兩個華北駝絨藜生態(tài)型對水分脅迫的響應

武森陽，齊天驕，張力君

(內(nèi)蒙農(nóng)業(yè)大學農(nóng)學院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010019)

?

兩個華北駝絨藜生態(tài)型對水分脅迫的響應

武森陽，齊天驕，張力君*

(內(nèi)蒙農(nóng)業(yè)大學農(nóng)學院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010019)

采用土培桶栽控水方法，研究了烏蘭察布生態(tài)型華北駝絨藜(Ceratoides arborescens Ecotype Wu)和科爾沁生態(tài)型華北駝絨藜(C. arborescens Ecotype Kerqin)對水分脅迫的生長生理響應，測定了葉片含水量、丙二醛含量、脯氨酸含量、過氧化物酶活性、超氧化物歧化酶活性對水分脅迫的響應。結果表明，兩個生態(tài)型華北駝絨藜在水分脅迫中后期表現(xiàn)出顯著差異，科爾沁生態(tài)型華北駝絨藜對水分脅迫具有更強的適應能力。

華北駝絨藜；生態(tài)型；抗旱性；生理生態(tài)

華北駝絨藜(Ceratoidesarborescens)為我國特產(chǎn)植物〔1〕，主要分布于西部廣闊地區(qū)，有多種生態(tài)型，是干旱、半干旱地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)中的重要成分，具有重要生態(tài)價值和飼用價值。對駝絨藜屬植物的已有研究多見于生長發(fā)育、形態(tài)解剖、種子貯藏、飼用價值及栽培技術等領域，而對華北駝絨藜不同生態(tài)類型的抗旱能力及生理特性則知之甚少，這種狀況不利于對華北駝絨藜在生態(tài)建設和生產(chǎn)實踐中因地制宜的有效利用。

因而本實驗擬對廣泛分布的華北駝絨藜的兩個生態(tài)型，即烏蘭察布生態(tài)型(Ecotype Wu)〔2〕華北駝絨藜(以下或簡稱烏蘭察布生態(tài)型)和科爾沁生態(tài)型(Ecotype Kerqin)〔2，3〕華北駝絨藜(以下或簡稱科爾沁生態(tài)型)進行抗旱生理特性的比較研究，探討兩個生態(tài)型華北駝絨藜對水分脅迫生長、生理的響應及其差異，期望對生產(chǎn)實踐有所裨益。

1 材料與方法

試驗在內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(呼和浩特)牧草生理生態(tài)研究室中進行。供試植物為烏蘭察布生態(tài)型華北駝絨藜和科爾沁生態(tài)型華北駝絨藜。

采用土培桶栽控水的設計方法。桶上口直徑30cm，高34cm，每桶盛裝沙壤土40kg作為培養(yǎng)基質(zhì)。

在塑料大棚中培育植株，2014年4月播種，7月1日開始水分脅迫處理。水分脅迫開始后，對照處理每3天澆水1次，其余處理不再澆水至第20天，于第0d、3d、6d、9d、12d、15d取樣測定各項生理指標，于第0d、5d、10d、15d、20d取樣測定株高、葉面積和冠幅。

丙二醛(MDA)含量測定采用硫代巴比妥酸法；脯氨酸含量(Pro)測定采用磺基水楊酸法；超氧化物歧化酶(SOD)活性測定采用藍四氮唑法；過氧化物酶(POD)活性測定采用愈創(chuàng)木酚法。

為了消除因各桶土壤水分含量不同而造成的水分脅迫程度差異的影響，各生理指標測值均以與土壤含水量的相對值表示，無量綱。

2 結果與分析

2.1 水分脅迫對華北駝絨藜兩個生態(tài)型葉片含水量的影響

從圖1可以看出，科爾沁生態(tài)型葉片含水量始終高于烏蘭察布生態(tài)型，但未受水分脅迫(0d)或水分脅迫初期(6d以下)，二生態(tài)型葉片含水量差異較小，水分脅迫中后期(9d-12d)，二者之間差異顯著拉開，以至達到極顯著水平。

圖1 水分脅迫對兩個生態(tài)型葉片含水量的影響

圖2 水分脅迫對兩個生態(tài)型POD活性的影響

2.2 水分脅迫對華北駝絨藜兩個生態(tài)型POD活性的影響

過氧化物酶活性的增強對水分脅迫的響應較為敏感(圖2)，即使在9d以下中弱的水分脅迫下，二生態(tài)型華北駝絨藜體內(nèi)SOD活性也有同等明顯增強，水分脅迫更為嚴重時，科爾沁生態(tài)型體內(nèi)POD活性的增強顯著高于烏蘭察布生態(tài)型。

2.3 水分脅迫對華北駝絨藜兩個生態(tài)型SOD活性的影響

二生態(tài)型華北駝絨藜體內(nèi)超氧化物歧化酶活性對水分脅迫的響應較為特殊，前期表現(xiàn)為較為敏感的同步增加，中后期則呈現(xiàn)出顯著分化(圖3)，在水分脅迫6d以后，科爾沁生態(tài)型SOD活性以減小的速率繼續(xù)增強，而烏蘭察布生態(tài)型SOD活性則走向降低，9-12d二生態(tài)型體內(nèi)SOD活性表現(xiàn)出顯著差異(圖3)。

圖3 水分脅迫對兩個生態(tài)型SOD活性的影響

圖4 水分脅迫對兩個生態(tài)型PRO含量的影響

2.4 水分脅迫對華北駝絨藜兩個生態(tài)型PRO含量的影響

從圖4中可以看出，二生態(tài)型華北駝絨藜體內(nèi)脯氨酸含量對水分脅迫的響應呈現(xiàn)一路上行曲線，即隨著水分脅迫的加強，二者漸行漸遠，并在第9d開始表現(xiàn)出顯著差異，最終科爾沁生態(tài)型Pro相對含量增加約5倍，烏蘭察布生態(tài)型增加約3倍。

2.5 水分脅迫對華北駝絨藜兩個生態(tài)型MDA含量的影響

從圖5可以看出，隨著水分脅迫的加強，兩種生態(tài)型駝絨藜MDA變化趨勢與脯氨酸含量曲線形態(tài)十分相近，初期增速一致，3d以后逐漸拉開距離，烏蘭察布生態(tài)型增速大于科爾沁生態(tài)型，15d均達極值。方差分析表明，二生態(tài)型MDA在9d以前差異不顯著，12d以后差異達顯著水平。

圖5 水分脅迫對兩個生態(tài)型MDA含量的影響

3 討論

植物對水分脅迫的響應可以表現(xiàn)在各個方面，借此我們也可以了解植物的適應方式和綜合適應能力。

隨著水分脅迫導致土壤含水量的下降，葉片含水量也會相應降低，這是普遍現(xiàn)象，但從圖1可以看出，葉片水分散失的速率顯然小于土壤水分散失的速率，使得葉片含水量/土壤含水量表現(xiàn)為上升。該現(xiàn)象表明，植物可以通過葉片組織減小水分散失的方式抵抗水分脅迫。從這個意義上而言，與烏蘭察布生態(tài)型華北駝絨藜相比，科爾沁生態(tài)型華北駝絨藜葉片在水分脅迫下能夠更為有效的阻止水分的散失，因而后者具有對水分脅迫更強的適應能力。通過葉片含水量/土壤含水量來討論植物對水分脅迫的適應，似乎尚未見諸報道。

水分脅迫可以激活SOD、POD等保護酶，借以清除植物體內(nèi)產(chǎn)生的氧自由基O2-、OH和H2O2等，抑制膜脂氧化，減少膜系統(tǒng)傷害〔4〕。SOD、POD的激活程度表達了植物對水分脅迫的適應能力。本試驗表明，水分脅迫導致科爾沁生態(tài)型華北駝絨藜POD和SOD相對活性增強約2.5-3倍，遠高于烏蘭察布生態(tài)型華北駝絨藜的1.5-2倍，因而前者植物組織對水分脅迫的忍耐力更強些。

水分脅迫導致組織脯氨酸含量升高，發(fā)揮滲透調(diào)節(jié)作用〔5-6〕。本試驗表明，脯氨酸對水分脅迫的相對敏感性比酶活性更高，水分脅迫末期，脯氨酸增加至初始值的3-4倍。

水分脅迫導致膜脂過氧化產(chǎn)物MDA含量增加〔7-8〕。MDA是膜脂過氧化的產(chǎn)物，MDA含量的增加指示了膜傷害程度的增加。本實驗中，水分脅迫導致烏蘭察布生態(tài)型華北駝絨藜MDA高于科爾沁生態(tài)型華北駝絨藜，表明前者受傷害程度更深。

在受到水分脅迫時，植物組織一方面通過各種代謝活動積極抵抗，另一方面也會有傷害產(chǎn)物的出現(xiàn)。抵抗強、傷害小的植物，對水分脅迫的忍耐力強。

4 結論

4.1 植物可以通過葉片組織減小水分散失的方式抵抗水分脅迫。

4.2 脯氨酸相對含量變化對水分脅迫的敏感性高于酶活性。

4.3 水分脅迫下，兩個華北駝絨藜生態(tài)型體內(nèi)生理代謝表現(xiàn)出顯著差異，科爾沁生態(tài)型華北駝絨藜水分散失較少，保護酶活性較強，膜傷害產(chǎn)物較少，因而比烏蘭察布生態(tài)型華北駝絨藜對水分脅迫的忍耐力更強。

〔1〕中國科學院中國植物志編輯委員會.中國植物志〔M〕.北京:科學出版社,1979,25(2):24-28.

〔2〕趙書元,李敬忠,劉忠.內(nèi)蒙幾種野生牧草生態(tài)型的研究〔J〕.Ⅰ華北駝絨藜.內(nèi)蒙古畜牧科學,1997(2):9-10.

〔3〕阿拉塔,趙書元,于斌,等.科爾沁型華北駝絨藜〔J〕.內(nèi)蒙古畜牧科學,2000,21(2):27-28.

〔4〕葛體達,隋方功,白莉萍,等.水分脅迫下玉米根葉保護酶活性變化及其對膜脂過氧化作用的影響〔J〕.中國農(nóng)業(yè)科.

〔5〕田福平,王鎖民,郭正剛,等.紫花苜蓿脯氨酸含量和含水量、單株干質(zhì)量與抗旱性的相關性研究〔J〕.草業(yè)科學,2004,21(1):3-6.

〔6〕楊鵬輝,李貴全,郭麗,等.水分脅迫對不同抗旱大豆品種花莢期質(zhì)膜透性的影響〔J〕.干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究,2003,21(3):127-130.

〔7〕宋鳳斌,徐世昌.玉米抗旱性鑒定指標的研究〔J〕.中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學報,2004,12(1):127-129.

〔8〕董明,蘇德榮,劉澤良,等.水分脅迫對阿諾紅韃靼忍冬生理指標的影響〔J〕.西北林學院學報,2008,23(4):8-13.

Two ecotype of Ceratoides arborescens response to water stress

WU Sen - yang, QI Tian - jiao, ZHANG Li - jun

Inner Mongolia agricultural university agronomy, Inner Mongolia Hohhot 010019)

The growth and physiological responses to water stress with ecotype Wu and Kerqin of Ceratoides arborescens were studied, by means of pot soil cultivation and water controlling. The leaf water content, MDA, proline content, POD and SOD were measured. The results showed that there were significant differences between two ecotypes in the middle or more serious water stress. Kerqin showed stronger adaptability to water stress than Wu.

Ceratoides arborescens; Ecotype; drought resistance; physiological ecology

2015-03-22

陳 翔(1988-)，內(nèi)蒙古包頭市人，在蒙草草原生態(tài)系統(tǒng)研究院從事草原生態(tài)研究。

王君芳(1983-)，內(nèi)蒙古烏蘭察布市人，蒙草草原生態(tài)系統(tǒng)研究院院長助理 E-mail：wangjunfang2005@163.com

Q945.78

A

2095—5952(2015)02—0031—04