2種萱草屬植物花器官自然衰老的階段劃分及抗氧化指標的變化

張建文，崔虎亮，史曉露，亢秀萍

（山西農(nóng)業(yè)大學園藝學院，山西省設(shè)施園藝工程技術(shù)中心，山西 太谷 030801）

萱草屬（Hemerocallis）是多年生草本植物，兼具觀賞、食用和藥用價值，且適應(yīng)性廣，在我國深受歡迎。萱草屬有14 個原生種，現(xiàn)有品種多達8.3 萬個[1-2]，其中，黃花菜是重要的食用干菜，萱草類群是重要的園林綠化材料[3]。目前，關(guān)于萱草屬植物的研究主要集中于種質(zhì)資源評價與分類[4-8]、功能物質(zhì)檢測和提取[9-11]，以及形態(tài)學鑒定[12-14]。然而，萱草在自然條件下花器官衰老速度較快，單朵花從開放到衰老僅僅24～48 h[15]，直接影響到萱草花朵的觀賞和食用價值，而有關(guān)萱草花器官衰老的研究尚無報道。

本試驗選擇黃花菜類群和萱草類群的代表性品種為試驗材料，通過探究其花器官衰老過程中相關(guān)生理生化指標的變化，分析萱草衰老過程中的主要影響因素，旨在為提高黃花菜產(chǎn)量、延長采摘期、提高萱草觀賞價值提供理論依據(jù)，對探析萱草花器官自然衰老機制及其產(chǎn)業(yè)價值開發(fā)具有重要意義。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

本研究選擇黃花菜品種茄子花（Hemerocallis cv.Qie Zi）和萱草品種宿遷3 號（Hemerocallis cv.Suqian 3）2 個品種進行試驗，相關(guān)試驗材料均栽培于山西農(nóng)業(yè)大學園藝站萱草種質(zhì)資源圃。

1.2 試驗方法

本研究于2018年6—12月進行。根據(jù)萱草屬植物開花動態(tài)變化特性，劃分成蕾期和花期2 個階段，蕾期根據(jù)花蕾生長情況進行樣品采集，其中，茄子花采集 4，7，10，13 cm（A1～A4）長度的花蕾用于后續(xù)試驗，宿遷 3 號采集 2.85，4.7，6.55，8.4 cm（B1～B4）長度的花蕾用于后續(xù)試驗。筆者觀察發(fā)現(xiàn)，在連續(xù)晴朗的天氣下，宿遷3 號花蕾通常在3：00—3：30開口，茄子花通常在 17：50—18：20 開口，2 個品種的單朵花從開口至完全衰敗僅20 h，因此，本研究在2 個品種花蕾初開后，每間隔2 h 采集一次樣品，直至花朵完全衰老，最終茄子花共采集10 次（A5～A14），宿遷 3 號共采集 12 次（B5～B16）。不同采樣時期花器官形態(tài)如圖1所示。

將內(nèi)瓣、外瓣、雄蕊和雌蕊手動分離進行各項指標的測定。利用天平稱量鮮質(zhì)量，然后105 ℃殺青10 min 后80 ℃烘至恒質(zhì)量；參照高俊鳳[16]的方法測定相關(guān)生理指標，其中，丙二醛（MDA）測定采用硫代巴比妥酸法（TBA），超氧化物歧化酶（SOD）測定采用氮藍四唑法（NBT），過氧化物酶（POD）測定采用愈創(chuàng)木酚法。

2 結(jié)果與分析

2.1 萱草花器官不同時期花蕾和花冠直徑的變化

從圖1可以看出，2 種萱草品種蕾期可劃分為初蕾期（A1～A2，B1～B2）、中蕾期（A3，B3）和成蕾期（A4，B4）共 3 個時期，其中，初蕾期至中蕾期花蕾長度和直徑均有明顯增加，而成蕾期的花蕾已臨近開放，在花蕾長度和直徑上不再有明顯變化；花期可劃分為開口期（A5，B5）、初開期（A6～A7，B6～B7）、盛開期（A8～A9，B8～B9）、始衰期（A10，B10～B11）、衰敗期（A11～A12，B12～B13）、落花期（A13～A14，B14～B16）共 6 個時期，其中，開口期至盛開期的花冠直徑呈現(xiàn)不斷增長趨勢，而進入始衰期之后，花器官開始閉合，并喪失水分，花朵的觀賞性大大下降，而衰敗期的花器官基本接近死亡。

2.2 萱草花器官不同時期樣品干鮮質(zhì)量變化規(guī)律

隨著采樣時間的變化，茄子花和宿遷3 號的干質(zhì)量和鮮質(zhì)量總體呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢，具體如圖2所示。從圖2可以看出，茄子花花器官各個部位的干質(zhì)量均在A7 時期達到最高，外瓣、內(nèi)瓣、雌蕊和雄蕊分別為 0.19，0.17，0.16，0.07 g；外瓣、內(nèi)瓣和雄蕊的鮮質(zhì)量也在A7 時期達到最高，分別為1.31，1.23，0.36 g，雌蕊鮮質(zhì)量在 A8 時期達到最大值（0.89 g），此后逐漸下降。而宿遷3 號在B1～B4 階段干鮮質(zhì)量迅速增加，外瓣和內(nèi)瓣干質(zhì)量在B4 時期達到最高，分別為0.153，0.141 g，雌蕊和雄蕊在B7 時期達到最大，分別為 0.088，0.080 g，然后開始緩慢下降；鮮質(zhì)量自B5 時期緩慢上升，至B8 時期達到最高，雄蕊、雌蕊、內(nèi)瓣和外瓣干質(zhì)量分別為0.72，0.76，1.35，1.38 g，然后才開始緩慢下降。在干鮮質(zhì)量最高時期，茄子花和宿遷3 號各個部位干鮮質(zhì)量均是外瓣最高，其次為內(nèi)瓣和雄蕊，雌蕊干鮮質(zhì)量最低。

2.3 丙二醛（MDA）含量的變化

丙二醛是植物膜脂化過程的最終分解產(chǎn)物[17]，隨著2 個品種的自然成熟和衰老，MDA 含量變化趨勢存在明顯差異（圖3）。茄子花在A1-A2（初蕾期）不同部位MDA 含量均呈現(xiàn)上升趨勢，之后外瓣、內(nèi)瓣和雄蕊總體均為開始緩慢下降趨勢，外瓣和內(nèi)瓣在A9（盛開期）達到最低，內(nèi)瓣含量最低，僅為 11.97 μmol/g，外瓣為 12.15 μmol/g；雄蕊在 A10時期（始衰期）達到最低，為 21.48 μmol/g；雌蕊在A1～A6 時期總體呈上升趨勢，之后下降，在A9 時期達到最小，為 15.60 μmol/g，此后，A9～A11 時期呈上升趨勢，A11～A14 時期呈下降趨勢。宿遷3 號不同部位的變化趨勢基本一致，均在B1 時期（初蕾期）最高，其中，雄蕊的MDA 含量最高，達到82.40 μmol/g，其次是雌蕊，為 76.46 μmol/g，然后是外瓣（64.55 μmol/g）和內(nèi)瓣（68.41 μmol/g），此后即呈現(xiàn)不斷下降的趨勢，外瓣在B5 時期（開口期）達到最低（15.80 μmol/g），雌蕊在 B7 時期（初開期）達到最?。?6.10 μmol/g），內(nèi)瓣和雄蕊在 B8 時期（盛開期）達到最?。ǚ謩e為 25.48，21.90 μmol/g）；隨著內(nèi)外瓣的不斷展開，MDA 含量逐漸升高，但是外瓣、內(nèi)瓣和雄蕊在B14～B16 時期（落花期）依舊呈現(xiàn)先下降后升高的趨勢。

2.4 SOD活性變化

本研究中，隨著花器官的不斷衰老，2 個品種的SOD 活性除雌蕊外，其余3 個部位均從衰敗期（A11～A12，B12～B13）開始呈現(xiàn)大幅下降趨勢，并在落花期（A13～A14，B14～B16）降到最低（圖4）；茄子花雌蕊的SOD 活性從衰敗期（A11～A12）到落花期（A13～A14）一直呈上升趨勢；宿遷3 號雌蕊的SOD 活性卻從落花期（B14～B16）開始呈下降趨勢，但活性還很高，活性達到229.57 U/（g·h）。

在茄子花中，隨著花器官的不斷衰老，外瓣和內(nèi)瓣的SOD 活性均呈先升高、后下降、再上升、最后下降的趨勢，外瓣在開口期（A5）活性達到最大（235.12 U/（g·h）），內(nèi)瓣在中蕾期（A3）活性達到最大（221.65 U/（g·h））；而雄蕊的SOD 活性呈先下降再上升后下降的趨勢，在A1 時期（初蕾期）最大（134.26 U/（g·h）），在A14 時期（落花期）降到最?。?14.263 U/（g·h））；在雌蕊中SOD 活性總體呈現(xiàn)上升趨勢，在A5 時期（開口期）和A8 時期（盛開期）之間出現(xiàn)稍降低后上升的趨勢，SOD 活性總體較高。

在宿遷3 號中，隨著花器官的不斷衰老，外瓣和內(nèi)瓣在盛開期（B8）活性最?。ǚ謩e為170.24，166.33 U/（g·h）），之后變化趨勢均為先上升后下降，分別在B13，B12 時期達到最大，活性值分別為252.35，274.42 U/（g·h），但總體趨勢基本相同；雄蕊中的SOD 活性總體呈先上升后下降的趨勢，在始衰期（B11）達到最大，活性值達到283.65 U/（g·h）。

2.5 POD活性變化

由圖5可知，隨著花器官的不斷衰老，茄子花和宿遷3 號的POD 活性變化存在明顯區(qū)別。在茄子花中，外瓣P(guān)OD 活性較內(nèi)瓣變化幅度小，外瓣在蕾期活性急速下降，但外瓣和內(nèi)瓣總體變化趨勢基本一致；雌蕊POD 活性呈先下降后上升再下降的趨勢，且在A4（成蕾期）總體高于其他3 個部位；雄蕊總體呈下降趨勢，在落花期（A13～A14）降到最?。?6.02 U/（g·min））；此外，外瓣、內(nèi)瓣和雌蕊均在盛開期（A8）達到最大，活性值分別為205.46，103.7，463.57 U/（g·min）。

在宿遷3 號中，隨著花器官的不斷衰老，外瓣和內(nèi)瓣的POD 活性變化趨勢基本相同，均在初蕾期（B1～B2）快速上升，中蕾期（B3）達到最大，其中，外瓣活性值為58.00 U/（g·min），內(nèi)瓣活性值為48.88 U/（g·min），然后快速下降，開口期（B5）之后又開始上升，在盛開期（B8）達到最大，后又開始緩慢下降；雄蕊從初蕾期到盛開期（B8）總體表現(xiàn)為上升趨勢，同樣在盛開期（B8）達到最大（39.94 U/（g·min））；而雌蕊卻從蕾期（B1～B3）迅速上升，到始衰期（B10～B11）逐漸下降，在始衰期（B11）達到最小，后呈現(xiàn)緩慢上升趨勢，在落花期（B15～B16）稍下降，但高于其他3 個部位。

3 結(jié)論與討論

衰老是生物界的正常現(xiàn)象，學界普遍認為自由基的產(chǎn)生是植物衰老的主因?；ㄆ鞴偻ǔ０ㄝ嗥⒒ò?、雄蕊、雌蕊等部位，不同部位的生理生化特征往往有所區(qū)別。本研究分別選取萱草屬植物中黃花菜和萱草2 個不同品種類群中的代表性品種茄子花和宿遷3 號，于蕾期和花期各個時期分別采樣，測定其干鮮質(zhì)量和MDA，SOD，POD 的變化。結(jié)果表明，外瓣、內(nèi)瓣、雄蕊和雌蕊4 個部位在不同時期各項指標的差異較為明顯，張永平[18]對蝴蝶蘭花器官不同部位自然衰老生理指標的研究也得出相似結(jié)果?？梢姡参锘ㄆ鞴俨煌课辉陂_花過程中存在不同的生理響應(yīng)規(guī)律?；ɡ偕L發(fā)育的過程是干物質(zhì)不斷積累的過程，而花器官衰老的過程則是代謝物質(zhì)不斷消耗的過程，這在本研究中十分明顯，隨著采樣時間的變化，茄子花和宿遷3 號花器官各個部位的干鮮質(zhì)量均呈現(xiàn)先增高后下降的趨勢，且均在盛花期達到最大值。

植物自身的防衛(wèi)體系能夠維持活性氧的產(chǎn)生與清除的平衡，活性氧自由基的積累與植物成熟和衰老密切相關(guān)[19]，而SOD 和POD 是活性氧清除的關(guān)鍵酶；MDA 是活性氧積累誘發(fā)膜脂過氧化最重要的產(chǎn)物之一，它的含量可以間接反映細胞膜系統(tǒng)受損程度。大麗菊花器官衰老過程中，花瓣的SOD和POD 在其衰老前期呈現(xiàn)上升趨勢[20]；而蝴蝶蘭的自然衰老，除萼片中的SOD 活性在初開期有小幅回落外，萼片、花瓣和唇瓣的SOD 活性總體呈上升趨勢，而從衰老前期開始MDA 含量呈急劇上升趨勢[18]。本研究中，雄蕊、內(nèi)瓣和外瓣的SOD 和POD在花蕾開口后總體呈上升趨勢，但進入衰敗期后開始下降，而MDA 含量開始快速上升，這表明萱草花器官活性氧清除能力急劇喪失，活性氧大量積累，致使膜系統(tǒng)受到嚴重傷害，是導致萱草單朵花期較短的重要因素。

雌蕊在落花期的SOD 活性和POD 活性呈上升趨勢，且活性很高，MDA 卻呈下降趨勢，這可能是由于雌蕊受精后正在發(fā)育成種子，代謝活動旺盛，酶活性升高從而保護細胞膜系統(tǒng)免受損害，但這還需要進一步的試驗來證明。此外，2 個品種的SOD活性都呈現(xiàn)出從始衰期（A10，B10～B11）開始，按雄蕊、內(nèi)瓣、外瓣、雌蕊先后順序活性下降的規(guī)律，這與筆者觀察到的外部形態(tài)衰老順序基本一致：雄蕊最先，內(nèi)瓣其次，外瓣再次，雌蕊最后。而POD 活性在整個過程中沒有出現(xiàn)這種規(guī)律，除茄子花的雌蕊外，整體變化平緩，與此同時宿遷3 號活性很小，對花的整個發(fā)育過程作用較小。因此，可以看出，在整個萱草花發(fā)育過程中，SOD 是決定花快速衰老進程的重要因素之一。

綜上所述，萱草花器官發(fā)育和衰老可劃分成花蕾階段和開花階段2 大時期，其中，花蕾階段包括3 個時期，開花階段包括6 個時期；花蕾階段干物質(zhì)不斷積累，進入開花階段后物質(zhì)代謝加快。萱草花器官衰老過程中活性氧清除能力在花蕾階段較高而進入開花階段后迅速下降。同時，萱草花器官不同部位的生理指標變化并不一致，證明萱草花器官不同部位存在不同的自然衰老進程。