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干旱胁迫及复水对大花飞燕草幼苗生理特性的影响



全 文 :·园林花卉·植物 北方园艺2015(09):58~62
第一作者简介:张彦妮(1974-),女,博士,副教授,研究方向为园林
花卉的繁殖栽培及育种。E-mail:ynzhang808@126.com.
基金项目:黑龙江省教育厅科研资助项目(12543012)。
收稿日期:2015-01-19
DOI:10.11937/bfyy.201509018
干旱胁迫及复水对大花飞燕草幼苗生理特性的影响
张 彦 妮,刘 奕 佳,李   博
(东北林业大学 园林学院,黑龙江 哈尔滨150040)
  摘 要:以大花飞燕草幼苗为试材,研究了干旱胁迫及复水条件对大花飞燕草幼苗膜脂过氧
化和保护酶活性、渗透物质等生理特性的影响。结果表明:随干旱胁迫时间的延长,细胞膜透性
和丙二醛(MDA)含量不断增加,在干旱胁迫的第20天,细胞膜透性和MDA含量均达到最大,此
时植物受害严重。叶片中脯氨酸(Pro)含量迅速增加,复水后又开始下降,膜透性得到了一定的
恢复。可溶性蛋白质含量不断下降。复水后,植物的可溶性蛋白质含量有所升高。当胁迫20d
时,其体内可溶性蛋白质含量最低。随着时间的推移,干旱胁迫下植株体内的过氧化物酶(POD)
活性、超氧化物歧化酶(SOD)活性均呈先上升后下降的趋势,复水后,POD、SOD活性呈缓慢升高
的趋势。第10天时,POD、SOD活性达到最大值,说明此时植物自身有较高的清除活性氧的
能力。
关键词:大花飞燕草;干旱胁迫;生理特性
中图分类号:S 681.9 文献标识码:A 文章编号:1001-0009(2015)09-0058-05
  全球有三分之一的土地正在遭受干旱的威胁,干旱
严重影响着植物的生长与发育,使得作物减产、草地退
化、生态环境恶劣[1]。植物干旱胁迫的研究有利于人们
更加确切的了解植物的干旱适应能力。对于很多植物
来说,干旱是其生长发育是否良好的重要影响因子,而
幼苗期是植物生活史中相对较弱的阶段,研究这一时期
的干旱胁迫对判断该种植物是否抗旱具有重要的作用。
  迄今为止,对于植物在干旱胁迫下的生理特性研究
较多[2-6],这些研究结果表明,植物在遭遇干旱胁迫时会
产生一定的适应机制,如干旱胁迫会导致植物细胞内活
性氧自由基积累以及细胞膜的严重损伤,最终对植物造
成致命的伤害,而植物本身也会产生一些抗氧化酶类,
如超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化物酶(POD)等来消除
细胞内的活性氧自由基,同时还会产生一些小分子物质
和蛋白类来维持细胞的渗透平衡。然而,不同种类的植
物对干旱胁迫的适应性有一定的差异。大花飞燕草
(Delphinium grandiflorum)属毛茛科翠雀花属多年生
草本植物,其花型别致,色彩淡雅,且抗寒性强,是一种
难得的野生花卉,可用于花坛、花境或岩石园栽植,其优
  
An Experimental on Seed Colection and Planting Seedling of
Six Species of Magnoliaceae
CHEN Jie,NING Yang,JIN Xiao-ling,LI Rui-xue
(Colege of Landscape Architecture,Central South University of Forestry and Technology,Changsha,Hunan 410004)
Abstract:Taking Magnolia denudate,Magnolia sprengeri,Magnolia grandiflora,Magnolia virginiana,Michelia
maudiae and Michelia chapensis as experimental materials,seeding techniques of 6species of Magnoliaceae were studied.
The results showed that among the various kinds of experiment substance,the situations of seed germination and seedling
were diferent.The seeds of Magnolia denudate which were from Hunan Ecological Botanical Garden had the highest
germination rate(97.0%),Magnolia seeds at low temperature stratification treatment after sowing could assure the high
germination rate.
Keywords:Magnoliaceae;seed;germination rate
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北方园艺2015(09):58~62 植物·园林花卉·
美的花序也可应用于切花,近年来逐渐得到人们的广泛
专注与喜爱,应用前景广阔。因此,深入了解大花飞燕
草的抗旱能力具有重要的实践意义。目前,人们对大花
飞燕草的研究主要局限在其成分和药学作用上,研究表
明飞燕草类植物中含有大量的黄酮类[7]和生物碱类[8]
等药用成分,在临床上飞燕草类药物可治疗呼吸系
统[9]、泌尿系统[10]、生殖系统[11]、免疫系统[12]等多种疾
病。此外,人们在大花飞燕草的栽培繁殖技术[13]以及再
生体系建立[14]方面也有一定的研究。而在其抗性方面
的研究比较少见,目前已经报道的有盐碱胁迫对大花飞
燕草种子萌发的影响[15]和PEG胁迫对大花飞燕草幼苗
生理特性的影响[16]。
由于自然干旱胁迫一般会受到土壤本身的影响[17],
所以近年来人们普遍采用PEG模拟干旱条件的方法来
进行植物的抗旱性研究,多数人认为PEG模拟干旱是
可行的。但是,PEG毕竟只是渗透调节剂,有研究表明,
PEG 6 000溶液中因存在铝和锰而使其带有毒性[18]。
也有研究表明PEG还会使植物对磷的吸收减少。由此
可见PEG在模拟干旱的同时还会对植物产生其它方面
的影响,它并不能十全十美的模拟干旱逆境。因此,为
了确保试验结果的严谨性和准确性,有必要进行大花飞
燕草在自然干旱条件下生理特性的研究。
现以大花飞燕草幼苗为试验对象,采用盆栽控水试
验的方法,通过研究干旱胁迫对植物膜脂过氧化和保护
酶活性、渗透物质的影响,系统地探讨大花飞燕草幼苗
的抗旱特性,以期为更好地在园林绿化中应用大花飞燕
草美化环境奠定基础。
1 材料与方法
1.1 试验材料
供试材料为大花飞燕草种子,购买于北林科技种子
有限公司,选取饱满、大小基本一致的种子,在东北林业
大学新逸夫楼光照培养箱内穴盘育苗,萌发到45d左
右,选取生长状态一致的幼苗作为供试植物材料备用。
1.2 试验方法
将生长状况整齐一致的幼苗移栽到10cm×10cm
的花盆中,每盆3株,培养土按园土∶草炭土=3∶1的
比例进行配比。于光照培养箱中(温度设为昼温25℃,
夜温17℃,光周期为光照16h/黑暗8h)培养15d后,即
可进行胁迫处理。试验设干旱(进行持续干早胁迫处
理,即开始干旱胁迫时停止浇水,直到试验结束)、复水
(自然干早胁迫9d后对植株进行复水)2个处理,以正
常浇水(每3d浇1次水,浇水量一致)为对照;每处理3
次重复,分别测定胁迫开始的当天(0)、5、10、15、20d的
大花飞燕草叶片的生理生化指标。
1.3 项目测定
细胞质膜透性测定采用电导法[19];丙二醛含量测定
采用硫代巴比妥酸(TBA)法[20];游离脯氨酸含量测定采
用茚三酮比色法[19];可溶性蛋白质含量测定采用考马斯
亮蓝G-250染色法[20];过氧化物酶(POD)活性测定采用
愈创木酚(二甲氧基酚)法[21];超氧化物歧化酶(SOD)活
性测定采用氮蓝四唑(NBT)法[21]。
1.4 数据分析
试验数据采用SPSS 13.0进行统计学分析,利用
Excel 2003进行作图。
2 结果与分析
2.1 干旱胁迫及复水对大花飞燕草叶片细胞质膜透性
的影响
从图1可以看出,随着干旱胁迫程度的加重和胁迫
时间的延长,大花飞燕草的叶片膜相对透性逐渐增大,
干旱胁迫20d时,细胞膜透性达到最大,此时植物受害
严重。胁迫第9天后,开始复水,发现第10天植物膜透
性相对干旱有所降低,但比对照高了24.6%,第20天
时,复水比干旱降低了13.06%,多重比较结果表明,不
同胁迫组间差异极显著。说明此时复水对其膜透性有
一定的缓解作用,但不能完全恢复,干旱的相对电导率
最高,受损最严重。对大花飞燕草在不同时间胁迫和不
同胁迫强度下的叶片相对电导率进行方差分析,结果表
明,在干旱胁迫第5天和第10天的电导率,处理间差异
显著(P<0.05),而胁迫第20天时,不同胁迫处理间的
电导率差异极显著(P<0.01)。
图1 干旱胁迫下大花飞燕草叶片细胞膜透性变化
Fig.1 Change of relative cel membrane permeability in
leaves of Delphinium grandiflorumunder drought stress
2.2 干旱胁迫及复水对大花飞燕草丙二醛(MDA)含量
的影响
由图2可知,植物在0~10d时,MDA含量增长缓
慢,干旱处理上升了52.6%,说明此时的膜损害较小,在
胁迫的第10天时,复水和干旱处理的MDA含量差异不
显著,与对照差异显著。胁迫10~20d后 MDA含量迅
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速上升,干旱处理上升了216.7%,此时,植物的膜氧化
程度最严重。在复水过程中,MDA含量有所下降。在
15d时,干旱比对照高155.8%,复水的幼苗 MDA含量
比对照高81.9%。20d时,干旱胁迫下的幼苗迅速上升
比对照高216.7%,而复水的幼苗MDA含量有较小的下
降,但并没有恢复到对照的程度,比干旱低50.3%,比对
照高57.3%,多重比较表明,与对照相比复水与干旱处
理均达到差异极显著,说明复水的植物膜还有损害,没
有完全恢复。
图2 干旱胁迫下大花飞燕草叶片丙二醛含量的变化
Fig.2 Change of MDA content in Delphinium grandiflorum
leaves under drought stress
2.3 干旱胁迫及复水对大花飞燕草脯氨酸(Pro)含量的
影响
由图3可知,在干旱胁迫过程中,叶片中Pro含量
变化明显。在水分胁迫0~5d内,Pro含量未发生明显
变化,在胁迫5d后,Pro含量逐渐增加,胁迫5~15d
时,Pro含量迅速增加,但复水后又呈现下降趋势,说明
幼苗细胞膜透性得到了一定的恢复。胁迫20d时,干旱
组幼苗的Pro含量下降,但仍高于对照,推测是因为植
物已受害严重,细胞原生质承受较大压力,造成原生质
的损伤,使植物机能紊乱。通过对叶片Pro的方差分析
发现,当胁迫0~5d时,处理间差异不显著。胁迫10~
20d时,胁迫处理间达到差异极显著(P<0.01)。
2.4 干旱胁迫及复水对大花飞燕草可溶性蛋白质含量
的影响
从图4可以看出,植物在干旱胁迫的过程中,可溶
性蛋白质含量呈下降趋势。在复水过程中,植物的可溶
性蛋白质含量得到了回升。当胁迫20d时,干旱组的植
物可溶性蛋白质含量最低,比对照低91.5%,而复水的
可溶性蛋白质含量比对照低13.6%。说明此时,干旱胁
迫使蛋白质的合成受阻,植物受损严重,而复水的可溶
性蛋白质含量得到一定恢复。通过对胁迫条件下植物
可溶性蛋白质含量的方差分析,在胁迫的第5天和第15
图3 干旱胁迫下大花飞燕草叶片脯氨酸含量的变化
Fig.3 Change of Pro content in Delphinium grandiflorum
leaves under drought stress
图4 干旱胁迫下大花飞燕草叶片可溶性蛋白质含量的变化
Fig.4 Change of soluble protein content in Delphinium
grandiflorumleaves under drought stress
天处理间差异显著(P<0.05),10d和20d时可溶性蛋
白质含量差异极显著(P<0.01)。
2.5 干旱胁迫及复水对大花飞燕草抗氧化酶体系的
影响
从图5可以看出,在干旱胁迫条件下,植物的POD
含量从整体上都要高于对照及复水的幼苗,整体趋势呈
现先升高后降低,随着时间的推移,在幼苗受迫的5~10d
的POD活性呈上升趋势,而且POD活性在第10天达到
最大值,在15~20d期间,植物的POD活性有所下降但
仍高于对照。最后幼苗在干旱胁迫下的POD活性高于
复水,此时植物受害严重,推测是POD要保持很高的活
性来响应干旱带来的影响。对不同胁迫时间处理下幼
苗的POD活性进行方差分析表明,胁迫10d时,植物
的POD活性处理间差异极显著(P<0.01),当植物胁迫
0~5d时,POD活性差异不显著,胁迫10d时,对照与
复水差异极显著。胁迫20d时,对照与复水POD活性
处理差异不显著,说明此时,复水恢复了一定的清除过
氧化物的能力。
从图5还可以看出,随着时间的推移,干旱胁迫下植
物的SOD活性呈现出先上升后下降的趋势,而复水条件
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下的SOD活性呈现出缓慢升高的趋势。在胁迫0~5d
时,SOD活性变化很小,说明此时的胁迫对植物的影响
很小,第10天时干旱SOD活性达到最大值,此时,植物
保持着较高的清除活性氧的能力。在第20天时,干旱
SOD活性下降,复水的SOD活性高于干旱,但复水及干
旱均高于对照,说明此时干旱植物清除超氧负离子的能
力减弱,细胞膜透性增大,植物受害,但还保持着一定的
SOD活性。对不同胁迫时间处理的幼苗的SOD活性进
行方差分析结果表明,在胁迫第10天和第20天时,植物
SOD活性呈现差异显著(P<0.05)。
图5 干旱胁迫下大花飞燕草叶片
过氧化物酶活性、超氧化物歧化酶活性的变化
Fig.5 Change of POD activity,SOD activity in
Delphinium grandiflorumleaves under drought stress
3 讨论与结论
对植物进行形态特征观察,发现复水后的植物各项
生理指标恢复,但没有达到其对照的效果,说明大花飞
燕草幼苗具有一定的恢复能力。
细胞膜具有选择透过性,当植物遭受恶劣环境影响
或其它一些伤害时,往往都会对细胞膜造成影响。细胞
膜的选择透过功能被破坏甚至丧失,就会导致细胞内的
大量离子外流,继而使植物组织液的电导率升高。目前
大量研究表明,植物在缺水时细胞膜会发生过氧化作
用,对细胞膜造成严重损害。丙二醛是细胞膜过氧化作
用的产物之一,丙二醛含量可以反映出植物细胞膜受损
害的程度[22]。该研究在土壤自然干旱处理过程中,随着
胁迫的加深,植物的相对电导率与 MDA含量的走势一
致,均呈上升趋势,在胁迫的0~10d过程中,MDA含量
和电导率的值增长缓慢,10d后其值加剧上升,说明10d
后植物膜受损加剧。而复水后的植物,其幼苗的 MDA
含量与电导率的值比干旱的值要低,但仍明显高于对
照,表明了受害的程度有所缓解,但没恢复到对照状态。
植物的可溶性蛋白质具有亲水性,它的存在使得植
物细胞具有一定的保水力,植物可以通过可溶性蛋白质
的合成与降解来进行渗透调节。该研究中大花飞燕草
在土壤自然干旱胁迫下,自然胁迫叶片中的可溶性蛋白
质含量呈现出下降的趋势,而复水的叶片呈先下降后上
升的趋势。说明植物的受害程度越强,其可溶性蛋白质
含量越低,而当植物有所恢复时,其合成可溶性蛋白质
的能力增加,含量也增大。这与葛体达等[23]的研究结果
一致。水溶性蛋白质含量的降低可能是由于干旱胁迫
使植物蛋白合成受阻的原因,植物受损严重,而复水后
的幼苗,蛋白质含量缓慢升高,恢复了植物蛋白合成的
平衡。
脯氨酸的含量在植物细胞的渗透调节过程中起着
至关重要的作用。前人的研究表明脯氨酸含量是检测
植物干旱程度的参考指标[24-25]。该研究中幼苗在干旱
胁迫之初(0~5d),Pro含量变化较小,随后其值迅速上
升,当到第15天以后,值降低,而复水后的幼苗其值明显
下降,说明Pro作为维持渗透胁迫的物质,其含量随着
胁迫程度的增加而增加,复水后渗透压得以缓解而有所
下降。表明了大花飞燕草通过增加渗透胁迫物质来提
高细胞液浓度,降低渗透势,抵抗干旱胁迫,而复水植物
得到了修复而使得其值减小。
通过试验发现,随着大花飞燕草过氧化程度的不断
加深,SOD、POD活性呈现出不断升高的趋势,主要的作
用是清除植物体内过多的过氧化物,以免植物受到伤
害,在自然干旱0~5d时,其受干旱影响很小。在自然
干旱达到10d后其受害严重,经复水处理后其表现出一
定的恢复能力,SOD、POD活性降低。说明这一阶段的
大花飞燕草可以通过自身的保护酶,渗透等调节,降低
干旱胁迫对其质膜的过氧化程度,减小对质膜的伤害,
这就会使得干旱胁迫对大花飞燕草的伤害大大减弱。
综上所述,大花飞燕草可以通过自身的调节作用,
抵御外界的干旱,具有一定的抗旱能力,可以在城市园
林景观营造中使用,大大的丰富了城市园林植物的
种类。
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Effect of Drought Stress and Rewatering on Physiological Characteristics of
Delphinium grandiflorumSeedling
ZHANG Yan-ni,LIU Yi-jia,LI Bo
(Colege of Landscape Architecture,Northeast Forestry University,Harbin,Heilongjiang 150040)
Abstract:Taking Delphinium grandiflorumseedlings as test materials,efect of soil drought stress and rewatering on
membrane lipid peroxidation,protective enzyme activity and the permeable material of seedlings were studied.The results
showed that with the prolonging of drought stress time,cel membrane permeability and malondialdehyde rose
significantly,in section 20days of drought stress,the cel membrane permeability and malondialdehyde content reached
the maximum,the plant was severely damaged.Proline content in leaves increased rapidly,after rewatering began to
decline,but the content of soluble protein in the opposite.With the passage of time,the peroxidase and superoxide
dismutase activity showed a downward trend after the first rise.After rewatering,peroxidase and superoxide dismutase
activity showed a slowly increasing trend.In section 10days of drought stress,the peroxidase and superoxide dismutase
activity reached the maximum,the results showed that the plant had a higher ability of scavenging active oxygen.
Keywords:Delphinium grandiflorum;drought stress;physiological property
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