峨眉山不同海拔迎陽報(bào)春花的生理特性

尹鵬, 黃嬌, 廖金花, 胡霞

(樂山師范學(xué)院 生命科學(xué)學(xué)院， 四川 樂山 614000)

報(bào)春花是世界著名觀賞花卉，被譽(yù)為“世界三大園藝植物”和“三大高山花卉”之一[1].四川省報(bào)春花資源非常豐富，有121種9亞種3變種，主要分布在四川省西部和西南部山區(qū)[2].迎陽報(bào)春是報(bào)春花科報(bào)春花屬的多年生常綠草本植物,分布在四川省峨眉、馬邊、寶興等地，1886年在四川省峨眉山首次發(fā)現(xiàn)，為四川省特有種[3].報(bào)春花種質(zhì)資源調(diào)查發(fā)現(xiàn)，峨眉山迎陽報(bào)春花主要分布在1 559～2 447 m海拔梯度上[4].

海拔梯度由于包含了溫度、濕度、光照等諸多環(huán)境因子的劇烈變化，其造成的溫濕度和土壤肥力等環(huán)境異質(zhì)性可能會(huì)極大地影響到植物的生長發(fā)育、物質(zhì)代謝、功能結(jié)構(gòu)等變化.目前關(guān)于迎陽報(bào)春花的研究較少，相關(guān)的研究僅見其種子萌發(fā)特性和離體培養(yǎng)的兩篇報(bào)道[3，5].本課題以四川省特有種迎陽報(bào)春花為研究對象，對不同海拔梯度下迎陽報(bào)春花的葉綠素質(zhì)量分?jǐn)?shù)、丙二醛質(zhì)量濃度等生理特性進(jìn)行研究，對于促進(jìn)峨眉山植株的合理開發(fā)培育具有重要的意義.

1 研究地區(qū)與方法

1.1 研究地區(qū)概況

峨眉山(海拔3 099 m，北緯29.36,東經(jīng)103.29)地處四川盆地西緣，西藏高原的東麓，是四川盆地與西藏高原的過渡地帶，年均降雨量約為1 480.5 mm，相對濕度約80%[6].

1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

2018年6月在峨眉山4個(gè)不同海拔梯度(1 559、2 163、2 313和2 445 m)采集迎陽報(bào)春花植株葉片5 g左右(重復(fù)5次)，液氮保存帶回實(shí)驗(yàn)室后分別測定其丙二醛質(zhì)量濃度、葉綠素、可溶性糖、脯氨酸、蛋白質(zhì)、谷胱甘肽和過氧化物酶的質(zhì)量分?jǐn)?shù).用土壤取樣器采集各海拔迎陽報(bào)春花生長地的土壤樣品(每個(gè)海拔取土8管混合為1個(gè)土樣，重復(fù)5次)，回實(shí)驗(yàn)室后測定土壤本底值(PH，含水量，有機(jī)質(zhì)和全氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)).

1.3 測定方法

1.3.1 土壤溫度

土壤溫度用便攜式土壤水分溫度測量儀測定.

1.3.2 土壤含水量

土壤含水量用烘干法測定[7].

1.3.3 土壤pH

土壤pH用電位法測定[7].

1.3.4 土壤有機(jī)質(zhì)和全氮的質(zhì)量分?jǐn)?shù)

稱取風(fēng)干土壤樣品用外熱-重鉻酸鉀容量法測定土壤有機(jī)質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)；稱取風(fēng)干土壤樣品加入還原性混合催化劑、濃硫酸后用開氏消煮法測定[7]全氮的質(zhì)量分?jǐn)?shù).

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

用SPSS 13.0對不同海拔迎陽報(bào)春的生理指標(biāo)進(jìn)行單因素方差分析，用Excel 2007作圖，采用最小顯著差異法(LSD)比較組間差異(α=0.05).

2 結(jié)果與分析

2.1 不同海拔梯度土壤基本情況

土壤溫度、含水量、有機(jī)質(zhì)和全氮的質(zhì)量分?jǐn)?shù)都隨海拔梯度的改變呈現(xiàn)規(guī)律的變化趨勢(表1).隨著海拔升高，土壤溫度逐漸降低，含水量、有機(jī)質(zhì)和全氮的質(zhì)量分?jǐn)?shù)均逐漸增加.而土壤pH值對海拔梯度沒有表現(xiàn)出規(guī)律性變化趨勢.

2.2 不同海拔迎陽報(bào)春花生理指標(biāo)

迎陽報(bào)春花葉片生理指標(biāo)隨海拔梯度的變化呈現(xiàn)不同的規(guī)律.隨海拔的升高，葉片總含水量顯著降低，從0.30(1 559 m)降至0.23(2 445 m)(圖1).葉綠素質(zhì)量分?jǐn)?shù)隨海拔梯度升高呈逐漸增加趨勢.可溶性糖和蛋白質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)均隨海拔梯度的升高呈現(xiàn)顯著增加，分別增加了12.4倍和0.9倍.丙二醛、脯氨酸和谷胱甘肽的質(zhì)量分?jǐn)?shù)隨海拔的變化沒有呈現(xiàn)規(guī)律的變化趨勢(圖1).統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果顯示，2 445 m海拔處脯氨酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)為73.79 μg/g，顯著低于其他海拔；谷胱甘肽質(zhì)量分?jǐn)?shù)在1 559 m海拔處最高，達(dá)691.30 μg/g.

表1 不同海拔梯度土壤基底值Table 1 The soil basic situation of soil sample under different altitude

A： 不同海拔迎陽報(bào)春花葉片含水量;B: 不同海拔迎陽報(bào)春花葉片葉綠素質(zhì)量分?jǐn)?shù);C: 不同海拔迎陽報(bào)春花葉片可溶性糖質(zhì)量分?jǐn)?shù); D: 不同海拔迎陽報(bào)春花葉片蛋白質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù); E:不同海拔迎陽報(bào)春花葉片丙二醛質(zhì)量濃度;F:不同海拔迎陽報(bào)春花葉片脯氨酸和谷胱甘肽質(zhì)量分?jǐn)?shù)

A： Water content of Primula oreodoxa Franch leaves under different altitude; B: Chlorophyll content of Primula oreodoxa Franch leaves under different altitude;C: Soluble sugar content of Primula oreodoxa Franch leaves under different altitude; D: Protein content of Primula oreodoxa Franch leaves under different altitude;E: Malondialdehyde content of Primula oreodoxa Franch leaves under different altitude; F: Proline and glutathione content of Primula oreodoxa Franch leaves under different altitude

圖1 不同海拔迎陽報(bào)春花葉片生理特征

Fig.1 Physiological characteristics of Primula oreodoxa Franch leaves under different altitude

對不同海拔迎陽報(bào)春花葉片各生理指標(biāo)與土壤基底值做相關(guān)性分析(表2)，得出以下結(jié)果：迎陽報(bào)春花葉綠素質(zhì)量分?jǐn)?shù)與土壤溫度顯著負(fù)相關(guān)(P<0.05)，與土壤全氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)顯著正相關(guān)(P<0.05)，與土壤含水量和有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)極顯著正相關(guān)(P<0.01).葉片可溶性糖含量與土壤含水量和有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)極顯著正相關(guān)(P<0.01)，與土壤全氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)顯著正相關(guān)(P<0.05).葉片蛋白質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)與土壤溫度極顯著負(fù)相關(guān)(P<0.01)，和全氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)極顯著正相關(guān)(P<0.01)，與土壤有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)顯著正相關(guān)(P<0.05).迎陽報(bào)春花總含水量、丙二醛質(zhì)量濃度、脯氨酸和谷胱甘肽的質(zhì)量分?jǐn)?shù)與土壤各指標(biāo)的相關(guān)系數(shù)均不高，相關(guān)性未達(dá)到顯著水平(P>0.05).

表2 不同海拔迎陽報(bào)春花生理特征與土壤基底值的相關(guān)性Table 2 Correlation analysis of Primula oreodoxa Franch and soil basic value under different altitude

1)P<0.05; 2)P<0.01.

3 討論

生長于高海拔地區(qū)的植物，由于長期適應(yīng)低溫高濕等不利環(huán)境條件，可能形成抗性生理特性以適應(yīng)正常的生長發(fā)育.葉綠素是植物光合作用的重要組成部分，在光合作用中參與光能的吸收、傳遞和轉(zhuǎn)化.有研究表明，隨著海拔升高，植物葉綠素質(zhì)量分?jǐn)?shù)隨之增高[8-10],也有一些研究得出了相反的結(jié)果[11-13].本研究的結(jié)果與之前的結(jié)果有所區(qū)別，峨眉山迎陽報(bào)春花葉綠素質(zhì)量分?jǐn)?shù)不隨海拔變化而明顯改變.這可能是因?yàn)槎朊忌接枅?bào)春花生長的海拔梯度(1 559～2 447 m)變化范圍相對較小，環(huán)境條件的改變不足以對葉片葉綠素的合成和分解產(chǎn)生顯著的影響.

丙二醛是膜脂過氧化作用的產(chǎn)物，丙二醛的積累會(huì)對膜和細(xì)胞造成進(jìn)一步的傷害[14]，膜脂過氧化作用的指標(biāo)通常采用丙二醛的質(zhì)量濃度來體現(xiàn)，以表明植物對逆境條件反應(yīng)的強(qiáng)弱以及膜脂過氧化作用的程度.丙二醛質(zhì)量濃度越大，葉片受到的損傷程度就越大，對應(yīng)的對抗逆境的能力越弱.本研究中，低海拔處的迎陽報(bào)春花葉片丙二醛質(zhì)量濃度最低，葉片受到的損害最小.從細(xì)胞膜穩(wěn)定性角度來看，說明在1 559 m左右海拔處的生境條件是峨眉山上最適合迎陽報(bào)春花生長發(fā)育的有利條件.葉片相對含水量反映植物葉片的保水能力，保水能力越強(qiáng)，說明其對抗逆境(干旱)的能力越強(qiáng).還原性谷胱甘肽是植物細(xì)胞重要的抗氧化劑之一，是一個(gè)良好的表示氧化脅迫的指標(biāo).馬虹霞等[15]的研究結(jié)果表明,較高質(zhì)量分?jǐn)?shù)的谷胱甘肽對于植物的抗旱性具有重要作用.本研究中，在低海拔1 559 m處迎陽報(bào)春花葉片含水量和谷胱甘肽質(zhì)量濃度最高，說明在低海拔處的迎陽報(bào)春花具有更強(qiáng)的抗旱能力.高海拔處的迎陽報(bào)春花細(xì)胞膜不穩(wěn)定，抵抗干旱等逆境的能力也更差.

可溶性糖、可溶性蛋白質(zhì)和脯氨酸是植物細(xì)胞內(nèi)重要的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，在低溫條件下植物體內(nèi)滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)大量積累，作為適應(yīng)低溫脅迫的抗寒保護(hù)物質(zhì)已被大家所公認(rèn)[16-19].魏來等[18]與陳奕吟等[19]研究證明在胡楊和翅莢木幼苗中可溶性糖、可溶性蛋白和脯氨酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)均隨抗寒性的提高而提高.本研究中，隨著海拔升高，迎陽報(bào)春花葉片脯氨酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)無顯著改變，而可溶性蛋白質(zhì)和可溶性糖的質(zhì)量分?jǐn)?shù)顯著增加.隨著海拔高度的上升，土壤溫度降低濕度增加，微生物降解速率減小而促進(jìn)了有機(jī)質(zhì)和有機(jī)氮的積累.相關(guān)性分析表明，土壤有機(jī)質(zhì)和全氮的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別與迎陽報(bào)春可溶性糖和可溶性蛋白質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異，這說明充分的養(yǎng)分供應(yīng)和水分條件有利于可溶性糖和蛋白質(zhì)的合成.這也正好解釋了高海拔地區(qū)低溫環(huán)境下迎陽報(bào)春花能夠正常生長的原因.

綜上所述，為了適應(yīng)不同生境，較高海拔處由于過低的土壤溫度和較強(qiáng)的太陽輻射，迎陽報(bào)春花葉片可溶性糖和可溶性蛋白質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)都最高，使其有較強(qiáng)的抗寒性；而土壤含水量較低的低海拔處生長的迎陽報(bào)春花葉片含水量和谷胱甘肽質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高，其抗旱性較強(qiáng).在抗氧化系統(tǒng)方面，海拔1 559 m左右，丙二醛質(zhì)量濃度處于最低水平，說明該海拔迎陽報(bào)春花受到的脅迫較輕，比較適合迎陽報(bào)春花的生長；從光合作用方面，隨著海拔的升高，環(huán)境不斷變化(溫度下降、土壤含水量增加、有機(jī)質(zhì)和全氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加)，迎陽報(bào)春花受到的脅迫并沒有逐漸加重的趨勢，在光合色素方面無顯著改變.