不同沙尘和遮阴处理梯度对4种果树叶片有机渗透调节物质的影响
2017-09-18萨吉旦阿卜杜克日木巴特尔巴克艾克来木艾合买提祖力克艳麻那甫王孟辉罗那那
萨吉旦·阿卜杜克日木,巴特尔·巴克,艾克来木·艾合买提,祖力克艳·麻那甫,王孟辉,罗那那
(新疆农业大学草业与环境科学学院,乌鲁木齐 830052)
不同沙尘和遮阴处理梯度对4种果树叶片有机渗透调节物质的影响
萨吉旦·阿卜杜克日木,巴特尔·巴克,艾克来木·艾合买提,祖力克艳·麻那甫,王孟辉,罗那那
(新疆农业大学草业与环境科学学院,乌鲁木齐 830052)
【目的】测定沙尘和遮阴处理的可溶性蛋白、脯氨酸和可溶性糖等指标,研究不良环境对果树叶片的伤害。【方法】选取核桃、杏、巴旦木和苹果4种果树,采用人工覆沙与遮阴处理的方法,设置4个时间(9、18、27和36 d)和2个梯度(沙尘3和9 mg/cm2、遮阴16.4%和46.5%)的正交试验,测定不同处理对上述4种果树叶片渗透调节物质的影响。【结果】轻度沙尘处理后,4种果树叶片脯氨酸、可溶性糖含量逐渐上升,而可溶性蛋白含量较对照均增加45.83%后下降趋势;重度沙尘处理下,上述3种渗透调节物质含量均在9~18 d出现峰值后下降。遮阴处理对4种果树叶片渗透调节物质含量有明显的影响,叶片经过轻度遮阴处理后其含量不同程度的增强。随着遮阴胁迫程度的加剧,可溶性蛋白、脯氨酸含量出现了降低的趋势,遮阴均在18~27 d出现峰值后下降。【结论】沙尘、遮阴胁迫对4种果树叶片带来一定的不利影响。
沙尘覆盖;遮阴处理;叶片;渗透调节物质
0 引 言
【研究意义】沙尘天气是较严重的灾害性天气之一,不仅影响植物叶片的正常生理代谢,还会导致一定程度的“遮阴现象”,严重时造成植物死亡。基于此,很有必要研究沙尘、遮阴环境对叶片的伤害。【前人研究进展】李巧云[1]研究发现,冬小麦受到浮尘胁迫后,植物体内的渗透调节系统会产生并积累大量脯氨酸,降低渗透势,使植物更加适应逆境环境。谢元贵等[2]的研究结果显示,随着遮阴胁迫的加重,小蓬竹叶片脯氨酸含量逐渐下降,且中度、重度胁迫的差异显著高于轻度遮阴胁迫。严潜[3]的研究表明,在遮阴条件下,吉祥草植物体内的可溶性糖含量发生了明显的变化。郑有飞等[4]的相关研究发现,植物叶片可溶性糖含量在适当的光照强度刺激下升高,而当光照过低时,其则会降低含量。冯武焕[5]的实验发现,随着煤烟尘降尘胁迫程度的增强,大白菜植物叶片可溶性糖含量明显下降。【本研究切入点】国内外学者对植物盐胁迫[6-7]、干旱胁迫[8]等方面的研究较多,而有关果树叶片沙尘、遮阴胁迫后对叶片伤害的研究报道很少。测定沙尘和遮阴处理的可溶性蛋白、脯氨酸和可溶性糖等指标,研究不良环境对果树叶片的伤害。【拟解决的关键问题】以4种果树为试验材料,研究沙尘、遮阴处理对渗透调节物质的影响,为不良环境对植物的影响提供基础数据。
1 材料与方法
1.1 材 料
试验区位于新疆农业科学院轮台国家果树资源圃。该资源圃地理坐标83°38′~85°25′E,40°05′~42°32′N,位于塔里木河中游,塔里木盆地北缘,巴音郭楞蒙古自治州西部,年平均气温10.6℃,≥10℃的积温4 038.5℃,年平均降水量52 mm,年平均蒸发量2 072 mm,平均日照数2 783 h,无霜期188 d左右,属于暖温带大陆性干旱气候,降水稀少、蒸发强烈、空气干燥、日照时间长、无霜期长、温差较大。供试材料为生长状况良好,适应性强的4种果树,包括核桃(Juglansregia)、杏(Armeniacavulgaris)、巴旦木(Amygdaluscommunis)和苹果(Maluspumila)。
1.2 方 法
1.2.1 试验设计
1.2.1.1 沙尘处理
(1)选择叶龄、叶位一致,长势良好,受光充足,无虫病害的健康成熟叶片;(2)通过万深LA-S叶面积仪测量其面积;(3)用算出的叶面积乘以单位面积滞尘量(3 mg/cm2、8.8 mg/cm2)算出每个不同梯度下各个叶片的所需沙尘的重量,将试验用的沙子烘干,用筛子(目数180、孔径0.08 mm)筛好、称好备用。为了让沙尘更好地黏附在叶表面上,首先在叶片上喷洒一定的水分,进行覆沙操作,免沙尘从干燥的叶片上滑落下来。
1.2.1.2 遮阴处理
利用普通白色尼龙遮阴网作为遮阴材料,遮阴方式分别为:(1)对照(CK);(2)16.4%遮阴:83.6%的自然光达到冠层表面(T1),即1层白色尼龙遮阴网;(3)46.5%遮阴:53.5%的自然光达到冠层表面(T2),即5层白色尼龙遮阴网。遮阴网透光率选择的依据是根据北京雨根有限公司生产的AV-20P太阳辐射仪和美国Avelon公司生产的AR5数据采集器来测定其光照强度,取得平均值并求得不同层数的遮阴网对太阳辐射所占的百分比。每个处理重复3次,根据实际情况,确定合理的株距离,避免各株将其他株的阳光遮挡住,彼此造成影响。
将各处理沙尘、遮阴胁迫的结束时间调整到同一天。等到全部处理时间达到预定期,把叶片摘下来,包裹在锡箔纸里面,立即用液氮速冷,带回实验室进行相关指标的分析测定。图1
图1 不同处理时间设置
Fig.1 The treatment under different stress
1.2.2 测定指标
可溶性蛋白含量的测定参照高俊凤[9]的考马斯亮蓝G-250显色法测定;脯氨酸含量的测定参照邹琦[10]的酸性茚三酮比色法测定;可溶性糖含量测定采用李合生[11]的蒽酮比色法测定。
1.3 数据处理
测定的数据采用Microsoft Excel 2010软件制表,用SPSS 21.0软件进行单因素方程分析。
2 结果与分析
2.1 沙尘、遮阴胁迫下可溶性蛋白含量的变化
研究表明,随着沙尘覆盖时间的延长,2种梯度沙尘处理的4种果树叶片中可溶性蛋白含量均呈现出先上升后下降的变化趋势。覆盖厚度3 mg/cm2的处理组中,覆盖18 d时,核桃、苹果叶片中可溶性蛋白含量达到峰值,分别为4.05、2.23 mg/g,较对照分别增加2.23和1.33倍,而杏和巴旦木叶片覆沙9和27 d时出现峰值,分别为2.866和6.568 mg/g,较对照分别增加1.11和1.29倍;覆盖厚度8.8 mg/cm2的处理组中,覆盖9 d时,核桃、杏叶片中可溶性蛋白含量为峰值,与对照组相比分别增加2.06和1.19倍,而巴旦木和苹果叶片覆沙18 d时达到最大值,较对照分别增加1.27和1.37倍,随后开始下降。轻度沙尘处理的叶片均在18和27 d时达到最大值,重度处理的均在9和18 d时达到峰值。图2
研究表明,轻度遮阴处理下4种果树叶片的可溶性蛋白含量均呈上升趋势。当遮阴处理到36 d时,核桃、巴旦木和苹果叶片可溶性蛋白含量最高,和对照组相比依次提高1.83、1.27和1.41倍,杏叶片可溶性蛋白含量在遮阴18 d时出现峰值,较对照增加1.20倍;在重度遮阴处理组中,几乎所有果树叶片可溶性蛋白含量都呈现出相同的变化趋势,首先提高,达到一定峰值后降低,峰值均出现在18 d。在同一遮阴处理组中,随着遮阴时间的延长,可溶性蛋白含量之间存在显著差异(P<0.05)。表1
图2 沙尘覆盖对核桃(A)、杏(B)、巴旦木(C)、苹果(D)叶片可溶性蛋白含量的影响
Fig.2 Effect of dust coverage on the soluble protein content of Juglans regia(A), Armeniaca vulgaris(B), Amygdalus communis(C), Malus pumila(D)leaves at different treatment days
表1 遮阴下叶片可溶性蛋白含量变化
Table 1 Effects of different shading condition on the soluble protein content of fruit tree leaves
果树名称Fruitnames遮阴率Shadingrate(%)可溶性蛋白含量Solubleproteincontent(mg/g)处理时间Treatmenttime(d)CK9182736核桃JuglansregiaT11 817d2 448c2 801bc2 982ab3 334aT21 817c2 952a2 663ab2 341bc2 096bc杏ArmeniacavulgarisT12 578bc2 690bc3 090a2 740b2 394cT22 578c2 938b3 362a2 550cd2 533d巴旦木AmygdaluscommunisT15 105c5 387c5 637bc6 067ab6 487aT25 105b5 599ab6 081a5 042b4 924b苹果MaluspumilaT12 536d2 737cd3 092bc3 385ab3 579aT22 536b2 979ab3 241a2 844ab2 613b
2.2 沙尘、遮阴胁迫下脯氨酸含量的变化
研究表明,轻度沙尘处理下核桃(A)、杏(B)、巴旦木(C)和苹果(D)叶片脯氨酸含量变化呈上升趋势,覆沙36 d时含量最大,达到131.324、100.750、169.911和211.078 μg/g,和对照相比依次增加2.96、2.37、2.45和2.39倍。重度处理组中,几乎所有果树叶片中脯氨酸含量都是先提高后降低,覆沙18 d时,核桃、巴旦木和苹果叶片中脯氨酸含量出现峰值,较对照分别增加3.07、2.23和1.76倍;而杏叶片覆沙27 d时出现峰值,较对照增加3.21倍,随后开始下降。图3
研究表明,经过轻度遮阴处理后,4种果树叶片中脯氨酸含量呈现出升高的趋势,且均在遮阴36 d时达到最大值,较对照依次增加2.37、2、2.95和1.96倍。在重度处理组中,脯氨酸含量先是有所提高,至27 d时达到最大值,此后持续降低。在相同的遮阴下,随着时间的延长,脯氨酸含量之间存在显著差异(P<0.05)。表2
2.3 沙尘、遮阴胁迫下可溶性糖含量变化
研究表明,随着沙尘覆盖时间的延长,轻度处理的核桃(A)、杏(B)、巴旦木(C)和苹果(D)可溶性糖含量逐渐上升。覆沙36 d时杏的升高幅度最高,达到5.82 mg/g,较对照增加2.41倍。在重度处理组中,叶片可溶性糖含量呈先提高后降低,核桃和苹果叶片的可溶性糖含量覆沙18 d时最大,分别达到18.80和15.02 mg/g,较对照增加1.97和1.43倍,而杏和巴旦木叶片均在9 d时出现峰值,达到11.29和8.19 mg/g,较对照增加1.94和1.72倍。轻度沙尘处理的叶片均在36 d时达到最大值,重度处理均在9和18 d时达到峰值。图4
研究表明,核桃、杏、巴旦木和苹果叶片可溶性糖含量总体上随着胁迫程度增强,时间的不断延长而提高,遮阴36 d时达到最大值,但增加的幅度不同,巴旦木的增加幅度最大,轻度和重度遮阴胁迫时,较对照增加,分别增加2.80和3.20倍。在相同遮阴程度环境下,随着遮阴时间的延长,可溶性糖含量之间存在显著差异(P<0.05)。表3
图3 沙尘覆盖下核桃(A)、杏(B)、巴旦木(C)、苹果(D)叶片脯氨酸含量变化
Fig.3 Effect of dust coverage on the proline content of Juglans regia(A), Armeniaca vulgaris(B),Amygdaluscommunis(C),Maluspumila(D)leavesatdifferenttreatmentdays
表2 遮阴下叶片脯氨酸含量变化
Table 2 Effects of different shading condition on the proline content of fruit tree leaves
果树名称Fruitnames遮阴率Shadingrate(%)脯氨酸含量Prolinecontent(μg/g)处理时间Treatmenttime(d)CK9182736核桃JuglansregiaT144 414d50 266d57 924c81 833b105 472aT244 414c62 189b70 714b87 325a92 156a杏ArmeniacavulgarisT142 542c54 004c72 216b76 630ab85 362aT242 542b68 604a78 599a87 049a71 237a巴旦木AmygdaluscommunisT169 400d80 999cd93 706c143 779b205 034aT269 400d94 453c111 919b148 808a109 897b苹果MaluspumilaT188 331d94 312cd102 006bc107 701b172 688aT288 331d102 311c136 830b159 335a132 234b
图4 不同沙尘覆盖下核桃(A)、杏(B)、巴旦木(C)、苹果(D)叶片可溶性糖含量变化
Fig.4 Effect of dust coverage on the soluble sugar content of Juglans regia(A), Armeniaca vulgaris(B), Amygdalus communis(C), Malus pumila(D)leaves at different treatment days
表3 遮阴下叶片可溶性糖含量变化
Table 3 Effects of different shading condition on the soluble sugar content of fruit tree leaves
果树名称Fruitnames遮阴率Shadingrate(%)可溶性糖含量(mg/g)处理时间Treatmenttime(d)CK9182736核桃JuglansregiaT19 566c10 161c11 947b13 376b17 172aT29 566d11 048d13 614c16 511b22 542a杏ArmeniacavulgarisT15 823c6 881bc8 693b12 026a13 177aT25 823d9 315c13 376b14 712b17 489a巴旦木AmygdaluscommunisT14 765c5 743bc7 675b11 577a13 349aT24 765c6 114c8 759b13 204a15 267a苹果MaluspumilaT110 519c11 537bc12 159b14 646a15 254aT210 519d13 296c13 799bc15 968b19 262a
3 讨 论
在逆境环境下,植物体内出现各种多样的生理变化,以此适应各种不良环境。渗透调节就是其中重要的反应之一[12-13]。渗透调节即植物体内细胞积累渗透调节物质的过程。在植物渗透调节过程中,可溶性蛋白、脯氨酸和可溶性糖等发挥着重要的作用,它们是植物保持正常膨压的关键因素,确保植物体能正常地开展代谢反应,避免逆境环境对植物体自身造成的伤害[14]。可溶性蛋白含量的变化可以反映细胞内蛋白质合成、变性及降解等多方面的信息[15]。研究结果显示,核桃、杏、巴旦木和苹果叶片沙尘、遮阴胁迫条件下,随着处理时间的推移,叶片可溶性蛋白含量有所提高,而当胁迫程度以及处理时间达到某一水平时,该物质可溶性蛋白含量开始降低,充分证明在轻度胁迫环境下,植物体内产生逆境蛋白,从而有力地抵抗逆境环境,但是严重且长期的胁迫环境会破坏植物体内中的蛋白质。在逆境下,植物会在体内积累脯氨酸和可溶性糖等渗透调节物质,从而避免细胞膜结构被逆境破坏,比如叶片中脯氨酸和可溶性糖含量大幅度提高,当胁迫解除后,植物会表现出一定的自我恢复和修复能力[16-18]。研究中,果树叶片受到轻度胁迫时,脯氨酸以及可溶性糖含量不断提高,证明轻度胁迫环境会刺激植物积累大量的脯氨酸、可溶性糖,而重度长期的胁迫导致上述两种物质含量下降,这可能与植物对逆境胁迫产生一定的适应性有关。这个研究结果与郭俊刚[19]、霍清枝等[20]的研究结果相似。综上所述,当叶片受到沙尘、遮阴胁迫时,会进行自身渗透物质的调节,以适应逆境胁迫;随着胁迫程度的增强,植物无法继续适应加剧的逆境环境,体内生理活动程度减弱,导致胁迫可溶性蛋白、脯氨酸和可溶性糖含量逐渐减少。
4 结 论
核桃、杏、巴旦木和苹果4种果树叶片渗透调节物质含量随着沙尘、遮阴胁迫程度的增加和时间的延续呈现了不同的变化趋势。轻度沙尘处理(沙尘覆盖厚度3 mg/cm2)的可溶性蛋白、脯氨酸和可溶性糖含量较对照分别增加11.18%~122.93%、7.01%~195.68%和18.39%~141.30%,遮阴处理(阴率16.4%)较对照分别增加19.84%~83.47%、6.77%~137.47%和6.22%%~180.18%,避免环境对植物自身造成太大的伤害,此即为植物的适应性。长期且重度胁迫下,上述3种指标出现降低趋势,沙尘、遮阴处理的较对照分别降低21.84%和6.20%,导致叶片细胞结构和功能受到损害难以恢复,超出了植物的耐性阈值。
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EffectsofDifferentDustStressesandShadingTreatmentGradientsonOrganicOsmoticAdjustmentSubstancesofFourKindsofFruitTreeLeaves
Sajidan Abudukerimu, Batur Bake, Akrem Ahmet, Zulikeyan Manaf, WANG Meng-hui, LUO Na-na
(CollegeofPrataculturalandEnvironmentalSciences,XinjiangAgriculturalUniversity,Urumqi830052,China)
【Objective】 In order to make clear the effects of adverse environment on the damage of fruit tree leaves, the soluble protein, proline and soluble sugar were determined under the condition of dust and shade stress.【Method】Juglansregia,Armeniacavulgaris,AmygdaluscommunisandMaluspumilawere selected as material, orthogonal experiments were designed under the different artificial conditions (dust 3 mg/cm2and 9 mg/cm2,shading 16.4% and 46.5%)and treatment times 9 d, 18 d, 27 d, 36 d were set to analyze the impact of different treatments on the osmotic adjustment substances of leaves.【Result】Under the light dust treatment, the four kinds fruit tree leaves proline and soluble sugar content increased gradually, but soluble protein increased first and then declined. The contents of proline, soluble sugar and protein reached the peak value 9-18 d, and then decreased under the heavy dust stress. The osmotic adjustment substances increased to different degrees under the light shading treatment, but increased first and then decreased under the heavy shading treatment.【Conclusion】Ust and shading stress brings some adverse effects on 4 kinds of fruit tree leaves.
dust cover;shading treatment;leaf;osmotic adjustment substances
Batur Bake(1973-), male, native place: Xinjiang kashi. Professor, research field: Ecology and environment in drought area.(E-mail)bateerbake@163.com
10.6048/j.issn.1001-4330.2017.08.011
2017-04-14
国家自然科学基金项目“新疆几种特色果树叶绿素荧光对沙尘胁迫的响应”(31460316)
萨吉旦·阿卜杜克日木(1990-),女,新疆伊宁人,硕士研究生,研究方向为环境污染与修复,(E-mail)sajidamyili@163.com
巴特尔·巴克(1973-),男,新疆莎车人,教授,博士生导师,研究方向为干旱区生态与环境,(E-mail)bateerbake@163.com
S761.2
:A
:1001-4330(2017)08-1460-09
Supported by: National Natural Science Foundation of China "Response of Chlorophyll Fluorescence to Sand Dust Stress in Several Featured Fruit Trees in Xinjiang' (31460316)