干旱脅迫對草莓苗期生理生化指標(biāo)的影響
2008-01-01 00:00:00王傳印樊慶軍張勝男董鳳麗朱樹華
落葉果樹 2008年4期
摘 要：以草莓苗為試材，進(jìn)行干旱脅迫處理，測定不同程度和不同脅迫時間下葉片的相對含水量、相對電導(dǎo)率、脯氨酸以及可溶性蛋白質(zhì)含量的變化。結(jié)果表明，干旱脅迫可引起草莓幼苗脯氨酸的積累，降低葉片相對含水量和可溶性蛋白質(zhì)的含量，增大細(xì)胞質(zhì)膜的相對透性；隨著脅迫程度加大和脅迫時間的增加，各生理生化指標(biāo)有明顯變化。
關(guān)鍵詞：干旱脅迫；草莓；苗期；生理生化指標(biāo)
土壤干旱脅迫及由此引起的體內(nèi)水分虧缺對農(nóng)作物造成的損失在所有非生物因素中占首位[1]。草莓系宿根性多年生草本植物，生長迅速，結(jié)果能力強(qiáng)，根系較淺，其生長發(fā)育更易受干旱脅迫的影響。
近年來，國內(nèi)外的研究普遍認(rèn)為，干旱脅迫不僅引起植物體內(nèi)水分含量下降，還會導(dǎo)致膜脂過氧化，使細(xì)胞相對電導(dǎo)率增大和葉綠素含量降低而加速衰老過程[2，3]。楊好偉等對小麥的研究表明，隨干旱脅迫的加重，冬小麥葉內(nèi)蛋白質(zhì)含量下降十分明顯[4]。羅音等對 5 種樹在干旱條件下脯氨酸含量變化研究表明，在嚴(yán)重干旱條件下，植物體內(nèi)脯氨酸會急劇增加，使其細(xì)胞能忍耐脫水變形，或作為呼吸基質(zhì)和恢復(fù)生長的能源[5]。植物生理學(xué)的廣泛研究表明，在凍﹑寒﹑旱﹑鹽﹑熱﹑澇等環(huán)境條件下，生物膜的膜透性會遭到破壞，造成大量電解質(zhì)（離子）向組織外滲漏[6]。本試驗通過對草莓幼苗進(jìn)行不同的水分處理，研究土壤干旱脅迫對草莓苗期生理生化特性的影響，以期為草莓苗期的水分管理提供理論依據(jù)。
1 材料與方法
1.1 材料及處理
以豐香草莓兩年生匍匐莖苗為試材。春季，挖出草莓苗，分級整理，用自來水沖洗干凈，栽入7.5×5×8cm的底部打孔的紙杯中，基質(zhì)為河沙，栽后供水。為滿足草莓苗對營養(yǎng)的需求并保證每株苗獲得相同數(shù)量的養(yǎng)分，實驗期間每3～5天補(bǔ)給1次1/2 Hoagland 營養(yǎng)液，營養(yǎng)液中大量元素（化合物）含量為：Ca(NO3)2·4H2O 11.8g，KNO 3 15.15g，NH4H2PO4 2850mg，MgSO4·7H2O 6150mg；微量元素的含量為：3FeSO41390mg，3Na2·EDTA1860mg，H3BO3 286mg，3MnSO4·H2O32.28mg，ZnSO4·7H2O 22mg，CuSO4·5H2O 8mg，鉬酸銨2mg。營養(yǎng)液容積為15L。
當(dāng)草莓幼苗長出2 片葉時，選擇形態(tài)、長勢基本一致的幼苗從杯中挖出，用自來水沖洗干凈，然后栽入15cm×12cm的盆中。事先用稱重法確定基質(zhì)的含水率、最大持水量、盆重量和每盆基質(zhì)干重。基質(zhì)由大田土（過篩清除石塊等雜質(zhì)）和細(xì)沙混成，每盆裝基質(zhì)1.45kg。當(dāng)草莓長到4～5 片葉時進(jìn)行干旱脅迫處理。
處理前先測得葉片近萎蔫時的土壤含水量為4.8%，基質(zhì)的飽和含水量為25.8%。依據(jù)上述數(shù)據(jù)設(shè)土壤質(zhì)量含水量為6%（重度脅迫，W1）、10.5%（中度脅迫，W2）、15%（輕度脅迫，W3）和19.5%（對照，W4）等4個處理。每個處理10盆，重復(fù)3次，隨機(jī)區(qū)組排列。各處理均于2005年4月開始。試驗期間用稱重法控制土壤的含水量，每天下午6點30分 稱取盆重，補(bǔ)充水分，使各處理保持設(shè)定的土壤含水量。處理后第3、7、11天測各項指標(biāo)。
1.2 測定方法
1.2.1 相對含水量的測定 取同位同色葉片，每株取1片，共取8片。將葉片浸入蒸餾水中數(shù)小時，使組織充分吸水達(dá)到飽和。將葉片從蒸餾水中取出，用吸水紙迅速吸去葉片表面的水分，稱其飽和鮮重。再將葉片放入信封中，在烘箱中于105℃下殺青30分鐘，再將溫度調(diào)到80℃烘干，稱其干重[7]。計算公式如下：
葉片相對含水量=(鮮重-干重)/(飽和鮮重-干重)×100%
1.2.2 質(zhì)膜透性測定 采用相對電導(dǎo)率法測定。取植株同位鮮葉片0.2 g，剪成細(xì)條狀，放入試管中，用蒸餾水沖洗3遍，加入20 ml蒸餾水，放在抽氣泵中抽氣1小時，取出后在室溫下靜置1小時（多次搖動），用DDS-11A 型直讀電導(dǎo)儀測其電導(dǎo)率C1。再將試管封口在沸水浴中浸提15分鐘，冷卻至室溫后，搖勻，靜置10分鐘，測其電導(dǎo)率C2。葉片細(xì)胞膜相對透性表示細(xì)胞受害程度，按下式計算：
相對電導(dǎo)率（%）= C1/C2×100%（C1為葉片殺死前外滲液的電導(dǎo)值，C2為葉片殺死后外滲液的電導(dǎo)值）。
1.2.3 脯氨酸含量測定 采用茚三酮法測定。取同位同色葉片0.2g，分別置于20ml試管中，加入5ml 3%磺基水楊酸溶液，用保鮮膜封口，于沸水中浸提10分鐘，取出試管，冷卻至室溫后，吸取上清液2ml，加入2ml冰乙酸和2ml 2.5%茚三酮，搖勻，于沸水中加熱30分鐘，冷卻后加甲苯5ml充分振蕩，靜置10～30分鐘后在520nm下比色，并通過脯氨酸標(biāo)準(zhǔn)曲線計算得到脯氨酸值。從標(biāo)準(zhǔn)曲線中得到脯氨酸濃度，按下式計算脯氨酸含量的百分?jǐn)?shù)：
脯氨酸3[μg /g(鮮樣)]= （C×V /a）/W〔C為提取液中脯氨酸的濃度（μg），V為提取液總?cè)莘e（ml），a為測定時所吸取的容積（ml），W為樣品重（g）〕。
1.2.4 可溶性蛋白質(zhì)含量測定 取植株同位鮮葉片0.3g，加2ml蒸餾水研磨（加少量石英砂），成漿后用3ml蒸餾水洗滌研缽，4000r/min離心10分鐘，取上清液 0.1ml，加入5ml考馬斯亮藍(lán)，反應(yīng) 2 分鐘，在 595nm 波長下比色，并通過蛋白質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)曲線計算得到蛋白質(zhì)值，從標(biāo)準(zhǔn)曲線中得到蛋白質(zhì)濃度，按下式計算蛋白質(zhì)含量的百分?jǐn)?shù)：
樣品中蛋白質(zhì)含量（μg/g）=(C×VT)/V1×FW×1000
〔C為查得的標(biāo)準(zhǔn)曲線值（μg），VT為提取液總?cè)莘e（ml），V1為測定時所吸取的容積（ml），F(xiàn)W為樣品鮮重（g）〕。
2 結(jié)果與分析
2.1 土壤干旱脅迫對葉片相對含水量的影響?yīng)?/p>
葉片相對含水量（LRWC）是反映植物抗旱性強(qiáng)弱的重要指標(biāo)。LRWC值 越大，下降速率越小，則抗旱性越強(qiáng)[8]。由圖1可看出，隨著干旱脅迫程度的加重和脅迫時間的延長，葉片相對含水量逐漸降低；葉片相對含水量在土壤質(zhì)量含水量10.5%～6%時急劇下降；隨著脅迫時間的延長，葉片相對含水量隨土壤質(zhì)量含水量降低而降低的幅度變大。分別對第3、第7和第11天的葉片相對含水量與土壤質(zhì)量含水量做相關(guān)分析，結(jié)果表明，葉片相對含水量與土壤質(zhì)量含水量呈極顯著的正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為0.978、0.966和0.995。
2.2 土壤干旱脅迫對細(xì)胞膜透性的影響?yīng)?/p>
細(xì)胞膜是細(xì)胞感受環(huán)境脅迫最敏感的部位，選擇透性是其最重要的功能之一，各種逆境傷害都會造成細(xì)胞膜選擇透性的改變或喪失，通常以相對電導(dǎo)率來描述細(xì)胞膜透性。從圖2可看出，隨著土壤含水量的減少和干旱脅迫時間的延長，草莓幼苗葉片細(xì)胞膜透性增大；土壤質(zhì)量含水量從19.5%下降到6%，細(xì)胞膜透性升幅很大。脅迫3 天，細(xì)胞膜透性變化不明顯，但當(dāng)脅迫時間為7天和11天時，各水分處理的細(xì)胞膜透性都明顯增大。
2.3 土壤干旱脅迫對脯氨酸含量的影響?yīng)?/p>
脯氨酸作為滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)和細(xì)胞質(zhì)滲透物質(zhì)，當(dāng)植物受干旱脅迫時，有助于增加細(xì)胞持水力，對原生質(zhì)起保護(hù)和保水作用，使細(xì)胞保持膨壓，忍耐脫水變形[8]。從圖3可看出，干旱脅迫程度越大，脅迫時間越長，細(xì)胞中游離脯氨酸積累越多。脅迫3天，游離脯氨酸積累量變化不明顯，但當(dāng)時間延長到 7 天，各水分處理的游離脯氨酸的積累都明顯增多，并且脅迫的強(qiáng)度越大，越明顯。但脅迫時間繼續(xù)延長時，游離脯氨酸積累量的增加趨緩。
2.4 土壤干旱脅迫對可溶性蛋白質(zhì)含量的影響?yīng)?/p>
從圖4可看出，隨著脅迫程度的增大，草莓幼苗可溶性蛋白質(zhì)的含量呈減少趨勢，說明干旱脅迫下，蛋白質(zhì)的合成受阻，或蛋白質(zhì)的分解加速，導(dǎo)致其含量下降；隨著脅迫時間的延長，蛋白質(zhì)含量下降的幅度明顯增大。分別對脅迫3、7和11天的可溶性蛋白質(zhì)相對含量與水分梯度做相關(guān)分析，相關(guān)系數(shù)分別為 0.964、0.976和0.991，達(dá)到極顯著水平。
3 結(jié)論與討論
試驗結(jié)果表明，土壤干旱脅迫使草莓葉片的相對含水量明顯降低；土壤質(zhì)量含水量在10.5%～6%時，葉片相對含水量急劇下降；隨著脅迫時間的延長，葉片相對含水量隨土壤質(zhì)量含水量的降低而降低的幅度變大。干旱脅迫會引發(fā)和加劇細(xì)胞的膜脂過氧化，使細(xì)胞膜選擇透性改變或喪失，相對電導(dǎo)率增大；脅迫程度越強(qiáng)，時間越長，這種膜傷害愈明顯。干旱脅迫會使草莓幼苗體內(nèi)游離脯氨酸積累增加；脅迫程度越強(qiáng)，脅迫時間越長，游離脯氨酸的積累量越多；脅迫時間超過7天時，積累量的增加趨緩。干旱脅迫會使幼苗體內(nèi)蛋白質(zhì)分解加速或合成減少，含量下降；隨著脅迫程度的增強(qiáng)和脅迫時間的延長，蛋白質(zhì)含量迅速減少，從而加速葉片的衰老和死亡。
綜上所述，干旱脅迫使草莓幼苗的相對含水量以及可溶性蛋白質(zhì)的相對含量明顯降低，使脯氨酸含量和細(xì)胞質(zhì)膜相對透性明顯升高。但短時間的干旱脅迫對其傷害不大（游離脯氨酸含量、細(xì)胞質(zhì)膜透性等的變化不大），這可能與草莓長期生活在臨時性干旱出現(xiàn)頻繁的特殊環(huán)境下形成了自己獨特的響應(yīng)機(jī)制有關(guān)。關(guān)于草莓的這種獨特的響應(yīng)機(jī)制有待進(jìn)一步深入研究。
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