水分和低溫脅迫對(duì)紫莖澤蘭幼苗抗性的影響

晏何英

(云南省曲靖市會(huì)澤縣茚旺高級(jí)中學(xué) 654200)

1 引言

紫莖澤蘭，別名解放草、破壞草，屬菊科澤蘭屬多年生草本植物或亞灌木，原產(chǎn)于美洲的墨西哥至哥斯達(dá)黎加一帶，于20世紀(jì)40年代從中緬邊境通過自然擴(kuò)散傳入我國(guó)云南省，現(xiàn)已在我國(guó)云南、貴州、四川、西藏和臺(tái)灣地區(qū)等地廣泛分布并造成危害[1]。紫莖澤蘭在云南省的10個(gè)地、州的98個(gè)縣、市都有發(fā)生，80%面積的土地都有其分布[2]，并仍以每年30～60km的速度向東向北擴(kuò)散。

國(guó)內(nèi)外對(duì)紫莖澤蘭的研究主要集中在其生物學(xué)特性、危害及其防治上，對(duì)于不同種群的紫莖澤蘭在水分和低溫脅迫下的生理反應(yīng)及生長(zhǎng)適應(yīng)性的研究，尚未見報(bào)道。植物的生長(zhǎng)不僅受到自身遺傳物質(zhì)的控制，還受到眾多環(huán)境因子的影響，如光、溫度、水和土壤營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)等在時(shí)空上的差異[3]，在眾多環(huán)境因素中，限制紫莖澤蘭生長(zhǎng)的最為普遍因素是水分、溫度。因此，開展不同種群紫莖澤蘭幼苗在干旱和低溫脅迫條件下的生長(zhǎng)特性、生理適應(yīng)機(jī)制及抗性的比較研究，探討與紫莖澤蘭入侵性相關(guān)的生物學(xué)特性，可為紫莖澤蘭防治提供理論依據(jù)。

2 材料與方法

2.1 實(shí)驗(yàn)材料 中國(guó)和墨西哥2個(gè)種群的紫莖澤蘭幼苗；主要儀器：培養(yǎng)袋(內(nèi)徑6cm、深為13cm)、微電腦光照培養(yǎng)箱、電子天平、托盤天平、培養(yǎng)箱、紫外分光光度計(jì)、烘箱、容量瓶和離心管等；試劑：96%乙醇、石英砂、碳酸鈣粉和蒸餾水。

2.2 實(shí)驗(yàn)方法 選擇中國(guó)和墨西哥2種群紫莖澤蘭幼苗各30株，每個(gè)種群幼苗無病蟲害、長(zhǎng)勢(shì)基本一致。測(cè)定并記錄其株高、葉片數(shù)目后將其分別移栽到培養(yǎng)袋中，每袋一株，栽培基質(zhì)由土壤和沙子按3∶1體積混勻而成，每袋裝土350±5g，保證每個(gè)培養(yǎng)袋中的土壤質(zhì)地、肥力和水分基本一致。澆透水后將其放在25℃的培養(yǎng)箱中培養(yǎng)一周，確保幼苗成活。將幼苗進(jìn)行100%飽和水和50%飽和水處理，在每1水分處理下再設(shè)3個(gè)溫度處理：10℃、自然條件和25℃。每個(gè)處理設(shè)5個(gè)重復(fù)，貼上處理標(biāo)簽，每日18∶00時(shí)通過天平稱重控制澆水量，在不同條件下生長(zhǎng)一個(gè)月后測(cè)定其株高、葉片數(shù)目、葉面積、根莖的生物量和葉綠素含量等參數(shù)。

2.2.1 株高、根長(zhǎng)和葉片數(shù)的測(cè)定 用直尺測(cè)定處理前幼苗的株高，記錄其葉片數(shù)；將處理后的幼苗從基質(zhì)中移出，洗凈后用剪刀將根和地上部分分開，用直尺(精確度1mm)分別測(cè)定株高和根長(zhǎng)。并計(jì)算以下參數(shù)：

(1)株高平均相對(duì)生長(zhǎng)速率(HRGR)=(最終株高-開始株高)/開始株高×100%

(2)葉片數(shù)平均相對(duì)生長(zhǎng)速率(LRGR)=(最終葉片數(shù)-開始葉片數(shù))/開始葉片數(shù)×100%

2.2.2 葉面積的測(cè)定 用剪刀分別將每株幼苗葉片取下，放在不同培養(yǎng)皿中，擦凈葉片表面污物，用Li-cor3000型面積儀測(cè)定其葉面積并記錄。

2.2.3 葉綠素含量的測(cè)定 葉綠素含量的測(cè)定采用李合生的方法[4]，將每個(gè)處理?xiàng)l件下生長(zhǎng)的2種群紫莖澤蘭幼苗葉片平均分作3份，每份0.15g，用吸水紙去除表面雜質(zhì)(灰塵)，然后在暗處剪碎放入研缽中，加入少量的石英砂和碳酸鈣粉及96%乙醇2～3mL，研成勻漿，再加乙醇8 mL，繼續(xù)研磨至組織變白，靜置3～5min，過濾到20mL容量瓶中得到葉綠素提取液。然后用分光光度計(jì)測(cè)定649nm和665nm兩個(gè)波長(zhǎng)處的吸光度。葉綠素的濃度(mg/L)按以下公式計(jì)算：葉綠素a=13.95A665-6.88A649；葉綠素b=24.96A649-7.32A665。

2.2.4 生物量的測(cè)定 分別將每一株幼苗的根和莖放入信封內(nèi)，在80℃烘箱中烘干24h后，用電子天平(精確度0.0001)分別稱每一株的根重和莖重并記錄。

2.3 數(shù)據(jù)處理 分別以各個(gè)處理為自變量，用統(tǒng)計(jì)軟件SPSS10.0進(jìn)行描述性分析及單因素方差分析(One-Way ANOVA)與多重比較(DUNCAN法)，并用Excel軟件和SigmaPlot10.0軟件繪圖。

3 結(jié)果與分析

3.1 水分和溫度對(duì)2種群紫莖澤蘭幼苗生長(zhǎng)參數(shù)的影響 水分脅迫和低溫脅迫對(duì)2種群紫莖澤蘭幼苗的生長(zhǎng)參數(shù)產(chǎn)生了不同程度的影響，均與其他處理?xiàng)l件下的有顯著差別(P<0.05)。

在10℃處理?xiàng)l件下，中國(guó)種群幼苗葉片數(shù)與其他處理?xiàng)l件下的有顯著差別，墨西哥種群幼苗的無顯著差別。中國(guó)紫莖澤蘭幼苗在低溫和水分脅迫條件下的株高與自然溫度條件下的株高無顯著差異，墨西哥種群幼苗的株高則與其他處理?xiàng)l件下的差異達(dá)到了顯著水平。

在不同的水分、溫度條件下，紫莖澤蘭的葉面積差異較大，呈現(xiàn)出穩(wěn)定的規(guī)律性變化。因此，與單項(xiàng)生理指標(biāo)相比，更適宜作低溫、干旱耐受性的評(píng)價(jià)指標(biāo)。2種群紫莖澤蘭幼苗葉面積增長(zhǎng)速率均隨著溫度的升高、水分的增加呈先升高后下降的趨勢(shì)，均在自然條件100%水處理下達(dá)到最大值，低溫脅迫下，2種群的葉面積均與自然溫度和25℃下的存在顯著性差異。當(dāng)水分脅迫與低溫脅迫時(shí)，2種群葉面積擴(kuò)展都受到了限制，中國(guó)種群差異顯著。中國(guó)紫莖澤蘭幼苗除在10℃100%水、自然條件50%水處理外，均存在顯著差異(P<0.05)，水分脅迫下的葉面積均較同一溫度下正常供水的小；墨西哥種群的幼苗葉面積無顯著性差異。水分脅迫下，中國(guó)紫莖澤蘭幼苗的根長(zhǎng)比同一處理?xiàng)l件下的墨西哥種群幼苗的根長(zhǎng)，存在顯著性差異(P<0.05)。

3.2 水分和溫度對(duì)2種群紫莖澤蘭幼苗相對(duì)生長(zhǎng)速率的影響 隨著溫度的降低和水分的減少，2種群幼苗的相對(duì)生長(zhǎng)速率均呈下降趨勢(shì)，中國(guó)種群除低溫和水分雙重脅迫和單一低溫脅迫的處理?xiàng)l件外，株高和葉片數(shù)在各個(gè)處理下一直是增長(zhǎng)的，但水分和溫度適宜的條件更適合其生長(zhǎng)，生長(zhǎng)速率達(dá)最大值，分別為66.74%、54.33%，在低溫和水分脅迫下的株高相對(duì)生長(zhǎng)速率為5.23%，葉片數(shù)相對(duì)生長(zhǎng)速率為0；墨西哥種群幼苗在低溫和水分(10℃50%水)處理?xiàng)l件的株高相對(duì)生長(zhǎng)速率為-12.82%，葉片數(shù)的相對(duì)生長(zhǎng)速率是為3.12%，其生長(zhǎng)受阻，長(zhǎng)時(shí)間的水分虧缺和低溫使其幼苗出現(xiàn)萎蔫現(xiàn)象，心葉或幼嫩葉片出現(xiàn)局部褐斑或枯死，試驗(yàn)后的株高值比試驗(yàn)前反而有所下降。

3.3 水分和溫度對(duì)2種群紫莖澤蘭幼苗生物量和葉綠素含量的影響 在同一處理?xiàng)l件下，2種群間根的生物量無顯著性差異，墨西哥種群幼苗的莖生物量比中國(guó)種群在自然條件50%水、自然條件100%水和25℃50%水處理?xiàng)l件下存在顯著差異(P<0.05)。2種群間幼苗的葉綠素a含量存在顯著的差異，中國(guó)種群的較墨西哥種群的少；葉綠素b含量差異不顯著。單一水分脅迫下，2種群幼苗根生物量與同溫下的正常供水的相比，均呈增加趨勢(shì)。單一低溫脅迫下，2種群幼苗根生物量與自然條件100%水和25℃100%水條件下的相比，均呈增加趨勢(shì)，且差異不顯著。2種群幼苗的莖生物量均在自然溫度飽和水下達(dá)到最大值。在單一低溫脅迫下，中國(guó)紫莖澤蘭幼苗的莖生物量與自然條件100%水和25℃100%水條件下的相比，無顯著性差異；墨西哥種群幼苗的在自然條件100%水下的無顯著性差異，在25℃100%水下的有顯著性差異。水分脅迫下的葉綠素a含量均較同一溫度、正常供水下的少，差異顯著。

同一水分條件下，隨著溫度的降低，葉綠素a含量呈上升趨勢(shì)，在10℃50%水、自然條件50%水和25℃50%水下的差異不顯著，在10℃100%水、自然條件100%水和25℃100%水下的差異顯著，均在10℃100%水下達(dá)最大值。在同一水分處理下，隨著溫度的上升，葉綠素b含量是先增加后下降，但差異不顯著，均在自然溫度下達(dá)最大值。

4 結(jié)論

通過對(duì)2種群紫莖澤蘭幼苗的生長(zhǎng)參數(shù)、生長(zhǎng)速率、生物量和葉綠素含量進(jìn)行單因素方差分析和多重比較，結(jié)果表明：①在水分和低溫的脅迫下，2種群紫莖澤蘭幼苗的株高和葉片的生長(zhǎng)速率均較低，均受到不同程度的抑制作用，墨西哥種群的株高抑制作用尤為顯著。②中國(guó)種群紫莖澤蘭幼苗的抗旱能力較墨西哥種群的強(qiáng)，在水分脅迫下，前者的根長(zhǎng)度較后者的長(zhǎng)，有顯著性差異，葉面積的變化趨勢(shì)則與根長(zhǎng)的相反，根生物量分配的增多擴(kuò)大了水分吸收表面積，在一定程度上緩解了缺水對(duì)其生長(zhǎng)的限制。這可能是中國(guó)紫莖澤蘭在長(zhǎng)期的進(jìn)化過程中，基因頻率發(fā)生改變，抗旱性調(diào)控基因使其抗旱基因成功表達(dá)，從而增強(qiáng)其細(xì)胞的活力，提高其抗干旱能力，是目前中國(guó)紫莖澤蘭入侵性強(qiáng)于墨西哥紫莖澤蘭的原因之一。③2種群紫莖澤蘭幼苗的莖生物量和葉面積的變化趨勢(shì)基本一致，水分和低溫脅迫均對(duì)兩者的生長(zhǎng)和擴(kuò)展產(chǎn)生不同程度的抑制作用，中國(guó)種群差異顯著。④水分脅迫下2種群紫莖澤蘭幼苗葉綠素a含量較正常供水的少，低溫脅迫下2種群葉綠素a含量均達(dá)最大值，與正常溫度下的有顯著性差異,這可能是為了增強(qiáng)抗寒能力；葉綠素b含量差異均不顯著。