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4个藤本月季品种对干旱胁迫的耐受性研究

作者: 王会平,邹世慧 时间:2024-4-10 阅读次数:872

藤本月季是蔷薇科蔷薇属植物,是现代月季中的一大种类。因开花繁茂、花色艳丽且连续开花,成为近年来城市垂直绿化美化中的优良品种。重庆市属典型的山地城市,城在山中,山在城中,城内分布着大大小小的堡坎和边坡。近年来,大量的藤本月季品种被引入用于桥头堡坎绿化、桥墩立体绿化、城市道路及射线高速两侧边坡绿化、裸露空地以及山体绿化等园林景观提升工程。但由于重庆夏季酷热伏旱,且堡坎、边坡等绿地养护难度大,很多藤本月季品种在重庆因干旱缺水无法顺利渡夏。因此加强藤本月季对干旱胁迫的耐性研究,筛选抗性强的优良品种,有助于藤本月季在当地的园林绿化中大规模推广应用,对丰富城市园林景观、降低植物养护成本有重要意义。

植物在受到干旱胁迫时会发生一系列生理生化变化。干旱胁迫时,可以使植物发生胞内和胞间脱水,也会使质膜的选择透性增大或丧失,从而使细胞内的脯氨酸等其物质向质膜外渗透。张美玲等研究发现在持续干旱胁迫下,丙二醛、游离脯氨酸的含量、可溶性总糖含量随胁迫时间的增加而上升 [1]。植物受干旱胁迫时会产生活性氧,而植物体细胞可以通过增强保护酶系统的活性来消除活性氧[2] ,超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化物酶(POD)是植物细胞内重要的保护酶类,当保护酶系统活性越高时,植物的抗性能力越强。

本研究在前期研究的基础上,从30种藤本月季试种品种中选出4个在重庆地区综合表现良好的品种作为试验材料,通过对其叶片超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、脯氨酸、相对电导率和丙二醛(MDA)这5个生理指标的测定,分析其对干旱胁迫的耐受性,以期为在重庆地区的栽培和推广应用提供参考。

1 / 试验材料与方法

1.1 试验材料  根据前期研究选择‘天路’月季、‘海格瑞’月季、‘诺瓦利斯’月季和‘圣埃泽布加’月季进行干旱胁迫研究。试验材料于2018年采购自上海某单位,均为两年生裸根苗,植株健康,枝条粗壮,无病虫害,并进行盆栽种植。

1.2 试验设计  干旱胁迫试验于2020年6~9月开展。测定连续干旱天数以及解除胁迫后对藤本月季的生理指标影响。选用生长势一致的盆栽苗,在23℃下分别进行0d、5d、10d、20d的干旱胁迫。22d取基本一致的叶片进行生理生化指标测定,试验重复三次。

1.3 试验指标及方法

1.3.1 保护酶活性的测定。采用NBT光照化学还原法测定[3] 超氧化物歧化酶(SOD)活力,采用愈创木酚氧化法测定[4] 过氧化物酶(POD)活力。

1.3.2 游离脯氨酸含量的测定。采用茚三酮显色法[5]。

1.3.3 相对电导率的测定。采用电导仪法。

1.3.4 丙二醛(MDA)含量的测定。采用硫代巴比妥酸法[6]。

1.4 数据处理

采用Excel2007软件处理原始数据,采用SPSS20.0软件计算平均值和方差,采用Origin9.0进行制图。

4个藤本月季在连续干旱胁迫时,其生理生化指标具有较大差异,因此仅凭单个因素不能充分说明藤本月季耐高温、耐旱能力的强弱,所以应定量转变各个生理生化指标的原始数据,从而能综合性的说明其耐旱的能力。本文采用隶属函数值法进行综合计算,具体计算方法如下: 

隶属函数值计算公式:R(xi)=(xi-xmin)/(xmax-xmin)

公式中,xi为测定的指标,xmin、xmax为某一种指标的最小值和最大值,如果为相反的关系,则可用反隶属函数进行计算。

2 / 结果与分析

2.1 干旱胁迫对4种藤本月季SOD活性的影响

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从图1可以得出,随着干旱胁迫时间的增加,‘天路’月季叶片中SOD活性变化的趋势呈升高-降低-升高的趋势,‘诺瓦利斯’月季、‘海格瑞’月季、‘圣埃泽布加’月季叶片中SOD活性随着胁迫时间的增加而增加,且这4个品种SOD活性均在干旱20d达到最大值。干旱胁迫解除后,‘天路’月季、‘海格瑞’月季叶片中SOD活性恢复到正常水平,‘诺瓦利斯’月季、‘圣埃泽布加’月季未能恢复到正常水平。

品种0d5d10d20d22d(复水)
天路7.746±0.505a8.434±0.176a8.248±0.259a8.778±0.071a7.720±0.242a
诺瓦利斯8.029±0.076a8.644±0.252a8.702±0.046a11.118±0.341c9.769±0.316b
海格瑞7.435±0.117a7.503±0.319a8.942±0.148ab10.113±0.654b8.091±0.590a
圣埃泽布加8.082±0.145a8.729±0.180ab9.650±0.165b9.715±0.160b9.135±0.657ab

由表1可知,经过方差分析,在整个干旱胁迫中,‘天路’月季叶片中SOD活性差异不显著,‘诺瓦利斯’月季、‘海格瑞’月季在干旱20d叶片中SOD活性差异显著(P﹤0.05),‘圣埃泽布加’月季在干旱10d叶片中SOD活性差异显著(P﹤0.05)。干旱胁迫解除后4个品种均差异不显著。

2.2 干旱胁迫对4种藤本月季POD的影响

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从图2可以得出,干旱胁迫使所有藤本月季品种的POD活性变化的趋势是先升后降,4种藤本月季在干旱10d叶片中POD的含量达到最大值,其中‘海格瑞’月季叶片中POD的活性>其它3个藤本月季品种;在干旱胁迫20d后,POD的活性有所下降;干旱胁迫解除后,所有藤本月季品种的POD活性均上升。


品种0d5d10d20d22d(复水)
天路3.333±0.444a3.778±1.037a6.667±0.889a3.778±0.593a8.444±2.815a
诺瓦利斯2.667±0.889a3.556±0.593ab6.222±1.481b2.667±1.333a6.444±0.593b
海格瑞6.889±0.593a8.222±2.074a10.667±2.667a9.556±0.741a13.111±1.630a
圣埃泽布加2.000±0.444a4.667±0.444b4.889±1.630b1.556±2.963a3.556±0.296b

由表2可知,经过方差分析,在整个干旱胁迫中,‘天路’月季、‘海格瑞’月季叶片中POD活性变化小,差异不显著,‘诺瓦利斯’月季和‘海格瑞’月季在干旱胁迫5d叶片中POD活性均差异显著,且差异显著时间早于SOD活性,这说明在藤本月季的保护酶系统中,干旱的前期POD发挥作用,SOD在后期起作用。干旱胁迫解除后,与CK相比,‘天路’月季、‘海格瑞’月季POD活性差异不显著,‘诺瓦利斯’月季、‘圣埃泽布加’月季POD活性差异显著,且4个藤本月季品种叶片中POD的活性均高于CK,说明干旱胁迫解除后,植物体内仍有过多的活性氧。

2.3 干旱胁迫对4种藤本月季MDA的影响

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从图3可以得出,干旱胁迫会使所有藤本月季品种的MDA含量变化的趋势是先升后降,4种藤本月季在干旱10d叶片中丙二醛的含量达到最大值,其中海格瑞叶片中丙二醛的含量最多,丙二醛的含量的增加量也是最大的;在干旱胁迫20d,叶片中丙二醛的含量有所下降;干旱胁迫解除后,MDA的含量未能恢复到正常水平,这说明4种藤本月季品种的膜脂受到了不同程度的伤害。

品种0d5d10d20d22d(复水)
天路13.864±1.0584a16.430±0.391a34.393±8.738a27.674±3.804a43.170±18.885a
诺瓦利斯7.203±0.342a30.164±4.090c40.629±4.619d16.685±0.875ab24.259±2.542bc
海格瑞11.231±0.765a27.216±3.783ab67.033±10.773c51.732±8.344bc116.172±19.284d
圣埃泽布加8.685±1.075a14.960±0.316a48.019±2.791b45.805±1.419b51.566±6.443b

由表3可知,经过方差分析,在整个干旱胁迫中天路叶片中MDA含量变化较小,差异不显著,其含量也保持在一个比较低的水平,这充分说明干旱胁迫对其膜脂过氧化作用影响小;‘诺瓦利斯’月季、‘海格瑞’月季叶片中丙二醛含量均差异显著;‘圣埃泽布加’月季在干旱10d的叶片中MDA含量差异显著。干旱胁迫解除后,‘天路’月季叶片中丙二醛含量差异不显著,‘诺瓦利斯’月季、‘海格瑞’月季、‘圣埃泽布加’月季叶片中丙二醛含量差异显著。

2.4 干旱胁迫对4种藤本月季游离脯氨酸的影响

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从图4可以得出,4个藤本月季品种叶片中游离脯氨酸含量随着干旱胁迫时间的延长呈现升-降-升的趋势,其中‘天路’月季、‘海格瑞’月季、‘圣埃泽布加’月季叶片中脯氨酸的含量在干旱20d达到最大值;‘诺瓦利斯’月季叶片中脯氨酸的含量在干旱5d达到最大值。在干旱5~10d叶片中脯氨酸含量有所的下降,说明其在胁迫中期,脯氨酸调节的重要性下降,可能其他物质代替了它的调节功能。干旱胁迫解除后,4种藤本月季叶片中脯氨酸含量继续上升。

品种0d5d10d20d22d(复水)
天路16.038±0.338a33.794±0.459c22.976±3.008b40.496±1.554d87.458±0.565e
诺瓦利斯8.987±1.730a23.728±8.223ab13.838±2.783ab17.975±4.111ab27.112±0.816b
海格瑞14.402±2.933a21.901±0.040b10.003±1.730a27.267±0.678b40.910±1.915c
圣埃泽布加15.869±3.008a31.925±1.212b10.330±0.232a46.158±0.552c91.352±1.885d


由表4可知,经过方差分析,‘天路’月季在不同时间的干旱胁迫下脯氨酸的含量均差异显著。在干旱第5d、第10d‘诺瓦利斯’月季、‘海格瑞’月季、‘圣埃泽布加’月季叶片脯氨酸含量差异不显著;在干旱第20d‘诺瓦利斯’月季、‘海格瑞’月季叶片脯氨酸含量差异不显著、‘圣埃泽布加’月季叶片脯氨酸含量差异显著。干旱胁迫解除后4种藤本月季品种间叶片脯氨酸的含量差异显著。

2.5 干旱胁迫对4种藤本月季相对电导率的影响

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从图5中,我们可以看出,‘天路’月季、‘诺瓦利斯’月季、‘海格瑞’月季、‘圣埃泽布加’月季的叶片相对电导率随着干旱胁迫时间的延长均呈现先上升后下降的的趋势。4个品种叶片相对电导率在干旱胁迫第10d升到最高,不同品种叶片相对电导率的升高幅度大小依次为:诺瓦利斯>圣埃泽布加>天路>海格瑞;在干旱20d4个品种叶片相对电导率在缓慢下降。在干旱胁迫期间,‘诺瓦利斯’月季的相对电导率均高于其余3个品种,说明在受到干旱胁迫时,细胞膜受损最大。复水后,4个品种叶片相对电导率均呈下降趋势,除‘天路’月季外,其他3个品种均低于CK。可见,在一定程度上,干旱胁迫对月季叶片质膜具有一定程度的伤害,导致细胞内的电解质外渗。复水后,4个品种的质膜能恢复其原有的完整性,这说明月季对质膜具有一定的修复功能。

品种0d(CK)5d10d20d22d(复水)
天路0.150±0.009a0.282±0.013c0.310±0.019c0.286±0.008c0.197±0.007b
诺瓦利斯0.235±0.001b0.309±0.020c0.457±0.007e0.402±0.006d0.198±0.007a
海格瑞0.193±0.003a0.264±0.013b0.333±0.021b0.307±0.044b0.168±0.013a
圣埃泽布加0.200±0.004a0.262±0.015b0.371±0.007c0.363±0.028c0.168±0.013a

由表5可知,经方差分析,4个藤本月季品种在干旱第10d叶片相对电导率差异显著(P﹤0.05);‘天路’月季、‘海格瑞’月季在干旱5~10d叶片相对电导率差异显著(P﹤0.05)、10~20d、5~20d相对电导率差异不显著;‘诺瓦利斯’月季、‘圣埃泽布加’月季在干旱5~10d、10~20d、5~20d叶片相对电导率差异显著(P﹤0.05)。复水后,‘天路’月季、‘诺瓦利斯’月季叶片相对电导率差异显著(P﹤0.05);海格瑞’月季、‘圣埃泽布加’月季差异不显著。

2.6 抗旱性综合分析

品种SODPODMDA脯氨酸相对电导率平均抗旱性排序
天路0.450.370.550.340.410.423
诺瓦利斯0.400.440.500.520.530.481
海格瑞0.370.450.590.420.480.462
圣埃泽布加0.600.530.410.360.480.481

连续干旱过程会使植物体内发生一系列复杂的变化,在抵抗干旱过程中,各个生理生化指标之间的影响也是相互的,使用单一的生理生化指标不能够充分说明植物本身抗高温能力的强弱,因此本实验主要运用隶属函数值法对4种藤本月季进行抗旱性综合评定(表6)。

由表6可知, ‘诺瓦利斯’月季、 ‘圣埃泽布加’月季的隶属度最大,为0.48;其次是‘海格瑞’月季,隶属度为0.46;最后为‘天路’月季,隶属度为0.42。

3 / 结论与讨论

3.1 结论  

根据隶属函数的分析结果以及盆栽苗在露天栽培下植株形态的表现,4个藤本月季品种对干旱胁迫耐受性强弱依次为‘诺瓦利斯’月季=‘圣埃泽布加’月季>‘海格瑞’月季>‘天路’月季。

3.2 分析

研究发现,随着干旱胁迫的持续进行,4种藤本月季叶片SOD活性的总体呈上升趋势,与刘彤[7]通过对新疆6种蔷薇属植物对干旱胁迫的生理响应的研究结果一致,说明植物体内的细胞通过提高SOD活性来消除细胞内的活性氧以及其他自由基来维持细胞内环境的相对稳定;4种藤本月季叶片POD活性随着干旱胁迫持续进行呈升高-降低的趋势,这与章毅[8]等对不同绣球品种对干旱胁迫的生理响应的研究结果一致,在适度的干旱条件下,耐旱植物酶活性增高,清除酶活性氧的能力增强;干旱敏感型植物在受到干旱胁迫时,其活性通常降低;在持续的干旱胁迫试验中,酶活性一般为随着胁迫程度的增加而增加,或者是先升高后降低的趋势。

细胞膜在受到干旱胁迫后会产生有毒物质丙二醛(MDA),其含量的多少说明了细胞膜被破坏的程度。通常作为干旱胁迫的指标之一,随着干旱胁迫的增大,4种藤本月季均呈现出上升-下降的趋势。这与钱瑭璜[9]等人的研究结果一致。

当植物遇到环境胁迫时会积累大量的脯氨酸以抵御逆境带来的伤害。作为渗透调节物质的脯氨酸能降低细胞水势,起着保护细胞的作用。随着干旱胁迫时间的增加,4种藤本月季脯氨酸含量变化趋势为升高-降低-升高,在干旱胁迫下,脯氨酸含量积累增多,并且已经在许多的研究中被证实。

从叶片相对电导率的变化可以得出,随着干旱胁迫时间的增加,4种藤本月季叶片相对电导率均呈现先上升后下降的的趋势。复水之后四种藤本月季叶片相对电导率下降。而李瑞[10]通过8种宿根花卉在东北黑土区耐旱性的研究发现8种花卉的叶片的相对电导率在干旱胁迫下呈现升高趋势,可能是植物品种在一定程度上会影响电导率的变化。

本研究试验是通过盆栽控水来确定干旱胁迫强度的,该方法简便易行,在抗旱性研究中得到了广泛应用。但这与藤本月季的实际生长逆境条件存在很大差别。因此,取得的试验结果还有待于到实践中去检验。

(基金项目:重庆市科技计划资助项目(cstc2011pt-gc80019)、重庆市城市管理科技计划项目(城管科字2018第(16)号))


参考文献:

[1]张美玲,杨永花,廖伟彪,肖洪浪,王海明.四种藤本月季抗旱性综合评价[J].干旱地区农业研究,2008(05):173-179.

[2]赵咏梅.植物SOD在抵抗干旱胁迫中的作用[J].生物学教学,2011,36(03):4-5.

[3]李合生.植物生理生化实验原理与技术[M].北京:高等教育出版社,2000.

[4]Kochba J., Lavee S., Spiegel-Roy P. Differences in peroxidase activity and isoenzymes in embryogenic and non embryogenic 'Shamouti'organe ovular callus lines. Plant Cell Physiol, 1977, 18:463-467.

[5]张殿忠,汪沛洪,赵会贤.测定小麦叶片游离脯氨酸含量的方法[J].植物生理学通讯,1990(04):62-65.

[6]乔富廉.植物生理学实验分析测定技术[M].北京:中国农业科学技术出版社,2002,23-56 

[7]刘彤. 新疆6种蔷薇属植物对干旱胁迫的生理响应及抗旱性评价[D].新疆农业大学,2017.

[8]孙欧文,杨倩倩,章毅,蔡建国.四个绣球品种对高温干旱复合胁迫的生理响应机制[J].植物生理学报,2019,55(10):1531-1544.

[9]钱瑭璜,雷江丽,庄雪影.3种草本蕨类植物耐旱性研究[J].西北林学院学报,2012,27(01):22-27.

[10]李瑞. 8种宿根花卉在东北黑土区抗寒、耐旱性研究[D].牡丹江师范学院,2017.


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