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在全球气候变暖的背景下,干旱事件愈渐频发。干旱影响植物的生长代谢,随着干旱强度的增加,轻度干旱导致植物根系活力下降,呼吸作用降低,叶片细胞体积变小,膜系统受到破坏,光合作用受影响[1−3];重度干旱引发活性氧过度积累,产生氧化应激反应,对植物造成永久性伤害[4−5]。因此,干旱被预测为未来农业中最重要的环境压力之一[6]。植物为了减轻干旱造成的损伤,通过一系列的生理生化反应来应对,如产生大量的渗透调节物质以提高渗透电位和增强根细胞的吸水能力[7−8],激活抗氧化防御系统并刺激一些重要的细胞信号过程,如钙信号、植物激素等[9−10]。
香榧Torreya grandis ‘Merrillii’是红豆杉科Taxaceae榧属Torreya常绿乔木,雌雄异株,为第三纪孑遗植物,是榧树Torreya grandis中唯一优良栽培类型,也是中国特有的珍稀木本油料树种,具有较高的营养价值和经济价值[11−13]。随着温室效应的加剧,全球气温不断升高,夏季极端酷热天气使得高温和干旱胁迫极易发生。加之香榧种植区域多位于野外山坡,极端天气不仅限制了香榧苗木的生长发育,甚至会造成其脱水死亡,严重影响其产业发展。
雌雄异株植物是一种特殊的植物类群,在维持生态系统的稳定性和可持续性方面发挥重要作用[14]。研究表明:长期的生物进化过程和性别的特异性表达以及繁殖成本的不同[15−16],使得雌雄异株植物在逆境胁迫下表现出显著的性别差异。因此在全球干旱日益严重的背景下,研究香榧雌雄植株对干旱的生理响应差异,不仅对实际生产具有指导意义,对丰富雌雄异株植物逆境胁迫响应机制也具有重要的科学价值。因此,本研究采取不同生长阶段的香榧雌雄株枝条进行扦插处理,以获得的香榧扦插苗为研究材料,探讨干旱胁迫对香榧雌雄株膜脂过氧化程度、渗透调节物质、活性氧质量摩尔浓度和抗氧化酶活性等方面的影响。
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由表1可知:6月处理的香榧雌株成活率高于7和8月;8月处理的香榧雄株成活率高于6和7月,成活率和生根率最高可达100%。香榧雌雄株扦插生根的直径、侧根数和侧根长随扦插时长的增加而增加。对香榧雌株来说,6月扦插生根的侧根数最多,为(4.45±1.37)条,7月扦插生根的直径和侧根长最大,分别为(2.29±0.53) mm和(3.76±2.43) cm。对香榧雄株而言,6月扦插生根的侧根长最大,为(4.21±2.30) cm,7月扦插生根的直径最大,为(2.45±0.67) mm,8月扦插生根的侧根数最多,为(4.22±1.57)条。
香榧性别 扦插月份 扦插时长/月 成活率/% 生根率/% 直径/mm 侧根数/条 侧根长/cm 雌株 6月 3 80.00 53.57 1.71±0.36 ef 3.67±1.44 bcdefg 2.20±0.95 cd 4 80.00 92.86 1.49±0.40 f 5.30±1.12 a 3.49±1.51 c 5 40.00 76.47 2.00±0.53 cdef 4.38±1.61 abcd 3.32±1.40 c 7月 3 68.57 66.67 2.28±0.40 abcde 2.44±0.81 ghi 2.12±1.70 cd 4 74.29 42.31 2.48±0.48 abcd 2.18±0.92 hi 2.28±1.78 cd 5 45.71 62.50 2.11±0.70 bcde 2.60±1.65 efghi 6.88±3.82 a 8月 3 71.43 28.00 2.27±0.42 abcde 1.43±0.71 i 1.47±1.21 d 4 48.57 47.06 2.13±0.66 bcde 4.00±1.41 abcd 2.64±1.80 cd 5 37.14 46.15 2.29±0.54 abcde 5.00±1.09 ab 6.68±5.13 a 雄株 6月 3 97.14 79.41 1.72±0.26 ef 3.30±1.54 defgh 3.31±1.82 c 4 82.86 82.76 1.96±0.38 cdef 3.83±1.43 bcdef 3.43±1.45 c 5 85.71 100.00 2.82±0.73 a 3.87±1.46 bcde 5.89±3.73 ab 7月 3 94.29 87.88 2.20±0.70 bcde 2.48±1.30 fghi 1.74±1.29 cd 4 94.29 100.00 2.53±0.73 abcd 3.73±1.56 bcdefg 5.07±2.46 b 5 77.14 92.59 2.63±0.57 ab 3.4±1.35 defgh 5.76±2.41 ab 8月 3 100.00 85.71 2.22±0.95 abcde 4.23±1.52 abcd 3.26±1.94 c 4 97.14 100.00 2.56±0.75 abc 3.59±1.58 cdefgh 3.29±1.89 c 5 88.57 100.00 1.92±0.59 def 4.84±1.61 abc 5.18±3.92 b 说明:直径、侧根数、侧根长为平均值±标准差,同列不同小写字母表示不同时长间差异显著(P<0.05)。 Table 1. Analysis of softwood cutting results
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如图1所示:PEG处理香榧8 d后,雄株叶片明显发黄卷曲,表现缺水,而雌株干旱前后叶片无明显变化,说明雌株的抗旱性较强。这意味着在相同的干旱条件下,雌株的外观表现优于雄株。
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从图2可以看出:干旱胁迫显著影响香榧雌雄株扦插幼苗叶片的MDA质量摩尔浓度。随着干旱胁迫时间的延长,雌雄株MDA质量摩尔浓度呈上升趋势。处理0~2 d,香榧雌雄株MDA质量摩尔浓度无显著差异,处理4~8 d,香榧雌雄株叶片中的MDA质量摩尔浓度表现出上升趋势;干旱8 d时,雄株MDA质量摩尔浓度显著高于雌株(P<0.05)。干旱0~8 d,雌株MDA质量摩尔浓度的变化趋势较小,上升了60.36%,而雄株MDA质量摩尔浓度上升了148.65%。
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如图3A所示:干旱胁迫引起香榧雌雄株扦插幼苗叶片的SOD活性发生明显变化,不同处理时间下雌株的SOD活性均高于雄株,随着干旱胁迫时间延长呈现先升高后降低的趋势。胁迫4 d时,香榧雌雄株叶片的SOD活性达到最高值,与0 d相比分别增加了152.7%和239.72%;随后雌雄株SOD活性开始下降,胁迫8 d时,雌株SOD活性差异显著高于雄株(P<0.05),雌株SOD活性较0 d增加了65.23%,而雄株SOD活性与0 d差异不显著。
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由图3B可知:香榧雌雄株扦插幼苗叶片中的POD活性随着干旱胁迫时间的延长呈现先增强后减弱的趋势。胁迫4 d时,雄株POD活性达到最高值,与0 d相比增加了61.49%;胁迫6 d时,雌株POD活性达到最高值,与0 d相比增加了101.88%;胁迫 8 d时,香榧雌株叶片中的POD活性显著高于雄株(P<0.05),较0 d相比,雌株增加了74.51%,而雄株POD活性与0 d相比差异不显著。
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从图3C可以看出:随着干旱胁迫时间的延长,香榧雌雄株扦插幼苗叶片中的CAT活性呈先升高后降低的趋势。胁迫4 d时,雄株CAT活性达到最高值,与0 d相比增加了47.97%;胁迫6 d时,雌株CAT活性达到最高值,与0 d相比增加了140.3%;胁迫8 d时,香榧雌株叶片中的CAT活性显著高于雄株(P<0.05),雌株CAT活性与 0 d相比差异不显著,雄株较0 d降低了92.62%。
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由图4可知:香榧雌雄株扦插幼苗叶片中的O2−和H2O2质量摩尔浓度随着干旱胁迫时间的延长,总体呈上升趋势。干旱胁迫0~2 d,香榧雌雄株O2−质量摩尔浓度无明显差异,干旱胁迫4~6 d,香榧雌雄株叶片中的O2−质量摩尔浓度逐渐升高;干旱胁迫8 d时,香榧雄株叶片的O2−质量摩尔浓度显著高于雌株(P<0.05),较0 d相比,雌株增加了102.83%,雄株增加了166.2%。香榧雌雄未遭受干旱胁迫时,叶片中O2−质量摩尔浓度几乎一致,干旱胁迫0~4 d时,香榧雄株H2O2质量摩尔浓度无明显变化,而雌株呈上升趋势;干旱胁迫4~8 d时,香榧雌株H2O2质量摩尔浓度趋于稳定,雄株明显升高;干旱胁迫8 d时,香榧雄株叶片的H2O2质量摩尔浓度显著高于雌株(P<0.05),较0 d相比,雄株增加了124.87%,雌株增加了96.61%。
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干旱胁迫显著增加了香榧雌雄扦插幼苗叶片中脯氨酸(Pro)质量摩尔浓度,香榧雌雄叶片中Pro质量摩尔浓度随胁迫时间的延长呈增加趋势,但不同处理时间下雄株的Pro质量摩尔浓度均高于雌株(图4)。胁迫8 d时,香榧雌雄叶片中Pro质量摩尔浓度达最大值,雄株的Pro质量摩尔浓度显著高于雌株(P<0.05),与0 d相比,香榧雌雄叶片中Pro质量摩尔浓度分别增加了462.00%和433.38%。
Physiological differences in rooting and response to drought in shoots of female and male Torreya grandis‘Merrillii’
doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.20230471
- Received Date: 2023-09-18
- Accepted Date: 2024-01-25
- Rev Recd Date: 2024-01-16
- Available Online: 2024-05-22
- Publish Date: 2024-05-22
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Key words:
- Torreya grandis ‘Merrillii’ /
- dioecious plant /
- drought stress /
- plant physiology
Abstract:
Citation: | WANG Xiaorong, QIU Hong, ZHANG Qixiang, WU Jiasheng, LOU Heqiang. Physiological differences in rooting and response to drought in shoots of female and male Torreya grandis‘Merrillii’[J]. Journal of Zhejiang A&F University, 2024, 41(3): 478-485. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.20230471 |