澇漬脅迫下牡丹的生理響應

王 艷,丁 莎,駱 俊,費永俊 (長江大學園藝園林學院,湖北荊州434025)

認識植物對水澇脅迫響應機理,揭示其適應機制,從而合理地選擇和定向培育耐澇性品種,減輕淹水危害,對于我國花卉生產具有重要的理論和現實意義[1]。牡丹 (Paeonia suffruticosa)系芍藥科芍藥屬,是我國的國花之一,有著數千年自然生長和兩千多年的人工栽培歷史,具有重要的觀賞價值、藥用價值、食用價值和商品價值[2]。本研究旨在研究澇漬脅迫下牡丹葉片的葉綠素含量、SOD活性、丙二醛含量以及脯氨酸含量等幾個生理指標的響應,分析牡丹的抗澇性,為高溫多雨地區的品種選擇提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試牡丹苗木為二年生實生苗,均采用無土栽培方式,種源為湖北五峰野生品種,已經馴化栽培8 a,能正常開花結實。在澇漬處理之前水肥常規管理,在溫室環境中生長正常。

1.2 試驗方法

隨機挑選長勢較為一致的9盆牡丹,移栽于高35 cm、直徑25 cm的塑料盆中,栽培基質為蛭石∶珍珠巖∶泥炭土∶陶粒=3∶1∶4∶1。設置3個不同的土壤含水量梯度 (W1水位:淹至苗木基質1/3,W2水位:淹至苗木基質2/3,W3水位:淹至苗木基質3/3),對牡丹幼苗分別進行澇漬脅迫處理,每個梯度處理3盆。移栽后,按設計要求控水,每天補充失去的水分,在淹水第2、4、6 d分別取牡丹下方枝條上的葉片用于測定。

1.3 指標測定方法

(1)葉綠素含量的測定 將采摘的葉樣快速洗凈擦干,稱取0.1 g,剪碎后放入盛25 mL浸提液的玻璃瓶中,密封后置于黑暗低溫處,處理24 h以上,直至瓶中葉肉組織完全變為白色后,將浸提液于722N型可見分光光度計上測定645 nm和663 nm波長下的光密度D645和D663[3]。浸提液為丙酮∶95%乙醇∶蒸餾水=4.5∶4.5∶1.0,測定值用于計算葉綠素a濃度 (Ca)、葉綠素b濃度 (Cb)和葉綠素總含量 (Ct)。

葉綠素總含量 (mg/g)=葉綠素總濃度 (mg/L)×提取液總體積(L)×稀釋倍數/樣品鮮重 (g)。

(2)SOD活性的測定 稱取鮮葉樣品0.5 g,用pH 7.0的磷酸緩沖液5 mL在研缽中研磨提取,提取液于8 000 r/min冷凍離心15 min,上清液用于MDA含量和SOD活性的測定。測定SOD活性的試劑配制及用量:0.05 mol/L磷酸緩沖液 (pH 7.8)3.1 mL(空白為3.2 mL),12 mg/mL EDTA 0.2 mL,10 mg/mL L-甲硫氨酸0.2 mL,0.l mg/mL核黃素吸取上清液0.2 mL,1 mg/mL NBT 0.2 mL,0.1 mL提取酶液,空白不加酶液。反應總體積為4 mL,采用具塞試管。4 000 lx光照30 min,遮黑布終止反應,置560 nm處測定光密度。

SOD活性 (抑制NBT光還原%)=(Do-D)/Do×100/50×V總/V取/樣葉鮮重 (g),其中,Do為空白光密度值,D為加酶液光密度值[4]。

(3)丙二醛 (MDA)含量的測定 取上述離心后的上清液1.5 mL,加入0.5%硫代巴比妥酸(TBA)混合物2.5 mL于100℃沸水中,加熱20 min,迅速冷卻,于3 500 r/min離心10 min,上清液分別測定532 nm、600 nm處波長下光密度D532和D600[5]。

MDA含量 (nmol/g)=[(D532-D600)/0.155×提取液總量/測定時提取液用量反應體系總體積]/樣品鮮重 (g)[6]。

(4)游離脯氨酸 (PRO)的測定 取葉0.1 g,剪碎后放入試管,加入 3%的磺基水楊酸溶液5 mL,于沸水浴中浸提10 min。冷卻后,吸取提取液2 mL于另一支試管中,再加水2 mL、冰乙酸2 mL和2.5%的酸性茚三酮溶液4 mL,置沸水浴中顯色60 min。冷卻后,加入甲苯萃取紅色物質4 mL。靜置后,取甲苯相測定520 nm波長處的吸收值。在1～10 μ g/mL脯氨酸濃度范圍內制作標準曲線[7]。取標準溶液各2 mL,加入3%磺基水楊酸2 mL、冰乙酸2 mL和2.5%茚三酮溶液4 mL,置沸水浴中顯色60 min。冷卻后,加入甲苯萃取紅色物質4 mL。靜置后,取甲苯相測定520 nm波長處的光密度值,依據脯氨酸量和相應吸收值繪制標準曲線。樣品測定取2 mL上清液,加水2 mL,再加入冰乙酸等顯色劑,同標準曲線程序進行顯色、萃取和比色。

2 結果與分析

2.1 澇漬脅迫對葉綠素含量的影響

圖1表明,在淹水第4 d,W1、W2、W3之間葉綠素含量差異不大,而第6 d 3個處理的葉綠素含量均顯著降低,且W3處理的牡丹在整個處理過程中葉綠素含量最低。W3的牡丹下降趨勢很明顯,很有規律,但是W1、W2處理的葉綠素含量第4 d比第2 d的含量高。

2.2 澇漬脅迫對SOD活性的影響

由圖2可知,不同水分處理的牡丹葉片中SOD活性總體呈現出先下降后上升的趨勢,W3在第4 d SOD活性急劇下降,且與其他處理表現出極顯著差異。但整體表現為W1＞W2＞W3,表明土壤含水量越多,SOD活性越弱,這是因為土壤水分脅迫使SOD合成受阻。第6 d SOD活性增加,這是牡丹提高自身抵御能力,適應外界環境變化的結果。

圖1 不同土壤含水量處理對牡丹葉片葉綠素含量的影響

圖2 不同土壤含水量對牡丹葉片 S OD含量的影響

2.3 澇漬脅迫對丙二醛 (MDA)含量的影響

由圖3可知,不同水份處理的牡丹葉片中丙二醛的含量總體呈現出先上升后下降的趨勢,在第4 d含量不斷增加。第2 d W3含量最高,且與其他處理表現出極顯著差異。但當到第6 d時,丙二醛含量反而降低,說明牡丹在一定的土壤含水量范圍內具有一定的忍耐能力,但當土壤含水量超過牡丹忍耐極限時,植株就會受到較為嚴重的危害。

圖3 不同土壤含水量處理對牡丹葉片丙二醛含量的影響

2.4 澇漬脅迫對脯氨酸含量的影響

由圖4可知,不同水分處理的牡丹葉片中脯氨酸的含量總體呈現出上升的趨勢,表明土壤含水量的增加促進了牡丹葉片中脯氨酸含量的增加。處理初期上升較快,隨著處理時間的延長,脯氨酸含量呈緩慢增加的趨勢。W2處理下牡丹脯氨酸含量增加最高,且與其他處理表現出極顯著差異。

圖4 不同土壤含水量處理對牡丹葉片脯氨酸含量的影響

3 討論與結論

牡丹對高土壤含水量的忍受能力受多種因素的影響,不同的澇漬處理的牡丹的指標的反應不一樣,因此用單一的指標難以準確的反應耐澇能力。本研究通過對同一品種的牡丹進行不同的水分處理進行耐澇能力的綜合評價,具有可信性。

在澇漬處理的初期,不同梯度下處理的牡丹各項生理指標會出現短暫的反常現象,但在后期由于抗性加強會慢慢趨向穩定,表現出一定的適應性。葉綠素作為葉綠體的重要組成部分,第6 d較第4 d的處理極顯著降低,表明逆境延長使正常的生理代謝發生紊亂。SOD活性隨著水澇脅迫的加深,表現出先下降后上升的趨勢,因為MDA的積累抑制了SOD,使其下降。第6 d SOD活性增加,這是牡丹提高自身抵御能力,適應外界環境變化的結果。MDA含量隨處理時間延長、水分含量增加呈先上升后下降的趨勢,這可能是在處理的后期,牡丹生理代謝紊亂。在逆境環境下植物體內脯氨酸積累量與逆境水平和植物對這種逆境的抗性有關,脯氨酸的積累可提高植物體的抗性。本研究結果表明,隨著處理時間延長、水份含量增加,在第6 d含量都趨于穩定,說明游離脯氨酸含量、丙二醛含量、過氧化氫酶活性能更好地反映牡丹的耐澇能力。而且在整個處理過程中,牡丹都沒有出現死亡的現象,說明經過8 a的馴化,湖北五峰的野生牡丹品種對澇漬環境已經有了一定的適應性。

近十余年,國內外展開了對牡丹的系統研究,主要集中在資源的調查、品種分類、引種栽培、細胞學、分子生物學、生理等方面。生理方面的研究主要集中在花期調控、切花采后生理和貯藏保鮮。在牡丹抗澇漬脅迫耐性方面的報道卻很少。牡丹各組織 (根、莖、葉)對牡丹抗逆性有著怎樣的影響,還有待進行更深層次的研究。

[1]馮道俊.植物水澇脅迫研究進展[J].中國水運 (學術版),2006,(10):251.

[2]王建國.中國牡丹[M].北京:中國林業出版社,2001.10-21.

[3]張曉平,方炎明,陳永江.淹澇脅迫對鵝掌楸屬植物葉片部分生理指標的影響 [J].植物資源與環境學報,2006,15(1):41-44.

[4]任紅旭,陳 雄,王亞馥.抗旱性不同的小麥幼苗在水分和鹽脅迫下抗氧化物酶和多胺的變化 [J].植物生態學報,2001,25(6):709-715.

[5]王建華,劉鴻失.超氧化物歧化酶在植物逆境[J].植物生理學通訊,1989,(1):1-7.

[6]李紀元,饒龍斌,潘德壽,等.人工淹水脅迫下楓楊種源MDA含量的地理變異 [J].浙江林業科技,1999,19(4):22-27.

[7]湯章城.植物對水分脅迫的反應和適應性 Ⅰ.抗逆性的一般概念和抗澇性[J].植物生理學通訊,1983,(3):24-29.