兩種長白山野生草本地被植物對水分脅迫的生理響應

劉 娜，孫景花，王 宇，溫桂梅，陳興玲，李莉娜，李 麗

(1.長春市林業(yè)科學研究院，吉林 長春 130117;2.吉林省林業(yè)科學研究院，吉林 長春 130033;3.長春市勝利公園，吉林長春 130051)

長春地區(qū)處于典型的溫帶大陸性季風氣候區(qū)，氣候特點為冬季、夏季溫差大，春季、秋季干旱少雨，園林綠化植物的抗水分極端能力是僅次于抗寒性的重要生理指標。為了篩選出抗逆性強、適應長春地區(qū)栽培的園林綠化地被新材料，作者對長白山野生草本地被植物野火球(Trifolium lupinaster L.)、黃蓮花(Lysimachia dvurica Leddebour)開展了不同程度水分脅迫條件下的生理指標檢測分析，討論了兩種長白山野生草本地被植物的抗旱性，旨在為其推廣應用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料和試驗處理

該研究系盆栽試驗，在長春市林科院種苗中心溫室內(nèi)進行。于2011年4月在溫室選用2 a生的野火球、黃蓮花返青苗裝盆，以田園土為基質，常規(guī)水肥管理。2011年7月，分別選擇野火球、黃蓮花生長基本一致的返青苗，每種90株，進行水分脅迫試驗。試驗分3個處理，分別為正常澆水管理(對照)、持續(xù)干旱(重旱)、持續(xù)水淹(重澇)，每處理3次重復。脅迫持續(xù)42 d，在脅迫1 d、10 d、20 d、30 d、42 d 時取樣本，進行高生長量、葉片相對含水量、MDA、細胞膜透性、可溶性糖含量的測定。脅迫進行到42 d時，將試驗樣本全部取出，測定植株鮮重和干重。

1.2 測定方法

①植株根冠干重比測定。在水分脅迫試驗結束時，選取未采葉片的脅迫植株和對照株，分割根和枝干部分，清洗后于70℃烘箱中烘至恒重，分別稱重。

②脅迫土壤含水量測定。采集盆土10 cm深的土樣稱鮮重，置于烘箱在80℃條件下烘干，24 h后稱重，計算土壤含水量。土壤含水量=(干重 －容器重)/(鮮重 －容器重)×100%。

③質膜透性測定。細胞膜透性采用DDS－11A雷磁電導率儀測定。葉片用自來水沖洗后，再用蒸餾水沖洗2～3次;葉片打孔(直徑8 mm)，裝入試管中，加入10 ml蒸餾水，抽真空20 min，室溫靜置4 h，測定浸泡液電導率;沸水浴15 min，冷卻至室溫，測定煮沸電導率;以蒸餾水為空白對照。計算電解質滲出率，電解質滲出率=(浸泡液電導率－蒸餾水電導率)/(煮沸電導率－蒸餾水電導率)×100%。

④葉片相對含水量(RWC)測定。取試驗株中部葉片，稱鮮重，經(jīng)105℃進行殺青，后置于70℃干燥箱中烘干，稱其干重，計算葉片相對含水率。相對含水率=(葉片鮮重－葉片干重)/葉片鮮重×100%。

⑤膜脂過氧化物丙二醛(MDA)含量測定。稱取剪碎的試材1 g，加入2 ml 10%TCA和少量石英砂，研磨至漿狀;在勻漿中加8 mlTCA進一步研磨，將研磨后的樣品置于4 000 r·min－1離心10 min。提取樣品上清液2 ml(對照加2 ml蒸餾水)，加入2 ml 0.6%TBA 溶液，混勻物于沸水浴上反應15 min，迅速冷卻后再離心。取上清液測定532 nm、600 nm和450 nm波長下的消光度。

⑥代謝物質測定?？扇苄蕴呛康臏y定采用蒽酮比色法。準確稱取0.1 g待測品種葉片于研缽中，加10 ml蒸餾水研磨成勻漿，轉移至大試管中，沸水浴20 min，再轉移至離心管中，4 000轉離心15 min，取上清液 1 ml，加入5 ml蒽酮，沸水浴10 min，冷卻至室溫，在分光光度計620 nm波長處比色。

2 結果與分析

2.1 水分脅迫對干物質積累的影響

將兩種植物在水分脅迫后測定的干重等有關數(shù)據(jù)記入表1。

表1 水分脅迫下根、冠干重及相對含水率

由表1可以看出，兩種地被植物根、冠干物質積累都受到了不同程度的抑制。野火球在持續(xù)干旱條件下，根、冠干物質積累與對照相比較分別降低了67.7%、68.2%;在持續(xù)水淹條件下，根、冠干物質積累與對照相比較分別降低了75.8%、61.0%。黃蓮花在持續(xù)干旱條件下，根、冠干物質積累與對照相比較分別降低了35.4%、22.8%;在持續(xù)水淹條件下，根、冠干物質積累與對照相比較分別降低了49.4%、59.1%。可見，黃蓮花根、冠干物質降幅相對較小，抗旱性較強。

2.2 水分脅迫對株高生長的影響

兩種地被植物的高生長量隨著水分脅迫時間的延長均受到不同程度的抑制(圖1、圖2、)。其中，在持續(xù)干旱條件下，野火球初期高生長保持小幅上升的趨勢，后期由于植株頂端部分葉片萎蔫脫落，生長量出現(xiàn)了小幅下降，可見其生長受到了抑制;黃蓮花高生長則始終保持小幅上升狀態(tài)。持續(xù)水淹條件下，黃蓮花高生長基本處于停滯狀態(tài)。

圖1 水分脅迫下黃蓮花的株高變化

圖2 水分脅迫下野火球的株高變化

2.3 水分脅迫對相對含水量的影響

在水分脅迫條件下，兩種植物葉片的相對含水率呈現(xiàn)出不同的變化趨勢(圖3、圖4)。黃蓮花在水淹條件下，與對照的變化趨勢基本一致，受到影響比較小。在持續(xù)干旱條件下呈現(xiàn)下降趨勢，脅迫40 d后下降到初始值的0.12。野火球在兩種水分條件脅迫下，葉片相對含水率的下降幅度不斷增大。在持續(xù)干旱條件下呈現(xiàn)下降趨勢，脅迫42 d后，下降到初始值的0.21;在持續(xù)水淹條件下呈現(xiàn)下降趨勢，脅迫42 d后，下降到初始值的0.29。從中可以看出，野火球較黃蓮花受持續(xù)干旱脅迫的影響大。

圖3 黃蓮花相對含水率

圖4 野火球相對含水率

2.4 水分脅迫對葉片細胞質膜透性的影響

隨著水分脅迫時間的延長，野火球與黃蓮花葉片電解質滲出率均呈現(xiàn)逐漸增加的趨勢(圖5、圖6)。野火球在持續(xù)干旱條件下脅迫42 d后，上升為初始值的1.53倍;持續(xù)水淹條件下脅迫42 d后，上升為初始值的1.43倍。黃蓮花持續(xù)干旱條件下脅迫42 d后，上升為初始值的1.33倍;持續(xù)水淹條件下脅迫42 d后，上升為初始值的1.43倍。黃蓮花與野火球相比較細胞質膜透性增大幅度相對較小。

圖5 黃蓮花的細胞膜透性

圖6 野火球的細胞膜透性

2.5 水分脅迫對可溶性糖的影響

兩種植物可溶性糖含量隨著水分脅迫時間的延長均呈現(xiàn)逐漸增加的趨勢(圖7、圖8)。野火球在持續(xù)干旱條件下脅迫42 d后，上升為初始值的2.61倍;持續(xù)水淹條件下脅迫42 d后，上升為初始值的1.51倍。黃蓮花持續(xù)干旱條件下脅迫42 d后，上升為初始值的3.58倍;持續(xù)水淹條件下脅迫42 d后，上升為初始值的3.00倍。黃蓮花與野火球相比較變化幅度相對較大。

圖7 黃蓮花可溶性糖含量

圖8 野火球可溶性糖含量

2.6 水分脅迫對丙二醛含量的影響

兩種植物丙二醛含量隨著水分脅迫時間的延長均呈現(xiàn)逐漸增加的趨勢(圖9、圖10)。野火球在持續(xù)干旱條件下脅迫42 d后，上升為初始值的2.53倍;在持續(xù)水淹條件下脅迫42 d后，上升為初始值的3倍。黃蓮花在持續(xù)干旱條件下脅迫42 d后，上升為初始值的3.58倍;在持續(xù)水淹條件下脅迫42 d后，上升為初始值的3.00倍。黃蓮花與野火球相比較丙二醛增加幅度相對較大。

圖9 黃蓮花丙二醛含量

圖10 野火球丙二醛含量

3 結論與討論

3.1 相對含水量變化與植物對水分脅迫的反應

植物的抗旱性系指植物在水分缺乏環(huán)境下的承受能力。在植株缺少水分時，葉片適應性主要表現(xiàn)為有利于減少水分散失、保持水分并提高水分的有效利用率。植物通過加速葉片衰老和脫落來減少總葉片面積，并且單葉面積形成比正常條件下要小，兩種適應性變化都可防止水分的過分散失。在本試驗中，兩種植物在受到持續(xù)水分脅迫時，通過加速老葉衰老方式來防止水分的過分散失，從而維持植株生理功能的正常進行。野火球植株的含水量較高，葉片較早出現(xiàn)失水萎蔫癥狀(23 d)，同時老葉逐漸開始變黃，脅迫后期葉片失水速度加快，相對含水量迅速下降，這與植物自身的特性有關。黃蓮花葉片的相對含水量下降的速率較慢，直到脅迫30 d后老葉開始變黃。從脅迫到最后試驗結束，總共維持了40多天的時間，可見兩種植物都具有非常強的抗旱性。

植物對澇害的適應能力稱為抗?jié)承?。水分過多對植物的傷害并不在于水分本身，而是由此引起的次生脅迫。在本試驗中，當植物受到持續(xù)水淹脅迫時，黃蓮花前期的相對含水量變化緩慢，直到脅迫30 d后，下降的速率才開始增加;野火球的相對含水量始終變化緩慢，可見野火球與黃蓮花相比其抗?jié)承愿鼜姟?/p>

3.2 細胞膜的穩(wěn)定性與植物對水分脅迫的適應性

植物葉片中的丙二醛(MDA)含量標志著細胞膜脂質過氧化程度，細胞內(nèi)自由基的出現(xiàn)和消除處于動態(tài)平衡狀態(tài)。在正常情況下，自由基水平很低，不會傷害細胞，當植物處于脅迫狀態(tài)時，平衡就被打破，自由基過度累計，細胞就將受到傷害。自由基導致膜脂過氧化作用，產(chǎn)生較多的膜脂過氧化產(chǎn)物(乙烯、乙烷和MDA)，膜完整性被破壞。因而，丙二醛含量增加說明膜脂質過氧化作用增強。

在本試驗中，野火球膜脂過氧化產(chǎn)物(MDA)含量開始由于受到植物體內(nèi)保護酶系統(tǒng)的抑制作用而下降，當達到一定的限度后，引起膜脂分子結構的改變，MDA逐漸上升，當膜完整性被破壞，最終導致植株死亡。兩種地被植物隨著脅迫時間的延長膜相對透性不斷上升，說明植株受到持續(xù)的水分脅迫后，膜的結構受到破壞，透性不斷增大。

3.3 可溶性糖含量與植物對水分脅迫的反應

可溶性糖是植物體內(nèi)一種重要的碳水化合物，當植物受到浸透脅迫時，會出現(xiàn)生理性缺水，可溶性糖將在植物體內(nèi)大量積累，其含量在一定程度上反映了植物體內(nèi)水分狀況，可作為植物缺水的參考指標。本試驗中，在持續(xù)干旱條件下，黃蓮花的可溶性糖增加幅度較大，說明其具有較高的浸透調節(jié)能力，因此，也具有較強的抗干旱適應性。

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