余秋岫 劉彩賢 金曉玲 譚殷殷

(中南林業(yè)科技大學，長沙，410004)

花衰老是植物花發(fā)育的最終階段，直接影響植物的觀賞和經(jīng)濟價值，目前對觀賞植物花衰老生理生化研究多有報道，但多集中于鮮切花采后保鮮生理研究，而對鮮花尤其是木蘭科植物自然衰老研究較少。萱草[1]、牡丹[2]、荷花[3]花瓣自然衰老生理機制研究表明，活性氧大量積累，膜脂過氧化加劇引起細胞膜損傷是導致植物花期短的主要原因；而醉香含笑[4]花被衰老早期的細胞抗氧化系統(tǒng)在抵御細胞過氧化方面起重要作用，細胞內(nèi)含物的積累和降解直接或間接影響細胞衰老進程；Dar et al.[5]認為，蛋白質降解是調控石竹花衰老的關鍵因素；糖質量分數(shù)的降低和蛋白酶活性的提高是飛燕草[6]、桂花[7]衰老的主要變化。所以，花衰老是由一系列高度協(xié)調且復雜的生理生化變化所介導的[8]。

紫花含笑(Micheliacrassipes)是木蘭科(Magnoliaceae)含笑屬(Michelia)常綠灌木或小喬木，花色艷麗、花香濃郁，是含笑屬中唯一開紫花的植物，常用作雜交親本進行木蘭科植物花色改良，具有較高的觀賞價值和科研價值。目前關于紫花含笑的研究主要在孢粉學[9]、開花生物學[10]、雜交育種[11-12]以及繁育技術[13-14]等方面，缺乏關于紫花含笑花衰老的研究。本研究通過對紫花含笑不同花期過程花被片各項生理指標和花色素進行測定，篩選出花被片生理衰老的主要影響因子，從生理生化變化與色素變化的綜合角度探討紫花含笑開花進程中花被片衰老的相關機理，為調控紫花含笑花色觀賞，延長自然花期提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗材料來源于湖南省林業(yè)廳木蘭科資源圃，選取圃中生境一致的紫花含笑，隨機標記5株為一個樣本重復。按照花被顏色、形態(tài)分為初蕾期、硬蕾期、初開期、盛開期和衰敗期5個時期(圖1)，各時期試驗材料采用3次重復隨機取樣、平行樣測定，測定結果取平均值。

1.2 生理指標測定

各項生理指標測定參照李瑞雪等[15]的方法，花色素質量分數(shù)測定參照于娜[16]的方法?；ū活伾褂糜始覉@林RHS植物比色卡鑒定。

1.3 數(shù)據(jù)分析

通過SPSS17.0數(shù)據(jù)處理實現(xiàn)各花器官的主成分分析方法，將花被12個屬性變量降維，用少量主成分來表示，通過計算主成分得分，分析花期衰老過程紫花含笑花被生理生化指標變化的主要影響因子，以及將通過篩選反映衰老的主要因子簡潔化[17]。

為探討花期衰老過程中花被片各生理指標與花色變化的關系，對花青素在花被片衰老過程中與其他10項生理指標進行灰色關聯(lián)分析，將10項生理指標視為一個灰色系統(tǒng)，以花青素為參考數(shù)列(母序列)，10項生理指標為比較數(shù)列(子序列)，計算各生理指標與衰老過程中花色變化的關聯(lián)系數(shù)[18]。

2 結果與分析

2.1 紫花含笑花期劃分及顏色變化

按照初蕾期、硬蕾期、初開期、盛開期及衰敗期5個時期劃分(圖1)。

初蕾期：花蕾被苞片包裹，內(nèi)外輪花被片著墨紫色(RHS N79C)，偶有最外一片花被有淺綠縱紋(圖1A)；

硬蕾期：花被片突破苞片顯露，內(nèi)外輪花被片均有不同程度著綠色，尤其是外層花被片(RHS N74A)(圖1B)；

初開期：外層花被出現(xiàn)松動，花被片均著紫色(色號為RHS N71A)，出現(xiàn)泛白，白點分布于花被片中間位置(圖1C)；

盛開期：內(nèi)外輪花被均展開，花被片深紫(RHS N79C)，偶有外層花被背面有淺白縱紋，雄蕊開裂傳粉(圖1D)；

衰敗期：花被片輕觸出現(xiàn)脫落?；ū黄喞邪走厙@(圖1E)，花紫色暗淡(RHS N42B)，雄蕊枯萎。

A．初蕾期；B.硬蕾期；C.初開期；D.盛開期；E.衰敗期。

2.2 開花進程中花被片細胞膜透性變化

相對電導率從初蕾期到初開期顯著下降，盛開期相比初開期顯著上升而后衰敗期下降，盛開期和衰敗期變化不顯著(表1)。

相對含水量從初蕾期到初開期沒有顯著變化，在盛開期明顯下降后在衰敗期上升(表1)。

2.3 開花進程中花被片滲透調節(jié)物質質量分數(shù)的變化

可溶性蛋白質量分數(shù)隨花的開放總體呈上升趨勢，在初蕾期質量分數(shù)最低，硬蕾期明顯上升，初開期無明顯變化，盛開期明顯上升后至衰敗期質量分數(shù)再次上升但變化不顯著(表1)。

游離脯氨酸質量分數(shù)呈先上升后下降的趨勢，即初蕾到硬蕾期明顯上升，在硬蕾期達到最大值，初開期明顯下降，在盛開期無明顯變化，衰敗期明顯下降，質量分數(shù)達到最低(表1)。

可溶性糖質量分數(shù)在花被中呈總體下降趨勢，初蕾期質量分數(shù)最高，硬蕾期和初開期均有明顯下降，盛開期略有上升但變化不顯著，衰敗期再次明顯下降，質量分數(shù)達到最低(表1)。

丙二醛質量摩爾濃度(MDA)總體呈下降趨勢，初蕾期質量摩爾濃度最高，硬蕾期和初開期均有顯著下降，初開期質量摩爾濃度達到最低，盛開期上升后衰敗期下降(表1)。

2.4 開花進程中花被片抗氧化酶活性的變化

超氧化物歧化酶(SOD)活性呈先上升后下降趨勢，初蕾期活性最低，硬蕾期顯著上升達到最大，初開期顯著下降，盛開期和衰敗期無顯著變化(表1)。

過氧化物酶(POD)活性總體呈下降趨勢，初蕾期活性最高，硬蕾期雖有降低但變化不顯著，花的開放過程中活性明顯下降，衰敗期活性最低(表1)。

2.5 開花進程中不同花器官色素質量分數(shù)的變化

花色作為觀賞植物的主要性狀之一，在整個開花過程中色素的逐步降解是植物衰老的最明顯特征之一[4，19]，在本試驗中也觀察到花色的變化，故此進行色素質量分數(shù)分析。

花青素質量分數(shù)總體呈下降趨勢，初蕾期質量分數(shù)最高，硬蕾期明顯下降，初開期質量分數(shù)達到最低，之后變化不顯著(表1)。

葉綠素質量分數(shù)總體呈下降趨勢，與初蕾期相比，硬蕾期質量分數(shù)有上升但不顯著，初開期明顯下降后至衰敗期質量分數(shù)變化不顯著(表1)。

類胡蘿卜素質量分數(shù)隨花的開放呈總體下降趨勢，初蕾期和硬蕾期變化不顯著，初開期顯著下降，盛開期小幅上升，衰敗期無明顯變化(表1)。

表1 紫花含笑開花進程中花被生理指標及色素質量分數(shù)變化

花期超氧化物歧化酶活性/U·g-1過氧化物酶活性/U·g-1·min-1花青素質量分數(shù)/mg·g-1葉綠素質量分數(shù)/mg·g-1類胡蘿卜素質量分數(shù)/mg·g-1花青素質量分數(shù)/葉綠素質量分數(shù)初蕾期(151.25±14.50)c(1668.46±37.37)a (7.76±0.82)a (0.43±0.01)a(0.13±0)a 18.04硬蕾期(857.14±20.42)a(1551.80±54.47)a(5.70±0.31)b(0.51±0.02)a(0.12±0.01)ab11.14初開期(571.97±59.24)b(1094.94±68.83)b(4.06±0.08)c(0.08±0.01)b(0.06±0)c49.51盛開期(661.03±30.21)b(923.33±43.71)bc(4.33±0.01)c(0.05±0.01)b(0.09±0.01)bc78.79衰敗期(545.14±46.55)b(758.10±45.84)c(4.58±0.11)bc(0.04±0.01)b(0.09±0.01)bc111.79

花青素質量分數(shù)/葉綠素質量分數(shù)與葉綠素質量分數(shù)變化趨勢相反，隨著衰敗期花青素質量分數(shù)的小幅上升以及葉綠素質量分數(shù)驟降，比值急劇上升，達到111.79(表1)?；ㄆ谟^察中，花被片從初開期亮紫色至衰敗期暗紫色，著色逐漸加深?？梢?，花青素質量分數(shù)/葉綠素質量分數(shù)對紫花含笑花色影響顯著。

2.6 開花進程中花被片生理衰老相關指標篩選

對紫花含笑花被片在整個花期中各生理指標進行主成分分析，結果見表2。紫花含笑花被片衰老生理指標主成分分析提取了3個主成分。前3個主成分的貢獻率分別為56.354%、17.796%和12.603%，累計貢獻率已達86.752%，即3個主成分代表了開花進程中11個生理指標86.752%的信息量。

MDA質量摩爾濃度、POD活性、葉綠素質量分數(shù)、可溶性糖質量分數(shù)、花青素質量分數(shù)、類胡蘿卜素質量分數(shù)和游離脯氨酸質量分數(shù)在第1主成分上有較高的載荷，說明第1主成分主要反映了MDA等7個指標的信息；SOD活性和游離脯氨酸質量分數(shù)在第2主成分上有較高的載荷，說明第2主成分主要反映了二者的信息；類胡蘿卜素質量分數(shù)在第3主成分上有較高的載荷，說明第3主成分主要反映了類胡蘿卜素質量分數(shù)的信息。根據(jù)各指標在不同因子上的載荷，可確定丙二醛質量摩爾濃度、POD活性、葉綠素質量分數(shù)、可溶性糖質量分數(shù)、花青素質量分數(shù)、類胡蘿卜素質量分數(shù)、游離脯氨酸質量分數(shù)和SOD活性等8個生理指標為紫花含笑花被片花期衰老生理的主要影響因子。

表2 花被各指標主成分的特征向量及其貢獻率

2.7 開花進程中各生理指標與色素變化的關聯(lián)度

本研究將花被片花青素質量分數(shù)與其余10項生理指標設定為一個灰色系統(tǒng)，以花青素質量分數(shù)作為參考數(shù)列，10項生理指標作為比較數(shù)列，分析獲得各生理指標與花青素質量分數(shù)在花衰老過程中的關聯(lián)度(表3)。根據(jù)關聯(lián)度分析，生理指標與花青素質量分數(shù)變化關聯(lián)系數(shù)排序見表3。

表3 花青素質量分數(shù)與其他生理指標的關聯(lián)度

3 結論與討論

花瓣衰老的外在表現(xiàn)通常包括花色變化，卷曲，萎蔫和脫落等[20-21]，根據(jù)花瓣衰老形態(tài)類型分類[22]，紫花含笑衰敗期花被花色變淺，脫落但萎蔫不明顯，屬于初始脫落型，可能與花衰老過程中相對電導率下降和相對含水量比較穩(wěn)定有關?；谥鞒煞址治龇椒ǎY果篩選出丙二醛質量摩爾濃度、POD活性、葉綠素質量分數(shù)、可溶性糖質量分數(shù)、花青素質量分數(shù)、類胡蘿卜素質量分數(shù)、游離脯氨酸質量分數(shù)和SOD活性8個生理指標為紫花含笑花衰老生理變化主要因子。

植物衰老機制有基因的時空調控、營養(yǎng)虧缺理論、植物激素調控理論和氧自由基學說，學界普遍認為，自由基的產(chǎn)生是植物衰老的主要原因[1]，花衰老生理研究表明，可溶性糖、可溶性蛋白、游離脯氨酸等細胞內(nèi)含物可直接或間接影響開花進程[3-6，23]。MDA質量摩爾濃度、相對電導率、相對含水量是體現(xiàn)植物活性氧自由基引起細胞膜過氧化程度的重要指標[1-2，4]。一些植物花衰老，鮮質量幾乎或根本沒有損失[5]，與文中含水量幾乎不變的結果相似。本試驗中，MDA質量摩爾濃度與相對電導率2個指標花期總體均低于蕾期；MDA質量摩爾濃度盛開期高于初開期、衰敗期，說明蕾期活性氧自由基積累，膜脂過氧化程度加重，膜透性增大，與之相比花期膜脂過氧化作用出現(xiàn)了緩解，盛開期時有所加重，結果與醉香含笑[4]相反，與保鮮劑作用菊花切花[24]緩解膜脂過氧化結果一致。所以，推測紫花含笑是否含有某種物質與保鮮劑作用相似，在植物花期內(nèi)起到緩解膜脂過氧化作用。研究表明，細胞內(nèi)含物的積累和降解直接或間接影響細胞衰老進程[4]，可溶性糖為植物開花提供足夠的能量[25]，其質量分數(shù)的下降標志著細胞代謝水平的下降[4]；植物衰老時游離脯氨酸質量分數(shù)通過積累調節(jié)滲透勢而維持細胞膜完整[4]，但紫花含笑花期游離脯氨酸質量分數(shù)反而下降；SOD活性和POD活性是膜脂過氧化過程中的重要保護酶[18]，在花期呈下降趨勢，與醉香含笑[4]相似，說明可溶性糖質量分數(shù)、游離脯氨酸質量分數(shù)、SOD活性和POD活性對紫花含笑花衰老反映敏感但并不是延緩其花期膜脂過氧化的主要原因?？扇苄缘鞍踪|量分數(shù)呈上升趨勢，有利于調節(jié)細胞滲透勢和提供能量，與蝴蝶蘭[26]、桂花[7]結果相反，而與皺葉煙草[23]開花伴隨著可溶性蛋白質量分數(shù)的增長，‘青菱紅蓮’荷花衰敗可溶性蛋白質量分數(shù)則驟升[3]結果相似；另一方面猜測蛋白質量分數(shù)的上升說明植物的開放過程中有新的蛋白合成，這與月季的研究相似[27]，可能與植物抗御衰老的機制有關。

通過試驗觀察發(fā)現(xiàn)，紫花含笑在開花進程中花青素質量分數(shù)/葉綠素質量分數(shù)在花期開始增大，達到111.79，花色出現(xiàn)明顯變化。色素降解在許多植物的花衰老研究中都有報道[21，28-29]，研究顯示，花青素果汁模型在貯藏過程中抗氧化能力有較高的穩(wěn)定性[30]，花青素與類胡蘿卜素均具有抗氧化性和清除活性氧的能力[4，31-32]。在紫花含笑花衰老過程中，類胡蘿卜素質量分數(shù)少，基于灰色關聯(lián)法發(fā)現(xiàn)，花青素質量分數(shù)與MDA質量摩爾濃度關聯(lián)系數(shù)最大，達0.967。MDA質量摩爾濃度與花青素質量分數(shù)同增共減，且花期花青素質量分數(shù)/葉綠素質量分數(shù)逐漸增大，可能通過清除活性氧緩解花被衰老。生理活動是高度協(xié)調的過程，POD活性介導花青素的合成[33]有所報道，探討其他生理指標對花青素合成的影響對花衰老研究也極具意義。與醉香含笑花衰老發(fā)生的生理機制相似，焦廷偉[4]認為，細胞內(nèi)含物直接或間接影響衰老。本研究推測，紫花含笑花衰老主要是活性氧自由基增加引起，可溶性蛋白與花青素是影響衰老進程的主要生理因子。

綜上所述，紫花含笑花衰老主要表現(xiàn)為花被脫落不萎蔫，活性氧自由基積累是紫花含笑發(fā)生花衰老生理的重要原因，可溶性蛋白質量分數(shù)增加與花青素降解可能是紫花含笑調控自然花期的主要生理因子，但二者對開花進程具體抗氧化能力有待深入研究，其他生理因子對花青素合成中的作用也有待揭示。