两种长白山野生草本地被植物对水分胁迫的生理响应

2013-08-16孙景花温桂梅陈兴玲李莉娜

吉林林业科技 2013年4期

刘娜，孙景花，王宇，温桂梅，陈兴玲，李莉娜，李丽

(1.长春市林业科学研究院，吉林长春 130117;2.吉林省林业科学研究院，吉林长春 130033;3.长春市胜利公园，吉林长春 130051)

长春地区处于典型的温带大陆性季风气候区，气候特点为冬季、夏季温差大，春季、秋季干旱少雨，园林绿化植物的抗水分极端能力是仅次于抗寒性的重要生理指标。为了筛选出抗逆性强、适应长春地区栽培的园林绿化地被新材料，作者对长白山野生草本地被植物野火球(Trifolium lupinaster L.)、黄莲花(Lysimachia dvurica Leddebour)开展了不同程度水分胁迫条件下的生理指标检测分析，讨论了两种长白山野生草本地被植物的抗旱性，旨在为其推广应用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 供试材料和试验处理

该研究系盆栽试验，在长春市林科院种苗中心温室内进行。于2011年4月在温室选用2 a生的野火球、黄莲花返青苗装盆，以田园土为基质，常规水肥管理。2011年7月，分别选择野火球、黄莲花生长基本一致的返青苗，每种90株，进行水分胁迫试验。试验分3个处理，分别为正常浇水管理(对照)、持续干旱(重旱)、持续水淹(重涝)，每处理3次重复。胁迫持续42 d，在胁迫1 d、10 d、20 d、30 d、42 d 时取样本，进行高生长量、叶片相对含水量、MDA、细胞膜透性、可溶性糖含量的测定。胁迫进行到42 d时，将试验样本全部取出，测定植株鲜重和干重。

1.2 测定方法

①植株根冠干重比测定。在水分胁迫试验结束时，选取未采叶片的胁迫植株和对照株，分割根和枝干部分，清洗后于70℃烘箱中烘至恒重，分别称重。

②胁迫土壤含水量测定。采集盆土10 cm深的土样称鲜重，置于烘箱在80℃条件下烘干，24 h后称重，计算土壤含水量。土壤含水量=(干重－容器重)/(鲜重－容器重)×100%。

③质膜透性测定。细胞膜透性采用DDS－11A雷磁电导率仪测定。叶片用自来水冲洗后，再用蒸馏水冲洗2～3次;叶片打孔(直径8 mm)，装入试管中，加入10 ml蒸馏水，抽真空20 min，室温静置4 h，测定浸泡液电导率;沸水浴15 min，冷却至室温，测定煮沸电导率;以蒸馏水为空白对照。计算电解质渗出率，电解质渗出率=(浸泡液电导率－蒸馏水电导率)/(煮沸电导率－蒸馏水电导率)×100%。

④叶片相对含水量(RWC)测定。取试验株中部叶片，称鲜重，经105℃进行杀青，后置于70℃干燥箱中烘干，称其干重，计算叶片相对含水率。相对含水率=(叶片鲜重－叶片干重)/叶片鲜重×100%。

⑤膜脂过氧化物丙二醛(MDA)含量测定。称取剪碎的试材1 g，加入2 ml 10%TCA和少量石英砂，研磨至浆状;在匀浆中加8 mlTCA进一步研磨，将研磨后的样品置于4 000 r·min－1离心10 min。提取样品上清液2 ml(对照加2 ml蒸馏水)，加入2 ml 0.6%TBA 溶液，混匀物于沸水浴上反应15 min，迅速冷却后再离心。取上清液测定532 nm、600 nm和450 nm波长下的消光度。

⑥代谢物质测定。可溶性糖含量的测定采用蒽酮比色法。准确称取0.1 g待测品种叶片于研钵中，加10 ml蒸馏水研磨成匀浆，转移至大试管中，沸水浴20 min，再转移至离心管中，4 000转离心15 min，取上清液 1 ml，加入5 ml蒽酮，沸水浴10 min，冷却至室温，在分光光度计620 nm波长处比色。

2 结果与分析

2.1 水分胁迫对干物质积累的影响

将两种植物在水分胁迫后测定的干重等有关数据记入表1。

表1 水分胁迫下根、冠干重及相对含水率

由表1可以看出，两种地被植物根、冠干物质积累都受到了不同程度的抑制。野火球在持续干旱条件下，根、冠干物质积累与对照相比较分别降低了67.7%、68.2%;在持续水淹条件下，根、冠干物质积累与对照相比较分别降低了75.8%、61.0%。黄莲花在持续干旱条件下，根、冠干物质积累与对照相比较分别降低了35.4%、22.8%;在持续水淹条件下，根、冠干物质积累与对照相比较分别降低了49.4%、59.1%。可见，黄莲花根、冠干物质降幅相对较小，抗旱性较强。

2.2 水分胁迫对株高生长的影响

两种地被植物的高生长量随着水分胁迫时间的延长均受到不同程度的抑制(图1、图2、)。其中，在持续干旱条件下，野火球初期高生长保持小幅上升的趋势，后期由于植株顶端部分叶片萎蔫脱落，生长量出现了小幅下降，可见其生长受到了抑制;黄莲花高生长则始终保持小幅上升状态。持续水淹条件下，黄莲花高生长基本处于停滞状态。

图1 水分胁迫下黄莲花的株高变化

图2 水分胁迫下野火球的株高变化

2.3 水分胁迫对相对含水量的影响

在水分胁迫条件下，两种植物叶片的相对含水率呈现出不同的变化趋势(图3、图4)。黄莲花在水淹条件下，与对照的变化趋势基本一致，受到影响比较小。在持续干旱条件下呈现下降趋势，胁迫40 d后下降到初始值的0.12。野火球在两种水分条件胁迫下，叶片相对含水率的下降幅度不断增大。在持续干旱条件下呈现下降趋势，胁迫42 d后，下降到初始值的0.21;在持续水淹条件下呈现下降趋势，胁迫42 d后，下降到初始值的0.29。从中可以看出，野火球较黄莲花受持续干旱胁迫的影响大。

图3 黄莲花相对含水率

图4 野火球相对含水率

2.4 水分胁迫对叶片细胞质膜透性的影响

随着水分胁迫时间的延长，野火球与黄莲花叶片电解质渗出率均呈现逐渐增加的趋势(图5、图6)。野火球在持续干旱条件下胁迫42 d后，上升为初始值的1.53倍;持续水淹条件下胁迫42 d后，上升为初始值的1.43倍。黄莲花持续干旱条件下胁迫42 d后，上升为初始值的1.33倍;持续水淹条件下胁迫42 d后，上升为初始值的1.43倍。黄莲花与野火球相比较细胞质膜透性增大幅度相对较小。

图5 黄莲花的细胞膜透性

图6 野火球的细胞膜透性

2.5 水分胁迫对可溶性糖的影响

两种植物可溶性糖含量随着水分胁迫时间的延长均呈现逐渐增加的趋势(图7、图8)。野火球在持续干旱条件下胁迫42 d后，上升为初始值的2.61倍;持续水淹条件下胁迫42 d后，上升为初始值的1.51倍。黄莲花持续干旱条件下胁迫42 d后，上升为初始值的3.58倍;持续水淹条件下胁迫42 d后，上升为初始值的3.00倍。黄莲花与野火球相比较变化幅度相对较大。

图7 黄莲花可溶性糖含量

图8 野火球可溶性糖含量

2.6 水分胁迫对丙二醛含量的影响

两种植物丙二醛含量随着水分胁迫时间的延长均呈现逐渐增加的趋势(图9、图10)。野火球在持续干旱条件下胁迫42 d后，上升为初始值的2.53倍;在持续水淹条件下胁迫42 d后，上升为初始值的3倍。黄莲花在持续干旱条件下胁迫42 d后，上升为初始值的3.58倍;在持续水淹条件下胁迫42 d后，上升为初始值的3.00倍。黄莲花与野火球相比较丙二醛增加幅度相对较大。

图9 黄莲花丙二醛含量

图10 野火球丙二醛含量

3 结论与讨论

3.1 相对含水量变化与植物对水分胁迫的反应

植物的抗旱性系指植物在水分缺乏环境下的承受能力。在植株缺少水分时，叶片适应性主要表现为有利于减少水分散失、保持水分并提高水分的有效利用率。植物通过加速叶片衰老和脱落来减少总叶片面积，并且单叶面积形成比正常条件下要小，两种适应性变化都可防止水分的过分散失。在本试验中，两种植物在受到持续水分胁迫时，通过加速老叶衰老方式来防止水分的过分散失，从而维持植株生理功能的正常进行。野火球植株的含水量较高，叶片较早出现失水萎蔫症状(23 d)，同时老叶逐渐开始变黄，胁迫后期叶片失水速度加快，相对含水量迅速下降，这与植物自身的特性有关。黄莲花叶片的相对含水量下降的速率较慢，直到胁迫30 d后老叶开始变黄。从胁迫到最后试验结束，总共维持了40多天的时间，可见两种植物都具有非常强的抗旱性。

植物对涝害的适应能力称为抗涝性。水分过多对植物的伤害并不在于水分本身，而是由此引起的次生胁迫。在本试验中，当植物受到持续水淹胁迫时，黄莲花前期的相对含水量变化缓慢，直到胁迫30 d后，下降的速率才开始增加;野火球的相对含水量始终变化缓慢，可见野火球与黄莲花相比其抗涝性更强。

3.2 细胞膜的稳定性与植物对水分胁迫的适应性

植物叶片中的丙二醛(MDA)含量标志着细胞膜脂质过氧化程度，细胞内自由基的出现和消除处于动态平衡状态。在正常情况下，自由基水平很低，不会伤害细胞，当植物处于胁迫状态时，平衡就被打破，自由基过度累计，细胞就将受到伤害。自由基导致膜脂过氧化作用，产生较多的膜脂过氧化产物(乙烯、乙烷和MDA)，膜完整性被破坏。因而，丙二醛含量增加说明膜脂质过氧化作用增强。

在本试验中，野火球膜脂过氧化产物(MDA)含量开始由于受到植物体内保护酶系统的抑制作用而下降，当达到一定的限度后，引起膜脂分子结构的改变，MDA逐渐上升，当膜完整性被破坏，最终导致植株死亡。两种地被植物随着胁迫时间的延长膜相对透性不断上升，说明植株受到持续的水分胁迫后，膜的结构受到破坏，透性不断增大。