涝渍胁迫下牡丹的生理响应

王 艳,丁 莎,骆 俊,费永俊 (长江大学园艺园林学院,湖北荆州434025)

认识植物对水涝胁迫响应机理,揭示其适应机制,从而合理地选择和定向培育耐涝性品种,减轻淹水危害,对于我国花卉生产具有重要的理论和现实意义[1]。牡丹 (Paeonia suffruticosa)系芍药科芍药属,是我国的国花之一,有着数千年自然生长和两千多年的人工栽培历史,具有重要的观赏价值、药用价值、食用价值和商品价值[2]。本研究旨在研究涝渍胁迫下牡丹叶片的叶绿素含量、SOD活性、丙二醛含量以及脯氨酸含量等几个生理指标的响应,分析牡丹的抗涝性,为高温多雨地区的品种选择提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试牡丹苗木为二年生实生苗,均采用无土栽培方式,种源为湖北五峰野生品种,已经驯化栽培8 a,能正常开花结实。在涝渍处理之前水肥常规管理,在温室环境中生长正常。

1.2 试验方法

随机挑选长势较为一致的9盆牡丹,移栽于高35 cm、直径25 cm的塑料盆中,栽培基质为蛭石∶珍珠岩∶泥炭土∶陶粒=3∶1∶4∶1。设置3个不同的土壤含水量梯度 (W1水位:淹至苗木基质1/3,W2水位:淹至苗木基质2/3,W3水位:淹至苗木基质3/3),对牡丹幼苗分别进行涝渍胁迫处理,每个梯度处理3盆。移栽后,按设计要求控水,每天补充失去的水分,在淹水第2、4、6 d分别取牡丹下方枝条上的叶片用于测定。

1.3 指标测定方法

(1)叶绿素含量的测定 将采摘的叶样快速洗净擦干,称取0.1 g,剪碎后放入盛25 mL浸提液的玻璃瓶中,密封后置于黑暗低温处,处理24 h以上,直至瓶中叶肉组织完全变为白色后,将浸提液于722N型可见分光光度计上测定645 nm和663 nm波长下的光密度D645和D663[3]。浸提液为丙酮∶95%乙醇∶蒸馏水=4.5∶4.5∶1.0,测定值用于计算叶绿素a浓度 (Ca)、叶绿素b浓度 (Cb)和叶绿素总含量 (Ct)。

叶绿素总含量 (mg/g)=叶绿素总浓度 (mg/L)×提取液总体积(L)×稀释倍数/样品鲜重 (g)。

(2)SOD活性的测定 称取鲜叶样品0.5 g,用pH 7.0的磷酸缓冲液5 mL在研钵中研磨提取,提取液于8 000 r/min冷冻离心15 min,上清液用于MDA含量和SOD活性的测定。测定SOD活性的试剂配制及用量:0.05 mol/L磷酸缓冲液 (pH 7.8)3.1 mL(空白为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核黄素吸取上清液0.2 mL,1 mg/mL NBT 0.2 mL,0.1 mL提取酶液,空白不加酶液。反应总体积为4 mL,采用具塞试管。4 000 lx光照30 min,遮黑布终止反应,置560 nm处测定光密度。

SOD活性 (抑制NBT光还原%)=(Do-D)/Do×100/50×V总/V取/样叶鲜重 (g),其中,Do为空白光密度值,D为加酶液光密度值[4]。

(3)丙二醛 (MDA)含量的测定 取上述离心后的上清液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,加热20 min,迅速冷却,于3 500 r/min离心10 min,上清液分别测定532 nm、600 nm处波长下光密度D532和D600[5]。

MDA含量 (nmol/g)=[(D532-D600)/0.155×提取液总量/测定时提取液用量反应体系总体积]/样品鲜重 (g)[6]。

(4)游离脯氨酸 (PRO)的测定 取叶0.1 g,剪碎后放入试管,加入 3%的磺基水杨酸溶液5 mL,于沸水浴中浸提10 min。冷却后,吸取提取液2 mL于另一支试管中,再加水2 mL、冰乙酸2 mL和2.5%的酸性茚三酮溶液4 mL,置沸水浴中显色60 min。冷却后,加入甲苯萃取红色物质4 mL。静置后,取甲苯相测定520 nm波长处的吸收值。在1～10 μ g/mL脯氨酸浓度范围内制作标准曲线[7]。取标准溶液各2 mL,加入3%磺基水杨酸2 mL、冰乙酸2 mL和2.5%茚三酮溶液4 mL,置沸水浴中显色60 min。冷却后,加入甲苯萃取红色物质4 mL。静置后,取甲苯相测定520 nm波长处的光密度值,依据脯氨酸量和相应吸收值绘制标准曲线。样品测定取2 mL上清液,加水2 mL,再加入冰乙酸等显色剂,同标准曲线程序进行显色、萃取和比色。

2 结果与分析

2.1 涝渍胁迫对叶绿素含量的影响

图1表明,在淹水第4 d,W1、W2、W3之间叶绿素含量差异不大,而第6 d 3个处理的叶绿素含量均显著降低,且W3处理的牡丹在整个处理过程中叶绿素含量最低。W3的牡丹下降趋势很明显,很有规律,但是W1、W2处理的叶绿素含量第4 d比第2 d的含量高。

2.2 涝渍胁迫对SOD活性的影响

由图2可知,不同水分处理的牡丹叶片中SOD活性总体呈现出先下降后上升的趋势,W3在第4 d SOD活性急剧下降,且与其他处理表现出极显著差异。但整体表现为W1＞W2＞W3,表明土壤含水量越多,SOD活性越弱,这是因为土壤水分胁迫使SOD合成受阻。第6 d SOD活性增加,这是牡丹提高自身抵御能力,适应外界环境变化的结果。

图1 不同土壤含水量处理对牡丹叶片叶绿素含量的影响

图2 不同土壤含水量对牡丹叶片 S OD含量的影响

2.3 涝渍胁迫对丙二醛 (MDA)含量的影响

由图3可知,不同水份处理的牡丹叶片中丙二醛的含量总体呈现出先上升后下降的趋势,在第4 d含量不断增加。第2 d W3含量最高,且与其他处理表现出极显著差异。但当到第6 d时,丙二醛含量反而降低,说明牡丹在一定的土壤含水量范围内具有一定的忍耐能力,但当土壤含水量超过牡丹忍耐极限时,植株就会受到较为严重的危害。

图3 不同土壤含水量处理对牡丹叶片丙二醛含量的影响

2.4 涝渍胁迫对脯氨酸含量的影响

由图4可知,不同水分处理的牡丹叶片中脯氨酸的含量总体呈现出上升的趋势,表明土壤含水量的增加促进了牡丹叶片中脯氨酸含量的增加。处理初期上升较快,随着处理时间的延长,脯氨酸含量呈缓慢增加的趋势。W2处理下牡丹脯氨酸含量增加最高,且与其他处理表现出极显著差异。

图4 不同土壤含水量处理对牡丹叶片脯氨酸含量的影响

3 讨论与结论

牡丹对高土壤含水量的忍受能力受多种因素的影响,不同的涝渍处理的牡丹的指标的反应不一样,因此用单一的指标难以准确的反应耐涝能力。本研究通过对同一品种的牡丹进行不同的水分处理进行耐涝能力的综合评价,具有可信性。

在涝渍处理的初期,不同梯度下处理的牡丹各项生理指标会出现短暂的反常现象,但在后期由于抗性加强会慢慢趋向稳定,表现出一定的适应性。叶绿素作为叶绿体的重要组成部分,第6 d较第4 d的处理极显著降低,表明逆境延长使正常的生理代谢发生紊乱。SOD活性随着水涝胁迫的加深,表现出先下降后上升的趋势,因为MDA的积累抑制了SOD,使其下降。第6 d SOD活性增加,这是牡丹提高自身抵御能力,适应外界环境变化的结果。MDA含量随处理时间延长、水分含量增加呈先上升后下降的趋势,这可能是在处理的后期,牡丹生理代谢紊乱。在逆境环境下植物体内脯氨酸积累量与逆境水平和植物对这种逆境的抗性有关,脯氨酸的积累可提高植物体的抗性。本研究结果表明,随着处理时间延长、水份含量增加,在第6 d含量都趋于稳定,说明游离脯氨酸含量、丙二醛含量、过氧化氢酶活性能更好地反映牡丹的耐涝能力。而且在整个处理过程中,牡丹都没有出现死亡的现象,说明经过8 a的驯化,湖北五峰的野生牡丹品种对涝渍环境已经有了一定的适应性。

近十余年,国内外展开了对牡丹的系统研究,主要集中在资源的调查、品种分类、引种栽培、细胞学、分子生物学、生理等方面。生理方面的研究主要集中在花期调控、切花采后生理和贮藏保鲜。在牡丹抗涝渍胁迫耐性方面的报道却很少。牡丹各组织 (根、茎、叶)对牡丹抗逆性有着怎样的影响,还有待进行更深层次的研究。

[1]冯道俊.植物水涝胁迫研究进展[J].中国水运 (学术版),2006,(10):251.

[2]王建国.中国牡丹[M].北京:中国林业出版社,2001.10-21.

[3]张晓平,方炎明,陈永江.淹涝胁迫对鹅掌楸属植物叶片部分生理指标的影响 [J].植物资源与环境学报,2006,15(1):41-44.

[4]任红旭,陈 雄,王亚馥.抗旱性不同的小麦幼苗在水分和盐胁迫下抗氧化物酶和多胺的变化 [J].植物生态学报,2001,25(6):709-715.

[5]王建华,刘鸿失.超氧化物歧化酶在植物逆境[J].植物生理学通讯,1989,(1):1-7.

[6]李纪元,饶龙斌,潘德寿,等.人工淹水胁迫下枫杨种源MDA含量的地理变异 [J].浙江林业科技,1999,19(4):22-27.

[7]汤章城.植物对水分胁迫的反应和适应性 Ⅰ.抗逆性的一般概念和抗涝性[J].植物生理学通讯,1983,(3):24-29.