血叶兰幼苗对干旱胁迫的生理响应及其抗旱性指标筛选.pdf
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1、 接收日期:2023-12-14 接受日期:2024-01-08 基金项目:海南省自然科学基金项目(322MS019)*通信作者。E-mail: 血叶兰幼苗对干旱胁迫的生理响应血叶兰幼苗对干旱胁迫的生理响应 及其抗旱性指标筛选及其抗旱性指标筛选 许丽丽,孟新亚,尤燕平,宋希强,陈耀丽,钟云芳*(海南大学热带农林学院,海南 海口 57022)摘 要:为探究血叶兰 Ludisia discolor 对干旱胁迫的耐受性,以炼苗后自然生长约 6 个月龄的血叶兰组培苗为试材,盆栽控水模拟干旱条件下,分析幼苗生长、生理生化指标及生物活性成分的变化,并通过相关性及主成分分析评价其抗旱性主要响应因子,为血叶兰
2、保育栽培的水分管理提供参考。结果表明,随着干旱程度增加,血叶兰株高较对照组呈下降趋势,但茎粗无明显影响;叶片相对含水量减少,叶绿体色素(Chl)含量先上升后降低,而花色素苷(ACN)含量则呈上升趋势。干旱胁迫下,植株过氧化物酶(POD)、超氧化物歧化酶(SOD)活性均呈先升后降趋势,丙二醛(MDA)、可溶性糖(SS)含量及生物活性物质总黄酮(TF)、总酚(TP)和多糖(PS)含量均增加。相关性分析和主成分分析表明,MDA、可溶性糖、多糖和相对含水量可作为血叶兰耐旱性的首先评价指标,茎粗、SOD 活性可为辅助指标。综上,适度干旱胁迫(土壤含水量 50%55%)可促进血叶兰渗透调节物质、生物活性成
3、分的合成积累,若基于提升血叶兰品质,建议在采收前进行短期的重度干旱(土壤含水量 15%20%)以提升植株生物活性含量,该研究结果对血叶兰栽培管理具有指导意义。关键词:血叶兰;干旱胁迫;生理特性;生物活性成分 Doi:10.3969/j.issn.1009-7791.2024.01.002 中图分类号:Q945.78 文献标识码:A 文章编号:1009-7791(2024)01-0012-10 Physiological Response of Ludisia discolor Seedlings to Drought Stress and Screening of Drought Resist
4、ance Indicators XU Li-li,MENG Xin-ya,YOU Yan-ping,SONG Xi-qiang,CHEN Yao-li,ZHONG Yun-fang*(College of Tropical Agriculture and Forestry,Hainan University,Haikou 570228,Hainan China)Abstract:In order to investigate the tolerance of Ludisia discolor to drought stress,the experiments potted water cont
5、rol to simulate drought were used to study the changes of growth,physiological and biochemical indicators,and bioactive components in L.discolor seedlings with around 6 months of age under different water treatments.The main response factors to drought resistance were evaluated through correlation a
6、nalysis(CA)and principal component analysis(PA),which would provide some references for the water management under conservation and cultivation of L.discolor.The results showed that with the increase of drought severity,the height of L.discolor seedlings showed a downward trend compared to the contr
7、ol group,but there was no significant effect on stem thickness.The relative water content of leaves decreased,and the content of chloroplast pigment(Chl)first increased and then decreased,while the content of anthocyanin(ACN)showed an upward trend.Under drought stress,the activities of peroxidase(PO
8、D)and superoxide dismutase(SOD)showed a trend of first increasing and then decreasing.The contents of malondialdehyde(MDA),soluble sugar(SS),and the bioactive substances such as 2024,53(1):1221.Subtropical Plant Science 第 1 期 许丽丽等:血叶兰幼苗对干旱胁迫的生理响应及其抗旱性指标筛选 13total flavonoids(TF),total phenols(TP),and
9、 polysaccharides(PS)all increased.Through correlation analysis and principal component analysis,it was found that MDA,SS,PS,and relative water content could be used as the preferred evaluation indicators,and in addition,stem thickness and SOD activity could be used as auxiliary indicators for drough
10、t resistance evaluation in L.discolor.In summary,the results indicated that moderate drought stress(soil moisture content 50%55%)could promote the synthesis and accumulation of osmotic regulating substances and bioactive components of L.discolor,At the same time,to improve the quality of L.discolor,
11、it was recommended to carry out short-term severe drought(soil moisture content 15%20%)before harvest so that the biological activities of L.discolor could be enhanced.These findings had practical guiding significance for cultivation management.Key words:Ludisia discolor;drought stress;physiological
12、 characteristics;biologically active ingredients 干旱胁迫是影响植物生长发育和生理生化进程的关键性环境因素。植物的抗旱性是对干旱胁迫的综合响应,主要表现在外部形态、内部结构、生长、生理特性和生物活性成分积累等诸多方面的改变1。在形态方面,倪川等2发现干旱胁迫对马银花Rhododendron ovatum 的生长发育有明显抑制作用,叶片明显萎蔫和干枯。在生理特性方面,干旱胁迫可使白及 Bletilla striata 叶片含水量明显下降,过氧化物酶(Peroxidase,POD)和过氧化氢酶(Catalase,CAT)活性降低,而脯氨酸(Proli
13、ne,Pro)和丙二醛(Malondialdehyde,MDA)含量升高3。研究发现,干旱胁迫会诱发植物体内产生并积累大量活性氧簇(Reactive oxygen species,ROS),破坏细胞的氧化应激水平,使细胞内抗氧化酶和一些代谢酶活性降低,影响植物的生长代谢及渗透调节物质,如日本鸢尾Iris tectorum 干旱处理后,其叶片 POD 和超氧化物歧化酶(Superoxide dismutase,SOD)活性水平显著提高,Pro 和可溶性蛋白(Total soluble protein,TSP)含量显著增加,从而抵御细胞渗透脱水4。此外,干旱胁迫对植物活性成分代谢也产生一定的影响。
14、杨秋悦等5研究发现适宜水分有利于铁皮石斛Dendrobium officinale 茎叶多糖(Polysaccharides,PS)、总黄酮(Total flavonoids,TF)、总酚(Total phenols,TP)和总氨基酸含量的提高,促进其药用品质的提升。刘乔斐等6研究表明,北柴胡 Bupleurum chinense在轻度干旱胁迫下根冠比、柴胡皂苷 a 和总皂苷含量显著增加,重度干旱胁迫下柴胡体内可溶性糖(Soluble sugar,SS)、Pro、MDA、柴胡皂苷 d 和总皂苷的含量显著增加,表现出一定的耐旱性。筛选耐旱指标是提高育种效率的有效策略。目前普遍采用主成分分析、相关
15、性分析、聚类分析等方法进行植株耐旱性指标筛选及鉴定评价,为选育抗旱性品种提供了依据。如王洋等7通过主成分分析、聚类分析和逐步回归分析筛选出藜麦 Chenopodium quinoa 的根长、活力指数和发芽率等作为有效鉴定和预测萌发期藜麦种质抗旱性的关键指标。血叶兰Ludisia discolor是兰科Orchidaceae血叶兰属 Ludisia 多年生草本植物,以“公石松”之名始载于慈济宫保生大帝药签,具有滋阴润肺、安神健脾等功效,主治肺痨咯血、食欲不振和神经衰弱等症,是南药文化的重要组成成分8。作为国家二级重点保护野生植物,血叶兰对环境要求较高,大多生于海拔 9001300 m 山坡或沟谷
16、常绿阔叶林下阴湿处;水分缺失会严重影响其生长发育9。前人在血叶兰的繁殖栽培10、有效成分分离鉴定11、开花物候及营养价值分析12等方面做了大量工作,但关于血叶兰对干旱胁迫的响应机制尚不清晰。鉴于此,本研究通过盆栽模拟试验探究不同干旱条件下血叶兰生长、生理生化指标及生物活性成分变化,通过抗旱能力综合评价揭示其对干旱胁迫的耐受性,为其迁地保护和人工栽培提供理论依据和实践指导。1 材料与方法 1.1 材料 取自海南热带雨林国家公园管理局霸王岭分局野外植株人工授粉后培育的血叶兰组培苗。将组培 第 53 卷 14苗移栽于穴盘中,于实验基地荫棚内自然生长 6 个月左右,期间保证水肥供给。挑选长势基本一致(
17、株高 19.41.3 cm,鲜重 10.30.8 g)的健康植株为试材。基质为泥炭土与珍珠岩(1:1,V:V)混合。1.2 试验设计 干旱胁迫试验均在海南大学儋州校区农科实验基地荫棚内进行。对盆栽血叶兰进行 4 个土壤水分胁迫梯度的控水处理,分别为正常水分管理的对照组 CK(基质相对含水量 70%75%);轻度干旱胁迫(L,基质相对含水量 50%55%);中度干旱胁迫(M,基质相对含水量 30%35%)和重度干旱胁迫(S,基质相对含水量 15%20%)。塑料盆内径 13.8 cm、高 12.5 cm。在干旱处理第 7、14、21 和 28 天分别进行表型观测、叶片取样,用于各项生理指标及生物活
18、性物质检测,每处理 3 次重复。1.3 测定方法 1.3.1 血叶兰植株表型观测血叶兰植株表型观测 采取随机取样法测定生长指标。利用直尺(精度1 mm)测量从地面到植株最高点之间的距离作为株高;利用游标卡尺(精度 0.1 mm)测量各单株茎最粗部位的直径及主根长。采用半定量分析方法将叶片萎蔫程度划分为5个等级,用于血叶兰生长状况评价(表1)。表 1 干旱胁迫下血叶兰生长状况的半定量评价指标体系 Table 1 A semi quantitative evaluation index system for the growth status of Ludisia discolor under d
19、rought stress 评定等级 叶片萎蔫程度 生长旺盛 正常生长(叶片枯萎量10%),叶质饱满,叶色鲜亮,无不良生长情况 生长一般 少量(叶片枯萎量 10%20%)叶片失水萎蔫,叶色变红黄化 生长受到抑制 部分(叶片枯萎量 20%40%)叶片失水皱缩,红化严重 生长受到严重抑制 近一半(叶片枯萎量 40%60%)叶片失水卷曲,严重红化至褐化 植株停止生长 大量(叶片枯萎量60%)叶片严重失水脱落,褐化发黑 1.3.2 叶片相对含水量测定叶片相对含水量测定 采集成熟叶进行测定。用滤纸擦净后称鲜重(FW),在蒸馏水中浸泡过夜,取出用吸水纸擦干叶片表面水分,称量其吸水饱和后的重量(T),将其置
20、于烘箱 105 杀青 10 min 后,于 50 烘干至恒重,称量干重(DW),3 次重复,并计算相对含水量。相对含水量(%)=(FWDW)/(TDW)100 1.3.3 叶绿体色素含量测定叶绿体色素含量测定 随机剪取不同处理叶片 0.05 g 左右称重,剪成约 1 mm 碎片后放入盛 5 mL 95%乙醇试管,封口,置于暗处 2436 h 至叶片变白。吸出浸提液置于比色皿中,以 95%乙醇为对照,利用分光光度计分别测定波长 665 nm、649 nm 和 470 nm 处吸光度值 A,每处理重复 3 次。按下列公式计算叶绿素 a、叶绿素b 和类胡萝卜素含量;将 3 种色素含量合计即为叶绿体总
21、色素含量。叶绿素 a 含量(mgg1)=(13.95A6656.88A649)V/1000W 叶绿素 b 含量(mgg1)=(24.96A6497.32A665)V/1000W 类胡萝卜素含量(mgg1)=(1000A4702.05叶绿素 a 含量114.8叶绿素 b 含量)/245V/1000W 叶绿体色素含量(mgg1)=叶绿素a含量+叶绿素b 含量+类胡萝卜素含量 其中,V 是提取液体积,W 是样品鲜重。1.3.4 花色素苷含量测定花色素苷含量测定 参考孙健等13方法测定花色素苷含量,方法略有改动。称取血叶兰新鲜叶片 0.5 g(W),剪成混匀的细丝后浸泡于 5 mL 0.1 molL1
22、盐酸溶液中,32 恒温箱提取 4 h;将提取液倒入直径 1 cm 比色皿中,同时以 0.1 molL1盐酸溶液为对照,利用分光光度计测定波长 530 nm 处的吸光度值 A530,重复 3 次。以 A530值为 0.1 时的花色素苷浓度为 1 个单位,并计算花色素苷含量(B)。B=A530/0.1W 1.3.5 生理指标及活性成分测定生理指标及活性成分测定 超氧化物歧化酶(POD)、过氧化物酶(SOD)活性和丙二醛(MDA)、可溶性糖含量均采用北京索莱宝第 1 期 许丽丽等:血叶兰幼苗对干旱胁迫的生理响应及其抗旱性指标筛选 15科技有限公司试剂盒测定;总黄酮、总酚和多糖含量则利用苏州格锐思生物
23、科技有限公司试剂盒进行测定。1.4 数据处理分析 应用 Microsoft Excel 2016 软件和 SPSS 27.0 软件处理数据和统计分析,利用 GraphPad Prism 9 软件绘图。2 结果与分析 2.1 干旱胁迫对血叶兰表型的影响 随着干旱程度及时间的增加,血叶兰植株叶片由外向内逐渐萎蔫(表 2、图 1)。对照组的植株 028 d 内整体生长旺盛,叶色富有光泽,叶片萎蔫枯黄比例小于 10%,生长状况均属于级状态(图 1A)。在轻度干旱胁迫(L)下,植株长势一般,7 d 后 10%20%叶片失水萎蔫、发黄发红,生长状况评定为级(图 1B)。在中度干旱胁迫(M)下,14 d 时
24、 20%40%叶片萎蔫、发黄至褐化,植株生长受到抑制,属于级状态(图 1C);28 d 时生长受到严重抑制,近一半叶片萎蔫干枯,呈现级状态(图 1D)。在重度干旱胁迫(S)下,28 d 植株生长停止,叶片枯萎量大于 60%,大量叶片脱水萎蔫卷曲、叶色褐化发黑,生长状况评定为级(图 1E)。随干旱程度和时间的增加,干旱胁迫组血叶兰株高与对照组差异显著。对照组的血叶兰 28 d 时株高为 20.5 cm,相比 7 d 时株高上升 12.0%,而重度干旱条件下 28 d 时血叶兰株高相比 7 d 仅上升1.1%,说明株高受到干旱抑制(表 3)。但干旱条件下的血叶兰茎粗随时间的增加整体呈上升趋势,其中
25、轻度、中度及重度干旱胁迫处理的茎粗峰值出现在胁迫 28 d 时,其茎粗分别为 7.7、7.6、7.7 mm,对照组的茎粗峰值出现在胁迫 28 d 时,为 7.8 mm,与对照组差异不明显(表 3)。2.2 干旱胁迫对血叶兰叶片叶绿体色素及花色素苷含量的影响 干旱胁迫处理下,随着处理时间的延长,不同程度干旱胁迫的叶片叶绿体色素含量整体呈先增加后减少的趋势(表 4),重度和中度干旱胁迫组的叶绿素 a、叶绿素 b、类胡萝卜素及色素总含量均具有先上升后下降的变化趋势,但轻度干旱和对照组无显 表 2 干旱胁迫对血叶兰叶片萎蔫程度的半定量评价 Table 2 Semi quantitative evalu
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