北京季節(jié)地被菊生理特性的研究

北京季節(jié)地被菊生理特性的研究

菊花是菊科多年生多年生多年生蕨類植物的一種新栽菊。20世紀(jì)80年代，由國(guó)家行政學(xué)院陳俊宇教授等人篩選出了這種植物。植株矮小，花期長(zhǎng)，花緣密度高，抗逆性強(qiáng)，栽培面積大。這是一個(gè)很好的土壤栽培。近些年來(lái),對(duì)地被菊的研究大多集中在引種、選育、栽培、抗旱性及抗鹽堿等方面,抗寒性相關(guān)的研究報(bào)道較少見。本文作者以地被菊‘紫勛章’為材料,通過(guò)對(duì)植株的葉片、腳芽和根在露地越冬過(guò)程中的生理生化指標(biāo)進(jìn)行測(cè)定,試圖分析地被菊抗寒性與這些生理生化指標(biāo)之間的相關(guān)性,為正確鑒定其抗寒性提供初步的實(shí)驗(yàn)證據(jù)。1材料和方法1.1地被菊葉片及腳芽生長(zhǎng)以地被菊(Dendranthema×grandiflorumKitamura)‘紫勛章’品種為試驗(yàn)材料,于2011年春栽植于北京農(nóng)學(xué)院科技園露地苗圃。2011年9月至2012年5月,分別對(duì)露地自然越冬的地被菊葉片及腳芽約每15d采樣1次,根約每30d采樣1次。分別對(duì)這些新鮮材料測(cè)定其相對(duì)含水量、含水量、根活力、可溶性蛋白含量、各種保護(hù)酶(POD、SOD、CAT)酶活性,其他相關(guān)指標(biāo)的測(cè)定樣品-80℃保存?zhèn)溆谩?.2活性測(cè)定及方法參照李合生、張志良方法測(cè)定以下指標(biāo):相對(duì)含水量、含水量測(cè)定采用烘干法;SOD活性測(cè)定采用NBT光還原法;POD活性測(cè)定采用愈創(chuàng)木酚法;CAT活性測(cè)定采用紫外吸收法,以上酶的活性均以每分鐘減少0.01定義一個(gè)酶活單位來(lái)表示;可溶性糖含量測(cè)定采用蒽酮法;可溶性蛋白含量測(cè)定采用考馬斯亮藍(lán)染色法;脯氨酸含量測(cè)定采用酸性茚三酮比色法;根活力測(cè)定采用TTC法。試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用MicrosoftExcel及spss17.0軟件進(jìn)行方差分析和相關(guān)分析。2結(jié)果與分析2.1月平均最低氣溫依據(jù)天氣預(yù)報(bào)連續(xù)記錄2011年9月至2012年5月每天的天氣情況,分別求出月平均最高氣溫和月平均最低氣溫(圖1)。用插入20cm的直角地溫計(jì)記錄地表溫度,求出地下20cm處月平均最低溫和月平均最高溫(圖2)。由圖1可知,隨著冬季氣溫不斷下降,至1月達(dá)到氣溫最低,使得月平均最低氣溫達(dá)到-8.3℃,而后逐漸升高。由圖2可知,地表溫度同樣在1月份達(dá)到最低,月平均最低溫為-2.7℃,隨后逐漸升高。2.2溫度對(duì)根系活力的影響宿根花卉主要依靠根部的活力得以維持在冬天露地越冬,因此,植物組織的根系活力狀況在一定程度上能夠反應(yīng)植物的抗寒性強(qiáng)弱。由圖3可以看出,隨著溫度緩慢降低,根系活力值在12月23日之前緩慢下降,但在溫度最低的1月份及突然降溫的3月18日根系活力值顯著升高之后回落,增幅分別為19.21%、81.18%。推測(cè)可能是由于之前的緩慢降溫使根系得到一定的低溫鍛煉,從而導(dǎo)致短時(shí)間內(nèi)的低溫刺激根系活力出現(xiàn)上升的現(xiàn)象。2.3地被菊‘紫加快”壓解對(duì)下葉片相對(duì)含水量厚度植物組織含水量在秋末冬初時(shí)期的下降,有利于體內(nèi)干物質(zhì)的積累及誘導(dǎo)抗寒力的提高。表1可見,隨著冬季溫度下降,地被菊‘紫勛章’地上部分相對(duì)含水量及地下部分含水量總體都呈下降趨勢(shì),翌年開春后又逐漸升高。葉片和腳芽的相對(duì)含水量都在干枯死亡之前達(dá)到最低。根的含水量在1月15日達(dá)到最低之后開始緩慢上升,其中在12月23日出現(xiàn)突然升高的現(xiàn)象,推測(cè)可能是由于12月2日的降雪增加了土壤的含水量,致使根的含水量出現(xiàn)短時(shí)間升高的現(xiàn)象。2.4溫度對(duì)葉片酶活性的影響隨著溫度降低,葉片的SOD、CAT酶活性呈升降趨勢(shì)(表2,3),POD酶活性呈降升趨勢(shì)(表4)。SOD酶活性在10月15日顯著升高,增幅達(dá)309.81%,而POD酶活性在此時(shí)顯著下降,降幅為32.28%,SOD和CAT酶活性同時(shí)在10月30日升至最高值之后下降,而POD在10月15日降至最低值之后上升。隨著氣溫的下降葉片酶活性變化差異顯著。腳芽的SOD、CAT酶活性總體呈升降升趨勢(shì),POD總體呈降升趨勢(shì)。SOD酶活性在12月2日顯著降低,降幅達(dá)39.90%。CAT酶活性在10月30日顯著升高,增幅為46.77%,之后逐漸降低,在12月2日達(dá)到最低值。而POD在10月30日顯著降低,降幅為58.92%,之后逐漸上升,在12月2日達(dá)到最高值。翌年開春后各酶活性逐漸上升恢復(fù)正常。從以上的分析可看出,12月2日的突然降溫對(duì)腳芽的酶活性變化影響較大。葉片、腳芽的SOD與CAT酶活性變化規(guī)律較一致,POD與其變化規(guī)律則相反,推測(cè)3種保護(hù)性酶在低溫逆境下可能是交替發(fā)揮作用,共同抵抗低溫對(duì)植物體內(nèi)代謝產(chǎn)生的影響。根的SOD酶活性在12月2日時(shí)顯著降低,降幅達(dá)71.39%。CAT酶活性在1月3日時(shí)顯著升高,增幅為454%,在3月30日顯著降低。POD活性在3月30日達(dá)到最高值,增幅為150.94%。由此可見,根的酶活性只在突然降溫的短暫時(shí)間內(nèi)以及最低溫的1月份出現(xiàn)了較大變化,而在整個(gè)越冬期總體變化趨勢(shì)并不太顯著。2.5滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)隨著冬季室外溫度的變化,葉片的可溶性糖大量積累,可溶性蛋白和脯氨酸含量呈下降趨勢(shì),可溶性蛋白和可溶性糖在葉片干枯死亡之前分別達(dá)到最低值和最高值,脯氨酸含量在10月15日下降顯著,達(dá)77.55%(表5)。腳芽的可溶性蛋白和脯氨酸含量總體變化呈降升再降升的趨勢(shì)(表6,7),可溶性蛋白含量在11月29日時(shí)達(dá)到最大值。脯氨酸含量在10月30日顯著降低,降幅為66.53%,12月2日達(dá)到最大值。可溶性糖含量呈升降再升降的趨勢(shì),10月30日顯著升高,增幅達(dá)280.96%,12月2日達(dá)到最大值。翌年開春后,各滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量逐漸恢復(fù)10月份水平。從以上分析可看出,葉片和腳芽的可溶性蛋白和脯氨酸含量變化較一致,二者與可溶性糖含量的變化趨勢(shì)相反。其共同點(diǎn)是都在植株干枯死亡之前及溫度達(dá)到最低時(shí),滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量達(dá)到最值。根的可溶性蛋白含量變化較平穩(wěn),總體呈升降趨勢(shì),在12月2日達(dá)到最大值31.61mg/g,3月30日出現(xiàn)短暫升高,推測(cè)可能是由于3月18日的突然降溫所致?？扇苄蕴呛吭?月3日達(dá)到最大值71.79mg/g之后逐漸下降,其中在11月20日顯著升高,增幅達(dá)389.51%。脯氨酸含量變化趨勢(shì)不穩(wěn)定,在11月20日、12月23日、2月22日脯氨酸含量顯著升高。隨著溫度的降低或突然降溫,根的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量均有所增加。2.6可溶性蛋白與理化指標(biāo)的相關(guān)性表8為自然降溫過(guò)程中所測(cè)定生理生化指標(biāo)的相關(guān)系數(shù)。由該表可見,含水量與相對(duì)含水量呈顯著正相關(guān)。POD與SOD呈極顯著正相關(guān)。可溶性蛋白與含水量呈極顯著正相關(guān),與SOD、POD呈極顯著負(fù)相關(guān)?？扇苄蕴桥c相對(duì)含水量和含水量呈極顯著負(fù)相關(guān),與SOD呈極顯著正相關(guān)。脯氨酸與相對(duì)含水量呈顯著負(fù)相關(guān),與SOD呈極顯著正相關(guān)。根活力與相對(duì)含水量、CAT呈極顯著正相關(guān),與可溶性糖和可溶性蛋白呈顯著負(fù)相關(guān)。綜合上述分析可知,相對(duì)含水量、SOD、可溶性蛋白、可溶性糖、根活力相關(guān)性較好,含水量、脯氨酸、POD、CAT次之。3低溫脅迫對(duì)地被菊抗寒力的影響植物根系功能的變化勢(shì)必會(huì)影響地上部葉片生理特性。本研究發(fā)現(xiàn),在前期緩慢降溫過(guò)程中,根系活力值緩慢下降,但是在溫度最低的1月份及后期氣溫上升后突然降溫的情況下,根系活力值出現(xiàn)短暫升高后又回落的現(xiàn)象。這說(shuō)明一定的低溫條件會(huì)導(dǎo)致根系活力的下降,但緩慢降溫可能會(huì)使根系得到一定程度的低溫鍛煉;當(dāng)遭遇降幅較大的低溫時(shí),植物根系因在一定低溫范圍內(nèi)受低溫馴化后反而激活根內(nèi)保護(hù)酶活性,從而導(dǎo)致根系活力呈上升的現(xiàn)象。植物體內(nèi)含水量降低,胞內(nèi)滲透物質(zhì)量相對(duì)提高,可增加胞液濃度,滲透勢(shì)降低,使結(jié)冰的濕度可能性降低,抗寒防凍能力增強(qiáng)。本研究發(fā)現(xiàn),在越冬過(guò)程中,地上部分相對(duì)含水量及地下部分含水量總體呈下降趨勢(shì),推測(cè)這有利于植物抵抗低溫的傷害。當(dāng)植物受到冷害脅迫時(shí),植物體內(nèi)的一些清除自由基和活性氧的酶類及非酶類物質(zhì)可以通過(guò)調(diào)節(jié)膜透性及增加膜的結(jié)構(gòu)和功能穩(wěn)定性,保護(hù)植物細(xì)胞免受傷害。本研究發(fā)現(xiàn),葉片和腳芽的SOD、CAT酶活性總體呈先升后降的趨勢(shì),而POD呈先降后升的趨勢(shì),推測(cè)三種酶可能在交替發(fā)揮作用。根的酶活性除在降溫幅度較大的幾個(gè)點(diǎn)變化顯著外,在整個(gè)越冬期總體差異不是特別顯著。推測(cè)根中這些的保護(hù)酶活性受低溫脅迫影響相對(duì)較小。在植物代謝過(guò)程中,植物體可通過(guò)積累或分解滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)來(lái)緩解低溫脅迫的傷害,調(diào)節(jié)細(xì)胞滲透平衡。本試驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn),葉片大量積累可溶性糖,而可溶性蛋白和脯氨酸含量則總體呈下降趨勢(shì),推測(cè)是由于葉片進(jìn)入老化階段,分解速度大于合成速度所致,很可能是這些物質(zhì)由地上部分轉(zhuǎn)移至地下部分所致。總的趨勢(shì)顯示,腳芽和根的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量總體呈升降趨勢(shì),表明冬季低溫脅迫誘導(dǎo)腳芽和根為抵御低溫而大量合成滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)來(lái)提高自身抗寒力。在地被菊露地越冬期間,其生理生化指標(biāo)均在