几种野生百合叶绿素和氮对干旱胁迫的响应特征研究.pdf
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1、辽宁农业科学 2023(4):611Liaoning Agricultural Sciences文章编号:1002-1728(2023)04-0006-06 doi:10.3969/j.issn.1002-1728.2023.04.002几种野生百合叶绿素和氮对干旱胁迫的响应特征研究冯树林1,周 婷2,王军利1(1.咸阳职业技术学院,陕西 咸阳 712000;2.咸阳市农业科学研究院,陕西 咸阳 712000)摘要:百合,因其丰富的营养价值、药用价值和观赏价值,其栽培已成为一些地区产业调整和乡村振兴的重要措施。为探索几种典型野生百合对干旱与复水环境的响应特征,本研究以卷丹、川百合和野百合为材料
2、,研究了干旱胁迫与复水环境对 3 个野生百合生理的影响。结果表明:随着土壤水分含量的下降,百合叶绿素和氮含量呈先增加后下降趋势。50%55%SRWC 处理的百合叶绿素和氮含量下降幅度达到最大,其中卷丹、野百合和川百合叶绿素含量分别比对照下降了 26.33%,24.22%和 52.23%,氮含量分别比对照下降了 17.34%,18.72%和 34.05%。复水后,3 个野生百合植株的叶绿素和氮含量逐渐恢复。随着旱后复水时间的延长,卷丹的恢复度野百合川百合,复水 2 d 后恢复到对照水平,复水激发了野生百合的生理补偿作用。关键词:百合;干旱胁迫;复水;补偿效应;恢复中图分类号:S682.29文献标
3、识码:A 干旱是影响植物生长发育的主要非生物胁迫因素,当土壤不能提供植物正常生长所需的水分时,植物的生长、发育及相关生理代谢活动都将受到影响,土壤水分严重缺少时还会导致植物死亡1。在水分缺乏的土壤环境中,植物的生理机能通常会受到伤害,但也因植物类型、干旱程度和干旱持续时间不同而表现出一定的差异性。同时,干旱胁迫解除后植物的恢复情况也与植物类型、干旱程度和干旱发生时期有着相关关系,干旱胁迫解除后恢复供水能够一定程度地修复植物因干旱胁迫而受到的伤害2。植物的叶绿素和氮含量能够一定程度体现植物的光合性能强弱和生长状况,是植物体内生理代谢监测的主要指标之一,常在植物水分关系研究中有所应用34。在干旱条
4、件下,植物叶绿素含量的高低能够直接影响植物光合能力,最终影响植物抗旱特性5。前人研究揭示,干旱环境条件下植物的叶绿素含量表现越稳定,说明植物越能较好适应干旱胁迫环境6。黄尧瑶等对云南产量较大的3 个观赏百合品种抗旱性的研究发现,索蚌百合的抗旱能力诺宾的抗旱能力西伯利亚的抗旱能力7。胡昕研究发现,干旱胁迫条件下细叶百合叶绿素 a 下降幅度较大,松叶百合叶绿素 b下降幅度较大,叶绿素的变化存在一定差异8。宗建伟等对百合黄美人(L.longiflorum L.A-siatic)的研究发现,亚低温和亚低温干旱交互处理条件下百合的生长受到显著抑制9。张嘉新研究表明,随着干旱程度的加剧,亚洲百合“热情”的
5、生长受到显著影响10。随着干旱胁迫时间的增加,百合叶绿素含量明显降低;复水条件下,百合叶绿素含量得到了一定程度恢复。说明轻度干旱胁迫对百合的生长影响较小,严重的干旱胁迫对百合的伤害较大,短期内恢复供水难以使百合恢复到正常水平11。胡小京等对野百合幼苗生理特性研究发现,当土壤相对含水量为 50%55%时对野百合幼苗的生长和发育最有利12。百合是百合科(Liliaceae)百合属(Lilium)类植物的总称,属于多年生单子叶的草本球根类植物,种类丰富,分布广泛,特征复杂多样,具有较高的观赏价值、食用价值和药用价值13。中国是百收稿日期:2023-03-31基金项目:陕西省教育厅一般专项科研计划项目
6、(22JK0609)作者简介:冯树林(1987-),男,博士,讲师,研究方向为林草生态工程。E-mail:shulinfeng06 第 4 期 冯树林等:几种野生百合叶绿素和氮对干旱胁迫的响应特征研究合栽培利用的主要起源地之一,有着丰富的百合资源11,14,具有 2 000 多年的栽培利用历史,其中北起黑龙江有毛百合,西至新疆有新疆百合,东南至台湾有台湾百合。在秦巴山区以及毗邻地区,有着丰富的野生百合资源,如陕西蓝田、太白、长安、汉中等地,海拔 8001 500 m 的山坡灌丛、溪谷边分布有秦岭野百合,当地群众具有长期栽培利用秦岭野生百合的传统15。但随着我国工业化、城镇化进程推进,农业种植结
7、构调整,以及环境、气候变化等因素的影响,野生珍稀植物资源因其赖以生存繁衍的栖息地环境变化而大量减少,很多地方优良品种受到很大影响,生物多样性遭到破坏。由于人为因素和自然因素的双重影响,使得许多野生百合已成为珍稀植物,有的甚至已消失16。因此,加强对我国野生百合种质资源的保护、收集、评价和开发利用既是当前珍贵种质资源保护的一项紧迫任务,也是百合育种工作高效进行的前提和基础。但目前关于野生百合品种的研究仍存在不足,尤其是在旱后复水条件下野生百合的恢复方面的研究信息尚不十分完善。基于此,本研究以采自秦岭野生百合为试验对象,研究干旱胁迫与复水试验对秦岭几种典型野生百合的影响,开展不同土壤水分亏缺对秦岭
8、野生百合的影响及复水后百合的恢复特征研究,以揭示不同野生百合生理与土壤含水量之间的相关关系,为野生百合的保护、收集和百合产业的高效开发利用提供理论基础和实践支撑。1 材料与方法1.1 研究区域概况试验区域位于咸阳职业技术学院仪祉农林学院科研教学实践基地(10874 E,3430 N),属大陆性季风气候,四季分明,年平均降水量 537650 mm,平均温度 9.013.2。1.2 试验材料供试百合均为采自秦岭的 3 个野生百合品种,分别为卷丹(Lilium lancifolium)、川百合(Lili-um davidii)和野百合(Lilium brownii)。1.3 试验设计卷丹、川百合和野
9、百合试验分别设 3 个百合品种试验处理区,每个品种 3 次重复,随机排列。每个试验小区面积为 10 m2(2 m 5 m),重复小区间间隔 1 m,处理小区间间距 2 m。2021 年 3月下旬,选取生长健壮无病害、长势一致的 3 个野生百合品种的种球种植。种植行距 20 cm 左右,株距 10 cm 左右,沟深 810 cm,盖土厚度约为种球高度的 23 倍。百合试验田日常采用常规田间管理,5 月下旬6 月中旬选取生长健壮的百合植株进行土壤水分处理。测定前 2 d 对试验百合大田进行充分浇水,之后及时测定百合植株的相关试验指标(对照)。然后让百合试验田进行自然耗水,使其土壤含水量逐渐下降。胁
10、迫 0 d、3 d、5 d、12 d 分别取大田 020 cm 土壤土样进行土壤含水量和土壤相对含水量测算,同时观察和测定卷丹、川百合和野百合植株叶绿素含量和氮含量的变化情况。干旱胁迫完成后立即进行复水处理,正常管理2 d,测定百合植株生理指标。土壤重量含水量(SWC)利用烘干法进行测定,土壤相对含水量(SRWC)由土壤重量含水量与土壤田间持水量(FC)计算获得。1.4 指标测定1.4.1 土壤含水量的测定土壤水分测定:用环刀(容积:100 cm3)取土样后,用滤纸包裹环刀口后立即用精度 0.01 的电子天平称重,计为 W1;之后将环刀放置水中浸泡约 48 h(使水刚浸没环刀顶端即可),称重计
11、为W2;然后放入 105 的烘箱中烘干,称重计为W3。田间持水量、土壤含水量和土壤相对含水量的计算方法参照王美美的方法进行计算17。田间持水量(FC)=(W2-W3)/100土壤含水量(SWC)=(W1-W3)/W3土壤相对含水量(SRWC)=SWC/FC100%1.4.2 叶绿素和氮含量测定百合植株的叶绿素和氮含量测定采用便携式植物营养测定仪 TYS-3N 进行测定,每个处理 6个重复。测定时,3 个供试野生百合品种的叶绿素和叶片氮含量测定均选取植株中上部位无病害健康的功能叶片进行测定。1.4.3 恢复度(Rd)恢复度是指水分胁迫解除后,各指标恢复情况与对照的贴近度。百合植株的恢复度的测定,
12、参照王丁等的方法用下列公式进行计算18:Rd=Xr/Xck7辽 宁 农 业 科 学 2023 年式中:Rd(Restoration Degree)为干旱胁迫解除后某一指标的恢复度;Xr 为水分胁迫解除后某指标测定值;Xck 为对照相应指标的测定值。若某指标变化与植物抗旱特性成负相关,则取Xr/Xck 的倒数计算。Rd 变化在 0 到 1 之间,其值越大,该指标与对照值的贴近度越高,说明胁迫解除后恢复情况越好。1.5 数据处理分别用数据分析统计软件 Microsoft Excel 2021 和 SPSS 17.0 进行统计处理、方差分析和绘图。2 结果与分析2.1 干旱对土壤含水量的影响如图 1
13、 所示,随着干旱时间的增加,土壤水分含量呈持续下降趋势。干旱胁迫 0 d、3 d、5 d 和12 d,土壤相对含水量分别为 90%95%、80%85%、70%75%和 50%55%。复水 2 d 后,土壤的相对含水量恢复到干旱前水平。图 1 干旱条件下土壤水分含量的变化Figure 1 The changes of soil water content under drought conditions2.2 干旱对 3 个野生百合叶绿素含量的影响从图 2 可知,随着土壤水分含量的下降,卷丹、野百合和川百合 3 个野生百合品种的叶绿素含量均呈现先增加后下降的趋势,且 50%55%SRWC 处理组
14、的 3 个野生百合的叶绿素含量均显著低于 90%95%、80%85%和 70%75%3 个水分处理组的百合叶绿素含量(P0.05)。复水后,3 个野生百合的叶绿素含量有所恢复,显著高于 50%55%水分处理组的百合叶绿素含量。复水后卷丹的叶绿素含量率先恢复到接近干旱胁迫前的叶绿素水平,野百合和川百合的叶绿素含量未恢复到干旱前百合叶绿素水平。图 2 干旱胁迫对 3 个野生百合叶绿素含量的影响Figure 2 Effect on chlorophyll content of three wild lilies under drought stress conditions2.3 干旱对 3 个野生
15、百合氮含量的影响随着土壤含水量的下降,3 个野生百合的氮含量呈先增加后下降的变化趋势,但在干旱环境下卷丹、野百合和川百合的氮含量的变化存在差异(图3)。在50%55%SRWC 处理,3 个野生百合品种的氮含量均显著低于 90%95%、80%85%和 70%75%3 个水分处理组的百合氮含量(P0.05)。复水后,3 个野生百合的氮含量有所恢复,但均未恢复到干旱胁迫前的水平,3 个野生百合的氮含量仍显著低于 90%95%、80%85%和 70%75%3 个水分处理组的百合氮含量(P 野百合的相关系数(R2=0.7937)川百合的相关系数(R2=0.6801);在氮含量上,川百合的相关系数(R2=
16、0.8272)野百合的相关系数(R2=0.7086)卷丹的相关系数(R2=0.6137)。图 4 3 个野生百合叶绿素和氮含量与土壤水分含量间相关性Figure 4 Correlation of analysis of nitrogen and chlorophyll content and soil-water content of three wild lilies2.5 复水后 3 个野生百合叶绿素和氮的恢复度旱后复水条件下,卷丹、野百合和川百合 3 个野生百合的叶绿素和氮均得到一定程度的恢复,恢复特征总体相近(图 5)。在叶绿素上,呈现卷丹的恢复度野百合川百合的现象,其中卷丹的恢复度较
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