水分脅迫對(duì)野百合幼苗生理特性的影響

胡小京，劉玉彩，裴 蕓，肇 瑾

(貴州大學(xué) 農(nóng)學(xué)院，貴州 貴陽(yáng) 550025)

野百合(Liliumbrownii)系百合科百合屬草本鱗莖植物，具有較高的觀賞、藥用和食用價(jià)值。貴州野百合種質(zhì)資源豐富，但隨著市場(chǎng)需求量的日益增加，栽培產(chǎn)品嚴(yán)重不足，難以滿足企業(yè)生產(chǎn)需求。因此，迫切需要解決制約百合栽培技術(shù)上的難題。百合屬植物對(duì)栽培管理和環(huán)境條件要求甚嚴(yán)，其地下鱗莖在漬澇條件下容易腐爛，造成植株死亡；而水分過(guò)少，又會(huì)導(dǎo)致其生長(zhǎng)發(fā)育不良。因此，水分是影響野百合正常生長(zhǎng)發(fā)育的關(guān)鍵因素之一。水分管理對(duì)野百合小球培育階段尤為重要。迄今，國(guó)內(nèi)外研究集中在種質(zhì)資源的調(diào)查與引種馴化[1]、栽培方式及基質(zhì)的選擇[2]、無(wú)土栽培技術(shù)[3]、植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑在鱗莖扦插繁殖中的應(yīng)用[4]、耐鹽和耐熱機(jī)制[5-6]、組培技術(shù)[7-8]、轉(zhuǎn)基因[9]、基因克隆[10]及遺傳多樣性等方面。但對(duì)野百合水分脅迫方面的研究鮮見(jiàn)報(bào)道。鑒于此，以野百合幼苗為材料，通過(guò)人工盆栽控水試驗(yàn)，研究不同程度水分脅迫對(duì)野百合幼苗的生理生化特性的影響，以期為野百合幼苗水分管理提供一定的理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 材料

供試材料為貴州遵義務(wù)川產(chǎn)的野百合籽球。供試土壤基質(zhì)選用腐葉土、珍珠巖、蛭石按2︰1︰1體積比混合，并用50%的多菌靈粉劑對(duì)其進(jìn)行消毒，種前基質(zhì)施入尿素作為底肥。

1.2 方法

盆栽基質(zhì)裝盆澆水沉實(shí)后于3月初播種，選擇健康、大小均勻的野百合籽球播入塑料盆缽(高16 cm、內(nèi)徑16 cm)中，每盆4粒籽球，播種后置于透光、防雨、透風(fēng)的大棚中，定期澆水以助植株能正常生長(zhǎng)。待野百合植株高達(dá)15 cm左右時(shí)，選擇長(zhǎng)勢(shì)一致的植株開(kāi)始控水。試驗(yàn)設(shè)4個(gè)土壤相對(duì)含水量處理，即T1：30%～35%(重度干旱脅迫)，T2：40%～45%(中度干旱脅迫)，T3：50%～55%(輕度干旱脅迫)，T4：70%～75%(對(duì)照)。每個(gè)處理重復(fù)10盆。開(kāi)始控水時(shí)稱盆質(zhì)量(W1)和土壤質(zhì)量(W2)，并用烘干法測(cè)定裝土?xí)r的土壤田間持水量和土壤含水量(Cs)，計(jì)算盆中土壤干質(zhì)量(W3)[W3=W2/(1+Cs)]和第1次灌水前土壤相對(duì)含水量(RWC)(RWC=Cs/土壤田間持水量)。每天各處理以設(shè)計(jì)的土壤相對(duì)含水量進(jìn)行灌水，并通過(guò)公式：盆中土壤質(zhì)量(W4)=W3×(1+RWC×田間持水量)，計(jì)算每個(gè)處理對(duì)應(yīng)的土壤質(zhì)量[11]。按此方法，每天17：00稱量盆質(zhì)量，同時(shí)補(bǔ)充當(dāng)天損失的水分，保持各處理設(shè)定的相對(duì)含水量。連續(xù)控水30 d后測(cè)定相關(guān)生理生化指標(biāo)。

1.3 測(cè)定指標(biāo)及方法

葉表面氣孔密度：采取指甲油涂抹撕取法[12]制作氣孔裝片，統(tǒng)計(jì)同一顯微鏡視野中(10×10倍和10×40倍)氣孔數(shù)量,計(jì)算氣孔密度；葉片相對(duì)含水量(RWC)與水分飽和虧缺(WSD)采用電子天平稱質(zhì)量法測(cè)定[13]；葉綠素(Chl)含量采用丙酮乙醇混合液法測(cè)定，游離脯氨酸(Pro)含量采用酸性茚三酮法測(cè)定，可溶性糖(SS)含量采用蒽酮比色法測(cè)定，過(guò)氧化物酶(POD)活性采用愈傷木酚氧化法測(cè)定，丙二醛(MDA)含量采用硫代巴比妥酸顯色法測(cè)定，可溶性蛋白(SP)含量采用考馬斯亮藍(lán)G-250染色法測(cè)定，細(xì)胞膜透性采用電導(dǎo)法測(cè)定，超氧化物歧化酶(SOD)活性采用氮藍(lán)四唑(NBT)光還原法測(cè)定[14]。

1.4 評(píng)價(jià)方法

采用隸屬函數(shù)法對(duì)植物進(jìn)行較為綜合、全面的抗旱性評(píng)價(jià)。隸屬函數(shù)值計(jì)算公式：U(Xi)=(Xi-Xmin)/(Xmax-Xmin)。如果某一指標(biāo)與評(píng)判結(jié)果為負(fù)相關(guān)，則用反隸屬函數(shù)進(jìn)行定量轉(zhuǎn)換，其計(jì)算公式為：U(Xi)=1-[(Xi-Xmin)/(Xmax-Xmin)]。式中：U(Xi)為隸屬函數(shù)值，Xi為指標(biāo)測(cè)定值，Xmax和Xmin為某一指標(biāo)的最大值和最小值[15]。

2 結(jié)果與分析

2.1 水分脅迫對(duì)野百合形態(tài)特征的影響

試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，經(jīng)30 d水分脅迫處理后，各處理的野百合籽球期植株的外部形態(tài)有明顯不同。T4處理10 d后，有小部分植株的葉變黃；20 d后部分葉片完全枯萎。T1處理15 d后有少部分植株葉片變黃，26 d后1/5葉片變黃。處理28 d后，T1和T4處理的植株有部分出現(xiàn)萎蔫，部分葉變黃。而T2、T3處理在整個(gè)控水的過(guò)程中都生長(zhǎng)良好，未出現(xiàn)葉片變黃或萎蔫的現(xiàn)象。由此說(shuō)明土壤含水量過(guò)高或過(guò)低都不適合野百合生長(zhǎng)。

2.2 水分脅迫對(duì)野百合氣孔密度的影響

由圖1可知，在10×10倍和10×40倍顯微鏡視野中，T3處理的野百合葉片氣孔密度多于其他處理。

圖1 水分脅迫對(duì)野百合葉片氣孔密度的影響Fig.1 Effects of water stress on stomatal density in leaves of Lilium brownii

其中，在10×10倍顯微鏡視野下，T3處理較T1、T2、T4處理分別增加30.95%、1.61%、41.94%；而在10×40倍顯微鏡視野下則相應(yīng)增加53.85%、11.11%、73.91%。且在10×10倍和10×40倍的顯微鏡視野中，T3與T1、T4處理差異顯著(P<0.05)。說(shuō)明土壤含水量會(huì)影響野百合葉片氣孔密度，比較4個(gè)處理，野百合更適合在土壤相對(duì)含水量為50%～55%的土壤中生長(zhǎng)。

2.3 水分脅迫對(duì)野百合RWC、WSD的影響

從圖2可知，T2、T3、T4處理的RWC分別顯著高于T1處理93.66%、97.55%、98.98%，但T2、T3、T4處理之間差異不顯著，說(shuō)明土壤含水量太低(土壤相對(duì)含水量30%～35%)不利于野百合的生長(zhǎng)。就WSD而言，相對(duì)于T1處理，其余處理下野百合WSD基本維持在一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的水平，說(shuō)明T1處理不適合野百合的正常生長(zhǎng)。

圖2 水分脅迫對(duì)野百合葉片RWC、WSD的影響Fig.2 Effects of water stress on RWC and WSD in leaves of Lilium brownii

2.4 水分脅迫對(duì)野百合Chl含量的影響

從圖3可知，水分脅迫30 d后，T2處理的Chl含量最高，為487.68 μmol/g，分別較T1、T3、T4處理高92.15%、13.14%、59.96%，且各處理間差異顯著(P<0.05)。由此表明，土壤水分充盈和過(guò)少都會(huì)導(dǎo)致野百合Chl含量下降，而輕度的干旱處理會(huì)使野百合Chl含量上升。在4個(gè)處理中，T2和T3處理較適于其生長(zhǎng)，說(shuō)明適合野百合籽球期植株生長(zhǎng)的土壤相對(duì)含水量為40%～55%。

2.5 水分脅迫對(duì)野百合游離Pro含量的影響

從圖4可知，T3處理的Pro含量最低，為404.5 μg/g，T1、T2、T4處理的Pro含量分別高出T3處理173.59%、61.10%、164.71%，且差異顯著(P<0.05)。說(shuō)明當(dāng)土壤含水量過(guò)高或過(guò)低時(shí)，野百合葉片內(nèi)作為滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的Pro含量都會(huì)大量積累，以此來(lái)維持野百合的水分平衡。由此表明，過(guò)干或水分充盈的環(huán)境都不適于野百合的正常生長(zhǎng)，以土壤相對(duì)含水量50%～55%最好。

圖3 水分脅迫對(duì)野百合葉片Chl含量的影響Fig.3 Effects of water stress on Chl content

圖4 水分脅迫對(duì)野百合葉片Pro含量的影響Fig.4 Effects of water stress on Pro content in leaves

2.6 水分脅迫對(duì)野百合SS、SP含量的影響

由圖5可知，T1處理葉片中SS含量最高，為0.036 mmol/g，比T2、T3、T4處理顯著提高71.43%、111.76%、80.00%(P<0.05)，由此說(shuō)明，在脅迫條件下作為滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的SS需要增加含量以維持細(xì)胞滲透壓。而SP含量則是以T3最高，為23.77 mg/g，較T1、T2、T4處理高62.03%、26.23%、40.65%，T3與T1處理間差異顯著(P<0.05)。說(shuō)明土壤過(guò)干或水滯條件下均可降低野百合SP含量，以此來(lái)調(diào)節(jié)野百合水分的平衡。兩指標(biāo)均表明以50%～55%土壤相對(duì)含水量最適于野百合生長(zhǎng)。

2.7 水分脅迫對(duì)野百合保護(hù)酶活性的影響

由圖6可以看出，經(jīng)30 d水分脅迫處理后，POD和SOD活性從大到小依次是T3>T2>T1>T4。

圖5 水分脅迫對(duì)野百合葉片SS、SP含量的影響Fig.5 Effects of water stress on SS and SP contents in leaves of Lilium brownii

圖6 水分脅迫對(duì)野百合葉片POD、SOD活性的影響Fig.6 Effects of water stress on POD and SOD activities in leaves of Lilium brownii

就POD活性而言，T3處理分別較T1、T2、T4處理顯著提高226.58%、111.91%和426.02%，而SOD活性則是T3處理比其他三者顯著提高2.58%、1.67%、4.57%(P<0.05)，說(shuō)明土壤含水量過(guò)低或充盈都會(huì)影響野百合保護(hù)酶活性。在一定的水分脅迫之內(nèi)，植物通過(guò)調(diào)節(jié)酶活性來(lái)增加對(duì)水分脅迫的適應(yīng)能力，以T3處理的POD和SOD活性最高，即土壤含水量50%～55%條件對(duì)野百合的調(diào)節(jié)能力最強(qiáng)。

2.8 水分脅迫對(duì)野百合細(xì)胞膜透性的影響

細(xì)胞質(zhì)膜透性用相對(duì)電導(dǎo)率表示。從圖7可以看出，經(jīng)30 d水分脅迫處理后，相對(duì)電導(dǎo)率依次為T(mén)3

2.9 水分脅迫對(duì)野百合MDA含量的影響

如圖8所示，MDA含量與干旱脅迫程度呈正相關(guān)關(guān)系。經(jīng)30 d水分脅迫處理后，T1處理的 MDA含量最高，達(dá)0.093 μmol/g；而T3處理的MDA含量較低，為0.049 μmol/g；其余2個(gè)處理的MDA含量與T3處理接近。T1處理的MDA含量比T3處理高86.00%，且兩者間差異顯著(P<0.05)，而T2、T4與T3處理之間差異不顯著。說(shuō)明重度干旱會(huì)對(duì)野百合細(xì)胞膜造成一定的損傷，從而導(dǎo)致MDA含量上升。由此證明，野百合幼苗在土壤相對(duì)含水量50%～55%中生長(zhǎng)較好。

2.10 野百合不同處理綜合評(píng)價(jià)

由表1可知，在不同程度的水分脅迫中，T3處理的隸屬函數(shù)值平均值最大，另外3個(gè)處理和T3處理差距較大，說(shuō)明T3處理的各個(gè)指標(biāo)變化最有利于籽球期野百合的正常生長(zhǎng)，最適的土壤相對(duì)含水量為50%～55%。

表1 野百合不同處理綜合評(píng)價(jià)Tab.1 Comprehensive evaluation of different treatments of Lilium brownii

3 結(jié)論與討論

本試驗(yàn)結(jié)果表明，土壤相對(duì)含水量過(guò)多或過(guò)少都對(duì)野百合的生長(zhǎng)有不良影響。就本試驗(yàn)而言，在土壤相對(duì)含水量為50%～55%時(shí)最適合野百合幼苗的生長(zhǎng)。水分是植物生長(zhǎng)過(guò)程中不可缺少的重要因子。水分脅迫下，野百合幼苗的生長(zhǎng)會(huì)受到不同程度的影響，其生理生化代謝發(fā)生改變?？滋m靜等[16]在對(duì)彎葉畫(huà)眉草和知風(fēng)草的研究后得出，在干旱缺水和水澇條件下植株都會(huì)表現(xiàn)出葉片萎蔫、失綠、卷曲、黃化等現(xiàn)象。而本試驗(yàn)中野百合籽球期植株在水分重度脅迫和充盈條件下其形態(tài)表現(xiàn)與之結(jié)果相似。BATES等[17]、WROBEL等[18]指出，在水分脅迫下，植物為了適應(yīng)環(huán)境會(huì)關(guān)閉氣孔，使得葉片萎蔫[19]。本研究結(jié)果與付秋實(shí)等[12]的結(jié)果一致，即在重度水分脅迫下，植物的氣孔密度有減少現(xiàn)象。沈艷等[20]對(duì)紫花苜蓿的研究表明，干旱脅迫下各品種紫花苜蓿葉綠素含量隨著土壤含水量下降而下降；而蔣理等[21]通過(guò)研究佛甲草、蔥蘭等5種地被植物的抗旱生理生化指標(biāo)得出，不同的植物隨著脅迫程度的增加葉綠素含量有上升也有下降，本試驗(yàn)結(jié)果與前人相似。賈瓊[22]對(duì)水分脅迫下馬鈴薯的研究表明，隨著水分脅迫程度的加劇，植物相對(duì)含水量呈逐漸降低的趨勢(shì)，這與本試驗(yàn)的研究結(jié)論一致。而水分飽和虧缺在本試驗(yàn)中變化不明顯，與任迎虹等[23]關(guān)于不同桑品種在干旱脅迫下葉綠素含量、水分飽和虧缺及丙二醛含量的變化規(guī)律研究中得出的結(jié)論一致。本試驗(yàn)還得出，當(dāng)野百合幼苗在不適合的水分條件下生長(zhǎng)其細(xì)胞膜透性會(huì)增大，與蔣理等[21]研究水分脅迫對(duì)沙棘細(xì)胞膜透性及丙二醛含量的影響后得出的隨著水分脅迫程度增大，其細(xì)胞膜透性也增大的結(jié)論相似。楊建玉等[24]和李妮亞等[25]指出，植物在逆境脅迫下其體內(nèi)正常的蛋白質(zhì)合成會(huì)受到抑制，這與本試驗(yàn)結(jié)果相似?？扇苄蕴鞘菨B透調(diào)節(jié)物質(zhì)，李燕[26]和鐘楊等[27]指出射干、德國(guó)鳶尾、藍(lán)蝴蝶、辣椒等植物的可溶性糖含量隨著脅迫程度加大而增加，本試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)一步論證了前人的結(jié)論。在水分虧缺時(shí)游離脯氨酸大量積累上升的情況在很多文獻(xiàn)中都得到了證實(shí)[21,23]，本試驗(yàn)結(jié)果亦是如此。SOD和POD作為植物體內(nèi)消除自由基的防護(hù)酶系中的重要成員，王霞等[28]、范蘇魯?shù)萚29]、馬劍等[30]均指出，隨著土壤相對(duì)含水量的降低，植物體內(nèi)的SOD、POD活性先升高后降低，本試驗(yàn)結(jié)果與之相似。丙二醛是膜脂過(guò)氧化的主要產(chǎn)物，會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞膜功能紊亂。馬劍等[30]、王雪娟等[31]分別對(duì)八寶景天和佛甲草研究后指出，丙二醛含量隨著水分脅迫程度的增加而升高，本研究結(jié)果與之一致。