全 文 :淹水胁迫对药用菊花苗期生理生化指标的影响
张志远1,郭巧生1,邵清松1,2
(1.南京农业大学 中药材研究所,江苏 南京 210095;
2.浙江林学院,浙江 杭州 311300)
[摘要] 目的:了解药用菊花对水淹胁迫的反应,筛选可靠的评价耐涝性指标。方法:以小白菊、长瓣菊、红心菊为研究
对象,进行淹水处理,分析淹水胁迫对其生理生化指标的影响。结果:随淹水胁迫处理加深,各参试药用菊花类型总叶绿素含
量、叶片相对含水量呈下降趋势;丙二醛(MDA)、还原型谷胱甘肽(GSH)、可溶性糖含量总体上随胁迫程度的加深而升高;红
心菊过氧化氢酶(CAT)含量变化趋势为先升高后下降,小白菊及长瓣菊CAT含量变化趋势为先降低后升高再降低;过氧化物
酶(POD)活性总体上呈现先增后降再升高的变化趋势;淹水4d解除胁迫,3d后各生理生化指标均不能恢复到对照水平。结
论:淹水4d对参试药用菊花类型产生严重伤害;3种类型药用菊花耐涝性为红心菊 >小白菊 >长瓣菊;MDA,CAT的变化趋
势与耐涝性表现相符,可作为药用白菊花耐涝性评价的可靠指标。
[关键词] 药用菊花;苗期;淹水胁迫;生理指标
[收稿日期] 20081201
[基金项目] 国家“十一五”科技支撑计划项目(2006BAI06A1211)
[通信作者] 郭巧生,Tel:(025)84396591,Email:gqs@njau.edu.
cn
植物在生长过程中常会受到各种非生物胁迫的
影响,水涝就是其中的一种。在长期的进化过程中,
一些植物如水稻、油菜等已经演化出了一套适应机
制和策略。而药用菊花等对淹水非常敏感,缺乏有
效的耐淹防御机制。因此,阐明淹水对药用菊花生
长发育造成危害的根本原因,从而合理地选择和定
向培育耐涝性品种,减轻淹水对药用菊花生产的危
害,对于我国药用菊花生产具有重要的理论指导和
现实意义。本试验选取经郭巧生[1]等系统选育出
的3种不同抗逆类型药用菊花进行耐涝性实验,从
表观形态、抗氧化酶、非酶抗氧化物、渗透调节物质
等方面的生理指标进行综合评价。
1 材料
供试材料为采自江苏省射阳县洋马镇的3种不
同抗逆性药用菊花类型,经南京农业大学郭巧生教
授鉴定为 “红心菊”ChrysanthemummorifoliumRa
mat.cv.Hongxinju、“小白菊”C.morifoliumRamat.
cv.Xiaobaiju、及“长瓣菊”C.morifoliumRamat.cv.
Changbanju。
试验于2008年7月下旬在南京农业大学校内
防雨棚内进行。试验盆钵采用聚乙烯塑料花盆,淹
水处理时外套无排水孔塑料桶。2008年4月20日
扦插育苗,6月10日选择大小基本一致的菊花苗移
植入花盆,每盆定植4株,之后进行正常管理,恢复
生长后择晴好天气进行模拟涝渍处理,每类型设正
常浇水与水涝胁迫2种处理,3次重复。淹水标准
为水层高于土层表面1cm左右,期间每隔1d取顶
部功能叶测定各项指标,保持4d后将水排尽,3d
后再次测定各指标。1周后调查存活率。
2 方法
2.1 相对生长速率 相对生长速率 =处理植株高
生长量/对照植株高生长量
2.2 生理生化指标 叶片相对含水量测定用烘干称
重法[2];叶绿素含量测定用丙酮浸提法[3];过氧化物
酶(POD)活性测定用愈创木酚法[4];过氧化氢酶
(CAT)、丙二醛(MDA)、超氧化物歧化酶(SOD)、还原
型谷胱甘肽(GSH)活性测定采用南京建成生物工程研
究所试剂盒。可溶性糖含量采用蒽酮比色法测定[5]。
2.3 涝害指数及存活率 根据药用菊花幼苗受害
程度分为7级:0级,生长旺盛,无叶片萎蔫;1级,顶
部2~3叶萎蔫,叶色基本正常;2级,整株萎蔫,顶
部嫩茎萎蔫下垂,上部叶叶缘泛黄;3级,叶片失水
卷曲微焦枯,叶柄下垂,色泽不正常,灰绿色;4级,
植株整体失绿,停止生长,叶片失水,发干;5级,叶
片枯死率>30%;6级,整株死亡。
涝害指数=Σ(涝害级数×各级别株数)/最高级数 ×总
株数;存活率=存活株数/总株数×100%。
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2.4 数据分析
试验数据均采用 DPS705,Excel2003统计分
析软件进行方差分析。
3 结果与分析
3.1 淹水胁迫对叶绿素含量的影响 不同淹水处
理下各菊花类型叶绿素含量变化见表1。随淹水胁
迫程度加深各菊花类型总叶绿素含量呈下降趋势。
各对照类型叶绿素含量为长瓣菊 >小白菊 >红心
菊。淹水胁迫4d时,红心菊总叶绿素含量降幅最
大,小白菊降幅最小;解除胁迫3d后,3种菊花类型
叶绿素含量均下降,其中小白菊总叶绿素含量降幅
最大,长瓣菊降幅最小。
表1 淹水对药用菊花叶绿素含量的影响 mg·dm-2
类型 处理 1d 2d 3d 4d 解除胁迫后3d 平均
红心菊 淹水 191ab 174bc 166cc 141de 133ee 160e
对照 181c 183b 181a 188a 182b 183b
a/% 10443 9450 9158 7648 7326 8805
小白菊 淹水 184ac 178abc 168bbc 158cd 121df 162e
对照 173d 175c 170bc 166c 173c 172d
a/% 10320 9865 9851 9516 6784 9267
长瓣菊 淹水 201aa 191ba 174cb 167dc 163dd 179c
对照 192b 189a 186a 180b 189a 187a
a/% 10409 10152 9408 9087 8430 9497
注:大小写字母分别表示行与列上的新复极差005水平上差异显著,上标为横向极差比较,下标为纵向极差比较;a(%)表示处理的指标
值与对照的指标值之比(表2~6同)。
3.2 淹水胁迫对保护酶系统活性的影响 在整个
处理期内,红心菊CAT活性变化趋势为先升高后下
降,小白菊及长瓣菊变化趋势为先降低后升高再降
低,3种菊花类型均在水淹处理3d时达到 CAT活
性最高,随后下降。各对照CAT酶活性为长瓣菊 >
小白菊>红心菊,水淹处理后CAT增幅红心菊>小
白菊 >长瓣菊;解除胁迫后 3d,CAT活性继续下
降,长瓣菊处理的酶活最低,红心菊最高,见表2。
表2 淹水对药用菊花叶片保护酶活性的影响
项目 类型 处理 1d 2d 3d 4d 解除胁迫后3d 平均
CAT/U·g-1 红心菊 淹水 14682cc 21804ba 42376ab 14604cc 6088dd 19911b
对照 14176c 14131c 13168f 14272c 15327c 14215d
a/% 10357 15431 32180 10233 3972 14434
小白菊 淹水 11156bd 8276cd 58787aa 10250bd 1966de 18087c
对照 17504b 18498b 19471e 17462b 19673b 18522c
a/% 6374 4474 30191 5870 999 9582
长瓣菊 淹水 10124cd 21342ba 37226ac 2000de -3462ef 13446d
对照 25139a 23162a 23229d 24963a 24072a 24113a
a/% 4027 9214 16025 801 -1438 5726
POD/U·g-1·min-1 红心菊 淹水 334677dc 216015ec 467486cb 665916bc 767001ac 490219c
对照 288349cd 263500bc 303383cd 222151e 256018e 266680e
a/% 11607 8198 15409 29976 29959 19030
小白菊 淹水 562555ca 294160eb 467704db 808149bb 1074516aa 641417b
对照 269248d 286700b 258198d 286939d 331000d 286417de
a/% 20894 10260 18114 28164 32463 21979
长瓣菊 淹水 475059cb 633144ba 594146ba 984046aa 990464ab 735372a
对照 306087cd 306148b 323187c 278981de 322918d 307464d
a/% 15520 20681 18384 35273 30672 24106
POD是植物体内清除H2O2的关键酶之一。由表
2可知,各处理菊花类型的POD活性总体上呈现先增
后降再升高的变化趋势;解除胁迫3d后,各处理的
POD酶活性均达到最高,依次为小白菊>长瓣菊>红
心菊,说明菊花受害情况并未因解除胁迫而减轻。
3.3 淹水胁迫对小麦叶片丙二醛(MDA)含量的影
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响 MDA是植物细胞膜脂过氧化作用的产物之一,
其含量的高低可以反应逆境胁迫下植物伤害程度的
大小,见表3。淹水胁迫使 MDA含量呈持续增加趋
势,其中红心菊在解除胁迫后MDA含量有所下降,而
小白菊和长瓣菊则继续升高。处理期间MDA平均含
量为红心菊 >小白菊 >长瓣菊;MDA增幅为长
瓣菊>小白菊>红心菊。说明在正常生长条件下红
心菊及小白菊体内MDA维持在一个较高的水平,对
MDA有一定的耐受性,而在处理期间MDA升幅较小
说明相对受害较轻。
表3 淹水胁迫对药用菊花叶片MDA含量的影响 nmol·g-1
类型 处理 1d 2d 3d 4d 解除胁迫后3d 平均
红心菊 淹水 4400ca 4536cb 6831ba 7788aa 6998bb 6111a
对照 4610a 5070a 4667b 4868d 4742d 4792c
a/% 9544 8946 14635 15999 14758 12776
小白菊 淹水 3510db 3737dc 4587cbc 5686bc 6369ac 4778c
对照 3631b 3687c 4221cd 4241e 3609e 3878d
a/% 9667 10137 10867 13409 17645 12345
长瓣菊 淹水 3513db 3665dc 4851cb 6529bb 10493aa 5810b
对照 3865b 3729c 4050d 3693f 3849e 3837d
a/% 9091 9828 11978 17680 27263 15168
3.4 淹水胁迫对药用菊花叶片GSH含量的影响
GSH是植物体内一个重要的抗氧化剂,见表4。各菊
花类型GSH含量总体上随胁迫程度的加深而升高,
在淹水胁迫3d后,GSH含量明显升高。GSH含量平
均值为长瓣菊>红心菊>小白菊;GSH含量增幅为红
心菊>长瓣菊>小白菊。
表4 淹水胁迫对药用菊花叶片GSH含量的影响 mg·g-1
类型 处理 1d 2d 3d 4d 解除胁迫后3d 平均
红心菊 淹水 014db 019cb 019cc 043bb 061ab 031b
对照 013bc 014c 015d 015e 014e 014e
a/% 10670 14022 12859 28053 45140 22149
小白菊 淹水 012ec 019db 024cb 033bc 036ac 025c
对照 013bc 014c 015d 013f 012e 013f
a/% 9179 14115 15836 25296 31541 19194
长瓣菊 淹水 013ebc 031da 028ca 048ba 072aa 038a
对照 020a 018b 020c 019d 017d 019d
a/% 6706 16501 14446 24904 42017 20915
3.5 药用菊花幼苗在淹水胁迫后的株高生长相对生
长速率比较 药用菊花3种栽培类型幼苗在淹水胁
迫后的株高生长相对生长速率分别为红心菊 018,
小白菊002及长瓣菊003,可见红心菊在水淹胁迫
下相对于小白菊及长瓣菊具有较高的生长速率,说明
红心菊对水淹胁迫具有较强的适应性。
3.6 淹水胁迫对药用菊花叶片可溶性糖含量的影响
淹水胁迫下,各类型菊花叶片可溶性糖含量显著增
加,3个供试类型均在胁迫处理第4天达到最高值;
解除胁迫后可溶性糖含量随之下降。3个类型菊花
对照处理中,红心菊可溶性糖含量始终高于小白菊和
长瓣菊,且差异显著(P<005);而在淹水处理中红
心菊可溶性糖升幅小于后两者,见表5。
3.7 淹水胁迫对药用菊花叶片相对含水量(RWC)
的影响 各处理菊花类型相对含水量随胁迫的加深
而呈下降趋势,淹水3d以后,相对含水量降低大小
顺序为长瓣菊(35%)>小白菊(20%)>红心菊
(11%),按 Hsiao[6]的标准划分:叶片 RWC降低
10%~20%属中度缺水,降低20%以上为严重缺水。
长瓣菊已严重缺水,小白菊处在严重缺水的临界点
上,红心菊为中度缺水。解除胁迫后3d,3个类型
菊花全部严重缺水,见表6。由此说明,与长瓣菊
相比红心菊在短期水涝胁迫下能维持一个较高的相
对含水量来维持生命活动的正常进行,而在淹水4d
以后植物体受损害严重,短时期无法恢复正常生理
机能。
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表5 淹水胁迫对药用菊花叶片可溶性糖含量的影响 mg·g-1
类型 处理 1d 2d 3d 4d 解除胁迫后3d 平均
红心菊 淹水 2676ebc 5371da 6021ca 10784aa 9603ba 6891a
对照 3771a 4147b 3269c 4243d 4659d 4018c
a/% 7096 12949 18421 25416 20613 16899
小白菊 淹水 2507dbc 3256cc 6013ba 7193ac 6871ab 5168b
对照 2331c 2329d 1815d 2248e 2124e 2169d
a/% 10756 13979 33134 31993 32347 24442
长瓣菊 淹水 2372ebc 3510dc 5319cb 9007ab 6235bc 5289b
对照 3022b 2118d 2147d 2120e 2751f 2432d
a/% 7847 16576 24774 42480 22665 22868
表6 淹水胁迫对药用菊花叶片RWC的影响
类型 处理 1d 2d 3d 4d 解除胁迫后3d 平均
红心菊 淹水 094aa 083bc 081cd 059dd 058ec 075b
对照 088d 089a 093a 089a 088b 089a
a/% 10657 9348 8743 6604 6540 8378
小白菊 淹水 087be 089aa 070ce 062dc 045ed 070c
对照 090b 087b 089c 089ab 090a 089a
a/% 9653 10217 7781 7007 4940 7920
长瓣菊 淹水 080af 080ad 066bf 052ce 043de 064d
对照 089c 088a 091b 088b 088b 089a
a/% 9002 9039 7273 5923 4907 7229
3.8 药用菊花幼苗在淹水胁迫后的表型 小白菊幼
苗在淹水24h后,部分植株主茎顶部2~3叶萎蔫;淹
水48h,全部植株顶叶萎蔫,叶缘泛黄,部分植株顶部
嫩茎下垂;在淹水后72h,植株叶柄完全下垂,叶片失
绿,顶部嫩茎进一步下垂;淹水后96h,植株整体失
绿,心叶卷曲,叶缘焦枯;解除胁迫后3d,大部分植株
下部叶片枯死,未能恢复生长。红心菊受害症状表现
比小白菊晚1d左右,长瓣菊受害症状表现比小白菊
早1d左右。
根据菊花幼苗叶片受害程度,药用菊花淹水2d
后受害明显加重,小白菊与长瓣菊间的耐淹水胁迫能
力差异较小,红心菊相对较强,见表7。随着淹水时
间的延长,受害指数越来越大。
表7 药用白菊花幼苗在淹水胁迫后的受害指数及存活率
类型
受害指数
1d 2d 3d 4d
解除胁
迫后3d
解除胁迫
1周后
存活率/%
红心菊 00000 01000 04000 06667 08333 30
小白菊 00167 02333 06000 06667 08333 10
长瓣菊 01111 03333 05926 07222 09259 0
4 讨论
随淹水胁迫程度加深各类型菊花总叶绿素含量
呈下降趋势,在解除胁迫后亦继续下降未能有所恢
复,其中小白菊降幅最大,为对照的678%;长瓣菊降
幅最小,为对照的843%。说明小白菊恢复能力较
差,而长瓣菊稍强。按Hsiao的标准,在淹水第3天,
长瓣菊已严重缺水,红心菊中度缺水。解除胁迫后3
d,3个类型菊花全部严重缺水。淹水条件下,植株的
可溶性糖不仅可提供必要的能量,还能调节体内代
谢,因而能在一定程度上减轻淹水的危害。实验中不
同类型药用菊花淹水胁迫下叶片可溶性糖含量均随
着淹水时间的延长而升高,这可能是由于淹水胁迫造
成了光合色素下降,光合产物降低,于是植物体内贮
藏营养分解增加了可溶性糖含量,可能是药用菊花适
应淹水胁迫的一种反应。这与王三根[7]在小麦和大
麦、吴林[8]在越橘中的研究结果基本一致。
淹水条件下红心菊、小白菊MDA升高幅度较小,
而长瓣菊升高幅度较大,处理期比对照平均升高15
倍,从本实验结果看,可以用淹水逆境下丙二醛含量
上升的幅度作为衡量药用菊花品种耐淹水能力强弱
的指标。本实验中,淹水胁迫下GSH含量持续上升,
这与齐付国[9]在小麦上的研究结果相似,而与晏
斌[10]等在玉米上的研究结果相反。
本实验中,3种药用菊花类型 SOD变化趋势各
异,其中红心菊变化趋势为先升后降,小白菊变化趋
势为降升降升,长瓣菊变化趋势为先降后升,并且
在变化幅度上小白菊 >红心菊 >长瓣菊(005水平
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上均差异显著),这与抗涝性的外观表现上不尽一致,
因此,是否把SOD做为药用菊花耐涝性的评价指标
还有待于进一步的探讨。POD变化趋势则为先升高
后降低再升高,长瓣菊POD含量显著高于其他2种
菊花,同时积累的MDA升高幅度也是最大的,说明脂
膜过氧化加剧并未因此而得到缓解;CAT变化趋势为
先降后升再降低,在解除胁迫3d后,与长瓣菊相比,
红心菊维持了较高的CAT含量,同时MDA升幅也是
最小的,由此说明CAT在清除活性氧方面起到了重
要的作用。
本实验表明,3种类型药用白菊花耐涝性强弱顺
序为红心菊>小白菊>长瓣菊,这与何先元[11]的试
验结果一致,MDA,CAT的变化趋势与耐涝性表现相
符,可以做为耐涝性评价的可靠指标。本试验还表
明,随着淹水时间的延长,药用白菊花受害不断加剧,
在水淹3d时各生理指标发生大幅变化,经过4d的
水淹处理,解除水淹恢复3d后各项指标均达不到对
照的水平,说明较短时间的淹水对药用菊花的损害也
是致命的。因此,在生产上特别要注意水分管理,杜
绝水涝胁迫给药用菊花生产带来的危害。
[参考文献]
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Efectsofwaterloggingstressonphysiologicalandbiochemicalcharacteristics
ofmedicinalChrysanthemummorifoliumduringseedlingstage
ZHANGZhiyuan1,GUOQiaosheng1,SHAOQingsong1,2
(1.InstituteofChineseMedicinalMaterials,NanjingAgriculturalUniversity,Nanjing210095,China;
2.ZhejiangForestryUniversity,Hangzhou311300,China)
[Abstract] Objective:TostudytheefectofwaterloggingstressonmedicinalChrysanthemummorifoliumduringtheseedling
stageandbuildareliableevaluationoffloodingtoleranceindicatorsystem.Method:Thethreecultivars:C.morifoliumcv.Hongxinju,
C.morifoliumcv.XiaobaijuandC.morifoliumcv.Changbanjuwerestudiedfortheandtheefectofwaterloggingstressontheirphysio
logicalandbiochemicalchracteristics.Result:Withtheextensionofwaterlogging,thecontentofchlorophylandrelativeleafwaterpo
tentialweredecreased,meanwhilemalonaldehyde(MDA),glutathione(GSH)andsolublesugarwereincreased.Thecatalase(CAT)of
C.morifoliumcv.HongxinjuroseatfirstandthendroppedandCATofC.morifoliumcv.XiaobaijuandC.morifoliumcv.Changbanju
declinedatfirstbeforedecreased,andthendroppedagain.Theperoxidase(POD)rosefirstlybeforedecreaseandthenincreasesagain.
Afterthewaterloggingtreatmentswhichlastfor4days,thephysiologyandbiochemistrycharacteristicscannotrestoretothecomparison
(CK)within3days.Conclusion:FourdayswaterloggingtreatmenthadmadeseriousdamageonmedicinalChrysanthemum.Among
threecultivars,C.morifoliumRamat.cv.Hongxinjushowedthehighesttoleranceability,whileC.morifoliumcv.Changbanjuwasthe
lowest,andC.morifoliumcv.Xiaobaijuwasinthemiddle.Themalonaldehyde(MDA)andcatalase(CAT)couldbethemainphysio
logicalandbiochemicalindexestoreflectthetoleranceabilityagainstwaterlogging.
[Keywords] medicinalChrysanthemummorifolium;seedlingstage;waterloggingstress;physiologicalindex
[责任编辑 吕冬梅]
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第34卷第18期
2009年9月
Vol.34,Issue 18
September,2009