免费文献传递   相关文献

干旱胁迫下委陵菜和翻白委陵菜叶片结构和生理指标的变化



全 文 :30卷09期
Vol.30,No.09
草 业 科 学
PRATACULTURAL SCIENCE
1369-1373
09/2013
干旱胁迫下委陵菜和翻白委陵菜叶片
结构和生理指标的变化
吴建慧1,崔艳桃1,赵倩竹2,王 玲1
(1.东北林业大学园林学院,黑龙江 哈尔滨150040;2.东北林业大学林学院,黑龙江 哈尔滨150040)
摘要:以委陵菜(Potentilla chinensis)和翻白委陵菜(P.discolor)为试验材料,研究土壤干旱胁迫条件下植物叶片
解剖结构和生理指标的变化。结果表明,随着干旱胁迫的增强,两种植物栅栏组织和海绵组织厚度变化较明显,
翻白委陵菜的栅栏组织与海绵组织比值较委陵菜大;两种植物叶绿素含量均逐渐下降,超氧化物歧化酶(SOD)活
性均呈先上升后下降的趋势,丙二醛(MDA)和脯氨酸含量都逐渐增加。比较两种植物各项指标的变化幅度,发
现翻白委陵菜适应干旱的能力较委陵菜强。因此,叶片解剖结构和各项生理指标的变化可以作为评价两种委陵
菜属植物对干旱胁迫敏感度的指标之一。
关键词:委陵菜属;干旱胁迫;解剖结构;生理指标
中图分类号:S685.12;Q945.78   文献标识码:A   文章编号:1001-0629(2013)09-1369-05

  委陵菜(Potentilla chinensis)和翻白委陵菜
(P.discolor)是蔷薇科委陵菜属多年生草本植物,
花色艳丽、株型美观,是早春或初夏具有一定观赏价
值的地被植物,有良好的涵养水源和保持水土的作
用。因委陵菜属植物具抗逆性强、耐粗放管理等特
点,近年在城市绿化建设中开始逐渐应用[1]。
水分是植物生长必需的环境因子,它会影响植
物的分布区域、观赏价值和生长发育等[2]。干旱胁
迫会引起植物脱水,导致细胞和组织的水势降低,进
而影响植物的各种生理过程,同时在这个过程中植
物也主动适应干旱胁迫,发生积极的生理生化代谢
变化[3]。因此,模拟干旱胁迫试验,探索植物对干旱
胁迫的抵御和适应机制,寻找耐旱性强的植物,对改
善干旱环境有重要意义。目前对委陵菜属植物的研
究主要集中在园林应用、花粉形态、引种驯化及药用
价值[4-7]等方面,而有关其干旱胁迫方面的研究甚
少,主要见于绢毛委陵菜(P.sericea)、鹅绒委陵菜
(P.anserina)等。本研究以委陵菜和翻白委陵菜为
材料,通过制作石蜡切片和对植物叶片的叶绿素含
量、超氧化物歧化酶(SOD)活性、丙二醛(MDA)含
量、游离脯氨酸含量等生理指标的测定,了解不同程
度的干旱胁迫下两种植物叶片解剖结构和部分生理
指标的变化,比较不同植物的耐旱能力,以期为耐旱
品种的筛选与培育提供理论依据,也为干旱地区绿
化建设的植物选材提供依据。
1 材料与方法
1.1试验材料 本试验以委陵菜和翻白委陵菜的
一年龄幼苗为研究对象。2010年8月在大庆草原
采集野生种子,2011年3月播种,后将幼苗移栽在
直径为9cm的花盆里,每盆1株幼苗,基质为土∶
草炭=3∶1,统一栽培养护管理。
1.2试验处理和取样 2012年6月选取生长一
致、发育正常的植株,保证其正常生长。采用连续控
水的方法进行干旱胁迫试验,设置对照组和处理组。
对照组每天通过称重法正常浇水,使土壤绝对含水
量保持在35%~40%;处理组停止供水,使其自然失
水,每5d进行一次取样测定各项生理指标,每项测
量均重复3次。其中,处理当天土壤含水量35%~
40%,为自然状态;处理5d土壤含水量25%~
30%,为轻度干旱胁迫;处理 15d土壤含水量
15%~20%,为中度干旱胁迫;处理25d土壤含水
量5%~10%,为重度干旱胁迫[8]。分别取样制作
石蜡切片,以上每次取样均重复3次。在取样制片
的同时取鲜样测生理指标。
* 收稿日期:2012-12-03  接受日期:2013-04-23
基金项目:中央高校基本科研业务费专项资金项目(DL13EA07)
作者简介:吴建慧(1966-),女,江苏南通人,副教授,博士,研究方向为园林植物遗传育种。E-mail:jianhuiwu@nefu.edu.cn
通信作者:王玲(1972-),女,黑龙江加格达奇人,教授,博士,研究方向为园林植物与观赏园艺。E-mail:wanglingyaoyao@yahoo.com.cn
PRATACULTURAL SCIENCE(Vol.30,No.09) 09/2013
1.3试验方法
1.3.1石蜡切片的制备方法 取植物相同部位、大
小相近的叶片,洗净叶片表面污物,在叶片中心部位
切取大小5mm×3mm的样品,样品用FAA固定
液在4℃下固定48h以上,然后依次经过脱水→透
明→浸蜡→包埋→切片→粘片→脱蜡→染色(番红、
固绿)→封片等过程制成永久制片[9]。试验采用
Leica石蜡切片机制片,样片使用Leica DM2500号
显微镜进行观察并拍照,测量叶片厚度、上下表皮的
厚度、栅栏组织厚度、海绵组织厚度等,所得数据为
不同样上30个视野的平均值。
1.3.2植物生理指标测定方法 采用乙醇浸提法测
定叶绿素含量,氮蓝四唑法测定SOD活性,硫代巴比
妥酸显色法测定 MDA含量,磺基水杨酸显色法测定
游离脯氨酸含量[10]。
1.4数据处理 数据采用 Excel软件制表,用
SPSS 19.0软件进行相关性分析。
2 结果与分析
2.1干旱胁迫对两种委陵菜属植物叶片解剖
结构的影响 两种植物叶片的解剖结构包括上表
皮、栅栏组织、海绵组织和下表皮等。上、下表皮均
由1层细胞组成,细胞排列整齐紧密;栅栏组织为两
层或两层以上细胞组成,细胞排列紧密;海绵组织为
多层细胞,散乱排列不规则,细胞间隙较大(图1)。
两种植物的栅栏组织厚度、海绵组织厚度及两
者的比值都发生显著的变化。随着干旱胁迫时间的
延长,委陵菜和翻白委陵菜的栅栏组织厚度逐渐增
加、海绵组织厚度逐渐减小、栅栏组织与海绵组织比
值逐渐增大,说明随着干旱胁迫的增强,两种植物适
应干旱的能力逐渐增强。翻白委陵菜的栅栏组织与
海绵组织比值较委陵菜大,表明翻白委陵菜适应干
旱的能力相对较强(表1、2)。
2.2干旱胁迫对两种委陵菜属植物叶绿素含
量的影响 随着干旱胁迫程度的增强,两种植物
的叶绿素含量都呈逐渐下降趋势,胁迫前20d下降
幅度较大,之后下降幅度有所减缓(图2)。在胁迫
时,委陵菜和翻白委陵菜的叶绿素含量下降幅度分
别在处理15、20d时最大。一般情况下,在干旱胁
迫中,植物的叶绿素含量下降幅度越小,其抗旱性越
强,反之则越弱[9]。胁迫30d与0d相比,委陵菜和
翻白委陵菜的叶绿素含量下降幅度分别为56.90%
和48.98%。
图1 干旱胁迫对叶片解剖结构的影响
Fig.1 Effects of drought stress on anatomical structure of leaves
注:A~D为委陵菜;E~H为翻白委陵菜;A和E为自然状态(40×);B和F为轻度胁迫(40×);C和G为中度胁迫(40×);D
和 H为中度胁迫(40×);U-ep为上表皮;Pal为栅栏组织;Sp为海绵组织;D-ep为下表皮。
Note:A-D are P.chinensis;E-H are P.discolor;A and E are under wel water conditions(40×);B and F are under mild water
stress conditions(40×);C and G are under moderate water stress conditions(40×);D and H are under severe water stress conditions
(40×);U-ep indicates up-epidermis;Pal indicates palisade tissue;Sp indicates spongy parenchyma;D-ep indicates down-epidermis.
0731
09/2013 草 业 科 学 (第30卷09期)
表1 干旱胁迫对委陵菜叶片解剖结构特征的影响
Table 1 Effects of drought stress on anatomical structure of Potentilla chinensis leaves
指标
Parameter
自然状态
Wel-water
condition
轻度胁迫
Mild water
stress
中度胁迫
Moderate
water stress
重度胁迫
Severe
water stress
叶片厚度Leaf thickness/μm  187.44±1.47a 179.18±5.21a 170.61±1.43b 159.76±2.54c
上表皮厚度Thickness of up-epidermis/μm  45.92±1.91a 41.61±2.77ab  38.09±1.51b 32.92±0.38c
下表皮厚度Thickness of down-epidermis/μm  32.06±2.56a 27.13±2.89a 23.55±0.72ab  19.22±0.95b
栅栏组织厚度Thickness of palisade tissue/μm  60.28±3.88d 65.62±1.87c 70.21±1.15b 73.31±1.95a
海绵组织厚度 Thickness of spongy parenchy-
ma/μm
49.17±3.28a 44.82±1.02b 38.15±1.39c 34.41±1.39d
栅栏组织/海绵组织厚度比
The ratio of palisade tissue and spongy parenchyma
1.23±1.18d 1.46±1.83c 1.84±0.87b 2.13±1.41a
注:同行不同小写字母表示差异显著(P<0.05)。下表同。
Note:Different lower case letters within the same row for the species mean significant difference at 0.05level.The same below.
表2 干旱胁迫对翻白委陵菜叶片解剖结构特征的影响
Table 2 Effects of drought stress on anatomical structure of Potentilla discolorleaves
指标
Parameter
自然状态
Wel-water
condition
轻度胁迫
Mild water
stress
中度胁迫
Moderate
water stress
重度胁迫
Severe
water stress
叶片厚度Leaf thickness/μm  190.61±3.52ab  187.87±2.47c 191.82±2.86b 193.06±4.37a
上表皮厚度Thickness of up-epidermis/μm  47.22±1.37a 45.02±1.84b 44.37±2.62b 42.92±1.57c
下表皮厚度Thickness of down-epidermis/μm  20.92±2.06a 19.64±1.47b 21.66±1.56a 20.23±.85ab
栅栏组织厚度Thickness of palisade tissue/μm  74.15±1.36d 77.05±0.93c 84.51±1.43b 89.56±1.21a
海绵组织厚度
Thickness of spongy parenchyma/μm
48.32±2.16a 46.16±1.42b 41.28±1.75c 40.36±164d
栅栏组织/海绵组织厚度比
The ratio of palisade tissue and spongy parenchyma
1.53±0.79d 1.68±1.82c 2.04±1.37b 2.21±1.07a
图2 干旱胁迫对叶绿素含量的影响
Fig.2 Effects of drought stress on chlorophyl content
2.3干旱胁迫对两种委陵菜属植物SOD活
性的影响 随着干旱胁迫程度的增强,两种植物
的SOD活性都总体呈先上升后下降的趋势(图3),
委陵菜在处理15d时达到最大值,翻白委陵菜在处
图3 干旱胁迫对SOD活性的影响
Fig.3 Effects of drought stress on SOD activity
理20d时达到最大值。
2.4干旱胁迫对两种委陵菜属植物 MDA含
量的影响 随着干旱胁迫程度的增强,两种植物
的 MDA含量都呈逐渐上升的趋势(图4)。在前20
1731
PRATACULTURAL SCIENCE(Vol.30,No.09) 09/2013
d,MDA含量的变化趋势基本相同,而且变化幅度
不大,在20d后才出现较大幅度的上升。胁迫30d
与0d相比,委陵菜和翻白委陵菜的 MDA含量的
增长幅度分别为690%和663%。
图4 干旱胁迫对丙二醛含量的影响
Fig.4 Effects of drought stress on MDA content
2.5干旱胁迫对两种委陵菜属植物脯氨酸含
量的影响 随着干旱胁迫程度的增强,两种植物
的脯氨酸含量都呈逐渐上升的趋势(图5),而且是
成倍的增加,委陵菜的增长速率比翻白委陵菜快。
图5 干旱胁迫对脯氨酸含量的影响
Fig.5 Effects of drought stress on Proline content
3 讨论与结论
在叶片的组织形态构建过程中,当环境条件逐
步恶化时,植物会出现叶片增厚、栅栏组织增加等现
象[11]。栅栏组织发达是生长在不良水分平衡条件
下的植物的一个特征[12]。具有发达栅栏组织及退
化的海绵组织结构是植物耐旱的一个特征[13]。栅
栏组织给叶片提供机械支撑,而且在干旱条件下可
以阻止叶片内水分散失,海绵组织能够储存大量的
水分,有效地防止由于外部环境的干旱导致的叶片枯
萎[14]。委陵菜、翻白委陵菜在受到不同程度干旱胁
迫后,栅栏组织厚度、海绵组织厚度及其两者比值变
化明显,依据其变化程度可得出翻白委陵菜的抗旱性
强于委陵菜。
叶绿素的合成与水分密切相关,在逆境胁迫时,
植物的叶绿素结构会变得不稳定且容易发生变化。
在干旱胁迫条件下,植物的叶绿素含量会下降,使植
物的光合作用受到影响,且胁迫越严重下降的速度
越快[11]。在本研究中,随着干旱胁迫程度的增强,
委陵菜和翻白委陵菜的叶绿素含量都逐渐下降,且
委陵菜下降速率和幅度更大,所以翻白委陵菜的抗
旱性相对较强。
SOD是植物细胞中最重要的酶之一[15],其能清
除超氧阴离子自由基,使活性氧代谢保持平衡,从而
起到保护机体的作用[16]。一般情况下,对逆境抵抗
力强的植物在受到逆境胁迫时,会产生较多的抗氧化
酶及其它非酶类抗氧化剂来提高抗逆性,以抵御活性
氧氧化损伤及致死效应[17]。因此,植物体内SOD活
性的高低与植物抵抗逆境胁迫能力有关。本试验中,
两种植物的SOD活性变化都是先上升后下降,委陵
菜和翻白委陵菜的SOD活性的转折点分别在处理15
和20d,说明委陵菜的抗旱性较翻白委陵菜弱。
MDA是植物在遭受逆境时,生物膜系统膜脂
过氧化的最终产物,其浓度的高低代表膜脂过氧化
强度及膜系统的受伤害程度,直接关系到植物抗逆
境能力的强弱[18]。本试验中,随着干旱胁迫程度的
增强,委陵菜和翻白委陵菜的 MDA含量呈逐渐上
升趋势,且委陵菜的上升速率和幅度更大,即委陵菜
的抗旱性相对较弱。
在植物所含的氨基酸中,脯氨酸的渗透作用最
强,正常情况下,植物体内脯氨酸含量并不高,当植
物遭受逆境胁迫时,脯氨酸合成酶类对脯氨酸反馈
抑制的敏感性降低,导致体内游离脯氨酸含量增
加[19]。关于脯氨酸是否可以作为一种抗旱性鉴定
指标,前人研究结果不尽相同,但研究普遍认为,脯
氨酸含量的变化在一定程度上反映了植物受逆境胁
迫的情况,以及植物对逆境胁迫的忍耐及抵抗能
力[20]。在本试验中,随着干旱胁迫程度的增强,两种
植物的脯氨酸含量均成倍增加,其中委陵菜增加的倍
数更大,说明委陵菜的抗旱性较翻白委陵菜弱。
综上所述,通过对干旱胁迫下委陵菜和翻白委
陵菜叶片的解剖结构和生理指标变化的观察发现,
两种植物都对干旱胁迫具有一定的抵抗力,但相对
而言,翻白委陵菜的抗旱性强于委陵菜。
2731
09/2013 草 业 科 学 (第30卷09期)
参考文献
[1] 卞勇,吕冬霞,张玉泉,等.扁蓄和叉叶委陵菜的草坪利
用研究[J].草业科学,2004,21(7):66-68.
[2] 高祥斌,张秀省,蔡连捷.干旱胁迫对白蜡苗生理指标
的影响[J].林业科技,2009,34(5):7-9.
[3] 赵金梅,周禾,王秀艳.水分胁迫下苜蓿品种抗旱生理
生化指标变化及其相互关系[J].草地学报,2005,
13(3):184-189.
[4] 李军乔.鹅绒委陵菜的生态适应性及栽培技术研究
[J].中国野生植物资源,2005,24(4):36-37.
[5] 张勇,李鹏,李彩霞,等.委陵菜属药用植物[J].中兽医
医药杂志,2005,21(2):60.
[6] 尤凤丽,梁彦涛,曲丽娜,等.大庆地区委陵菜属植物花
粉形态研究[J].中国农学通报,2010,26(16):337-340.
[7] 张庆良,陈秀红,张仁富,等.匍枝委陵菜的园林应用研
究[J].山东林业科技,2006(2):25-26.
[8] 吴建慧,崔艳桃,赵倩竹.干旱胁迫下4种委陵菜属植物叶
片的超微结构[J].草业科学,2012,29(11):1724-1730.
[9] 李正里.植物制片技术[M].第二版.北京:科学出版
社,1987:129-137.
[10] 李合生.植物生理生化原理和技术[M].北京:高等教
育出版社,2000:130-260.
[11] 常英俏,徐文远,穆立蔷,等.干旱胁迫对3种观赏灌
木叶片解剖结构的影响及抗旱性分析[J].东北林业
大学学报,2012,40(3):36-40.
[12] 彭威,张友民.蔷薇属3种植物叶片的比较解剖结构
及其与抗旱性的关系[J].吉林林业科技,2010,
39(4):1-8.
[13] 赵翠仙,黄子琛.腾格里沙漠主要旱生植物旱性结构
的初步分析[J].植物学报,1981,24(4):278-285.
[14] 金研铭,李良希.雪柳、连翘和小叶丁香叶片解剖结构
及其抗旱关系的比较研究[J].东北农业大学学报,
2012,43(1):116-120.
[15] Chris B,Marc V M,Dirk I.Superoxide dismutase and
stress tolerance[J].Annual Review of Plant Physiolo-
gy and Plant Molecular Biology,1992,43:83-116.
[16] Shalata A,Neumann P M.Exogenous ascorbic acid
(vitamin C)increases resistance to salt stress and re-
duces lipid peroxidation[J].Journal of Experimental
Botany,2001,52:2207-2211.
[17] 赵燕燕.鸢尾属几种植物的抗旱性研究[D].南京:南
京林业大学,2007:27-28.
[18] 杜永吉,于磊,孙吉雄,等.结缕草3个品种抗寒性的
综合评价[J].草业学报,2008,17(3):6-16.
[19] 汤章城.植物抗逆性生理生化研究的某些进展[J].植
物生理学通讯,1991,27(2):146-148.
[20] 陈建勋,王晓峰.植物生理学实验指导[M].第二版.
广州:华南理工大学出版社,2006.
Effects of drought stress on anatomical structure of leaves
and physiological indexes of Potentillaspecies
WU Jian-hui 1,CUI Yan-tao1,ZHAO Qian-zhu2,WANG Ling1
(1.Colege of Landscape,Northeast Forestry University,Harbin 150040,China;
2.Colege of Forestry,Northeast Forestry University,Harbin 150040,China)
Abstract:Potentilla chinensis and P.discolor were taken as experimental materials to study their anatomi-
cal structures and physiological indexes under drought stress.The results showed that with the drought
stress strengthened,the thickness of palisade tissue and spongy parenchyma changed obvious,P.discolor
was greater than P.chinensis on the ratio of palisade tissue and spongy parenchyma,the chlorophyl con-
tent decreased gradualy,the SOD activity increased first and then showed a downward trend,the MDA
and PRO content gradualy increased.Through the comparison of two kinds of plants on the changes in ampli-
tude of indicators,it could be concluded that the ability of drought stress of P.discolor was stronger than
P.chinensis.The anatomical structure of leaves and the change of physiological indexes change under drought
stress could be used to evaluate the sensitivity of drought stress of plants of genus Potentilla.
Key words:Potentilla;drought stress;anatomical structures;physiological indicators
Corresponding author:WANG Ling E-mail:wanglingyaoyao@yahoo.com.cn
3731