干旱胁迫下早开堇菜与黑麦草的生理响应

刘立波， 曹 英

(凯里学院 环境与生命科学学院， 贵州 凯里 556011)



干旱胁迫下早开堇菜与黑麦草的生理响应

刘立波， 曹 英

(凯里学院 环境与生命科学学院， 贵州 凯里 556011)

为探明早开堇菜(Violaprionantha)的抗旱机理与抗旱性，为其园林应用及干旱条件下植被恢复提供理论依据，采用盆栽控水法，与黑麦草(Loliumperenne)进行比较，对干旱胁迫下2种植物的叶绿素含量、细胞膜透性、丙二醛、游离脯氨酸、超氧化物歧化酶活性、过氧化物酶活性等指标进行测定。结果表明：随着干旱胁迫程度加深，2种植物的叶绿素含量均呈下降趋势，早开堇菜下降持续时间较长，降幅较大，而黑麦草下降趋势相对较平缓，降幅较小；细胞膜透性与丙二醛含量均呈上升趋势，早开堇菜开始急剧增加的时间均晚于黑麦草；超氧化物歧化酶活性呈先上升后下降趋势，早开堇菜开始下降时间晚于黑麦草，且变化幅度较黑麦草大；游离脯氨酸含量早开堇菜呈上升趋势，而黑麦草呈先急剧上升后缓慢下降趋势；过氧化物酶活性黑麦草呈上升趋势，而早开堇菜呈先上升后下降趋势。结论：早开堇菜与黑麦草相比，具有较强的抗旱性。

早开堇菜； 黑麦草； 干旱胁迫； 生理响应； 抗旱性

早开堇菜(Violaprionantha)别名早花地丁、尖瓣堇菜，是堇菜科堇菜属多年生草本，株高3～14 cm，无地上茎[1]。早开堇菜分布范围广，生态幅较宽，可生于山坡、草地、宅旁、沟边等处，对土壤要求不严。自播，根蘖繁殖能力强。早开堇菜株型低矮紧凑、花期早且长、花色艳丽、花型美观、花色丰富，是极好的地被植物，开发利用前景广[2-5]。目前，对早开堇菜的研究主要集中在叶与花粉形态结构[6-7]、引种驯化[2-3]、栽培[8-9]、繁殖机制[10-12]、杂交育种[13-14]、化学成分[15-16]、同工酶[17]以及AFLP反应体系的建立[18]等方面。有关逆境胁迫的研究也有文献报道：骆建霞等[19]研究了盐胁迫对早开堇菜生长及生理指标的影响；王丽娜等[20-21]研究了早开堇菜的生活史及其生态适应性，且通过比较土壤持续干旱条件下早开堇菜与草地早熟禾对土壤水分利用的特征发现，早开堇菜的抗旱性强于草地早熟禾。但尚未见有关早开堇菜干旱条件下的生理反应的报道。为此，笔者于2014年采用盆栽控水法，研究干旱胁迫下早开堇菜与常见草坪草黑麦草(Loliumperenne)的生理反应，以期探明其抗旱机理，为其园林应用及干旱条件下植被恢复提供科学的理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

1.1.1 植物材料 早开堇菜为2年生植株，2013年4月于凯里学院后山采集1年生苗，栽培于凯里学院实践基地，2014年3月定植于直径21 cm塑料盆；黑麦草为1年生植株，2014年2月直播于同样大小的盆中；培养土为黑壤土∶松针土=1∶1混合。

1.1.2 试剂 丙酮、三氯乙酸、硫代巴比妥酸、茚三酮、脯氨酸、氮蓝四唑和愈创木酚等。

1.1.3 仪器与设备 分光光度计、DJS-1C型电导仪和离心机等。

1.2 试验方法

试验在凯里学院温室内进行。早开堇菜经过30 d盆栽适应后，选择生长基本一致的30盆，进行干旱胁迫。试验前将栽培基质浇至饱和持水量，以后不再浇水使其逐渐自然失水干旱。每间隔7 d采样，即在0 d、7 d、14 d、21 d等采样，直至地上部分完全萎蔫无法取材停止试验[22]。以第1次(即干旱胁迫0 d，浇透水盆底无滴水后)采集的样品为对照。采样时间为上午9:00左右，每次采样时随机采取3盆植株上部成熟叶2～3片，并重复3次。

黑麦草于2014年2月直播于盆后，经过60 d生长发育，选择生长基本一致的30盆，进行干旱胁迫。处理及采样与早开堇菜一致。

1.3 测定内容

植物在受到干旱胁迫后，抵御适应干旱的途径和方式多种多样，用单一或个别生理生化指标难以进行复杂的抗旱鉴定，因此常采用多项指标进行综合评价。该试验参考前人的研究[22-50]选取叶绿素(Chl)含量、细胞膜透性(RP)、丙二醛(MDA)含量、游离脯氨酸(Pro)含量、超氧化物歧化酶(SOD)活性和过氧化物酶(POD)活性等反应植物受害程度和反应植物保护措施的生理生化指标进行研究。其中，Chl含量采用丙酮-分光光度法测定，RP采用电导法测定，MDA含量采用硫代巴比妥酸显色法测定，Pro含量采用酸性茚三酮法测定，SOD活性采用氮蓝四唑法测定，POD活性采用愈创木酚比色法测定[23]。

1.4 数据统计与分析

用Excel 2003和SPSS17.0软件进行数据的整理与分析。

2 结果与分析

2.1 外部形态

观察发现，对照的植株外部形态均呈正常生长。从表看出，随着处理时间延长，干旱胁迫程度逐渐加强，植株受害程度逐渐加深，叶片开始出现萎蔫，直至地上部完全萎蔫死亡。其中，早开堇菜于处理21 d时开始出现萎蔫，比黑麦草晚；早开堇菜在处理第28天时叶片表现变黄、干枯，而黑麦草在处理第21天时已表现萎蔫、干枯，第28天时植株已死亡。说明，早开堇菜忍受干旱的能力较黑麦草强。

2.2 叶绿素(Chl)含量

由图示可见，随着干旱胁迫程度的加强，早开堇菜和黑麦草的Chl含量均呈下降趋势，与其他学者研究结论基本一致[24-28]。其中，早开堇菜在第7天时Chl含量开始呈显著减少趋势，下降持续时间较长，下降幅度较大；而黑麦草Chl含量的下降趋势相对较平缓，在第21天时才出现显著差异。但随着胁迫程度的加强，2种植物Chl含量的下降梯度降低。

表 干旱胁迫下早开堇菜与黑麦草的外部形态

注：同一曲线上不同的字母代表0.05水平的差异显著。

Note: Different letters on the same curve indicate significance of difference at 0.05 level.

图示 干旱胁迫下早开堇菜与黑麦草的叶绿素含量、细胞膜透性、丙二醛含量、游离脯氨酸含量、超氧化物 歧化酶活性和过氧化物酶活性

Fig. Chlorophyll content，cell membrane permeability，MDA content，free proline content，SOD activity and POD activity ofV.prionanthaandL.perenneunder drought stress

2.3 细胞膜透性(RP)

环境胁迫致使植物细胞质膜受到不同程度损伤，表现为质膜透性增大，细胞内部分电介质外渗，细胞质膜透性与植物的抗旱性呈负相关关系。一般以植物组织外渗液电导率表征质膜透性的变化，反映胁迫条件下植物质膜受损伤的程度[29-37]。由图可见，随着干旱胁迫程度的增加和时间的延续，2种植物的RP均呈上升趋势。在干旱胁迫初期，2种植物的RP变化均较缓慢，但随着干旱胁迫程度的增加，2种植物的RP均快速上升。黑麦草在干旱胁迫处理第7天后即出现快速增加，第14天是对照的1.7倍，第21天时是对照的2.2倍，且差异显著。而早开堇菜在第14天后才出现快速增加，到第21天时为对照的1.6倍，第28天为对照的1.9倍，且差异显著。说明，干旱胁迫下早开堇菜细胞膜抵御损伤的能力强于黑麦草，早开堇菜的抗旱能力大于黑麦草。

2.4 丙二醛(MDA)含量

由图可见，随着干旱胁迫程度的增加早开堇菜和黑麦草的MDA含量均呈上升趋势，与很多学者的研究结论基本一致[26-28，35，37-41]。早开堇菜的MDA含量前期呈缓慢上升趋势，到第21天时，呈急剧上升，与对照差异显著；黑麦草则在第7天时急剧增加，与对照差异显著。表明，在相同的干旱胁迫条件下，黑麦草的膜脂氧化作用强于早开堇菜，早开堇菜后期的急剧增加应是细胞膜严重遭到破坏的表现。说明，早开堇菜的抗旱能力强于黑麦草，与RP的变化所得结论一致。

2.5 游离脯氨酸(Pro)含量

由图可见，随着干旱胁迫程度的增加2种植物体内Pro含量均呈增加趋势，表明，在干旱胁迫条件下可造成植物体内Pro的累积[26，27，36，41-48]。早开堇菜干旱胁迫初期Pro含量增长缓慢，与对照差异不显著，第7天后迅速增加，最后达到一个较高的值，为对照的3.4倍。黑麦草在干旱胁迫第7天就达到与对照差异显著的最高值，为对照的1.4倍，之后呈缓慢下降趋势，与周兴元等[25，35]的研究结果一致。试验初期，早开堇菜的Pro含量低于多年生黑麦草的Pro含量，至试验结束，早开堇菜的Pro含量高于黑麦草的含量。说明，早开堇菜积累Pro的能力较黑麦草积累Pro的能力强。

2.6 超氧化物歧化酶(SOD)活性

由图可见，随着干旱胁迫程度的增加2种植物体内的SOD活性均呈先上升后下降的趋势，与很多研究结果[27，31，35-38，49]一致。但该2种植物的峰值出现时间不同，黑麦草在第14天时达最大值，与对照差异显著，之后缓慢下降；而早开堇菜在第14天时虽然也与其对照差异显著，但是在第21天才达峰值，之后迅速下降。试验初期，早开堇菜的SOD活性低于黑麦草的，但在第21天后迅速超过黑麦草。表明，在干旱胁迫下早开堇菜的SOD保持较高的活性，减少了活性氧的积累并减轻了膜脂过氧化引起的伤害。说明，早开堇菜有较强的抵御活性氧伤害的能力。

2.7 过氧化物酶(POD)活性

由图可见，试验初期早开堇菜的POD含量略大于黑麦草的，随着干旱胁迫的增加，黑麦草的POD含量迅速增加，一直呈上升趋势。黑麦草在第7天时显著高于对照，且超过早开堇菜的POD含量，但后期增长缓慢，第14天时其增长量又低于早开堇菜，且最高值也低于早开堇菜最高值。早开堇菜在第7天时才开始迅速增加，并在第21天时达最高值，而后又迅速下降。这可能是干旱胁迫的程度加强，POD的合成受到影响，故其活性开始降低。而黑麦草在干旱胁迫程度增加时合成POD的能力增加[26-27，31，46-50]所致。

3 结论与讨论

从植物外部形态的变化看，早开堇菜与黑麦草分别在第21天和第14天开始出现萎蔫，早开堇菜经过28 d的干旱胁迫，地上部分才萎蔫死亡，而黑麦草只有21天。因此认为，早开堇菜的抗旱性强于黑麦草。

干旱胁迫过程中，早开堇菜与黑麦草的Chl含量均呈下降趋势，但早开堇菜下降的幅度大、时间长，且Chl含量的值小，说明，早开堇菜能够在Chl含量低的情况下长时间维持其生命活动；反应细胞膜受伤害程度的RP与MDA含量均呈上升趋势，且早开堇菜的RP与MDA含量急剧增加的时间晚于黑麦草，对胁迫响应的时间长。

Pro含量、SOD活性和POD活性随干旱胁迫程度加强呈先上升后下降(或一直上升)的趋势，但早开堇菜高峰值出现时间均晚于黑麦草，且变化幅度较黑麦草大。说明，在干旱胁迫时，早开堇菜能有效地生成与积累自身保护物质，较长时间的抵御干旱的不利影响。

周兴元等[35]提出，如果以Pro含量高峰期出现的早晚及高峰期时的含量高低作为衡量标准，可以较好地反应草坪草抗旱能力的强弱。结合本试验，以植物对干旱响应时间或发生急剧变化(拐点或极值)的时间与变化的幅度为标准，可以很好地反映出早开堇菜与黑麦草抗旱性的强弱。

综上所述，与黑麦草相比，早开堇菜具有较强的抗旱性，Chl含量、RP、MDA含量、Pro含量、SOD活性和POD活性等指标可以作为衡量早开堇菜抗旱的生理指标。在城市园林绿化过程中可根据实际情况加以大面积应用替代草坪草[20]。植物的抗旱机理很复杂，不同植物其抗旱机理各不相同[22-50]，早开堇菜的抗旱机理有待进一步深入研究。

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(责任编辑： 王 海)

Physiological Response ofViolaprionanthaandLoliumperenneto Drought Stress

LIU Libo， CAO Ying

(CollegeofEnvironmentandLifeScience，KailiUniversity，Kaili，Guizhou556011，China)

The Chlorophyll content，cell membrane permeability，MDA content，free proline content，SOD activity and POD activity ofV.prionanthaandL.perenneunder drought stress were compared by pot water-control method to study the drought resistance and drought-resistant mechanism ofV.prionanthaand to provide the theoretical basis for its landscape application and vegetation recovery under drought condition.Rsults:The Chlorophyll content ofV.prionanthaandL.perennepresents a declining trend with increase of drought stress degree, and the declining duration ofV.prionanthais longer with a great reduction range but the declining trend ofL.perenneis gentle with a less reduction range relatively. The cell membrane permeability and MDA content ofV.prionanthaandL.perenneboth show a rising trend and its rapid increase time ofV.prionanthais later thanL.perenne. The SOD activity ofV.prionanthaandL.perenneboth present a first rising and then declining trend and the reduction time ofV.prionanthais later thanL.perenne. The free proline content ofV.prionanthaandL.perenneshows a rising trend and a first rapid increase and then slow declining treand separately. The POD activity ofV.prionanthaandL.perennepresents a first rising and then declining trend and a rising trend respectively. In conclusion, the drought resistance ofV.prionanthais higher thanL.perenne.

Violaprionantha;Loliumperenne; drought stress; physiological response; drought resistance

2014-12-09； 2015-07-07修回

凯里学院2011年规划资助项目“凯里市花坛花卉种类调查与四种新优品种引种试验”(Z1128)

刘立波(1983-)，男，讲师，硕士，从事园林植物与景观营造方面的教学与科研工作。E-mail：liulibo2233@126.com

1001-3601(2015)07-0356-0038-04

S688.4

A