2个铁线莲品种对淹水胁迫的生理响应

蔡进　刘志高　季梦成　孙欧文

摘要：为探究观赏铁线莲在不同淹水胁迫下的生理响应机制，以羞哒哒、波兰精神2个栽培品种为材料，设置2个胁迫处理（半淹水位控制在花盆的1/2，全淹水位控制在高于表层土壤5 cm处），并以正常水分管理为对照，分别测定供试材料7、14、21、28、35 d时的叶绿素a、叶绿素b、总叶绿素、类胡萝卜素、相对电导率、丙二醛（MDA）、脯氨酸、可溶性蛋白、过氧化物酶（POD）、超氧化物歧化酶（SOD）活性等生理指标。结果表明，在半淹处理下，2个铁线莲品种随水淹胁迫时间的延长，叶绿素a、叶绿素b、总叶绿素、类胡萝卜素含量均明显下降;相对电导率、MDA含量、脯氨酸含量、可溶性蛋白含量、POD活性、SOD活性均明显上升。在全淹处理下，2个铁线莲品种的叶绿素a、叶绿素b、总叶绿素、类胡萝卜素含量均明显下降;MDA含量、脯氨酸含量、相对电导率呈上升趋势;POD、SOD活性均先上升后下降。通过隶属函数法综合评价耐涝性，发现半淹条件下的耐涝性明显高于全淹条件下的耐涝性，羞哒哒的耐涝性高于波兰精神。

关键词：铁线莲;淹水胁迫;生理响应

中图分类号： S682.390.1文献标志码： A

文章编号：1002-1302（2019）08-0154-04

铁线莲隶属于毛茛科（Ranunculaceae）铁线莲属（Clematis），是一类观赏价值高且具有多种抗逆性的藤本植物。该属植物种类多大而色鲜，花色丰富，花期长，观赏价值高，有“攀援植物皇后”的美称[1-2]。在日本和西方园林中，铁线莲属植物已占有十分重要的地位。此外，该属植物还具有较高的药用价值，是中医和民间常用于利尿通淋、祛风止痛的药。铁线莲属植物的开发利用，不仅在城市园林中具有潜在观赏价值，而且在医药应用方面也有广阔前景[3]。

浙江省地处亚热带季风气候区，降水充沛，年均降水量为 1 600 mm 左右，是我国降水较丰富的地区之一，夏季易发生洪涝灾害。铁线莲喜肥沃、排水良好的碱性壤土，忌积水，淹水胁迫是铁线莲属植物在该类地区应用相对较少的主要原因之一[4]。近年来，浙江省不断积极引种国外优良铁线莲栽培品种，但由于浙江省夏季的高温高湿气候，铁线莲栽培品种的园林应用并未取得预期的效果。有关铁线莲品种耐涝性相关研究未见报道，本试验结合前期对观赏铁线莲品种在杭州地区栽培适应性的观测结果，选取耐涝性差异较大的铁线莲品种羞哒哒和波兰精神为试材，测定在不同程度淹水胁迫下的生理响应指标，并运用隶属函数对2个铁线莲栽培品种耐涝性进行综合评价，为引种国外铁线莲栽培品种在我国园林中的筛选、应用及本土铁线莲观赏品种选育提供理论依据和参考。

1材料与方法

1.1供试材料及处理

选用铁线莲栽培品种羞哒哒和波兰精神二年生苗为试材，2017年4月于浙江虹越花卉有限公司购入。采用常规水肥管理，待植株长势良好时进行试验。

试验于2017年4月在浙江农林大学温室内进行。选取长势良好且相对一致的幼苗，采用“双套盆法”，淹水胁迫设置3个梯度：正常供水（羞哒哒为CK，波兰精神为CK′）;半淹（羞哒哒为T1，波兰精神为T1′）;全淹（羞哒哒为T2，波兰精神为T2′）。对照组进行正常水分管理，半淹水位控制在花盆1/2处，全淹水位控制在高于表层土壤5 cm处，每天18：00进行水分补充。每个处理9盆，2个品种共54盆。分别在处理7、14、21、28、35 d采集植株3至4张成熟叶片。叶绿素和脯氨酸含量测定用鲜叶，其余指标用经液氮速冻后置于-80 ℃冰箱保存的样品进行测定。

1.2指标测定及方法

叶绿素和类胡萝卜素含量测定采用95%乙醇浸提法[5];丙二醛含量采用硫代巴比妥酸法测定[6];脯氨酸含量采用磺基水杨酸提取法测定[7];可溶性蛋白含量用考马斯亮蓝法测定[8];超氧化物歧化酶（SOD）活性测定采用氮蓝四唑法（NBT）[9];过氧化物酶（POD）活性测定采用愈创木酚法[10]。

1.3数据处理

用Excel进行数据整理分析，用Origin 8.0作图。耐涝性评价方法采用隶属函数法[11]，评价2个铁线莲品种各指标均使用胁迫35 d时的数据。各指标隶属函数值具体计算方法如下：

（1）当指标与植物耐受性呈正相关时：

U（Xi）=（Xi-Xmin）/（Xmax-Xmin）;

当指标与植物耐受性呈负相关时：

U（Xi）=1-（Xi-Xmin）/（Xmax-Xmin）;

（2）平均隸属值：

X=∑Xi/n。

式中：U（Xi）为各指标的隶属值，U（Xi）越大耐受性越强;Xi为某一指标的测定值;Xmax和Xmin分别为某一指标的最大值和最小值;X为平均隶属值;n为样本总量。

2结果与分析

2.1淹水胁迫对2个铁线莲品种叶片色素含量的影响

由图1可知，随着淹水时间的延长，2个铁线莲品种叶片叶绿素a、叶绿素b、总叶绿素及类胡萝卜素含量总体均呈下降趋势，不同品种及不同处理间下降幅度不同。半淹处理下，羞哒哒叶绿素a、叶绿素b及总叶绿素含量下降趋势一致，随试验时间延长呈下降趋势;波兰精神叶绿素a、叶绿素b及总叶绿素含量在处理14 d出现明显变化。全淹处理下，2个铁线莲品种胁迫初期叶绿素a、叶绿素b及总叶绿素含量明显下降，羞哒哒在处理21 d降幅较大，分别比对照下降33.57%、33.66%、33.62%;波兰精神在处理14 d降幅最大，分别比对照下降52.40%、55.40%、53.65%。根据观察发现，羞哒哒类胡萝卜素含量随时间延长无明显变化;波兰精神类胡萝卜素含量缓慢下降。结果表明，在处理35 d时波兰精神比羞哒哒叶片色素含量低，表明淹水处理对波兰精神叶片色素含量的影响更为明显。

2.2淹水胁迫对2个铁线莲品种膜脂过氧化的影响

由图2可知，随着淹水胁迫时间的延长，2个铁线莲品种MDA含量变化趋势基本一致。半淹处理下，胁迫初期MDA含量呈缓慢上升的趋势，处理21 d时2个铁线莲品种的MDA含量明显上升，处理35 d时达最大值，分别比对照上升了 22.50%、36.29%。全淹处理下，羞哒哒在处理21 d时MDA含量上升幅度最大，比对照上升了29.03%，处理35 d时，MDA含量达最大值;波兰精神在处理14 d时上升幅度最大，比对照上升了33.14%，处理35 d时，MDA含量最大。在整个胁迫过程中，2个铁线莲品种全淹胁迫的MDA含量始终高于半淹胁迫，波兰精神MDA含量上升速度高于羞哒哒，说明半淹比全淹对细胞膜的伤害大，淹水对波兰精神细胞膜的伤害较羞哒哒大。

淹水胁迫下2个铁线莲品种的相对电导率变化基本一致，随着淹水时间延长呈逐渐上升趋势。半淹条件下，羞哒哒和波兰精神的相对电导率在21 d较对照仍未出现明显变化;

羞哒哒和波兰精神这2个铁线莲品种的相对电导率在35 d时均达到最大值，分别为0.152和0.167。在全淹条件下，羞哒哒和波兰精神这2个铁线莲品种的相对电导率在胁迫初期明显上升，均在处理35 d达到最大值，分别达到0.208和0.342。结果表明，全淹较半淹处理2个铁线莲品种叶片受到的伤害更大。从水淹处理35 d的结果来看，羞哒哒比波兰精神的相对电导率低，表明淹水处理对波兰精神生长的影响更为明显。

2.3淹水胁迫对2个铁线莲品种渗透调节物质的影响

由图3可知，随着淹水胁迫时间的延长，2个铁线莲品种脯氨酸含量基本呈上升趋势。在半淹处理下，羞哒哒和波兰精神脯氨酸含量在胁迫初期明显上升，均在21 d时增幅最大，分别比对照增加692.14%和316.20%。在全淹处理下，2个铁线莲品种脯氨酸上升幅度明显高于半淹处理，在28 d时增幅最大，分别比对照上升880.40%和726.25%。之后随时间增加增幅减缓，处理35 d时2个铁线莲品种脯氨酸含量最大。

2个铁线莲品种可溶性蛋白含量变化趋势有较大差异。半淹处理下，羞哒哒可溶性蛋白含量呈现先增加后下降的趋势。胁迫初期（14 d内）较对照无明显差异，21 d时可溶性蛋白含量达到最大值，比对照增加6.76%，之后缓慢下降，整个胁迫过程中可溶性蛋白含量均略高于对照;波兰精神呈先下降后上升的趋势，胁迫7 d时可溶性蛋白含量达到最大值，比对照增加6.02%，之后缓慢下降，在处理35 d时出现小幅增加，整个胁迫过程中可溶性蛋白含量略高于对照。全淹处理下，羞哒哒变化趋势与半淹一致，呈先增加后下降的趋势。波兰精神呈先下降后上升的趋势，胁迫7 d时可溶性蛋白含量最大，比对照增加3.70%，之后缓慢下降，胁迫28 d时可溶性蛋白含量达到最低值。根据观察发现，随淹水处理时间的延长，2个铁线莲品种可溶性蛋白含量无明显变化。

2.4淹水胁迫对2个铁线莲品种抗氧化酶活性的影响

由图4可知，半淹处理下，2个铁线莲品种POD活性不断上升。羞哒哒在28 d时POD活性增幅最大，POD活性为 91.33 U/（g·min）。波兰精神在21 d时POD活性增幅最大，POD活性为78.33 U/（g·min）。淹水35 d结束时，2个铁线莲品种POD活性均达到最高值，分别为116.00、91.67 U/（g·min）。全淹处理下，2个铁线莲品种POD活性变化趋势基本一致，均先上升后下降。羞哒哒在28 d时达到最高值，为118.33 U/（g·min），之后明显下降，淹水35 d结束时，POD活性为81.66 U/（g·min）。波兰精神在21 d时，POD活性达到最高值96.0 U/（g·min），之后明显下降，处理35 d结束时，POD活性为44.0 U/（g·min）。观察发现，胁迫初期2个铁线莲品种各处理下的POD活性均呈上升趋势，胁迫后期半淹条件下植物仍能保持POD活性增加趋势，维持细胞内活性氧平衡，全淹条件下2个铁线莲品种POD活性明显下降，说明在全淹条件下植物无法依靠自身调节适应涝害环境，生长受到影响。

2个铁线莲品种SOD活性变化与POD活性变化相似，半淹处理下，羞哒哒SOD活性不断上升，至35 d时达到最大值，为10.48 U/g，与对照相比上升20.76%。波兰精神呈先上升后下降的趋势，在处理21 d时达到最大值，为9.81 U/g，比对照上升了11.35%，至35 d时SOD活性达到最低值，为 7.41 U/g，比对照下降13.93%。全淹处理下，2个铁线莲品种的变化趋势基本一致，均呈先上升后下降的趋势。羞哒哒在 28 d 达到最高值，为11.61 U/g，之后显著下降，在淹水 35 d 结束时，SOD活性为9.36 U/g。波兰精神在14 d时达到最高值11.60 U/g，之后显著下降，处理结束时SOD活性为 5.21 U/g。

2.52个铁线莲品种耐涝性的综合评价

由表1可知，利用模糊数学隶属函数法对2个铁线莲品种的10项生理指标进行耐涝性综合评价，以各项指标隶属度平均值作为铁线莲品种耐涝能力的综合鉴定标准，其值大小表示耐涝性能力的高低。羞哒哒半淹、羞哒哒全淹、波兰精神半淹、波兰精神全淹的隶属函数平均值分别为0.75、0.58、0.39、0.30，表明相同品种半淹的耐涝性强于全淹，羞哒哒的耐涝性强于波兰精神。

3讨论

光合色素是植物进行光合作用的重要物质基础，其含量直接反映植物的生长状况和光合能力，淹水胁迫促进光合色素分解以减少光量子对植物的伤害[12]。2个铁线莲品种在淹水胁迫下，叶绿素a、叶绿素b、总叶绿素及类胡萝卜素含量均有明显减少，羞哒哒的下降幅度小于波蘭精神。半淹处理下，胁迫前期2个铁线莲品种的色素含量均能保持平稳，表明在轻度淹水胁迫下铁线莲能够通过自身调节来适应环境。全淹条件下，胁迫初期色素含量明显下降，可能是由于淹水胁迫导致色素分解酶迅速合成引起色素含量显著下降。这与李力等对北部红枫的研究结果[13]一致。

细胞膜是防止细胞外物质自由进入细胞的屏障，能保证细胞内环境相对稳定，使各种生化反映能够有序地运行。相对电导率、MDA含量反映胁迫条件下细胞膜受到的伤害程度。相对电导率表示细胞质膜透性，相对电导率越大表明组织渗出液越多，质膜透性越大，反映植物受到的伤害程度越深。MDA含量反映膜脂过氧化和膜受伤害程度。蔡永萍等研究发现，淹水增加了膜质过氧化，使MDA含量增加[14]。随着淹水胁迫程度及时间增加，2个铁线莲品种的电导率呈上升趋势，波兰精神较羞哒哒上升更为明显。表明随着淹水胁迫时间的增加，细胞膜受害程度加剧。MDA含量呈上升趋势，与相对电导率一致。相对电导率与MDA含量的变化与植物的耐涝性相关，2个铁线莲品种在半淹条件下的相对电导率和MDA含量较全淹小，表明铁线莲植物在轻度淹水环境中能够通过自身防御机制应对环境。羞哒哒的MDA含量低于波兰精神，相对电导率也相对较低。表明羞哒哒细胞膜受到的伤害程度较小，波兰精神受到的伤害程度较大。

脯氨酸、可溶性蛋白作为植物的主要渗透调节剂，通过降低细胞原生质渗透势、促进细胞从外界吸收水分、调节细胞渗透压来减轻淹水胁迫对植物体的伤害[15]。在逆境胁迫条件下，植物体内脯氨酸累积含量明显增加，通过脯氨酸含量增加维持细胞渗透压，同时保护酶和膜系统免受伤害，增强植物的抗逆性[16]。可溶性蛋白质具有较强的亲水性，其含量增加会导致细胞内束缚水含量增加，提高细胞的保水能力[17]。本试验中，2个铁线莲品种脯氨酸含量随时间延长增加，这与种培芳等在金色叶树木对SO2胁迫生理响应的研究结果[18]一致。2个铁线莲品种脯氨酸含量变化趋势一致，呈先慢后快的上升趋势，在胁迫35 d达到最大值。耐涝性较强的羞哒哒脯氨酸含量明显高于波兰精神。2个铁线蓮品种可溶性蛋白含量在整个胁迫期间无明显变化规律，表明淹水胁迫对铁线莲植物可溶性蛋白影响较小。

POD、SOD是细胞抵御活性氧伤害的主要保护酶类[19]。研究表明，在逆境胁迫下，植物体内的SOD、POD活性均会上升[20]。本试验中，半淹处理下，2个铁线莲品种的POD活性呈上升趋势，在处理结束35 d达最高值，表明铁线莲植物在轻度淹水环境下可通过提高保护酶活性清除自由基。全淹条件下2个铁线莲品种POD活性先上升后下降，在胁迫后期植物保护酶系统遭到破坏无法维持正常生长。SOD活性变化与POD活性变化相似，2个铁线莲品种均呈先上升后降低的趋势。羞哒哒在胁迫结束35 d时POD、SOD活性均高于波兰精神，表明羞哒哒更耐水湿。

淹水胁迫对植物的影响是多方面的，淹水环境中植物也能够通过自身调节适应环境，但是超过植物淹水承受范围时，植物生长会受到影响直至死亡。本试验中叶片色素含量、MDA含量、相对电导率、脯氨酸含量、POD和SOD活性对淹水胁迫较敏感，可溶性蛋白无明显变化。结合隶属函数法对淹水胁迫下不同指标进行综合评价，2个铁线莲品种半淹处理下的耐涝性显著高于全淹处理下的耐涝性，羞哒哒的耐涝性强于波兰精神。

参考文献：

[1]刘庆超，王奎玲，卢婉佩，等. 我国铁线莲属植物资源研究进展[J]. 植物遗传资源学报，2014，15（3）：483-490，497.

[2]王非，王凯，王竞红. 遮阴对2种铁线莲光合特性的影响[J]. 东北林业大学学报，2017，45（2）：12-16.

[3]季梦成，单晓宾，张银丽. 浙江铁线莲属植物资源调查研究[J]. 北京林业大学学报，2008，30（5）：66-73.

[4]Wang W T. Notes on the genus Clematis （Ranunculaceae） （VI）[J]. Acta Phytotaxonomica Sinica，2006，44（3）：327-339.

[5]Yang X，Chen X，Ge Q，et al. Tolerance of photosynthesis to photoinhibition，high temperature and drought stress in flag leaves of wheat：a comparison between a hybridization line and its parents grown under field conditions[J]. Plant Science，2006，171（3）：389-397.

[6]Zhang J X，Kirkham M B. Drought stress induced changes in activities of superoxide dismutase，catalase，and peroxidase in wheat species[J]. Plant and Cell Physiology，1994，35（5）：785-791.

[7]张殿忠，汪沛洪，赵会贤. 测定小麦叶片游离脯氨酸含量的方法[J]. 植物生理学通讯，1990，32（4）：62-65.[LM]

[8]Bradford M M. A rapid and sensitive method for the quantitation of microgram quantities of protein utilizing the principle of protein-dye binding[J]. Analytical Biochemistry，1976，72（1/2）：248-254.

[9]李合生. 植物生理生化实验原理和技术[M]. 北京：高等教育出版社，2000：355-370.

[10]章艳玲，程纪伦，李关荣. 栽培条件对半夏叶片POD、SOD、CAT活性的影响[J]. 中国农学通报，2012，28（4）：211-214.

[11]杨淑红，宋德才，刘艳萍，等. 土壤干旱胁迫和复水后3个杨树品种叶片部分生理指标变化及抗旱性评价[J]. 植物资源与环境学报，2014，28（3）：65-73.

[12]潘澜，薛立. 植物淹水胁迫的生理学机制研究进展[J]. 生态学杂志，2012，31（10）：2662-2672.

[13]李力，刘玉民，王敏，等. 3种北美红枫对持续高温干旱胁迫的生理响应机制[J]. 生态学报，2014，32（22）：6471-6480.

[14]蔡永萍，陶汉之，张玉琼. 土壤渍水对小麦开花后叶片几种生理特性的影响[J]. 植物生理学通讯，2000，36（2）：110-113.[HJ1.86mm]

[15]张旭东，王智威，韩清芳，等. 玉米早期根系构型及其生理特性对土壤水分的响应[J]. 生态学报，2016，36（10）：2969-2977.

[16]张晓燕. 不同树种在涝渍胁迫下生长及生理特性的响应[D]. 南京：南京林业大学，2008：1-62.

[17]张明生，谢波，谈锋，等. 甘薯可溶性蛋白、叶绿素及ATP含量变化与品种抗旱性关系的研究[J]. 中国农业科学，2003，36（1）：13-16.

[18]种培芳，苏世平. 4种金色叶树木对SO2胁迫的生理响应[J]. 生态学报，2013，33（15）：4639-4648.

[19]张中峰，张金池，黄玉清，等. 接种菌根真菌对青冈栎幼苗耐旱性的影响[J]. 生态学报，2016，36（11）：3402-3410.

[20]朱向涛，金松恒，哀建国，等. 牡丹不同品种耐涝性综合评价[J]. 核农学报，2017，31（3）：607-613.