矮溲疏幼苗生理特性對(duì)淹水脅迫的響應(yīng)

王葉滕堯張子雄陳彩霞龍秀琴

(1.貴州省山地資源研究所,貴州 貴陽(yáng) 550001；2.貴州省植物園，貴州 貴陽(yáng) 550004)

隨著氣候條件的不斷變化，近些年一些地區(qū)夏季降雨量大且相對(duì)集中，易形成洼地積水，這對(duì)園林樹種的選擇提出了更高要求，開展園林植物淹水脅迫的研究十分必要。有學(xué)者通過測(cè)定植物生長(zhǎng)量和營(yíng)養(yǎng)水平來(lái)研究間斷性淹水對(duì)棉花產(chǎn)量的影響[1]。曾建軍等人對(duì)植物澇害產(chǎn)生機(jī)制以及植物應(yīng)對(duì)水澇的相關(guān)機(jī)理研究進(jìn)行了綜述[2]。陳傳紅等人進(jìn)行了淹水脅迫對(duì)西瓜幼苗生理活性物質(zhì)SOD、POD和蛋白質(zhì)、還原糖影響的研究[3]。仁情扎西等人從淹水所造成的危害以及植物對(duì)淹水的反應(yīng)來(lái)探討植物與水的生態(tài)關(guān)系，并從生理和形態(tài)結(jié)構(gòu)方面分析了植物耐澇性的機(jī)理[4]。何嵩濤等人通過測(cè)定銀杏葉片中超氧化物歧化酶(SOD)、過氧化物酶(POD)、過氧化氫酶(CAT)等生理指標(biāo)的測(cè)定來(lái)研究淹水條件下銀杏膜脂過氧化作用及保護(hù)酶活性變化情況[5]。蘇慧敏等人從形態(tài)和生理特征等方面對(duì)太陽(yáng)扇扦插苗進(jìn)行淹水研究[6]。

矮溲疏(Deatzia‘hybrida Boule’)，虎耳草科(Saxifragaceae)溲疏屬的雙子葉植物，是溲疏的一個(gè)矮化變種，花白色或外面略帶紅暈且密集，是一種觀賞性好、適應(yīng)性強(qiáng)的觀花小灌木，具有較好的園林綠化價(jià)值。從目前研究報(bào)道來(lái)看，對(duì)溲疏及矮溲疏的研究報(bào)道相對(duì)較少。蘇婷等人通過對(duì)密花蓮翹和矮溲疏新梢生長(zhǎng)量、丙二醛(MDA)、超氧化物歧化酶(SOD)、過氧化物酶(POD)等生理指標(biāo)的測(cè)定，從而進(jìn)行了耐旱性差異比較[7]；柴慈江等人對(duì)矮溲疏進(jìn)行了試管苗的莖芽增殖和生根培養(yǎng)技術(shù)的研究[8]；史寶勝等人對(duì)小花溲疏種子萌發(fā)條件進(jìn)行了研究，并在萌發(fā)的時(shí)間、出現(xiàn)萌發(fā)高峰的時(shí)間和發(fā)芽率等方面均進(jìn)行了差異性比較[9]；鄧洪平等人進(jìn)行了多輻溲疏居群過氧化物酶同工酶分化研究[10]；何平在光學(xué)顯微鏡和掃描電鏡下對(duì)四川省溲疏屬12種、3變種的花粉形態(tài)進(jìn)行了初探[11]。但是尚未見淹水脅迫對(duì)矮溲疏生理特性影響的研究報(bào)道，因此，本項(xiàng)目進(jìn)行了淹水脅迫對(duì)矮溲疏生理特性影響的研究，通過測(cè)定超氧化物歧化酶(SOD)活性、丙二醛(MDA)含量、可溶性糖含量、根系活力等指標(biāo)，了解其耐澇能力，為其在園林綠地中的運(yùn)用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

選擇生長(zhǎng)健壯的矮溲疏植株，剪取發(fā)育基本一致的新梢(保留3～4個(gè)節(jié))進(jìn)行扦插繁殖，扦插苗在珍珠巖中于小拱棚內(nèi)越冬，春季萌動(dòng)后，篩選生長(zhǎng)良好的一年生矮溲疏扦插苗為試驗(yàn)材料，移入裝有等量(約1600g)培養(yǎng)土(園土∶珍珠巖為4∶1)的塑料盆內(nèi)，待新梢長(zhǎng)到8cm左右進(jìn)行淹水處理。

1.2 試驗(yàn)方法

采用盆栽方法，在水箱中進(jìn)行淹水處理，水面高出培養(yǎng)土約1cm，以正常水分管理為對(duì)照。采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，每盆2株，每個(gè)小區(qū)2盆，3次重復(fù)，每處理共12株。每次取樣6盆，其中3盆用于生理指標(biāo)測(cè)定，3盆用于解除脅迫后的恢復(fù)性觀察。設(shè)置8個(gè)處理，即淹水8d，淹水脅迫后每間隔24h取樣測(cè)定。

1.3 試驗(yàn)指標(biāo)

進(jìn)行淹水處理后，每天早上8∶00進(jìn)行取樣，測(cè)定SOD活性、MDA含量、可溶性糖含量、根系活力等生理指標(biāo)并進(jìn)行植株解除脅迫后的恢復(fù)性觀察。采用TTC法測(cè)定根系酶活力，蒽酮法測(cè)定植物葉片組織中可溶性糖含量，三氯乙酸(TCA)浸提的方法測(cè)定植物體丙二醛(MDA)含量，氮藍(lán)四唑(NBT)還原比色法測(cè)定超氧化物歧化酶(SOD)活性[12]。

1.4 數(shù)據(jù)分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel 2010軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，利用IBM SPSS Statistics 22.0軟件做顯著性分析(顯著性閾值為p<0.05)。

2 結(jié)果與分析

2.1 淹水脅迫對(duì)矮溲疏外部形態(tài)的影響

淹水脅迫下矮溲疏外部形態(tài)變化和解除脅迫后的恢復(fù)性觀察結(jié)果見表1。對(duì)照植株新梢生長(zhǎng)快，葉片青綠，生長(zhǎng)良好。淹水1～3d植株外觀未表現(xiàn)明顯的脅迫癥狀；第4天后，新梢生長(zhǎng)量較對(duì)照慢，部分植株葉片出現(xiàn)萎焉、光澤度下降，但解除脅迫后在24h后可恢復(fù)生長(zhǎng)狀態(tài)；而淹水脅迫5d時(shí)，大部分葉片萎焉、下垂，解除脅迫后需約2d才可恢復(fù)；當(dāng)淹水6d后，葉片表現(xiàn)黃色斑點(diǎn)，糜爛及脫落現(xiàn)象，解除脅迫后仍無(wú)法恢復(fù)。這說(shuō)明淹水環(huán)境抑制了植物根系和葉片生理生化反應(yīng)過程，從而表現(xiàn)相應(yīng)的脅迫癥狀。

表1 淹水脅迫介導(dǎo)植株外部形態(tài)變化及解除脅迫時(shí)間

2.2 矮溲疏根系對(duì)淹水脅迫的響應(yīng)

淹水脅迫下矮溲疏根系活力總體呈現(xiàn)先上升后逐漸下降的趨勢(shì)。淹水處理第1天，根系活力迅速增高，極顯著高于對(duì)照，而后逐漸降低，前4d均高于對(duì)照。第2天與第3天之間，第4天與第5天之間達(dá)到顯著，而淹水前2d極顯著的高于對(duì)照，見表2。由此說(shuō)明矮溲疏在淹水處理后發(fā)生了明顯的生理生化變化。

2.3 淹水脅迫下植物葉片丙二醛(MDA)含量變化

矮溲疏葉片MDA含量經(jīng)過第1天的迅速增高后基本呈下降趨勢(shì)。除第6天外，第1天與對(duì)照及其它各處理均達(dá)到顯著，說(shuō)明矮溲疏對(duì)淹水比較敏感，能在較短時(shí)間內(nèi)合成較多的抗逆性物質(zhì)，而后對(duì)淹水環(huán)境產(chǎn)生一定的適應(yīng)性；第8天又顯著低于第6天，這表明矮溲疏對(duì)淹水環(huán)境的適應(yīng)性和忍耐力是有限的，經(jīng)過6d的淹水后，植物體對(duì)淹水表現(xiàn)明顯的脅迫響應(yīng)。

2.4 淹水脅迫下葉片可溶性糖含量的變化

隨淹水時(shí)間的推移，矮溲疏葉片中可溶性糖含量先上升后下降。淹水處理后，可溶性糖含量逐漸增高，第3天達(dá)到最大值，第4天顯著下降，第5天低于對(duì)照。淹水3d的植物葉片中可溶性糖含量顯著高于對(duì)照和其它處理，且極顯著高于對(duì)照。由此說(shuō)明，植物前3d對(duì)淹水環(huán)境產(chǎn)生忍耐力，植物通過大量分解多糖或降低光合中可溶性糖向多糖的轉(zhuǎn)化速率來(lái)滿足植物生長(zhǎng)發(fā)育對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的需求。

2.5 淹水脅迫下葉片超氧化物歧化酶(SOD)活性變化

矮溲疏幼苗淹水后，其葉片中超氧化物歧化酶(SOD)活性在第1天迅速增高，較對(duì)照顯著，隨后基本呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，第4天達(dá)到峰值后逐漸下降，而后在一定小范圍內(nèi)波動(dòng)，但其活性仍高于對(duì)照。對(duì)SOD活性進(jìn)行顯著性測(cè)定，說(shuō)明矮溲疏葉片中SOD活性對(duì)淹水環(huán)境敏感，且第4天極顯著高于對(duì)照和其它試驗(yàn)處理，表明矮溲疏在淹水下可維持較高的SOD活性來(lái)增強(qiáng)耐澇能力。

表2 矮溲疏幼苗在淹水脅迫下的生理生化變化

3 討論與結(jié)論

淹水脅迫引起植物代謝紊亂、營(yíng)養(yǎng)失調(diào)、乙烯增加、生長(zhǎng)受抑[13]。其中活性氧易對(duì)蛋白質(zhì)和核酸產(chǎn)生破壞作用，而在逆境脅迫下植物體內(nèi)活性氧增加，使細(xì)胞膜中不飽和脂肪酸發(fā)生膜脂過氧化，細(xì)胞膜流動(dòng)性降低，導(dǎo)致代謝紊亂。植物體內(nèi)也有清除活性氧的酶系統(tǒng)，包括抗氧化物歧化酶(SOD)、過氧化物酶(POD)、過氧化氫酶(CAT)、谷胱甘肽過氧化物酶(GPX)、谷胱苷肽還原酶(GR)等[14]。矮溲疏在淹水脅迫下的超氧化物歧化酶(SOD)活性變化與楊寶銘等人對(duì)“寒富”蘋果淹水脅迫下葉片和根系中SOD活性表現(xiàn)出先升高達(dá)到峰值，然后逐漸下降的類似趨勢(shì)[15],之后持續(xù)保持一個(gè)較高的穩(wěn)定水平，且遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于對(duì)照，但與廖文燕等人對(duì)淹水脅迫下金錢松幼苗生理響應(yīng)的研究結(jié)果相反[16]，說(shuō)明矮溲疏與金錢松可能對(duì)淹水環(huán)境有不同的耐受性。丙二醛(MDA)是植物細(xì)胞膜膜脂過氧化的產(chǎn)物之一，是植物受害的一個(gè)重要指標(biāo)，王義強(qiáng)等人對(duì)淹水脅迫下銀杏生理指標(biāo)研究表明，隨著淹水時(shí)間的推移，植物細(xì)胞膜脂過氧化增強(qiáng)，MDA含量急劇增加，細(xì)胞膜受害加重[17]，其結(jié)果與本研究類似。SOD在植物體中將引起膜脂過氧化的超氧陰離子轉(zhuǎn)化為氧化能力相對(duì)較弱的過氧化氫，而MDA是細(xì)胞膜膜脂過氧化產(chǎn)物。在本試驗(yàn)中，植物淹水第4天時(shí)，SOD活性達(dá)到峰值而MDA含量卻降到最低，這與植物的生理特性相符。

可溶性糖和蛋白質(zhì)含量變化是逆境脅迫中較為常見的生理現(xiàn)象，在脅迫條件下，為了維持體內(nèi)與膨壓相關(guān)的生理代謝得以正常進(jìn)行，植物通過加快代謝活動(dòng)來(lái)增加細(xì)胞質(zhì)中溶質(zhì)含量，降低滲透勢(shì)維持細(xì)胞膨壓[18]。淹水脅迫下矮溲疏葉片中可溶性糖含量呈現(xiàn)先急劇上升后下降的趨勢(shì)，與陳傳紅等人對(duì)西瓜幼苗進(jìn)行淹水脅迫的研究結(jié)果基本一致[3]，而與蘇慧敏等人對(duì)太陽(yáng)扇扦插苗在淹水下的研究相反[6]。根系是植物水分吸收和養(yǎng)分?jǐn)z取的主要器官，植物是否能從土壤中吸收水分取決于土壤和植物根系間的水勢(shì)差，水勢(shì)差的建立依賴于礦物離子的轉(zhuǎn)運(yùn)，而礦物離子向根內(nèi)運(yùn)輸需要有氧呼吸釋放能量[13]，因此，淹水脅迫下抑制根系細(xì)胞的有氧呼吸，無(wú)氧呼吸增加，酒精等無(wú)氧代謝物積累，根系活力降低，本試驗(yàn)結(jié)果符合這一趨勢(shì)，且在第5天顯著低于對(duì)照，在“寒富”蘋果的研究中也得出相同的結(jié)果[15]。

綜合矮溲疏在淹水脅迫及解除脅迫后的形態(tài)變化和各生理生化指標(biāo)認(rèn)為，矮溲疏有較強(qiáng)的耐澇能力，能耐4～5d的淹水脅迫，可廣泛運(yùn)用于園林綠化。