旱季美花石斛和金沙江石斛形態(tài)及生理特性的差異研究

歐陽軍 蘇源 劉興祝 王秋霞

摘要：本試驗(yàn)以美花石斛和金沙江石斛為材料，采用形態(tài)觀察和生理指標(biāo)檢測法，研究旱季兩種石斛根形態(tài)和生理特性方面的差異。結(jié)果表明：金沙江石斛根部形成菌根結(jié)構(gòu)，美花石斛根部未發(fā)現(xiàn)菌根結(jié)構(gòu)。短時間干旱脅迫下，金沙江石斛的葉綠素a和總?cè)~綠素含量顯著高于美花石斛，但葉綠素b含量無顯著差異; 兩種石斛的PSⅡ最大光化學(xué)效率無顯著差異;金沙江石斛葉片丙二醛含量顯著高于美花石斛。綜合分析得到：金沙江石斛可能通過形成菌根結(jié)構(gòu)來適應(yīng)干旱環(huán)境，美花石斛的耐旱性可能通過自身調(diào)節(jié)生理生化反應(yīng)來完成。

關(guān)鍵詞：干旱;美花石斛;金沙江石斛;形態(tài);生理特性

中圖分類號：S567.23+9.01文獻(xiàn)標(biāo)識號：A文章編號：1001-4942（2019）02-0045-04

Difference Analysis of Morphological and

Physiological Characteristics between Dendrobium loddigesii

and Dendrobium wangliangii in Dry Season

Ouyang Jun， Su Yuan， Liu Xingzhu， Wang Qiuxia

（Department of Life Science and Technology， Kunming University， Kunming 650214， China）

AbstractDendrobium loddigesii and Dendrobium wangliangii grown in dry season were used as experimental materials to analyze their differences in morphological and physiological characteristics. The results showed that the mycorrhizal structure was observed in the roots of Dendrobium wangliangii， but was not found in the roots of Dendrobium loddigesii. Under short-term drought stress， the chlorophyll a content and the total chlorophyll content of Dendrobium wangliangii were significantly higher than those of Dendrobium loddigesii， while there was no significant difference in chlorophyll b between them. There was no significant difference in the maximum photochemical efficiency （Fv/Fm） of PSⅡ between the two species of Dendrobium. The malondialdehyde （MDA） content in the leaves of Dendrobium wangliangii was significantly higher than that of Dendrobium loddigesii. In conclusion， Dendrobium wangliangii might adapt to drought by forming mycorrhizal structure， and the drought tolerance of Dendrobium loddigesii might be accomplished by self-regulating physiological and biochemical responses.

KeywordsDrought; Dendrobium loddigesii; Dendrobium wangliangii; Morphorlogy; Physiologyical characteristics

水分是植物生長和發(fā)育的必要條件之一，也是限制植物在自然界分布和影響植物生產(chǎn)力的一個重要因素[1]。環(huán)境干旱對植物的影響廣泛而又深遠(yuǎn)，它不僅影響各階段的生長發(fā)育，也影響各種生理代謝過程[2]。同時，不同植物在耐旱方面表現(xiàn)出不同的生理適應(yīng)機(jī)制[3，4]。

美花石斛（D. loddigesii）與金沙江石斛（D. wangliangii）為蘭科附生植物。金沙江石斛是2008年發(fā)表的石斛屬新種，主要分布于溫帶橫斷山脈的干熱河谷，其莖緊緊地貼附在樹皮上，與其它石斛屬植物區(qū)別明顯[5]。目前，金沙江石斛耐旱性研究尚未見報道。近年來，我國學(xué)者在美花石斛的組織培養(yǎng)、種子萌發(fā)及內(nèi)生真菌、化學(xué)成分等方面取得一定的研究進(jìn)展[6]，但對美花石斛耐旱性方面的研究相對較少。金沙江干熱河谷中，美花石斛和金沙江石斛的生活環(huán)境獨(dú)特，附生在無土的高山峭壁或樹干上，風(fēng)吹日曬多受干旱威脅，其抗旱機(jī)理尚不清楚。本研究以這兩種石斛為試材，通過觀察和檢測兩者形態(tài)及生理特性方面的差異，以期為蘭科植物抗旱機(jī)理的研究提供理論依據(jù)。

1材料與方法

1.1試驗(yàn)材料

供試材料為美花石斛和金沙江石斛，于2017年10月（正值旱季）采自云南省昆明市祿勸縣烏蒙鄉(xiāng)金沙江干熱河谷。

1.2試驗(yàn)處理

將兩種石斛移栽于溫室中，不澆水，2 d后選取莖中間部分的2～3片葉進(jìn)行葉綠素?zé)晒鈾z測，每種石斛測3株，交叉測量，以排除植株個體差異的影響。檢測完后，分別取兩種石斛莖中間部分的2～3片葉并用2 g液氮速凍，于-80℃冰箱保存，用于測定丙二醛（MDA）、葉綠素含量;分別采集兩種石斛的營養(yǎng)根，放入FAA固定液中24 h以上，觀察其組織形態(tài)。

1.3測定項(xiàng)目及方法

葉綠素?zé)晒鉁y定采用PAM-2500便攜式調(diào)制葉綠素?zé)晒鈨x（德國Walz公司）。具體方法：將葉片暗適應(yīng)20 min后，測定葉片PSⅡ最大光化學(xué)效率Fv/Fm，重復(fù)測定3次。

組織形態(tài)觀察采用石蠟切片法。具體方法：對采集的根樣進(jìn)行切片，在光學(xué)顯微鏡（ZEISS AXIOSKOP 40）下觀察并拍照。

丙二醛含量參照Madhava等[7]的硫代巴比妥酸（TBA）法測定;葉綠素含量測定采用分光光度計比色法[8]。

1.4數(shù)據(jù)分析

利用Microsoft Excel 2003進(jìn)行數(shù)據(jù)整理并作圖，采用SPSS 16.0進(jìn)行方差分析。

2結(jié)果與分析

2.1美花石斛和金沙江石斛根部形態(tài)差異

由圖1可以看出，美花石斛和金沙江石斛根結(jié)構(gòu)相似，都有外皮層、皮層、中柱鞘結(jié)構(gòu)。金沙江石斛的根部皮層細(xì)胞中有菌絲結(jié)存在，美花石斛根部皮層中未觀察到菌絲結(jié)。但美花石斛的外皮層細(xì)胞的排列較金沙江石斛緊密。

2.2美花石斛和金沙江石斛葉綠素含量差異

葉綠素含量越多，光合作用越強(qiáng)，單位面積的葉綠素含量的高低直接影響植物的光合作用。由圖2可以看出，金沙江石斛葉綠素a含量顯著高于美花石斛;葉綠素b含量雖高于美花石斛，但無顯著差異。金沙江石斛總?cè)~綠素含量顯著高于美花石斛。

2.3美花石斛和金沙江石斛PSⅡ最大光化學(xué)效率的差異

由圖3可知，美花石斛和金沙江石斛的PSⅡ最大光化學(xué)效率無顯著差異。在干旱環(huán)境下，兩種石斛的PSⅡ活性中心損傷不大，仍能繼續(xù)維持PSⅡ較高的光化學(xué)活性和光合電子傳遞效率，具有較強(qiáng)的光能捕獲和轉(zhuǎn)化能力。

2.4美花石斛和金沙江石斛丙二醛含量差異

由圖4可知，金沙江石斛的丙二醛含量顯著高于美花石斛。表明干旱脅迫下，金沙江石斛受到傷害相對較大。

3討論與結(jié)論

蘭科氣生菌根受生長環(huán)境水分的影響較大，當(dāng)環(huán)境中水分含量下降時，皮層薄壁細(xì)胞內(nèi)菌根感染率呈上升趨勢，這會提高氣生根的吸水能力，有利于增強(qiáng)耐旱和抗旱能力[9]。研究發(fā)現(xiàn)，菌根共生結(jié)構(gòu)可以使寄主根部形態(tài)發(fā)生變化以應(yīng)對干旱，同時增加植株水分的吸收、改善光合作用以及激素等相關(guān)代謝以適應(yīng)干旱[10]。本研究中旱季金沙江石斛的氣生根中發(fā)現(xiàn)有菌根真菌侵染所形成的菌絲結(jié)，美花石斛中則未發(fā)現(xiàn)。推測金沙江石斛可能通過形成菌根共生結(jié)構(gòu)來增強(qiáng)其耐旱能力。

由于金沙江干熱河谷氣候炎熱、干燥[11]，因此生長在該地區(qū)的植物經(jīng)常面臨干旱缺水的問題。在干旱脅迫下，植物體內(nèi)會發(fā)生一系列生理生化反應(yīng)，光合作用是植物體對逆境較為敏感的反應(yīng)過程之一[12]。葉綠素?zé)晒鈪?shù)與植物光合作用密切相關(guān)[13]。本研究中金沙江石斛和美花石斛的PSⅡ最大光化學(xué)效率（Fv/Fm）無顯著差異，說明兩者在干旱環(huán)境下PSⅡ反應(yīng)中心活性相當(dāng)，這可能是兩者均能在干熱河谷中生長的原因之一。

葉綠素是綠色植物光合作用必不可少的，主要包含葉綠素a和b，其含量高低直接影響植株光合作用的強(qiáng)弱。植物葉片缺水時，葉綠素的生物合成受到抑制，分解速度加快，導(dǎo)致葉片中葉綠素含量降低[14]，脅迫程度越大，降幅越大，不利于光合作用的進(jìn)行[15]。本研究結(jié)果表明，金沙江石斛中葉綠素a和總?cè)~綠素含量顯著高于美花石斛，說明金沙江石斛在干旱脅迫下，葉綠素的分解速度顯著低于美花石斛，其耐旱性強(qiáng)于美花石斛，這可能與金沙江石斛的菌根共生結(jié)構(gòu)有一定關(guān)系。馬坤等[16]研究表明，菌根能夠減輕干旱對植物的傷害和光抑制程度，增強(qiáng)寄主植物在干旱脅迫下的生存能力。

丙二醛（MDA）是常用的膜脂過氧化指標(biāo)，反映植物遭受逆境傷害的程度，含量越高，植物的質(zhì)膜過氧化程度越高[17]。本研究發(fā)現(xiàn)在短時間的干旱脅迫下，金沙江石斛葉片中丙二醛的含量顯著高于美花石斛，而兩者的PSⅡ最大光化學(xué)效率（Fv/Fm）無顯著差異。這可能是金沙江石斛對瞬時干旱脅迫的反應(yīng)較快，以及時做出適應(yīng)機(jī)制。騰開瓊等[12]在研究水、旱稻耐旱性差異時發(fā)現(xiàn)，旱稻在短時干旱脅迫試驗(yàn)中光化學(xué)量子效率、相對電子傳遞速率下降時間最早，幅度最大。這也是對干旱做出及時適應(yīng)的機(jī)制。

本試驗(yàn)從根部形態(tài)及部分生理生化的角度對旱季金沙江干熱河谷的兩種石斛的差異進(jìn)行初步探究，發(fā)現(xiàn)金沙江石斛和美花石斛的耐旱機(jī)制有所不同，兩者對干旱環(huán)境的適應(yīng)機(jī)制還有待進(jìn)一步研究。

參考文獻(xiàn)：

[1]Szechyńska-Hebda M， Czamocka W， Hebda M，et al . PAD4， LSD1 and EDS1 regulate drought tolerance， plant biomass production， and cell wall properties[J]. Plant Cell Reports， 2016，35（3）：527-539.

[2]Zou Y N， Huang Y M， Wu Q S， et al.Mycorrhiza-induced lower oxidative burst is related with higher antioxidant enzyme activities， net H2O2 effluxes，and Ca2+ influxes in trifoliate orange roots under drought stress[J]. Mycorrhiza， 2015，25（2）：143-152.

[3]Li S F， Fan C M， Li Y， et al. Effects of drought and salt-stresses on gene expression in Caragana korshinskii seedlings revealed by RNA-seq[J]. BMC Genomics， 2016，17：200.

[4]吳雪俊，安靜.叢枝菌根提高百喜草抗旱性的機(jī)制研究[J].安徽師范大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2014，37（1）：47-52.

[5]Hu G W， Long C L， Jin X H. Dendrobium wangliangii（Orchidaceae）， a new species belonging to section Dendrobium from Yunnan， China[J]. Botanical Journal of the Linnean Society， 2008， 157：217-221.

[6]韋艷梅，譚小明，周雅琴. 不同因素對瀕危藥用植物美花石斛壯苗的影響[J]. 基因組學(xué)與應(yīng)用生物學(xué)，2015， 34（12）： 2743-2747.

[7]Madhava Rao K V，Sresty T V S.Antioxidative parameters in the seedlings of pigeonpea （Cajanus cajan（L.）Millspaugh）in response to Zn and Ni stresses[J].Plant Science， 2000， 157（1）：113-128.

[8]李合生. 植物生理生化試驗(yàn)原理和技術(shù)[M]. 北京：高等教育出版社，2000.

[9]陳連慶，王小明，裴致達(dá). 石斛氣生的蘭科菌根組織結(jié)構(gòu)及其對御旱研究[J]. 生態(tài)環(huán)境學(xué)報，2010，19（1）：160-164.

[10]白淑蘭，王琚鋼，崢嶸，等. 外生菌根對干旱脅迫的響應(yīng)[J]. 全國菌根學(xué)術(shù)研討會，2011，31（6）：1571-1576.

[11]劉方炎，李昆，孫永玉，等. 橫斷山區(qū)干熱河谷氣候及其對植被恢復(fù)的影響[J]. 長江流域資源與環(huán)境，2010，19（12）： 1386-1391.

[12]騰開瓊，肖琳琳，劉詩慧，等. 短時干旱脅迫對水旱稻葉綠素?zé)晒獾挠绊慬J]. 河南農(nóng)業(yè)，2018（4）：59-60.

[13]吳劉萍，許衍才，廖飛雄，等. 杜鵑紅山茶葉片葉綠素?zé)晒鈱Ω珊得{迫及復(fù)水處理的響應(yīng)[J]. 廣東農(nóng)業(yè)科學(xué)，2017，44（10）：25-31.

[14]蘇暢，李枝林，任智慧，等. 輻射誘發(fā)葉藝蘭形態(tài)特征和生理特性差異的研究[J]. 西部林業(yè)科學(xué)，2016，45（3）：38-43.

[15]何文鑄，張彪，王培，等. 利用葉綠素含量及熒光動力學(xué)參數(shù)評價青貯玉米耐旱關(guān)鍵指標(biāo)研究[J]. 干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究，2013，31（3）：31-38.

[16]馬坤，王彥淇，楊建軍，等.不同干旱脅迫條件下叢枝菌根真菌對木棉葉綠素?zé)晒鈪?shù)的影響[J]. 植物資源與環(huán)境學(xué)報，2017，26（3）：35-43.

[17]李婉嬌，廖里平，高永，等. 植物延緩劑對羊柴抗旱生理特性的調(diào)控效應(yīng)[J]. 安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報，2018， 45（1）：166-170.