干旱脅迫對桂花幼苗生長及生理生化特性的影響

廖亮，吳家勝，吳江，尤民其

(1.樂清市雁蕩山林場，浙江 樂清 325614；2.浙江農(nóng)林大學(xué)，亞熱帶森林培育國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室培育基地，浙江 臨安 311300；3.臺州市黃巖區(qū)農(nóng)業(yè)林業(yè)局，浙江 黃巖 318020)

桂花(Osmanthusfragrans)是中國傳統(tǒng)名花之一，有金桂、銀桂、四季桂和丹桂四大品系，在我國有2 000多年的栽培歷史[1-2]，廣泛分布在淮河流域及長江流域。而目前，對桂花的研究主要集中于桂花資源[2]、分類[3]、香味[4]、園林利用[5]等方面。水分是影響植物生長發(fā)育的重要環(huán)境因素之一,而干旱脅迫對植物造成的損失則是較為嚴(yán)重的[6-7]。桂花在生長過程中經(jīng)常受季節(jié)性干旱的影響，而有關(guān)桂花在干旱脅迫下生長、生理生化響應(yīng)及適應(yīng)性調(diào)節(jié)等方面的研究尚未見報道,本文研究干旱環(huán)境下桂花幼苗對干旱脅迫的生理生化響應(yīng)，為桂花的栽培提供科學(xué)的理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地自然概況

試驗(yàn)地點(diǎn)位于浙江農(nóng)林大學(xué)智能大樓后面的試驗(yàn)大棚內(nèi)，該地屬亞熱帶季風(fēng)氣候，年平均氣溫16℃，極端最高氣溫42.1℃，極端最低氣溫-13.4℃，≥10℃年活動積溫5 000℃左右，年均降水量1 600mm，年平均無霜期為237d，年日照時間1 774h。

1.2 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)材料為一年生桂花實(shí)生幼苗，苗木生長基本一致，平均苗高24.8cm，平均地徑為4.17mm，培養(yǎng)基質(zhì)為沙壤土(每盆放3.5kg)，置于加侖盆中(直徑為18cm，高為20cm)，下面墊1個塑料托盤(直徑為20cm，高為2cm)，以防止水肥的流失。2016年3月底定植于盆內(nèi)，4月初和5月初各施肥1次，分2次施入。施肥量為每盆施尿素1.64g(含氮46%)，過磷酸鈣3.12g(含P2O512%)，氯化鉀0.94g(含K2O 60%)[8]。

1.3 試驗(yàn)方法

干旱試驗(yàn)設(shè)置5個干旱梯度，設(shè)置基質(zhì)飽和含水量的75%作為對照(CK)，飽和含水量的60%為W1處理，飽和含水量的45%為W2處理，飽和含水量的30%為W3處理，飽和含水量的15%為W4處理，每個梯度重復(fù)3次，各重復(fù)5盆。干旱處理于2016年7月5日開始,7月8日達(dá)到上述5個處理要求，利用稱重法測量土壤水分含量，并于每天上午8點(diǎn),補(bǔ)足其蒸發(fā)的水量。

1.4 指標(biāo)測定方法

2016年8月8日時采集桂花苗木葉片的混合樣(每株取3-4輪功能葉1片，作為混合樣)，每個處理測定3次。

超氧化物歧化酶(SOD)采用氮藍(lán)四唑光化還原法測定，過氧化物酶(POD)采用愈創(chuàng)木酚法測定，可溶性糖(SS)采用蒽酮比色法測定，脯氨酸(SP)采用酸性茚三酮法測定，細(xì)胞膜透性用電導(dǎo)率法測定，丙二醛(MDA)采用硫代巴比妥酸含量的測定方法，葉綠素采用浸提法測定[9-10]，苗高采用皮尺測定，地徑采用電子游標(biāo)卡尺測定，生物量采用稱重法測定，所有指標(biāo)重復(fù)測定3次。

1.5 數(shù)據(jù)分析

利用DPS軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行方差和主成分分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 干旱脅迫對桂花生長的影響

從表1可以看出，桂花幼苗在干旱脅迫下生長受到不同程度的影響，經(jīng)分析，干旱脅迫對桂花苗高、地徑、根生物量和總生物量均有顯著影響(W1處理下苗高除外)，W4處理下，苗高、地徑、根生物量和總生物量分別比對照下降了12.0%、25.7%、34.4%和36.0%。

表1 不同干旱脅迫程度對桂花幼苗生長的影響Tab.1 The changes of growth indexes after different treatments

2.2 干旱脅迫對桂花幼苗葉片酶活性和丙二醛含量的影響

表2表明，干旱脅迫下SOD活性和POD活性隨著干旱加劇呈現(xiàn)先升后降的趨勢，分別在W3和W2處理下達(dá)到峰值，各處理均顯著高于對照；而丙二醛含量則隨著干旱脅迫加劇一直處于增長的趨勢，各個處理間差異顯著。W4處理下，SOD活性、POD活性和丙二醛含量分別比對照上升21.3%、8.0%和108.2%。

表2 不同干旱脅迫程度對桂花幼苗葉片酶活性和丙二醛含量的影響Tab.2 The changes of enzymatic activity and MDA content after different treatments

2.3 干旱脅迫對桂花幼苗葉片滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)及相對電導(dǎo)率的影響

由表3可知,隨著干旱脅迫加劇，桂花幼苗葉片游離脯氨酸、可溶性糖及相對電導(dǎo)率呈現(xiàn)上升趨勢，W4處理下，桂花幼苗葉片游離脯氨酸、可溶性糖及相對電導(dǎo)率分別比對照上升了117.9%、56.5%和91.3%，且和對照差異顯著。

表3 不同干旱脅迫程度對桂花幼苗葉片滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)及相對電導(dǎo)率的影響Tab.3 The changes of osmotic adjustment and relative conductivity after different treatments

2.4 干旱脅迫對桂花幼苗葉片葉綠素含量的影響

從表4可以看出,隨著干旱脅迫加劇，葉綠素a、葉綠素b和總?cè)~綠素含量呈現(xiàn)下降的趨勢，W4處理下，葉綠素a、葉綠素b和總?cè)~綠素含量分別比對照下降了31.4%、30.6%和30.8%，且和對照差異顯著。

表4 不同干旱脅迫程度對桂花幼苗葉片葉綠素含量的影響Tab.4 The changes of chlorophyll content after different treatments mg/g

2.5 主成分分析

通過DPS軟件對桂花幼苗葉片的13個指標(biāo)進(jìn)行主成分分析，得到樣本相關(guān)矩陣的特征向量、特征值和累積貢獻(xiàn)率(表5)，前2個成分共累積貢獻(xiàn)率為96.07%(第1主成分81.96%，第2 主成分14.11%)。第1主成分中，各項(xiàng)系數(shù)差異不大，能基本反映各指標(biāo)的綜合情況。第2主成分與POD、SOD值密切相關(guān)。

表5 干旱主成分特征向量、特征值及貢獻(xiàn)率Tab.5 Characteristic vector,eigenvectors and percentages of accumulated contribution of principal components

3 結(jié)論與討論

植物對干旱脅迫的響應(yīng)表現(xiàn)在多方面，其中最直觀的表現(xiàn)為干旱脅迫引起植物水分虧缺,影響植物的正常生長[11-12]，使植物的各種生化活性受到影響，從而加快其組織、器官和個體的衰老[13],進(jìn)一步影響植物的生長發(fā)育。本試驗(yàn)結(jié)果表明，不同干旱脅迫條件下，桂花生長(苗高、地徑、根生物量、總生物量)受到不同程度的抑制，這與曹昀等[14]對蘆葦(Phragmitesaustralis)幼苗的研究結(jié)果一致，表明桂花幼苗通過個體變小、生長速率減緩等策略來適應(yīng)干旱脅迫。

干旱脅迫造成植物的傷害主要是導(dǎo)致細(xì)胞脫水，從而破壞細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)和功能。滲透調(diào)節(jié)是植物適應(yīng)干旱脅迫的一種重要生理機(jī)制，植物細(xì)胞通過脯氨酸和可溶性糖的積累進(jìn)行滲透調(diào)節(jié)，穩(wěn)定細(xì)胞結(jié)構(gòu)和功能，防止細(xì)胞脫水，從而維持細(xì)胞正常的生理過程[15-16]。脯氨酸是水溶性最大的氨基酸,Smirnoff證實(shí)外源脯氨酸對活性氧具有清除作用[17]。本研究中，干旱脅迫下，脯氨酸含量及可溶性糖顯著高于對照，說明桂花通過脯氨酸及可溶性糖的積累來調(diào)節(jié)內(nèi)滲透勢以提高抗旱能力?？梢?，脯氨酸和可溶性糖是重要的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，這與吳敏等[18]對栓皮櫟(Quercusvariabilis)的研究結(jié)果一致。

膜傷害學(xué)說認(rèn)為，細(xì)胞中清除自由基保護(hù)酶系統(tǒng)的存在,是細(xì)胞免于傷害和抗性增強(qiáng)的主要原因之一[19-20]。SOD能將活性氧自由基清除而形成H2O2,而POD和CAT可把H2O2變?yōu)镠2O[21]。因此,對活性氧的清除能力是決定細(xì)胞對脅迫抗性的關(guān)鍵因素[22]。MDA是脂質(zhì)過氧化作用的產(chǎn)物之一，是檢測細(xì)胞膜損傷程度的指標(biāo)[18，23]。丙二醛的積累會引起蛋白質(zhì)、核酸分子發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)和變性、破壞膜和生物大分子物質(zhì)[24]。本試驗(yàn)表明，隨著脅迫的加劇，桂花幼苗體內(nèi)SOD和POD活性呈現(xiàn)先升后降的趨勢,但均高于對照，說明桂花在抵御干旱脅迫過程中,SOD、POD起到了積極的作用，同時，W1干旱脅迫條件下桂花葉片MDA和葉片相對電導(dǎo)率較對照顯著升高(P<0.05)，這可能與桂花耐旱性和長時間受到干旱脅迫有關(guān)。

植物抗旱機(jī)理較為復(fù)雜，植物通過多條途徑抵御干旱對植物的傷害，不能采用單一指標(biāo)對其進(jìn)行抗旱評價。本試驗(yàn)對13個與抗旱相關(guān)指標(biāo)進(jìn)行主成分分析,發(fā)現(xiàn)2個主成分貢獻(xiàn)了96.07%，這為抗旱指標(biāo)篩選提供理論指導(dǎo)。

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