峨眉山不同海拔迎阳报春花的生理特性

尹鹏, 黄娇, 廖金花, 胡霞

(乐山师范学院 生命科学学院， 四川 乐山 614000)

报春花是世界著名观赏花卉，被誉为“世界三大园艺植物”和“三大高山花卉”之一[1].四川省报春花资源非常丰富，有121种9亚种3变种，主要分布在四川省西部和西南部山区[2].迎阳报春是报春花科报春花属的多年生常绿草本植物,分布在四川省峨眉、马边、宝兴等地，1886年在四川省峨眉山首次发现，为四川省特有种[3].报春花种质资源调查发现，峨眉山迎阳报春花主要分布在1 559～2 447 m海拔梯度上[4].

海拔梯度由于包含了温度、湿度、光照等诸多环境因子的剧烈变化，其造成的温湿度和土壤肥力等环境异质性可能会极大地影响到植物的生长发育、物质代谢、功能结构等变化.目前关于迎阳报春花的研究较少，相关的研究仅见其种子萌发特性和离体培养的两篇报道[3，5].本课题以四川省特有种迎阳报春花为研究对象，对不同海拔梯度下迎阳报春花的叶绿素质量分数、丙二醛质量浓度等生理特性进行研究，对于促进峨眉山植株的合理开发培育具有重要的意义.

1 研究地区与方法

1.1 研究地区概况

峨眉山(海拔3 099 m，北纬29.36,东经103.29)地处四川盆地西缘，西藏高原的东麓，是四川盆地与西藏高原的过渡地带，年均降雨量约为1 480.5 mm，相对湿度约80%[6].

1.2 实验设计

2018年6月在峨眉山4个不同海拔梯度(1 559、2 163、2 313和2 445 m)采集迎阳报春花植株叶片5 g左右(重复5次)，液氮保存带回实验室后分别测定其丙二醛质量浓度、叶绿素、可溶性糖、脯氨酸、蛋白质、谷胱甘肽和过氧化物酶的质量分数.用土壤取样器采集各海拔迎阳报春花生长地的土壤样品(每个海拔取土8管混合为1个土样，重复5次)，回实验室后测定土壤本底值(PH，含水量，有机质和全氮质量分数).

1.3 测定方法

1.3.1 土壤温度

土壤温度用便携式土壤水分温度测量仪测定.

1.3.2 土壤含水量

土壤含水量用烘干法测定[7].

1.3.3 土壤pH

土壤pH用电位法测定[7].

1.3.4 土壤有机质和全氮的质量分数

称取风干土壤样品用外热-重铬酸钾容量法测定土壤有机质的质量分数；称取风干土壤样品加入还原性混合催化剂、浓硫酸后用开氏消煮法测定[7]全氮的质量分数.

1.4 统计学方法

用SPSS 13.0对不同海拔迎阳报春的生理指标进行单因素方差分析，用Excel 2007作图，采用最小显著差异法(LSD)比较组间差异(α=0.05).

2 结果与分析

2.1 不同海拔梯度土壤基本情况

土壤温度、含水量、有机质和全氮的质量分数都随海拔梯度的改变呈现规律的变化趋势(表1).随着海拔升高，土壤温度逐渐降低，含水量、有机质和全氮的质量分数均逐渐增加.而土壤pH值对海拔梯度没有表现出规律性变化趋势.

2.2 不同海拔迎阳报春花生理指标

迎阳报春花叶片生理指标随海拔梯度的变化呈现不同的规律.随海拔的升高，叶片总含水量显著降低，从0.30(1 559 m)降至0.23(2 445 m)(图1).叶绿素质量分数随海拔梯度升高呈逐渐增加趋势.可溶性糖和蛋白质的质量分数均随海拔梯度的升高呈现显著增加，分别增加了12.4倍和0.9倍.丙二醛、脯氨酸和谷胱甘肽的质量分数随海拔的变化没有呈现规律的变化趋势(图1).统计分析结果显示，2 445 m海拔处脯氨酸质量分数为73.79 μg/g，显著低于其他海拔；谷胱甘肽质量分数在1 559 m海拔处最高，达691.30 μg/g.

表1 不同海拔梯度土壤基底值Table 1 The soil basic situation of soil sample under different altitude

A： 不同海拔迎阳报春花叶片含水量;B: 不同海拔迎阳报春花叶片叶绿素质量分数;C: 不同海拔迎阳报春花叶片可溶性糖质量分数; D: 不同海拔迎阳报春花叶片蛋白质质量分数; E:不同海拔迎阳报春花叶片丙二醛质量浓度;F:不同海拔迎阳报春花叶片脯氨酸和谷胱甘肽质量分数

A： Water content of Primula oreodoxa Franch leaves under different altitude; B: Chlorophyll content of Primula oreodoxa Franch leaves under different altitude;C: Soluble sugar content of Primula oreodoxa Franch leaves under different altitude; D: Protein content of Primula oreodoxa Franch leaves under different altitude;E: Malondialdehyde content of Primula oreodoxa Franch leaves under different altitude; F: Proline and glutathione content of Primula oreodoxa Franch leaves under different altitude

图1 不同海拔迎阳报春花叶片生理特征

Fig.1 Physiological characteristics of Primula oreodoxa Franch leaves under different altitude

对不同海拔迎阳报春花叶片各生理指标与土壤基底值做相关性分析(表2)，得出以下结果：迎阳报春花叶绿素质量分数与土壤温度显著负相关(P<0.05)，与土壤全氮质量分数显著正相关(P<0.05)，与土壤含水量和有机质质量分数极显著正相关(P<0.01).叶片可溶性糖含量与土壤含水量和有机质质量分数极显著正相关(P<0.01)，与土壤全氮质量分数显著正相关(P<0.05).叶片蛋白质质量分数与土壤温度极显著负相关(P<0.01)，和全氮质量分数极显著正相关(P<0.01)，与土壤有机质质量分数显著正相关(P<0.05).迎阳报春花总含水量、丙二醛质量浓度、脯氨酸和谷胱甘肽的质量分数与土壤各指标的相关系数均不高，相关性未达到显著水平(P>0.05).

表2 不同海拔迎阳报春花生理特征与土壤基底值的相关性Table 2 Correlation analysis of Primula oreodoxa Franch and soil basic value under different altitude

1)P<0.05; 2)P<0.01.

3 讨论

生长于高海拔地区的植物，由于长期适应低温高湿等不利环境条件，可能形成抗性生理特性以适应正常的生长发育.叶绿素是植物光合作用的重要组成部分，在光合作用中参与光能的吸收、传递和转化.有研究表明，随着海拔升高，植物叶绿素质量分数随之增高[8-10],也有一些研究得出了相反的结果[11-13].本研究的结果与之前的结果有所区别，峨眉山迎阳报春花叶绿素质量分数不随海拔变化而明显改变.这可能是因为峨眉山迎阳报春花生长的海拔梯度(1 559～2 447 m)变化范围相对较小，环境条件的改变不足以对叶片叶绿素的合成和分解产生显著的影响.

丙二醛是膜脂过氧化作用的产物，丙二醛的积累会对膜和细胞造成进一步的伤害[14]，膜脂过氧化作用的指标通常采用丙二醛的质量浓度来体现，以表明植物对逆境条件反应的强弱以及膜脂过氧化作用的程度.丙二醛质量浓度越大，叶片受到的损伤程度就越大，对应的对抗逆境的能力越弱.本研究中，低海拔处的迎阳报春花叶片丙二醛质量浓度最低，叶片受到的损害最小.从细胞膜稳定性角度来看，说明在1 559 m左右海拔处的生境条件是峨眉山上最适合迎阳报春花生长发育的有利条件.叶片相对含水量反映植物叶片的保水能力，保水能力越强，说明其对抗逆境(干旱)的能力越强.还原性谷胱甘肽是植物细胞重要的抗氧化剂之一，是一个良好的表示氧化胁迫的指标.马虹霞等[15]的研究结果表明,较高质量分数的谷胱甘肽对于植物的抗旱性具有重要作用.本研究中，在低海拔1 559 m处迎阳报春花叶片含水量和谷胱甘肽质量浓度最高，说明在低海拔处的迎阳报春花具有更强的抗旱能力.高海拔处的迎阳报春花细胞膜不稳定，抵抗干旱等逆境的能力也更差.

可溶性糖、可溶性蛋白质和脯氨酸是植物细胞内重要的渗透调节物质，在低温条件下植物体内渗透调节物质大量积累，作为适应低温胁迫的抗寒保护物质已被大家所公认[16-19].魏来等[18]与陈奕吟等[19]研究证明在胡杨和翅荚木幼苗中可溶性糖、可溶性蛋白和脯氨酸的质量分数均随抗寒性的提高而提高.本研究中，随着海拔升高，迎阳报春花叶片脯氨酸质量分数无显著改变，而可溶性蛋白质和可溶性糖的质量分数显著增加.随着海拔高度的上升，土壤温度降低湿度增加，微生物降解速率减小而促进了有机质和有机氮的积累.相关性分析表明，土壤有机质和全氮的质量分数分别与迎阳报春可溶性糖和可溶性蛋白质质量分数有统计学差异，这说明充分的养分供应和水分条件有利于可溶性糖和蛋白质的合成.这也正好解释了高海拔地区低温环境下迎阳报春花能够正常生长的原因.

综上所述，为了适应不同生境，较高海拔处由于过低的土壤温度和较强的太阳辐射，迎阳报春花叶片可溶性糖和可溶性蛋白质的质量分数都最高，使其有较强的抗寒性；而土壤含水量较低的低海拔处生长的迎阳报春花叶片含水量和谷胱甘肽质量分数最高，其抗旱性较强.在抗氧化系统方面，海拔1 559 m左右，丙二醛质量浓度处于最低水平，说明该海拔迎阳报春花受到的胁迫较轻，比较适合迎阳报春花的生长；从光合作用方面，随着海拔的升高，环境不断变化(温度下降、土壤含水量增加、有机质和全氮质量分数增加)，迎阳报春花受到的胁迫并没有逐渐加重的趋势，在光合色素方面无显著改变.