三種野生觀賞蕨類植物的耐旱性研究

吳延春　何云核　高菊

摘 要： 本文研究狗脊、盾蕨、鳳丫蕨的耐旱能力，為其園林應(yīng)用提供參考依據(jù)。對(duì)三種蕨類植物材料在溫室中采用自然干旱的方式進(jìn)行干旱脅迫，每5天測(cè)定1次脅迫過程中生理生化指標(biāo)，并測(cè)定其葉片保水力。結(jié)果表明：干旱脅迫下，狗脊的葉片保水力變化幅度最大，鳳丫蕨其次，盾蕨最??；各植物電導(dǎo)率與對(duì)照組相比，均持續(xù)上升；葉綠素的含量均下降，鳳丫蕨葉綠素含量變化幅度最大；葉片中的SOD活性、POD活性、MDA含量、可溶性蛋白含量變化趨勢(shì)均為先升后降，鳳丫蕨SOD活性、POD活性、MDA含量在前期迅速增長(zhǎng)，狗脊、盾蕨緩慢上升。綜合分析表明三種蕨類耐旱能力依次為狗脊>盾蕨>鳳丫蕨。

關(guān)鍵詞： 狗脊；盾蕨；鳳丫蕨；耐旱性

中圖分類號(hào)：S682.35 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1004-3020（2015）02-0017-05

蕨類植物獨(dú)特的觀賞性，日益受到人們的喜愛，它雖然沒有鮮艷的花朵，但以古樸、典雅、清純的形態(tài)而獨(dú)樹一幟，享有“無花之美”的贊譽(yù)，在園林中應(yīng)用前景廣闊。

干旱是影響植物成活與生長(zhǎng)的重要限制因子。城市園林綠地每天都在消耗著大量的水資源。如何推動(dòng)“耗水型園林”向“節(jié)水型園林”發(fā)展，使城市綠化走上持續(xù)、健康的發(fā)展道路，成為當(dāng)前的一個(gè)熱門話題。蕨類植物由于其種類多，觀賞價(jià)值高，耐蔭性、耐瘠薄性強(qiáng)，可廣泛用作地被植物、盆景和切花材料，具有獨(dú)特的景觀價(jià)值和多樣化的生態(tài)適應(yīng)性。蕨類植物的根系較上層喬木和灌木淺，耐旱性相對(duì)較差，容易受到干旱脅迫的影響。目前國(guó)內(nèi)對(duì)蕨類植物的研究，大多還是集中在繁殖、資源調(diào)查等方面，針對(duì)抗性方面的研究很少，近年來有少數(shù)人開展了蕨類植物的耐蔭性、耐旱性等抗性研究，但也只是對(duì)某單一種類進(jìn)行研究[1-4]。

描述植物抗旱性的指標(biāo)很多，有生長(zhǎng)指標(biāo)、生理生化指標(biāo)等。生理指標(biāo)包括水分飽和虧缺、水勢(shì)、葉綠素含量、葉片膨壓以及與水分相關(guān)的生理指標(biāo)如蒸騰速率、光合速率和呼吸速率、氣孔導(dǎo)度、葉片保水力、質(zhì)膜透性等；生化指標(biāo)主要包括ABA含量、脯氨酸含量、保護(hù)酶系統(tǒng)（SOD、POD、CAT）、可溶性糖含量及丙二醛含量等；此外葉片保水力、相對(duì)電導(dǎo)率、可溶性蛋白的含量、葉綠素?zé)晒鈪?shù)等也可作為抗旱性生理指標(biāo)[5]。

狗脊Woodwardia japonica、鳳丫蕨Coniogramme japonica、盾蕨Neolepisorus ovatus三種蕨類植物在國(guó)內(nèi)地理分布較為廣泛，適應(yīng)性強(qiáng)，形態(tài)優(yōu)美，具有良好的景觀欣賞價(jià)值，其中鳳丫蕨嫩葉可作蔬菜，根莖可提取淀粉；狗脊和盾蕨皆可入藥，狗脊的根狀莖能補(bǔ)肝腎，強(qiáng)腰膝，祛風(fēng)濕；盾蕨能清熱利濕，散瘀活血。本文選取這三種植物作為研究對(duì)象，對(duì)其進(jìn)行較系統(tǒng)的耐旱性研究，為其園林應(yīng)用提供一定的理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料及處理

春季（2013年）采集浙江臨安野生的狗脊、盾蕨、鳳丫蕨，種植在浙江農(nóng)林大學(xué)風(fēng)景園林與建筑學(xué)院溫室中。翌年春季分株繁殖，栽植于直徑為18 cm的塑料盆中。將正常生長(zhǎng)的三種植物材料每種準(zhǔn)備10盆，置于學(xué)院溫室內(nèi)，1次性澆透水，以保持每盆內(nèi)土壤含水量的一致性。然后其中5盆停止?jié)菜?盆正常澆水作為對(duì)照。采取自然干旱的方式對(duì)三種植物進(jìn)行干旱脅迫，分別于5，10，15，20，25 d取樣，3次重復(fù)，取樣時(shí)間均為上午9∶00。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 葉片保水力的測(cè)定

在室內(nèi)自然干燥，取鮮葉后定時(shí)稱重直至基本恒重[6]。計(jì)算公式：

保水力W=1/Wk

Wk=失水量/總水量×100%。

1.2.2 膜透性的測(cè)定

用電導(dǎo)儀法測(cè)膜透性（細(xì)胞膜傷害率）[7]。計(jì)算公式：

相對(duì)電導(dǎo)率（%）=（C1-C0）/（C2-C0）×100%。

式中：C0為空白電導(dǎo)率，C1為樣品在常溫下的電導(dǎo)率，C2為樣品在煮沸后的電導(dǎo)率。

1.2.3 葉綠素含量的測(cè)定

采用浸提法測(cè)定葉綠素a、葉綠素b、葉綠素含量及葉綠素a/b值[8]。計(jì)算公式：

Ca=12.71×D663-2.69×D645

Cb=22.88×D645-4.67×D663

Ca+b=8.04×D663+20.19×D645

葉綠素含量（mg·g1·Fw1）=C×V×N×10001×M1

式中：Ca、Cb、Ca+b為葉綠素a、葉綠素b、葉綠素總的濃度，mg/L；D663、D645為葉綠素提取液在663，645 nm波長(zhǎng)下的光密度；C為Ca、Cb、Ca+b的值，V為提取液體積（mL），N為稀釋倍數(shù)（l，2，3），M為樣品鮮重（g）。

1.2.4 超氧化物歧化酶（SOD）活性的測(cè)定

采用氮藍(lán)四唑（NBT）法[9]。計(jì)算公式：

SOD總活性（U·g1·FW1）=（OD0-ODE）×Vt/0.5×OD0×W×VS）

式中：SOD總活性以每克鮮重酶單位表示；OD0為照光對(duì)照管的吸光度；ODE為樣品管的吸光度；Vt為樣品液總體積（mL）；VS為測(cè)定時(shí)樣品液用量（mL）；W為樣品鮮重（g）。

1.2.5 過氧化物酶（POD）活性的測(cè)定

采用比色法[10]。計(jì)算公式：POD活性（U·g1·min1·FW1）=（△A470×VT）/（0.01×VS×W×t）

式中：△A470為反應(yīng)時(shí)間內(nèi)吸光度△A470的變化；VT為提取酶液總體積（mL）；W為樣品鮮重（g）；VS為測(cè)定時(shí)取用酶液體積（mL）；t為反應(yīng)時(shí)間。

1.2.6 丙二醛（MDA）含量測(cè)定

計(jì)算公式[8]：MDA含量（μmol·g1·FW1）=（OD532-OD600）×Vt×V/（1.55×101×WF×Vs）

式中：OD532為樣品管在532 nm處的吸光度；OD600為樣品管在600 nm處的吸光度；Vt為樣品液總體積（mL）；Vs為測(cè)定時(shí)樣品液用量（mL）；V為反應(yīng)體系總量（mL）；WF為樣品鮮重（g）。

1.2.7 可溶性蛋白含量的測(cè)定

采用考馬思亮藍(lán)法[8]。計(jì)算公式：樣品中蛋白質(zhì)含量（mg·g1·FW1）=（C×VT）/（VS×WF×1 000）。式中：C為查得的蛋白質(zhì)含量；VT為提取液總量（mL）；VS為測(cè)定材料的重量（g）；WF為測(cè)試時(shí)提取液用量（mL）。所有數(shù)據(jù)采用Excel 2003和SAS軟件處理分析。

1.2.8 綜合評(píng)價(jià)

采用隸屬函數(shù)評(píng)估法。首先利用隸屬函數(shù)給定各項(xiàng)指標(biāo)在閉區(qū)間（0，1）內(nèi)相應(yīng)的數(shù)值，稱為“單因素隸屬度”，對(duì)各指標(biāo)作出單項(xiàng)評(píng)估。然后對(duì)各單因素隸屬度進(jìn)行加權(quán)算術(shù)平均，計(jì)算綜合隸屬度，得出綜合評(píng)估的指標(biāo)值。其結(jié)果越接近0越差，越接近1越好。計(jì)算公式：綜合指數(shù)為D=（∑di×P）/∑P。式中：D為綜合指標(biāo)指數(shù)（得分）；di為各指標(biāo)的單因素隸屬度；P為指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)值（權(quán)數(shù)）。

2 結(jié)果與分析

2.1 葉片保水力的測(cè)定

葉片保水力是鑒定植物耐旱性的重要指標(biāo)之一，是指葉片在離體條件下保持原有水分的能力，反應(yīng)了植物細(xì)胞內(nèi)自由水和束縛水的狀況，保水能力越強(qiáng)說明其耐旱性越強(qiáng)[11]。葉片失水量占總含量的百分比隨時(shí)間的延長(zhǎng)均增加，但其增加的幅度不同，可以看出狗脊的變化幅度最大，鳳丫蕨的其次，盾蕨最小。試驗(yàn)結(jié)果表明，三種植物的耐旱能力依次為盾蕨>鳳丫蕨>狗脊（圖1）。

2.2 干旱脅迫對(duì)植物細(xì)胞膜透性的影響

各種環(huán)境脅迫對(duì)植物的原生質(zhì)膜都有破壞作用，相對(duì)電導(dǎo)率的大小可以表示植物細(xì)胞膜的透性，反映膜系統(tǒng)受逆境傷害的程度。當(dāng)細(xì)胞膜受到損傷后，其透性增大，從而使溶液中的電解質(zhì)增加，相對(duì)電導(dǎo)率上升[12]。

隨著干旱脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)，三種植物相對(duì)電導(dǎo)率與同期對(duì)照組相比，均呈上升趨勢(shì)，特別是在干旱處理15天后相對(duì)電導(dǎo)率明顯增大。鳳丫蕨在干旱處理從第15～25天上升幅度最大；狗脊、盾蕨表現(xiàn)為緩慢上升。能在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)保持相對(duì)電導(dǎo)率緩慢上升的植物具有較強(qiáng)的耐旱性，因此三種蕨類植物葉片細(xì)胞膜忍受干旱脅迫的能力為：狗脊>盾蕨>鳳丫蕨，這個(gè)結(jié)果與干旱脅迫實(shí)驗(yàn)中植物萎蔫死亡的過程相吻合（表1）。

2.3 干旱脅迫對(duì)植物葉綠素的影響

干旱脅迫能引起蕨類植物葉片中葉綠素含量的變化。有些學(xué)者認(rèn)為可以根據(jù)干旱脅迫下葉綠素a/b的變化量來確定植物的抗旱性[13]。隨著干旱脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)，葉綠素的含量下降。鳳丫蕨的葉綠素含量變化幅度最大，表明鳳丫蕨在干旱脅迫下光合作用受到的影響最大。分析可知葉綠素a、葉綠素a+b，同一處理時(shí)間內(nèi)不同植物間差異極顯著（P﹤0.01）；葉綠素b、a/b，不同植物間差異顯著（P﹤0.05）；不同處理時(shí)間內(nèi)，同種植物的葉綠素a、葉綠素b、葉綠素a+b差異極顯著（P﹤0.01），a/b差異不顯著；不同植物在不同的處理時(shí)間內(nèi)葉綠素a、葉綠素a+b差異顯著（P﹤0.05），葉綠素b、a/b差異不顯著（圖2）。

能在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)維持SOD活性的蕨類植物，意味著有較強(qiáng)的耐旱能力。試驗(yàn)表明，隨著干旱脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)，三種蕨類植物葉片中的SOD活性均有變化，總體趨勢(shì)均為先升后降。鳳丫蕨葉片中的SOD活性在前期迅速增長(zhǎng)，在第15天達(dá)到最高值，然后就快速下降，說明鳳丫蕨的SOD活性較低，耐旱性較差；狗脊、盾蕨葉片中的SOD活性隨脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)快速上升，在第20天達(dá)到最大值，然后下降，在干旱脅迫后期狗脊SOD活性下降緩慢，說明耐旱性較強(qiáng)。方差分析可知同一處理時(shí)間內(nèi)不同植物間差異顯著（P﹤0.05），同種植物在不同處理時(shí)間差異極顯著（P﹤0.01），不同的植物在不同處理時(shí)間間差異也是極顯著（P﹤0.01）（圖3）。

2.4 干旱脅迫對(duì)超氧化物歧化酶（SOD）的影響

2.5 干旱脅迫對(duì)植物體內(nèi)過氧化物酶（POD）的影響

在植物遭受干旱逆境時(shí)，POD含量會(huì)上升[14]。在干旱脅迫的過程中，三種植物葉片中的過氧化物酶（POD）均呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)，鳳丫蕨葉片中過氧化物酶（POD）在干旱處理的第15天達(dá)到最高值，然后下降，說明鳳丫蕨過氧化物酶（POD）活性較弱；盾蕨、狗脊葉片中過氧化物酶（POD）活性上升的速度和幅度較接近，在第20天達(dá)到最大值，之后下降，其活性較強(qiáng)。可以看出同一處理時(shí)間內(nèi)不同植物間差異不顯著，同種植物在不同處理時(shí)間差異極顯著（P﹤0.01），不同植物在不同處理時(shí)間差異也是極顯著（P﹤0.01）（圖4）。

2.6 干旱脅迫對(duì)丙二醛（MDA）含量的影響

MDA含量可以反映植物遭受逆境傷害的程度[15]。在干旱脅迫過程中，葉片MDA含量緩慢增加的時(shí)間持續(xù)越長(zhǎng)，其耐旱性能越強(qiáng)。三種蕨類葉片的MDA含量隨著干旱處理時(shí)間的延長(zhǎng)均呈先升后降的趨勢(shì)。鳳丫蕨葉片的MDA含量上升的最快，在第15天時(shí)達(dá)到最大值，隨后開始下降，說明鳳丫蕨的耐旱能力最弱；狗脊、盾蕨葉片的MDA含量上升幅度較平緩，在第20天時(shí)達(dá)到最大值，然后下降。結(jié)果表明同一處理時(shí)間內(nèi)不同植物間差異顯著（P﹤0.05），同種植物在不同處理時(shí)間間差異極顯著（P﹤0.01），不同植物在不同的處理時(shí)間的差異極顯著（P﹤0.01）（圖5）。

2.7 干旱脅迫對(duì)可溶性蛋白的影響

三種植物體內(nèi)的可溶性蛋白隨著干旱時(shí)間的延長(zhǎng)先增后減，均在第15天達(dá)到最大值。方差分析表明同一處理時(shí)間內(nèi)不同植物間差異極顯著（P﹤0.01），同種植物在不同時(shí)間梯度間均差異極顯著（P﹤0.01），不同植物在不同的處理時(shí)間的差異極顯著（P﹤0.01）（圖6）。

2.8 三種植物耐旱性綜合評(píng)價(jià)

用上述某一種指標(biāo)來評(píng)價(jià)植物的耐旱能力強(qiáng)弱雖然有一定的相關(guān)性，但不能反映整體的生理生態(tài)機(jī)制。植物的耐旱性是由多種因素相互作用構(gòu)成的一個(gè)較為復(fù)雜的綜合性狀。采用模糊數(shù)學(xué)中的隸屬函數(shù)法對(duì)三種試驗(yàn)材料的上述指標(biāo)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，進(jìn)行種間比較，可評(píng)定其耐旱性強(qiáng)弱[16]。通過隸屬函數(shù)法綜合分析，三種蕨類植物的耐旱性強(qiáng)弱依次為：狗脊>盾蕨>鳳丫蕨。

3 結(jié)論與討論

實(shí)驗(yàn)表明，在干旱脅迫下，盾蕨的葉片保水力最強(qiáng)，狗脊最弱；鳳丫蕨的細(xì)胞膜損傷程度最大，狗脊最??；SOD活性、POD活性、MDA含量、可溶性蛋白含量均呈先升后降的趨勢(shì)。鳳丫蕨的SOD活性、POD活性較低，耐旱能力較差。因此，用單一的指標(biāo)很難全面而準(zhǔn)確的測(cè)定不同植物的耐旱性強(qiáng)弱，應(yīng)對(duì)多種植物生理指標(biāo)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。隸屬函數(shù)法綜合評(píng)價(jià)結(jié)果表明：三種蕨類植物中鳳丫蕨耐旱性最差；盾蕨耐旱性較好；狗脊耐旱性最強(qiáng)，可以嘗試在園林綠地中推廣應(yīng)用（用作地被植物、盆景和切花材料等等）。

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（責(zé)任編輯：鄭京津）