屠娟麗，呂 劍

（嘉興職業(yè)技術(shù)學(xué)院，浙江 嘉興 314036）

20世紀(jì) 90年代以來，我國在濕地保護(hù)和利用方面采取了一系列的措施，在一定程度上保護(hù)了濕地及其生物多樣性。但隨著經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展以及人類生產(chǎn)生活對濕地資源依賴程度的提高，直接導(dǎo)致了濕地及其生物多樣性的普遍破壞，近四十年已有50%的濱海灘涂濕地不復(fù)存在；全國約13%的湖泊已經(jīng)消失；黑龍江三江平原78%的天然沼澤濕地喪失；洪湖水生植物種類減少24種、魚類減少約50種；七大水系63.1%的河段水質(zhì)污染失去了飲用水功能等。諸此惡果，不僅直接造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失，并導(dǎo)致濕地生態(tài)功能、社會效益得不到正常發(fā)揮，抵御自然災(zāi)害能力喪失[1]。

目前，國內(nèi)外對濕地植物用于人工濕地廢水處理系統(tǒng)中有相關(guān)研究，如Ennabili[2]對蘆葦（Phragmites australis）、香蒲（Typha orientalis）等9種植物的生物量和N、P、K積累量進(jìn)行了比較，為人工濕地選擇出高性能的植物種類，而對濕地植物耐澇性研究較少。據(jù)浙江水資源公報統(tǒng)計，浙江降雨集中在4-9月，短時間的暴雨造成水體水位急劇上升，超過常水位，導(dǎo)致岸邊水濕生的草本植物和灌木被水浸沒，當(dāng)水位不能及時退去時，部分植物開始死亡。為了合理選擇水濕生植物，開展對濕地植物在洪澇環(huán)境脅迫下葉綠素含量、質(zhì)膜透性、丙二醛（MDA）、游離脯氨酸（Pro）、超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化物酶（POD）等生理生化指標(biāo)的變化研究，分析這些指標(biāo)的變化規(guī)律及與抗逆性的關(guān)系，利用綜合評價方法評定其抗旱性和耐澇性，為景觀配置提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)及發(fā)揮其在濕地中的作用提供理論依據(jù)，從而減少經(jīng)濟(jì)損失，促進(jìn)濕地生態(tài)建設(shè)。

1 材料與方法

1.1 材料與處理

選用菖蒲（Acorus calamus）、茭白（Zizania latifolia）、澤瀉（Alisma plantago-aquatica）、千屈菜（Lythrum salicaria）4種濕地植物作為試材，于2012年4月將收集到的4種濕地植物栽培于無孔加侖盆中，經(jīng)過3個月的適應(yīng)性培養(yǎng)后選擇長勢正常、高度相近的植株作為試驗材料，每種選15盆。

濕地植物的抗?jié)承裕?月8日將植物連同花盆放入2 m深的水池中，以后每隔2 d將其從水中取出觀察其生長情況并從各植株隨機采集葉片測定相關(guān)生理指標(biāo)。

1.2 測定方法

葉綠素測定方法采用張憲政的乙醇丙酮混合液法，可溶性蛋白質(zhì)測定采用考馬斯亮藍(lán)G-250法，采用氮藍(lán)四唑（NBT）法測定SOD活性，愈創(chuàng)木酚法測定POD活性，硫代巴比妥酸比色法測定MDA含量，游離脯氨酸測定采用磺基水楊酸，膜透性測定采用（DDS-11A）電導(dǎo)法。

1.3 評價方法以及數(shù)據(jù)處理

通過測定各項指標(biāo)后，得出4種濕地植物耐澇性相關(guān)結(jié)論，結(jié)合模糊隸屬函數(shù)法對數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析，以最終確定各種植物的抗性強弱。

模糊隸屬函數(shù)法是根據(jù)模糊數(shù)學(xué)的原理，利用隸屬函數(shù)進(jìn)行綜合評估。一般步驟為：首先利用隸屬函數(shù)給定各項指標(biāo)在閉區(qū)間[0，1]內(nèi)相應(yīng)的數(shù)值，稱為“單因素隸屬度”，對各指標(biāo)作出單項評估。然后對各單因素隸屬度進(jìn)行加權(quán)算術(shù)平均，計算綜合隸屬度，得出綜合評估的指標(biāo)值。其結(jié)果越接近0越差，越接近1越好。

計算方法如下：

式中，Uij表示i植物的j指標(biāo)單因素隸屬函數(shù)值；Xij表示測得的i植物j指標(biāo)值；Xjmin表示測得的j指標(biāo)數(shù)據(jù)中最小值；Xjmax表示測得的j指標(biāo)數(shù)據(jù)中最大值；表示Uij的算術(shù)平均值。

2 結(jié)果分析

2.1 澇害脅迫對4種濕地植物的影響

2.1.1 澇害脅迫下可溶性蛋白質(zhì)含量的變化 在逆境條件下，植物的基因表達(dá)發(fā)生改變，關(guān)閉一些正常表達(dá)的基因，啟動一些與逆境相適應(yīng)的基因。蛋白質(zhì)的產(chǎn)生是基因表達(dá)結(jié)果的體現(xiàn)。

由圖1可知，澇害條件下，4種植物的蛋白質(zhì)含量變化均較無規(guī)律，除千屈菜在10 d后死亡外，其他3種都呈現(xiàn)雙峰變化，這可能與質(zhì)膜破壞蛋白質(zhì)擴散到體外有一定關(guān)系。其中茭白和澤瀉的含量水平較高，說明其抗性較弱，菖蒲的含量雖變化較大，但始終保持在低水平，所以耐澇性相對略強。

2.1.2 澇害脅迫下細(xì)胞膜透性的變化 細(xì)胞膜能使植物從周圍的環(huán)境中不斷的取得所需要的水分、鹽類和其他必需的物質(zhì)，同時又把代謝的廢物排除到體外，而又不使植物體內(nèi)外的有用成分任意的流失，從而保證細(xì)胞具有一個合適而相對穩(wěn)定的內(nèi)環(huán)境[3]。

由圖2可知，4種濕地植物在淹水環(huán)境下葉片的細(xì)胞膜系統(tǒng)遭到破壞，細(xì)胞膜透性增大，從而導(dǎo)致電導(dǎo)率上升，但隨著脅迫的加強，各種植株表現(xiàn)一定的抗性，電導(dǎo)率下降，整個表現(xiàn)為先升后降的趨勢。茭白、菖蒲和澤瀉在淹水脅迫4 d后出現(xiàn)最高峰，相比原先分別增加了33.7%、81.9%、15.1%，而千屈菜在淹水脅迫6 d后才出現(xiàn)最高峰，但在脅迫10 d就趨于死亡，所以4種濕地植物中澤瀉耐澇性最強，茭白其次，千屈菜最弱。

圖1 澇害脅迫對4種濕地植物蛋白質(zhì)含量的影響Figure 1 Influence of waterlogging stress on soluble protein content in tested plants

圖2 澇害脅迫對4種濕地植物細(xì)胞膜透性的影響Figure 2 Influence of waterlogging stress on membrane permeability in tested plants

2.1.3 澇害脅迫下葉綠素含量的變化 葉綠素是植物進(jìn)行光和作用的主要色素，代謝十分活躍，更新周期短。葉綠素的含量與植物光和作用關(guān)系密切，一般情況下，植物受到脅迫時，脂質(zhì)過氧化作用引起葉綠素分解，葉綠素的含量也就相應(yīng)的降低了[4～6]，膜結(jié)果破壞。

由圖3可知，4種濕地植物在淹水脅迫下，隨著時間的延長，葉綠素含量都表現(xiàn)下降趨勢，在淹水脅迫6 d后，茭白、菖蒲和澤瀉相比原先葉綠素含量分別下降了43.7%、19.4%、17.8%，而千屈菜在淹水脅迫10 d后死亡，所以，4種濕地植物的耐澇性強弱：澤瀉＞菖蒲＞茭白＞千屈菜。

2.1.4 澇害脅迫下SOD和POD活性的變化 植物的很多生理代謝過程都與活性氧的作用密切相關(guān)[7]。植物體內(nèi)自由基積累，啟動細(xì)胞膜脂過氧化作用是造成細(xì)胞膜系統(tǒng)受損傷、植物體受危害的重要原因。當(dāng)活性氧積累時，由于活性氧具有極高的氧化還原活性，所以能與細(xì)胞中眾多生物分子發(fā)生反應(yīng)，使它們失去生物活性造成機體損傷[8]。植物體內(nèi)的SOD和POD是生物自由基的清除劑，在防御植物活性氧傷害方面具有重要作用[9]。

由圖4可知，菖蒲等4種濕地植物在淹水過程中，功能葉SOD和POD總活性變化都是呈先升后降的變化趨勢。澤瀉在淹水脅迫第6天SOD出現(xiàn)最高峰，相比原來增加了73.8%，菖蒲和茭白分別在第8 d和第10 d出現(xiàn)最高峰，相比原先SOD活性分別增加了54.1%、43.1%，千屈菜在第10 d后死亡，所以4種濕地植物耐澇性強弱：澤瀉＞菖蒲＞茭白＞千屈菜。

圖3 澇害脅迫對4種濕地植物葉綠素含量的影響Figure 3 Influence of waterlogging stress on chlorophyll content in tested plants

圖4 澇害脅迫對4種濕地植物SOD活性的影響Figure 4 Influence of waterlogging stress on SOD activity in tested plants

由表1可知，菖蒲在淹水2 d后POD活性出現(xiàn)最高峰，澤瀉和茭白都在脅迫4 d后出現(xiàn)最高峰。千屈菜在脅迫第4 d出現(xiàn)最高峰，但在脅迫10 d后死亡。在淹水脅迫時，POD活性的升高的生理學(xué)意義就在于保護(hù)細(xì)胞膜，越早出現(xiàn)高峰，耐澇性越強，所以從浸水后植物POD活性看澤瀉耐澇性最強，千屈菜最弱。

2.1.5 澇害脅迫下Pro含量的變化 逆境下植物葉片游離脯氨酸累積，原因一是葉片組織多種酶活性降低，脯氨酸氧化受阻，造成游離脯氨酸累積；二是谷氨酸合成脯氨酸的速度增加。脯氨酸可提高植物細(xì)胞原生質(zhì)滲透壓，防水分散失以及提高原生質(zhì)膠體的穩(wěn)定性，從而提高植物體抗性[10]。

表1 澇害脅迫對4種濕地植物POD活性的影響Table 1 Influence of waterlogging stress on POD in tested plants ΔA470/min·g-1FW

由圖5可知，4種植物Pro含量隨著淹水時間的延長表現(xiàn)為先升后降的趨勢。菖蒲增勢在淹水第2 d就表現(xiàn)明顯，上升了267%，并且在脅迫的8 d出現(xiàn)最高峰。澤瀉在淹水脅迫第8天出現(xiàn)最高峰，相比原先增加了401%，茭白在脅迫第12 d才出現(xiàn)最高峰，千屈菜在淹水脅迫10 d后死亡，所以由Pro的含量判斷4種濕地植物的耐澇性強弱：澤瀉＞菖蒲＞茭白＞千屈菜。

2.1.6 澇害脅迫下MDA含量的變化 MDA的積累量是判斷膜脂過氧化作用的一個重要指標(biāo)[11]。土壤淹水后旱地作物葉片受傷害的程度與體內(nèi)膜脂過氧化產(chǎn)物MDA的積累一致[12]，即MDA含量上升幅度越高則代表植株所受活性氧傷害越大，在淹水環(huán)境下植株表現(xiàn)的耐澇性越弱。

由圖6可知，菖蒲、澤瀉和茭白都在淹水第12天后出現(xiàn)最高峰，丙二醛含量相比原先分別增加了102%、160%、328%，而千屈菜在淹水脅迫10 d后死亡，所以由此得出耐澇性菖蒲和澤瀉較強，茭白較弱，千屈菜最弱。

圖5 澇害脅迫對4種濕地植物脯氨酸含量的影響Figure 5 Influence of waterlogging stress on Pro content in tested plants

圖6 澇害脅迫對4種濕地植物MDA含量的影響Figure 6 Influence of waterlogging stress on MDA in tested plants

3 小結(jié)與討論

（1）在水分脅迫下，4種濕地植物的葉綠素含量均表現(xiàn)為下降的趨勢。澇害脅迫試驗表明，澤瀉下降幅度較為緩慢，茭白葉綠素含量變化相比菖蒲較小，千屈菜在淹水脅迫10 d后提前死亡。若以葉綠素下降的幅度為標(biāo)準(zhǔn)，則4種濕地植物的耐淹水能力順序為：澤瀉＞茭白＞菖蒲＞千屈菜。綠素含量變化，在淹水脅迫下，澤瀉降幅較低，說明這種植物在逆境中的自我調(diào)節(jié)能力相對較強。

植物細(xì)胞原生質(zhì)膜對逆境非常敏感。水分脅迫至一定程度下，植物細(xì)胞的膜系統(tǒng)被破壞，內(nèi)含物失去控制，質(zhì)膜透性增加，胞液離子外滲。4種濕地植物在逆境中細(xì)胞膜遭到破壞，膜蛋白變構(gòu)和膜脂呈有序排列致使膜脂相對透性增大，從而使細(xì)胞內(nèi)的電解質(zhì)外滲，以致植物細(xì)胞浸提液的電導(dǎo)率增大。

（2）在淹水脅迫條件下，澤瀉的細(xì)胞膜透性相比其他3種濕地植物下降幅度最小，表明其細(xì)胞膜抵御淹水脅迫的能力最強，茭白其次，千屈菜提前死亡可見耐澇性最弱。

（3）淹水脅迫下，菖蒲的MDA含量在淹水第12天后出現(xiàn)高峰，并且相比原來MDA含量增加幅度最小，只有102%，耐澇性最強，千屈菜在淹水脅迫10 d后死亡，表明其耐澇性最差。

（4）在水分脅迫下，4種植物體內(nèi)的SOD活性和POD活性表現(xiàn)先升高后下降的變化趨勢。澤瀉在淹水脅迫6 d后SOD就出現(xiàn)最高峰，相比原來增加了73.8%，菖蒲和茭白分相比原先SOD活性分別增加了54.1%、43.1%，所以4種濕地植物的耐澇性強弱：澤瀉＞菖蒲＞茭白＞千屈菜。

（5）在淹水脅迫下，澤瀉的Pro含量增幅最大，茭白較小，千屈菜提前死亡，由此可以判斷耐澇性強弱：澤瀉＞菖蒲＞茭白＞千屈菜。

（6）綜合評價：結(jié)合4種濕地植物在水分脅迫下各項生理指標(biāo)的變化，再根據(jù)模糊隸屬函數(shù)法，利用公式計算出各植株相應(yīng)指標(biāo)的隸屬函數(shù)值（表2）。

表2 4種濕地植物耐澇生理指標(biāo)值的綜合評判結(jié)果Table 2 Comparisons on physiological indicators of tested plants

在耐澇性實驗中，4種濕地植物各項生理指標(biāo)變化所表現(xiàn)的耐澇性強弱與隸屬函數(shù)法得到的隸屬函數(shù)均值基本符合，所以耐澇性能力排序為：菖蒲＞澤瀉＞茭白＞千屈菜。

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