水分和低温胁迫对紫茎泽兰幼苗抗性的影响

晏何英

(云南省曲靖市会泽县茚旺高级中学 654200)

1 引言

紫茎泽兰，别名解放草、破坏草，属菊科泽兰属多年生草本植物或亚灌木，原产于美洲的墨西哥至哥斯达黎加一带，于20世纪40年代从中缅边境通过自然扩散传入我国云南省，现已在我国云南、贵州、四川、西藏和台湾地区等地广泛分布并造成危害[1]。紫茎泽兰在云南省的10个地、州的98个县、市都有发生，80%面积的土地都有其分布[2]，并仍以每年30～60km的速度向东向北扩散。

国内外对紫茎泽兰的研究主要集中在其生物学特性、危害及其防治上，对于不同种群的紫茎泽兰在水分和低温胁迫下的生理反应及生长适应性的研究，尚未见报道。植物的生长不仅受到自身遗传物质的控制，还受到众多环境因子的影响，如光、温度、水和土壤营养物质等在时空上的差异[3]，在众多环境因素中，限制紫茎泽兰生长的最为普遍因素是水分、温度。因此，开展不同种群紫茎泽兰幼苗在干旱和低温胁迫条件下的生长特性、生理适应机制及抗性的比较研究，探讨与紫茎泽兰入侵性相关的生物学特性，可为紫茎泽兰防治提供理论依据。

2 材料与方法

2.1 实验材料 中国和墨西哥2个种群的紫茎泽兰幼苗；主要仪器：培养袋(内径6cm、深为13cm)、微电脑光照培养箱、电子天平、托盘天平、培养箱、紫外分光光度计、烘箱、容量瓶和离心管等；试剂：96%乙醇、石英砂、碳酸钙粉和蒸馏水。

2.2 实验方法 选择中国和墨西哥2种群紫茎泽兰幼苗各30株，每个种群幼苗无病虫害、长势基本一致。测定并记录其株高、叶片数目后将其分别移栽到培养袋中，每袋一株，栽培基质由土壤和沙子按3∶1体积混匀而成，每袋装土350±5g，保证每个培养袋中的土壤质地、肥力和水分基本一致。浇透水后将其放在25℃的培养箱中培养一周，确保幼苗成活。将幼苗进行100%饱和水和50%饱和水处理，在每1水分处理下再设3个温度处理：10℃、自然条件和25℃。每个处理设5个重复，贴上处理标签，每日18∶00时通过天平称重控制浇水量，在不同条件下生长一个月后测定其株高、叶片数目、叶面积、根茎的生物量和叶绿素含量等参数。

2.2.1 株高、根长和叶片数的测定 用直尺测定处理前幼苗的株高，记录其叶片数；将处理后的幼苗从基质中移出，洗净后用剪刀将根和地上部分分开，用直尺(精确度1mm)分别测定株高和根长。并计算以下参数：

(1)株高平均相对生长速率(HRGR)=(最终株高-开始株高)/开始株高×100%

(2)叶片数平均相对生长速率(LRGR)=(最终叶片数-开始叶片数)/开始叶片数×100%

2.2.2 叶面积的测定 用剪刀分别将每株幼苗叶片取下，放在不同培养皿中，擦净叶片表面污物，用Li-cor3000型面积仪测定其叶面积并记录。

2.2.3 叶绿素含量的测定 叶绿素含量的测定采用李合生的方法[4]，将每个处理条件下生长的2种群紫茎泽兰幼苗叶片平均分作3份，每份0.15g，用吸水纸去除表面杂质(灰尘)，然后在暗处剪碎放入研钵中，加入少量的石英砂和碳酸钙粉及96%乙醇2～3mL，研成匀浆，再加乙醇8 mL，继续研磨至组织变白，静置3～5min，过滤到20mL容量瓶中得到叶绿素提取液。然后用分光光度计测定649nm和665nm两个波长处的吸光度。叶绿素的浓度(mg/L)按以下公式计算：叶绿素a=13.95A665-6.88A649；叶绿素b=24.96A649-7.32A665。

2.2.4 生物量的测定 分别将每一株幼苗的根和茎放入信封内，在80℃烘箱中烘干24h后，用电子天平(精确度0.0001)分别称每一株的根重和茎重并记录。

2.3 数据处理 分别以各个处理为自变量，用统计软件SPSS10.0进行描述性分析及单因素方差分析(One-Way ANOVA)与多重比较(DUNCAN法)，并用Excel软件和SigmaPlot10.0软件绘图。

3 结果与分析

3.1 水分和温度对2种群紫茎泽兰幼苗生长参数的影响 水分胁迫和低温胁迫对2种群紫茎泽兰幼苗的生长参数产生了不同程度的影响，均与其他处理条件下的有显著差别(P<0.05)。

在10℃处理条件下，中国种群幼苗叶片数与其他处理条件下的有显著差别，墨西哥种群幼苗的无显著差别。中国紫茎泽兰幼苗在低温和水分胁迫条件下的株高与自然温度条件下的株高无显著差异，墨西哥种群幼苗的株高则与其他处理条件下的差异达到了显著水平。

在不同的水分、温度条件下，紫茎泽兰的叶面积差异较大，呈现出稳定的规律性变化。因此，与单项生理指标相比，更适宜作低温、干旱耐受性的评价指标。2种群紫茎泽兰幼苗叶面积增长速率均随着温度的升高、水分的增加呈先升高后下降的趋势，均在自然条件100%水处理下达到最大值，低温胁迫下，2种群的叶面积均与自然温度和25℃下的存在显著性差异。当水分胁迫与低温胁迫时，2种群叶面积扩展都受到了限制，中国种群差异显著。中国紫茎泽兰幼苗除在10℃100%水、自然条件50%水处理外，均存在显著差异(P<0.05)，水分胁迫下的叶面积均较同一温度下正常供水的小；墨西哥种群的幼苗叶面积无显著性差异。水分胁迫下，中国紫茎泽兰幼苗的根长比同一处理条件下的墨西哥种群幼苗的根长，存在显著性差异(P<0.05)。

3.2 水分和温度对2种群紫茎泽兰幼苗相对生长速率的影响 随着温度的降低和水分的减少，2种群幼苗的相对生长速率均呈下降趋势，中国种群除低温和水分双重胁迫和单一低温胁迫的处理条件外，株高和叶片数在各个处理下一直是增长的，但水分和温度适宜的条件更适合其生长，生长速率达最大值，分别为66.74%、54.33%，在低温和水分胁迫下的株高相对生长速率为5.23%，叶片数相对生长速率为0；墨西哥种群幼苗在低温和水分(10℃50%水)处理条件的株高相对生长速率为-12.82%，叶片数的相对生长速率是为3.12%，其生长受阻，长时间的水分亏缺和低温使其幼苗出现萎蔫现象，心叶或幼嫩叶片出现局部褐斑或枯死，试验后的株高值比试验前反而有所下降。

3.3 水分和温度对2种群紫茎泽兰幼苗生物量和叶绿素含量的影响 在同一处理条件下，2种群间根的生物量无显著性差异，墨西哥种群幼苗的茎生物量比中国种群在自然条件50%水、自然条件100%水和25℃50%水处理条件下存在显著差异(P<0.05)。2种群间幼苗的叶绿素a含量存在显著的差异，中国种群的较墨西哥种群的少；叶绿素b含量差异不显著。单一水分胁迫下，2种群幼苗根生物量与同温下的正常供水的相比，均呈增加趋势。单一低温胁迫下，2种群幼苗根生物量与自然条件100%水和25℃100%水条件下的相比，均呈增加趋势，且差异不显著。2种群幼苗的茎生物量均在自然温度饱和水下达到最大值。在单一低温胁迫下，中国紫茎泽兰幼苗的茎生物量与自然条件100%水和25℃100%水条件下的相比，无显著性差异；墨西哥种群幼苗的在自然条件100%水下的无显著性差异，在25℃100%水下的有显著性差异。水分胁迫下的叶绿素a含量均较同一温度、正常供水下的少，差异显著。

同一水分条件下，随着温度的降低，叶绿素a含量呈上升趋势，在10℃50%水、自然条件50%水和25℃50%水下的差异不显著，在10℃100%水、自然条件100%水和25℃100%水下的差异显著，均在10℃100%水下达最大值。在同一水分处理下，随着温度的上升，叶绿素b含量是先增加后下降，但差异不显著，均在自然温度下达最大值。

4 结论

通过对2种群紫茎泽兰幼苗的生长参数、生长速率、生物量和叶绿素含量进行单因素方差分析和多重比较，结果表明：①在水分和低温的胁迫下，2种群紫茎泽兰幼苗的株高和叶片的生长速率均较低，均受到不同程度的抑制作用，墨西哥种群的株高抑制作用尤为显著。②中国种群紫茎泽兰幼苗的抗旱能力较墨西哥种群的强，在水分胁迫下，前者的根长度较后者的长，有显著性差异，叶面积的变化趋势则与根长的相反，根生物量分配的增多扩大了水分吸收表面积，在一定程度上缓解了缺水对其生长的限制。这可能是中国紫茎泽兰在长期的进化过程中，基因频率发生改变，抗旱性调控基因使其抗旱基因成功表达，从而增强其细胞的活力，提高其抗干旱能力，是目前中国紫茎泽兰入侵性强于墨西哥紫茎泽兰的原因之一。③2种群紫茎泽兰幼苗的茎生物量和叶面积的变化趋势基本一致，水分和低温胁迫均对两者的生长和扩展产生不同程度的抑制作用，中国种群差异显著。④水分胁迫下2种群紫茎泽兰幼苗叶绿素a含量较正常供水的少，低温胁迫下2种群叶绿素a含量均达最大值，与正常温度下的有显著性差异,这可能是为了增强抗寒能力；叶绿素b含量差异均不显著。