全 文 :书犇犗犐:10.11686/犮狔狓犫2014542 犺狋狋狆://犮狔狓犫.犾狕狌.犲犱狌.犮狀
丁效东,张士荣,刘阳超,冯固.真盐生植物梭梭和囊果碱蓬幼苗耐干旱能力的研究.草业学报,2015,24(11):240246.
DINGXiaoDong,ZHANGShiRong,LIUYangChao,FENGGu.Studyofresistancetodehydrationin犎犪犾狅狓狔犾狅狀犪犿犿狅犱犲狀犱狉狅狀and犛狌犪犲犱犪狆犺狔
狊狅狆犺狅狉犪seedlings.ActaPrataculturaeSinica,2015,24(11):240246.
真盐生植物梭梭和囊果碱蓬幼苗耐干旱能力的研究
丁效东1,2,张士荣1,刘阳超2,冯固2
(1.青岛农业大学资源与环境学院,山东 青岛266109;2.中国农业大学资源与环境学院,北京100193)
摘要:本文以沙生植物白梭梭幼苗为对照,研究了盐生植物梭梭和囊果碱蓬幼苗的耐干旱脱水能力,通过比较干旱
时间对三者幼苗干旱后存活率的影响,评价其耐脱水能力,并对复水后根部细胞的受损情况进行了研究。结果表
明:根长为1~2cm白梭梭幼苗经过7,14,21和28d干旱后,存活率没有显著性差异,但是梭梭和囊果碱蓬随着干
旱时间的延长,存活率发生显著性地降低,囊果碱蓬幼苗干旱28d后全部死亡并发生降解;白梭梭幼苗的耐干旱能
力比较强,干旱28d后复水根部死亡细胞和受伤的细胞比较少,而梭梭死亡和受损程度明显比白梭梭高;300
mmol/LNaCl溶液处理,梭梭的根尖发生弯曲,根尖大部分死亡。研究表明,白梭梭、梭梭和囊果碱蓬属于“同型
叶绿素型”植物,在光照下干旱叶绿体不会被降解,其幼苗在干旱和复水过程中能够适应干旱环境。
关键词:梭梭;囊果碱蓬;白梭梭;耐干旱脱水;存活率
犛狋狌犱狔狅犳狉犲狊犻狊狋犪狀犮犲狋狅犱犲犺狔犱狉犪狋犻狅狀犻狀犎犪犾狅狓狔犾狅狀犪犿犿狅犱犲狀犱狉狅狀犪狀犱犛狌犪犲犱犪狆犺狔狊狅
狆犺狅狉犪狊犲犲犱犾犻狀犵狊
DINGXiaoDong1,2,ZHANGShiRong1,LIUYangChao2,FENGGu2
1.犆狅犾犾犲犵犲狅犳犚犲狊狅狌狉犮犲狊犪狀犱犈狀狏犻狉狅狀犿犲狀狋,犙犻狀犵犱犪狅犃犵狉犻犮狌犾狋狌狉犪犾犝狀犻狏犲狉狊犻狋狔,犙犻狀犵犱犪狅266109,犆犺犻狀犪;2.犆狅犾犾犲犵犲狅犳犚犲狊狅狌狉犮犲狊犪狀犱
犈狀狏犻狉狅狀犿犲狀狋,犆犺犻狀犪犃犵狉犻犮狌犾狋狌狉犪犾犝狀犻狏犲狉狊犻狋狔,犅犲犻犼犻狀犵100193,犆犺犻狀犪
犃犫狊狋狉犪犮狋:Thepreviousresearchhasbeenconcentratedonthedehydrationresistanceoftheseedlingsinthetwo
halophytes:犎犪犾狅狓狔犾狅狀犪犿犿狅犱犲狀犱狉狅狀and犛狌犪犲犱犪狆犺狔狊狅狆犺狅狉犪.Comparingwiththepsammophyte犎犪犾狅狓狔犾狅狀
狆犲狉狊犻犮狌犿,boththeseedlingsurvivalrateandtherootdamageafterthedesiccationwereinvestigated,there
sultsshowedthat:Nosignificantdifferencewasfoundinthesurvivalratesof犎.狆犲狉狊犻犮狌犿amongthe7,14,
21and28daysdesiccationtreatments,however,thesurvivalratesof犎.犪犿犿狅犱犲狀犱狉狅狀and犛.狆犺狔狊狅狆犺狅狉犪
hasbeensignificantlydecreasedwiththedesiccatedduration,inwhichtheseedlingsof犛.狆犺狔狊狅狆犺狅狉犪wereal
diedinthe28daysdesiccationtreatment.Theseedlingrootof犎.狆犲狉狊犻犮狌犿wasrarelydamagedbythe28days
desiccationtreatments,whichwasbetterthanthatin犎.犪犿犿狅犱犲狀犱狉狅狀,inthe300mmol/LNaCltreatment,
theroottipofthe犎.犪犿犿狅犱犲狀犱狉狅狀seedlingswerealbendedanddied.Itwasshowedthat犎.狆犲狉狊犻犮狌犿,犎.
犪犿犿狅犱犲狀犱狉狅狀and犛.狆犺狔狊狅狆犺狅狉犪wereal “homoiochlorophylous”resurrectionplants,theywouldnotde
gradetheirchlorophylduringthedesiccationtime,andcouldsurvivefastwhenthewatersuppliedagain,
whichwasanimportantadaptstrategytotheextremelydroughtenvironment.
犓犲狔狑狅狉犱狊:犎犪犾狅狓狔犾狅狀犪犿犿狅犱犲狀犱狉狅狀;犛狌犪犲犱犪狆犺狔狊狅狆犺狅狉犪;psammophyte犎犪犾狅狓狔犾狅狀狆犲狉狊犻犮狌犿;desiccation
tolerant;survivalrate
第24卷 第11期
Vol.24,No.11
草 业 学 报
ACTAPRATACULTURAESINICA
2015年11月
Nov,2015
收稿日期:20141226;改回日期:20150330
基金项目:国家基础研究计划(2014CB954202)和公益性行业(农业)科研专项(201103007)资助。
作者简介:丁效东(1978),男,山东寿光人,副教授,博士。Email:xiaodongding2004@163.com
通讯作者Correspondingauthor.Email:fenggu@cau.edu.cn
盐生植物是指在当地盐土、重度盐渍化生境中正常并能完成生活史的自然植物区系[1],对于干旱区生态系统
构建和稳定起着不可替代的作用。盐生植物种子库分布在土壤表层1~2cm,是植物群落建成的物质基础[2]。
干旱区春季土壤的盐分含量、水分含量和温度变化剧烈,盐生植物种子在萌发阶段和幼苗生长阶段同时遭受着高
盐度、干旱脱水-复水等土壤环境变化的影响。在一些干旱地区,降雨时间和降雨量都是不可预测的,种子遇降
水萌发后,幼苗很可能再次受到干旱胁迫,幼苗若具有耐干旱脱水的能力,复水后可以继续生长,进而可以保证种
群的繁衍[23]。干旱时间与植物干旱后复水时能否存活有着密切的联系[45]。
萌发初期的幼苗遭受高渗透势环境,幼苗的生存具有致命的影响。一些旱生植物、沙生植物的幼苗具备适应
干旱脱水的能力,种子遇降水萌发后,幼苗很可能受到干旱胁迫,幼苗若具有耐干旱脱水的能力,复水后可以继续
生长,进而可以保证种群的繁衍[3]。前人对盐生植物适应土壤干湿交替变化的不利环境的策略开展了大量研究,
但是这些研究大多集中在种子萌发阶段的适应机制方面。例如,高浓度盐抑制种子使其不萌发,当盐浓度降低时
快速萌发,而种子中脱水子叶含有叶绿素时保证萌发的幼苗快速生长[6]。迄今为止,盐生植物幼苗是否具备适应
干旱脱水的能力这一问题尚缺乏深刻认识。
干旱和复水过程都会对植物造成氧化胁迫,在复水过程中产生的损伤比在干旱过程中产生的损伤更多[7]。
上述研究多集中于旱生、沙生植物上,而对干旱区盐生植物研究鲜有报道。白梭梭(犎犪犾狅狓狔犾狅狀狆犲狉狊犻犮狌犿)、梭梭
(犎犪犾狅狓狔犾狅狀犪犿犿狅犱犲狀犱狉狅狀)和囊果碱蓬(犛狌犪犲犱犪狆犺狔狊狅狆犺狅狉犪)3种植物干旱脱水的种子中含有叶绿素[89],这些
叶绿素对种子萌发后幼苗的快速生长具有重要作用[9],然而这种特性在3种植物耐干旱脱水能力的关系尚不清
楚。随着干旱时间的延长,白梭梭、梭梭和囊果碱蓬的耐干旱脱水能力有何变化,在干旱再复水后3种植物根部
细胞的受伤和死亡情况怎样以及是如何克服氧化胁迫的?基于上述科学问题,本文以旱生植物白梭梭为对照,比
较了真盐生植物囊果碱蓬、盐生-旱生植物梭梭在遭受高盐度生理干旱或干旱脱水后再遇复水环境后其幼苗生
存能力,以期为理解干旱区植物盐生植物种群构建过程提供理论依据。
1 材料与方法
1.1 实验材料
白梭梭种子采自新疆古尔班通古特沙漠(N44°22.019′,E87°55.021′);梭梭和囊果碱蓬采自新疆阜康县八
一水库周边(N44°13.107′,E87°41.052′)。种子在室温条件下风干后,保存于-10℃冰箱中待用。
1.2 实验设计与处理
1.2.1 干旱时间对耐干旱脱水能力的影响 2008年4月将白梭梭、梭梭和囊果碱蓬种子放入垫有两层滤纸
的洁净干旱的直径为90mm培养皿中,先用700mmol/LNaCl预处理3d,以增加种子萌发时的整齐率;然后一
部分转到含有去离子水(CK处理)中生长,另一部分转到300mmol/LNaCl溶液中1d(去离子水或盐溶液浸没
种子1/2~2/3体积),使种子萌发;每种植物选取根长为0~1cm进行试验,分为4个重复,每个重复20棵幼苗。
将幼苗转到培养皿中,然后把培养皿放置在底部放入饱和CaBr2,相对湿度为18.5%的干旱器中;再把干燥器放
在智能人工气候箱中进行黑暗、干旱处理,培养箱温度控制在20℃的恒温。处理期间,初始24h内每隔2h称重
一次;然后每隔24h称重,直至幼苗水分含量不再变化为止。将干旱7d后的幼苗再次转至底部垫有滤纸的有
机玻璃板上,滤纸由去离子水或300mmol/LNaCl溶液湿润;然后把有机玻璃板放在智能人工气候箱中,并倾斜
45°放置,培养箱温度控制在20℃的恒温,每天光照12h,光强为42μmol/(m
2·s);干旱幼苗在上述条件下继续
生长72h(底部滤纸始终保持湿润)。按上述同样的操作过程,进行14,21和28d的干旱和复水实验。
1.2.2 不同干旱处理对幼苗子叶叶绿素含量的影响 种子在700mmol/LNaCl溶液中处理3d后,按照下
面(1)和(2)步骤进行处理后测定叶绿素含量。1)用去离子水溶液培养时,当幼苗胚长到2~3cm时,取多株幼苗
1.6g左右的子叶,子叶分为两组,每组4个重复,每个重复0.2g左右;把子叶放在敞口培养皿中,将培养皿放置
在干燥器中,干燥器的底部放有饱和CaBr2,且相对湿度为18.5%。然后将干燥器放在智能人工气候箱中进行干
旱处理:一组为黑暗处理;另外一组为光照处理,光强为42μmol/(m
2·s),培养箱温度控制在20℃的恒温。子
叶干旱5d后,用95%乙醇研磨后过滤,然后在665和649nm波长下测定叶绿素a和叶绿素b含量。以未经干
142第11期 丁效东 等:真盐生植物梭梭和囊果碱蓬幼苗耐干旱能力的研究
旱的根长为2~3cm的3种植物幼苗子叶的叶绿素含量作为对照。2)用300mmol/LNaCl培养,按(1)中相同
的步骤进行处理,然后测定黑暗、光照中干旱的以及未干旱的子叶的叶绿素含量。
1.3 测定指标
1.3.1 干旱时间和NaCl处理对存活率的影响 以幼苗是否生长作为存活的依据,若幼苗能够生长,则视其
为活的幼苗,存活率(%)=幼苗的存活数/幼苗干旱数×100,并进行反正弦转化。
1.3.2 干旱复水后幼苗平均伸长速率的测定 复水后每隔24h测定幼苗的长度,每个重复的20株幼苗的平
均长度为一个重复。幼苗的平均伸长速率=(L3-L0)/3,L3 和L0 分别为同一个重复的20株幼苗的复水3d和
复水前的平均长度。
1.3.3 幼苗相对含水量的测定 干旱前对每个重复称重(FW0)。前24h内每隔2h称重,然后每隔24h称
量幼苗的重量,计算失水率,复水前再称重,复水后每隔24h称重。含水量用相对质量来表示,相对质量(%)=
FWn/FW0×100。FWn表示干旱或复水第n小时或天数后重量。
1.3.4 希夫试剂和Evan’sblue染色 复水后,在各处理中随机选几株幼苗。将幼苗的根放入2mL希夫试
剂(Schiff’sreagent)中,20min后在洗液中冲洗,并将根保存在洗液中,然后在体视镜下观察并照相。同时,从
每个处理中再随机选几株幼苗,将幼苗的根放入2mL0.5%的Evan’sblue试剂,10min后用去离子水冲洗3
次,然后在体视镜下观察并照相。
1.3.5 叶绿素含量的测定 叶绿素a和叶绿素b含量按Ca=13.95D665-6.88D649,Cb=24.96D649-7.32D665
计算(式中的D665和D649表示在波长665和649nm时的吸光度)[10]。
1.4 数据统计与分析
对胚根长度为1~2cm白梭梭、梭梭和囊果碱蓬幼苗干旱存活率的数据经反正弦转化后用SAS分别进行单
因素分析。用LSD法在犘=0.05水平进行多重比较。
2 结果与分析
2.1 干旱时间对存活率的影响
长度为1~2cm 的白梭梭幼苗干旱7,14,21和
28d后的干旱存活率之间均不存在显著性差异(表
1),说明白梭梭的耐干旱能力比较强。长度为1~2
cm的梭梭幼苗干旱7,14和21d的存活率之间的大
小关系是:7d幼苗 >14d幼苗 >21d幼苗,而三者
之间均不存在显著性差异,但三者均与干旱28d的存
在显著性差异,干旱复水后长度为1~2cm的梭梭的
成活率随着干旱时间的延长而降低。长度为1~2cm
的囊果碱蓬幼苗干旱7和14d的成活率不存在显著
性差异,但都比较低,长度为1~2cm的囊果碱蓬幼苗
干旱21和28d后都死亡,成活率为0,说明长度为
1~2cm的囊果碱蓬幼苗的在此条件下在干旱时间上
的极限点小于等于21d,也同时说明长度为1~2cm
的囊果碱蓬幼苗干旱后成活率也是随着干旱时间的延
长而降低(表1)。
对3种植物干旱相同时间后的存活率进行方差分
析,白梭梭幼苗干旱7和14d的成活率均大于梭梭幼
苗的成活率;而前两者的幼苗的成活率高于囊果碱蓬
幼苗干旱7和14d的成活率;当幼苗干旱21和28d
表1 长度为1~2犮犿白梭梭、梭梭和囊果碱蓬幼苗干旱
7,14,21和28犱的存活率
犜犪犫犾犲1 犛狌狉狏犻狏犪犾狉犪狋犲狅犳1-2犮犿犎.狆犲狉狊犻犮狌犿,
犎.犪犿犿狅犱犲狀犱狉狅狀犪狀犱犛.狆犺狔狊狅狆犺狅狉犪狊犲犲犱犾犻狀犵狊犪犳狋犲狉
7,14,21犪狀犱28犱犪狔狊犱犲狊犻犮犮犪狋犻狅狀
植物
Species
NaCl
mmol/L
干旱天数 Desiccationduration(d)
7 14 21 28
白梭梭
犎.狆犲狉狊犻犮狌犿
0 100.0a 97.9a 100.0a 99.0a
300 - - - -
梭梭犎.犪犿
犿狅犱犲狀犱狉狅狀
0 99.7aA 96.8aA 93.0aA 56.5bA
300 98.7aA 95.4aA 81.7bA 46.2cA
囊果碱蓬
犛.狆犺狔狊狅狆犺狅狉犪
0 9.7aA 8.6aA 0.0bA 0.0bA
300 0.0aB 0.0aB 0.0aA 0.0aA
注:同一物种同一行内不同小写字母表示在犘≤0.05水平差异显著;
同一物种同一列内不同大写字母表示在犘≤0.05水平差异显著。下
同。
Note:Withineachrow,valueswithdifferentlowercaseswithinthe
sameplantspeciesaresignificantlydifferentat犘≤0.05level;Within
eachcolumn,valueswithdifferentcapitalletterswithinthesameplant
speciesaresignificantlydifferentat犘≤0.05level.Thesamebelow.
242 草 业 学 报 第24卷
时,三者之间的存活率均存在显著性差异,存活率之间为:白梭梭幼苗>梭梭幼苗>囊果碱蓬幼苗。因此,在3种
植物中,白梭梭的耐干旱能力最强,其次是梭梭,囊果碱蓬的耐干旱能力最差。
用300mmol/LNaCl溶液处理1~2cm梭梭幼苗能降低其耐干旱能力,但与用去离子水处理的干旱7,14,
21和28d的成活率均不存在显著性差异;但是用去离子水处理的囊果碱蓬幼苗干旱7和14d后的存活率与用
300mmol/LNaCl溶液处理的均存在显著性差异;而所有干旱21和28d的1~2cm囊果碱蓬幼苗都死亡。说
明300mmol/LNaCl降低了梭梭和囊果碱蓬的耐干旱能力。
2.2 干旱复水后幼苗的伸长速率的差异
图1 长度为1~2犮犿的白梭梭、梭梭和囊果碱蓬
幼苗干旱7,14,21和28犱复水后的伸长速率
犉犻犵.1 犛犲犲犱犾犻狀犵犲犾狅狀犵犪狋犻狅狀狅犳1-2犮犿犎.狆犲狉狊犻犮狌犿,
犎.犪犿犿狅犱犲狀犱狉狅狀犪狀犱犛.狆犺狔狊狅狆犺狅狉犪狊犲犲犱犾犻狀犵狊
犪犳狋犲狉7,14,21犪狀犱28犱犪狔狊犱犲狊犻犮犮犪狋犻狅狀
每种植物生长速率平均值柱子上不同小写字母表示在犘≤0.05水平下差
异显著。Columnswithineachplantspeciesthathavedifferentlettersaresig
nificantlydifferentat犘≤0.05level.
图2 长度为1~2犮犿白梭梭(犪)、梭梭(犫)和囊果碱蓬(犮)
幼苗干旱28犱复水后生长情况
犉犻犵.2 犚犲犺狔犱狉犪狋犻狅狀狅犳1-2犮犿犎.狆犲狉狊犻犮狌犿 (犪),
犎.犪犿犿狅犱犲狀犱狉狅狀(犫)犪狀犱犛.狆犺狔狊狅狆犺狅狉犪(犮)
狊犲犲犱犾犻狀犵狊犪犳狋犲狉28犱犪狔狊犱犲狊犻犮犮犪狋犻狅狀
左边是干旱后幼苗,右边是复水3d幼苗。Theleftseedlingsstandforthe
seedlingsafterdesiccation,thelightseedlingsstandfortheseedlingswithre
hydrationfor3days.
图1表明,3种植物在干旱7,14,21,28d后,
幼苗干旱复水后的幼苗伸长速率总体趋势是均随
着干旱时间的延长而减小。对白梭梭而言,干旱
21d后幼苗经复水,其伸长速率显著性降低;而对
梭梭而言,干旱28d后幼苗经过复水,其伸长速率
有显著性降低;而囊果碱蓬来说,干旱14d后,幼
苗经复水,其伸长速率有显著性降低。说明三者对
干旱胁迫后,遇到适宜的环境后,对环境的敏感程
度是不同的(图2)。
2.3 脱水和复水过程中幼苗的水分含量变化
图3表明,长度为1~2cm的白梭梭、梭梭和
囊果碱蓬幼苗干旱处理时,开始2h内含水量下降
速率最快,此后趋缓,干旱24h后趋于稳定。在干
旱的前12h内,1~2cm 囊果碱蓬幼苗在300
mmol/LNaCl溶液处理后,含水量的下降速度小
于用去离子水处理的;但是1~2cm 梭梭在经过
300mmol/LNaCl溶液处理后,其含水量的下降
速度与用去离子水处理时基本一致。
复水过程中,白梭梭、梭梭和囊果碱蓬幼苗的
相对质量在前24h内增加最快,此后白梭梭和梭
梭幼苗的相对质量增加速度趋缓。复水72h后,
白梭梭和梭梭经4个不同干旱时间处理,复水后的
相对质量中均是CK白梭梭的相对质量最大,CK
梭梭的相对质量次之,300mmol/LNaCl溶液处
理的相对质量最小。而复水24h后囊果碱蓬的相
对质量开始下降,这体现了幼苗死亡后开始被降
解,也从侧面反映出复水后囊果碱蓬幼苗的存活状
况。
2.4 希夫试剂和Evan’sblue试剂染色
图4结果表明,用去离子水培养的长度为1~
2cm的白梭梭幼苗干旱28d后复水3d,根表皮
部分细胞死亡(图4b),但受伤的细胞比较少(图
4a),这是由于修复机制在发挥作用,把干旱和复水造成的损伤进行修复;用去离子水培养的长度为1~2cm的梭
梭幼苗干旱28d后复水3d(图4c,d),其死亡的和损伤的细胞数量明显多于白梭梭,但少于用300mmol/LNaCl
溶液培养的长度为1~2cm的梭梭幼苗(图4e,f),用300mmol/LNaCl溶液培养的长度为1~2cm的梭梭幼苗
342第11期 丁效东 等:真盐生植物梭梭和囊果碱蓬幼苗耐干旱能力的研究
在300mmol/LNaCl溶液中复水后根尖明显发生弯曲,说明盐害比较严重;用去离子水(图4g,h)和300
mmol/LNaCl溶液(图4i,j)培养的长度为1~2cm的囊果碱蓬幼苗干旱28d后均死亡,用希夫试剂和Evan’s
blue试剂染色后,均为黑色,说明复水时囊果碱蓬幼苗没有成活,由于死亡时间长,植物细胞内与染色试剂发生
反应的化学物质被降解,不与染色剂发生反应而被染色。3种植物干旱复水后根部细胞的受损和死亡情况表明,
这3种植物中白梭梭的耐干旱能力最强,梭梭次之,囊果碱蓬的耐干旱能力最弱。
图3 长度为1~2犮犿白梭梭、梭梭和囊果碱蓬幼苗干旱7(犪),14(犫),21(犮)和28(犱)犱复水3犱相对质量变化
犉犻犵.3 犚犲犾犪狋犻狏犲狑犲犻犵犺狋狅犳1-2犮犿犎.狆犲狉狊犻犮狌犿,犎.犪犿犿狅犱犲狀犱狉狅狀犪狀犱犛.狆犺狔狊狅狆犺狅狉犪狊犲犲犱犾犻狀犵狊
狑犻狋犺7(犪),14(犫),21(犮)犪狀犱28(犱)犱犪狔狊狅犳犱犲狊犻犮犮犪狋犻狅狀犪狀犱3犱犪狔狊狅犳狉犲犺狔犱狉犪狋犻狅狀
300mmol/LNaCl梭梭,300mmol/LNaCl囊果碱蓬指用300mmol/LNaCl处理;Note:300mmol/LNaClH.ammodendron,300mmol/LNaCl
S.physophoraistreatedwith300mmol/LNaCl.
图4 白梭梭、梭梭和囊果碱蓬幼苗不同处理干旱
28犱复水后希夫试剂和犈狏犪狀’狊犫犾狌犲试剂染色
犉犻犵.4 犜犺犲犮狅犾狅狉犪狋犻狅狀狅犳犎.狆犲狉狊犻犮狌犿,犎.犪犿犿狅犱犲狀犱狉狅狀
犪狀犱犛.狆犺狔狊狅狆犺狅狉犪狊犲犲犱犾犻狀犵狊狑犻狋犺28犱犪狔狊
犱犲狊犻犮犮犪狋犻狅狀犪狀犱3犱犪狔狊狉犲犺狔犱狉犪狋犻狅狀
a,c,d,g和h分别代表CK白梭梭、CK梭梭、300mmol/LNaCl梭
梭、CK囊果碱蓬、300mmol/LNaCl囊果碱蓬的希夫试剂染色;b,
e,f,i和j分别代表CK白梭梭、CK梭梭、300mmol/LNaCl梭梭、
CK囊果碱蓬、300mmol/LNaCl囊果碱蓬的Evan’sblue染色。a,
c,d,gandhstandforSchiff’sreagentcolorationofCK犎.狆犲狉狊犻
犮狌犿,CK犎.犪犿犿狅犱犲狀犱狉狅狀,300mmol/LNaCl犎.犪犿犿狅犱犲狀犱狉狅狀,
CK犛.狆犺狔狊狅狆犺狅狉犪and300mmol/LNaCl犛.狆犺狔狊狅狆犺狅狉犪respec
tively;b,e,f,iandjstandforEvan’sbluecolorationofCK犎.
狆犲狉狊犻犮狌犿,CK 犎.犪犿犿狅犱犲狀犱狉狅狀,300mmol/LNaCl犎.犪犿犿狅
犱犲狀犱狉狅狀,CK犛.狆犺狔狊狅狆犺狅狉犪and300mmol/LNaCl犛.狆犺狔狊狅狆犺狅狉犪
respectively.
442 草 业 学 报 第24卷
2.5 干旱处理对幼苗子叶叶绿素含量影响
表2结果表明,白梭梭、梭梭和囊果碱蓬幼苗在
黑暗和光照状态下干旱处理后,叶绿素含量均与对
照没有显著性差异,因此3种植物均属于“同型叶绿
素型回生植物”,白梭梭、梭梭和囊果碱蓬可能具有
较强的抗氧化系统,能清除在光照下干旱由光合系
统产生的自由基,进而减少自由基对植物组织产生
的危害,而不是通过降解叶绿体,阻止自由基的产生
来防止光对植物干旱时产生的危害。
用去离子水或300mmol/LNaCl溶液处理梭
梭和囊果碱蓬时,两种处理的梭梭幼苗,鲜样之间、
黑暗下干旱后以及光照下干旱后,其幼苗叶绿素含
量均不存在显著性差异;而囊果碱蓬幼苗的鲜样之
表2 白梭梭、梭梭和囊果碱蓬幼苗不同处理后的叶绿素含量
犜犪犫犾犲2 犆犺犾狅狉狅狆犺狔犾犮狅狀狋犲狀狋狅犳犎.狆犲狉狊犻犮狌犿,犎.犪犿犿狅犱犲狀犱狉狅狀
犪狀犱犛.狆犺狔狊狅狆犺狅狉犪狊犲犲犱犾犻狀犵狊 mg/g
植物
Plant
species
NaCl处理
NaCl
treatment
(mmol/L)
未干旱
Without
desiccation
光照Light
干旱
desiccation
黑暗Dark 光照Light
白梭梭
犎.狆犲狉狊犻犮狌犿
0 1.343a 1.195a 1.194a
300 - - -
梭 梭 犎.犪犿
犿狅犱犲狀犱狉狅狀
0 1.179aA 1.156aA 1.121aA
300 1.172aA 1.117aA 1.173aA
囊果碱蓬
犛.狆犺狔狊狅狆犺狅狉犪
0 1.006aA 0.941aA 0.929aA
300 0.802aB 0.738aB 0.684aB
间、黑暗下干旱后幼苗之间和光照下干旱后幼苗之间的叶绿素含量均存在显著性差异。这说明梭梭耐盐胁迫的
能力大于囊果碱蓬耐盐胁迫的能力。
3 讨论与结论
盐生植物种子萌发对环境的适应对策研究的比较多,主要包括种子萌发时较高的耐盐性、种子休眠、种子具
有多态性、丰富的种子库、特异的萌发时空特性、较好的繁殖策略[1112]。降雨引发植物种子瞬时萌发,但随后在一
段时间内也会遭受干旱、盐渍等多重胁迫。许多旱生植物幼苗具有耐干旱脱水的能力,当干旱的幼苗在复水时,
它们又能长出新根和新叶,发育成正常的植株[13]。因此幼苗的耐干旱脱水特性具有重要的生态学意义。
不同植物的幼苗在不同的发育阶段对脱水的忍耐力可能有差异[14]。研究发现,幼苗干旱时间越长,重新水
合后幼苗的恢复率就越低。在0~28d内,梭梭和囊果碱蓬随着干旱时间的延长而幼苗的恢复率显著降低,这与
前人的研究结果一致[5];但白梭梭幼苗干旱7,14,21和28d后的存活率之间没有显著性差异,说明白梭梭耐干
旱能力比较强。植物能够忍耐一定程度的干旱脱水,重新复水之后又能恢复生长,但幼苗生长到一定阶段之后,
干旱脱水会造成幼苗永久死亡,二者之间的临界点即为耐脱水极限点[15],研究发现,根长为1~2cm的囊果碱蓬
幼苗在耐干旱过程中,耐脱水极限点为21d;而根长为1~2cm的白梭梭和梭梭幼苗在干旱28d后依然具有存
活的幼苗。因此,为了确定这两种植物在干旱时间方面的耐脱水极限点,干旱时间需要进一步延长。
通过希夫试剂和Evan’sblue试剂染色研究发现,白梭梭的耐干旱能力比较强,干旱28d后复水,根部的死
亡细胞和受损伤细胞较少,而梭梭根部的死亡细胞和受损伤细胞明显比白梭梭多;300mmol/LNaCl溶液会使
梭梭的根尖发生弯曲,根尖大部分死亡,受伤细胞也较多;干旱28d后囊果碱蓬幼苗全部死亡并发生降解。Sgh
erri等[7]认为,由于氧化胁迫,干旱和复水过程都会对幼苗产生损伤,而在复水过程中产生的损伤比其在干旱过
程更严重。因此,这3种植物所受到的损伤是在干旱过程中还是复水过程中,或者两者皆有,需要进一步研究。
干旱胁迫引起新陈代谢的中断会引起许多问题,其中最大的问题是氧化胁迫[16]。当干旱发生在光照下,叶
绿素中的激发能转移到氧元素上,生成大量的单线态氧,如果这些能量不能通过光合途径来释放并产生O2,则会
诱导自由基的产生,生成一系列活性氧簇(ROS)[17]。这一系列活性氧簇,尤其是超氧化物和羟基自由基会对细
胞的主要成分造成伤害[18]。植物克服干旱胁迫主要进化为3种机制,第一种机制是减少自由基的产生。在干旱
胁迫下,一些回生植物会自动降解掉其叶绿素,所以被称为“异型叶绿素型”回生植物[19]。第二种机制是植物受
到干旱胁迫后,可以维持其叶绿素,因此,需要具有比“异型叶绿素型”回生植物更好的抗氧化机制[19],被称之为
“同型叶绿素型”回生植物。另外还有一种居于前两者之间的机制,此种植物干旱后会保留其绝大部分叶绿素,属
于“半同型叶绿素型”[20]。本研究发现,白梭梭、梭梭和囊果碱蓬同属“同型叶绿素型回生植物”,在干旱胁迫下,
这些植物会在形态和生理上做出响应,不是通过降解叶绿体来阻止自由基的产生,以防止光对植物干旱时产生的
542第11期 丁效东 等:真盐生植物梭梭和囊果碱蓬幼苗耐干旱能力的研究
危害,这3种植物可能具有很强的抗氧化系统来适应干旱胁迫环境。
犚犲犳犲狉犲狀犮犲狊:
[1] XiJB,ZhangFS,MaoDR,犲狋犪犾.SalinesoildistributionandhalophyteresourcesinXinjiang.ChineseJournalofSoilSci
ence,2005,3:209303.
[2] ZhangK,TianCY,LiCJ.Reviewofprogressofstudiesonsalttolerancemechanismsofannualhalophytes.ChineseJournal
ofPlantEcology,2009,6:12201231.
[3] HuangZY,DongM,ZhangSM.Strategiesofseedgerminationonsandduneandseedlingdesiccationtoleranceof犘狊犪犿犿狅
犮犺犾狅犪狏犻犾犾狅狊犪(Poaceae).ActaEcologicaSinica,2004,25(2):298303.
[4] NettingAG.pH,abscisicacidandtheintegrationofmetabolisminplantsunderstressedandnonstressedconditions:celular
responsestostressandtheirimplicationforwaterrelations.AustralianJournalofPlantPhysiology,2000,51(343):147158.
[5] ZhuYJ,DongM,HuangZY.Adaptationstrategiesofseedgerminationandseedlinggrowthtosandduneenvironment.Chi
neseJournalofPlantEcology,2006,17(1):137142.
[6] ZhangSR,SongJ,WangH,犲狋犪犾.Effectofsalinityonphotosynthesisandchloroplastsultrastructureincotyledonsofdesic
catedseedsofhalophytesorxerophytegrowingincentralAsia.JournalofPlantEcology,2010,3:259267.
[7] SgherriCLM,LogginiB,PuligaS,犲狋犪犾.Antioxidantsystemin犛狆狅狉狅犫狅犾狌狊狊狋犪狆犳犻犪狀狌狊changesinresponsetodesiccation
andrehydration.Phytochemistry,1994,35:561565.
[8] SongJ,FengG,TianC,犲狋犪犾.Osmoticadjustmenttraitsof犛狌犪犲犱犪狆犺狔狊狅狆犺狅狉犪,犎犪犾狅狓狔犾狅狀犪犿犿狅犱犲狀犱狉狅狀and犎犪犾狅狓狔犾狅狀
狆犲狉狊犻犮狌犿:Acomparisonofshorttermstressexperimenttofieldcondition.PlantScience,2006,170:113119.
[9] LiY,ZhangSR,SongJ,犲狋犪犾.Chorophylindesiccatedseedsofaeuhalophyte,犛狌犪犲犱犪犘犺狔狊狅狆犺狅狉犪,anditssignificancyin
plantadaptationtosalinityduringgermination.ScienceinChinaSeriesC:LifeSciences,2008,51(5):410417.
[10] LiHS.PrincipleandTechnologyofPlantPhysiologicalandBiochemicalExperiment[M].Beijing:HigherEducationPress,
2000:133137.
[11] SongYG,LiL,ZengXH,犲狋犪犾.Responsesofthegerminationondimorphicseedsof犛狌犪犲犱犪犪狉犪犾狅犮狊狆犻犮犪tosaltstress.
ActaPrataculturaeSinica,2014,23(1):192198.
[12] QuXX,HuangZY.Theadaptivestrategiesofhalophyteseedgermination.ActaEcologicaSinica,2005,25(9):2389
2398.
[13] WuW H.PlantPhysiology[M].Beijing:SciencePress,2003:445446.
[14] ZengYJ,WangYR,SaR,犲狋犪犾.Responseofseedgerminationofthreexeromorphicshrubstodroughtstress.Chinese
JournalofAppliedEcology,2002,13(8):953956.
[15] EvenariM,ShananL,TadmorN.TheNegev,theChalengeofaDesert(2ndedition)[M].Cambridge:HarvardUniversity
Press,1982.
[16] VicréM,FarrantJM,DriouichA.Insightsintothecelularmechanismsofdesiccationtoleranceamongangiospermresur
rectionplantspecies.Plant,CelandEnvironment,2004,27:13291340.
[17] SmirnoffN.Theroleofactiveoxygenintheresponseofplantstowaterdeficitanddesiccation.NewPhytologist,1993,125:
2758.
[18] MundreeSG,BakerB,MowlaS,犲狋犪犾.Physiologicalandmolecularinsightsintodroughttolerance.AfricanJournalofBio
technology,2002,1:2838.
[19] OliverMJ,TubaZ,MishlerBD.Theevolutionofvegetativedesiccationtoleranceinlandplants.PlantEcology,2000,
151:85100.
[20] KrannerI,BeckettRP,WornikS,犲狋犪犾.Revivalofaresurrectionplantcorrelateswithitsantioxidantstatus.PlantJournal,
2002,31:1324.
参考文献:
[1] 郗金标,张福锁,毛达如,等.新疆盐渍土分布与盐生植物资源.土壤通报,2005,3:209303.
[2] 张科,田长彦,李春俭.一年生盐生植物耐盐机制研究进展.植物生态学报,2009,6:12201231.
[3] 黄振英,董鸣,张淑敏.沙鞭(禾本科)种子在沙丘上的萌发策略及幼苗的耐干燥特性.生态学报,2004,25(2):298303.
[5] 朱雅娟,董鸣,黄振英.种子萌发和幼苗生长对沙丘环境的适应机制.植物生态学报,2006,17(1):137142.
[10] 李合生.植物生理生化试验原理和技术[M].北京:高等教育出版社,2000:133137.
[11] 宋以刚,李利,曾歆花,等.异子蓬二型性种子萌发对盐胁迫的响应.草业学报,2014,23(1):192198.
[12] 渠晓霞,黄振英.盐生植物种子萌发对环境的适应对策.生态学报,2005,25(9):23892398.
[13] 武维华.植物生理学[M].北京:科学出版社,2003:445446.
[14] 曾彦军,王彦荣,萨仁,等.几种旱生灌木种子萌发对干旱胁迫的响应.应用生态学报,2002,13(8):953956.
642 草 业 学 报 第24卷