干旱脅迫下2種鐵線蓮幼苗的生理響應(yīng).pdf

分子植物育種 2022 年 第 20 卷 第 24 期 第 8245 8254 頁 Molecular Plant Breeding 2022 Vol 20 No 24 8245 8254 研究報(bào)告 Research Report 干旱脅迫下 2 種鐵線蓮幼苗的生理響應(yīng) 張麗娟 1 張鳳娥 2 張玉 1 1 河北旅游職業(yè)學(xué)院 承德 067000 2 上海農(nóng)林職業(yè)技術(shù)學(xué)院 上海 201699 通信作者 zhangyu79541 摘 要 為 了 明確 2 種鐵線蓮 轉(zhuǎn)子蓮和褐毛鐵線蓮 的干旱適應(yīng)范圍 本研究以 3 年生轉(zhuǎn)子蓮和褐毛鐵線 蓮幼苗為試驗(yàn)材料 采用 100 200 和 300 g L濃度的 PEG 溶液模擬干旱脅迫 研究不同程度干旱脅迫對 2 種 鐵線蓮的抗逆響應(yīng)機(jī)制 采用隸屬函數(shù)法對 2 種鐵線蓮的抗旱性進(jìn)行了綜合性評價(jià) 結(jié)果表明 2 種鐵線蓮葉 片和根系含水量均隨著干旱脅迫程度的遞進(jìn)而下降 和 CK 相比 褐毛鐵線蓮在重度脅迫時(shí)的光飽和點(diǎn) 最 大凈光合速率和表觀量子效率分別降低了 78 9 75 8 61 9 而轉(zhuǎn)子蓮各項(xiàng)指標(biāo)分別降低了 75 3 80 9 73 3 2 種鐵線蓮的可溶性蛋白含量 POD 活性以及 SOD 活性呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢 脯氨酸含量和丙 二醛含量在同一程度干旱脅迫下 隨著處理時(shí)間的延長而不斷增多 其中轉(zhuǎn)子蓮的脯氨酸和丙二醛含量在 重度脅迫 24 h 時(shí) 分別是脅迫 0 h 的 2 57 和 2 47 倍 褐毛鐵線蓮的脯氨酸和丙二醛含量在重度脅迫 24 h 時(shí) 分別是脅迫 0 h 的 1 66 和 1 91 倍 對 2 種鐵線蓮的 7 個(gè)生理指標(biāo)進(jìn)行隸屬函數(shù)分析 同時(shí)結(jié)合光合生 理指標(biāo)的結(jié)果認(rèn)為 褐毛鐵線蓮幼苗的抗旱性高于轉(zhuǎn)子蓮 本研究為北方干旱地區(qū)鐵線蓮屬種質(zhì)資源的開 發(fā)和利用提供理論參考 關(guān)鍵 詞 干旱脅迫 轉(zhuǎn)子蓮 褐毛鐵線蓮 生理響應(yīng) Physiological Response Characteristics of Two Clematis Plants Seedlings under Drought Stress Zhang Lijuan 1 Zhang Feng e 2 Zhang Yu 1 1 Heibei Tourism Vocational College Chengde 067000 2 Shanghai Vocational College of Agriculture and Forestry Shanghai 201699 Corresponding author zhangyu79541 DOI 10 13271 j mpb 020 008245 Abstract In order to determine the drought adaption range of Clematis patens and Clematis fusca physiological response mechanism of the three years old seedlings of two species under drought stress was studied by using PEG solution with concentrations of 100 200 and 300 g L The drought resistance of two Clematis species was evaluat ed by membership function method The results showed that the water content in leaves and roots decreased gradu ally with the degree of drought stress Compared with CK the light saturation point maximum net photosynthetic rate and apparent quantum efficiency of C fuliginosa under severe stress decreased by 78 9 75 8 and 61 9 respectively while the indexes of C nutrichoides decreased by 75 3 80 9 and 73 3 respectively The soluble protein content POD activity and SOD activity increased first and then decreased Proline content and malondi aldehyde content increased with the extension of treatment time under the same degree of drought stress The con tents of proline and malondialdehyde of C patens under severe stress for 24 h were 2 57 and 2 47 times higher than those in 0 h The contents of proline and malondialdehyde of C fusca under severe stress for 24 h were 1 66 and 1 91 times higher than those in 0 h The membership function analysis of 7 physiological indexes of 2 Clematis 基金項(xiàng)目 本研究由上海農(nóng)林職業(yè)技術(shù)學(xué)院科研課題 KY2 0000 21 01 和中青年領(lǐng)軍人才培養(yǎng)計(jì)劃共同資助 引用格式 Zhang L J Zhang F E and Zhang Y 2022 Physiological response characteristics of two Clematis plants seedlings under drought stress Fenzi Zhiwu Yuzhong Molecular Plant Breeding 20 24 8245 8254 張麗娟 張鳳娥 張玉 2022 干旱脅迫下 2 種 鐵線蓮幼苗的生理響應(yīng) 分子植物育種 20 24 8245 8254 分子植物育種 Molecular Plant Breeding 表 1 干旱脅迫 24 h 時(shí) 2 種鐵線蓮含水量 Table 1 The changes of water content of two Clematis under dif ferent degrees of drought stress for 24 h 種類 Species 褐毛鐵線蓮 Clematis fusca Turcz 轉(zhuǎn)子蓮 Clematis patens Morr et Decne 處理 Treatment CK 輕度 Mild 中度 Moderate 重度 Severe CK 輕度 Mild 中度 Moderate 重度 Severe 葉片 Leaf 80 41 2 08 a 80 07 2 48 a 79 35 2 44 b 78 26 2 21 c 78 83 1 96 a 78 64 2 20 ab 78 23 1 89 b 77 59 2 33 c 根系 Root 75 60 2 00 a 75 11 2 42 a 74 16 2 50 b 73 23 2 74 c 74 73 2 00 a 74 35 2 03 a 73 43 2 65 b 72 69 2 52 c 注 每種類同列數(shù)據(jù)中的不同小寫字母代表 P 0 05 內(nèi)差異顯著 Note Different lowercase letters in the same column represent different significance at P 0 05 levels 含水量 Water content species and the results of photosynthetic physiological indexes showed that the drought resistance of C fusca was higher than C patens This study provides a theoretical reference for the development and utilization germplasm resources of Clematis in arid areas of northern China Keywords Drought stress Clematis patens Clematis fusca Physiological response 水分因子是植物生存必要條件之一 也是決定 干旱和半干旱生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能的重要環(huán)境因子 胡冬等 2021 中國北方地區(qū)受地形 氣候等影響 干旱 半干旱土地占有很大比例 氣候變化導(dǎo)致區(qū)域 范圍內(nèi)降水量的減少和蒸發(fā)量的增加 干旱在未來 會發(fā)生得更為頻繁和嚴(yán)重 成為生態(tài)恢復(fù)和農(nóng)業(yè)生 產(chǎn)的限制性因素 王金俠 2014 干旱脅迫作為一種 生境壓力在植物遺傳和變異過程中 形成了從外部 形態(tài)到內(nèi)部生理生化特性 蛋白合成 基因表達(dá)等一 系列的差異性改變 使得它們能夠最大限度地適應(yīng) 干旱逆境 江登輝等 2020 干旱脅迫試驗(yàn) 主要是通 過控制土壤水分來創(chuàng)造干旱逆境 或者利用滲透調(diào) 節(jié)劑模擬干旱環(huán)境 李瑞雪等 2017 植物種類不同 所受干旱程度差異很大 王金俠 2014 總體來說 植 物的抗旱性能包括植株形態(tài)結(jié)構(gòu)抗旱性 細(xì)胞生理 生化抗旱性和分子水平抗旱性 李春龍 2014 轉(zhuǎn)子蓮 Clematis patens Morr et Decne 和褐毛鐵 線蓮 Clematis fusca Turcz 是毛茛科 Ranunculaceae 鐵線蓮屬 Clematis 多年生藤本植物 中國科學(xué)院中 國植物志編委會 2022 2 種鐵線蓮原始分布區(qū)域廣 泛 所處的野生生境類型多樣 其耐寒能力高 適生 性強(qiáng) 轉(zhuǎn)子蓮的花朵直徑大 花色豐富 褐毛鐵線蓮 的花色獨(dú)特 具有較高觀賞價(jià)值 是園林中常見的垂 直綠化植物 為加大鐵線蓮屬植物資源在北方缺水環(huán) 境中適應(yīng)性的研究 本試驗(yàn)選用 3 年生的褐毛鐵線蓮 和轉(zhuǎn)子蓮植株作為試驗(yàn)材料 以 100 200 及 300 g L 濃度 PEG 模擬干旱脅迫 從形態(tài)指標(biāo) 生理特性兩 個(gè)方面來對不同程度干旱脅迫條件下植株生長發(fā)育 情況進(jìn)行探究 明確 2 種鐵線蓮的干旱適應(yīng)范圍 為北方干旱地區(qū)鐵線蓮屬植物資源的開發(fā)和利用 提供理論數(shù)據(jù) 以便于耐旱植物的篩選和擴(kuò)大鐵線 蓮屬植物種質(zhì)資源庫 1 結(jié) 果 與分析 1 1 干 旱 脅迫對 2 種鐵線蓮含水量的影響 含水量是體現(xiàn)植物耐旱能力的重要指標(biāo) 研 究 結(jié) 果表明 表 1 隨著干旱脅迫程度的提升 2 種鐵線 蓮的葉片含水量與根系含水量均呈降低趨勢 和 CK 相比較 轉(zhuǎn)子蓮葉片含水量在輕度干旱脅迫下變化不 顯著 P 0 05 中度干旱脅迫對葉片脅迫的處理間含 水量差異顯著 P 0 05 含水量較 CK 下降了 1 31 重度干旱脅迫下葉片含水量較 CK 下降了 2 67 2種 鐵線蓮根系含水量在各個(gè)處理下均較葉片低 變化 幅度大于葉片 除輕度脅迫外 中度 重度干旱脅迫 下的根系含水量均與 CK 差異顯著 脅迫 24 h 時(shí)較 CK 分別下降了 1 90 4 46 褐毛鐵線蓮的葉片含 水量的變化趨勢與轉(zhuǎn)子蓮相似 中度 重度干旱脅迫下 葉片含水量較 CK 分別下降了 0 76 1 57 中度 重 度干旱脅迫下的根系含水量較 CK 分別下降了 1 74 2 73 1 2 干 旱 脅迫下 2 種鐵線蓮光響應(yīng)參數(shù)特征的變化 1 2 1 光 光響應(yīng)曲線的變化 為確定不同干旱脅迫條件下兩種鐵線蓮的光合能 力 對兩種鐵線蓮進(jìn)行光響應(yīng)曲線測定 結(jié)果顯示 轉(zhuǎn) 8246 表 2 不同程度的干旱脅迫下兩種鐵線蓮的光響應(yīng)參數(shù) Table 2 Photosynthetic parameters of two Clematis under different degrees of drought stress 種類 Species 褐毛鐵線蓮 Clematis fusca Turcz 轉(zhuǎn)子蓮 Clematis patens Morr et Decne 處理 Treatment CK 輕度 Mild 中度 Moderate 重度 Severe CK 輕度 Mild 中度 Moderate 重度 Severe 光補(bǔ)償點(diǎn) mol m 2 s 1 LCP mol m 2 s 1 18 05 1 70 b 15 37 0 68 b 10 48 1 09 c 23 18 2 04 a 30 23 0 32 a 24 17 0 65 b 14 39 0 92 c 12 25 0 69 c 光飽和點(diǎn) mol m 2 s 1 LSP mol m 2 s 1 476 74 6 09 a 407 21 4 23 b 387 40 2 75 b 100 40 1 36 c 389 43 9 61 a 306 23 6 57 b 128 97 7 73 c 96 10 7 02 d 最大凈光合速率 mol m 2 s 1 P max mol m 2 s 1 15 23 0 259 a 10 37 1 47 b 8 25 0 79 c 3 68 0 41 d 13 25 0 89 a 12 37 0 96 a 4 69 0 75 b 2 58 0 33 c 表觀量子效率 mol m 2 s 1 AQY mol m 2 s 1 0 042 0 002 a 0 037 0 001 b 0 028 0 001 c 0 016 0 001 d 0 045 0 001 a 0 039 0 001 b 0 015 0 002 c 0 012 0 001 c 注 每種類同列數(shù)據(jù)中的不同小寫字母代表 P 0 05 內(nèi)差異顯著 Note Different lowercase letters in the same column represent different significance at P 0 05 levels 干旱脅迫下 2 種鐵線蓮幼苗的生理響應(yīng) Physiological Response Characteristics of Two Clematis Plants Seedlings under Drought Stress 子 蓮 在 CK處理下 當(dāng) PAR 增加至約 600 mol m 2 s 1 時(shí) P n 的增長減緩并 趨于平穩(wěn) 在輕度干旱脅迫下 PAR 上升至約為 400 mol m 2 s 1 時(shí) P n 逐 漸 平穩(wěn) 與 CK 對比 光飽和光合速率略有降低 在中度干 旱脅迫下 PAR 上升至約為 200 mol m 2 s 1 時(shí) P n 增 長逐漸減緩 在重度干旱 脅 迫下 PAR 上升至約為 100 mol m 2 s 1 時(shí) P n 的增長逐漸平穩(wěn) 與 CK 對 比 中 重度干旱脅迫的光飽和光合速率明顯下降 圖 1A 該結(jié)果說明中重度干旱脅迫嚴(yán)重影響了轉(zhuǎn)子蓮的光 合生理過程 褐毛鐵線蓮在 CK 處理下 當(dāng) PAR 增加至約 800 mol m 2 s 1 時(shí) P n 的增長減緩并趨于平穩(wěn) 在輕 度干旱脅迫下 PAR 上升至約為 600 mol m 2 s 1 時(shí) P n 增 長減緩 在中度干旱脅迫下 PAR 上升至約為 400 mol m 2 s 1 時(shí) P n 逐漸平穩(wěn) 與 CK 對比 輕 中 度干旱脅迫下光飽和光合速率降低 在重度干旱脅迫 下 PAR 上升至約為 100 mol m 2 s 1 時(shí) P n 的 增 長趨 于平穩(wěn) 圖 1B 該結(jié)果表明重度干旱脅迫對褐毛鐵 線蓮光合生理過程的影響較為嚴(yán)重 1 2 2 光響應(yīng)參數(shù)特征的變化 對植物的光 光合速率響應(yīng)曲線擬合 獲得植 物光合作用時(shí)的各項(xiàng)光合參數(shù) 表 2 隨著干旱脅迫 程度加深 轉(zhuǎn)子蓮的 LCP 隨著脅迫程度加深一直降 低 褐毛鐵線蓮 LCP 呈現(xiàn)下降趨勢 僅在重度脅迫時(shí) LCP 為 23 18 mol m 2 s 1 出現(xiàn)了一定程度的上升 褐 毛鐵線蓮的 LSP 均高于對應(yīng)脅迫程度的轉(zhuǎn)子蓮 并在中度干旱脅迫下差異達(dá)到顯著 P 0 05 圖 1 不同程度的干旱脅迫下 2 種鐵線蓮的光 光響應(yīng)曲線 注 A 轉(zhuǎn)子蓮 B 褐毛鐵線蓮 Figure 1 Photo response curves of two Clematis under different degrees of drought stress Note A Clematis patens Morr etDecne B Clematis fuscaTurcz 8247 分子植物育種 Molecular Plant Breeding 2 種 鐵 線蓮的 P max 隨著干旱脅迫程度加深 而 下 降 均與 CK 達(dá)到差異 P 0 05 褐毛鐵線蓮 CK 組的 P max 是 轉(zhuǎn) 子蓮的 1 15 倍 中 重度干旱脅迫下 褐毛鐵 線蓮的 P max 是轉(zhuǎn)子蓮的 1 76 1 43 倍 兩種鐵線蓮的 表觀 量子效率都隨著干旱脅迫程度的加深而下降 褐毛鐵線蓮的 AQY 值分別比 0 03 低 0 002 0 014 而 轉(zhuǎn)子蓮的 AQY 值分別比 0 03 低 0 015 0 018 因此 轉(zhuǎn)子蓮的表觀量子效率下降程度高于褐毛鐵線蓮 受傷害程度較重 1 3 不同干旱脅迫下 2 種鐵線蓮生理指標(biāo)的變化 1 3 1 干旱脅迫下葉片中可溶性蛋白含量的動態(tài)變化 可溶性蛋白是重要的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)和營養(yǎng)物 質(zhì) 它的增加和積 累能提高細(xì)胞的保水能力 對細(xì)胞 的生命物質(zhì)及生物膜起到保護(hù)作用 2 種鐵線蓮的可 溶性蛋白含量在各脅迫程度下均隨著脅迫時(shí)長的增 加呈現(xiàn)先增加后下降的趨勢 圖 2 轉(zhuǎn)子蓮的可溶性 蛋白含量在輕 中度干旱脅迫下均在處理 18 h 時(shí)達(dá) 到峰值 分別為 3 59 和 3 81 mg g 此時(shí)的可溶性蛋 白含量分別為脅迫 0h 的 1 55 和 1 63 倍 之后下降 重度干旱脅迫下 6 h 即達(dá)到峰值 2 84 mg g 此時(shí)的可 圖 2 不同程度的干旱脅迫下 2 種鐵線蓮的可溶性蛋白含量 注 A 轉(zhuǎn)子蓮 B 褐毛鐵線蓮 不同小寫字母代表 P 0 05 內(nèi) 差異顯著 Figure 2 Changes of soluble protein content of two Clematis un der different degrees of drought stress Note A Clematis patens Morr et Decne B Clematis fusca Tur cz Different lowercase letters represent different significance at P 0 05 levels 圖 3 不同程度的干旱脅迫下 2 種鐵線蓮的脯氨酸含量 注 A 轉(zhuǎn)子蓮 B 褐毛鐵線蓮 不同小寫字母代表 P 0 05 內(nèi) 差異顯著 Figure 3 Changes of proline content of two Clematis under differ ent degrees of drought stress Note A Clematis patens Morr et Decne B Clematis fusca Tur cz Different lowercase letters represent different significance at P 0 05 levels 溶 性蛋白含量為脅迫 0h 可溶性蛋白質(zhì)含量 2 32 mg g 的 1 22 倍 之后呈下降趨勢 輕 中 重度脅迫 24 h 時(shí)的可溶性蛋白含量分別為 0 h 可溶性蛋白含量 2 31 2 34 2 32 mg g 的 1 00 0 82 和 0 58 倍 褐毛鐵線蓮的可溶性蛋白含量在 3 種不同程度的 干旱脅迫下均在 18h 時(shí)達(dá)到峰值 分別為 7 74 8 01 8 23 mg g 此時(shí)的可溶性蛋白含量分別為脅迫 0 h 可溶性蛋白含量 7 21 7 28 7 22 mg g 的 1 07 1 10 和 1 14 倍 18h 后下降 脅迫 24h 時(shí)的可溶性蛋白含 量分別為脅迫 0 h 的 1 00 1 02 0 96 倍 與脅迫 0 h 之間差異均不顯著 P 0 05 褐毛鐵線蓮的可溶性蛋 白含量在各脅迫條件下均高于轉(zhuǎn)子蓮 1 3 2 干旱脅迫下葉片脯氨酸含量的動態(tài)變化 脯氨酸是植物蛋白質(zhì)的組分之一 植物體內(nèi)脯氨 酸含量在一定程度上反映了植物的抗逆性 抗旱性強(qiáng) 的種類往往積累較多的脯氨酸 2 種鐵線蓮脯氨酸的 含量均隨著干旱脅迫程度和脅迫時(shí)間的增加而升高 圖 3 脅迫 6 h 時(shí) 2 種鐵線蓮的脯氨酸含量與脅迫 0 h 時(shí)差異不顯著 P 0 05 脅迫 12 h 開始出現(xiàn)差異 轉(zhuǎn)子蓮在輕度 中度 重度干旱脅迫 24 h 時(shí)的脯氨酸 8248 圖 4 不同程度的干旱脅迫下 2 種鐵線蓮的丙二醛含量 注 A 轉(zhuǎn)子蓮 B 褐毛鐵線蓮 不同小寫字母代表 P 0 05 內(nèi)差 異顯著 Figure 4 Changes of MDA content of two Clematis under differ ent degrees of drought stress Note A Clematis patens Morr et Decne B Clematis fusca Tur cz Different lowercase letters represent different significance at P 0 05 levels 含 量分別是脅迫 0 h 含量的 2 26 2 31 2 57 倍 其中 重度脅迫下 脯氨酸含量隨脅迫時(shí)間延長 增長率分 別為 19 36 32 和 19 這個(gè)增長率在 3 個(gè)脅迫 中是最高的 該結(jié)果說明轉(zhuǎn)子蓮在重度脅迫下仍通 過保持細(xì)胞原生質(zhì)的滲透平衡以盡量緩解逆境對植 物的危害 褐毛鐵線蓮在輕度 中度 重度干旱脅迫 24 h 時(shí) 的脯氨酸含量分別是 0 h 含量的 1 57 1 49 1 66 倍 其中重度脅迫下 其含量隨著處理時(shí)間延長的增長 率分別為 14 10 16 13 在各干旱脅迫下 轉(zhuǎn)子蓮脯氨酸含量的變化幅度更大 轉(zhuǎn)子蓮的脯氨 酸含量高于同等條件下的褐毛鐵線蓮 說明在外界環(huán) 境的刺激下 轉(zhuǎn)子蓮能在遭受干旱脅迫時(shí)具有更好的 滲透調(diào)節(jié)功能 1 3 3 干旱脅迫下葉片丙二醛 MDA 含量的動態(tài)變化 丙二醛是膜脂過氧化的最終分解產(chǎn)物 丙二醛的 積累可以對膜和細(xì)胞造成一定的傷害 其含量可以反 映植物遭受逆境傷害的程度 2 種鐵線蓮的 MDA 含 量隨脅迫程度和時(shí)間的增加而升高 其中輕度脅迫的 MDA 含量變化幅度最小 重度脅迫時(shí)的變化幅度 最大 脅迫 24 h 時(shí) 2 種鐵線蓮的 MDA 含量均達(dá)到 峰值 其中轉(zhuǎn)子蓮的 MDA 含量分別為 18 03 23 95 31 22 mol kg 是脅迫 0h的 1 45倍 1 88 倍 2 47 倍 褐 毛鐵線蓮的 MDA 含量在 24h 時(shí)分別為 14 85 17 37 18 96 mol kg 是脅迫 0 h 的 1 48 1 74 和 1 91 倍 轉(zhuǎn) 子蓮的 MDA 含量在各程度的干旱脅迫下均高于同 處理時(shí)間的褐毛鐵線蓮 圖 4 1 3 4 干旱脅迫對過氧化物酶活性 POD 活性的影響 過氧化物酶是植物體內(nèi)普遍存在且活性較高的 一種酶 該酶在氧化其他物質(zhì)的同時(shí) 將 H 2 O 2 還 原 為 H 2 O 是植物體內(nèi)的保護(hù)酶之一 轉(zhuǎn)子蓮和褐毛鐵 線 蓮的 POD活性隨著脅迫時(shí)間增加 呈現(xiàn)先上升后下降 的趨勢 在輕度脅迫下 轉(zhuǎn)子蓮的 POD 活性在 18 h 時(shí) 出現(xiàn)峰值 其活性是 0 h 的 1 81 倍 中 重度脅迫時(shí)在 12h 時(shí)出現(xiàn)峰值 其活性分別是 0h 的 1 78 2 22倍 輕 度 中度 重度干旱脅迫 24 h 時(shí)的 POD 活性分別為 脅迫 0 h 的 1 71 1 57 和 1 40 倍 圖 5A 輕度脅迫下 褐毛鐵線蓮的 POD 活性在 24 h 時(shí) 最高 是 0 h 的 1 85 倍 中度脅迫下褐毛鐵線蓮的 POD 活性在 18 h 時(shí)出現(xiàn)峰值 是脅迫 0 h 的 2 15 倍 重度脅迫則在 12 h 時(shí)出現(xiàn)峰值 是脅迫 0 h 的 3 08 倍 由此可見 隨著脅迫程度的提高 POD 活性 的峰值逐漸提前 3 種脅迫 24 h 時(shí)的 POD 活性分別 為脅迫 0 h 的 1 85 1 75 1 76 倍 圖 5B 1 3 5 干旱脅迫下葉片超氧化物歧化酶 SOD 活性的 動態(tài)變化 超氧化物歧化酶是活性氧清除系統(tǒng)中第一個(gè)發(fā) 揮作用的抗氧化酶 在保護(hù)細(xì)胞免受氧化損傷過程 中具有十分重要的作用 超氧化物歧化酶活性越高 植物的抗旱性越強(qiáng) 2 種鐵線蓮的 SOD 活性在輕度 干旱脅迫下隨著時(shí)間的延長而升高 中 重度干旱脅 迫下先升高后下降 輕度干旱脅迫下 轉(zhuǎn)子蓮和褐毛 鐵線蓮均在處理 24 h 時(shí) SOD 活性最高 為脅迫 0 h 時(shí)的 1 57 和 1 79 倍 中 重度脅迫下 轉(zhuǎn)子蓮和褐毛 鐵線蓮均在處理 12 h 時(shí) SOD 活性達(dá)到峰值 為脅迫 0 h 時(shí)的 1 62 2 03 倍 重度脅迫時(shí)的 SOD 活性分別 為脅迫 0 h 時(shí)的 1 85 2 59 倍 12 24 h 的 SOD 活性 逐漸下降 至 24 h 時(shí) 中度脅迫下轉(zhuǎn)子蓮 褐毛鐵線 蓮的 SOD 活性分別為脅迫 0 h 時(shí)的 0 98 1 79 倍 重 度脅迫下轉(zhuǎn)子蓮 褐毛鐵線蓮的 SOD 活性分別為脅 迫 0 h 時(shí)的 0 76 倍 1 94 倍 圖 6 1 4 干 旱 脅迫對 2 種鐵線蓮葉片影響的綜合評價(jià) 單 一的生理指標(biāo)無法全面的對二者的抗旱性進(jìn) 行 評價(jià) 故選取 7 個(gè)指標(biāo)進(jìn)行隸屬函數(shù)值計(jì)算 綜合評 干旱脅迫下 2 種鐵線蓮幼苗的生理響應(yīng) Physiological Response Characteristics of Two Clematis Plants Seedlings under Drought Stress 8249 分子植物育種 Molecular Plant Breeding 圖 5 不同程度的干旱脅迫下 2 種鐵線蓮的過氧化物酶活性 注 A 轉(zhuǎn)子蓮 B 褐毛鐵線蓮 不同小寫字母代表 P 0 05 內(nèi)差 異顯著 Figure 5 Changes of POD enzyme activity of two Clematis under different degrees of drought stress Note A Clematis patens Morr et Decne B Clematis fusca Tur cz Different lowercase letters represent different significance at P 0 05 levels 價(jià) 輕 中 重度干旱脅迫下 轉(zhuǎn)子蓮的隸屬函數(shù)平均值 分別為 0 84 0 49 0 14 褐毛鐵線蓮的隸屬函數(shù)值平均 值分別為 0 84 0 67 0 57 表 3 輕度脅迫下 轉(zhuǎn)子蓮和 褐毛鐵線蓮的隸屬函數(shù)值相同 兩者在輕度干旱脅迫 下的耐受能力一致 中度脅迫下褐毛鐵線蓮的隸屬函 數(shù)值高于轉(zhuǎn)子蓮 說明褐毛鐵線蓮具有更強(qiáng)的耐受能 力 中度脅迫下褐毛鐵線蓮的隸屬函數(shù)值顯著高于轉(zhuǎn) 子蓮 說明褐毛鐵線蓮在重度干旱環(huán)境中更具優(yōu)勢 2 討 論 干旱逆境中 植物可通過細(xì)胞生理生化的反 應(yīng)來 抵抗外界干旱壓力 植物體各器官含水量的動態(tài)變化 可用來研究植物抗旱性 反映植物保水性能和抗脫水 性 單長卷等 2006 抗旱能力通常與含水量正相關(guān) 馬楠等 2015 本研究發(fā)現(xiàn)隨著脅迫程度提高 2 種 鐵線蓮的葉片 根系含水量呈下降趨勢 其中褐毛鐵 線蓮對環(huán)境水分含量變化的敏感程度較轉(zhuǎn)子蓮低 表現(xiàn)為植株體內(nèi)含水量在中 重度干旱脅迫時(shí)降低 比率小 根系是陸生植物吸收水分的重要器官 研究 表明根系與土壤系統(tǒng)間的相互作用是一系列復(fù)雜的 生理生態(tài)過程 馬源等 2018 周正虎 2022 因此大 圖 6 不同程度的干旱脅迫下 2 種鐵線蓮的超氧物歧化酶活力 注 A 轉(zhuǎn)子蓮 B 褐毛鐵線蓮 不同小寫字母代表 P 0 05 內(nèi)差 異顯著 Figure 6 Changes of SOD enzyme activity of two Clematis under different degrees of drought stress Note A Clematis patens Morr et Decne B Clematis fusca Tur cz Different lowercase letters represent different significance at P 0 05 levels 多數(shù)植物對水分 的響應(yīng)主要是通過根系的生長情況 來有效傳 達(dá) 李斌 2021 本研究發(fā)現(xiàn) 2 種鐵線蓮的 根系含水量變化與葉片相比變化程度更高 說明根 系對環(huán)境水分的變化更為敏感 干旱脅迫對 2 種鐵 線蓮根系構(gòu)造和分布的影響需更深入地研究 植物光補(bǔ)償點(diǎn) light compensation point LCP 是 評價(jià)植物耐陰性的重要指標(biāo) 可反映出植物對弱光 利用率的大小 陳旅等 2016 光飽和點(diǎn) light satura tion point LSP 的表現(xiàn)為植物對高光強(qiáng)的忍受能力 李 彥霞等 2021 本研究中 隨著干旱脅迫程度的加重 褐 毛鐵線蓮的 LCP 降低幅度沒有轉(zhuǎn)子蓮明顯 且除重 度干旱脅迫外 轉(zhuǎn)子蓮的 LCP 均高于對應(yīng)脅迫程度下 的褐毛鐵線蓮 表明褐毛鐵線蓮對弱光的利用率更 強(qiáng) 除輕度干旱脅迫外 褐毛鐵線蓮的 P max 值 均 高于 對應(yīng)脅迫程度的轉(zhuǎn)子蓮 結(jié)合 2 種鐵線蓮植物 LSP 的 變化趨勢 進(jìn)一步表明褐毛鐵線蓮在干旱脅迫下 對 高光強(qiáng)的忍受能力要高于轉(zhuǎn)子蓮 表觀量子效率 apparent quantum yield AQY 是光響應(yīng)曲線在光補(bǔ) 償點(diǎn)時(shí)的斜率 陳凱利等 2013 在自然條件下 植物 的 AQY 為 0 03 0 05 之間時(shí)表明植物處于一個(gè)利于 自身生長的外界光環(huán)境 薛晴等 2022 在這個(gè)范圍內(nèi) 8250 表 3 不同程度的干旱脅迫下 2 種鐵線蓮的隸屬函數(shù)值 T a bl e 3 S ubor di na t e f unc t i on v a l ue of t w o C l e ma t i s unde r di f f e r e nt de g r e e s of dr oug ht s t r e s s 植物 S pe c i e s 轉(zhuǎn)子蓮 C l e ma t i s pa t e ns M or r e t D e c ne 褐毛鐵線蓮 C l e ma t i s f usc a T ur c z 脅迫處理 T r e a m e nt 輕度 M i l d 中度 M ode r a t e 重度 S e v e r e 輕度 M i l d 中度 M ode r a t e 重度 S e v e r e 葉片含水量 L e a f w a t e r c ont e nt 0 93 0 56 0 00 1 00 0 79 0 45 根系含水量 R oot w a t e r c ont e nt 0 94 0 47 0 00 1 00 0 53 0 15 可溶性蛋白 S ol ubl e pr ot e i n 0 95 0 50 0 00 0 95 1 00 0 85 脯氨酸 P r ol i ne 0 71 0 75 1 00 0 07 0 00 0 16 丙二醛 M D A 1 00 0 58 0 00 0 97 0 72 0 55 過氧化物酶 P O D 0 69 0 38 0 00 1 00 0 78 0 80 超氧化物歧化酶 S O D 0 69 0 19 0 00 0 87 0 87 1 00 平均值 M e a n v a l ue 0 84 0 49 0 14 0 84 0 67 0 57 隸屬函數(shù)值 S ubor di na t e f unc t i on v a l ue s U X 干旱脅迫下 2 種鐵線蓮幼苗的生理響應(yīng) Physiological Response Characteristics of Two Clematis Plants Seedlings under Drought Stress 8251 分子植物育種 Molecular Plant Breeding AQY 值 越 高 說明這種鐵線蓮葉片對光能轉(zhuǎn)化效率越 高 本研究中 2 種鐵線蓮在輕度干旱脅迫下 AQY 值 在 0 03 0 05 之間 對光的利用效率仍處于一個(gè)良好 的狀態(tài) 且 2 種鐵線蓮的 AQY 值差異并不明顯 中 重度脅迫下 兩者 AQY 值均低于 0 03 表明兩種鐵 線蓮受到的傷害已經(jīng)影響到正常的光合作用 而褐 毛鐵線蓮的 AQY 值降低幅度低于轉(zhuǎn)子蓮 表明同等 脅迫下 褐毛鐵線蓮的光合損失更少 干旱脅迫下 植物在細(xì)胞中積累脯氨酸 可溶性 多糖 可溶性蛋白等有效的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量來平衡 細(xì)胞的滲透壓 穩(wěn)定細(xì)胞結(jié)構(gòu)和組成蛋白的活性 使 之保持正常狀態(tài) 由此抵御干旱脅迫給植物帶來的 部分傷害 劉紅云等 2007 Liu et al 2015 脯氨酸是 研究植物膜系統(tǒng)穩(wěn)定性的重要指標(biāo) 其通過保持細(xì) 胞原生質(zhì)的滲透平衡以緩解逆境對植物的危害 馬 楠等 2015 植物的抗逆性隨著脯氨酸含量的增加而 上升 羅青紅等 2017 江登輝等 2020 水分缺失條件 下 活性氧水平提高能引發(fā)丙二醛在細(xì)胞內(nèi)大量積 聚 丙二醛的大量積累導(dǎo)致了膜脂過氧化情況愈加嚴(yán) 重 其積累情況和細(xì)胞膜受到傷害的程度之間呈現(xiàn)正 相關(guān) 馮慧芳等 2011 本研究中各干旱脅迫下 轉(zhuǎn)子蓮 脯氨酸和丙二醛含量均高于同等條件下的褐毛鐵 線蓮 但由于這兩個(gè)指標(biāo)的變化趨勢與抗旱能力是相 反的 憑單一指標(biāo)無法明確 2 種鐵線蓮的耐旱性 植物體在長期進(jìn)化中 形成抗氧化保護(hù)系統(tǒng)來 清除 ROS 植物產(chǎn)生的抗氧化酶體系主要用來維系 存在于植物體內(nèi)的活性氧的動態(tài)均衡 從而確保細(xì) 胞的正常功能 Fang and Xiong 2014 植物體內(nèi)抗氧 化酶活性及其正常的理化性質(zhì)會在逆境脅迫時(shí)發(fā)生 一系列改變 張翠梅 2019 作為植物細(xì)胞重要的保 護(hù)酶之一 過氧化酶活性越大 植物的耐旱性越強(qiáng) 而另外一種保護(hù)酶 超氧化物歧化酶也在同一時(shí)間 清除植物體內(nèi)多余的 O 2 張雯莉等 2020 2 種鐵線 蓮的 SOD 和 POD 活性在輕度脅迫下持續(xù)升高 在 中 重度脅迫下均呈現(xiàn) 先升后降 的變化趨勢 說明 中 重度脅迫已經(jīng)超出保護(hù)酶的清除范圍 植物體 的防御機(jī)制遭到破壞 通過 2 種鐵線蓮的抗氧化酶 系統(tǒng)變化情況結(jié)合 7 項(xiàng)生理指標(biāo)參數(shù)的隸屬函數(shù)綜 合分析 表明兩者均擁有一定程度的抗旱性能 但在 重度脅迫時(shí) 轉(zhuǎn)子蓮的表現(xiàn)較差 3 材 料 與方法 3 1 試 驗(yàn) 材料 轉(zhuǎn)子蓮和褐毛鐵線蓮植株均引種自長白山 2021 年 3 月 將引種至河北旅游職業(yè)學(xué)院苗圃的生 長狀態(tài)良好的 2 種鐵線蓮 3 年生幼苗移植至花盆 中待用 以 3 份營養(yǎng)土 1 份沙子 1 份園土的比例 配置盆土 每株單獨(dú)種于一個(gè)花盆中 常規(guī)撫育管 理 2021 年 5 月份開始進(jìn)行干旱脅迫試驗(yàn) 3 2