干旱胁迫对西南野生马蹄金生理特性的影响

邵 钰，邱 菊，干友民，张晓慧，任 婷

(四川农业大学草业科学系，四川 雅安 625001)

当今水资源匮乏已是一个普遍性的问题，尤其在大中城市因人口增加而更加突出。由于草坪草的根系通常集中分布在深约30 cm的表层土壤中[1]，需要经常灌溉来维护草坪草的正常生长。因此干旱胁迫成为限制草坪草生长的最重要的环境因子之一[2]，筛选和培育抗旱性强的草坪草种和品种日益受到重视。

马蹄金(Dichondrarepens)是旋花科马蹄金属的多年生匍匐型草本植物，建坪容易，管理成本低，目前在城市绿化中使用率逐渐增高，特别适合坡度大、管理不方便的区域[3-4]。虽然我国南方广泛分布着野生资源，但却没有得到足够的重视和开发，绿化工程使用主要依靠从欧美等国进口。为此，研究干旱胁迫对野生马蹄金抗逆生理指标变化的影响，探讨耐旱机理，并筛选出抗旱性强的材料，旨在为选育抗旱性强的野生马蹄金及其资源合理开发利用提供理论依据和实践指导。

1 材料与方法

1.1试验地概况 试验地位于四川省雅安市青衣江流域二级阶地后缘四川农业大学草业科学系基地内，地理坐标30°08′ N，103°14′ E，海拔600 m，属北亚热带湿润季风气候区。年平均气温16.2 ℃，最热月(7月)均温25.3 ℃，最冷月(1月)均温6.1 ℃，极端最高气温37.7 ℃，年降水量1 774.3 mm，年蒸发量1 011.2 mm，相对湿度79%，日照时数1 039.6 h，无霜期304 d，>10℃年积温5 231 ℃·d。

1.2试验材料 从23份野生材料中筛选出5份表现较优异、具开发推广潜力的野生马蹄金作为供试材料，对照为由美国引进的栽培品种Dichondra(表1)。

表1 试验马蹄金材料及其来源

1.3试验设计 胁迫试验前一天将各盆栽统一浇透水。试验设计为两因素完全随机排列，因素(T)为控水天数，设5个水平：T1为不控水，T2为控水7 d，T3为控水14 d，T4为控水21 d，T5为控水28 d。因素(B)为采集于不同地点的马蹄金材料(5份)及对照(1份)。重复3次，共90盆。每隔7 d采取叶片鲜样，保鲜并带入实验室进行各项指标的测定，取样时间为08:00-09:00。

控水后采用烘干法测定土壤含水量的动态变化(表2)，各阶段控水差异显著(P<0.05)。6个材料在控水期间的土壤含水量变化情况基本保持一致，因此本试验测定的生理指标之间的差异是由材料间差异所引起的。

表2 不同材料干旱胁迫下土壤含水量比较 %

1.4测定指标及方法 叶片相对含水量采用称量法测定，相对含水量=[(鲜质量-干质量)/(饱和鲜质量-干质量)]×100%[5]；离体叶片保水力采用自然风干称量法测定，失水率=[(饱和鲜质量-失水后质量)/(饱和鲜质量-干质量)]×100%[6]，在不同干旱胁迫天数时分别取样测定失水率，取整个胁迫期间失水率平均值衡量叶片保水力；叶绿素含量采用乙醇浸提法测定[5]；丙二醛含量采用双组分分光光度计法测定[7]；游离脯氨酸含量采用茚三酮比色法测定[7]。

1.5数据处理 采用DPSv 8.01、SPSS 12.0和Excel 2007软件对数据进行统计分析并绘制图表。主要进行方差分析以及用隶属函数的方法综合评价抗旱性。

隶属函数具体的计算公式：1)当指标与抗旱性呈正相关，则x(μ)= (x-xmin)/(xmax-xmin)；2)当指标与抗旱性呈负相关，则x(μ)=1-(x-xmin)/(xmax-xmin)。式中，x为各指标的平均值，xmax为各试验材料对应指标的最大值，xmin为各试验材料对应指标的最小值。

2 结果与分析

2.1离体叶片保水力的变化 所有供试材料的叶片离体后，其叶片失水率都呈上升趋势，离体前5 h，上升幅度均表现出显著差异(P<0.05)(表3)，在离体5 h以后，除SD200310变化差异显著(P<0.05)外，其他材料叶片失水率变化趋于平缓，可能是由于叶片水分已严重损失而导致。各供试马蹄金材料的失水幅度为SD200309>SD200308>SD200310>GD200504>CK>GD200503，GD200503具有很强的持水力。

2.2叶片相对含水量的变化 在干旱胁迫下，所有供试马蹄金材料的叶片相对含水量均有不同程度的下降，但是各材料的表现有所不同。各供试材料的叶片相对含水量在胁迫初期变化均不显著，材料间差异也不显著(P>0.05)(表4)；但在胁迫14 d时，CK、SD200308和SD200310开始显著下降(P<0.05)，显示出它们对土壤含水量变化的敏感性；其他材料在胁迫21 d时才开始出现显著下降(P<0.05)。胁迫程度最大时各供试材料的叶片相对含水量下降幅度为SD200308>SD200310>CK>SD200309>GD200504>GD200503，说明GD200503对干旱的适应能力最好。

2.3叶绿素含量的变化 干旱胁迫下，供试马蹄金材料叶片的叶绿素含量随干旱胁迫的加深呈持续下降趋势，但下降幅度不一致，排序为CK>SD200308>SD200309>GD200503>GD200504>SD200310。方差分析(表4)表明，各材料叶绿素含量在干旱处理间差异显著(P<0.05)。从叶绿素含量的降低速度与降低量的大小可以看出，CK在干旱胁迫下受害最严重，其次是SD200308，而GD200503和GD200504的抗旱性普遍强于国外引进的Dichondra。

表3 不同材料干旱胁迫下离体叶片失水率 %

2.4丙二醛含量的变化 随着干旱胁迫程度的加深，所有供试马蹄金材料的丙二醛含量逐渐增加，但各材料对胁迫的反应存在一定差异。SD200308、SD200310和GD200503在胁迫 7 d 时丙二醛含量开始出现显著增加(P<0.05)(表5)，但随着胁迫时间延长变化趋于平缓；SD200309和GD200504在胁迫 14 d 时丙二醛含量才开始显著增加(P<0.05)；而CK在胁迫初期变化不显著，直至胁迫 21 d 时丙二醛含量才显著增加(P<0.05)；所有材料在干旱胁迫程度最大时，丙二醛含量达到了峰值。各材料的丙二醛含量增加幅度为CK>SD200308>SD200309>SD200310>GD200504>GD200503。方差分析表明，干旱胁迫初期，各供试马蹄金材料叶片中丙二醛含量差异不显著(P>0.05)，胁迫 21 d 后，野生材料的丙二醛含量均显著低于国外引进的Dichondra(P<0.05)，说明它们的膜脂过氧化程度较低，抗旱性显著强于国外引进的Dichondra。

表4 不同材料干旱胁迫下叶片相对含水量、叶片叶绿素含量

2.5游离脯氨酸含量的变化 6份马蹄金材料体内游离脯氨酸含量均随干旱胁迫的加重而逐渐增加，但是含量的具体变化并不一致。SD200308和CK的脯氨酸含量变化趋势基本相似，在胁迫初期增加得比较缓慢，在干旱胁迫7 d之后开始显著增加(P<0.05)(表5)。SD200309、SD200310、GD200503和GD200504的脯氨酸含量变化趋势基本相似，从干旱胁迫开始到14 d时，其脯氨酸含量增加得比较缓慢，干旱胁迫14到28 d期间，脯氨酸含量开始显著增加(P<0.05)。各材料游离脯氨酸含量增加幅度表现为CK>GD200504>SD200309>SD200308>GD200503>SD200310。方差分析表明，干旱胁迫初期各材料间差异不显著，胁迫14 d后，野生材料的游离脯氨酸含量均显著低于国外引进的Dichondra(P<0.05)。

表5 不同材料干旱胁迫下叶片丙二醛含量、叶片游离脯氨酸含量

2.6马蹄金抗旱性综合评价 本试验选取了叶片相对含水量、离体叶片保水力、叶绿素含量、丙二醛含量、游离脯氨酸含量这5个指标，采用隶属函数的评分法对供试马蹄金材料的抗旱性进行评价(表6)，干旱胁迫后的综合抗旱性顺序为：GD200503>GD200504>SD200310>SD200309>CK>SD200308。

表6 马蹄金抗旱性综合评价

3 讨论与结论

3.1干旱胁迫对保水能力的影响 植物的水分代谢一旦失去平衡，就会打乱植物体的正常生理活动，严重时能使植物体死亡。干旱胁迫下，叶片相对含水量的高低与其抗旱性呈正相关[8-10]。一般认为，当植物经过一段离体时间后，保水力越大，失水速度越慢，植物的抗旱性也就越强[11]。本试验中各供试马蹄金材料的保水能力，在干旱胁迫期间均呈下降趋势，并随干旱时间的延长，下降幅度加大。且各供试材料间存在较大差异，其中GD200503有较高的叶片相对含水量和离体叶片保水力，能长时间地忍耐干旱胁迫，表现出较其他材料更强的抗旱性。

3.2干旱胁迫对叶绿素含量的影响 植物的抗旱性与光合作用密切相关，植物在受到干旱胁迫初期时主要由于气孔的关闭而使光合作用下降，随着干旱程度的加剧，叶绿体的结构发生变化，植物膜系统遭受损伤，膜脂过氧化程度加剧而产生超氧自由基，光合色素严重降解，光合电子传递系统遭到破坏，合成酶活性下降,水解酶活性上升，从而导致光合速率下降[12-14]。有研究认为，抗旱性越强的树种，随着水分胁迫程度的加深，叶绿素含量的变化幅度越小[15]，本试验结果与其基本相同。本试验中供试马蹄金材料的叶片叶绿素含量，在整个干旱胁迫期间均显著下降。其中，叶绿素含量降低最多的是对照(美国引进的栽培品种Dichondra)，可以看出对照的光合系统受到严重破坏，而野生材料的受害程度均低于对照。

3.3干旱胁迫对丙二醛含量的影响 活性氧代谢是植物对逆境胁迫的原初反应，干旱胁迫会导致植物细胞内自由基产生和消除的平衡受到破坏而出现自由基积累，并由此引发或加剧细胞的膜脂过氧化[16]。丙二醛是膜脂过氧化作用的主要产物之一，其含量高低是反应细胞膜脂过氧化作用强弱和质膜破坏程度的重要指标[17]。本试验中随着干旱胁迫的加剧，各供试马蹄金材料的叶片丙二醛含量都有增加，但野生材料丙二醛积累量均显著低于对照，说明它们的膜脂过氧化程度较低，抗旱性显著强于对照。其中，GD200503丙二醛的总积累量最小，其受到的伤害程度最轻。

3.4干旱胁迫对游离脯氨酸含量的影响 干旱胁迫下植物体内游离脯氨酸积累主要表现为渗透调节的功能，渗透调节是植物抵御逆境的一种自卫反应，有助于细胞或组织的持水，减少脱水，从而提高植株对干旱的适应能力[18]。目前对干旱胁迫下游离脯氨酸积累的生理效应有不同的解释，有些学者[19-20]认为这是一种适应性反应，主要起渗透调节的作用。但是也有研究表明[21-22]，干旱胁迫下脯氨酸的积累是草坪草受伤害的结果。本试验中，随着干旱胁迫的加剧，各供试马蹄金材料的脯氨酸含量都不断增加，其中抗旱性强的GD200503积累速度比较缓慢且含量较少，而对照的脯氨酸积累速度较快且含量较大。这表明了马蹄金受干旱胁迫后，其体内脯氨酸含量的增加，反映的是其受伤害程度的大小。

综上所述，野生材料GD200503的抗旱性最强，在高强度干旱胁迫下能保持较高的保水能力、叶绿素含量及低的伤害程度。

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