3个油用牡丹品种抗旱性研究

2019-12-03李锦馨张银毕江涛杨壹

安徽农业科学 2019年21期

李锦馨　张银　毕江涛　杨壹

摘要 [目的]研究3个油用牡丹品种的抗旱性。[方法]以油用牡丹品种凤丹、琉璃冠珠、冰山雪莲为试材，采用田间鉴定法，对3个品种油用牡丹进行逐渐干旱处理，研究逐渐干旱过程中叶片相对含水量、相对电导率、丙二醛（MDA）含量、可溶性糖含量、游离脯氨酸含量及叶绿素含量等生理生化指标的动态变化。[结果]在干旱胁迫过程中，3个品种油用牡丹的叶片相对含水量和叶绿素含量均逐渐降低;相对电导率、MDA含量、可溶性糖含量、游离脯氨酸含量均呈逐渐升高的趋势。在处理MDA含量数据时发现，冰山雪莲在干旱胁迫10 d时与对照（1 d）比较，差异不显著;琉璃冠珠干旱胁迫20 d与10 d比较，差异显著;其他指标的差异性均达显著水平。[结论]3个品种油用牡丹的抗旱性由强到弱依次为凤丹、冰山雪莲、琉璃冠珠。该研究为干旱区引种油用牡丹品种选择提供了科学依据。

关键词油用牡丹;逐渐干旱;生理生化特性;抗旱性

中图分类号 S565.9文献标识码 A

文章编号 0517-6611（2019）21-0124-05

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2019.21.037

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

Study on Drought Resistance of Three Varieties of Oil Peony

LI Jinxin1，ZHANG Yin1，BI Jiangtao2 et al

（1.School of Agriculture， Ningxia University， Yinchuan，Ningxia 750021; 2.Institute of Environmental Engineering， Ningxia University， Yinchuan，Ningxia 750021）

Abstract [Objective]To study the drought resistance of three varieties of oil peony. [Method]The oil peony varieties of Fengdan， Liuliguanzhu and Bingshanxuelian were used as the test materials， then treated with gradual drought by field identification method. During the gradual drought， the dynamic changes of physiological and biochemical characteristics were studied such as the relative water content of leaves， relative electric conductivity， content of malondialdehyde （MDA）， content of soluble sugar， content of free proline and content of chlorophyll.

[Result]The relative water content and chlorophyll content of the leaves of the three cultivars decreased gradually during drought stress， and the content of MDA， soluble sugar and free proline increased gradually. When we processed the MDA content data， it was found that there was no significant difference between the 10th day and the control， and the difference was not significant between the 20th day and the 10th day， and the differences of other indexes were all significant. [Conclusion]The order of drought resistance of oil peony from big to small is Fengdan， Bingshanxuelian and Liuliguanzhu.The study provided scientific basis for the introduction of oil peony in arid areas.

Key words Oil peony;Gradual drought;Physiological and biochemical characteristics;Drought resistance

基金項目宁夏回族自治区科技厅2014年科技支撑计划项目。

作者简介李锦馨（1963—），女，山东莱州人，教授，硕士，硕士生导师，从事花卉生理生态学研究。

收稿日期 2019-05-13;修回日期 2019-05-27

干旱缺水已成为制约农业生产的重要因素之一。目前，世界范围内水资源日趋减少，已成为全球性环境焦点问题之一。众所周知，干旱制约植物的生长与分布，影响作物产量和品质，在诸多非生物胁迫中其危害程度占首位。近年来，我国水资源严重短缺[1]，全国有近50%的土地为干旱、半干旱地区。选育抗旱节水植物新品种和提高植物抗旱性栽培技术及现代农业节水技术都将成为未来研究的核心内容。

牡丹（Paeonia suffruticosa Andr.）属芍药科芍药属牡丹组的多年生落叶灌木，是我国传统名花，观赏价值和药食用价值均极高。油用牡丹是指结籽量高的牡丹品种，籽油富含α-亚麻酸，而α-亚麻酸属β-3系列不饱和脂肪酸，是DHA和EPA的前体物质和人体必需脂肪酸，具有增强智力、提高记忆力、预防心肌梗塞、降低血脂和促进胰岛素分泌等诸多生理功能[2]。研究表明：牡丹籽的含油率可达24.12%～37.83%，其中亚麻酸含量可达31.56%～66.85%。所以，牡丹极有可能成为一种具有中国特色的油料作物[3]。随着对油用牡丹价值的开发，各省区迅速加大力度引种栽培，种植面积逐年扩增。由于各品种生物学特性及引种地自然条件的差异，油用牡丹在引种后有不同的生长表现。

油用牡丹具一定的耐旱性，宜高燥，忌湿热，喜阳光，要求较深厚、疏松的土壤。但如果当年雨水不足，也会对其生长发育产生不良影响，因此，对油用牡丹的抗旱性研究尤为重要。

笔者主要对3个品种的油用牡丹进行抗旱性研究，通过干旱胁迫处理并测定其对各项生理指标所产生的影响，以此作为理论依据，对3个油用牡丹品種的抗旱性展开综合性分析评价，筛选出抗旱性较强的品种，扩大栽培地区，进一步保护该种质资源。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验地位于宁夏中部干旱带同心县王团镇旱作节水农业科技示范园区的牡丹资源圃，36°52′20″N，105°59′42″E。属中温带干旱、半干旱性气候类型，气候常年干燥，夏短冬长，四季分明。春季风大、降雨量小、气温回升迅速，常有春旱和霜冻;夏季温暖，有阵性大风、伏旱、暴雨和冰雹;秋季温凉，气温下降快而常有霜冻;冬季寒冷而干燥;年均降水量259 mm左右，而蒸发量却高达2 325 mm以上，土壤常年干旱，水分亏缺严重，降雨季节性分布不均匀，多集中在秋季，4—6 月为干旱期，降雨量少，且多为10 mm以下无效降雨，干旱缺水是油用牡丹生长的最大限制性因子。

试验地土壤类型为淡灰钙土，0～20 cm土层土壤的基本理化性质如下：pH 8.17，

有机质5.32 g/kg、

全N 0.24 g/kg、

全P 0.83 g/kg、

碱解N 7.86 mg/kg、

速效P 8.16 mg/kg、速效K 195.32 mg/kg。

1.2 材料

供试材料为凤丹、琉璃冠珠和冰山雪莲3个油用牡丹品种，均来自于宁夏同心县王团镇旱作节水农业科技示范园区的牡丹资源圃，为7年生苗木。

1.3 试验设计与方法

试验时间2017年5月10—31日。采用田间直接鉴定法，各品种均选择规格统一、生长良好、长势一致的植株，采取随机区组设计，每个品种3次重复，每个重复1株。首先，将材料进行透水处理，在透水处理后的第一天（1 d）采样作为空白对照进行各指标测定，随着胁迫时间的延长，自然造成的干旱胁迫逐渐增强，进而造成不同干旱胁迫条件的生理生化指标的变化，以后每隔10 d测定一次各项指标，共测3次，由此来评价供试牡丹品种的抗旱性，这种方法比较客观地反映抗旱的真实情况。

1.4 测定指标与方法

1.4.1 相对含水量的测定。

相对含水量采取浸泡法测定[4]：剪取供试油用牡丹叶片，每个处理 3 份，每份10片，迅速放入已知质量的纸袋中，称出叶片鲜重（Wf），然后取出叶片，将其浸入水中8 h后取出，用吸水纸擦干样品表面水分，称重;再将样品浸入水中1 h后取出，用吸水纸擦干样品表面水分，称重，直至样品饱和重量相近，即得到样品饱和重量（Wt）。然后再置于烘箱中，在 105 ℃下杀青 30 min。之后置于 80 ℃下烘干至恒重，待冷却后，称出叶片干重（Wd）。相对含水量根据下式计算：

相对含水量=[（Wt-Wd）/（Wf-Wd）] × 100%

式中，Wt为叶片饱和重量（g）;

Wd为叶片干重（g）;

Wf为叶片鲜重（g）。

1.4.2 相对电导率的测定。

相对电导率采取电导法测定[5]：将待测叶片洗净后用打孔器打取圆片10片置于洁净的刻度试管中，用DDS-307型电导仪测定初电导值R0以及所用蒸馏水的电导空白值R1，测毕，将各试管口塞封，置于沸水浴中15 min杀死组织细胞，冷却后测定其电导值R2。

相对电导率=（R0-R1）/（R2-R1）× 100%

式中，R0为煮沸前的电导率（ms/cm）;

R1为所用蒸馏水的电导率（ms/cm）;

R2为煮沸后的电导率（ms/cm）。

1.4.3 丙二醛含量的测定。

丙二醛（MDA）含量采取硫代巴比妥酸法测定[6]：剪取待测材料叶片，每个处理称取3份，每份0.2 g，将叶片剪碎置于研钵内，加入2 mL三氯乙酸（TCA）和少量石英砂，研磨至匀浆，倒入离心管内，再用 3 mL TCA 冲洗研钵后混匀，将匀浆在 5 000 r/min 下离心 15 min，上清液即为样品提取液。吸取离心的上清液 2 mL（对照用2 mL蒸馏水代替），再加入质量分数为 0.6%硫代巴比妥酸溶液（TBA）2 mL，混匀，置于沸水浴上加热 20 min，迅速冷却后再次离心，以减少试验误差。取上清液，在 450、532和 600 nm波长下测定吸光值。按下式计算MDA浓度及含量：

C（μmol/g）= 6.45×（A532-A600）-0.56A450

MDA含量（μmol/g）=（C VTV1）/（1 000V2W）

式中，A450为450 nm波长处的吸光值;A532为532 nm波长处的吸光值;A600为600 nm波长处的吸光值;VT为提取液的总体积（mL）;V1为反应液总体积（mL）;V2为与TBA反应的样品提取液的体积（mL）;W为样品鲜重（g）;1 000是将mL转化为L的系数。

1.4.4 可溶性糖含量的测定。

可溶性糖含量采取蒽酮比色法测定[7]：剪取待测材料叶片，每个处理称取 3 份，每份 0.2 g，剪碎混匀后放入试管中，加入 15 mL蒸馏水，在沸水浴中煮沸 20 min，取出冷却，过滤入 100 mL容量瓶中，用蒸馏水冲洗残渣数次，定容至刻度。取待测样品提取液 1 mL 加蒽酮试剂 5 mL，沸水浴中煮沸 10 min，在 620 nm处测定吸光值，按下式计算可溶性糖含量：

可溶性糖含量=（C×VT）/（W×1×106）×100%

式中，C为从标准曲线查得的葡萄糖量（μg）;

VT为样品提取液总体积（mL）;

V1为显色时取样品液量（mL）;

W为样品重（g）。

1.4.5 游离脯氨酸含量的测定。

游离脯氨酸含量采取水合茚三酮法测定[7]：剪取待测植物功能叶片0.2 g，加入3%的磺基水杨酸5 mL，水浴提取10 min，提取过程中不断搅动，冷却后，在3 000 r/min下离心10 min，吸取2 mL上清提取液，再加入2 mL冰醋酸和2 mL酸性茚三酮試剂，在沸水浴上加热30 min，溶液呈红色，加入4 mL甲苯，轻轻振荡后静置，取上层甲苯液，在520 nm波长下测定吸光值。从标准曲线上求得样品溶液中游离脯氨酸含量。

游离脯氨酸含量（μg/g）=（C×VT）/（W×V1）

式中，C为由标准曲线上查得的游离脯氨酸质量（μg）;

VT为提取液总体积（mL）;

V1为测定液体积（mL）;

W为样品质量（g）。

1.4.6 叶绿素含量的测定。

使用SPAD-502Plus便携式叶绿素仪测定叶片的叶绿素含量，分别选择同一植株的上、中、下3个部位的叶片测定，求得平均值，此平均值即为供测植株的叶绿素含量。

1.5 数据处理方法

采取Excel进行数据预处理和作图，用DPS软件进行差异显著性分析。柱状图采用平均值 ± 标准偏差（Mean±SD）格式绘制。以单因素方差分析（one-way ANOVA）和最小显著差异法（LSD）分析随干旱胁迫时间变化时生理指标的差异。利用模糊隶属函数法综合评价3个油用牡丹品种的抗旱性，隶属函数计算方法如下：若是指标与抗旱性呈正相关，则计算公式为XU=（Xi-Xmin）/（Xmax-Xmin）;若是指标与抗旱性呈负相关，则计算公式为XU=1-（Xi-Xmin）/（Xmax-Xmin），式中，XU为测定指标的隶属函数值;Xi为某参试材料干旱胁迫后指标的测定值;Xmax、Xmin为所有供试材料该指标测定值的最大值和最小值。

安徽农业科学 2019年

2 结果与分析

2.1 干旱胁迫对叶片相对含水量的影响

从图1可以看出，随着干旱时间的延长，干旱胁迫加剧，3个油用牡丹品种的叶片相对含水量均呈递减的趋势，凤丹、琉璃冠珠、冰山雪莲在中度干旱胁迫（10 d）时分别比对照（1 d）降低了24.66%、25.67%、23.67%，差异均达到显著水平（P<0.05）。同样，3个品种在重度干旱胁迫（20 d）时比轻度干旱分别降低了15.67%、14.67%、16.67%，差异均达到显著水平。

2.2 干旱胁迫对相对电导率的影响

从图2可以看出，随着干旱时间的延长，干旱胁迫加剧，3个油用牡丹品种的相对电导率呈逐渐升高的趋势。凤丹对照（1 d）与干旱10、20 d的相对电导率分别是13.24%、23.20%、48.47%;琉璃冠珠对照与干旱10、20 d的相对电导率分别是18.65%、27.42%、55.59%; 冰山雪莲对照与干旱10、20 d的相对电导率分别是14.76%、23.05%、58.48%。凤丹、琉璃冠珠和冰山雪莲在干旱胁迫10 d时比对照分别升高了9.96%、8.77%、8.29%，差异均达到显著水平。同样，3个油用牡丹品种在干旱胁迫20 d时比10 d分别升高了25.27%、28.17%、35.43%，增长幅度相对于前10 d较大，差异均达到显著水平。

2.3 干旱胁迫对丙二醛含量的影响

从图3可以看出，3种油用牡丹品种的MDA含量均随着干旱胁迫加剧而呈逐渐升高的趋势。凤丹对照（1 d）与干旱胁迫10、20 d的MDA含量分别为0.027 3、0.032 4、0.055 6 μmol/g;琉璃冠珠对照与干旱胁迫10、20 d的MDA含量分别为0.028 7、0.037 3、0.063 3 μmol/g;冰山雪莲对照与干旱胁迫10、20 d的MDA含量分别为0.028 9、0.032 3、0.054 2 μmol/g。凤丹、琉璃冠珠和冰山雪莲在干旱胁迫10 d时比对照分别升高了18.68%、29.97%、11.76%，3个品种在10 d与对照比较时，差异均不显著。3个油用牡丹品种在干旱胁迫20 d比10 d分别升高了71.60%、69.71%、67.80%，在这一阶段的比较中可以看出，3个品种的差异性均达到显著水平。

2.4 干旱胁迫对可溶性糖含量的影响

由图4可知，3个油用牡丹品种的可溶性糖含量均随着干旱胁迫时间的延长而呈逐渐升高的趋势。凤丹对照（1 d）与干旱胁迫10、20 d的可溶性糖含量分别为32.554、60.322、103.979 mg/g;琉璃冠珠对照与干旱胁迫10、20 d的可溶性糖含量分别为35.114、62.488、105.535 mg/g;冰山雪莲对照与干旱胁迫10、20 d的可溶性糖含量分别为30.792、63.351、103.248 mg/g。凤丹、琉璃冠珠和冰山雪莲在干旱胁迫10 d时比对照分别升高了85.30%、77.96%、105.74%，差异均达到显著水平。同样，3个品种20 d比10 d分别升高了72.37%、68.89%、62.98%，差异也均达到显著水平。

2.5 干旱胁迫对游离脯氨酸含量的影响

由图5可以看出，随着干旱时间延长，干旱胁迫加剧，3个油用牡丹品种的游离脯氨酸含量均呈逐渐升高的趋势。凤丹对照（1 d）与干旱胁迫10、20 d的游离脯氨酸含量分别为3.279 7、17.461 3、31.969 3 μg/g;琉璃冠珠对照与干旱胁迫10、20 d的游离脯氨酸含量分别为3.562 3、18.479 7、34.136 0 μg/g;冰山雪莲对照与干旱胁迫10、20 d的游离脯氨酸含量分别为3.455 0、17.304 7、32.855 3 μg/g。凤丹、琉璃冠珠和冰山雪莲在干旱胁迫10 d时分别比对照升高了4.32倍、4.19倍、4.01倍，差异达均显著水平。同样，3个品种20 d比10 d分别升高了0.83倍、0.85倍、0.89倍，差异也均达到显著水平。

2.6 干旱胁迫对叶绿素含量的影响

由图6可知，3个油用牡丹品种的叶绿素含量均随着干旱胁迫加剧而呈逐渐降低的趋势。凤丹对照（1 d）与干旱胁迫10、20 d的叶绿素含量

分別为42.80、39.13、31.97 mg/g;琉璃冠珠对照与干旱胁迫10、20 d的叶绿素含量分别为48.60、42.30、33.63 mg/g;冰山

雪莲对照与干旱胁迫10、20 d的叶绿素含量分别为36.90、

34.13、30.90 mg/g。凤丹、琉璃冠珠和冰山雪莲在10 d时比

对照分别降低了3.76、6.30、2.77 mg/g，差异均显著。同样，

3个品种20 d时比10 d分别降低了7.16、8.67、3.23 mg/g，差异性也均达到显著水平。

2.7 不同品种油用牡丹抗旱性的综合评价

植物在受到干旱胁迫后，植株内各种物质综合调控以应对干旱胁迫，因此，用单一指标评价植物的抗旱性具有片面性，近年来多采用综合指标评价方法，例如模糊数学中的隶属函数法、聚类分析法和抗旱总级别法等[8]评价植物的抗旱性。该试验采用隶属函数法对不同品种油用牡丹的抗旱性进行综合评价，不同品种油用牡丹经干旱胁迫后各生理指标的隶属函数分析见表1，隶属函数平均值的大小顺序为凤丹>冰山雪莲>琉璃冠珠。隶属函数平均值越大，说明抗旱性越强，在所选的3个油用牡丹品种中，凤丹的抗旱性最强，冰山雪莲次之，琉璃冠珠的抗旱性最弱。

3 讨论

植物因长时间缺水而出现叶片萎蔫现象，并造成叶片内水分含量发生变化，包括叶片自然含水量和相对含水量。干旱胁迫条件下，反映抗旱性强弱的重要指标是相对含水量。植物的相对含水量越大，下降速率越小，则植物的抗旱性越强[9]。该试验表明，随着干旱时间的延长，干旱胁迫加剧，3个油用牡丹品种的叶片相对含水量均呈递减的趋势。

细胞膜是植物细胞感受外界环境最重要的部位，具有选择透过性。当植物遭遇干旱胁迫时，其选择透性功能改变或者丧失，细胞内容物外渗，电解质渗透量增加，表现为相对电导率增大，细胞膜发生过氧化作用而受到破坏，从而引起丙二醛含量的增加[10]。因此，植物的抗旱性越强，抗膜脂过氧化的能力越强，丙二醛含量越低，质膜透性越低，即相对电导率越小，细胞膜受伤害程度越轻。试验结果表明，油用牡丹在干旱胁迫下，相对电导率和丙二醛含量均高于对照，表明干旱胁迫对油用牡丹的细胞膜系统造成不同程度的破坏。胁迫前10 d其电导率和丙二醛含量增幅不大，但在胁迫到20 d时，电导率和丙二醛含量大幅升高，说明较长时间的干旱胁迫已经对其细胞膜造成严重伤害。前人对杠柳[11]（Periploca sepium Bunge.）、大麦[12]（Hordeum vulgare L.）和大豆[13]（Glycine max）和甘薯[14]（Iomoea batatas Lam.）等植物的研究也发现了相同的变化特征。因此，测定油用牡丹的相对电导率和丙二醛含量可以较好地评价油用牡丹的抗旱性。

植物适应干旱环境的重要生理机制是细胞的渗透调节，植物通过渗透调节作用来维持细胞的正常膨压。在干旱条件下，植物主动积累细胞内的渗透调节物质，包括可溶性糖、游离脯氨酸等[15]。许多研究表明，随着干旱胁迫强度的加剧和胁迫时间的持续，可溶性糖含量增加，其积累量与植物的抗旱性相关，积累量越大，植物的抗旱性就越强[9]。而游离脯氨酸则是最主要的渗透调节物质，可以降低细胞的渗透势，提高细胞吸水能力，提高植物对干旱忍耐力或适应性，其含量高低与植物抗旱性呈正相关[16]。该试验表明，在不同干旱胁迫程度下，油用牡丹游离脯氨酸含量和可溶性糖含量均随干旱胁迫时间的延长而呈逐渐升高的趋势，而且胁迫时间越长，植株受损伤程度越大，可溶性糖含量和游离脯氨酸含量越大，这与周雪洁等[17]对甘草（Glycyrrhiza uralensis Fisch.）的研究结果一致。因此，也可以用这2个指标评价油用牡丹的抗旱性。

该试验研究结果真实可靠，具有一定的科学指导价值。通过查阅大量文献发现，并没有研究者对这3个品种的油用牡丹进行过抗旱性研究，因而该研究具有一定的创新性，并且该试验采用大田试验能够真实地反映植物的抗旱性。该研究为干旱地区引种油用牡丹时的品种选择提供了科学依据。

4 结论

随着干旱时间的延长，干旱胁迫加剧，3个油用牡丹品种的叶片相对含水量和叶绿素含量均逐渐降低;相对电导率、MDA含量、可溶性糖含量、游离脯氨酸含量均呈逐渐升高的趋势。

通过综合比较各指标得出3个油用牡丹品种的耐旱性由强到弱依次为凤丹、冰山雪莲、琉璃冠珠，在干旱地区引种时选择抗旱性较强的凤丹、冰山雪莲为宜。

参考文献

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