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三种野生观赏蕨类植物的耐旱性研究

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  摘 要: 本文研究狗脊、盾蕨、凤丫蕨的耐旱能力,为其园林应用提供参考依据。对三种蕨类植物材料在温室中采用自然干旱的方式进行干旱胁迫,每5天测定1次胁迫过程中生理生化指标,并测定其叶片保水力。结果表明:干旱胁迫下,狗脊的叶片保水力变化幅度最大,凤丫蕨其次,盾蕨最小;各植物电导率与对照组相比,均持续上升;叶绿素的含量均下降,凤丫蕨叶绿素含量变化幅度最大;叶片中的SOD活性、POD活性、MDA含量、可溶性蛋白含量变化趋势均为先升后降,凤丫蕨SOD活性、POD活性、MDA含量在前期迅速增长,狗脊、盾蕨缓慢上升。综合分析表明三种蕨类耐旱能力依次为狗脊>盾蕨>凤丫蕨。
中国论文网 /1/view-11841472.htm
  关键词: 狗脊;盾蕨;凤丫蕨;耐旱性
  中图分类号:S682.35 文献标识码:A 文章编号:1004-3020(2015)02-0017-05
  蕨类植物独特的观赏性,日益受到人们的喜爱,它虽然没有鲜艳的花朵,但以古朴、典雅、清纯的形态而独树一帜,享有“无花之美”的赞誉,在园林中应用前景广阔。
  干旱是影响植物成活与生长的重要限制因子。城市园林绿地每天都在消耗着大量的水资源。如何推动“耗水型园林”向“节水型园林”发展,使城市绿化走上持续、健康的发展道路,成为当前的一个热门话题。蕨类植物由于其种类多,观赏价值高,耐荫性、耐瘠薄性强,可广泛用作地被植物、盆景和切花材料,具有独特的景观价值和多样化的生态适应性。蕨类植物的根系较上层乔木和灌木浅,耐旱性相对较差,容易受到干旱胁迫的影响。目前国内对蕨类植物的研究,大多还是集中在繁殖、资源调查等方面,针对抗性方面的研究很少,近年来有少数人开展了蕨类植物的耐荫性、耐旱性等抗性研究,但也只是对某单一种类进行研究[1-4]。
  描述植物抗旱性的指标很多,有生长指标、生理生化指标等。生理指标包括水分饱和亏缺、水势、叶绿素含量、叶片膨压以及与水分相关的生理指标如蒸腾速率、光合速率和呼吸速率、气孔导度、叶片保水力、质膜透性等;生化指标主要包括ABA含量、脯氨酸含量、保护酶系统(SOD、POD、CAT)、可溶性糖含量及丙二醛含量等;此外叶片保水力、相对电导率、可溶性蛋白的含量、叶绿素荧光参数等也可作为抗旱性生理指标[5]。
  狗脊Woodwardia japonica、凤丫蕨Coniogramme japonica、盾蕨Neolepisorus ovatus三种蕨类植物在国内地理分布较为广泛,适应性强,形态优美,具有良好的景观欣赏价值,其中凤丫蕨嫩叶可作蔬菜,根茎可提取淀粉;狗脊和盾蕨皆可入药,狗脊的根状茎能补肝肾,强腰膝,祛风湿;盾蕨能清热利湿,散瘀活血。本文选取这三种植物作为研究对象,对其进行较系统的耐旱性研究,为其园林应用提供一定的理论依据。
  1 材料与方法
  1.1 试验材料及处理
  春季(2013年)采集浙江临安野生的狗脊、盾蕨、凤丫蕨,种植在浙江农林大学风景园林与建筑学院温室中。翌年春季分株繁殖,栽植于直径为18 cm的塑料盆中。将正常生长的三种植物材料每种准备10盆,置于学院温室内,1次性浇透水,以保持每盆内土壤含水量的一致性。然后其中5盆停止浇水,另5盆正常浇水作为对照。采取自然干旱的方式对三种植物进行干旱胁迫,分别于5,10,15,20,25 d取样,3次重复,取样时间均为上午9∶00。
  1.2 试验方法
  1.2.1 叶片保水力的测定
  在室内自然干燥,取鲜叶后定时称重直至基本恒重[6]。计算公式:
  保水力W=1/Wk
  Wk=失水量/总水量×100%。
  1.2.2 膜透性的测定
  用电导仪法测膜透性(细胞膜伤害率)[7]。计算公式:
  相对电导率(%)=(C1-C0)/(C2-C0)×100%。
  式中:C0为空白电导率,C1为样品在常温下的电导率,C2为样品在煮沸后的电导率。
  1.2.3 叶绿素含量的测定
  采用浸提法测定叶绿素a、叶绿素b、叶绿素含量及叶绿素a/b值[8]。计算公式:
  Ca=12.71×D663-2.69×D645
  Cb=22.88×D645-4.67×D663
  Ca+b=8.04×D663+20.19×D645
  叶绿素含量(mg・g1・Fw1)=C×V×N×10001×M1
  式中:Ca、Cb、Ca+b为叶绿素a、叶绿素b、叶绿素总的浓度,mg/L;D663、D645为叶绿素提取液在663,645 nm波长下的光密度;C为Ca、Cb、Ca+b的值,V为提取液体积(mL),N为稀释倍数(l,2,3),M为样品鲜重(g)。
  1.2.4 超氧化物歧化酶(SOD)活性的测定
  采用氮蓝四唑(NBT)法[9]。计算公式:
  SOD总活性(U・g1・FW1)=(OD0-ODE)×Vt/0.5×OD0×W×VS)
  式中:SOD总活性以每克鲜重酶单位表示;OD0为照光对照管的吸光度;ODE为样品管的吸光度;Vt为样品液总体积(mL);VS为测定时样品液用量(mL);W为样品鲜重(g)。
  1.2.5 过氧化物酶(POD)活性的测定
  采用比色法[10]。计算公式:POD活性(U・g1・min1・FW1)=(△A470×VT)/(0.01×VS×W×t)
  式中:△A470为反应时间内吸光度△A470的变化;VT为提取酶液总体积(mL);W为样品鲜重(g);VS为测定时取用酶液体积(mL);t为反应时间。
  1.2.6 丙二醛(MDA)含量测定
  计算公式[8]:MDA含量(μmol・g1・FW1)=(OD532-OD600)×Vt×V/(1.55×101×WF×Vs)   式中:OD532为样品管在532 nm处的吸光度;OD600为样品管在600 nm处的吸光度;Vt为样品液总体积(mL);Vs为测定时样品液用量(mL);V为反应体系总量(mL);WF为样品鲜重(g)。
  1.2.7 可溶性蛋白含量的测定
  采用考马思亮蓝法[8]。计算公式:样品中蛋白质含量(mg・g1・FW1)=(C×VT)/(VS×WF×1 000)。式中:C为查得的蛋白质含量;VT为提取液总量(mL);VS为测定材料的重量(g);WF为测试时提取液用量(mL)。所有数据采用Excel 2003和SAS软件处理分析。
  1.2.8 综合评价
  采用隶属函数评估法。首先利用隶属函数给定各项指标在闭区间(0,1)内相应的数值,称为“单因素隶属度”,对各指标作出单项评估。然后对各单因素隶属度进行加权算术平均,计算综合隶属度,得出综合评估的指标值。其结果越接近0越差,越接近1越好。计算公式:综合指数为D=(∑di×P)/∑P。式中:D为综合指标指数(得分);di为各指标的单因素隶属度;P为指标标准值(权数)。
  2 结果与分析
  2.1 叶片保水力的测定
  叶片保水力是鉴定植物耐旱性的重要指标之一,是指叶片在离体条件下保持原有水分的能力,反应了植物细胞内自由水和束缚水的状况,保水能力越强说明其耐旱性越强[11]。叶片失水量占总含量的百分比随时间的延长均增加,但其增加的幅度不同,可以看出狗脊的变化幅度最大,凤丫蕨的其次,盾蕨最小。试验结果表明,三种植物的耐旱能力依次为盾蕨>凤丫蕨>狗脊(图1)。
  2.2 干旱胁迫对植物细胞膜透性的影响
  各种环境胁迫对植物的原生质膜都有破坏作用,相对电导率的大小可以表示植物细胞膜的透性,反映膜系统受逆境伤害的程度。当细胞膜受到损伤后,其透性增大,从而使溶液中的电解质增加,相对电导率上升[12]。
  随着干旱胁迫时间的延长,三种植物相对电导率与同期对照组相比,均呈上升趋势,特别是在干旱处理15天后相对电导率明显增大。凤丫蕨在干旱处理从第15~25天上升幅度最大;狗脊、盾蕨表现为缓慢上升。能在较长时间内保持相对电导率缓慢上升的植物具有较强的耐旱性,因此三种蕨类植物叶片细胞膜忍受干旱胁迫的能力为:狗脊>盾蕨>凤丫蕨,这个结果与干旱胁迫实验中植物萎蔫死亡的过程相吻合(表1)。
  2.3 干旱胁迫对植物叶绿素的影响
  干旱胁迫能引起蕨类植物叶片中叶绿素含量的变化。有些学者认为可以根据干旱胁迫下叶绿素a/b的变化量来确定植物的抗旱性[13]。随着干旱胁迫时间的延长,叶绿素的含量下降。凤丫蕨的叶绿素含量变化幅度最大,表明凤丫蕨在干旱胁迫下光合作用受到的影响最大。分析可知叶绿素a、叶绿素a+b,同一处理时间内不同植物间差异极显著(P�0.01);叶绿素b、a/b,不同植物间差异显著(P�0.05);不同处理时间内,同种植物的叶绿素a、叶绿素b、叶绿素a+b差异极显著(P�0.01),a/b差异不显著;不同植物在不同的处理时间内叶绿素a、叶绿素a+b差异显著(P�0.05),叶绿素b、a/b差异不显著(图2)。
  能在较长时间内维持SOD活性的蕨类植物,意味着有较强的耐旱能力。试验表明,随着干旱胁迫时间的延长,三种蕨类植物叶片中的SOD活性均有变化,总体趋势均为先升后降。凤丫蕨叶片中的SOD活性在前期迅速增长,在第15天达到最高值,然后就快速下降,说明凤丫蕨的SOD活性较低,耐旱性较差;狗脊、盾蕨叶片中的SOD活性随胁迫时间的延长快速上升,在第20天达到最大值,然后下降,在干旱胁迫后期狗脊SOD活性下降缓慢,说明耐旱性较强。方差分析可知同一处理时间内不同植物间差异显著(P�0.05),同种植物在不同处理时间差异极显著(P�0.01),不同的植物在不同处理时间间差异也是极显著(P�0.01)(图3)。
  2.4 干旱胁迫对超氧化物歧化酶(SOD)的影响
  2.5 干旱胁迫对植物体内过氧化物酶(POD)的影响
  在植物遭受干旱逆境时,POD含量会上升[14]。在干旱胁迫的过程中,三种植物叶片中的过氧化物酶(POD)均呈现先上升后下降的趋势,凤丫蕨叶片中过氧化物酶(POD)在干旱处理的第15天达到最高值,然后下降,说明凤丫蕨过氧化物酶(POD)活性较弱;盾蕨、狗脊叶片中过氧化物酶(POD)活性上升的速度和幅度较接近,在第20天达到最大值,之后下降,其活性较强。可以看出同一处理时间内不同植物间差异不显著,同种植物在不同处理时间差异极显著(P�0.01),不同植物在不同处理时间差异也是极显著(P�0.01)(图4)。
  2.6 干旱胁迫对丙二醛(MDA)含量的影响
  MDA含量可以反映植物遭受逆境伤害的程度[15]。在干旱胁迫过程中,叶片MDA含量缓慢增加的时间持续越长,其耐旱性能越强。三种蕨类叶片的MDA含量随着干旱处理时间的延长均呈先升后降的趋势。凤丫蕨叶片的MDA含量上升的最快,在第15天时达到最大值,随后开始下降,说明凤丫蕨的耐旱能力最弱;狗脊、盾蕨叶片的MDA含量上升幅度较平缓,在第20天时达到最大值,然后下降。结果表明同一处理时间内不同植物间差异显著(P�0.05),同种植物在不同处理时间间差异极显著(P�0.01),不同植物在不同的处理时间的差异极显著(P�0.01)(图5)。
  2.7 干旱胁迫对可溶性蛋白的影响
  三种植物体内的可溶性蛋白随着干旱时间的延长先增后减,均在第15天达到最大值。方差分析表明同一处理时间内不同植物间差异极显著(P�0.01),同种植物在不同时间梯度间均差异极显著(P�0.01),不同植物在不同的处理时间的差异极显著(P�0.01)(图6)。
  2.8 三种植物耐旱性综合评价   用上述某一种指标来评价植物的耐旱能力强弱虽然有一定的相关性,但不能反映整体的生理生态机制。植物的耐旱性是由多种因素相互作用构成的一个较为复杂的综合性状。采用模糊数学中的隶属函数法对三种试验材料的上述指标进行综合评价,进行种间比较,可评定其耐旱性强弱[16]。通过隶属函数法综合分析,三种蕨类植物的耐旱性强弱依次为:狗脊>盾蕨>凤丫蕨。
  3 结论与讨论
  实验表明,在干旱胁迫下,盾蕨的叶片保水力最强,狗脊最弱;凤丫蕨的细胞膜损伤程度最大,狗脊最小;SOD活性、POD活性、MDA含量、可溶性蛋白含量均呈先升后降的趋势。凤丫蕨的SOD活性、POD活性较低,耐旱能力较差。因此,用单一的指标很难全面而准确的测定不同植物的耐旱性强弱,应对多种植物生理指标进行综合评价。隶属函数法综合评价结果表明:三种蕨类植物中凤丫蕨耐旱性最差;盾蕨耐旱性较好;狗脊耐旱性最强,可以尝试在园林绿地中推广应用(用作地被植物、盆景和切花材料等等)。
  参 考 文 献
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  (责任编辑:郑京津)

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