陈 欣,沈永宝
(1.江苏省森林资源监测中心,江苏 南京 210036,2.南京林业大学,江苏 南京 210037)
彩叶树木因为观赏效果好、色彩丰富、色量大,而广泛被应用于美化城市环境,或者建设现代园林,装饰现代家庭[1]。水是植物赖以生存的关键因子之一,干旱胁迫所导致作物和林木的减产,可能比其他环境因子胁迫而导致的减产总和要多[2-3]。缺水不仅会影响植物的生长量和观赏性状,甚至会造成植物的死亡。为了适应生存环境,植物在演化过程中形成了一系列对干旱胁迫的抵抗能力。本文对花叶络石(Trachelospermum jasminoides‘Variegatum’)、金叶六道木(Abelia grandiflora‘Canyon Creek’)、火焰南天竹(Nandinadomestica‘Fire power’)这3 种彩叶植物的耐旱性进行了研究,为这3种植物的园林应用、造景及其开发提供参考。
花叶络石是近年从日本引进的优良彩叶植物。它属于夹竹桃科络石属常绿木质藤本,观赏期长,是攀援、垂直等立体绿化的好材料。
金叶六道木是忍冬科六道木属多年生常绿灌木。适应性广,发枝力强,耐修剪。适宜丛植、片植或做花篱等。
火焰南天竹是由国外育成的南天竹园艺新品种,属小檗科南天竹属常绿灌木,可以做地被和色块植物,冬天露地花比较少,色彩艳丽的耐寒树种更少,由于其独特的观赏性,深受青睐。
选用以上3种植物(苗龄3 a左右,生长良好)的新鲜健康叶片,进行生理测定。
试验地点在南京林业大学林木种苗培育玻璃温室,试验期间控制温室温度在25℃左右,空气湿度50%左右。试验前1个月(7月15日),将试验苗移植到直径20cm、深20cm的塑料花盆中,栽培基质采用等体积比的混合蛭石、草炭土,正常管理。8月15日,经过1个月的缓苗生长,选取生长正常、生长量基本一致的幼苗进行试验。每个品种选取5盆进行控水处理,使其处于干旱状态,另选5盆正常浇水管理,作为对照。每6d取样1次,试验持续30d,观察各品种苗木的生长状况,并测定相关数据。取样时,取成熟叶片,用蒸馏水洗净擦干,叶片去除大叶脉,剪碎混匀,称重分装,并在超低温冰箱贮存,备用,每个指标测定重复3次。干旱处理试验结束后进行正常灌水管理,观察干旱胁迫后各品种的恢复情况。
取样时间依次为8月15日、8月21日、8月27日、9月2日、9月8日和9月14日。并观察记录植物的形态特征变化。
1.2.1 根际土壤含水量测定 由花盆的上、中、下部分别选取部分基质,混匀后测定基质含水量。首先在室内将铝盒内装有土样并称重,得出铝盒加湿土的质量W湿;其次打开铝盒盖后放入烘箱中,在105℃下烘至约12 h的恒重;最后从烘箱中取出铝盒,盖好盒盖称量,即得铝盒加烘干土的重量W干。
根际土壤含水量(%)=(W湿-W干)/(W干-W)×100%
式中W湿为湿土+铝盒重,W干为干土+铝盒重,W为—铝盒重
1.2.2 叶片相对含水量测定 取新鲜植物叶片0.5 g左右擦净叶片表面灰尘后称重,后置于水中浸泡4~5 h;取出叶片,吸干表面水分称重;后烘干至恒重,称量干质量。以上过程皆使用万分之一精度天平。
相对含水量(%)=(鲜质量-干质量)/(水后饱和重-干质量)×100%。重复3次,取其平均值代表叶片相对含水量。
1.2.3 SOD活性测定 准确称取去叶脉叶片0.5 g,加1mL 0.05mol/L磷酸缓冲液(pH 7.8)研磨,再加4mL磷酸缓冲液冲洗研钵,转入离心管中,低温(0~4℃)离心20min,上清液即为 SOD,POD,MDA粗提取液,冷藏保存。
用氮蓝四唑(NBT)法测定SOD活性。取试管各加入酶液0.5mL,对照的2支试管各加入缓冲液0.5mL,其中1支试管置于黑暗中,其余在4 000 lx光照恒温培养箱(25℃)照光20min,测定在560 nm处的吸光值,按以下公式计算SOD活性。
SOD活性(U/gFW.h)=[(ACK-AE)×V]/(1/2×ACK×W×Vt)
式中ACK为照光对照管的吸光度值;AE为样品管的吸光度;V为样品液总体量(mL);Vt为测定时样品量(mL);W为样品鲜重质量(g)。
1.2.4 POD活性测定 POD活性的测定:采用愈创木酚法,用分光光度计在470 nm下测定1min后反应体系OD470值,以每分钟内OD470变化1.0个单位为1个酶活性单位。
1.2.5mDA活性测定 吸取提取液2mL,加入0.5%硫代巴比妥酸(TBA)2mL,振荡混合,保鲜膜封口,沸水浴中加热反应15min(从试管内溶液中出现小气泡时开始计时),立即取出并放入冷水中冷却。然后以4 000 r/min离心15min,取上清液,以空白为对照,分别在532 nm和600 nm及450 nm波长下测定光密度值。
MDA 含量(μmol/L.FW)=[6.45(OD532-OD600)-0.56 OD450]×V ×Vt/Vs/W
其中 OD532,OD600,OD450分别为相应波长下的光密度值,V为样品提取液和TBA溶液总反应液体积(mL),Vt为样品提取液总量(mL),Vs为测试时所用提取液量(mL),W为测定材料鲜质量(g)。
植物生长需要水分,才能保证植物的正常生长,当植物缺少水分受到干旱胁迫的时候,植物的叶片、花朵等外在表现都会产生一些异于寻常的表现。3种彩叶植物受到干旱胁迫时的表现见表1。
表1 3种彩叶植物受到干旱胁迫时的形态变化
由表1可以看出,火焰南天竹在干旱胁迫第12d的时候开始出现受害症状,先是老叶出现症状,微卷,然后才是新叶开始出现受胁迫的反应,新叶片的数量开始减少,1个月后开始有病虫害;金叶六道木在第6d的时候有少许萎蔫,12d后对花的影响开始显现,老花凋谢,新的花芽数量减少,香气也受到影响,受胁迫1个月的时候,外观影响已经较大,观赏性降低;花叶络石在受胁迫第6d的时候即有受灾迹象,第18d的时候反应较明显,24d的时候观赏效果降低。
植物受到干旱胁迫,植物体内发生变化,从而体现为外观上的改变。火焰南天竹干旱12d后,外观上开始有变化,胁迫到18d时开始影响到植株的观赏性,说明干旱胁迫已经较严重,胁迫到30d的时候,有病虫害出现,影响到植株的正常生长,胁迫很严重;金叶六道木在受胁迫24d的时候反应比较明显,观赏性降低,到第30d的时候受害较严重,严重影响植物的观赏价值,也影响植物的成活;花叶络石受害症状出现较早,但症状不严重,后几天,才呈现出明显受害症状。
在初始阶段,即未经干旱处理的时候,土壤含水量是一致的,在经过一段时间的处理后开始显现差异。3种植物的土壤含水量都呈现下降趋势,下降幅度也相差不大,第30d的时候都下降到1个比较小的值,土壤干燥,能够提供给植物的水分极其有限(见图1)。
图1 3种植物土壤含水量的比较
3种植物对照组的含水量保持在相对稳定的水平,几乎没有什么波动,而经过处理的植株其根际土壤含水量持续下降,且下降幅度相当,这显示3种植物在受干旱胁迫强度基本一致的条件下,生理指标变化与各机理协调应答,保证了干旱条件下各植物间的同一性。土壤含水量在没有外源水分补给的情况下,一直处于失水状态,土壤含水量持续下降,给植物的生长带来了一定的不良影响。
叶片的相对含水量表示植物体内水分含量变化。在受到干旱胁迫时,植物叶片的相对含水量出现不同层次的变化。未经干旱胁迫处理的火焰南天竹叶片相对含水量变化不稳定,与浇水时间有关;而经处理的植株叶片相对含水量在初期时候含水量变化不大,后期呈迅速下降趋势,表明火焰南天竹的叶片相对含水量在不断下降(见图2)。金叶六道木对照组叶片相对含水量变化不稳定,略有上升,而经过干旱胁迫处理的植株叶片相对含水量呈现下降趋势,在处理第30d的时候叶片相对含水量达到最小值(见图3)。
图2 火焰南天竹的叶片相对含水量
图3 金叶六道木叶片相对含水量
花叶络石叶片相对含水量呈现逐渐下降的趋势,初期下降缓慢,后期迅速下降,在干旱胁迫30d的时候,叶片相对含水量极其低,叶片干燥失水(见图4)。
图4 花叶络石叶片相对含水量
植物体内生理生化代谢的活跃程度可用叶片含水量的大小表达。在干旱条件下,叶片含水量高的植物对干旱适应能力强、其生理功能代谢旺盛。在干旱胁迫下,植物叶片含水量一般都会随着胁迫程度的增加呈现下降的趋势[4]。试验表明,在干旱胁迫下,3种植物的叶片含水量随胁迫程度的增加总体呈下降趋势,初期下降慢,后期下降快。
SOD的主要功能是清除·O2-,它是防护氧自由基对细胞膜系统伤害的一种很重要的保护酶。通常在干旱胁迫影响下,植物体SOD的活性与植物抗氧化胁迫性能呈正比[5]。大多数研究指明,植物耐旱性的一个重要标志是SOD活性的强弱[6]。
火焰南天竹在受到干旱胁迫时,SOD值开始增大,并一直处于上升的趋势,到胁迫第30d的时候,SOD值显著大于未经处理的植株(见图5)。
图5 干旱胁迫后火焰南天竹对叶片SOD含量的影响
金叶六道木在受到干旱胁迫时,叶片的SOD值先下降后上升,但是都大于未经处理的植株(见图6)。
图6 干旱胁迫对金叶六道木叶片SOD含量的影响
花叶络石受到干旱胁迫后,植株的SOD值变化不是很大,呈“M”形,与对照处理的花叶络石的SOD值变化趋势一致,且都高于对照(见图7)。
图7 干旱胁迫对花叶络石叶片SOD含量的影响
从图5~7来看,SOD值都有不同程度上升,其中火焰南天竹受到干旱胁迫后,SOD值上升最快,说明火腿南天竹适应干旱环境的能力最强,而金叶六道木和花叶络石的SOD值变化幅度都不大,并没有完全适应逆境胁迫。
POD也是膜质过氧化防御系统中保护酶之一,其主要功能是清除植物体内过量积累的H2O2。
火焰南天竹干旱胁迫下叶片POD含量的变化呈上升趋势,也随着干旱胁迫的加剧而逐渐明显(见图8)。
图8 干旱胁迫对火焰南天竹叶片POD含量的影响
金叶六道木干旱胁迫下叶片POD含量的变化呈上升趋势,在开始阶段上升迅速,后期逐渐减缓,变化趋势十分明显(见图9)。
图9 干旱胁迫对金叶六道木叶POD片含量的影响
花叶络石受到干旱胁迫后,叶片的POD含量也发生了剧烈的变化,明显高于未经处理的对照组,且一直处于增长趋势,在干旱末期达到最大值(见图10)。
图10 干旱胁迫对花叶络石叶片POD含量的影响
从图8~10来看,火焰南天竹、金叶六道木、花叶络石这3种彩叶植物受到持续干旱胁迫之后,叶片POD的含量都处于不同程度的上升趋势之中,以火焰南天竹和金叶六道木的上升趋势较为迅速,花叶络石的上升趋势稍平缓,说明火焰南天竹和金叶六道木受到胁迫时产生POD的能力较强,能迅速适应不利环境,抵御不良环境产生的损失及致死效应,使植物免遭过重胁迫,适应能力较强。
火焰南天竹受到干旱胁迫后,MDA含量也发生了变化(见图11)。未经干旱处理的南天竹的MDA含量维持在一个较平稳的水平,而受到干旱胁迫的南天竹MDA含量明显比CK高,且呈上升趋势,在干旱胁迫30d的时候达到最大值。
图11 干旱胁迫对火焰南天竹叶片MDA含量的影响
金叶六道木受到干旱胁迫后,MDA含量呈现先下降后上升的趋势(见图12)。第18d的时候,和未经处理的金叶六道木的MDA含量几乎一致。
图12 干旱胁迫对金叶六道木叶片MDA含量的影响
花叶络石受到干旱胁迫后,叶片MDA含量也出现了一些变化(见图13)。
图13 花叶络石受干旱胁迫后MDA含量的变化
从图11~13来看,3种彩叶植物受到干旱胁迫后,MDA含量均有不同程度上升。分析原因认为(1)各植物叶片干旱胁迫下,抗氧化物质含量和保护酶活性的上升,活性氧清除能力没有同步上升;(2)H2O2干旱胁迫下过量生成远超防御系统的清除能力,而不及清除的H2O2累积起来,引发膜脂过氧化加剧,致使膜系统的受损。
3 结论
(1)火焰南天竹、金叶六道木、花叶络石均能不同程度忍受一定的干旱胁迫,在1个月不浇水的情况下,3种植物都可以成活,但观赏性受到影响,价值降低。
(2)在持续干旱胁迫下,这3种彩叶植物的外观均有一定程度改变,连续1个月干旱:火焰南天竹少数老叶出现虫斑,卷曲严重,新叶数量减少;金叶六道木无新叶,下部老叶大量枯死、凋落,上部叶片也出现黄斑,花蕾凋落;花叶络石受害症状较早,胁迫严重。
(3)这3种彩叶植物,持续干旱对火焰南天竹影响最大,火焰南天竹抵抗干旱的能力最强,其产生保护酶的能力强于另外2种植物,抵抗逆境的能力较强,能尽快适应逆境环境,金叶六道木抵抗干旱的能力次之,花叶络石最差。
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