲疏植株，剪取發(fā)育基本一致的新梢(保留3～4個節(jié))進行扦插繁殖，扦插苗在珍珠巖中于小拱棚內(nèi)越冬，春季萌動后，篩選生長良好的一年生矮溲疏扦插苗為試驗材料，移入裝有等量(約1600g)培養(yǎng)土(園土∶珍珠巖為4∶1)的塑料盆內(nèi)，待新梢長到8cm左右進行淹水處理。

1.2 試驗方法

采用盆栽方法，在水箱中進行淹水處理，水面高出培養(yǎng)土約1cm，以正常水分管理為對照。采用隨機區(qū)組設(shè)計，每盆2株，每個小區(qū)2盆，3次重復，每處理共12株。每次取樣6盆，其中3盆用于生理指標測定，3盆用于解除脅迫后的恢復性觀察。設(shè)置8個處理，即淹水8d，淹水脅迫后每間隔24h取樣測定。

1.3 試驗指標

進行淹水處理后，每天早上8∶00進行取樣，測定SOD活性、MDA含量、可溶性糖含量、根系活力等生理指標并進行植株解除脅迫后的恢復性觀察。采用TTC法測定根系酶活力，蒽酮法測定植物葉片組織中可溶性糖含量，三氯乙酸(TCA)浸提的方法測定植物體丙二醛(MDA)含量，氮藍四唑(NBT)還原比色法測定超氧化物歧化酶(SOD)活性[12]。

1.4 數(shù)據(jù)分析

試驗數(shù)據(jù)采用Excel 2010軟件進行統(tǒng)計分析，利用IBM SPSS Statistics 22.0軟件做顯著性分析(顯著性閾值為p<0.05)。

2 結(jié)果與分析

2.1 淹水脅迫對矮溲疏外部形態(tài)的影響

淹水脅迫下矮溲疏外部形態(tài)變化和解除脅迫后的恢復性觀察結(jié)果見表1。對照植株新梢生長快，葉片青綠，生長良好。淹水1～3d植株外觀未表現(xiàn)明顯的脅迫癥狀；第4天后，新梢生長量較對照慢，部分植株葉片出現(xiàn)萎焉、光澤度下降，但解除脅迫后在24h后可恢復生長狀態(tài)；而淹水脅迫5d時，大部分葉片萎焉、下垂，解除脅迫后需約2d才可恢復；當淹水6d后，葉片表現(xiàn)黃色斑點，糜爛及脫落現(xiàn)象，解除脅迫后仍無法恢復。這說明淹水環(huán)境抑制了植物根系和葉片生理生化反應(yīng)過程，從而表現(xiàn)相應(yīng)的脅迫癥狀。

表1 淹水脅迫介導植株外部形態(tài)變化及解除脅迫時間

2.2 矮溲疏根系對淹水脅迫的響應(yīng)

淹水脅迫下矮溲疏根系活力總體呈現(xiàn)先上升后逐漸下降的趨勢。淹水處理第1天，根系活力迅速增高，極顯著高于對照，而后逐漸降低，前4d均高于對照。第2天與第3天之間，第4天與第5天之間達到顯著，而淹水前2d極顯著的高于對照，見表2。由此說明矮溲疏在淹水處理后發(fā)生了明顯的生理生化變化。

2.3 淹水脅迫下植物葉片丙二醛(MDA)含量變化

矮溲疏葉片MDA含量經(jīng)過第1天的迅速增高后基本呈下降趨勢。除第6天外，第1天與對照及其它各處理均達到顯著，說明矮溲疏對淹水比較敏感，能在較短時間內(nèi)合成較多的抗逆性物質(zhì)，而后對淹水環(huán)境產(chǎn)生一定的適應(yīng)性；第8天又顯著低于第6天，這表明矮溲疏對淹水環(huán)境的適應(yīng)性和忍耐力是有限的，經(jīng)過6d的淹水后，植物體對淹水表現(xiàn)明顯的脅迫響應(yīng)。

2.4 淹水脅迫下葉片可溶性糖含量的變化

隨淹水時間的推移，矮溲疏葉片中可溶性糖含量先上升后下降。淹水處理后，可溶性糖含量逐漸增高，第3天達到最大值，第4天顯著下降，第5天低于對照。淹水3d的植物葉片中可溶性糖含量顯著高于對照和其它處理，且極顯著高于對照。由此說明，植物前3d對淹水環(huán)境產(chǎn)生忍耐力，植物通過大量分解多糖或降低光合中可溶性糖向多糖的轉(zhuǎn)化速率來滿足植物生長發(fā)育對營養(yǎng)物質(zhì)的需求。

2.5 淹水脅迫下葉片超氧化物歧化酶(SOD)活性變化

矮溲疏幼苗淹水后，其葉片中超氧化物歧化酶(SOD)活性在第1天迅速增高，較對照顯著，隨后基本呈現(xiàn)上升趨勢，第4天達到峰值后逐漸下降，而后在一定小范圍內(nèi)波動，但其活性仍高于對照。對SOD活性進行顯著性測定，說明矮溲疏葉片中SOD活性對淹水環(huán)境敏感，且第4天極顯著高于對照和其它試驗處理，表明矮溲疏在淹水下可維持較高的SOD活性來增強耐澇能力。

表2 矮溲疏幼苗在淹水脅迫下的生理生化變化

3 討論與結(jié)論

淹水脅迫引起植物代謝紊亂、營養(yǎng)失調(diào)、乙烯增加、生長受抑[13]。其中活性氧易對蛋白質(zhì)和核酸產(chǎn)生破壞作用，而在逆境脅迫下植物體內(nèi)活性氧增加，使細胞膜中不飽和脂肪酸發(fā)生膜脂過氧化，細胞膜流動性降低，導致代謝紊亂。植物體內(nèi)也有清除活性氧的酶系統(tǒng)，包括抗氧化物歧化酶(SOD)、過氧化物酶(POD)、過氧化氫酶(CAT)、谷胱甘肽過氧化物酶(GPX)、谷胱苷肽還原酶(GR)等[14]。矮溲疏在淹水脅迫下的超氧化物歧化酶(SOD)活性變化與楊寶銘等人對“寒富”蘋果淹水脅迫下葉片和根系中SOD活性表現(xiàn)出先升高達到峰值，然后逐漸下降的類似趨勢[15],之后持續(xù)保持一個較高的穩(wěn)定水平，且遠遠高于對照，但與廖文燕等人對淹水脅迫下金錢松幼苗生理響應(yīng)的研究結(jié)果相反[16]，說明矮溲疏與金錢松可能對淹水環(huán)境有不同的耐受性。丙二醛(MDA)是植物細胞膜膜脂過氧化的產(chǎn)物之一，是植物受害的一個重要指標，王義強等人對淹水脅迫下銀杏生理指標研究表明，隨著淹水時間的推移，植物細胞膜脂過氧化增強，MDA含量急劇增加，細胞膜受害加重[17]，其結(jié)果與本研究類似。SOD在植物體中將引起膜脂過氧化的超氧陰離子轉(zhuǎn)化為氧化能力相對較弱的過氧化氫，而MDA是細胞膜膜脂過氧化產(chǎn)物。在本試驗中，植物淹水第4天時，SOD活性達到峰值而MDA含量卻降到最低，這與植物的生理特性相符。

可溶性糖和蛋白質(zhì)含量變化是逆境脅迫中較為常見的生理現(xiàn)象，在脅迫條件下，為了維持體內(nèi)與膨壓相關(guān)的生理代謝得以正常進行，植物通過加快代謝活動來增加細胞質(zhì)中溶質(zhì)含量，降低滲透勢維持細胞膨壓[18]。淹水脅迫下矮溲疏葉片中可溶性糖含量呈現(xiàn)先急劇上升后下降的趨勢，與陳傳紅等人對西瓜幼苗進行淹水脅迫的研究結(jié)果基本一致[3]，而與蘇慧敏等人對太陽扇扦插苗在淹水下的研究相反[6]。根系是植物水分吸收和養(yǎng)分攝取的主要器官，植物是否能從土壤中吸收水分取決于土壤和植物根系間的水勢差，水勢差的建立依賴于礦物離子的轉(zhuǎn)運，而礦物離子向根內(nèi)運輸需要有氧呼吸釋放能量[13]，因此，淹水脅迫下抑制根系細胞的有氧呼吸，無氧呼吸增加，酒精等無氧代謝物積累，根系活力降低，本試驗結(jié)果符合這一趨勢，且在第5天顯著低于對照，在“寒富”蘋果的研究中也得出相同的結(jié)果[15]。

綜合矮溲疏在淹水脅迫及解除脅迫后的形態(tài)變化和各生理生化指標認為，矮溲疏有較強的耐澇能力，能耐4～5d的淹水脅迫，可廣泛運用于園林綠化。