陳浩維，鄧明華，黃堯瑤，彭春秀，文錦芬*

(1 昆明理工大學(xué) 現(xiàn)代農(nóng)業(yè)工程學(xué)院，昆明 650500；2 云南農(nóng)業(yè)大學(xué) 園林與園藝學(xué)院，昆明 650201)

玫瑰(RosarugosaThunb.)又名徘徊花、刺玫、筆頭花、離娘草等，是薔薇科薔薇屬多年生常綠或落葉叢生灌木。玫瑰原產(chǎn)中國，栽培歷史悠久，是中國傳統(tǒng)的十大名花之一，也是世界四大切花之一，素有“花中皇后”之美譽。玫瑰作為世界名花，除了具有較高的觀賞價值外，還具有廣泛的醫(yī)藥、工業(yè)、食品、日用化工和飼料添加劑等領(lǐng)域的實用價值，更是香水的重要原料之一，具有非常廣闊的市場前景[1]。

玫瑰采后保鮮處理主要采用預(yù)處理液處理，但因遠距離長時間運輸中缺水導(dǎo)致的葉片衰老和花朵開放加速、瓶插壽命縮短等仍然是切玫瑰花采后保鮮的嚴重問題[2]。鮮切玫瑰公認抗旱性差，干旱引起的開花不正常、花蕾萎縮、花瓣脫落、提前衰老等損傷嚴重影響了其觀賞和商業(yè)價值[3]。目前干旱脅迫對玫瑰花抗氧化酶影響的研究不多[4-6]，且這些研究只關(guān)注單個抗氧化酶活性影響，均未全面闡述干旱脅迫對玫瑰抗氧化酶系統(tǒng)的影響以及其響應(yīng)脅迫的協(xié)調(diào)方式。另外，目前主要研究的品種為‘Gabriella’、‘Samantha’、‘Belami’[7-9]等，缺乏對云南當(dāng)?shù)孛倒迤贩N的研究。根據(jù)全國花卉統(tǒng)計的數(shù)據(jù)，云南玫瑰栽培面積6 209.47 hm2，占全國生產(chǎn)總面積將近5成，銷售額則達到全國總量的6成以上[10]。因此，研究云南玫瑰花在干旱脅迫下膜脂氧化以及抗氧化酶活性變化，對進一步了解玫瑰抗旱分子機制和改良玫瑰抗旱新品種具有重要意義。

本試驗以云南主栽的3種玫瑰花品種為試材，研究干旱脅迫下3 種玫瑰品種鮮切花花瓣相對含水量、可溶性蛋白含量、丙二醛含量和抗氧化酶活性的變化，探討3種玫瑰對干旱脅迫的響應(yīng)特征，同時對這3種玫瑰的耐旱能力進行綜合評價，為玫瑰花采后保鮮和玫瑰花抗旱性品種的生產(chǎn)栽培提供科學(xué)的理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

供試材料為溫室種植的3個云南主栽玫瑰花品種，分別為‘卡羅拉’(超玫)、‘影星’(艷粉)、‘坦尼克’(白玫)。將剛收獲的鮮花在2 h內(nèi)帶回實驗室進行預(yù)處理。在蒸餾水中修剪花枝長度為30 cm，2～3片復(fù)葉。挑選花直徑一致、花蕾大小約4～5 cm的鮮切玫瑰花插入蒸餾水中3 h以適應(yīng)室內(nèi)環(huán)境。

1.2 試驗設(shè)計

試驗于2017年4～5月在昆明理工大學(xué)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)工程學(xué)院園林植物實驗室進行。將適應(yīng)3 h之后生長狀況一致的鮮切玫瑰花隨機分成2組，于250 mL三角玻璃瓶中瓶插進行干旱脅迫處理。干旱組瓶插于無水三角玻璃瓶中進行持續(xù)干旱脅迫處理，直至試驗結(jié)束，對照組一直瓶插于盛有蒸餾水的玻璃瓶中；材料分組后放入光照培養(yǎng)箱中(溫度設(shè)置為晝溫22 ℃，夜溫17 ℃，光周期為光照16 h/黑暗8 h，相對濕度控制為60%左右)；期間，觀察2組材料花瓣的形態(tài)變化，每隔24 h定期對每個品種玫瑰花瓣取樣3次，總計取樣6 d(0～5 d)。取樣后迅速置于液氮中，然后于-80 ℃超低溫冰箱保存，測定3種玫瑰花瓣的各生理生化指標。

1.3 測定指標及方法

1.3.1相對含水量花瓣相對含水量采用鮮重法[11]測定。剪取花瓣樣品，迅速放入已知重量的鋁盒中，稱出鮮重(Wf)；將花瓣樣品連同鋁盒放入已升溫至105 ℃的烘箱中，殺青15 min，然后于80 ℃下烘至恒重，稱出干重(Wd)；在稱鮮重后，將樣品浸入蒸餾水中或包裹在吸飽水分的濕紗布中6～8 h，取出用吸水紙擦干樣品表面水分后稱重，再次將材料放入水中浸泡一段時間后,取出吸干表面水分、稱鮮重,直到2次稱重的結(jié)果基本相等, 最后的結(jié)果即為飽和鮮重(Wt)。若事先已知達到水分飽和所用的時間，則可1次取得飽和鮮重的測量定值。每次測定重復(fù)3次。玫瑰花瓣相對含水量(RWC)指組織含水量占飽和含水量百分數(shù)。RWC=(Wf-Wd) / (Wt-Wd)×100%。

1.3.2MDA和可溶性蛋白含量玫瑰花瓣丙二醛(MDA)含量采用硫代巴比妥酸(TBA)法[12]測定，其可溶性蛋白質(zhì)(SPC)含量測定采用考馬斯亮藍G-250染色法[13]，測定均重復(fù)3次。

1.3.3抗氧化酶活性玫瑰花瓣過氧化物酶(POD)活性測定采用愈創(chuàng)木酚(二甲氧基酚)法[13]，超氧化物歧化酶(SOD)活性測定采用氮藍四唑(NBT)法[13]，過氧化氫酶(CAT)活性按李合生[13]方法測定，抗壞血酸過氧化物酶(APX)活性根據(jù)Nakano[14]的方法測定,谷胱甘肽還原酶(GR)活性按照Grace[15]的方法測定。測定均重復(fù)3次。

1.4 數(shù)據(jù)分析

2 結(jié)果與分析

2.1 干旱脅迫對3種玫瑰花開放外觀和花瓣相對含水量的影響

由圖1和表1可知，在干旱脅迫期間，3個品種玫瑰花花瓣的相對含水量均始終表現(xiàn)為對照組不同程度地高于同期干旱脅迫組，說明干旱脅迫降低了花瓣的相對含水量，花蕾提前萎縮和損傷，切花的衰老加速；在干旱脅迫第5天，品種‘坦尼克’與‘影星’的花瓣衰敗，而品種‘卡羅拉’此時仍具有相對較好的外觀形態(tài)。同時，隨著干旱脅迫時間的延長，3種鮮切玫瑰花花瓣相對含水量均表現(xiàn)出逐漸下降的趨勢，但各品種下降的幅度和速率不同，處理結(jié)束時相對含水量下降幅度表現(xiàn)為‘坦尼克’(12.74%)>‘影星’(7.9%)>‘卡羅拉’(7.12%)；在相同干旱脅迫時間內(nèi)，‘坦尼克’相對含水量下降最快，顯著低于其他2個玫瑰品種(P<0.05)?？梢?，玫瑰品種‘坦尼克’花瓣的持水能力較其他2種玫瑰品種差，耐旱性較弱。

2.2 干旱脅迫對玫瑰花瓣可溶性蛋白和丙二醛(MDA)含量的影響

可溶性蛋白是細胞內(nèi)重要的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)和營養(yǎng)物質(zhì)，它們的增加和積累能提高細胞的保水能力，對細胞的生命物質(zhì)及生物膜起到保護作用[17]。MDA 是膜脂過氧化作用的產(chǎn)物之一，是檢測膜損傷程度的公認指標[18]。首先，3種玫瑰花品種花瓣中可溶性蛋白含量在整個干旱脅迫均呈現(xiàn)逐漸下降趨勢，并大多在脅迫第1天時降幅就達到顯著水平，且干旱組下降幅度顯著高于對照組(P<0.01)，但品種間的降幅存在差異；在干旱脅迫第5天時，‘卡羅拉’、 ‘影星’、‘坦尼克’花瓣中可溶性蛋白含量的降幅在對照組分別為78.5%、80.9%、79.7%，在干旱組分別為92.9%、92.4%、87.9%(圖2,Ⅰ)。同時，3種玫瑰花品種對照組和干旱組花瓣的MDA含量在整個開花衰老過程中均隨著時間逐漸升高，干旱組 ‘卡羅拉‘和‘坦尼克’的升幅均在干旱脅迫第1天達到顯著水平，而‘影星’升幅則在干旱脅迫第2天達到顯著水平；品種間相比較， ‘坦尼克’花瓣MDA含量高于其他2個品種，干旱脅迫對其細胞膜的傷害程度最大；與對照組相比較，各玫瑰花品種干旱組MDA含量均不同程度升高，且脅迫時間越長升高幅度越大，‘卡羅拉’、 ‘影星’、‘坦尼克’花瓣中MDA含量在脅迫5 d時分別比對照組升高8.0%、35.4%、41.5%(圖2,Ⅱ)?？梢?，干旱加速了玫瑰可溶性蛋白的分解，加劇了MDA在細胞內(nèi)的產(chǎn)生和累積，加速了膜系統(tǒng)的損傷和細胞的死亡，并以品種‘坦尼克’表現(xiàn)更明顯；在脅迫期間，玫瑰花瓣的可溶性蛋白含量與MDA含量呈現(xiàn)負相關(guān)關(guān)系，說明可溶性蛋白在植物抵御干旱脅迫過程中發(fā)揮著重要作用。

圖1 干旱脅迫下3個玫瑰品種花朵開放過程Fig.1 Flower opening of cut rose flowers under drought stress

表1 干旱脅迫下3個玫瑰品種花瓣的相對含水量變化Table 1 Relative water content in pedals of 3 rose varieties under drought stress

CCK.對照組卡羅拉；CDG.干旱組卡羅拉；TCK.對照組坦尼克；TDG.干旱組坦尼克;MCK.對照組影星；M DG.干旱組影星.下同C CK. Control group of Corolla；C DG.Drought stress group of Corolla；T CK. Control group of Tineke；T DG. Drought stress group of Tineke; M CK. Control group of Movie Star；M DG. Drought stress group of Movie Star. The same as below

2.3 干旱脅迫對玫瑰花瓣抗氧化酶活性的影響

2.3.2過氧化氫酶(CAT) CAT是以鐵卟啉為輔基的結(jié)合酶，它可促使H2O2分解為分子氧和水，清除體內(nèi)的H2O2，從而使細胞免于遭受H2O2的毒害，是生物防御體系的關(guān)鍵酶之一[20]。如圖3,Ⅱ所示，隨著干旱脅迫加強，3種玫瑰花瓣CAT活性也均呈先上升后下降的變化趨勢，并在第2天開始迅速增加，于第3天均達到最大值，后快速大幅度下降至第0天水平；對照組各品種CAT活性在第2天已經(jīng)到達峰值。在干旱脅迫處理下，各品種花瓣CAT活性均大多高于同期對照組，‘卡羅拉‘、’影星’、‘坦尼克’花瓣中CAT活性在脅迫第3天時分別比對照組升高237.5%、215.5%、109%。品種間比較，干旱組玫瑰花花瓣CAT活性的上升幅度表現(xiàn)為‘卡羅拉’>‘影星’>‘坦尼克’。

圖3 干旱脅迫下鮮切玫瑰花瓣SOD、CAT和POD活性的變化Fig.3 The SOD, CAT and POD activities in cut rose pedals under drought stress

2.3.3過氧化物酶(POD) POD是膜脂過氧化防御系統(tǒng)的主要保護酶，是植物抵抗逆境脅迫的手段之一[21]。圖3,Ⅲ結(jié)果表明，隨著干旱脅迫加強，3種玫瑰花對照組和干旱組花瓣P(guān)OD活性也均呈現(xiàn)先上升后下降的變化趨勢，并均在脅迫第3天時活性最強，此時又以‘卡羅拉’POD活性最高，分別為同期‘影星’和‘坦尼克’的1.36倍和9.2倍(P<0.01)。在整個試驗時期內(nèi)，干旱組花瓣P(guān)OD活性均始終高于同期對照組，并以‘卡羅拉’和‘影星’表現(xiàn)得尤為突出?？梢?，干旱脅迫對‘卡羅拉’、‘影星’花瓣P(guān)OD活性影響尤其顯著，而對‘坦尼克’POD活性影響不顯著，即玫瑰品種不同，其花瓣 POD活性對干旱脅迫的響應(yīng)程度也不同。

2.3.4谷胱甘肽還原酶(GR) GR在真核生物和原核生物中都存在的一類黃素蛋白氧化還原酶[22]。由圖4,Ⅰ可知，隨著干旱脅迫增強，各玫瑰品種花瓣GR活性仍呈現(xiàn)先上升后下降的變化趨勢，但3個品種玫瑰花GR活性到達峰值的時間各不相同， ‘坦尼克’、‘影星’和‘卡羅拉’依次為第2天、第3天和第4天；品種間相比較，品種‘影星’花瓣GR活性受干旱脅迫影響最大，其干旱組峰值比同期對照組顯著增加了2.13倍(P<0.01)。以上結(jié)果說明不同玫瑰品種花瓣GR活性對干旱脅迫反應(yīng)的速度和程度存在明顯差異，并以‘坦尼克’反應(yīng)最快，又以‘影星’反應(yīng)程度最劇烈。

2.3.5抗壞血酸過氧化物酶(APX) APX是植物AsA-GSH氧化還原途徑的重要組分之一，是植物體中清除H2O2的關(guān)鍵酶[23]。圖4,Ⅱ結(jié)果表明，隨著干旱脅迫時間的延長，各品種玫瑰花對照組和干旱組花瓣APX活性也均呈先升后降的變化趨勢，‘卡羅拉’峰值分別出現(xiàn)在第3天和第4天，‘坦尼克’則均出現(xiàn)在第4天，‘影星’則均出現(xiàn)在第3天。各品種對照組與干旱組APX活性從第1天開始增加，在第2天以后一直保持相對較高水平直至實驗結(jié)束，期間干旱組APX活性始終不同程度高于相應(yīng)對照組。其中，各品種間以‘卡羅拉’APX活性相對最大，其干旱組峰值分別為‘坦尼克’和‘影星’干旱組峰值的1.28倍和1.32倍(P<0.01)。

圖4 干旱脅迫下鮮切玫瑰花瓣GR和APX活性的變化Fig.4 The GR and APX activities in cut rose pedals under drought stress

表2 干旱脅迫下3種玫瑰各測定指標的隸屬函數(shù)值Table 2 Function values of observed indicators of the three rose varieties under drought stress

2.4 3種玫瑰品種耐旱性綜合評價

3種玫瑰在干旱脅迫期間不同指標的變化趨勢不盡相同， 采用單一指標評價植物的耐旱能力具有一定的片面性，隸屬函數(shù)提供了一種在多指標測定基礎(chǔ)上對植物抗旱性進行綜合評價的途徑，它可以克服利用少數(shù)指標對植物抗旱性進行評價的不足[24]。表2表明， ‘卡羅拉’、‘坦尼克’和‘影星’的各項指標隸屬函數(shù)的平均值分別為0.447、0.416和0.394，即3種玫瑰抗旱能力大小為‘卡羅拉’>‘坦尼克’>‘影星’，該評價結(jié)果與形態(tài)觀察和花瓣相對含水量結(jié)果基本一致。

3 討 論

花瓣相對含水量是反映植物水分狀況和抗脫水能力的重要指標，其值高表明植物體內(nèi)生理功能旺盛，對干旱的適應(yīng)能力也就強[25]。本研究中，我們可以很直觀看出，玫瑰品種‘坦尼克’受干旱脅迫損傷最明顯，持水能力最差。蛋白質(zhì)是生命的物質(zhì)基礎(chǔ)和最重要的功能大分子，可溶性蛋白作為這一類重要的蛋白質(zhì)，具有明顯的增強細胞的持水能力、增加束縛水含量和原生質(zhì)彈性等功能[26]。本實驗中干旱組玫瑰花瓣可溶性蛋白含量隨著干旱脅迫時間的延長顯著下降，與花瓣相對含水量成正相關(guān)關(guān)系，這可能是蛋白的合成需要水參與，而抵抗干旱脅迫加速了蛋白的分解，最后導(dǎo)致細胞膜通透性增大和細胞的衰老死亡。同時，MDA是細胞膜過氧化作用的產(chǎn)物之一，MDA含量的不斷積累引起酶和膜的損傷，使膜電阻及流動性降低，最終導(dǎo)致膜結(jié)構(gòu)與生理完整性的破壞。本研究結(jié)果表明2種玫瑰花瓣的MDA含量隨著干旱脅迫的時間延長而增加，與其相對含水量和可溶性蛋白含量呈負相關(guān)關(guān)系，這與茶菊[27]和芍藥花[28]的相關(guān)研究結(jié)果相符合。本實驗結(jié)果表明，干旱脅迫下品種‘坦尼克’衰老最快，花瓣MDA含量最高，細胞膜受損程度最大。

植物在長期的進化過程中產(chǎn)生了抵抗脅迫的防御機制，其中的植物抗氧化酶系統(tǒng)能相互協(xié)同作用，清除由于脅迫產(chǎn)生的大量活性氧自由基，從而提高抵抗活性氧的毒害和環(huán)境脅迫的能力。本研究結(jié)果表明，3個品種的玫瑰花瓣SOD、POD、CAT、APX、GR活性在干旱脅迫過程中均呈現(xiàn)先上升后降低的相同變化趨勢，說明玫瑰在一定干旱脅迫范圍內(nèi)能通過增加抗氧化酶活性來提高抗干旱能力；但當(dāng)干旱脅迫程度超出其忍耐范圍時，其細胞也會失去協(xié)調(diào)抗氧化酶能力，導(dǎo)致酶活性下降。這與大麗花[29]的相關(guān)研究結(jié)果相同。其中，在本實驗整個干旱脅迫期間，玫瑰花瓣SOD始終保持著高度的活性，可見SOD是玫瑰抵抗干旱脅迫的主要抗氧化酶之一，在抗氧化酶系統(tǒng)中位于核心地位。同時，品種‘坦尼克’花瓣P(guān)OD活性在干旱組和對照組均變化不明顯，并顯著低于其他兩個品種，根據(jù)杜秀敏[30]等實驗結(jié)果推測‘坦尼克’POD活性可能不受干旱脅迫影響，其協(xié)調(diào)POD抵抗干旱脅迫的能力差，這可能是品種引起的差異。另外，本研究中干旱脅迫下玫瑰花瓣GR活性突變比SOD、CAT都早，說明GR響應(yīng)干旱脅迫速度更快，這與豇豆的研究結(jié)果相同[31]。此外，本實驗結(jié)果顯示干旱脅迫下3種玫瑰花APX活性穩(wěn)定增長并在實驗后期依然保持較高活性，說明APX是玫瑰受到高強度干旱脅迫時的主要抗氧化酶，這與小麥離體葉片的實驗結(jié)果[32]相同。干旱脅迫不僅增加了CAT活性，也推遲CAT活性到達峰值時間，這可能是玫瑰受到干旱脅迫后上調(diào)CAT基因表達量使其具有更強的清除H2O2能力，但由于基因表達的時間和空間特異性推遲了CAT活性峰值時間。由本實驗結(jié)果可見，玫瑰品種‘卡羅拉’與‘影星’的抗氧化酶系統(tǒng)運作協(xié)調(diào)的方式比較類似，都是主要以增強POD、SOD活性來減輕干旱脅迫帶來的損害，而品種‘坦尼克’在受干旱脅迫過程中會大幅度提高CAT活性，這跟‘蘇麥3號’小麥品種在干旱脅迫下的抗氧化酶活性表現(xiàn)一致[33]。

綜上所述，鮮切玫瑰花受到干旱脅迫時體內(nèi)各抗氧化酶能相互協(xié)調(diào)發(fā)揮作用，在干旱脅迫前期通過增加抗氧化酶活性來清除細胞內(nèi)過量的活性氧，后期活性氧的生產(chǎn)大于清除，抗氧化酶活性下降，玫瑰細胞逐漸失去了調(diào)節(jié)能力，最終導(dǎo)致玫瑰花的衰老和死亡。但是不同品種玫瑰對干旱脅迫的適應(yīng)能力不同，將3種玫瑰的各項指標運用隸屬函數(shù)法進行綜合分析，它們耐旱性從大到小順序依次為‘卡羅拉’、‘影星’、‘坦尼克’，這與玫瑰在干旱脅迫期間外觀、相對含水量等生理生化等指標變化相吻合，即‘卡羅拉’受到傷害較小，‘坦尼克’受損嚴重。本研究結(jié)果為建立更加完善的玫瑰抗旱指標評價體系奠定了基礎(chǔ)，也為云南地區(qū)選育改良強抗旱性玫瑰品種提供理論依據(jù)；同時，也為現(xiàn)有優(yōu)良玫瑰品種分子改良育種提供更多的可能性，比如，通過克隆其他耐旱植物POD基因并轉(zhuǎn)化到‘坦尼克’中，使其在‘坦尼克’中過量表達來提高其抗旱能力；通過利用細胞生物學(xué)及分子生物學(xué)方法研究‘坦尼克’CAT基因的表達調(diào)控機制，探究CAT在氧化還原信號轉(zhuǎn)導(dǎo)中的作用，從而根據(jù)CAT的表達規(guī)律及其信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑培育出在干旱脅迫中CAT活性更強的‘卡羅拉’、‘影星’改良植株。

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