王 宁,梁 晴,周志雄,郭 微,王龙远,吴 伟

(仲恺农业工程学院园艺园林学院,广东广州 510225)

秋海棠属(Begonia)植物为秋海棠科(Begoniaceae)的多年生草本植物,野生种质资源丰富,观赏价值高,很多种类还有较好的药用[1]、食用[2]等用途,且种间容易杂交[3],能够不断地推陈出新满足市场需求,是一类具有巨大的科研和观赏应用潜力的植物类群。秋海棠属植物多喜阴暗潮湿的环境,对水分依赖较大,严重制约了其大规模推广应用。为了应对全球气候变化带来的干旱问题及满足节能园林栽培应用的适应性要求,对秋海棠属植物的抗旱性研究显得尤为重要。

前人在不同程度上对秋海棠属植物抗旱能力进行了研究并取得了进展。陈雄伟等[4-5]通过研究发现,紫背天葵(BegoniafimbristipulaHance)具有一定的抗旱能力;吴萍萍[6]通过测定生理指标并结合形态指标研究了不同基质含水量对丽格海棠(B.×hiemalisFotsch)生长发育不同阶段的影响,总结了丽格海棠在水分胁迫下生理指标的变化规律及其差异,并对给出了不同阶段基质含水量的最适范围。Allen等[7]通过试验发现,低浓度乙酸能够降低土壤水分蒸发量,从而提高球根秋海棠(B.×tuberhybridaVoss)在干旱条件下的存活率,可以降低运输和零售的成本。在转基因方面,张雷等[8-9]通过农杆菌介导的外源基因ipt的遗传转化技术,获得了能提高四季海棠(B.cucullataWilld.)抗旱性的转基因植株,并通过抗旱性试验发现,在同等条件下转基因植株的耐旱性明显强于非转基因植株。To等[10]通过农杆菌介导的外源基因OsmiR393a的遗传转化技术,获得了抗旱性高的球根秋海棠转基因植株,可以通过降低蒸腾速率,提高脯氨酸和叶绿素含量等多途径协同抵御干旱胁迫。

‘欧乐可可’秋海棠(Begonia‘Orococo’)是秋海棠属多年生藤蔓类草本植物;叶质薄,绿色,富有光泽,叶色会随着光照强弱而变化;花白色,花期4—6月;是一种较好的观叶植物,可做垂吊、立体绿化、林下地被等。其生长速度较快,但由于叶片质地较薄,大苗在包装、运输及移栽时茎叶损耗较高,需选择合适大小的幼苗才能达到较好的效果。为了探究其扦插幼苗对环境的适应能力,尤其是抗旱能力,对其进行人工干旱胁迫试验,以揭示其在干旱逆境下的生长情况,以期为引种栽培及筛选园林绿化抗旱植物提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料试验选取生长状况良好、长势一致、无病虫害的扦插幼苗进行移栽,盆栽基质为泥炭土∶珍珠岩∶蛭石=3∶1∶1(体积比),花盆规格为下口径13 cm,高度12 cm,盆上口径16 cm,种植土层厚度约8.5 cm。移栽60 d后,筛选长势一致的盆栽进行试验。

1.2 试验场地试验地位于广东省广州市白云区高校园仲恺农业工程学院(23°22′46″N,113°26′20″E)。试验期间,试验地3月多晴天、少雨天,平均温度20.4 ℃,极端高温30 ℃,极端低温11 ℃,平均高温为25 ℃,平均低温为16 ℃。干旱胁迫期间气温在干旱21 d时温度最低,干旱14 d和35 d时气温最高(图1)。

图1 干旱胁迫试验期间气温变化Fig.1 Temperature change during drought stress experiment

试验地环境为仲恺农业工程学院生命科学大楼B栋804室内,‘欧乐可可’秋海棠植株生长环境无其他植物争夺水分,尽可能减少除了干旱胁迫外的人为干扰,其中天气温度变化为不可控变量。

1.3 试验设置选取生长健康、长势均一的‘欧乐可可’秋海棠36盆,于2022年3月1日给所有供试材料浇透水。第1次采样开始试验时间为2022年3月2日,作为试验植株干旱胁迫环境下正常水分条件的对照组(CK);此后人工模拟干旱胁迫环境,对供试植株停止浇水,在干旱环境处理下7、14、21、28、35 d于同一时间段分别进行采样,尽可能剪取相同部位的叶片,进行生理指标试验测定。每次采样后,材料剪碎混样, 2～4 ℃低温保存,在1 d内完成所有生理指标测定,每个指标3次重复。

1.4 指标测定方法叶片自然含水量(WF)采用称重法测定[11],叶片相对含水量采用称重法测定[12],叶绿素含量采用分光光度法测定[13],可溶性糖含量采用蒽酮比色法测定[14],丙二醛(MDA)含量采用硫代巴比妥酸显色(TBA)法测定[15],相对电导率采用电导法测定[16],生物量采用烘干称重法测定[17]。

1.5数据分析试验数据用Excel 2012整理制图,使用SPSS 26.0软件进行单因素方差分析,用隶属函数法进行抗旱性综合评价。

2 结果分析

2.1 干旱胁迫对‘欧乐可可’秋海棠外观形态的影响在水分胁迫的持续影响下,‘欧乐可可’秋海棠随着干旱胁迫时间的延长,表现出不同形态特征。从整体形态观察来看,干旱初期因土壤含水量较高,有一定量的生长,无明显形态变化,干旱胁迫持续时间越长,‘欧乐可可’秋海棠形态变化越明显,具体表现为0 d时,植株正常,叶色嫩绿,枝条、叶柄挺拔;7 d,植株正常,叶色翠绿,枝条、叶柄挺拔,有新叶生长;14 d,植株正常,叶色深绿,些许叶片出现卷缩、变黄;21 d,叶色墨绿,枝条、叶柄挺拔,部分叶片腐烂、有黄斑;28 d,小部分叶片枯黄、卷缩、下垂,茎叶生物量多;35 d,叶色变黄,茎叶下垂,小部分叶片枯萎,有些许新叶长出。

2.2 干旱胁迫对‘欧乐可可’秋海棠叶片含水量的影响在干旱胁迫下,在0～21 d‘欧乐可可’秋海棠叶片自然含水量变化相对平稳,28 d相比于21 d下降了2.65百分点(图2)。叶片自然含水量整体呈先上升后下降趋势,未产生较大的变化区间。

注:不同小写字母表示处理间差异显著(P<0.05)。Note:Different lowercase indicate significant differences among treatments (P<0.05).图2 干旱胁迫下‘欧乐可可’秋海棠自然含水量的变化Fig.2 Change of natural water content of Begonia‘Orococo’ under drought stress

在干旱胁迫下‘欧乐可可’秋海棠相对含水量的变化如图3所示,‘欧乐可可’秋海棠叶片在干旱胁迫21 d相对含水量达到峰值96.83%,在35 d最低88.31%,下降了8.52百分点。干旱0～14 d‘欧乐可可’秋海棠相对含水量变化浮动的区间是1.45百分点～2.06百分点。

注:不同小写字母表示处理间差异显著(P<0.05)。Note:Different lowercase indicate significant differences among treatments (P<0.05).图3 干旱胁迫下 ‘欧乐可可’秋海棠相对含水量的变化Fig.3 Change of relative water content of Begonia ‘Orococo’ under drought stress

2.3 干旱胁迫对‘欧乐可可’秋海棠叶绿素含量的影响随着干旱时间的延长,‘欧乐可可’秋海棠叶绿素含量在0～7 d先上升,随后在7～14 d下降,14～21 d期间再上升,最后21～35 d下降到最低点(0.391 mg/g)(图4)。叶绿素含量在7 d时最高,达0.556 mg/g,其次为21 d,为0.550 mg/g,其次依次为14、28、0、35 d。干旱胁迫35 d叶绿素含量与对照组0 d相比下降了0.021 mg/g。

注:不同小写字母表示处理间差异显著(P<0.05)。Note:Different lowercase indicate significant differences among treatments (P<0.05).图4 干旱胁迫下‘欧乐可可’秋海棠叶绿素含量、叶绿素a含量、叶绿素b含量的变化Fig.4 Changes of chlorophyll content,chlorophyll a content and chlorophyll b content of Begonia ‘Orococo’ under drought stress

在干旱胁迫下,‘欧乐可可’秋海棠叶绿素a含量和叶绿素b含量的变化趋势与叶绿素含量的变化趋势一致,且叶绿素a含量大于叶绿素b含量。

2.4 干旱胁迫对‘欧乐可可’秋海棠可溶性糖含量的影响‘欧乐可可’秋海棠在干旱胁迫下可溶性糖含量排序为21 d>35 d>7 d>14 d>0 d>28 d,‘欧乐可可’秋海棠可溶性糖含量先上升再下降最后上升(图5)。干旱胁迫的后期35 d与干旱0 d相比,叶片可溶性糖含量增加了0.049百分点。在干旱胁迫21 d时,‘欧乐可可’秋海棠可溶性糖含量最大,达0.151%,与含糖量最低的比28 d相比,高出0.062百分点。

注:不同小写字母表示处理间差异显著(P<0.05)。Note:Different lowercase indicate significant differences among treatments (P<0.05).图5 干旱胁迫下 ‘欧乐可可’秋海棠可溶性糖含量的变化Fig.5 Change of Begonia ‘Orococo’ on soluble sugar content under drought stress

2.5 干旱胁迫对‘欧乐可可’秋海棠丙二醛(MDA)含量的影响随着干旱时间的增加,‘欧乐可可’秋海棠MDA含量整体呈现上升趋势。在35 d涨幅最大,含量到达最高点0.005 4 μmol/g(图6)。

注:不同小写字母表示处理间差异显著(P<0.05)。Note:Different lowercase indicate significant differences among treatments (P<0.05).图6 干旱胁迫下‘欧乐可可’秋海棠MDA含量的变化Fig.6 Change of MDA content of Begonia ‘Orococo’ under drought stress

2.6 干旱胁迫对‘欧乐可可’秋海棠相对电导率的影响在干旱胁迫7 d相对电导率达到峰值8.75%,比0 d上升了5.16百分点,在干旱28 d下降至4.64%,然后电导率升高,相对电导率变化呈现出“N”形波动(图7)。

注:不同小写字母表示处理间差异显著(P<0.05)。Note:Different lowercase indicate significant differences among treatments (P<0.05).图7 干旱胁迫下‘欧乐可可’秋海棠相对电导率的变化Fig.7 Change of Begonia ‘Orococo’ on relative conductivity under drought stress

2.7 干旱胁迫对‘欧乐可可’秋海棠生物量的影响‘欧乐可可’秋海棠在经历干旱胁迫后,生物量有明显的下降,相比较之下茎的生物量最大(表1)。可见,干旱胁迫会促使‘欧乐可可’秋海棠养分向根、茎生长,是抵御干旱胁迫的表现形式之一。

表1 ‘欧乐可可’秋海棠不同部位平均鲜重、平均干重及平均含水率

2.8 隶属函数法对‘欧乐可可’秋海棠的抗旱性评价采用隶属函数法[18]对‘欧乐可可’秋海棠的抗旱性进行综合评价,经计算得出,‘欧乐可可’秋海棠叶片的隶属函数均值为0.549 2,其中,相对含水量的隶属函数为0.539 9,叶绿素含量0.464 6,可溶性糖含量0.388 9,MDA含量0.726 2,相对电导率0.626 3。由此可知,‘欧乐可可’秋海棠的抗旱性在草本植物中处于中等位置,具有一定的抗旱能力。

3 讨论与结论

干旱胁迫会对植物的表观形态、生物积累量等产生不良影响[19]。随着干旱胁迫的加深,‘欧乐可可’秋海棠叶片自然含水量和相对含水量总体呈下降趋势,植株在干旱胁迫下土壤含水量与叶片自然含水量、相对含水量均呈正相关。虽然试验中途受到回南天影响,空气中水汽多,影响了叶片的蒸发和蒸腾强度,减少了水分的消耗,供试材料的基质和植株从大气环境获得一些水分,在一定程度上缓解了干旱胁迫的影响。在干旱胁迫试验后期,植株叶片相对含水量还具有较高数值,说明植株保水能力较高,且对抵御干旱环境适应力强。试验发现,‘欧乐可可’秋海棠虽然叶片质地较薄,但其表面有薄蜡质层,在一定程度上能够降低水分的蒸腾速率,减缓干旱胁迫造成的不良影响,对此,还需要更深入研究。

在干旱胁迫下‘欧乐可可’幼苗的叶绿素含量表现为上升—下降—上升—下降的趋势,叶片出现变黄现象,这与黄栌(CotinuscoggygriaScop.)幼苗的变化相似[20]。叶绿素含量变化与植物应对干旱胁迫的策略有关[21],有研究表明,干旱胁迫会抑制叶绿素合成[22],破坏叶绿素的结构,促使叶绿素降解,影响植株的光合作用[23]。但抗性较好的一些植物的叶绿素含量会升高,来保证对光能的利用[24]。在短期内,‘欧乐可可’秋海棠能够通过增加叶绿素含量来应对干旱胁迫,具有一定的抗旱能力。

在水分胁迫下,‘欧乐可可’秋海棠MDA含量呈上升趋势。有研究结果表明,随着干旱胁迫时间延长,MDA含量涨幅越多,说明抗旱性越低[20]。‘欧乐可可’秋海棠在干旱胁迫下MDA的积累量小于紫背天葵[5],‘欧乐可可’秋海棠在水分胁迫下,MDA含量涨幅慢,其表现出较强的抗旱性。

在干旱胁迫下,相对电导率的大小是评价植物细胞膜结构和功能的受损伤程度的重要指标。‘欧乐可可’秋海棠在干旱胁迫下与对照组相比呈上升趋势;在7 d相对电导率达到了最高值8.75%,之后降低并趋于平缓。有研究表明,在环境胁迫条件下,海滨木槿(HibiscushamaboSieb. &Zucc.)的相对电导率变化会表现出滞后性[25]。随着水分胁迫时间的延长,不同时间胁迫处理的相对电导率呈“N”形的变化趋势,原因可能是细胞膜受伤害要有一个积累过程,导致出现滞后现象。

综上所述,在水分胁迫持续加强的情况下,‘欧乐可可’秋海棠幼苗在相对含水量、叶绿素含量、可溶性糖含量、MDA含量、相对电导率、植物形态生长等均表现出不同的抵抗和适应能力,具有一定的耐旱性,植株整体对干旱胁迫表现缓慢。为了减少水资源的使用,节约养护管理成本,提高资源利用效率,秉承可持续发展理念,‘欧乐可可’秋海棠在绿化植物的生产育苗和应用方面都有较好的推广应用价值。