篇(1)
摘 要：黃薇Heimia myrtifolia是具有較高價(jià)值的引種植物，但對(duì)其引種后的適應(yīng)性研究仍較缺乏。為了探究黃薇對(duì)高溫干旱及協(xié)同脅迫的響應(yīng)，采用人工模擬自然狀態(tài)下干旱(對(duì)照、輕度干旱、中度干旱和重度干旱)，高溫(30, 36和42℃)及高溫干旱協(xié)同脅迫對(duì)黃薇葉片抗氧化防御系統(tǒng)的影響。結(jié)果顯示：干旱脅迫下，過(guò)氧化物酶(POD)活性和丙二醛(MDA)質(zhì)量摩爾濃度顯著增加(P<0.05)，脂膜過(guò)氧化程度加深，抗壞血酸-谷胱甘肽(AsAGSH)循環(huán)相關(guān)酶活性和相關(guān)還原物質(zhì)均呈先上升后下降趨勢(shì)，在中度脅迫下達(dá)到頂峰，與對(duì)照相比均顯著增加(P<0.05)。高溫脅迫下，抗氧化酶效率和AsA-GSH循環(huán)效率均有提高。高溫干旱協(xié)同脅迫下，黃薇受到的傷害明顯大于單一脅迫，超氧化物歧化酶(SOD)和POD顯著上升(P<0.05)并于中度脅迫時(shí)達(dá)到頂峰，MDA質(zhì)量摩爾濃度顯著增加(P<0.05), AsA-GSH循環(huán)效率均有提高但在中度脅迫下開(kāi)始下降，脂膜過(guò)氧化隨著脅迫加深顯著加劇，重度脅迫下已無(wú)法維持正常生長(zhǎng)。黃薇在高溫干旱脅迫下可以通過(guò)調(diào)節(jié)抗氧化酶系統(tǒng)和AsA-GSH循環(huán)共同清除氧化物質(zhì)，提高抗脅迫能力，維持正常生長(zhǎng)發(fā)育。
關(guān)鍵詞：植物學(xué); 黃薇; 高溫; 干旱; 抗氧化酶; 抗壞血酸-谷胱甘肽循環(huán);
《中國(guó)牦牛》是目前國(guó)內(nèi)外唯一的牦牛學(xué)科專(zhuān)業(yè)刊物。1979年經(jīng)農(nóng)墾部批準(zhǔn),四川省出版事業(yè)管理局核準(zhǔn)發(fā)給期刊登記證,于1980年正式創(chuàng)刊發(fā)行;1988年全國(guó)報(bào)刊整頓重新登記時(shí),本刊又經(jīng)農(nóng)業(yè)部審核批準(zhǔn)由部主。
黃薇Heimia myrtifolia為千屈菜科Lythraceae黃薇屬Heimia的落葉灌木[1],原產(chǎn)南美洲和非洲的熱帶、亞熱帶地區(qū),人類(lèi)的遷移致使南亞、東亞地區(qū)有零星分布[2],為中國(guó)引種植物。其花色金黃,夏季開(kāi)花,花量豐富,花期較長(zhǎng),觀賞價(jià)值極高。此外,黃薇植株可塑性強(qiáng),繁殖簡(jiǎn)便,生長(zhǎng)迅速,具有耐高溫、耐水濕和耐輕微干旱的特性,抗逆能力強(qiáng),生態(tài)適應(yīng)性廣,是一種待開(kāi)發(fā)的優(yōu)良觀賞植物。迄今為止,關(guān)于黃薇生態(tài)適應(yīng)性的研究國(guó)內(nèi)外未見(jiàn)報(bào)道。黃薇原生環(huán)境夏季高溫多雨,冬季少雨。目前,中國(guó)引種地區(qū)夏季易出現(xiàn)高溫天氣并伴隨干旱發(fā)生,在兩者的共同作用下,植物的生長(zhǎng)和發(fā)育會(huì)受到較大的影響,甚至無(wú)法恢復(fù)導(dǎo)致植株死亡[3]。研究表明:植物遭受脅迫后體內(nèi)的活性氧含量會(huì)不斷積累,過(guò)量的活性氧一方面會(huì)導(dǎo)致生物膜脂過(guò)氧化,形成有害物質(zhì);另一方面會(huì)破壞植株葉綠體結(jié)構(gòu),削弱光合作用能力,對(duì)植物造成傷害[4]。植物會(huì)依靠植株體內(nèi)的酶促和非酶促兩大類(lèi)保護(hù)系統(tǒng)對(duì)過(guò)量的活性氧進(jìn)行清除,以維持正常代謝和減輕受到的損傷[5,6]。酶促清除系統(tǒng)主要包括超氧化物歧化酶(SOD),過(guò)氧化氫酶(CAT),抗壞血酸過(guò)氧化物酶(APX)及作用范圍較廣的過(guò)氧化物酶(POD),還包括保持抗氧化物質(zhì)還原性所必須的酶如抗壞血酸—谷胱甘肽循環(huán)酶類(lèi)等;非酶促清除系統(tǒng)主要包括抗壞血酸(AsA),類(lèi)胡蘿卜素及一些含巰基的低分子化合物(如還原型谷胱甘肽GSH)等物質(zhì)[6]。本研究通過(guò)研究高溫干旱脅迫對(duì)黃薇抗氧化酶活性和抗壞血酸-谷胱甘肽(AsA-GSH)循環(huán)的影響,探究高溫干旱脅迫下黃薇抗氧化系統(tǒng)的響應(yīng)機(jī)制,以期揭示黃薇在高溫干旱脅迫下的耐脅迫能力,進(jìn)而為黃薇的推廣和栽培提供理論依據(jù)。
1 材料與方法1.1 實(shí)驗(yàn)材料與處理實(shí)驗(yàn)材料為1年生黃薇扦插苗,于2017年4月選擇健壯枝條扦插于浙江農(nóng)林大學(xué)風(fēng)景園林與建筑學(xué)院溫室中,當(dāng)年7月移栽入塑料花盆(12.0 cm×8.8 cm×10.8 cm)中,栽培基質(zhì)為m(泥炭土)∶m(蛭石)∶m(珍珠巖)=2∶1∶1的混合基質(zhì)。2018年4月,選擇健壯、長(zhǎng)勢(shì)基本一致的苗采用相同基質(zhì)定植于塑料花盆(16.0 cm×11.0 cm×14.0 cm)中,當(dāng)年6-7月放入人工氣候箱(寧波萊福,中國(guó))進(jìn)行處理,處理前在人工氣候箱中適應(yīng)性培養(yǎng)7-10 d。模擬自然高溫干旱條件下土壤水分不斷流失并無(wú)法補(bǔ)充的過(guò)程對(duì)實(shí)驗(yàn)材料的影響。實(shí)驗(yàn)時(shí)采用人工氣候箱精確控制溫度,分為3個(gè)溫度梯度進(jìn)行處理:T1(30℃/22℃),T2(36℃/26℃)和T3(42℃/30℃),15盆·組-1,光周期為12 h光照/12 h黑暗,光合有效輻射為240μmol·m-2·s-1。
每日早中晚使用便攜式土壤水分測(cè)定儀(Spectrum公司,美國(guó))對(duì)每盆苗進(jìn)行土壤含水量測(cè)定,水分分為4個(gè)梯度:正常狀態(tài)(對(duì)照,70%～80%田間持水量),輕度干旱(LD,55%～65%田間持水量),中度干旱(MD,35%～45%田間持水量),重度干旱(HD,10%～30%田間持水量)。根據(jù)測(cè)定,當(dāng)每個(gè)溫度梯度到達(dá)相應(yīng)田間持水量時(shí)選取中上部完整的功能葉進(jìn)行抗氧化系統(tǒng)相關(guān)指標(biāo)測(cè)定。
1.2 測(cè)定指標(biāo)及方法
1.2.1 抗氧化酶活性和丙二醛質(zhì)量摩爾濃度測(cè)定超氧化物歧化酶(SOD)采用氮藍(lán)四唑法[7]、過(guò)氧化物酶(POD)采用愈創(chuàng)木酚法[7]、丙二醛(MDA)采用硫代巴比妥酸(TBA)法[7]、過(guò)氧化氫酶(CAT)采用紫外吸收法[7]。
1.2.2 AsA-GSH循環(huán)相關(guān)物質(zhì)和酶活性測(cè)定抗壞血酸(AsA)和脫氫抗壞血酸(DHA)質(zhì)量摩爾濃度測(cè)定采用二聯(lián)吡啶法[8],氧化型谷胱甘肽(GSSG)和還原型谷胱甘肽(GSH)質(zhì)量摩爾濃度測(cè)定參考NAGALAK-SHMI等[9]的DTNB循環(huán)檢測(cè)法。抗壞血酸過(guò)氧化物酶(APX)活性測(cè)定參考NAKANO等[10]的方法,單脫氫抗壞血酸還原酶(MDHAR)活性測(cè)定采用KRIVOSHEEVA等[11]的方法,谷胱甘肽還原酶(GR)活性和脫氫抗壞血酸還原酶(DHAR)活性采用試劑盒(蘇州科銘,中國(guó))進(jìn)行測(cè)定。
1.3 數(shù)據(jù)處理將數(shù)據(jù)分為高溫脅迫、干旱脅迫和高溫干旱脅迫3組,使用SPSS Stastics 18(IBM,美國(guó))進(jìn)行方差分析。
2 結(jié)果與分析
2.1 高溫干旱脅迫對(duì)黃薇SOD,POD,CAT活性和MDA質(zhì)量摩爾濃度的影響高溫脅迫下黃薇葉片SOD活性,在輕度干旱和中度干旱下呈上升趨勢(shì),在重度干旱和對(duì)照組中呈現(xiàn)下降趨勢(shì),但變化不顯著(P>0.05);干旱脅迫下黃薇葉片SOD活性隨著干旱程度的增加,呈先上升后下降的趨勢(shì),且于中度干旱下達(dá)到最大;協(xié)同脅迫下在中度干旱時(shí)達(dá)到峰值,為對(duì)照的125.0%(P<0.05)(圖1A)。高溫脅迫下黃薇葉片POD活性隨著溫度的增加而呈現(xiàn)上升趨勢(shì),且變化顯著,42與30℃相比較,對(duì)照、輕度干旱、中度干旱、重度干旱4個(gè)水分組分別增加了49.1%(P<0.05),99.0%(P<0.05),89.1%(P<0.05)和173.5%(P<0.05);干旱脅迫下,POD活性隨著脅迫程度呈先上升后下降的趨勢(shì),且變化顯著,在中度干旱時(shí)值達(dá)到最大,與對(duì)照相比分別增加31.7%(P<0.05),53.0%(P<0.05)和67.1%(P<0.05);協(xié)同脅迫下在中度脅迫時(shí)達(dá)到峰值,為42℃干旱對(duì)照組的167.1%(P<0.05)(圖1B)。高溫脅迫下黃薇葉片CAT活性隨著溫度的增加而呈現(xiàn)上升趨勢(shì),且變化顯著,42與30℃相比較,對(duì)照、輕度干旱、中度干旱、重度干旱分別增加了68.1%(P<0.05),42.5%(P<0.05),23.7%(P<0.05)和131.3%(P<0.05);干旱脅迫下,CAT活性在30和36℃時(shí)隨著脅迫程度呈先上升后下降的趨勢(shì),在中度干旱時(shí)值達(dá)到最大,分別為增加了40.1%(P<0.05)和4.1%(P>0.05),42℃呈現(xiàn)上升趨勢(shì)但變化不顯著;協(xié)同脅迫下在重度干旱時(shí)達(dá)到峰值,為42℃干旱對(duì)照組的104.6%(P>0.05)(圖1C)。高溫脅迫下黃薇葉片MDA質(zhì)量摩爾濃度隨著溫度的增加而呈現(xiàn)先下降后上升的趨勢(shì),在重度脅迫時(shí)達(dá)到峰值,且變化顯著(P<0.05);干旱脅迫下MDA都呈現(xiàn)上升趨勢(shì),于重度脅迫下達(dá)到峰值,與對(duì)照相比分別增加了133.4%(P<0.05),117.5%(P<0.05)和79.6%(P<0.05)(圖1D)。
2.2 高溫干旱脅迫對(duì)黃薇AsA及DHA質(zhì)量摩爾濃度的影響高溫脅迫下黃薇葉片AsA質(zhì)量摩爾濃度隨著溫度的增加呈現(xiàn)不同的趨勢(shì),均無(wú)顯著變化(P>0.05);干旱脅迫下,AsA質(zhì)量摩爾濃度在30和36℃時(shí)隨著脅迫程度呈先上升后下降的趨勢(shì),在輕度干旱時(shí)值達(dá)到最大,重度干旱時(shí)值最小,重度干旱脅迫比對(duì)照組分別減少19.3%(P>0.05)和37.4%(P<0.05);協(xié)同脅迫下AsA質(zhì)量摩爾濃度隨脅迫程度逐漸下降,重度干旱脅迫時(shí)與42℃干旱對(duì)照組相比減少了38.2%(P<0.05)(圖2A)。高溫脅迫下黃薇葉片DHA質(zhì)量摩爾濃度隨著溫度的增加而呈現(xiàn)不同的趨勢(shì),對(duì)照、輕度干旱、中度干旱3組呈現(xiàn)先上升后下降趨勢(shì),重度干旱組呈現(xiàn)上升趨勢(shì);干旱脅迫下,DHA質(zhì)量摩爾濃度在30和36℃時(shí)隨著脅迫程度呈先上升后下降的趨勢(shì),在中度干旱時(shí)達(dá)最大值,分別增加了162.5%(P<0.05)和115.4%(P<0.05);協(xié)同脅迫下DHA質(zhì)量摩爾濃度隨脅迫程度逐漸上升,重度干旱脅迫時(shí)與42℃干旱對(duì)照組相比增加了115.8%(P<0.05)(圖2B)。AsA/DHA比值在高溫脅迫下隨著溫度的增加呈不同趨勢(shì),均無(wú)明顯差異性;干旱脅迫下,AsA DHA比值隨著脅迫程度均呈下降趨勢(shì),在重度干旱分別減少了68.8%(P<0.05),65.3%(P<0.05)和72.6%(P<0.05)(圖2C)。
2.3 高溫干旱脅迫對(duì)黃薇GSH及GSSG質(zhì)量摩爾濃度的影響高溫脅迫下黃薇葉片GSH質(zhì)量摩爾濃度隨著溫度的增加而呈不同趨勢(shì),對(duì)照、中度干旱、重度干旱3組呈現(xiàn)先上升后下降趨勢(shì),各組內(nèi)差異顯著(P<0.05),輕度干旱組呈現(xiàn)上升趨勢(shì),差異不顯著;干旱脅迫下,GSH質(zhì)量摩爾濃度隨著脅迫程度呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì),在30和36℃時(shí)在中度干旱時(shí)達(dá)最大值;協(xié)同脅迫下GSH質(zhì)量摩爾濃度隨脅迫程度先上升后下降,重度干旱脅迫時(shí)與42℃干旱對(duì)照組相比減少了58.8%(P<0.05)(圖3A)。高溫脅迫下黃薇葉片GSSG質(zhì)量摩爾濃度隨著溫度的增加而呈現(xiàn)不同的趨勢(shì),對(duì)照組和輕度干旱組呈現(xiàn)先下降后上升趨勢(shì),中度干旱組和重度干旱組呈現(xiàn)下降趨勢(shì);干旱脅迫下,在30和36℃時(shí)GSSG質(zhì)量摩爾濃度隨著脅迫程度上升而上升,在重度干旱時(shí)達(dá)最大值,分別增加了46.0%(P<0.05)和52.4%(P<0.05);協(xié)同脅迫下GSSG質(zhì)量摩爾濃度隨脅迫程度先上升后下降,中度干旱脅迫時(shí)達(dá)最大值,與42℃干旱對(duì)照組相比增加了26.4%(P<0.05)(圖3B)。GSH/GSSG比值在高溫脅迫下隨著溫度升高呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì),于36℃達(dá)最大值,42℃達(dá)最小值,兩者相比各組分別減少了27.8%(P<0.05),21.3%(P<0.05),33.3%(P<0.05)和40.1%(P<0.05);干旱脅迫下,GSH/GSSG比值隨著脅迫程度均呈現(xiàn)下降的趨勢(shì),在重度干旱分別減少了28.8%(P<0.05),37.5%(P<0.05)和48.1%(P<0.05)(圖3C)。
2.4 高溫干旱脅迫對(duì)黃薇APX,GR,DHAR,MDHAR活性的影響高溫脅迫下黃薇葉片APX活性隨著溫度的增加而呈現(xiàn)不同的趨勢(shì),對(duì)照組和輕度干旱組呈上升趨勢(shì),中度干旱組和重度干旱組呈先上升后下降趨勢(shì),各組差異性均較顯著;干旱脅迫下,APX活性均呈先上升后下降的趨勢(shì),在30和36℃時(shí)在中度干旱時(shí)達(dá)最大值,分別增加了60.0%(P<0.05)和208.3%(P<0.05);協(xié)同脅迫下APX活性于輕度干旱脅迫時(shí)達(dá)到最大值,與42℃干旱對(duì)照組相比增加了8.7%(P>0.05)(圖4A)。高溫脅迫下黃薇葉片GR活性隨著溫度的增加而呈現(xiàn)不同的趨勢(shì),對(duì)照組、輕度干旱組呈上升趨勢(shì),中度干旱組呈下降趨勢(shì),重度干旱組呈先下降后上升趨勢(shì),各組差異性均顯著;干旱脅迫下,GR活性均呈先上升后下降的趨勢(shì),在30和36℃時(shí),中度干旱下達(dá)最大值,分別增加了128.3%(P<0.05)和71.8%(P<0.05);協(xié)同脅迫下GR活性于輕度干旱脅迫時(shí)達(dá)到最大值,與42℃干旱對(duì)照組相比增加了28.7%(P<0.05)(圖4B)。
高溫脅迫下黃薇葉片DHAR活性隨著溫度的增加而呈不同趨勢(shì),對(duì)照組呈先上升后下降趨勢(shì),輕度干旱組、中度干旱組、重度干旱組呈現(xiàn)先下降后上升趨勢(shì),除重度干旱組外各組差異性均較顯著;干旱脅迫下,DHAR活性均呈先上升后下降的趨勢(shì),在30和36℃時(shí),中度干旱下達(dá)最大值,分別增加了69.4%(P<0.05)和47.2%(P<0.05);協(xié)同脅迫下DHAR活性于輕度干旱脅迫時(shí)達(dá)到最大值,與42℃干旱對(duì)照組相比增加了145.0%(P<0.05)(圖4C)。高溫脅迫下黃薇葉片MDHAR活性隨著溫度的增加而呈不同趨勢(shì),中度干旱組呈先上升后下降趨勢(shì),對(duì)照、輕度干旱、重度干旱3組呈先下降后上升趨勢(shì),中度干旱組和重度干旱組差異較顯著;干旱脅迫下,MDHAR活性均呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì),在30和36℃時(shí),中度干旱下達(dá)最大值,分別增加了150.0%(P<0.05)和561.5%(P<0.05);協(xié)同脅迫下MDHAR活性于輕度干旱脅迫時(shí)達(dá)到最大值,與42℃干旱對(duì)照組相比增加了100.0%(P<0.05)(圖4D)。
3 討論植物體內(nèi)活性氧的產(chǎn)生與清除始終處于一種動(dòng)態(tài)平衡,植物在遭受逆境時(shí)會(huì)產(chǎn)生并積累大量的活性氧導(dǎo)致動(dòng)態(tài)平衡被打破,造成活性氧代謝失調(diào)[12]。植物剛遭受到逆境脅迫時(shí),會(huì)通過(guò)增加體內(nèi)抗氧化酶的活性來(lái)減輕活性氧造成的傷害,但隨著脅迫加深活性氧的增加和積累,抗氧化酶活性下降,多余的活性氧無(wú)法被清除而導(dǎo)致植物體受到不可逆的傷害[13]。高溫脅迫往往伴隨干旱脅迫同時(shí)發(fā)生,多重脅迫對(duì)植物的傷害明顯大于單一脅迫[14]。本研究中,單一脅迫下SOD,POD和CAT活性總體上呈增加趨勢(shì),高溫脅迫下的增幅高于干旱脅迫,說(shuō)明黃薇對(duì)高溫脅迫更加敏感;高溫干旱協(xié)同脅迫下,3種酶活性總體高于單一脅迫,POD活性的變化明顯較SOD和CAT活性顯著,說(shuō)明POD是黃薇對(duì)抗高溫干旱脅迫的主要氧化酶;MDA質(zhì)量摩爾濃度隨著脅迫程度增加而顯著增加且明顯高于單一脅迫,表明協(xié)同脅迫下活性氧對(duì)植物細(xì)胞膜產(chǎn)生的傷害較大。裴斌等[15]對(duì)沙棘Hippophae rhamnoides的干旱脅迫研究表明:SOD,POD和CAT活性隨著脅迫程度呈現(xiàn)先升后降的趨勢(shì),其中SOD活性明顯高于POD和CAT活性,MDA質(zhì)量摩爾濃度則是隨著脅迫程度而逐漸增加。干旱脅迫下,黃薇葉片中MDA質(zhì)量摩爾濃度隨著脅迫程度增加而增加,3種酶活性雖都呈現(xiàn)先增強(qiáng)后下降趨勢(shì),但SOD和CAT活性增強(qiáng)不明顯,POD的活性增強(qiáng)顯著,這與裴斌等[15]的研究結(jié)果不一致,可能是由于POD在活性氧的清除中效果較好。
高溫脅迫下,SOD,POD和CAT活性總體上呈現(xiàn)上升趨勢(shì),POD和CAT活性增幅顯著,SOD活性增幅較小,這與周廣等[16]對(duì)井岡山杜鵑Rhododendron jinggangshanicum高溫脅迫的研究結(jié)果相似;MDA質(zhì)量摩爾濃度總體呈先降后升趨勢(shì),這與周廣等[16]的研究結(jié)果不同,可能是黃薇在高溫環(huán)境下具有一定的適應(yīng)性,減緩了細(xì)胞膜脂質(zhì)過(guò)氧化的速度。AsA-GSH循環(huán)是植物體內(nèi)清除活性氧自由基的重要途徑[17],植物通過(guò)增加抗氧化劑含量和相關(guān)酶活性提高AsA-GSH循環(huán)的效率以適應(yīng)環(huán)境脅迫[18]。
高溫干旱協(xié)同脅迫下,中度脅迫時(shí)黃薇葉片內(nèi)APX活性相對(duì)平穩(wěn)隨脅迫加重而下降,GR和MDHAR活性雖有增強(qiáng)但遠(yuǎn)不如單一脅迫,而DHAR活性遠(yuǎn)強(qiáng)于單一脅迫,黃薇葉片內(nèi)DHA,GSH和GSSG質(zhì)量摩爾濃度不斷顯著增加,AsA質(zhì)量摩爾濃度不斷顯著下降,DHAR活性增強(qiáng)與DHA增加,AsA減少,這與韓一林等[18]和SILVA等[19]的研究結(jié)果不一致,可能因?yàn)镈HAR活性雖然增加但循環(huán)仍以APX的清除優(yōu)先,不能及時(shí)補(bǔ)充為AsA,故AsA質(zhì)量摩爾濃度被大量消耗,無(wú)法及時(shí)得到補(bǔ)充從而不斷下降。重度協(xié)同脅迫下,植物細(xì)胞已經(jīng)遭到破壞,各物質(zhì)的量和酶的活性均下降,部分達(dá)到最低值,這與許馨露等[20]的研究結(jié)果相似。此外AsA/DHA比值和GSH GSSG比值隨著脅迫呈下降趨勢(shì),表明脅迫造成AsA還原力不斷增強(qiáng)。單一干旱脅迫下,APX,GR,MDHAR和DHAR活性均呈先升高后下降的趨勢(shì),這與董守坤等[21]的研究結(jié)果一致。
AsA,GSH和DHA質(zhì)量摩爾濃度總體上呈現(xiàn)先增加后下降趨勢(shì),GSSG質(zhì)量摩爾濃度總體呈上升趨勢(shì),實(shí)驗(yàn)表明:面對(duì)干旱脅迫時(shí)黃薇葉內(nèi)的AsA-GSH循環(huán)能夠及時(shí)進(jìn)行活性氧的清除,減輕其細(xì)胞的損傷。高溫脅迫下,APX,GR活性和AsA質(zhì)量摩爾濃度呈上升趨勢(shì),DHAR活性和DHA質(zhì)量摩爾濃度先上升后下降,MDHAR活性和GSSG質(zhì)量摩爾濃度先下降后上升,表明高溫脅迫下循環(huán)內(nèi)以APX清除為主,其余的酶則維持著循環(huán)內(nèi)的平衡,保證對(duì)活性氧的清除能力;比較各水分組發(fā)現(xiàn)各酶活性總體上都在中度干旱組內(nèi)達(dá)到最大值,表明黃薇對(duì)高溫脅迫下的干旱也具備一定的抵抗能力。綜上所述,單一高溫或干旱脅迫下,黃薇內(nèi)的抗氧化防御系統(tǒng)可及時(shí)進(jìn)行響應(yīng),維持著植物體的正常生長(zhǎng)發(fā)育。
但在兩者共同脅迫下,受到輕度脅迫的黃薇仍具有有效的防御能力,而中度和重度脅迫下,活性氧的積累逐漸超出黃薇的承受能力,較單一脅迫造成更大的傷害。研究也發(fā)現(xiàn),在30和36℃時(shí)黃薇對(duì)環(huán)境變化的承受力仍較強(qiáng),在42℃時(shí)如不能及時(shí)補(bǔ)充水分則會(huì)造成較大的傷害。黃薇在輕度和中度干旱下適應(yīng)性相對(duì)較強(qiáng),可以適應(yīng)由高溫情況下短暫缺水情況,在長(zhǎng)江以南地區(qū)的景觀規(guī)劃或生態(tài)修復(fù)中可擴(kuò)大其栽培及應(yīng)用。
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篇(2)
摘要：以一年生多花梾木(Cornus florida L.)幼苗為試驗(yàn)材料，在35～44 ℃人工模擬高溫環(huán)境下，研究不同梯度高溫對(duì)多花梾木葉片色差、葉綠素含量、葉片含水量、熒光動(dòng)力學(xué)參數(shù)、超氧化物歧化酶(SOD)活性等形態(tài)特征和葉片生理指標(biāo)的影響。結(jié)果表明，(1)與對(duì)照組(35 ℃恒溫)相比，隨著高溫脅迫溫度的提高，多花梾木莖葉逐漸褪色萎縮脆化，具體表現(xiàn)為葉片色差不斷增大、葉片相對(duì)含水量(LRWC)與葉綠素含量均下降、葉片熒光能力隨溫度上升而降低;(2)高溫影響多花梾木葉片酶活性，具體表現(xiàn)為超氧化物歧化酶(SOD)、過(guò)氧化物酶(POD)活性不斷升高，丙二醛(MDA)含量呈上升趨勢(shì)并在43 ℃達(dá)到最大值，且多花梾木形態(tài)變化的臨界點(diǎn)較其內(nèi)部生理變化臨界點(diǎn)出現(xiàn)略遲。綜上，高溫對(duì)多花梾木幼苗生長(zhǎng)的影響較大，多花梾木具有一定的耐熱性，但不可忍受超過(guò)40 ℃以上的長(zhǎng)期高溫。
關(guān)鍵詞：高溫脅迫;多花梾木;形態(tài)特征;生理特征;熒光動(dòng)力學(xué)參數(shù)
作者：周余華
隨著人口的不斷增加，城市化和工業(yè)化進(jìn)程不斷加快，大氣中CO2濃度也隨之持續(xù)增加，溫室效應(yīng)問(wèn)題日益突出。環(huán)境因子(如溫度升高、雨水增多等)的改變給植物增加了生長(zhǎng)乃至存活的挑戰(zhàn)[1]。高溫脅迫作為植物在生存環(huán)境中的主要逆境因子，通過(guò)改變植物的生理作用，對(duì)許多植物產(chǎn)生傷害，不可逆轉(zhuǎn)地影響植物體生長(zhǎng)和發(fā)育過(guò)程[2-4]。國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)不同的園林植物進(jìn)行高溫脅迫研究，目前已取得較大成果。多花梾木(Cornus florida L.)作為世界著名的園林觀賞植物，原產(chǎn)于加拿大南部與美國(guó)東南部地區(qū)[5-7]，種植于長(zhǎng)江中下游地區(qū)無(wú)疑會(huì)受到夏季高溫的影響。
多花梾木具有較強(qiáng)的耐寒性，華東地區(qū)冬季無(wú)防護(hù)措施的條件下，一年生幼苗未遭凍害且無(wú)明顯病蟲(chóng)害。在適宜的氣候環(huán)境條件下，多花梾木幼苗生長(zhǎng)較慢，2年后幼苗成長(zhǎng)速率加快[8-10]。常州、蘇州、上海、杭州等地引種后也能順利度夏。
對(duì)多花梾木來(lái)說(shuō)，高溫是造成多花梾木生長(zhǎng)受限、長(zhǎng)枝虧欠的主要因素。本研究以生長(zhǎng)狀況良好的一年生多花梾木植株為試驗(yàn)材料，探索不同高溫梯度下多花梾木的形態(tài)變化和生理生化反應(yīng)，以期在短期高溫條件下，通過(guò)人為措施緩解或消除高溫帶來(lái)的不利影響，從而探索多花梾木耐高溫生理機(jī)制，選育耐高溫多花梾木品種，并了解多花梾木在高溫傷害下的緊急救治措施。多花梾木的應(yīng)用潛力尚未完全開(kāi)發(fā)，其景觀和生態(tài)價(jià)值尚未得到充分的展示。因此，研究多花梾木的耐高溫性能對(duì)挖掘多花梾木潛在價(jià)值，推廣綠化種植具有較大意義。
1 材料與方法
1.1 試驗(yàn)材料與地點(diǎn)
試驗(yàn)地點(diǎn)在江蘇農(nóng)林職業(yè)技術(shù)學(xué)院研發(fā)樓內(nèi)。選用植株健壯、生長(zhǎng)狀況良好的一年生多花梾木盆栽苗，生長(zhǎng)高度基本一致，每盆質(zhì)量6 kg(含沙壤土，有機(jī)質(zhì)含量為15.827 g/kg)左右、葉片數(shù)超過(guò)80張(不含嫩葉)，每盆1株。每個(gè)處理計(jì)30盆，3次重復(fù)。
主要試驗(yàn)儀器：多功能全自動(dòng)人工氣候箱、CM-700d/600d 分光測(cè)色儀、SPAD葉綠素含量測(cè)定儀、Handy PEA 高速連續(xù)激發(fā)式熒光儀、超低溫冰箱、離心機(jī)、梅特勒ML204型萬(wàn)分之一天平等。盆栽苗脅迫試驗(yàn)在全自動(dòng)智能人工氣候箱內(nèi)進(jìn)行。
1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)
1.2.1 預(yù)試驗(yàn)
2019年7—9月對(duì)多花梾木進(jìn)行盆栽苗的初步脅迫試驗(yàn)，擬定2組，各選10盆。根據(jù)全國(guó)各地引種情況及日本各地栽植情況，擬設(shè)定溫度為35、40 ℃，觀察人工氣候箱內(nèi)植株葉片隨脅迫進(jìn)行的反應(yīng)變化[11]，得出相應(yīng)的平均存活天數(shù)分別約34.1、24.7 d。
1.2.2 脅迫試驗(yàn)
隨后根據(jù)預(yù)試驗(yàn)植株的存活天數(shù)，確定脅迫起始溫度為35 ℃，最終溫度為45 ℃，于2019年10月14日進(jìn)行高溫脅迫試驗(yàn)。試驗(yàn)設(shè)置2組，同時(shí)進(jìn)行，T為試驗(yàn)組(35～45 ℃的高溫脅迫)30盆，3次重復(fù)，CK為對(duì)照組(35 ℃保持不變);試驗(yàn)設(shè)計(jì)采用單因子完全隨機(jī)變量(表1)。試驗(yàn)前用與盆栽苗冠幅大小一致的軟質(zhì)透水無(wú)紡袋將多花梾木植株土球包裹，并在盆栽苗底部墊有半徑一致的托盤(pán)，及時(shí)澆水保持托盤(pán)內(nèi)水分，利用土壤對(duì)水分的虹吸能力保持植株水分平衡。
試驗(yàn)伊始，將盆栽苗置于人工氣候箱內(nèi)，并保持相鄰2株5 cm左右間隔，盡量減少植株間的相互影響。調(diào)節(jié)氣候箱內(nèi)初始環(huán)境參數(shù)，光照度為3 000 lx，光處理14 h，暗處理10 h(模擬北半球夏季晝夜長(zhǎng)短變化)，其他環(huán)境因子保持不變。脅迫初始溫度為35 ℃，之后每隔2 d上升2 ℃，當(dāng)溫度達(dá)到39 ℃時(shí)每隔2 d上升1 ℃(表1)。根據(jù)長(zhǎng)江中下游氣候特點(diǎn)，39 ℃已處于高溫狀態(tài)，為緩解高溫對(duì)植物帶來(lái)的生理影響，使植物更易適應(yīng)高溫，并利于試驗(yàn)進(jìn)一步進(jìn)行，將溫度的調(diào)整放緩。調(diào)整溫度達(dá)44 ℃時(shí)，試驗(yàn)結(jié)束。試驗(yàn)期間，每隔2 d進(jìn)行指標(biāo)測(cè)定和葉片采樣工作，指標(biāo)測(cè)定和葉片采樣時(shí)間為20：00。測(cè)定時(shí)，葉片樣本均選自每株盆栽苗的中間部位，含水量測(cè)定樣本來(lái)自植株基部。采樣工作則選擇不同植株同樣部位的葉片1～3張，共20張，采樣完畢后葉片樣品立即放入密封袋中，標(biāo)好序號(hào)，用冰袋包裹放置于-180 ℃超低溫冰箱密封保存，以供后期測(cè)樣。
1.3 試驗(yàn)測(cè)定指標(biāo)與方法
1.3.1 葉片生長(zhǎng)形態(tài)與形色指標(biāo)測(cè)定
植株的外部生長(zhǎng)形態(tài)通過(guò)觀察記錄葉片的形態(tài)變化表示，根據(jù)葉片的生長(zhǎng)狀況和外觀質(zhì)量，將葉片外觀形態(tài)分為5個(gè)等級(jí)：Ⅰ級(jí)為飽滿正常，Ⅱ級(jí)為比較飽滿正常，Ⅲ級(jí)為失水皺縮，Ⅳ級(jí)為嚴(yán)重失水皺縮，Ⅴ級(jí)為完全失水焦枯(表2)。
葉片的形色指標(biāo)(色度)采用分光測(cè)色儀CM-700d/600d進(jìn)行色差測(cè)定。選取植株中上部固定位置較大的葉片，使用校正后的分光測(cè)色儀測(cè)量固定葉片的上部位置，將第1次測(cè)定的葉片數(shù)據(jù)記為初始標(biāo)準(zhǔn)色，其L(照度/亮度)、a(紅綠值)、b(黃藍(lán)值)即為初始標(biāo)準(zhǔn)色三參數(shù)，此后每次測(cè)量所得數(shù)據(jù)為對(duì)比色(對(duì)比參數(shù))，以ΔL、Δa、Δb作為相應(yīng)色差指標(biāo)。ΔE為總色差變化。其中ΔE在(0，0.5]之間表示變化微小;在(0.5，2.0]之間表示變化一般;在(2.0，4.0]之間表示變化較大;>4.0則表示變化非常大。