‘歐樂(lè)可可’秋海棠對(duì)干旱脅迫的生理響應(yīng)

王 寧,梁 晴,周志雄,郭 微,王龍遠(yuǎn),吳 偉

(仲愷農(nóng)業(yè)工程學(xué)院園藝園林學(xué)院,廣東廣州 510225)

秋海棠屬(Begonia)植物為秋海棠科(Begoniaceae)的多年生草本植物,野生種質(zhì)資源豐富,觀賞價(jià)值高,很多種類(lèi)還有較好的藥用[1]、食用[2]等用途,且種間容易雜交[3],能夠不斷地推陳出新滿(mǎn)足市場(chǎng)需求,是一類(lèi)具有巨大的科研和觀賞應(yīng)用潛力的植物類(lèi)群。秋海棠屬植物多喜陰暗潮濕的環(huán)境,對(duì)水分依賴(lài)較大,嚴(yán)重制約了其大規(guī)模推廣應(yīng)用。為了應(yīng)對(duì)全球氣候變化帶來(lái)的干旱問(wèn)題及滿(mǎn)足節(jié)能園林栽培應(yīng)用的適應(yīng)性要求,對(duì)秋海棠屬植物的抗旱性研究顯得尤為重要。

前人在不同程度上對(duì)秋海棠屬植物抗旱能力進(jìn)行了研究并取得了進(jìn)展。陳雄偉等[4-5]通過(guò)研究發(fā)現(xiàn),紫背天葵(BegoniafimbristipulaHance)具有一定的抗旱能力;吳萍萍[6]通過(guò)測(cè)定生理指標(biāo)并結(jié)合形態(tài)指標(biāo)研究了不同基質(zhì)含水量對(duì)麗格海棠(B.×hiemalisFotsch)生長(zhǎng)發(fā)育不同階段的影響,總結(jié)了麗格海棠在水分脅迫下生理指標(biāo)的變化規(guī)律及其差異,并對(duì)給出了不同階段基質(zhì)含水量的最適范圍。Allen等[7]通過(guò)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),低濃度乙酸能夠降低土壤水分蒸發(fā)量,從而提高球根秋海棠(B.×tuberhybridaVoss)在干旱條件下的存活率,可以降低運(yùn)輸和零售的成本。在轉(zhuǎn)基因方面,張雷等[8-9]通過(guò)農(nóng)桿菌介導(dǎo)的外源基因ipt的遺傳轉(zhuǎn)化技術(shù),獲得了能提高四季海棠(B.cucullataWilld.)抗旱性的轉(zhuǎn)基因植株,并通過(guò)抗旱性試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),在同等條件下轉(zhuǎn)基因植株的耐旱性明顯強(qiáng)于非轉(zhuǎn)基因植株。To等[10]通過(guò)農(nóng)桿菌介導(dǎo)的外源基因OsmiR393a的遺傳轉(zhuǎn)化技術(shù),獲得了抗旱性高的球根秋海棠轉(zhuǎn)基因植株,可以通過(guò)降低蒸騰速率,提高脯氨酸和葉綠素含量等多途徑協(xié)同抵御干旱脅迫。

‘歐樂(lè)可可’秋海棠(Begonia‘Orococo’)是秋海棠屬多年生藤蔓類(lèi)草本植物;葉質(zhì)薄,綠色,富有光澤,葉色會(huì)隨著光照強(qiáng)弱而變化;花白色,花期4—6月;是一種較好的觀葉植物,可做垂吊、立體綠化、林下地被等。其生長(zhǎng)速度較快,但由于葉片質(zhì)地較薄,大苗在包裝、運(yùn)輸及移栽時(shí)莖葉損耗較高,需選擇合適大小的幼苗才能達(dá)到較好的效果。為了探究其扦插幼苗對(duì)環(huán)境的適應(yīng)能力,尤其是抗旱能力,對(duì)其進(jìn)行人工干旱脅迫試驗(yàn),以揭示其在干旱逆境下的生長(zhǎng)情況,以期為引種栽培及篩選園林綠化抗旱植物提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料試驗(yàn)選取生長(zhǎng)狀況良好、長(zhǎng)勢(shì)一致、無(wú)病蟲(chóng)害的扦插幼苗進(jìn)行移栽,盆栽基質(zhì)為泥炭土∶珍珠巖∶蛭石=3∶1∶1(體積比),花盆規(guī)格為下口徑13 cm,高度12 cm,盆上口徑16 cm,種植土層厚度約8.5 cm。移栽60 d后,篩選長(zhǎng)勢(shì)一致的盆栽進(jìn)行試驗(yàn)。

1.2 試驗(yàn)場(chǎng)地試驗(yàn)地位于廣東省廣州市白云區(qū)高校園仲愷農(nóng)業(yè)工程學(xué)院(23°22′46″N,113°26′20″E)。試驗(yàn)期間,試驗(yàn)地3月多晴天、少雨天,平均溫度20.4 ℃,極端高溫30 ℃,極端低溫11 ℃,平均高溫為25 ℃,平均低溫為16 ℃。干旱脅迫期間氣溫在干旱21 d時(shí)溫度最低,干旱14 d和35 d時(shí)氣溫最高(圖1)。

圖1 干旱脅迫試驗(yàn)期間氣溫變化Fig.1 Temperature change during drought stress experiment

試驗(yàn)地環(huán)境為仲愷農(nóng)業(yè)工程學(xué)院生命科學(xué)大樓B棟804室內(nèi),‘歐樂(lè)可可’秋海棠植株生長(zhǎng)環(huán)境無(wú)其他植物爭(zhēng)奪水分,盡可能減少除了干旱脅迫外的人為干擾,其中天氣溫度變化為不可控變量。

1.3 試驗(yàn)設(shè)置選取生長(zhǎng)健康、長(zhǎng)勢(shì)均一的‘歐樂(lè)可可’秋海棠36盆,于2022年3月1日給所有供試材料澆透水。第1次采樣開(kāi)始試驗(yàn)時(shí)間為2022年3月2日,作為試驗(yàn)植株干旱脅迫環(huán)境下正常水分條件的對(duì)照組(CK);此后人工模擬干旱脅迫環(huán)境,對(duì)供試植株停止?jié)菜?在干旱環(huán)境處理下7、14、21、28、35 d于同一時(shí)間段分別進(jìn)行采樣,盡可能剪取相同部位的葉片,進(jìn)行生理指標(biāo)試驗(yàn)測(cè)定。每次采樣后,材料剪碎混樣, 2～4 ℃低溫保存,在1 d內(nèi)完成所有生理指標(biāo)測(cè)定,每個(gè)指標(biāo)3次重復(fù)。

1.4 指標(biāo)測(cè)定方法葉片自然含水量(WF)采用稱(chēng)重法測(cè)定[11],葉片相對(duì)含水量采用稱(chēng)重法測(cè)定[12],葉綠素含量采用分光光度法測(cè)定[13],可溶性糖含量采用蒽酮比色法測(cè)定[14],丙二醛(MDA)含量采用硫代巴比妥酸顯色(TBA)法測(cè)定[15],相對(duì)電導(dǎo)率采用電導(dǎo)法測(cè)定[16],生物量采用烘干稱(chēng)重法測(cè)定[17]。

1.5數(shù)據(jù)分析試驗(yàn)數(shù)據(jù)用Excel 2012整理制圖,使用SPSS 26.0軟件進(jìn)行單因素方差分析,用隸屬函數(shù)法進(jìn)行抗旱性綜合評(píng)價(jià)。

2 結(jié)果分析

2.1 干旱脅迫對(duì)‘歐樂(lè)可可’秋海棠外觀形態(tài)的影響在水分脅迫的持續(xù)影響下,‘歐樂(lè)可可’秋海棠隨著干旱脅迫時(shí)間的延長(zhǎng),表現(xiàn)出不同形態(tài)特征。從整體形態(tài)觀察來(lái)看,干旱初期因土壤含水量較高,有一定量的生長(zhǎng),無(wú)明顯形態(tài)變化,干旱脅迫持續(xù)時(shí)間越長(zhǎng),‘歐樂(lè)可可’秋海棠形態(tài)變化越明顯,具體表現(xiàn)為0 d時(shí),植株正常,葉色嫩綠,枝條、葉柄挺拔;7 d,植株正常,葉色翠綠,枝條、葉柄挺拔,有新葉生長(zhǎng);14 d,植株正常,葉色深綠,些許葉片出現(xiàn)卷縮、變黃;21 d,葉色墨綠,枝條、葉柄挺拔,部分葉片腐爛、有黃斑;28 d,小部分葉片枯黃、卷縮、下垂,莖葉生物量多;35 d,葉色變黃,莖葉下垂,小部分葉片枯萎,有些許新葉長(zhǎng)出。

2.2 干旱脅迫對(duì)‘歐樂(lè)可可’秋海棠葉片含水量的影響在干旱脅迫下,在0～21 d‘歐樂(lè)可可’秋海棠葉片自然含水量變化相對(duì)平穩(wěn),28 d相比于21 d下降了2.65百分點(diǎn)(圖2)。葉片自然含水量整體呈先上升后下降趨勢(shì),未產(chǎn)生較大的變化區(qū)間。

注:不同小寫(xiě)字母表示處理間差異顯著(P<0.05)。Note:Different lowercase indicate significant differences among treatments (P<0.05).圖2 干旱脅迫下‘歐樂(lè)可可’秋海棠自然含水量的變化Fig.2 Change of natural water content of Begonia‘Orococo’ under drought stress

在干旱脅迫下‘歐樂(lè)可可’秋海棠相對(duì)含水量的變化如圖3所示,‘歐樂(lè)可可’秋海棠葉片在干旱脅迫21 d相對(duì)含水量達(dá)到峰值96.83%,在35 d最低88.31%,下降了8.52百分點(diǎn)。干旱0～14 d‘歐樂(lè)可可’秋海棠相對(duì)含水量變化浮動(dòng)的區(qū)間是1.45百分點(diǎn)～2.06百分點(diǎn)。

注:不同小寫(xiě)字母表示處理間差異顯著(P<0.05)。Note:Different lowercase indicate significant differences among treatments (P<0.05).圖3 干旱脅迫下 ‘歐樂(lè)可可’秋海棠相對(duì)含水量的變化Fig.3 Change of relative water content of Begonia ‘Orococo’ under drought stress

2.3 干旱脅迫對(duì)‘歐樂(lè)可可’秋海棠葉綠素含量的影響隨著干旱時(shí)間的延長(zhǎng),‘歐樂(lè)可可’秋海棠葉綠素含量在0～7 d先上升,隨后在7～14 d下降,14～21 d期間再上升,最后21～35 d下降到最低點(diǎn)(0.391 mg/g)(圖4)。葉綠素含量在7 d時(shí)最高,達(dá)0.556 mg/g,其次為21 d,為0.550 mg/g,其次依次為14、28、0、35 d。干旱脅迫35 d葉綠素含量與對(duì)照組0 d相比下降了0.021 mg/g。

注:不同小寫(xiě)字母表示處理間差異顯著(P<0.05)。Note:Different lowercase indicate significant differences among treatments (P<0.05).圖4 干旱脅迫下‘歐樂(lè)可可’秋海棠葉綠素含量、葉綠素a含量、葉綠素b含量的變化Fig.4 Changes of chlorophyll content,chlorophyll a content and chlorophyll b content of Begonia ‘Orococo’ under drought stress

在干旱脅迫下,‘歐樂(lè)可可’秋海棠葉綠素a含量和葉綠素b含量的變化趨勢(shì)與葉綠素含量的變化趨勢(shì)一致,且葉綠素a含量大于葉綠素b含量。

2.4 干旱脅迫對(duì)‘歐樂(lè)可可’秋海棠可溶性糖含量的影響‘歐樂(lè)可可’秋海棠在干旱脅迫下可溶性糖含量排序?yàn)?1 d>35 d>7 d>14 d>0 d>28 d,‘歐樂(lè)可可’秋海棠可溶性糖含量先上升再下降最后上升(圖5)。干旱脅迫的后期35 d與干旱0 d相比,葉片可溶性糖含量增加了0.049百分點(diǎn)。在干旱脅迫21 d時(shí),‘歐樂(lè)可可’秋海棠可溶性糖含量最大,達(dá)0.151%,與含糖量最低的比28 d相比,高出0.062百分點(diǎn)。

注:不同小寫(xiě)字母表示處理間差異顯著(P<0.05)。Note:Different lowercase indicate significant differences among treatments (P<0.05).圖5 干旱脅迫下 ‘歐樂(lè)可可’秋海棠可溶性糖含量的變化Fig.5 Change of Begonia ‘Orococo’ on soluble sugar content under drought stress

2.5 干旱脅迫對(duì)‘歐樂(lè)可可’秋海棠丙二醛(MDA)含量的影響隨著干旱時(shí)間的增加,‘歐樂(lè)可可’秋海棠MDA含量整體呈現(xiàn)上升趨勢(shì)。在35 d漲幅最大,含量到達(dá)最高點(diǎn)0.005 4 μmol/g(圖6)。

注:不同小寫(xiě)字母表示處理間差異顯著(P<0.05)。Note:Different lowercase indicate significant differences among treatments (P<0.05).圖6 干旱脅迫下‘歐樂(lè)可可’秋海棠MDA含量的變化Fig.6 Change of MDA content of Begonia ‘Orococo’ under drought stress

2.6 干旱脅迫對(duì)‘歐樂(lè)可可’秋海棠相對(duì)電導(dǎo)率的影響在干旱脅迫7 d相對(duì)電導(dǎo)率達(dá)到峰值8.75%,比0 d上升了5.16百分點(diǎn),在干旱28 d下降至4.64%,然后電導(dǎo)率升高,相對(duì)電導(dǎo)率變化呈現(xiàn)出“N”形波動(dòng)(圖7)。

注:不同小寫(xiě)字母表示處理間差異顯著(P<0.05)。Note:Different lowercase indicate significant differences among treatments (P<0.05).圖7 干旱脅迫下‘歐樂(lè)可可’秋海棠相對(duì)電導(dǎo)率的變化Fig.7 Change of Begonia ‘Orococo’ on relative conductivity under drought stress

2.7 干旱脅迫對(duì)‘歐樂(lè)可可’秋海棠生物量的影響‘歐樂(lè)可可’秋海棠在經(jīng)歷干旱脅迫后,生物量有明顯的下降,相比較之下莖的生物量最大(表1)。可見(jiàn),干旱脅迫會(huì)促使‘歐樂(lè)可可’秋海棠養(yǎng)分向根、莖生長(zhǎng),是抵御干旱脅迫的表現(xiàn)形式之一。

表1 ‘歐樂(lè)可可’秋海棠不同部位平均鮮重、平均干重及平均含水率

2.8 隸屬函數(shù)法對(duì)‘歐樂(lè)可可’秋海棠的抗旱性評(píng)價(jià)采用隸屬函數(shù)法[18]對(duì)‘歐樂(lè)可可’秋海棠的抗旱性進(jìn)行綜合評(píng)價(jià),經(jīng)計(jì)算得出,‘歐樂(lè)可可’秋海棠葉片的隸屬函數(shù)均值為0.549 2,其中,相對(duì)含水量的隸屬函數(shù)為0.539 9,葉綠素含量0.464 6,可溶性糖含量0.388 9,MDA含量0.726 2,相對(duì)電導(dǎo)率0.626 3。由此可知,‘歐樂(lè)可可’秋海棠的抗旱性在草本植物中處于中等位置,具有一定的抗旱能力。

3 討論與結(jié)論

干旱脅迫會(huì)對(duì)植物的表觀形態(tài)、生物積累量等產(chǎn)生不良影響[19]。隨著干旱脅迫的加深,‘歐樂(lè)可可’秋海棠葉片自然含水量和相對(duì)含水量總體呈下降趨勢(shì),植株在干旱脅迫下土壤含水量與葉片自然含水量、相對(duì)含水量均呈正相關(guān)。雖然試驗(yàn)中途受到回南天影響,空氣中水汽多,影響了葉片的蒸發(fā)和蒸騰強(qiáng)度,減少了水分的消耗,供試材料的基質(zhì)和植株從大氣環(huán)境獲得一些水分,在一定程度上緩解了干旱脅迫的影響。在干旱脅迫試驗(yàn)后期,植株葉片相對(duì)含水量還具有較高數(shù)值,說(shuō)明植株保水能力較高,且對(duì)抵御干旱環(huán)境適應(yīng)力強(qiáng)。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),‘歐樂(lè)可可’秋海棠雖然葉片質(zhì)地較薄,但其表面有薄蠟質(zhì)層,在一定程度上能夠降低水分的蒸騰速率,減緩干旱脅迫造成的不良影響,對(duì)此,還需要更深入研究。

在干旱脅迫下‘歐樂(lè)可可’幼苗的葉綠素含量表現(xiàn)為上升—下降—上升—下降的趨勢(shì),葉片出現(xiàn)變黃現(xiàn)象,這與黃櫨(CotinuscoggygriaScop.)幼苗的變化相似[20]。葉綠素含量變化與植物應(yīng)對(duì)干旱脅迫的策略有關(guān)[21],有研究表明,干旱脅迫會(huì)抑制葉綠素合成[22],破壞葉綠素的結(jié)構(gòu),促使葉綠素降解,影響植株的光合作用[23]。但抗性較好的一些植物的葉綠素含量會(huì)升高,來(lái)保證對(duì)光能的利用[24]。在短期內(nèi),‘歐樂(lè)可可’秋海棠能夠通過(guò)增加葉綠素含量來(lái)應(yīng)對(duì)干旱脅迫,具有一定的抗旱能力。

在水分脅迫下,‘歐樂(lè)可可’秋海棠MDA含量呈上升趨勢(shì)。有研究結(jié)果表明,隨著干旱脅迫時(shí)間延長(zhǎng),MDA含量漲幅越多,說(shuō)明抗旱性越低[20]。‘歐樂(lè)可可’秋海棠在干旱脅迫下MDA的積累量小于紫背天葵[5],‘歐樂(lè)可可’秋海棠在水分脅迫下,MDA含量漲幅慢,其表現(xiàn)出較強(qiáng)的抗旱性。

在干旱脅迫下,相對(duì)電導(dǎo)率的大小是評(píng)價(jià)植物細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)和功能的受損傷程度的重要指標(biāo)?！畾W樂(lè)可可’秋海棠在干旱脅迫下與對(duì)照組相比呈上升趨勢(shì);在7 d相對(duì)電導(dǎo)率達(dá)到了最高值8.75%,之后降低并趨于平緩。有研究表明,在環(huán)境脅迫條件下,海濱木槿(HibiscushamaboSieb. &Zucc.)的相對(duì)電導(dǎo)率變化會(huì)表現(xiàn)出滯后性[25]。隨著水分脅迫時(shí)間的延長(zhǎng),不同時(shí)間脅迫處理的相對(duì)電導(dǎo)率呈“N”形的變化趨勢(shì),原因可能是細(xì)胞膜受傷害要有一個(gè)積累過(guò)程,導(dǎo)致出現(xiàn)滯后現(xiàn)象。

綜上所述,在水分脅迫持續(xù)加強(qiáng)的情況下,‘歐樂(lè)可可’秋海棠幼苗在相對(duì)含水量、葉綠素含量、可溶性糖含量、MDA含量、相對(duì)電導(dǎo)率、植物形態(tài)生長(zhǎng)等均表現(xiàn)出不同的抵抗和適應(yīng)能力,具有一定的耐旱性,植株整體對(duì)干旱脅迫表現(xiàn)緩慢。為了減少水資源的使用,節(jié)約養(yǎng)護(hù)管理成本,提高資源利用效率,秉承可持續(xù)發(fā)展理念,‘歐樂(lè)可可’秋海棠在綠化植物的生產(chǎn)育苗和應(yīng)用方面都有較好的推廣應(yīng)用價(jià)值。