2種櫻屬植物對水濕脅迫生理響應(yīng)研究

陳鎖良等

摘 要 對2種櫻屬植物福建山櫻花和櫻桃幼苗進(jìn)行人工模擬水濕脅迫，在不同處理時間取其根系和葉片測定相對電導(dǎo)率、葉綠素、可溶性蛋白、脯氨酸、超氧物歧化酶和丙二醛等生理指標(biāo)。結(jié)果顯示：櫻桃在第6天即表現(xiàn)出萎蔫狀態(tài)，而福建山櫻花在第8天才出現(xiàn)萎蔫；從生理指標(biāo)測定來看，2種植物根部各生理指標(biāo)均低于葉片，其中福建山櫻花可溶性蛋白降解速度比櫻桃慢，而且超氧化物歧化酶（SOD）活性和脯氨酸含量更高；從兩者地上部與地下部生理指標(biāo)變化的同步性來看，福建山櫻花也優(yōu)于櫻桃。由此判斷，福建山櫻花抗水濕能力大于櫻桃。

關(guān)鍵詞 福建山櫻花；櫻桃；水濕脅迫；生理指標(biāo)

中圖分類號 S685.99 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A

Physiological Response to Water Stress of Two Cerasus Seedlings

CHEN Suoliang1， YIN Lijuan2， WANG Cheng2 *

1 Jiangsu Shengtai Construction Co. Ltd.， Danyang， Jiangsu 212300， China

2 Shanghai Landscape Gardengning Research Institute， Shanghai 200232， China

Abstract Artificial simulated water stress was treated on two Cerasus seedlings-- Cerasus campanulata and C. pseudocerasu， and the physiological indices-relative electric conductivity（REC）， chlorophyll content， soltuble protein， proline， superoxide dismutase（SOD）， malondialdehyde（MDA）of the roots and leaves were determined. The result showed that C. pseudocerasus wilted in the sixth day， while C. pseudocerasu wilted in the eighth day. In the aspect of physiological indices determination， teh levels of physiological indices in root were lower than those in leaves， soltuble protein degraded slower， SOD activity and proline content of C. campanulata were higher， and performed better physiological response synchronicity between above-ground portion and under ground portion. It was could be judged that the waterlogging resistance of C. campanulata was stronger than that of C. pseudocerasu.

Key words Cerasus campanulata； C. pseudocerasus； Water stress； Physiological index

doi 10.3969/j.issn.1000-2561.2014.01.021

中國是世界上受洪澇災(zāi)害影響最大的國家之一，有三分之二國土面積遭受過不同程度的洪澇災(zāi)害[1]，2000～2010年，中國（除港澳和臺灣地區(qū)）平均每年農(nóng)業(yè)受洪澇災(zāi)害影響的地區(qū)達(dá)到1 057.9萬hm2[2]。櫻屬植物（Cerasus）由于花期早，樹形優(yōu)美，已作為一個重要的植物類群，在園林綠化多樣性中占據(jù)著舉足輕重的地位。中國長江以南地區(qū)是櫻屬植物栽培的主要地區(qū)，該地區(qū)受季風(fēng)氣候和熱帶氣旋影響，降雨量大，地下水位高，造成櫻屬植物根部腐爛，葉片失水，致植株死亡，既破壞景觀效果，又給管理帶來諸多不便。因此，抗水濕能力強(qiáng)弱是櫻屬植物是否能在南方地區(qū)大面積應(yīng)用的主要因素之一。但目前對櫻屬植物抗性的研究都集中在抗寒[3]、抗旱[4-5]和抗病蟲[6]害等方面，抗水濕能力的研究報道不多，姜文等[5]對幾種櫻桃砧木進(jìn)行水濕脅迫，但只對其形態(tài)指標(biāo)進(jìn)行了描述，陳強(qiáng)[7]雖對以山櫻花（C. serrulata）為砧木的2個組合進(jìn)行了耐水濕的初步研究，但是，脅迫時間較短，水澇脅迫的效應(yīng)未充分顯示出來，而且未考慮砧穗組合親和性差異對砧木抗?jié)承缘挠绊?；王嘉艷[8]研究了5種櫻桃砧木在淹水過程中生理指標(biāo)的變化，但未對根系與葉片生理指標(biāo)的差異做出比較。而尚未見關(guān)于福建山櫻花和櫻桃耐水濕能力的報道。在中國，福建山櫻花（C. campanulata）是最耐熱的一個種，花期早、花色艷麗，為早春重要的觀花樹種；櫻桃（C. pseudocerasus）是栽培最廣泛的一個種，既可以作砧木，也可以作果樹或觀賞栽培。因此，本文模擬水濕脅迫，對福建山櫻花（Cerasus campanulata）和櫻桃（Cerasus pseudocerasus）的地上部和地下部生理響應(yīng)同時進(jìn)行研究，比較兩者耐水濕程度，為櫻屬植物栽培選址和養(yǎng)護(hù)管理提供理論指導(dǎo)和技術(shù)支持。

1 材料與方法

1.1 材料

供試福建山櫻花和櫻桃小苗均為3年生容器苗，福建山櫻花由上海市園林科學(xué)研究所2007年播種繁育；櫻桃為2008年購自山東泰安的1年生小苗，當(dāng)年上盆后存放于上海園林科學(xué)研究所苗圃待用。

1.2 方法

水濕脅迫處理于2010年9月28日開始在上海市園林科學(xué)研究所鹽生植物大棚水池中進(jìn)行。選取生長一致的容器苗，在棚內(nèi)緩苗1周后放入水池，整個試驗(yàn)過程始終保持水位與容器介質(zhì)表面平齊，設(shè)置每隔2 d取根系和葉片測定相關(guān)生理指標(biāo)。

相關(guān)生理指標(biāo)的測定方法參照相關(guān)文獻(xiàn)[9]進(jìn)行：葉綠素的測定采用95%酒精浸提法；可溶性蛋白含量采用考馬斯亮藍(lán)法；丙二醛（MDA）采用硫代巴比妥酸（TBA）法；脯氨酸含量采用磺基水楊酸法；超氧化物歧化酶（SOD）活性的測定采用氮藍(lán)四唑（NBT）法，以抑制光還原的50%為一個酶活性單位表示。

1.3 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Microsoft Office Excel和DPS數(shù)據(jù)處理軟件進(jìn)行分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 水濕脅迫對葉片相對電導(dǎo)率（REC）影響

水濕脅迫對福建山櫻花和櫻桃相對電導(dǎo)率（REC）有顯著影響（圖1），而且兩者葉片與根部EC的變化趨勢均呈“S”型。脅迫前6 d，二者葉片REC值有所下降，第8天顯著升高，并保持較高水平；而二者根部EC值變化不同步，福建山櫻花處理第8天顯著升高，櫻桃在處理第4天后就迅速升高，說明櫻桃根系在同等水淹條件下容易受到水濕脅迫的危害。

2.2 水濕脅迫對葉綠素的影響

由圖2可知，福建山櫻花葉綠素總量整體低于櫻桃，兩者葉綠素總含量變化趨勢相同，均為先降后升，但變化時間不同步。福建山櫻花葉綠素總量在脅迫后第2天達(dá)到谷點(diǎn)，櫻桃則在脅迫處理第6天達(dá)到谷點(diǎn)，表明福建山櫻花比櫻桃對水濕脅迫的處理更敏感。

2.3 水濕脅迫對可溶性蛋白的影響

在水濕脅迫中，福建山櫻花和櫻桃根系可溶性蛋白含量明顯均低于葉片（圖3），總體均為降低趨勢。兩者根系內(nèi)可溶性蛋白含量在第6天達(dá)到最低值。葉片可溶性蛋白含量在脅迫前2 d無明顯變化，第2～4天快速降解，達(dá)到最低值，說明水濕脅迫4 d后，植物體已經(jīng)開始受害，第8天櫻桃葉片可溶性蛋白含量有所升高，但之后又恢復(fù)到低點(diǎn)。櫻桃根部和葉片中可溶性蛋白降解速度大于福建山櫻花的降解速度，說明櫻桃更易受到水濕的危害。

2.4 水濕脅迫對脯氨酸含量的影響

福建山櫻花和櫻桃對水濕脅迫處理后，葉片中脯氨酸含量呈現(xiàn)出相同的響應(yīng)趨勢（圖4），表現(xiàn)為脅迫初期無顯著變化，第4天大幅升高。櫻桃葉片中的脯氨酸含量在第6天達(dá)到最大，然后趨于穩(wěn)定，而福建山櫻花葉片脯氨酸含量仍然保持較快的上升趨勢。兩者根部脯氨酸含量相對較低，櫻桃較福建山櫻花根部脯氨酸含量積累速度緩慢，可見櫻桃根部對水濕脅迫沒有及時產(chǎn)生應(yīng)對機(jī)制，導(dǎo)致受害較重。

2.5 水濕脅迫對超氧物歧化酶（SOD）活性的影響

2種櫻屬植物SOD活性變化不同（圖5），福建山櫻花葉片和根系中SOD活性在整個脅迫過程中變化同步，呈現(xiàn)持續(xù)升高趨勢。櫻桃葉片SOD活性在脅迫前期增強(qiáng)，第6天下降，之后趨于穩(wěn)定，說明隨著水濕脅迫時間延長櫻桃葉片內(nèi)氧自由基處于動態(tài)平衡中；而根系中SOD活性在脅迫初期較高，脅迫第6～8天出現(xiàn)下降，說明根系內(nèi)自由基含量增多而不能夠及時清除，已對其根系造成了一定危害。

2.6 水濕脅迫對丙二醛（MDA）含量的影響

2種櫻屬植物葉片丙二醛含量高于根系（圖6）。福建山櫻花葉片丙二醛含量呈現(xiàn)先降后升，但差異不顯著，根系則呈緩慢升高趨勢。櫻桃葉片丙二醛含量緩慢上升，根系丙二醛含量先小幅度下降，再緩慢升高。丙二醛含量總體呈現(xiàn)升高趨勢，說明細(xì)胞膜氧化程度上升，但變化幅度較小。因此，單一從丙二醛含量指標(biāo)不能判斷兩者受水濕脅迫的強(qiáng)度。

2.7 2種櫻屬植物地上部與地下部生理指標(biāo)相關(guān)性

除葉綠素含量外，其他5個抗逆生理指標(biāo)地上部與地下部相關(guān)性見表1。由表1可知，相對電導(dǎo)率、可溶性蛋白含量、脯氨酸、SOD活性地上部與地下部變化呈正相關(guān)?？傮w福建山櫻花各項(xiàng)指標(biāo)（除可溶性蛋白含量）地上部與地下部相關(guān)性高于櫻桃。此外，丙二醛含量指標(biāo)在2種植物葉片與根系的相關(guān)性不一致，且未達(dá)顯著水平，也可以說明丙二醛不能作為衡量2種櫻屬植物水濕受害程度的指標(biāo)。

3 討論與結(jié)論

從植株外觀分析，福建山櫻花比櫻桃更耐水濕。在脅迫后的前4 d，2種櫻屬植物均未表現(xiàn)異常，脅迫第6天，櫻桃的葉片開始萎蔫，第8～10天萎蔫情況嚴(yán)重，而福建山櫻花第8～10天葉片才出現(xiàn)輕微失水萎蔫。

細(xì)胞膜是植物運(yùn)送物質(zhì)的重要途徑，REC反映了受脅迫的細(xì)胞膜透性，丙二醛則是膜脂過氧化的降解產(chǎn)物，REC值和MDA含量越高說明植物電解質(zhì)滲透越多，細(xì)胞膜被氧化越嚴(yán)重[10]。2種櫻屬植物葉片REC升高的時間和幅度差異不大，但是櫻桃的根系EC值出現(xiàn)快速增長期的時間較福建山櫻花早，證明更易受到水濕脅迫的影響。丙二醛含量整體呈升高趨勢，表明受到水濕的危害，但二者升高幅度差異不顯著，這一指標(biāo)不能體現(xiàn)2種櫻屬植物在水濕脅迫中的受害程度。

葉綠素含量是光合效率的直接體現(xiàn)，水濕脅迫會使葉綠素降解，從而影響光合作用和干物質(zhì)積累。試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)2種櫻屬植物的葉綠素含量在脅迫前期下降，但之后又有不同幅度的升高，這與葉龍華[11]對3種幼苗水濕脅迫過程中葉綠素含量呈現(xiàn)小幅波動情況是一致的，但與王艷等[12]、金晶等[13]人的研究中葉綠素持續(xù)下降的結(jié)論有悖，推測可能是葉片失水速度增大，而導(dǎo)致單位質(zhì)量葉片葉綠素總量升高。

水濕脅迫還會阻礙植物體內(nèi)正常蛋白質(zhì)的合成，可溶性蛋白含量在兩種櫻屬植物中都有明顯的下降趨勢，從兩者的降解速度看也可以得出結(jié)論，櫻桃受水濕迫害較重。而Regginiani等[14]的研究顯示，為了適應(yīng)淹水脅迫導(dǎo)致的缺氧現(xiàn)象，植物體內(nèi)會產(chǎn)生一些厭氧蛋白以及參與代謝的酶類。由此推測，本試驗(yàn)中水濕脅迫后期根系和葉片內(nèi)可溶性蛋白含量增加的原因可能是在脅迫中產(chǎn)生了新的蛋白質(zhì)，使得整體可溶性蛋白含量升高。

脯氨酸是植物逆境中重要的滲透調(diào)節(jié)有機(jī)物，蛋白質(zhì)的降解（脯氨酸是其降解產(chǎn)物之一）和脯氨酸合成加強(qiáng)都會導(dǎo)致受害植物體內(nèi)游離脯氨酸的升高[15-17]。水濕脅迫中，福建山櫻花葉片脯氨酸第4天后積累加速積累，且持續(xù)升高，而櫻桃在脅迫6 d時就不再升高，說明櫻桃體內(nèi)已不能合成足夠的脯氨酸對水濕脅迫造成的危害進(jìn)一步調(diào)節(jié)。在根系方面，福建山櫻花脯氨酸積累速度也比櫻桃快，證明了福建山櫻花抗水濕能力較強(qiáng)。

SOD是植物體內(nèi)重要的保護(hù)酶之一，它能清除植物處于逆境條件下體內(nèi)的氧自由基。本試驗(yàn)中櫻桃植株體內(nèi)SOD活性整體較高，但根系內(nèi)SOD活性隨脅迫時間延長而降低，說明櫻桃受害程度大且耐受時間短，其葉片內(nèi)SOD活性先升后降，表明水濕脅迫會使植物體內(nèi)SOD活性升高，過度脅迫又會使其活性降低，這與汪貴斌等[17]的研究結(jié)果吻合。

本研究還發(fā)現(xiàn)，2種櫻屬植物葉片與根系中，生理指標(biāo)水平有差異?？扇苄缘鞍住⒏彼?、丙二醛在根系中含量低于葉片中含量，而SOD活性則為根系高于葉片。另外，根部對水濕脅迫的敏感度高于葉片，生理指標(biāo)的變化早于葉片，這與根系是水濕脅迫的直接作用部位密切相關(guān)。2種櫻屬植物各項(xiàng)生理指標(biāo)地上部與地下部的同步性上也存在著較大差異，其櫻桃遜于福建山櫻花，這可能也是櫻桃受害較重的原因之一。另外，2種植物對水濕脅迫具有不同的適應(yīng)機(jī)制，福建山櫻花表現(xiàn)為較積極的適應(yīng)，快速調(diào)整體內(nèi)各生理指標(biāo)，而櫻桃則表現(xiàn)較消極，這可能與2種植物原產(chǎn)地立地條件不同有關(guān)，相關(guān)機(jī)制還有待進(jìn)一步研究。

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責(zé)任編輯：趙軍明