張 爽,董 然,董 妍,白盼盼,陳天宇

(1 吉林農(nóng)業(yè)大學(xué) 園藝學(xué)院,吉林 長春130118，2 長春友誼公園管理所 吉林 長春132000)

槭葉草(Mukdeniarossii(Oliv.)Koidz)是虎耳草科(Saxifragaceae)槭葉草屬(Mukdenia)多年生草本植物，主產(chǎn)于我國吉林省長白山區(qū)安圖等縣市，屬吉林省重點(diǎn)保護(hù)野生植物，其植株矮小，花穗大，美麗鮮艷，葉形奇特，秋季變紅，是優(yōu)良的野生地被植物[1]。目前，對(duì)槭葉草的研究主要集中在藥理藥效及繁殖技術(shù)等方面，對(duì)其在園林綠化中的應(yīng)用研究較少，而生態(tài)適應(yīng)性的研究更未見報(bào)道。有部分學(xué)者從槭葉草的原生境推測(cè)其具有抗旱性，宮敬利[2]在槭葉草引種馴化技術(shù)研究中發(fā)現(xiàn)，槭葉草在炎熱干旱的天氣葉片容易過早老化；馬全等[3]認(rèn)為,槭葉草應(yīng)栽植于假山溪水的綠化區(qū)和綠化帶。但這些研究均缺乏理論依據(jù)。

為此，本研究通過盆栽控水試驗(yàn)，研究土壤自然失水脅迫對(duì)槭葉草生長、生理及光合特性的影響，旨在探討槭葉草的耐旱性，為其引種馴化及確定其在園林中的應(yīng)用范圍提供理論支持和實(shí)踐依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材 料

供試材料為長白山野生槭葉草的3年生種子苗，2013-03-10將具有相同芽數(shù)的根莖移栽到規(guī)格為20 cm×18 cm (直徑×高)的塑料盆中(盆內(nèi)所裝基質(zhì)由吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)園林試驗(yàn)基地內(nèi)園土、沙子和草炭按體積比為2∶1∶1混合而成，其田間持水量為39.26%，每盆土質(zhì)量為(1.5±0.2) kg)，置于吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)園林試驗(yàn)基地的溫室內(nèi)生長，期間根據(jù)溫室的條件進(jìn)行正常肥水管理。

1.2 方 法

試驗(yàn)在吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)園林試驗(yàn)基地內(nèi)進(jìn)行。2013-05-17，選取長勢(shì)良好，株高、冠幅基本一致的槭葉草移入旱棚內(nèi)適應(yīng)生長。2013-06-02開始干旱處理，采用人工給水后通過自然耗水的方法獲取土壤水分梯度。即將處理植株分為2組，一組為對(duì)照組(CK)，正常澆水；另一組為持續(xù)干旱組，試驗(yàn)處理前充足灌水3 d使土壤水分飽和，以后不再澆水使其自然干旱；每組5次重復(fù)，每個(gè)重復(fù)15盆，共150盆。干旱脅迫開始前(處理0 d)，隨機(jī)選取5盆，用環(huán)刀在盆內(nèi)取0～5 cm土層的土樣20 g左右，分別裝入已知質(zhì)量的鋁盒中，蓋好蓋子(防止水分散失)，帶回實(shí)驗(yàn)室測(cè)定土壤相對(duì)含水量(SRWC，土壤含水量占田間持水量的百分率)，結(jié)果取平均值；以后每隔5 d按此方法測(cè)定1次土壤SRWC，共處理30 d，獲得7個(gè)SRWC，分別為：93.35%(0 d)，55.8%(5 d)，36.49%(10 d)，18.49%(15 d)，13.42%(20 d)，12.46%(25 d)和11.01%(30 d)。同時(shí)每組選取成熟功能葉片各3片，3次重復(fù)，共18片，帶回實(shí)驗(yàn)室測(cè)定其生理指標(biāo)。天氣晴好時(shí)打開旱棚的塑料布，以保證試驗(yàn)在自然條件下進(jìn)行，下雨時(shí)則遮上塑料布。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目及方法

1.3.1 土壤SRWC及槭葉草生長、生理指標(biāo) 參考張治安等[4]的方法，土壤SRWC采用烘干法測(cè)定；葉片相對(duì)含水量(LRWC)采用飽和稱重法測(cè)定，自然水分飽和虧缺采用烘干稱重法測(cè)定，細(xì)胞膜透性采用電導(dǎo)率儀法測(cè)定，丙二醛(MDA)含量采用硫代巴比妥酸(TBA)法測(cè)定。株高為莖基部到生長點(diǎn)的距離，用直尺測(cè)量；葉面積參考丁愛萍等[5]的方法計(jì)算。葉綠素和類胡蘿卜素含量參考李合生[6]的方法測(cè)定。

1.3.2 光合參數(shù) 用美國 PP Systems 公司的CIRAS-2 型便攜式光合儀進(jìn)行測(cè)定，用LED光源控制光合有效輻射為1 000 μmol/(m2·s)。測(cè)定前使槭葉草葉片得到充分的光適應(yīng)；每個(gè)處理選3株，每株選取3片相同部位的葉片，共 9次重復(fù)。儀器自動(dòng)記錄凈光合速率(Pn)、胞間CO2濃度(Ci)，氣孔導(dǎo)度(Gs)和蒸騰速率(Tr)等光合作用參數(shù)，計(jì)算水分利用率(WUE)：WUE=Pn/Tr，氣孔限制值(Ls)：Ls=1-Ci/Ca，其中Ca為空氣中的CO2濃度。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2003繪制折線圖；使用DPSv 7.05軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，采用Duncan’s新復(fù)極差法進(jìn)行差異顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 干旱脅迫對(duì)槭葉草生長的影響

由圖1可知，槭葉草的株高和葉面積均隨干旱脅迫時(shí)間的延長呈先上升后下降的變化趨勢(shì)。干旱脅迫時(shí)間≤10 d時(shí)，槭葉草株高和葉面積與對(duì)照組差異較小，變化趨勢(shì)基本一致，均呈上升趨勢(shì)；隨著干旱脅迫時(shí)間的繼續(xù)延長，干旱組的株高和葉面積增長緩慢，與對(duì)照組的差異逐漸加大，至20 d時(shí)，其株高和葉面積分別較對(duì)照組下降了13.62%和26.69%；此后，干旱脅迫組的株高和葉面積均呈緩慢下降趨勢(shì)。

圖1 干旱脅迫下槭葉草株高(A)和葉面積(B)的變化

2.2 干旱脅迫對(duì)槭葉草葉片相對(duì)含水量和自然水分飽和虧缺的影響

由圖2可知，隨著脅迫時(shí)間的延長，槭葉草葉片相對(duì)含水量(LRWC)呈下降趨勢(shì)，自然水分飽和虧缺呈上升趨勢(shì)。干旱脅迫時(shí)間≤10 d時(shí)，槭葉草葉片LRWC下降不明顯，10 d時(shí)僅較對(duì)照組下降了5.12%；此后，LRWC急劇下降，與對(duì)照組差異顯著，至脅迫30 d時(shí)，干旱組LRWC較對(duì)照組下降了52.62%。干旱脅迫組槭葉草葉片自然水分飽和虧缺變化趨勢(shì)與LRWC相反，在干旱脅迫時(shí)間≤10 d時(shí)與對(duì)照組差異較小，而后與對(duì)照組差異逐漸加大，至脅迫30 d時(shí)，自然水分飽和虧缺是對(duì)照組的7.71倍。

圖2 干旱脅迫下槭葉草葉片相對(duì)含水量(A)和自然水分飽和虧缺(B)的變化

2.3 干旱脅迫對(duì)槭葉草葉片細(xì)胞膜透性和MDA含量的影響

干旱脅迫下，植物細(xì)胞膜透性增大，電解質(zhì)外滲，引起電導(dǎo)率增加；同時(shí)植物體內(nèi)活性氧增多，導(dǎo)致膜脂過氧化，產(chǎn)生MDA。由圖3可知，隨干旱脅迫時(shí)間的延長，槭葉草葉片相對(duì)電導(dǎo)率(REC)和MDA含量均呈上升趨勢(shì)。干旱脅迫時(shí)間≤10 d時(shí)，REC上升幅度較小，與對(duì)照組差異不大；此后，REC顯著升高，與對(duì)照組差異加大，至脅迫30 d時(shí)，REC是對(duì)照組的3.22倍。MDA含量在持續(xù)干旱15 d(SRWC為18.4%)時(shí)與對(duì)照組差異較??；此后，MDA含量急劇升高，與對(duì)照組差異加大，至脅迫30 d時(shí)，其MDA含量是對(duì)照組的4.83倍。

2.4 干旱脅迫對(duì)槭葉草葉綠素和類胡蘿卜素含量的影響

葉綠素是植物光合作用中最重要的色素，而類胡蘿卜素(Car.)既是光合色素又是內(nèi)源抗氧化劑，能夠消除活性氧，防止膜脂過氧化[7]。由表1可以看出，隨著干旱脅迫時(shí)間的延長，處理組槭葉草葉片中的葉綠素a (Chl a)、葉綠素b (Chl b)、葉綠素a+b (Chl a+b)、類胡蘿卜素含量和葉綠素a/b (Chl a/b)均不斷降低。干旱脅迫時(shí)間≤10 d，Chl a和類胡蘿卜素含量降幅較小，與對(duì)照組無顯著差異(P>0.05)；之后，Chl a、類胡蘿卜素含量均顯著或極顯著降低，至試驗(yàn)結(jié)束時(shí)，均極顯著低于對(duì)照組(P<0.01)。干旱脅迫時(shí)間≤5 d，處理組槭葉草葉片中葉綠素b、a+b含量和葉綠素a/b與對(duì)照組無顯著性差異(P<0.05)，之后均顯著或極顯著降低，至試驗(yàn)結(jié)束時(shí)，均極顯著低于對(duì)照組(P<0.01)。

圖3 干旱脅迫下槭葉草葉片 REC (A)和MDA含量 (B)的變化

表1 土壤干旱脅迫下槭葉草葉片葉綠素和類胡蘿卜素含量的變化

2.5 土壤干旱脅迫對(duì)槭葉草光合參數(shù)的影響

植物對(duì)干旱脅迫的光合生理響應(yīng)在很大程度上反映了植物的抗旱性[8]。由表2可以看出，隨著干旱脅迫時(shí)間的延長，Pn、Gs、Tr呈下降趨勢(shì)，Ci呈先下降后上升的趨勢(shì)，WUE和Ls呈先上升后下降的趨勢(shì)。

表2 干旱脅迫下槭葉草葉片光合參數(shù)的變化

干旱脅迫時(shí)間≤5 d，處理組槭葉草葉片Pn下降幅度較小，與對(duì)照組無顯著性差異(P<0.05)；之后下降幅度增大，至試驗(yàn)結(jié)束時(shí)，Pn極顯著低于對(duì)照(P<0.01)。干旱脅迫處理期間，干旱組Gs極顯著低于對(duì)照組(P<0.01)；Tr在協(xié)迫5 d時(shí)顯著低于對(duì)照組，之后極顯著低于對(duì)照組(P<0.01)。處理組Ci在干旱脅迫5和20 d時(shí)與對(duì)照組差異不顯著(P>0.05)，在10和15 d時(shí)極顯著低于對(duì)照組，在25和30 d時(shí)極顯著高于對(duì)照組(P<0.01)。干旱脅迫15 d以內(nèi)，干旱組WUE和Ls不斷升高，15 d時(shí)分別是對(duì)照組的1.86和2.8倍，差異極顯著(P<0.01)；之后，WUE和Ls則不斷下降。

3 討 論

水分是影響植物擴(kuò)展生長的重要因素之一，水分虧缺能夠改變細(xì)胞壁的伸展性能，導(dǎo)致細(xì)胞壁的伸展因生長受抑而明顯降低[9]。有研究表明，干旱脅迫下，植株生長變緩，株高降低，植物葉面積減小，蒸騰失水減少[10]。本研究表明，在干旱脅迫10 d時(shí)，SRWC為36.49%，此時(shí)槭葉草株高和葉面積的生長較為穩(wěn)定，而此后均不斷減小，說明超出此干旱時(shí)間和土壤水分點(diǎn)后，植株的生長開始受到了抑制，這與李清明[9]的研究結(jié)果一致。

LRWC和自然水分飽和虧缺能夠反映植物體內(nèi)的水分狀況，是衡量植物抗旱能力強(qiáng)弱的重要指標(biāo)[11]。本研究結(jié)果表明，干旱脅迫10 d時(shí)，槭葉草LRWC緩慢降低，自然水分飽和虧缺緩慢升高；干旱脅迫對(duì)槭葉草葉片生理指標(biāo)的影響較大，說明槭葉草具有較強(qiáng)的保水能力。植物葉片在受到水分脅迫時(shí)，細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)遭到破壞，膜脂過氧化，細(xì)胞內(nèi)電解質(zhì)外滲，從而導(dǎo)致植物葉片REC升高。MDA是膜脂過氧化的產(chǎn)物，是判斷膜脂過氧化程度的重要指標(biāo)。本研究表明，槭葉草葉片REC和MDA隨脅迫時(shí)間的延長及LRWC的降低呈上升趨勢(shì)。干旱脅迫10 d時(shí)，槭葉草葉片REC緩慢升高，MDA變化不明顯，說明此時(shí)膜脂過氧化程度較低，細(xì)胞膜尚未受到嚴(yán)重破壞，表明槭葉草對(duì)干旱的耐受性較強(qiáng)。

光合色素是反映植物光合能力的一個(gè)重要指標(biāo)，其含量的變化在一定程度上能夠反映植物的抗旱性[12]。本研究結(jié)果表明，干旱脅迫10 d時(shí)，槭葉草葉片葉綠素和類胡蘿卜素含量降低幅度較小，說明此時(shí)槭葉草受到的影響較小。

干旱脅迫對(duì)植物光合作用的影響較大，通常影響光合作用的因素分為氣孔限制因素和非氣孔限制因素。Farquhar等[13]和許大全[14]認(rèn)為，若Pn減小伴隨著Gs和Ci降低，而Ls升高，則Pn的減小是由氣孔限制因素引起的；而當(dāng)Pn減小伴隨著Ci升高和Ls降低時(shí)，Pn的減小則是由非氣孔限制因素引起的。本研究結(jié)果表明，干旱脅迫15 d以內(nèi)，Pn、Gs和Ci均隨脅迫時(shí)間的增加不斷下降，而Ls不斷升高，說明此時(shí)Pn的降低是由氣孔限制因素引起的，即輕度干旱引起氣孔開度減小甚至關(guān)閉，CO2進(jìn)入葉片受阻，導(dǎo)致光合底物CO2不足，引起Pn減小。而此后，Pn繼續(xù)減小，同時(shí)伴隨著Ci升高和Ls降低，說明此時(shí)Pn的減小主要是由非氣孔限制因素引起的，即重度干旱脅迫引起葉肉細(xì)胞光合活性下降，同化CO2的能力降低，從而導(dǎo)致Pn減小。這與大多數(shù)的研究結(jié)果[15-16]一致。

WUE是衡量碳同化和水分消耗關(guān)系的重要指標(biāo)[17]。干旱脅迫下，植物可以通過減小氣孔開度降低Tr，從而調(diào)節(jié)WUE的變化，這是植物的一種重要的抗旱機(jī)制[18]。本研究結(jié)果表明，干旱脅迫15 d時(shí)，Gs大幅減小，氣孔逐漸關(guān)閉，Pn和Tr都不斷下降，但Tr下降幅度大于Pn，從而導(dǎo)致WUE增加，即在此脅迫時(shí)間和土壤相對(duì)含水量范圍內(nèi)，槭葉草能夠維持較高的WUE，說明其具有較強(qiáng)的抗旱能力，這與裴斌等[19]對(duì)沙棘的研究結(jié)果一致。

4 結(jié) 論

本研究結(jié)果表明，槭葉草具有較強(qiáng)的抗旱能力。干旱脅迫10 d時(shí)(即基質(zhì)SRWC為36.49%時(shí))，槭葉草能夠維持較高的Pn和WUE，生長較為穩(wěn)定，各生理指標(biāo)均未出現(xiàn)明顯變化。干旱脅迫15 d時(shí)(即SRWC為18.49%時(shí))，槭葉草Pn下降是由氣孔限制因素引起的，而此后，其Pn下降主要是由非氣孔限制因素引起的。綜合以上生長、生理及光合參數(shù)各指標(biāo)分析認(rèn)為，在發(fā)生持續(xù)干旱時(shí)，對(duì)槭葉草進(jìn)行補(bǔ)水最好在干旱發(fā)生的15 d內(nèi)進(jìn)行。

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