‘歐樂可可’秋海棠對干旱脅迫的生理響應

王 寧,梁 晴,周志雄,郭 微,王龍遠,吳 偉

(仲愷農業工程學院園藝園林學院,廣東廣州 510225)

秋海棠屬(Begonia)植物為秋海棠科(Begoniaceae)的多年生草本植物,野生種質資源豐富,觀賞價值高,很多種類還有較好的藥用[1]、食用[2]等用途,且種間容易雜交[3],能夠不斷地推陳出新滿足市場需求,是一類具有巨大的科研和觀賞應用潛力的植物類群。秋海棠屬植物多喜陰暗潮濕的環境,對水分依賴較大,嚴重制約了其大規模推廣應用。為了應對全球氣候變化帶來的干旱問題及滿足節能園林栽培應用的適應性要求,對秋海棠屬植物的抗旱性研究顯得尤為重要。

前人在不同程度上對秋海棠屬植物抗旱能力進行了研究并取得了進展。陳雄偉等[4-5]通過研究發現,紫背天葵(BegoniafimbristipulaHance)具有一定的抗旱能力;吳萍萍[6]通過測定生理指標并結合形態指標研究了不同基質含水量對麗格海棠(B.×hiemalisFotsch)生長發育不同階段的影響,總結了麗格海棠在水分脅迫下生理指標的變化規律及其差異,并對給出了不同階段基質含水量的最適范圍。Allen等[7]通過試驗發現,低濃度乙酸能夠降低土壤水分蒸發量,從而提高球根秋海棠(B.×tuberhybridaVoss)在干旱條件下的存活率,可以降低運輸和零售的成本。在轉基因方面,張雷等[8-9]通過農桿菌介導的外源基因ipt的遺傳轉化技術,獲得了能提高四季海棠(B.cucullataWilld.)抗旱性的轉基因植株,并通過抗旱性試驗發現,在同等條件下轉基因植株的耐旱性明顯強于非轉基因植株。To等[10]通過農桿菌介導的外源基因OsmiR393a的遺傳轉化技術,獲得了抗旱性高的球根秋海棠轉基因植株,可以通過降低蒸騰速率,提高脯氨酸和葉綠素含量等多途徑協同抵御干旱脅迫。

‘歐樂可可’秋海棠(Begonia‘Orococo’)是秋海棠屬多年生藤蔓類草本植物;葉質薄,綠色,富有光澤,葉色會隨著光照強弱而變化;花白色,花期4—6月;是一種較好的觀葉植物,可做垂吊、立體綠化、林下地被等。其生長速度較快,但由于葉片質地較薄,大苗在包裝、運輸及移栽時莖葉損耗較高,需選擇合適大小的幼苗才能達到較好的效果。為了探究其扦插幼苗對環境的適應能力,尤其是抗旱能力,對其進行人工干旱脅迫試驗,以揭示其在干旱逆境下的生長情況,以期為引種栽培及篩選園林綠化抗旱植物提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料試驗選取生長狀況良好、長勢一致、無病蟲害的扦插幼苗進行移栽,盆栽基質為泥炭土∶珍珠巖∶蛭石=3∶1∶1(體積比),花盆規格為下口徑13 cm,高度12 cm,盆上口徑16 cm,種植土層厚度約8.5 cm。移栽60 d后,篩選長勢一致的盆栽進行試驗。

1.2 試驗場地試驗地位于廣東省廣州市白云區高校園仲愷農業工程學院(23°22′46″N,113°26′20″E)。試驗期間,試驗地3月多晴天、少雨天,平均溫度20.4 ℃,極端高溫30 ℃,極端低溫11 ℃,平均高溫為25 ℃,平均低溫為16 ℃。干旱脅迫期間氣溫在干旱21 d時溫度最低,干旱14 d和35 d時氣溫最高(圖1)。

圖1 干旱脅迫試驗期間氣溫變化Fig.1 Temperature change during drought stress experiment

試驗地環境為仲愷農業工程學院生命科學大樓B棟804室內,‘歐樂可可’秋海棠植株生長環境無其他植物爭奪水分,盡可能減少除了干旱脅迫外的人為干擾,其中天氣溫度變化為不可控變量。

1.3 試驗設置選取生長健康、長勢均一的‘歐樂可可’秋海棠36盆,于2022年3月1日給所有供試材料澆透水。第1次采樣開始試驗時間為2022年3月2日,作為試驗植株干旱脅迫環境下正常水分條件的對照組(CK);此后人工模擬干旱脅迫環境,對供試植株停止澆水,在干旱環境處理下7、14、21、28、35 d于同一時間段分別進行采樣,盡可能剪取相同部位的葉片,進行生理指標試驗測定。每次采樣后,材料剪碎混樣, 2～4 ℃低溫保存,在1 d內完成所有生理指標測定,每個指標3次重復。

1.4 指標測定方法葉片自然含水量(WF)采用稱重法測定[11],葉片相對含水量采用稱重法測定[12],葉綠素含量采用分光光度法測定[13],可溶性糖含量采用蒽酮比色法測定[14],丙二醛(MDA)含量采用硫代巴比妥酸顯色(TBA)法測定[15],相對電導率采用電導法測定[16],生物量采用烘干稱重法測定[17]。

1.5數據分析試驗數據用Excel 2012整理制圖,使用SPSS 26.0軟件進行單因素方差分析,用隸屬函數法進行抗旱性綜合評價。

2 結果分析

2.1 干旱脅迫對‘歐樂可可’秋海棠外觀形態的影響在水分脅迫的持續影響下,‘歐樂可可’秋海棠隨著干旱脅迫時間的延長,表現出不同形態特征。從整體形態觀察來看,干旱初期因土壤含水量較高,有一定量的生長,無明顯形態變化,干旱脅迫持續時間越長,‘歐樂可可’秋海棠形態變化越明顯,具體表現為0 d時,植株正常,葉色嫩綠,枝條、葉柄挺拔;7 d,植株正常,葉色翠綠,枝條、葉柄挺拔,有新葉生長;14 d,植株正常,葉色深綠,些許葉片出現卷縮、變黃;21 d,葉色墨綠,枝條、葉柄挺拔,部分葉片腐爛、有黃斑;28 d,小部分葉片枯黃、卷縮、下垂,莖葉生物量多;35 d,葉色變黃,莖葉下垂,小部分葉片枯萎,有些許新葉長出。

2.2 干旱脅迫對‘歐樂可可’秋海棠葉片含水量的影響在干旱脅迫下,在0～21 d‘歐樂可可’秋海棠葉片自然含水量變化相對平穩,28 d相比于21 d下降了2.65百分點(圖2)。葉片自然含水量整體呈先上升后下降趨勢,未產生較大的變化區間。

注:不同小寫字母表示處理間差異顯著(P<0.05)。Note:Different lowercase indicate significant differences among treatments (P<0.05).圖2 干旱脅迫下‘歐樂可可’秋海棠自然含水量的變化Fig.2 Change of natural water content of Begonia‘Orococo’ under drought stress

在干旱脅迫下‘歐樂可可’秋海棠相對含水量的變化如圖3所示,‘歐樂可可’秋海棠葉片在干旱脅迫21 d相對含水量達到峰值96.83%,在35 d最低88.31%,下降了8.52百分點。干旱0～14 d‘歐樂可可’秋海棠相對含水量變化浮動的區間是1.45百分點～2.06百分點。

注:不同小寫字母表示處理間差異顯著(P<0.05)。Note:Different lowercase indicate significant differences among treatments (P<0.05).圖3 干旱脅迫下 ‘歐樂可可’秋海棠相對含水量的變化Fig.3 Change of relative water content of Begonia ‘Orococo’ under drought stress

2.3 干旱脅迫對‘歐樂可可’秋海棠葉綠素含量的影響隨著干旱時間的延長,‘歐樂可可’秋海棠葉綠素含量在0～7 d先上升,隨后在7～14 d下降,14～21 d期間再上升,最后21～35 d下降到最低點(0.391 mg/g)(圖4)。葉綠素含量在7 d時最高,達0.556 mg/g,其次為21 d,為0.550 mg/g,其次依次為14、28、0、35 d。干旱脅迫35 d葉綠素含量與對照組0 d相比下降了0.021 mg/g。

注:不同小寫字母表示處理間差異顯著(P<0.05)。Note:Different lowercase indicate significant differences among treatments (P<0.05).圖4 干旱脅迫下‘歐樂可可’秋海棠葉綠素含量、葉綠素a含量、葉綠素b含量的變化Fig.4 Changes of chlorophyll content,chlorophyll a content and chlorophyll b content of Begonia ‘Orococo’ under drought stress

在干旱脅迫下,‘歐樂可可’秋海棠葉綠素a含量和葉綠素b含量的變化趨勢與葉綠素含量的變化趨勢一致,且葉綠素a含量大于葉綠素b含量。

2.4 干旱脅迫對‘歐樂可可’秋海棠可溶性糖含量的影響‘歐樂可可’秋海棠在干旱脅迫下可溶性糖含量排序為21 d>35 d>7 d>14 d>0 d>28 d,‘歐樂可可’秋海棠可溶性糖含量先上升再下降最后上升(圖5)。干旱脅迫的后期35 d與干旱0 d相比,葉片可溶性糖含量增加了0.049百分點。在干旱脅迫21 d時,‘歐樂可可’秋海棠可溶性糖含量最大,達0.151%,與含糖量最低的比28 d相比,高出0.062百分點。

注:不同小寫字母表示處理間差異顯著(P<0.05)。Note:Different lowercase indicate significant differences among treatments (P<0.05).圖5 干旱脅迫下 ‘歐樂可可’秋海棠可溶性糖含量的變化Fig.5 Change of Begonia ‘Orococo’ on soluble sugar content under drought stress

2.5 干旱脅迫對‘歐樂可可’秋海棠丙二醛(MDA)含量的影響隨著干旱時間的增加,‘歐樂可可’秋海棠MDA含量整體呈現上升趨勢。在35 d漲幅最大,含量到達最高點0.005 4 μmol/g(圖6)。

注:不同小寫字母表示處理間差異顯著(P<0.05)。Note:Different lowercase indicate significant differences among treatments (P<0.05).圖6 干旱脅迫下‘歐樂可可’秋海棠MDA含量的變化Fig.6 Change of MDA content of Begonia ‘Orococo’ under drought stress

2.6 干旱脅迫對‘歐樂可可’秋海棠相對電導率的影響在干旱脅迫7 d相對電導率達到峰值8.75%,比0 d上升了5.16百分點,在干旱28 d下降至4.64%,然后電導率升高,相對電導率變化呈現出“N”形波動(圖7)。

注:不同小寫字母表示處理間差異顯著(P<0.05)。Note:Different lowercase indicate significant differences among treatments (P<0.05).圖7 干旱脅迫下‘歐樂可可’秋海棠相對電導率的變化Fig.7 Change of Begonia ‘Orococo’ on relative conductivity under drought stress

2.7 干旱脅迫對‘歐樂可可’秋海棠生物量的影響‘歐樂可可’秋海棠在經歷干旱脅迫后,生物量有明顯的下降,相比較之下莖的生物量最大(表1)。可見,干旱脅迫會促使‘歐樂可可’秋海棠養分向根、莖生長,是抵御干旱脅迫的表現形式之一。

表1 ‘歐樂可可’秋海棠不同部位平均鮮重、平均干重及平均含水率

2.8 隸屬函數法對‘歐樂可可’秋海棠的抗旱性評價采用隸屬函數法[18]對‘歐樂可可’秋海棠的抗旱性進行綜合評價,經計算得出,‘歐樂可可’秋海棠葉片的隸屬函數均值為0.549 2,其中,相對含水量的隸屬函數為0.539 9,葉綠素含量0.464 6,可溶性糖含量0.388 9,MDA含量0.726 2,相對電導率0.626 3。由此可知,‘歐樂可可’秋海棠的抗旱性在草本植物中處于中等位置,具有一定的抗旱能力。

3 討論與結論

干旱脅迫會對植物的表觀形態、生物積累量等產生不良影響[19]。隨著干旱脅迫的加深,‘歐樂可可’秋海棠葉片自然含水量和相對含水量總體呈下降趨勢,植株在干旱脅迫下土壤含水量與葉片自然含水量、相對含水量均呈正相關。雖然試驗中途受到回南天影響,空氣中水汽多,影響了葉片的蒸發和蒸騰強度,減少了水分的消耗,供試材料的基質和植株從大氣環境獲得一些水分,在一定程度上緩解了干旱脅迫的影響。在干旱脅迫試驗后期,植株葉片相對含水量還具有較高數值,說明植株保水能力較高,且對抵御干旱環境適應力強。試驗發現,‘歐樂可可’秋海棠雖然葉片質地較薄,但其表面有薄蠟質層,在一定程度上能夠降低水分的蒸騰速率,減緩干旱脅迫造成的不良影響,對此,還需要更深入研究。

在干旱脅迫下‘歐樂可可’幼苗的葉綠素含量表現為上升—下降—上升—下降的趨勢,葉片出現變黃現象,這與黃櫨(CotinuscoggygriaScop.)幼苗的變化相似[20]。葉綠素含量變化與植物應對干旱脅迫的策略有關[21],有研究表明,干旱脅迫會抑制葉綠素合成[22],破壞葉綠素的結構,促使葉綠素降解,影響植株的光合作用[23]。但抗性較好的一些植物的葉綠素含量會升高,來保證對光能的利用[24]。在短期內,‘歐樂可可’秋海棠能夠通過增加葉綠素含量來應對干旱脅迫,具有一定的抗旱能力。

在水分脅迫下,‘歐樂可可’秋海棠MDA含量呈上升趨勢。有研究結果表明,隨著干旱脅迫時間延長,MDA含量漲幅越多,說明抗旱性越低[20]。‘歐樂可可’秋海棠在干旱脅迫下MDA的積累量小于紫背天葵[5],‘歐樂可可’秋海棠在水分脅迫下,MDA含量漲幅慢,其表現出較強的抗旱性。

在干旱脅迫下,相對電導率的大小是評價植物細胞膜結構和功能的受損傷程度的重要指標。‘歐樂可可’秋海棠在干旱脅迫下與對照組相比呈上升趨勢;在7 d相對電導率達到了最高值8.75%,之后降低并趨于平緩。有研究表明,在環境脅迫條件下,海濱木槿(HibiscushamaboSieb. &Zucc.)的相對電導率變化會表現出滯后性[25]。隨著水分脅迫時間的延長,不同時間脅迫處理的相對電導率呈“N”形的變化趨勢,原因可能是細胞膜受傷害要有一個積累過程,導致出現滯后現象。

綜上所述,在水分脅迫持續加強的情況下,‘歐樂可可’秋海棠幼苗在相對含水量、葉綠素含量、可溶性糖含量、MDA含量、相對電導率、植物形態生長等均表現出不同的抵抗和適應能力,具有一定的耐旱性,植株整體對干旱脅迫表現緩慢。為了減少水資源的使用,節約養護管理成本,提高資源利用效率,秉承可持續發展理念,‘歐樂可可’秋海棠在綠化植物的生產育苗和應用方面都有較好的推廣應用價值。