熊 毅 郭彥萃 張 志

(齊齊哈爾大學(xué)，齊齊哈爾，161006)

隨著生活水平的提高，人們對城市園林景觀綠化的品質(zhì)要求也不斷提升。但是，由于城市具有生態(tài)環(huán)境復(fù)雜、干旱缺水頻發(fā)、夏季空氣溫度高等不良因子，導(dǎo)致了園林綠化材料的極度匱乏。地被菊作為菊花的一個品種群不但具有觀賞性高、覆蓋性強、植株低矮、花朵繁多、管理粗放等優(yōu)點，并且在耐高溫、耐鹽漬、抗干旱等方面有著極強的耐逆性，能夠適應(yīng)城市中的不良環(huán)境，可以用于地表植被綠化［1－2］。目前，關(guān)于地被菊的研究主要集中在PEG脅迫、干旱脅迫、鹽脅迫、耐寒性等方面，卻忽略了在土壤干旱發(fā)生的同時往往也伴隨著空氣干旱的出現(xiàn)，致使在高溫條件下有關(guān)地被菊形態(tài)及生理特征的研究還比較少，因而，探索高溫對地被菊的影響有著緊迫的現(xiàn)實意義［2－4］。DREB 基因是乙烯響應(yīng)因子(ERF)家族中的重要成員，作用于不依賴脫落酸信號的傳導(dǎo)途徑，在調(diào)節(jié)植物對低溫、干旱、高溫等逆境的抵抗性中扮演著重要的角色，并且在現(xiàn)有的研究中已經(jīng)證實了其在提高農(nóng)作物、擬南芥等植物材料的抗逆性上產(chǎn)生了一定的作用［5］。近年來，對轉(zhuǎn)基因地被菊的抗逆性進行研究后發(fā)現(xiàn)，DREB 轉(zhuǎn)錄因子的高量表達，可以提高植株抗逆境能力［6－8］。本研究以探索高溫脅迫對轉(zhuǎn)抗旱基因地被菊形態(tài)及生理指標(biāo)的影響為目標(biāo)，意在為耐旱節(jié)水型地被材料的篩選提供基礎(chǔ)理論。

1 材料與方法

選擇已轉(zhuǎn)DREB1A 基因地被菊‘秋艷’的4 個株系(QY1、QY2、QY3、QY4)為試驗材料，以野生型為對照。采用組織培養(yǎng)的方法于100 mL 三角瓶中分別使用MS 培養(yǎng)基、1/2MS 培養(yǎng)基中進行擴繁和生根，待根系茁壯、葉片茂密時出瓶，煉苗后栽入到含蛭石的營養(yǎng)缽中，最后將長勢基本一致的各株系幼苗栽植于基質(zhì)為V(蛭石)∶ V(營養(yǎng)土)=1∶ 1，規(guī)格8 cm×12 cm 的花盆中緩苗20 d 備用。

高溫脅迫處理:將各轉(zhuǎn)基因株系與野生型植株置于人工氣候箱內(nèi)，在溫度45 ℃、空氣濕度80%以上的條件下持續(xù)處理48 h。同時在氣候箱內(nèi)放置盛有自來水的小盆，每隔6 h 量取50 mL 盆內(nèi)自來水分別對各株系進行補水，以避免土壤干旱造成的影響。在0、6、12、24、48 h 取樣進行生理及形態(tài)指標(biāo)的測定，每個株系重復(fù)3 次。

葉片相對含水量(RW，C)測定:在各脅迫時間點內(nèi)剪取各株系葉片稱取鮮質(zhì)量，再于蒸餾水中浸泡吸水24 h 后稱取飽和鮮質(zhì)量，最后于烘箱80 ℃烘干48 h，稱取干質(zhì)量，按公式進行計算:RW，C=(鮮質(zhì)量－干質(zhì)量)/(飽和鮮質(zhì)量－干質(zhì)量)×100%。

質(zhì)膜傷害透性測定采用相對電導(dǎo)率法;MDA(丙二醛)質(zhì)量摩爾濃度測定采用硫代巴比妥酸法;SOD(超氧化物歧化酶)活性測定采用NBT 光化還原法;POD(過氧化物酶)活性測定采用愈創(chuàng)木酚法［9］。

株高冠幅脅迫指數(shù):先測出未受高溫脅迫前各株系的株高冠幅大小，再分別于各脅迫時間點下測定脅迫后各株系株高冠幅大小，按公式進行計算:

株高(冠幅)脅迫指數(shù)={各脅迫時間點內(nèi)不同株系的株高(冠幅)/未受脅迫下的株高(冠幅)}×100%。

數(shù)據(jù)分析:用Excel 2003 對原始數(shù)據(jù)進行處理，用SPSS 17.0 軟件進行差異顯著性及方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 高溫脅迫對各株系葉片相對含水量的影響

隨著高溫脅迫時間的延長，各株系葉片相對含水量呈下降的趨勢(表1)。高溫脅迫6h 時轉(zhuǎn)基因各株系的葉片相對含水量顯著高于野生型;脅迫12 h 時QY2 和QY4 顯著高于野生型;當(dāng)脅迫時間達到24、48 h 時，除QY3 株系與野生型無明顯差異外其他株系均顯著高于野生型。

表1 高溫脅迫下各株系葉片相對含水量

2.2 高溫脅迫對質(zhì)膜傷害率的影響

由圖1可以看出，野生型植株的質(zhì)膜傷害率在高溫脅迫條件下的各時間點內(nèi)均最高，在高溫脅迫時間為6、12、24 h 時，QY1 株系的質(zhì)膜傷害率均最低，而在脅迫時間達到48 h 時，QY2 株系的質(zhì)膜傷害率最低，僅為40%左右。由此可知，高溫對轉(zhuǎn)基因株系葉片的傷害與野生型相比較小，具有一定的耐高溫能力。

2.3 高溫脅迫對MDA 質(zhì)量摩爾濃度變化的影響

由圖2可知，高溫脅迫條件下各株系的MDA 質(zhì)量摩爾濃度均隨著脅迫時間的延長表現(xiàn)出連續(xù)上升的趨勢。高溫脅迫6 h 時野生型與QY2 的MDA 質(zhì)量摩爾濃度相對較高;在12、24 h 時僅有QY1 株系的MDA 質(zhì)量摩爾濃度高于野生型，其他株系均低于野生型;當(dāng)脅迫時間達到48 h 時野生型的MDA質(zhì)量摩爾濃度最高;QY4 在各時間點內(nèi)MDA 質(zhì)量摩爾濃度均最低，受到高溫的脅迫較小。

圖1 高溫脅迫下各株系質(zhì)膜傷害率比較

圖2 高溫脅迫對各株系MDA 質(zhì)量摩爾濃度的影響

2.4 高溫脅迫對SOD 活性變化的影響

從圖3可以看出，隨著高溫脅迫時間的延長，各株系SOD 活性均表現(xiàn)出先升高再降低的趨勢。脅迫6 h 時，各株系SOD 活性無明顯差異;12 h 時QY4株系SOD 活性最高，QY2 最低;24、48 h 時轉(zhuǎn)基因各株系SOD 活性均高于野生型。

圖3 高溫脅迫對各株系SOD 活性的影響

2.5 高溫脅迫對POD 活性變化的影響

從圖4可以看出，QY4 與野生型植株的POD 活性隨著脅迫時間的增加表現(xiàn)出先升高再降低再升高趨勢，其余3 個株系則表現(xiàn)為先升高再降低的趨勢;野生型植株的POD 活性在各脅迫時間內(nèi)均低于轉(zhuǎn)基因各株系;當(dāng)高溫脅迫時間達到12 h 時的POD 活性以QY1 株系最高，24 h 時以QY2 株系最高，48 h時以QY4 最高。

圖4 高溫脅迫對各株系POD 活性的影響

2.6 高溫脅迫對株高及冠幅的影響

株高與冠幅脅迫指數(shù)反應(yīng)了高溫對各株系形態(tài)的影響，該指數(shù)越大說明其受到的脅迫越強，反之則弱。由表2可知，高溫脅迫對各株系株高的脅迫指數(shù)要大于對冠幅的脅迫指數(shù)。在高溫脅迫6 h 時各株系株高與冠幅脅迫指數(shù)無顯著差異;脅迫12、24、48 h 時，QY2、QY3 株系的株高和冠幅脅迫指數(shù)顯著高于野生型，而QY1 與QY4 與野生型相比雖然脅迫指數(shù)較高但差異不顯著。

表2 株高及冠幅脅迫指數(shù)

3 結(jié)論與討論

高溫是限制園林植物應(yīng)用的重要環(huán)境因子，能夠?qū)χ参锏厣喜糠值纳L發(fā)育產(chǎn)生不良影響，已成為當(dāng)今研究的熱門話題［10－12］。本研究發(fā)現(xiàn)，各轉(zhuǎn)基因株系在高溫脅迫條件下葉片相對含水量較高，水分保持能力較強，其株高冠幅脅迫指數(shù)也較高，說明高溫對轉(zhuǎn)DREB1A 基因地被菊形態(tài)的影響與野生型植株相比較小，在高溫環(huán)境的園林綠化中具有更高的觀賞性。質(zhì)膜傷害率及植物體內(nèi)各種酶活性能夠反應(yīng)出高溫對植株的傷害程度，抗高溫能力強的株系其質(zhì)膜傷害率相對較低，而體內(nèi)保護酶活性則相對較高［13－15］。從研究結(jié)果來看，已轉(zhuǎn)DREB1A 基因的各株系的質(zhì)膜傷害率均低于野生型，可能與其體內(nèi)分泌和制造保護酶的能力較強有關(guān)，符合試驗中關(guān)于酶活性的分析結(jié)果［16－17］。綜上可知，外源DREB1A 基因在地被菊體內(nèi)的表達能夠提高植株的抗高溫能力。因此，轉(zhuǎn)抗旱基因地被菊在未來的城市園林美化、綠化中具有重要的實踐價值［18］。然而，關(guān)于植物抗逆性的探討還不能僅僅局限于生理及形態(tài)指標(biāo)的測定上，還需從分子的角度揭示其抗逆性產(chǎn)生的機制，才能為抗旱、抗高溫等地被植物材料的篩選奠定理論基礎(chǔ)。

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