干旱脅迫對菊葉片生理特性的影響

干旱脅迫對菊葉片生理特性的影響

目前，我國大部分用于覆蓋的植被植物是水稻草。小面積使用麥冬、草地草、洋蔥、漿草等種子。雖然它有一定的景觀效果，但草坪的嚴重疾病和高成本的維護無法實現(xiàn)。麥冬和草地草的葉子和花朵是不可或缺的。勛章菊(GazaniarigensL.)為菊科勛章花屬多年生宿根草本植物,原產(chǎn)于南非,性喜溫暖向陽,是很好的園林花卉,適宜布置花壇和花境,也是很好的插花材料。勛章菊的花冠絢麗多彩,花瓣亮澤,早晨開放,晚上閉合,單花壽命長達10d;因此,勛章菊可應(yīng)用于廣場、街道、公共綠地、風(fēng)景區(qū)、花園、公園、庭院的彩化。目前對于植物的抗旱性研究很多,但對地被植物的抗旱性研究很有限,李錦馨對鋪地雪、落金錢、紫勛章、新紅和早小菊(CK)為材料,記錄各品種的生長發(fā)育狀況,比較它們的耐旱能力。蘆建國對10種宿根草本地被植物進行過抗旱性研究。現(xiàn)以勛章菊為試材,分析干旱脅迫下勛章菊的若干生理變化,為勛章菊抗旱性能的評價和蘇州地區(qū)勛章菊的引種、馴化及景觀應(yīng)用提供科學(xué)根據(jù)。1材料和方法1.1植株扦插苗培養(yǎng)試材為蔓生勛章菊,由日本引進,扦插繁殖后選擇植株整齊、生長健壯的植株移于盆徑為18cm的花盆中,每盆植3株扦插苗,并進行常規(guī)水分和養(yǎng)分管理。盆中基質(zhì)采用松針土:珍珠巖=3:1。1.2保水機加/不保濕法處理2試驗在蘇州大學(xué)東校區(qū)進行,干旱脅迫從2010年5月20日開始,進行如下處理:0、2、4、6、8、10d不澆水和10d不澆水后復(fù)水2d,3次重復(fù)。以試驗開始的當天(0d)為對照。采樣時取第2～3位葉片,取下后用蒸餾水沖洗待用。1.3測定項目及方法脯氨酸(Pro)的測定采用酸性茚三酮法;丙二醛(MDA)含量的測定采用巴比妥酸顯色法;質(zhì)膜透性的測定采用電導(dǎo)率法;可溶性蛋白的測定采用考馬斯亮藍G-250染色法;葉綠素總含量的測定采用丙酮乙醇混合液法;水分的測定采用土壤烘干法。1.4數(shù)據(jù)處理方法用統(tǒng)計軟件Spss軟件處理數(shù)據(jù)進行相關(guān)性分析,采用Excel進行平均值的計算及作圖。2結(jié)果與分析2.1土壤相對含水量的下降從圖1可看出,土壤的自然含水量值隨著干旱天數(shù)的增加,呈下降的趨勢。0d含水量為31.4%,2d下降到23.3%,4d下降到15.4%,6d下降到10.6%,8d下降到8.2%,10d下降到只有4.6%。由于盆栽植株得不到來自地下水的補充,在前6d樣品土的自由水含量幾乎呈直線下降趨勢,水分蒸發(fā)迅速而嚴重。斷水處理6d后,土壤相對含水量的下降趨勢變緩,這可能與土壤的理化性質(zhì)、植株葉片蒸騰及地表蒸發(fā)有關(guān)。另外蘇州夏季的空氣濕度較大、溫度偏高,對土壤含水量的變化可能也有一定的影響。2.2脯氨酸含量的積累干旱脅迫容易引起氮代謝失常,通常表現(xiàn)為脯氨酸含量的增加。脯氨酸是植物體內(nèi)重要的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)。由圖2可看出,勛章菊的脯氨酸含量本底值較低,干旱脅迫條件下脯氨酸含量增加較快,可以推斷脯氨酸含量的積累是勛章菊在干旱脅迫下重要表現(xiàn)指標。一般來說抗旱性強的品種在受到干旱脅迫時脯氨酸含量的增加幅度要大于抗旱性弱的品種。勛章菊葉片里的脯氨酸含量在2d和4d不澆水時,脯氨酸含量增幅很小,到第6、8、10天仍不澆水時顯著大幅度增加,各處理間有顯著性差異.而復(fù)水后的第2天脯氨酸含量又大量減少。后期土壤的水分減少而對植物造成更大的傷害而導(dǎo)致脯氨酸量有明顯提高,同時脯氨酸具有一定程度的抗旱性,脯氨酸的積累與蛋白質(zhì)的合成有關(guān),由于干旱蛋白質(zhì)合成受阻,相對來講脯氨酸含量則增加。說明勛章菊具有一定程度的抗旱性。2.3干旱脅迫對滲透著新蛋白質(zhì)合成的影響由圖3可看出,干旱脅迫下勛章菊葉片可溶性蛋白的含量呈先上升,下降后又上升再下降的變化趨勢。在干旱脅迫的早期,勛章菊葉片蛋白質(zhì)含量都有一個升高的過程,這可能是植株對逆境的初步響應(yīng)而啟動了新蛋白質(zhì)合成。4～6d蛋白質(zhì)有個下降的過程。因為此時合成的新蛋白質(zhì)的速度低于蛋白質(zhì)在加劇干旱逆境條件下的分解速度,6～8d蛋白質(zhì)的提高可能是由于干旱的加劇勛章菊體內(nèi)進一步啟動一些抗旱基因合成新的蛋白質(zhì)。8d后干旱脅迫嚴重,勛章菊調(diào)節(jié)系統(tǒng)受損,勛章菊細胞內(nèi)肽酶活性提高,蛋白質(zhì)的合成受阻,蛋白質(zhì)分解加速,導(dǎo)致其含量下降。這一結(jié)果與王晶英等研究結(jié)果是一致的。2.4丙二醛含量的變化植物在干旱脅迫條件下,往往發(fā)生質(zhì)膜的過氧化現(xiàn)象,其中丙二醛是主要的產(chǎn)物之一。它可以反映質(zhì)膜過氧化作用的程度。植物丙二醛含量增幅越小,抗旱性越強;反之則越弱。從圖4可看出,丙二醛的含量的增加不是很明顯,說明勛章菊具有一定的抗旱性,這與脯氨酸的變化趨勢相同。勛章菊葉片內(nèi)的丙二醛含量在2～6d的時間內(nèi),其含量明顯升高,到6d丙二醛含量為0.77mmol/L,比未處理前的增加196.15%,到6～8d含量微微降低。造成上面的結(jié)果可能是由于植株受到干旱脅迫,體內(nèi)產(chǎn)生大量的膜脂過氧化物丙二醛,所以丙二醛的含量會增加,但又由于葉片具有防膜脂過氧化的保護酶類,如POD、SOD等在脅迫下活性增強,有效地降低了脂膜過氧化產(chǎn)物的丙二醛,使得葉片的丙二醛含量降低,此后的持續(xù)干旱,使植株的保護酶系統(tǒng)的活性被鈍化或者降低,不能發(fā)揮正常功能,所以導(dǎo)致丙二醛含量增加。復(fù)水2d后丙二醛的含量恢復(fù)到對照水平,可見勛章菊是干旱處理后丙二醛(MDA)含量變化特別靈敏的指示材料。2.5干旱脅迫對滲透前監(jiān)獄相對透性的影響勛章菊在干旱脅迫條件下,細胞脫水,導(dǎo)致細胞的透性增大。由圖5可知,勛章菊葉片相對電導(dǎo)率呈上升趨勢,即隨著干旱脅迫程度的加劇,勛章菊葉片細胞膜相對透性明顯升高。在干旱脅迫8d,勛章菊相對細胞膜透性達59.79%,干旱脅迫10d時,細胞膜相對透性提高到64.23%。用Spss軟件對雙側(cè)和單側(cè)對勛章菊葉片MDA含量與相對電導(dǎo)率做相關(guān)性分析結(jié)果表明,葉片細胞膜相對透性與MDA呈正相關(guān)性,相關(guān)系數(shù)為0.875,相關(guān)系數(shù)在0.8～1之間都屬于高度相關(guān)。說明隨著天數(shù)增加干旱脅迫加劇,活性氧積累增多,脂膜過氧化作用加劇,MDA含量增多,從而導(dǎo)致膜的結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定性被破壞,細胞膜相對透性增加。復(fù)水后2d葉片受傷率減弱相對電導(dǎo)率減弱。2.6干旱脅迫對擴大保障效果及觀賞的影響葉綠素主要包括葉綠素a和葉綠素b,是光合作用中最重要和最有效的色素,其含量在一定程度上能反映植物同化物質(zhì)的能力。在正常條件下,葉綠體色素與蛋白質(zhì)結(jié)合在一起,但干旱脅迫會使葉綠素不穩(wěn)定。由表1可知,隨著干旱脅迫天數(shù)的增加,勛章菊葉片中葉綠素總含量、葉綠素a含量、葉綠素b含量變化趨勢基本相同,呈先下降后上升再下降的趨勢。干旱脅迫的10d勛章菊葉片的葉綠素a、b及總量都有所下降分別比對照下降了0.242、0.012、0.254mg/g。造成干旱脅迫下葉綠素含量降低的主要原因可能與質(zhì)膜透性、膜脂過氧化物MDA有關(guān)。電解質(zhì)和某些有機物質(zhì)的大量外滲,同時MDA的不斷積累,抑制了葉片的光合速率,降低了丙酮酸羧化酶的活性,加速葉綠素的降解,暗呼吸速率增加,表現(xiàn)出對光合作用的明顯傷害。其原因一方面可能是劇烈的水分損失引起葉綠素的生物合成減弱,另一方面由于干旱導(dǎo)致植物體內(nèi)活性氧積累,積累的含氧自由基直接或間接的啟動了膜脂過氧化作用,導(dǎo)致細胞膜透性破損傷害,葉綠素分解加快。干旱脅迫的4～6d,勛章菊葉片的葉綠素a、b及總量都少量上升,這可能是由于土壤干旱,造成勛章菊葉片失水,而葉綠素的濃度則相應(yīng)增加導(dǎo)致。干旱脅迫6～10d,葉綠素a、b及總量都持續(xù)下降,由于葉綠素分解量大于葉綠素濃度的相應(yīng)增加量。復(fù)水2d后勛章菊葉片葉綠素含量繼續(xù)下降,說明葉片的葉綠素恢復(fù)能力相對于其它指標來說比較緩慢。植物的抗旱能力是一種復(fù)合性狀,是從植物的形態(tài)解剖構(gòu)造、水分生理生態(tài)特征及生理生化反應(yīng)到細胞、光合器官及原生質(zhì)結(jié)構(gòu)特點的綜合反映。僅用一個抗旱指標很難說明問題,只有采用多指標綜合評價,才能比較客觀的反映植物的抗旱性。該試驗分析了干旱脅迫下勛章菊8個生理指標的變化。研究抗旱性時觀賞性的維持也是重要因素,從研究結(jié)果來看,自然干旱4d時基本對勛章菊的觀賞性沒有影響(圖6),干旱脅迫6d時勛章菊的葉片開始萎蔫但是花朵依然很鮮艷(圖7)。一般情況下園林綠化的養(yǎng)護工作中,每1～2d都會對草本花卉澆水1次。所以,對于能夠承受1周以上不澆水的勛章菊來說,在應(yīng)用上沒有破壞觀賞性,況且園林綠化中的勛章菊直接用于花臺、花境時,地面土壤中的含水量比花盆中的含水量更加充足,這樣更加充分的為勛章菊的應(yīng)用提供了可行性。研究結(jié)果表明,隨著水分脅迫天數(shù)的增加,勛章菊體內(nèi)脯氨酸含量顯著增長,即產(chǎn)生大量的脯氨酸抵御外界環(huán)境傷害。Singh等研究表明,植物體內(nèi)游離脯氨酸積累與品種的抗旱性呈正相關(guān),因而他們認為葉片缺水時,累積脯氨酸數(shù)量的多少可以作為作物抗旱的指標。王子鳳等在研究鳶尾屬6種植物在干旱脅迫中脯氨酸的積累情況可以看出,抗旱性最弱的鳶尾脯氨酸的積累量和抗旱性強的德國鳶尾積累量都差不多。樊國華等在研究不同草莓品種對水分脅迫的響應(yīng)時認為,抗旱性最弱的“大將軍”品種,其脯氨酸的積累量最少,而抗旱性強的“歐寶”積累量最多,草莓脯氨酸的積累量和幼苗的抗旱性呈正相關(guān)。李造哲對10種苜蓿品種幼苗抗旱性的研究表明,游離脯氨酸含量與苜蓿品種的抗旱性呈負相關(guān)。由此可見,脯氨酸作為抗旱性生理指標目前爭議很大。該試驗的結(jié)果一方面表明了幾個抗旱性生理指標具有高度的一致性,另一方面也證明勛章菊受干旱脅迫時脯氨酸的積累和變化較為敏感。因此,植株的脯氨酸可以作為勛章菊受干旱程度及測定抗旱性的生理指標。在干旱脅迫下,丙二醛的含量到6d已經(jīng)很大,而在膜透性上還沒有表現(xiàn)出來。丙二醛是膜脂過氧化的重要產(chǎn)物,MDA從膜上釋放后,可以與蛋白質(zhì)、核酸反應(yīng),改變這些大分子的構(gòu)型,或使之產(chǎn)生交聯(lián)反應(yīng),從而喪失功能;同時還可使纖維素分子間的橋