水分胁迫对野百合幼苗生理特性的影响

胡小京，刘玉彩，裴 芸，肇 瑾

(贵州大学 农学院，贵州 贵阳 550025)

野百合(Liliumbrownii)系百合科百合属草本鳞茎植物，具有较高的观赏、药用和食用价值。贵州野百合种质资源丰富，但随着市场需求量的日益增加，栽培产品严重不足，难以满足企业生产需求。因此，迫切需要解决制约百合栽培技术上的难题。百合属植物对栽培管理和环境条件要求甚严，其地下鳞茎在渍涝条件下容易腐烂，造成植株死亡；而水分过少，又会导致其生长发育不良。因此，水分是影响野百合正常生长发育的关键因素之一。水分管理对野百合小球培育阶段尤为重要。迄今，国内外研究集中在种质资源的调查与引种驯化[1]、栽培方式及基质的选择[2]、无土栽培技术[3]、植物生长调节剂在鳞茎扦插繁殖中的应用[4]、耐盐和耐热机制[5-6]、组培技术[7-8]、转基因[9]、基因克隆[10]及遗传多样性等方面。但对野百合水分胁迫方面的研究鲜见报道。鉴于此，以野百合幼苗为材料，通过人工盆栽控水试验，研究不同程度水分胁迫对野百合幼苗的生理生化特性的影响，以期为野百合幼苗水分管理提供一定的理论依据。

1 材料和方法

1.1 材料

供试材料为贵州遵义务川产的野百合籽球。供试土壤基质选用腐叶土、珍珠岩、蛭石按2︰1︰1体积比混合，并用50%的多菌灵粉剂对其进行消毒，种前基质施入尿素作为底肥。

1.2 方法

盆栽基质装盆浇水沉实后于3月初播种，选择健康、大小均匀的野百合籽球播入塑料盆钵(高16 cm、内径16 cm)中，每盆4粒籽球，播种后置于透光、防雨、透风的大棚中，定期浇水以助植株能正常生长。待野百合植株高达15 cm左右时，选择长势一致的植株开始控水。试验设4个土壤相对含水量处理，即T1：30%～35%(重度干旱胁迫)，T2：40%～45%(中度干旱胁迫)，T3：50%～55%(轻度干旱胁迫)，T4：70%～75%(对照)。每个处理重复10盆。开始控水时称盆质量(W1)和土壤质量(W2)，并用烘干法测定装土时的土壤田间持水量和土壤含水量(Cs)，计算盆中土壤干质量(W3)[W3=W2/(1+Cs)]和第1次灌水前土壤相对含水量(RWC)(RWC=Cs/土壤田间持水量)。每天各处理以设计的土壤相对含水量进行灌水，并通过公式：盆中土壤质量(W4)=W3×(1+RWC×田间持水量)，计算每个处理对应的土壤质量[11]。按此方法，每天17：00称量盆质量，同时补充当天损失的水分，保持各处理设定的相对含水量。连续控水30 d后测定相关生理生化指标。

1.3 测定指标及方法

叶表面气孔密度：采取指甲油涂抹撕取法[12]制作气孔装片，统计同一显微镜视野中(10×10倍和10×40倍)气孔数量,计算气孔密度；叶片相对含水量(RWC)与水分饱和亏缺(WSD)采用电子天平称质量法测定[13]；叶绿素(Chl)含量采用丙酮乙醇混合液法测定，游离脯氨酸(Pro)含量采用酸性茚三酮法测定，可溶性糖(SS)含量采用蒽酮比色法测定，过氧化物酶(POD)活性采用愈伤木酚氧化法测定，丙二醛(MDA)含量采用硫代巴比妥酸显色法测定，可溶性蛋白(SP)含量采用考马斯亮蓝G-250染色法测定，细胞膜透性采用电导法测定，超氧化物歧化酶(SOD)活性采用氮蓝四唑(NBT)光还原法测定[14]。

1.4 评价方法

采用隶属函数法对植物进行较为综合、全面的抗旱性评价。隶属函数值计算公式：U(Xi)=(Xi-Xmin)/(Xmax-Xmin)。如果某一指标与评判结果为负相关，则用反隶属函数进行定量转换，其计算公式为：U(Xi)=1-[(Xi-Xmin)/(Xmax-Xmin)]。式中：U(Xi)为隶属函数值，Xi为指标测定值，Xmax和Xmin为某一指标的最大值和最小值[15]。

2 结果与分析

2.1 水分胁迫对野百合形态特征的影响

试验发现，经30 d水分胁迫处理后，各处理的野百合籽球期植株的外部形态有明显不同。T4处理10 d后，有小部分植株的叶变黄；20 d后部分叶片完全枯萎。T1处理15 d后有少部分植株叶片变黄，26 d后1/5叶片变黄。处理28 d后，T1和T4处理的植株有部分出现萎蔫，部分叶变黄。而T2、T3处理在整个控水的过程中都生长良好，未出现叶片变黄或萎蔫的现象。由此说明土壤含水量过高或过低都不适合野百合生长。

2.2 水分胁迫对野百合气孔密度的影响

由图1可知，在10×10倍和10×40倍显微镜视野中，T3处理的野百合叶片气孔密度多于其他处理。

图1 水分胁迫对野百合叶片气孔密度的影响Fig.1 Effects of water stress on stomatal density in leaves of Lilium brownii

其中，在10×10倍显微镜视野下，T3处理较T1、T2、T4处理分别增加30.95%、1.61%、41.94%；而在10×40倍显微镜视野下则相应增加53.85%、11.11%、73.91%。且在10×10倍和10×40倍的显微镜视野中，T3与T1、T4处理差异显著(P<0.05)。说明土壤含水量会影响野百合叶片气孔密度，比较4个处理，野百合更适合在土壤相对含水量为50%～55%的土壤中生长。

2.3 水分胁迫对野百合RWC、WSD的影响

从图2可知，T2、T3、T4处理的RWC分别显著高于T1处理93.66%、97.55%、98.98%，但T2、T3、T4处理之间差异不显著，说明土壤含水量太低(土壤相对含水量30%～35%)不利于野百合的生长。就WSD而言，相对于T1处理，其余处理下野百合WSD基本维持在一个相对稳定的水平，说明T1处理不适合野百合的正常生长。

图2 水分胁迫对野百合叶片RWC、WSD的影响Fig.2 Effects of water stress on RWC and WSD in leaves of Lilium brownii

2.4 水分胁迫对野百合Chl含量的影响

从图3可知，水分胁迫30 d后，T2处理的Chl含量最高，为487.68 μmol/g，分别较T1、T3、T4处理高92.15%、13.14%、59.96%，且各处理间差异显著(P<0.05)。由此表明，土壤水分充盈和过少都会导致野百合Chl含量下降，而轻度的干旱处理会使野百合Chl含量上升。在4个处理中，T2和T3处理较适于其生长，说明适合野百合籽球期植株生长的土壤相对含水量为40%～55%。

2.5 水分胁迫对野百合游离Pro含量的影响

从图4可知，T3处理的Pro含量最低，为404.5 μg/g，T1、T2、T4处理的Pro含量分别高出T3处理173.59%、61.10%、164.71%，且差异显著(P<0.05)。说明当土壤含水量过高或过低时，野百合叶片内作为渗透调节物质的Pro含量都会大量积累，以此来维持野百合的水分平衡。由此表明，过干或水分充盈的环境都不适于野百合的正常生长，以土壤相对含水量50%～55%最好。

图3 水分胁迫对野百合叶片Chl含量的影响Fig.3 Effects of water stress on Chl content

图4 水分胁迫对野百合叶片Pro含量的影响Fig.4 Effects of water stress on Pro content in leaves

2.6 水分胁迫对野百合SS、SP含量的影响

由图5可知，T1处理叶片中SS含量最高，为0.036 mmol/g，比T2、T3、T4处理显著提高71.43%、111.76%、80.00%(P<0.05)，由此说明，在胁迫条件下作为渗透调节物质的SS需要增加含量以维持细胞渗透压。而SP含量则是以T3最高，为23.77 mg/g，较T1、T2、T4处理高62.03%、26.23%、40.65%，T3与T1处理间差异显著(P<0.05)。说明土壤过干或水滞条件下均可降低野百合SP含量，以此来调节野百合水分的平衡。两指标均表明以50%～55%土壤相对含水量最适于野百合生长。

2.7 水分胁迫对野百合保护酶活性的影响

由图6可以看出，经30 d水分胁迫处理后，POD和SOD活性从大到小依次是T3>T2>T1>T4。

图5 水分胁迫对野百合叶片SS、SP含量的影响Fig.5 Effects of water stress on SS and SP contents in leaves of Lilium brownii

图6 水分胁迫对野百合叶片POD、SOD活性的影响Fig.6 Effects of water stress on POD and SOD activities in leaves of Lilium brownii

就POD活性而言，T3处理分别较T1、T2、T4处理显著提高226.58%、111.91%和426.02%，而SOD活性则是T3处理比其他三者显著提高2.58%、1.67%、4.57%(P<0.05)，说明土壤含水量过低或充盈都会影响野百合保护酶活性。在一定的水分胁迫之内，植物通过调节酶活性来增加对水分胁迫的适应能力，以T3处理的POD和SOD活性最高，即土壤含水量50%～55%条件对野百合的调节能力最强。

2.8 水分胁迫对野百合细胞膜透性的影响

细胞质膜透性用相对电导率表示。从图7可以看出，经30 d水分胁迫处理后，相对电导率依次为T3

2.9 水分胁迫对野百合MDA含量的影响

如图8所示，MDA含量与干旱胁迫程度呈正相关关系。经30 d水分胁迫处理后，T1处理的 MDA含量最高，达0.093 μmol/g；而T3处理的MDA含量较低，为0.049 μmol/g；其余2个处理的MDA含量与T3处理接近。T1处理的MDA含量比T3处理高86.00%，且两者间差异显著(P<0.05)，而T2、T4与T3处理之间差异不显著。说明重度干旱会对野百合细胞膜造成一定的损伤，从而导致MDA含量上升。由此证明，野百合幼苗在土壤相对含水量50%～55%中生长较好。

2.10 野百合不同处理综合评价

由表1可知，在不同程度的水分胁迫中，T3处理的隶属函数值平均值最大，另外3个处理和T3处理差距较大，说明T3处理的各个指标变化最有利于籽球期野百合的正常生长，最适的土壤相对含水量为50%～55%。

表1 野百合不同处理综合评价Tab.1 Comprehensive evaluation of different treatments of Lilium brownii

3 结论与讨论

本试验结果表明，土壤相对含水量过多或过少都对野百合的生长有不良影响。就本试验而言，在土壤相对含水量为50%～55%时最适合野百合幼苗的生长。水分是植物生长过程中不可缺少的重要因子。水分胁迫下，野百合幼苗的生长会受到不同程度的影响，其生理生化代谢发生改变。孔兰静等[16]在对弯叶画眉草和知风草的研究后得出，在干旱缺水和水涝条件下植株都会表现出叶片萎蔫、失绿、卷曲、黄化等现象。而本试验中野百合籽球期植株在水分重度胁迫和充盈条件下其形态表现与之结果相似。BATES等[17]、WROBEL等[18]指出，在水分胁迫下，植物为了适应环境会关闭气孔，使得叶片萎蔫[19]。本研究结果与付秋实等[12]的结果一致，即在重度水分胁迫下，植物的气孔密度有减少现象。沈艳等[20]对紫花苜蓿的研究表明，干旱胁迫下各品种紫花苜蓿叶绿素含量随着土壤含水量下降而下降；而蒋理等[21]通过研究佛甲草、葱兰等5种地被植物的抗旱生理生化指标得出，不同的植物随着胁迫程度的增加叶绿素含量有上升也有下降，本试验结果与前人相似。贾琼[22]对水分胁迫下马铃薯的研究表明，随着水分胁迫程度的加剧，植物相对含水量呈逐渐降低的趋势，这与本试验的研究结论一致。而水分饱和亏缺在本试验中变化不明显，与任迎虹等[23]关于不同桑品种在干旱胁迫下叶绿素含量、水分饱和亏缺及丙二醛含量的变化规律研究中得出的结论一致。本试验还得出，当野百合幼苗在不适合的水分条件下生长其细胞膜透性会增大，与蒋理等[21]研究水分胁迫对沙棘细胞膜透性及丙二醛含量的影响后得出的随着水分胁迫程度增大，其细胞膜透性也增大的结论相似。杨建玉等[24]和李妮亚等[25]指出，植物在逆境胁迫下其体内正常的蛋白质合成会受到抑制，这与本试验结果相似。可溶性糖是渗透调节物质，李燕[26]和钟杨等[27]指出射干、德国鸢尾、蓝蝴蝶、辣椒等植物的可溶性糖含量随着胁迫程度加大而增加，本试验结果进一步论证了前人的结论。在水分亏缺时游离脯氨酸大量积累上升的情况在很多文献中都得到了证实[21,23]，本试验结果亦是如此。SOD和POD作为植物体内消除自由基的防护酶系中的重要成员，王霞等[28]、范苏鲁等[29]、马剑等[30]均指出，随着土壤相对含水量的降低，植物体内的SOD、POD活性先升高后降低，本试验结果与之相似。丙二醛是膜脂过氧化的主要产物，会导致细胞膜功能紊乱。马剑等[30]、王雪娟等[31]分别对八宝景天和佛甲草研究后指出，丙二醛含量随着水分胁迫程度的增加而升高，本研究结果与之一致。