水分和低溫脅迫對紫莖澤蘭幼苗抗性的影響

晏何英

(云南省曲靖市會澤縣茚旺高級中學 654200)

1 引言

紫莖澤蘭，別名解放草、破壞草，屬菊科澤蘭屬多年生草本植物或亞灌木，原產于美洲的墨西哥至哥斯達黎加一帶，于20世紀40年代從中緬邊境通過自然擴散傳入我國云南省，現已在我國云南、貴州、四川、西藏和臺灣地區等地廣泛分布并造成危害[1]。紫莖澤蘭在云南省的10個地、州的98個縣、市都有發生，80%面積的土地都有其分布[2]，并仍以每年30～60km的速度向東向北擴散。

國內外對紫莖澤蘭的研究主要集中在其生物學特性、危害及其防治上，對于不同種群的紫莖澤蘭在水分和低溫脅迫下的生理反應及生長適應性的研究，尚未見報道。植物的生長不僅受到自身遺傳物質的控制，還受到眾多環境因子的影響，如光、溫度、水和土壤營養物質等在時空上的差異[3]，在眾多環境因素中，限制紫莖澤蘭生長的最為普遍因素是水分、溫度。因此，開展不同種群紫莖澤蘭幼苗在干旱和低溫脅迫條件下的生長特性、生理適應機制及抗性的比較研究，探討與紫莖澤蘭入侵性相關的生物學特性，可為紫莖澤蘭防治提供理論依據。

2 材料與方法

2.1 實驗材料 中國和墨西哥2個種群的紫莖澤蘭幼苗；主要儀器：培養袋(內徑6cm、深為13cm)、微電腦光照培養箱、電子天平、托盤天平、培養箱、紫外分光光度計、烘箱、容量瓶和離心管等；試劑：96%乙醇、石英砂、碳酸鈣粉和蒸餾水。

2.2 實驗方法 選擇中國和墨西哥2種群紫莖澤蘭幼苗各30株，每個種群幼苗無病蟲害、長勢基本一致。測定并記錄其株高、葉片數目后將其分別移栽到培養袋中，每袋一株，栽培基質由土壤和沙子按3∶1體積混勻而成，每袋裝土350±5g，保證每個培養袋中的土壤質地、肥力和水分基本一致。澆透水后將其放在25℃的培養箱中培養一周，確保幼苗成活。將幼苗進行100%飽和水和50%飽和水處理，在每1水分處理下再設3個溫度處理：10℃、自然條件和25℃。每個處理設5個重復，貼上處理標簽，每日18∶00時通過天平稱重控制澆水量，在不同條件下生長一個月后測定其株高、葉片數目、葉面積、根莖的生物量和葉綠素含量等參數。

2.2.1 株高、根長和葉片數的測定 用直尺測定處理前幼苗的株高，記錄其葉片數；將處理后的幼苗從基質中移出，洗凈后用剪刀將根和地上部分分開，用直尺(精確度1mm)分別測定株高和根長。并計算以下參數：

(1)株高平均相對生長速率(HRGR)=(最終株高-開始株高)/開始株高×100%

(2)葉片數平均相對生長速率(LRGR)=(最終葉片數-開始葉片數)/開始葉片數×100%

2.2.2 葉面積的測定 用剪刀分別將每株幼苗葉片取下，放在不同培養皿中，擦凈葉片表面污物，用Li-cor3000型面積儀測定其葉面積并記錄。

2.2.3 葉綠素含量的測定 葉綠素含量的測定采用李合生的方法[4]，將每個處理條件下生長的2種群紫莖澤蘭幼苗葉片平均分作3份，每份0.15g，用吸水紙去除表面雜質(灰塵)，然后在暗處剪碎放入研缽中，加入少量的石英砂和碳酸鈣粉及96%乙醇2～3mL，研成勻漿，再加乙醇8 mL，繼續研磨至組織變白，靜置3～5min，過濾到20mL容量瓶中得到葉綠素提取液。然后用分光光度計測定649nm和665nm兩個波長處的吸光度。葉綠素的濃度(mg/L)按以下公式計算：葉綠素a=13.95A665-6.88A649；葉綠素b=24.96A649-7.32A665。

2.2.4 生物量的測定 分別將每一株幼苗的根和莖放入信封內，在80℃烘箱中烘干24h后，用電子天平(精確度0.0001)分別稱每一株的根重和莖重并記錄。

2.3 數據處理 分別以各個處理為自變量，用統計軟件SPSS10.0進行描述性分析及單因素方差分析(One-Way ANOVA)與多重比較(DUNCAN法)，并用Excel軟件和SigmaPlot10.0軟件繪圖。

3 結果與分析

3.1 水分和溫度對2種群紫莖澤蘭幼苗生長參數的影響 水分脅迫和低溫脅迫對2種群紫莖澤蘭幼苗的生長參數產生了不同程度的影響，均與其他處理條件下的有顯著差別(P<0.05)。

在10℃處理條件下，中國種群幼苗葉片數與其他處理條件下的有顯著差別，墨西哥種群幼苗的無顯著差別。中國紫莖澤蘭幼苗在低溫和水分脅迫條件下的株高與自然溫度條件下的株高無顯著差異，墨西哥種群幼苗的株高則與其他處理條件下的差異達到了顯著水平。

在不同的水分、溫度條件下，紫莖澤蘭的葉面積差異較大，呈現出穩定的規律性變化。因此，與單項生理指標相比，更適宜作低溫、干旱耐受性的評價指標。2種群紫莖澤蘭幼苗葉面積增長速率均隨著溫度的升高、水分的增加呈先升高后下降的趨勢，均在自然條件100%水處理下達到最大值，低溫脅迫下，2種群的葉面積均與自然溫度和25℃下的存在顯著性差異。當水分脅迫與低溫脅迫時，2種群葉面積擴展都受到了限制，中國種群差異顯著。中國紫莖澤蘭幼苗除在10℃100%水、自然條件50%水處理外，均存在顯著差異(P<0.05)，水分脅迫下的葉面積均較同一溫度下正常供水的小；墨西哥種群的幼苗葉面積無顯著性差異。水分脅迫下，中國紫莖澤蘭幼苗的根長比同一處理條件下的墨西哥種群幼苗的根長，存在顯著性差異(P<0.05)。

3.2 水分和溫度對2種群紫莖澤蘭幼苗相對生長速率的影響 隨著溫度的降低和水分的減少，2種群幼苗的相對生長速率均呈下降趨勢，中國種群除低溫和水分雙重脅迫和單一低溫脅迫的處理條件外，株高和葉片數在各個處理下一直是增長的，但水分和溫度適宜的條件更適合其生長，生長速率達最大值，分別為66.74%、54.33%，在低溫和水分脅迫下的株高相對生長速率為5.23%，葉片數相對生長速率為0；墨西哥種群幼苗在低溫和水分(10℃50%水)處理條件的株高相對生長速率為-12.82%，葉片數的相對生長速率是為3.12%，其生長受阻，長時間的水分虧缺和低溫使其幼苗出現萎蔫現象，心葉或幼嫩葉片出現局部褐斑或枯死，試驗后的株高值比試驗前反而有所下降。

3.3 水分和溫度對2種群紫莖澤蘭幼苗生物量和葉綠素含量的影響 在同一處理條件下，2種群間根的生物量無顯著性差異，墨西哥種群幼苗的莖生物量比中國種群在自然條件50%水、自然條件100%水和25℃50%水處理條件下存在顯著差異(P<0.05)。2種群間幼苗的葉綠素a含量存在顯著的差異，中國種群的較墨西哥種群的少；葉綠素b含量差異不顯著。單一水分脅迫下，2種群幼苗根生物量與同溫下的正常供水的相比，均呈增加趨勢。單一低溫脅迫下，2種群幼苗根生物量與自然條件100%水和25℃100%水條件下的相比，均呈增加趨勢，且差異不顯著。2種群幼苗的莖生物量均在自然溫度飽和水下達到最大值。在單一低溫脅迫下，中國紫莖澤蘭幼苗的莖生物量與自然條件100%水和25℃100%水條件下的相比，無顯著性差異；墨西哥種群幼苗的在自然條件100%水下的無顯著性差異，在25℃100%水下的有顯著性差異。水分脅迫下的葉綠素a含量均較同一溫度、正常供水下的少，差異顯著。

同一水分條件下，隨著溫度的降低，葉綠素a含量呈上升趨勢，在10℃50%水、自然條件50%水和25℃50%水下的差異不顯著，在10℃100%水、自然條件100%水和25℃100%水下的差異顯著，均在10℃100%水下達最大值。在同一水分處理下，隨著溫度的上升，葉綠素b含量是先增加后下降，但差異不顯著，均在自然溫度下達最大值。

4 結論

通過對2種群紫莖澤蘭幼苗的生長參數、生長速率、生物量和葉綠素含量進行單因素方差分析和多重比較，結果表明：①在水分和低溫的脅迫下，2種群紫莖澤蘭幼苗的株高和葉片的生長速率均較低，均受到不同程度的抑制作用，墨西哥種群的株高抑制作用尤為顯著。②中國種群紫莖澤蘭幼苗的抗旱能力較墨西哥種群的強，在水分脅迫下，前者的根長度較后者的長，有顯著性差異，葉面積的變化趨勢則與根長的相反，根生物量分配的增多擴大了水分吸收表面積，在一定程度上緩解了缺水對其生長的限制。這可能是中國紫莖澤蘭在長期的進化過程中，基因頻率發生改變，抗旱性調控基因使其抗旱基因成功表達，從而增強其細胞的活力，提高其抗干旱能力，是目前中國紫莖澤蘭入侵性強于墨西哥紫莖澤蘭的原因之一。③2種群紫莖澤蘭幼苗的莖生物量和葉面積的變化趨勢基本一致，水分和低溫脅迫均對兩者的生長和擴展產生不同程度的抑制作用，中國種群差異顯著。④水分脅迫下2種群紫莖澤蘭幼苗葉綠素a含量較正常供水的少，低溫脅迫下2種群葉綠素a含量均達最大值，與正常溫度下的有顯著性差異,這可能是為了增強抗寒能力；葉綠素b含量差異均不顯著。