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干旱胁迫对鸢尾苗生理指标的影响



全 文 :·园林花卉·植物 北方园艺2012(16):72~75
第一作者简介:王博(1983-),男,吉林公主岭人,本科,讲师,现主
要从事园林绿化植物的抗逆性研究工作。E-mail:wangbo435@
qq.com.
责任作者:董然(1966-),女,吉林敦化人,教授,博士生导师,现主
要从事园林绿化植物的抗逆性研究工作。
基金项目:吉林省科技厅农业处资助项目(20060222)。
收稿日期:2012-04-26
干旱胁迫对鸢尾苗生理指标的影响
王   博,董   然
(吉林农业大学 园艺学院,吉林 长春130118)
  摘 要:采用聚乙二醇(PEG-6000)浓度为0、10%、20%、30%4种溶液,进行模拟干旱试验,
对长白山地区的溪荪、玉蝉花、山鸢尾3种鸢尾苗进行渗透胁迫,测定其膜相对透性(RP)、脯氨酸
(Pro)含量、过氧化物酶(POD)活性的变化,研究在水分胁迫条件下3种鸢尾苗细胞膜透性,渗透
调节物质以及保护酶系统的变化情况及对植物的伤害过程和对逆境的反应。结果表明:渗透胁
迫36、72h之后,叶片的质膜相对透性均有不同程度的升高,其中以山鸢尾的上升幅度最大,溪荪
上升幅度最小;脯氨酸(Pro)含量随着干旱胁迫浓度的增加,均有不同程度上升,溪荪上升的幅度
较小;过氧化物酶(POD)也均有上升,溪荪和玉蝉花上升幅度较大,而山鸢尾上升趋于平缓。研
究表明,较小的质膜透性和脯氨酸含量,及较大POD活性,可以作为鸢尾抗旱的3个重要指标。
综合分析认为,3种鸢尾植物的抗旱性由强至弱的顺序为溪荪>玉蝉花>山鸢尾。
关键词:鸢尾;PEG渗透胁迫;抗旱性;生理指标
中图分类号:S 682.1+9 文献标识码:A 文章编号:1001-0009(2012)16-0072-04
  鸢尾属(Iris)植物为多年生草本,花大而美丽、花色
丰富多彩,叶剑形奇特美观,应用广泛[1-2],以其花大、色
艳、花型奇特著称于世,深受园艺界喜爱。中国作为鸢
尾属植物的主要分布区之一,野生资源丰富,开发潜力
巨大,主要分布于东北、西北和西南,东北长白山地区分
布着19种纯种野生鸢尾及1个变种[3],其中溪荪(Iris
sanguinea)、玉蝉花(Iris ensata)、山鸢尾(Iris setosa)是
长白山观赏植物中极具开发应用价值的野生鸢尾花卉,
溪荪是一种集观赏、药用于一身的野生花卉,山鸢尾又
是长白山高山花园节主要观赏植物之一,目前已引起许
多研究者和园林工作者的广泛关注。近年来黄祥童[4]
对长白山地区这几种野生鸢尾进行了该地区内的引种
栽培,刁晓华等[5]、张伟玲等[6]、杨艳清[7]对长白山地区
野生鸢尾属植物的种子有所研究,其研究多数集中在种
子生物学特性、休眠和萌发特性以及花粉形态方面,但
对有关长白山地区鸢尾抗逆生理方面的研究未见报道。
现对3种鸢尾在模拟干旱胁迫下的生理指标进行
测定,旨在探究其抗旱性及其抗旱机理,为长白山野生
鸢尾花卉的推广应用提供理论依据,解决野生花卉直接
进城应用缺乏技术支撑等现实问题。
1 材料与方法
1.1 试验材料
试验材料为采自吉林省安图县万宝药园中溪荪、玉
蝉和山鸢尾的种子。2006年8月24日采后沙藏层积于
室外,于2007年3月7日在吉林农业大学温室中播种,4
月10日分苗,定植于8cm×8cm的营养钵中,正常肥水
管理。
5月10日采用随机抽样的方法,所选供试健壮植
株,长势基本一致,苗龄70d左右。将3种鸢尾苗从培
养钵中取出,用清水洗净根系,并浸入到营养液中。营
养液采用1/2Hogland营养液的配方。自然光照室内培
养。
1.2 试验方法
植株在培养液中适应7d后,转移到含有PEG-6000
浓度分别为0%、10%、20%、30%4个处理的营养液中,
进行根系干旱胁迫处理。以不加PEG的1/2Hogland
营养液溶液为对照。每个品种选取60株小苗,每个浓
度各处理15株。
PEG-6000 4种浓度胁迫处理36、72h时,分别从植
株上剪取相同部位的剑形叶片进行各项生理指标的
测定。
1.3 项目测定
叶片质膜相对透性采用DDS-11A型电导仪测定;
脯氨酸(Pro)含量采用酸性茚三酮法测定[8];过氧化物酶
(POD)活性用愈创木酚法,采用722分光光度计测定[9]。
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北方园艺2012(16):72~75 植物·园林花卉·
每次各品种、各浓度取样均3次重复。
2 结果与分析
2.1 PEG渗透胁迫对鸢尾苗质膜相对透性的影响
由图1可知,不同PEG浓度处理后,溪荪、玉蝉花
和山鸢尾叶片的质膜相对透性变化趋势相同,均随着处
理浓度的增加而呈现不断上升的趋势。其中图1(a)36h
时,溪荪、玉蝉花和山鸢尾的质膜相对透性增加幅度缓
慢,当 PEG 浓度达到30%时,分别比对照增加了
11.53%、12.37%和18.49%;图1(b)72h时,溪荪和玉蝉
花质膜相对透性仍呈上升趋,但上升缓慢,30%PEG浓
度时二者分别比对照增加了17.96%和20.89%;而此时
山鸢尾的质膜相对透性增加幅度最大,比对照增加了
39.55%,是对照的1.39倍,尤其PEG浓度在10%~
30%之间膜相对透性增加幅度明显;由图1还可知,山鸢
尾无论随胁迫时间的延长,还是随PEG浓度的增加,其
细胞质膜相对透性始终高于溪荪和玉蝉花,而溪荪的变
化幅度最小,说明溪荪的质膜在干旱胁迫下遭受破坏程
度最小,而山鸢尾遭受破坏程度最大,对干旱胁迫的适
应能力较弱。
(a)
(b)
图1 PEG胁迫对3种鸢尾叶片细胞膜相对透性的影响
注:a:PEG渗透胁迫36h;b:PEG渗透胁迫72h。下同。
Fig.1 The efect of osmotic stress with PEG on relative
permeability of plasma membrane in leaves of three Iris species
Note:a:osmotic stress with PEG on 36hours;b:osmotic stress with
PEG on 72hours.The same below.
2.2 PEG渗透胁迫对鸢尾苗期脯氨酸(Pro)含量的
影响
随着PEG浓度的增加,3种鸢尾的脯氨酸含量均有
不同程度的增加,无论干旱胁迫36、72h,溪荪的Pro增
加幅度最小,山鸢尾的增加幅度最大,玉蝉花居中,详见
图2。由图2(a)可知,经过36h的PEG胁迫处理后,3
种鸢尾脯氨酸含量均随着PEG浓度的增加呈现上升趋
势,其中溪荪、玉蝉花、山鸢尾在PEG浓度为30%时,其
Pro含量分别是对照的1.28、1.52、2.99倍;图2(b)胁迫
72h后,山鸢尾、玉蝉花在浓度为20%时Pro含量均达
到最大值,之后都开始下降,而溪荪此时稍有下降,但到
30%时仍在缓慢增加,总体呈现上升的趋势,说明前二
者的Pro渗透调节能力在20%时达到极限,之后就失去
了,而溪荪到30%时仍具有这种能力,表明溪荪对干旱
环境的适应能力优于玉蝉花和山鸢尾。
(a)
(b)
图2 PEG胁迫对3种鸢尾叶片脯氨酸(Pro)含量的影响
Fig.2 The efect of osmotic stress with PEG on
proline content in leaves of three Iris species
2.3 PEG渗透胁迫对鸢尾苗过氧化物酶(POD)活性的
影响
不同PEG浓度干旱胁迫36、72h后,溪荪和玉蝉花
中POD活性均呈上升趋势,且增幅较大,其中溪荪POD
活性优于玉蝉花;但山鸢尾的POD活性却增幅十分缓
慢,详见图3。由图3(a)可知,胁迫36h后,随着PEG浓
度的增加,溪荪和玉蝉花叶片POD活性均快速上升,当
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·园林花卉·植物 北方园艺2012(16):72~75
PEG浓度达到30%时,其活性分别是对照的5.30、3.26
倍,其中溪荪在PEG浓度为10%后明显上升,玉蝉花在
20%后才明显上升。而山鸢尾在PEG浓度达到20%
时,POD活性出现最大值,之后开始下降;图3(b)胁迫
72h后,当PEG浓度为30%时,溪荪、玉蝉花、山鸢尾的
POD活性分别是对照的10.8、5.21、1.98倍,可见溪荪上
升幅度最大,其次是玉蝉花,而山鸢尾的却只有少量增
加。说明遭受PEG干旱胁迫后,溪荪对干旱胁迫反应
最为迅速,其次是玉蝉花,它们产生大量的POD酶用来
保护和维持体内的正常生理反应,而山鸢尾却不能使
POD酶活性快速增加,表明对干旱胁迫环境适应能力很
弱,由此可见,在抗旱能力方面溪荪>玉蝉花>山鸢尾。
(a)
(b)
图3 PEG胁迫对3种鸢尾叶片过氧化物酶(POD)活性的影响
Fig.3 The efect of osmotic stress with PEG on
POD activity in leaves of three Iris species
3 讨论与结论
干旱胁迫对植物细胞的伤害最直接明显的表现是
导致细胞膜透性增大,稳定性降低,细胞内的离子和糖
类物质被动外渗,其结果导致相对膜透性增加。该试验
的研究表明,3种鸢尾苗的相对膜透性均随胁迫浓度的
增加和时间的延长而呈现上升趋势,3种鸢尾在胁迫后
膜系统均受到不同程度的伤害,但山鸢尾细胞质膜相对
透性大、变化幅度剧烈,溪荪的小、变化幅度平稳,玉蝉
花介于二者之间,这表明了在受到PEG渗透胁迫下山
鸢尾叶片的细胞膜被破坏的程度最大,细胞受损严重,
此时植株已出现明显的脱水现象,而溪荪遭受破坏程度
最小,说明其细胞膜系统未受到明显损伤,表现出较强
的干旱适应能力。万劲等[10]研究蓝蝴蝶和德国鸢尾抗
逆生理变化时,认为质膜相对透性大,变化剧烈是植物
不耐旱的一个标志,该研究结论与其相同。
脯氨酸是植物体内重要的渗透调节物质,其积累量
的多少直接影响渗透调节能力。植物在受到干旱等逆
境胁迫时,体内会累积大量的脯氨酸,以适应环境对其
造成的不良影响,因此脯氨酸含量的变化可以反应植物
的抗旱性[11-12]。该试验结果表明,随着干旱胁迫程度的
增加,3个供试材料体内积累的脯氨酸含量都有所增加。
但是山鸢尾的增加幅度最大,其脯氨酸含量上升最多,
其次为玉蝉花和溪荪;当胁迫72h时山鸢尾、玉蝉花的
Pro渗透调解能力在PEG20%胁迫达到最高值后开始下
降,可能是由于过度的干旱胁迫使山鸢尾和玉蝉失去了
渗透调节能力,而溪荪到30%时仍具有这种能力,表明
溪荪对干旱环境的适应能力优于玉蝉花和山鸢尾。蒋
明义等[13-15]研究发现,干旱胁迫下脯氨酸含量和质膜相
对透性之间存在着显著的正相关,该试验的结论与之一
致。山鸢尾膜相对透性增大,其脯氨酸含量也明显地提
高,溪荪和玉蝉花的质膜相对透性增加缓慢,脯氨酸含
量变化也有相同趋势。曹仪植等[16]、吕丽华等[17]研究
发现,小麦几个品种在干旱胁迫下,虽然脯氨酸的含量
均升高,但抗旱性强的品种体内脯氨酸的积累量要小于
抗旱性弱的品种。史燕山等[18]研究也发现不抗旱的品
种积累的脯氨酸较抗旱的品种含量多。该试验结果表
明,溪荪无论随PEG浓度的增加和胁迫时间的延长其
Pro含量的增幅均较小,说明在干旱胁迫下其Pro积累
量也少,具备抗旱品种的特征。而山鸢尾增幅较大,积
累量较多,是不抗旱的。这点与前人研究结论一致。但
单长卷等[19]的研究认为,植物体内脯氨酸含量越高,抗
旱能力越强。
过氧化物酶(POD)是植物体内普遍存在的活性较
高的一种保护酶,能够清除细胞内的有害物质,增强植
物对逆境的抵抗能力,可以作为植物体内抗旱性的重要
指标[20]。该试验结果是随着PEG浓度的增加,3种鸢尾
POD活性都在增加,以溪荪和玉蝉花变化较大,且溪荪
的增幅最为明显,玉蝉花次之,说明溪荪在遭受到干旱
胁迫时,体内会很快形成较多的保护酶POD,积极参与
防御和清除活性氧,适应干旱胁迫带来的伤害。而山鸢
尾在清除活性氧的能力上最弱,甚至在72h趋于平衡状
态,且含量最低,说明山鸢尾适应干旱能力较弱。王瑾
等[21]在对小麦抗旱研究结果表明,抗旱性强的品种
POD活性要比抗旱性弱的品种增加得多,质膜过氧化可
以被保护酶防御系统抑制。
综合以上分析,干旱胁迫下较小的质膜相对透性和
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北方园艺2012(16):72~75 植物·园林花卉·
脯氨酸含量、较大的POD活性可以作为衡量鸢尾抗旱
性的重要指标,该研究认为在抗旱性方面溪荪>玉蝉
花>山鸢尾。
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Effect of Drought Stress on Physiological Indexes in Seedlings of Iris
WANG Bo,DONG Ran
(Colege of Horticulture,Jilin Agricultural University,Changchun,Jilin 130118)
Abstract:The drought method was taken by the Polyethylene glycol(PEG-6000)with four kinds of solution
concentration:0,10%,20%and 30%.Under the osmotic stress,Iris ensata,Iris setosa and Iris sanguinea in the
Changbai Mountain area were researched,their relative membrane permeability(RP),proline(Pro)content and the
changes of peroxidase(POD)activity were determined.The changes of the cel membrane permeability,osmoregulation
substance and protective enzyme system of the three kinds of Iris seedlings and its injury process and stress responses to
the plants under the water stress conditions were researched.The results showed that the sequence of drought resistance
in three kinds of Iris plants from strong to weak was Iris sanguinea,Iris ensata,Iris setosa.After 36hand 72hunder
the osmotic stress,the relative membrane permeability of the leaves increased in varying degrees,with Iris setosalargest
increase,the smalest increase in Iris sanguinea;proline(Pro)content increased with the increasing in the concentration
of drought stress,the rate of increase in Iris sanguinea was smaler,the POD incresaed too.The rising amplitude of Iris
sanguineaand Iris ensata were larger,and Iris setosa changed to gentle.Smaler membrane permeability and proline
content with more POD activity could be three important indexes to the drought resistance of the Iris.
Key words:Iris;PEG osmotic stress;drought resistance;physiological indexes
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