夏秋秋季美人蕉屬植物葉片生理響應(yīng)的初步研究

夏秋秋季美人蕉屬植物葉片生理響應(yīng)的初步研究

科登科是美國蕉科的一個獨(dú)特學(xué)科。它的種子約有10種，來自美國和亞熱帶地區(qū)。美人蕉屬植物葉似芭蕉,花大美麗,花色嬌艷,花期長,易管理,因此被廣泛栽種于世界各地。該屬中植物芭蕉芋(C.edulisKer)的塊莖富含淀粉,可作為經(jīng)濟(jì)作物栽培,是一種極具開發(fā)前途的兩用植物。夏秋季節(jié)既是美人蕉的觀花期,又是其根狀莖營養(yǎng)貯存積累的重要時期,而芭蕉芋根莖的淀粉積累也主要集中在這個時期,此時植物的生長狀況直接關(guān)系到翌年種苗的質(zhì)量及芭蕉芋根莖的產(chǎn)量和品質(zhì),因此夏秋之交是美人蕉屬植物年生長周期中的重要階段。但夏末秋初之時,光溫變化幅度較大,目前,尚未見關(guān)于美人蕉屬植物對夏末秋初光溫變化生理響應(yīng)機(jī)制的研究。為此,本研究以“黃花美人蕉”和芭蕉芋的新品種“興芋-2”為試材,分析夏秋之交2種植物葉片多項(xiàng)生理指標(biāo)的動態(tài)變化規(guī)律,旨在闡明美人蕉屬植物對初秋光溫變化的響應(yīng)機(jī)理,以期為夏末秋初美人蕉屬植物的科學(xué)管理提供理論依據(jù)。1材料和方法1.1種質(zhì)資源與栽植以美人蕉屬2個栽培品種“黃花美人蕉”(C.indicavar.flava)和“興芋-2”(C.eduliscv.Xingyu-2)為試材。其中“黃花美人蕉”種球取自西北農(nóng)林科技大學(xué)博覽園,“興芋-2”種球取自貴州省興義市。于2010年3月下旬,選取無病蟲害發(fā)育良好的種球,按株行距50cm×30cm種植于西北農(nóng)林科技大學(xué)園藝學(xué)院種質(zhì)資源圃內(nèi),常規(guī)栽培管理。待幼苗長至兩葉一心(5月下旬)時,選取生長健壯、長勢一致的幼苗移植到45cm×40cm×30cm的盆內(nèi),盆內(nèi)裝20kg風(fēng)干的園土。移栽后遮蔭,緩苗后移入四面通風(fēng)的東西向溫室內(nèi)。1.2抗氧化酶活性測定葉片d駁岸和d東南角樣品采集與測定工作于2010-09-13-10-11在西北農(nóng)林科技大學(xué)園藝植物栽培與設(shè)施園藝實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行。在取樣過程中,為避免水分差異對試驗(yàn)造成的影響,于取樣前1d下午澆透水(其他澆水時間視土壤干濕狀況而定),次日07:00-09:00取樣;以植株高度的1/2劃定上部葉片和下部葉片,每品種6盆,2盆為1個重復(fù),每重復(fù)選取上部和下部葉片各10片做好標(biāo)記;每次取樣用鋒利的剪刀從標(biāo)記好的葉片上,剪取寬約2cm葉片并放入干凈的取樣袋中,置于冰盒中帶回實(shí)驗(yàn)室;用自來水將葉片沖洗干凈,然后用蒸餾水沖洗3遍,吸水紙擦干后立即測定相關(guān)生理指標(biāo)并提取酶液,按照測定指標(biāo)分裝提取酶液,-70℃保存待測。每隔7d取樣1次,共取5次。取樣時的各項(xiàng)環(huán)境指標(biāo)見表1。1.3抗氧化酶活性測定葉片組織的相對含水量和水分飽和虧缺采用浸泡法測定,水分飽和虧缺=100%-相對含水量;含水量(%,質(zhì)量分?jǐn)?shù))采用烘干法測定,干物質(zhì)含量(%,質(zhì)量分?jǐn)?shù))=100%-含水量;葉綠素含量采用體積分?jǐn)?shù)80%丙酮浸泡法測定;相對電導(dǎo)率采用DDS307電導(dǎo)儀測定;丙二醛(MDA)含量采用硫代巴比妥酸法測定;超氧化物歧化酶(SOD)活性采用NBT光化還原法測定;過氧化物酶(POD)活性采用愈創(chuàng)木酚法測定;過氧化氫酶(CAT)活性采用紫外分光光度法測定;可溶性蛋白含量采用紫外分光光度法測定。為減小誤差,每個指標(biāo)再平行測定3次,取平均值。1.4數(shù)據(jù)處理和分析試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel和SAS統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行處理和方差分析。2結(jié)果與分析2.1夏末、秋初的光溫變化對香蕉葉片和干物質(zhì)含量的影響2.1.1相對含水量的變化相對含水量和水分飽和虧缺可指示植物體內(nèi)水分含量狀況和虧缺程度,在干旱脅迫條件下,植物的相對含水量越大,則其水分飽和虧缺就越小,其抗干旱脅迫能力就越強(qiáng)。由圖1可見,夏秋之交,美人蕉屬植物上下部葉片的相對含水量存在明顯差異,表現(xiàn)為下部葉片的相對含水量顯著低于上部葉片(“興芋-2”09-20和09-27除外)。從2010-09-13-10-11,2個美人蕉屬植物品種上部葉片的相對含水量變化不大,規(guī)律不明顯;下部葉片的相對含水量均呈現(xiàn)先升后降的變化趨勢,尤其是“興芋-2”,自2010-10-04開始,其下部葉片的相對含水量明顯低于同年9月份。葉片水分飽和虧卻表現(xiàn)出與相對含水量相反的變化規(guī)律。由此可見,入秋之后,由于美人蕉屬植物對水分的利用率有所下降,尤其是下部葉片的水分虧缺程度更為嚴(yán)重,即使水分供應(yīng)充足,也會使下部葉片的生理代謝功能逐漸失衡,這種變化在“興芋-2”上表現(xiàn)得尤為明顯。2.1.2“花試樣”/葉片含水量由圖2可見,2種美人蕉屬植物的葉片含水量均表現(xiàn)出先升后降的變化趨勢,且除10-11“興芋-2”的上部與下部葉片含水量無顯著差異外,其他各個時期下部葉片的含水量均顯著(或極顯著)高于上部葉片。隨著季節(jié)的變化,“興芋-2”含水量的降低時間早于“黃花美人蕉”,從09-27-10-04的7d時間內(nèi),其上、下部葉片的含水量分別下降了1.53%和1.84%,且10月份葉片含水量顯著低于9月份。09-27-10-24,“黃花美人蕉”的下部葉片含水量沒有明顯變化,上部葉片的含水量在10-04明顯降低,而下部葉片的含水量在10-11才顯著下降。干物質(zhì)含量表現(xiàn)與含水量變化趨勢基本相反。說明隨著季節(jié)的變化,下部葉片的干物質(zhì)降解較快或向其他器官轉(zhuǎn)運(yùn)增多,美人蕉屬植物在干物質(zhì)的庫源分配上有所調(diào)整,以適應(yīng)氣候的變化。2.2葉綠素含量的變化葉綠素是植物體內(nèi)最重要的光合色素,其生物合成的適宜溫度一般為30℃。由表2可以看出,09-13-10-11,夏秋之交,由于光溫變化較大,美人蕉屬植物的葉綠素總量(Chl(a+b))、葉綠素a、葉綠素b含量不斷下降,葉綠素b的降解在老齡(10-04-10-11)葉片中表現(xiàn)得尤為明顯。可見,葉齡也是葉綠素含量變化的一個主要影響因子。由表2還可見,在本研究的采樣期內(nèi),2個美人蕉屬植物品種的上部葉片葉綠素含量(Chl(a+b)和Chla)均顯著或極顯著高于下部葉片;在取樣初期,上、下部葉片的葉綠素b含量差異不大,但到后期差異達(dá)到了顯著或極顯著水平。統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明,“黃花美人蕉”上部葉片的Chl(a+b)、Chla和Chlb平均值均極顯著高于‘興芋-2’(P<0.01)。可見,隨著氣溫的降低及光照時間的縮短,美人蕉屬植物葉綠素合成與分解的平衡被打破,葉綠素含量明顯減少。2.3夏末、秋初的光溫變化對香蕉葉片膜的滲透性的影響2.3.1相對電導(dǎo)率的變化葉片相對電導(dǎo)率的高低反映了細(xì)胞膜透性的大小。由圖3可以看出,夏末秋初,美人蕉屬植物上部葉片的相對電導(dǎo)率變化不明顯,下部葉片的相對電導(dǎo)率明顯升高,上、下部葉片相對電導(dǎo)率差異基本達(dá)顯著或極顯著水平?！芭d芋-2”上部葉片的相對電導(dǎo)率為21.83%～24.67%,且在各個時期的變化幅度較小;下部葉片的相對電導(dǎo)率為27.77%～44.67%,其中09-13-10-04,相對電導(dǎo)率變化不大,10-04-10-11,葉片的相對電導(dǎo)率大幅上升,最高可達(dá)44.67%,表明細(xì)胞膜透性出現(xiàn)了躍變式增加。“黃花美人蕉”上部和下部葉片的相對電導(dǎo)率分別為23.63%～28.97%和29.27%～47.20%,均高于“興芋-2”。09-13-09-20,“黃花美人蕉”上部葉片的相對電導(dǎo)率顯著增高,09-20-10-11上部葉片相對電導(dǎo)率無顯著變化;10-04-10-11,其下部葉片的相對電導(dǎo)率也出現(xiàn)了躍變式上升,顯著高于前4個采樣時期。2.3.2不同品種上、下葉片的mda含量MDA是細(xì)胞膜脂過氧化的產(chǎn)物,是表征細(xì)胞膜透性的另一個重要指標(biāo),其數(shù)值越大,表明細(xì)胞膜脂過氧化程度越高,細(xì)胞膜透性也越大。表3顯示,2種美人蕉屬植物葉片的MDA含量均在10-11大幅上升,此時,“興芋-2”上、下部葉片的MDA含量分別是前4個時期中最高值的1.32和1.47倍;“黃花美人蕉”上、下部葉片的MDA含量分別是前4個時期中最高值的1.41和1.29倍。09-13-10-04,2個品種上部葉片的MDA含量變化不大;09-20下部葉片的MDA含量均顯著高于09-13,其后的14d內(nèi)變化不大。在各取材時期,2個品種間及同一品種上、下部葉片間的MDA含量均無顯著差異(“黃花美人蕉”09-27除外)。2.4夏末、秋初的光溫變化對美人蕉科植物酶活性和可溶性固形物含量的影響2.4.1下葉片sod活性的變化SOD是抗氧化酶系統(tǒng)中的“先鋒”,其活性的高低與植物的衰老密切相關(guān)。由圖4可見,隨著季節(jié)的變化,美人蕉屬植物葉片內(nèi)的SOD活性明顯升高,其中“興芋-2”上部葉片從09-13日到09-27直線上升,并于09-27達(dá)到峰值(431.21U/(g·h)),之后逐漸趨于穩(wěn)定;下部葉片的SOD活性在09-13-09-20有所下降,但幅度不大,但09-20-09-27,下部葉片的SOD活性呈直線上升,也于09-27達(dá)到峰值(399.15U/(g·h)),之后變化幅度較小?！包S花美人蕉”上部葉片SOD活性變化規(guī)律與“興芋-2”上部葉片一致;而其下部葉片在09-13-09-20迅速增加,之后呈下降趨勢。2.4.2管理體系內(nèi)pod活性的變化美人蕉屬植物葉片POD活性對夏末秋初光溫變化的響應(yīng)規(guī)律見圖5。由圖5可見,POD活性在2種美人蕉屬植物種間差異明顯?！包S花美人蕉”上部葉片POD活性最小值(525.76U/(g·min))與“興芋-2”上部葉片的最大值(586.95U/(g·min))相當(dāng),而其最大值是‘興芋-2’最大值的1.76倍。由夏季轉(zhuǎn)入秋季的季節(jié)變化中,“興芋-2”上部葉片的POD活性持續(xù)上升,下部葉片的POD活性則先上升后下降,并于10-04達(dá)到峰值,為441.97U/(g·min)?！包S花美人蕉”上、下部葉片的POD活性均表現(xiàn)出先上升后下降的變化趨勢,且其峰值出現(xiàn)時間與“興芋-2”下部葉片相同。美人蕉屬植物上、下部葉片的POD活性在9月份差異不顯著;但立秋后由于上部葉片POD活性的大幅升高,上、下部葉片的POD活性差異不斷增大,至10-11二者差異達(dá)顯著(“興芋-2”)或極顯著(“黃花美人蕉”)水平。2.4.3葉片cat活性圖6顯示,夏秋之交,2種美人蕉屬植物上部葉片的CAT活性持續(xù)升高,并于10-11達(dá)到峰值,“興芋-2”為3.387U/(g·min),“黃花美人蕉”為2.853U/(g·min);下部葉片CAT活性先升高后降低,其中“興芋-2”峰值出現(xiàn)在10-04,為1.999U/(g·min),“黃花美人蕉”的CAT活性峰值出現(xiàn)在09-27,為1.653U/(g·min)?！包S花美人蕉酶”的CAT活性總體小于“興芋-2”,但差異不顯著(P>0.05)。“興芋-2”和“黃花美人蕉”上部與下部葉片間的CAT活性僅在10-11時差異達(dá)到了顯著水平,此時二者上部葉片CAT活性分別是下部葉片的5.06和2.49倍。2.4.4可溶性蛋白質(zhì)含量由圖7可以看出,夏秋之交,2種美人蕉屬植物葉片的可溶性蛋白質(zhì)含量均持續(xù)升高,且上部葉片的升高幅度大于下部葉片。09-13,2個品種下部葉片的可溶性蛋白質(zhì)含量均略高于上部葉片,但從09-20開始,“興芋-2”上部葉片的可溶性蛋白質(zhì)含量迅速增加,且高于下部葉片,直至10-11上、下部葉片差值達(dá)了46.09mg/g,差異達(dá)顯著水平。與“興芋-2”相比,從09-20開始,“黃花美人蕉”上部葉片的可溶性蛋白含量增加幅度較小,至10-11,上部葉片僅比下部葉片多23.16mg/g,且差異未達(dá)顯著水平。在整個取樣期間,2個品種間的可溶性蛋白質(zhì)含量差異較小,且“黃花美人蕉”上部葉片的可溶性蛋白含量始終低于“興芋-2”(10-04除外);除了09-13之外,其他各個時期“黃花美人蕉”下部葉片的可溶性蛋白質(zhì)含量始終高于“興芋-2”。3美人蕉屬植物保護(hù)酶系統(tǒng)變化的規(guī)律水分與植物的新陳代謝密切相關(guān)。本研究發(fā)現(xiàn),夏秋之交,美人蕉屬植物的葉片水分含量逐漸降低,干物質(zhì)含量逐漸升高。即使在水分供應(yīng)充足的條件下,美人蕉屬植物下部葉片也會逐漸出現(xiàn)水分虧缺現(xiàn)象,因此在秋季,應(yīng)適當(dāng)減少土壤水分供給,降低細(xì)胞含水量,抑制美人蕉屬植物生長,逐漸提高其耐冷性。本研究結(jié)果表明,夏末秋初,美人蕉屬植物葉片的葉綠素總量、葉綠素a和葉綠素b含量均有不同程度降低,且植物下部葉片的葉綠素含量較低,降幅更大;同時上部葉片Chla/Chlb逐漸下降,表明葉綠素a的降解速度大于葉綠素b,由于葉綠素b呈黃綠色,因此葉片逐漸變成黃色,這也是植物對環(huán)境變化(如降溫、日照時間縮短等)的適應(yīng)性調(diào)節(jié)。本研究中,從夏末到秋初季節(jié)變化過程中,美人蕉屬植物的細(xì)胞膜相對透性不斷變大,MDA含量逐步增加;同時由于膜系統(tǒng)遭受破壞,細(xì)胞透性增加,細(xì)胞內(nèi)溶質(zhì)滲漏,相對電導(dǎo)率逐漸升高,并于10月中旬左右出現(xiàn)躍變式增加。這種變化在下部葉片表現(xiàn)得尤為突出?？扇苄缘鞍鬃鳛橐环N重要的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì),具有較強(qiáng)的親水性,能明顯增強(qiáng)植物細(xì)胞的持水力。本研究中,夏末秋初,美人蕉屬植物的可溶性蛋白質(zhì)含量持續(xù)增加,而可溶性蛋白含量的增加可以束縛更多的水分,一方面可以使植物繼續(xù)從土壤中吸收水分,另一方面有助于植物維持細(xì)胞內(nèi)膨壓,以維持植物正常