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2016年5月22日 作者:xwz2367609 [返回]
水培红豆杉形态及生理机制的适应性变化

    利用水生诱导技术几乎可以实现所有植物的水生驯化与静止水培,当前红豆杉作为药用植物与观赏植物被广泛认可与开发,但作为观赏的室内红豆杉,驯化成水培作品将更具竞争力与观赏性,我们于浙江常山建立了大规模的水培红豆杉驯化基地,对土培红豆杉进行适应性诱导培育,变土培盆栽为静止水培,大大提高了观赏性与养护性。为了探明水培红豆杉形态及机理变化的规律,我们进行了深入的研究,形成以下成果。

    根据水生诱导理论建立规模化标准化驯化生产基地

第一步去除陆生根

第二步植入定植篮并用砾石与苔藓填充

第三步进行催根

标准化水培厌氧胁迫驯化床建设

移至水培驯化床进行水生根及通气组织诱导

诱导形成的水生根

装瓶养护

 

 

一、水培红豆杉通过诱导驯化后,各种抗逆相关的酶得以活化,以应对低氧胁迫环境下正常代谢的维持。

    由图 2 可知,水培红豆杉超氧化物歧化酶( SOD) 、过氧化氢酶( CAT) 、过氧化物酶( POD) 在活性上均高于土培组。土培红豆杉 SOD 活力为 64. 59 U/mg,水培的 SOD 105. 28U/mg; 土培 CAT 活力为 572. 58 U/g,水培为 389. 51 U/g; 土培 POD 活力为 104. 52 U/mg,水培为 167. 23 U/mg; 土培 MDA 含量为 2. 10 nmol /mg,水培为 2. 21 nmol /mg。运用 SPSS 软件分析表明,两者SOD CAT POD 异,但 ( MDA) 含量相差不大,无显著差异,说明水培与土培红豆杉在部分生理生化指标上存在显著差异。

    水培红豆极根组织抗氧化相关酶的活性上与土培组呈显著差异。SODCATPOD 等保护酶活性是植物体反应抗逆性的重要指标,作为一类活性氧防御物质,对清除植物体内活性氧,消除植物体内产生的 H2O2发挥着巨大作用,水环境中的低氧胁迫诱导植物形成了过量的氧自由基,促进了细胞的衰老凋亡。为减轻活性氧伤害,水培红豆杉启动与抗氧化相关酶活性,来抵消或消除因缺氧对花卉产生的氧自由基,说明红豆杉在水培过程中低氧促进根系产生 O2-,诱导 SOD 活性增加,SOD 酶在清除O2-的同时,增加了 H2O2含量,因此清除 H2O2CAT POD 酶活也相应升高。当红豆杉水培后,虽然可在静水环境下长期生存,但也需要定期换水以补充氧气,说明也存在一定的低氧胁迫,并随着培养时间延长而增加,所以就算水培后也需要维持一个较高的抗氧化酶活性。丙二醛( MDA) 是用于衡量膜质过氧化程度的指标,通过含量的高低来反映植物细胞膜的伤害程度,但水培跟土培中国红豆杉 MDA 含量变化并不明显。当土壤含水量为 85% ± 5% 50% ±5% ,东北红豆杉幼苗 MDA 含量变化稳定,说明红豆杉在水分过多的情况下膜系统也较稳定,而水培红豆杉稳定性更强。分析原因可能有两方面: 一方面是因为水培红豆杉保持了较高的抗氧化酶活性,减少MDA 含量的产生; 而另一方面由于水培红豆杉根系结构发生了改变,不同于水分胁迫,能更好地适应低氧环境,抵抗性较好,没有在水环境下积累大量的 MDA含量。由此可以得出,红豆杉从土培到水培转变过程中,部分形态及生理生化指标会发生改变来适应新环境,说明水培可以影响红豆杉根系结构、色素含量以及部分抗氧化的能力。

二、根构型及细胞结构与形态的变化

    水培红豆杉初生根系洁白光滑,新生不定根较粗且直,二级根较短,几乎无根毛( 1 ABC) ; 而土培红豆杉根表皮呈红褐色,根系蜷曲且细长,基本上都盘在一起,根上分级多,多具二级三级根系,并密生细根毛( 1 DEF) 。显微结构比较发现,水培红豆杉表皮层很薄,皮层细胞紧凑,维管柱细胞数量较少,初生木质部细胞分化不明显,有通气组织产生( 1 H) ; 相比之下,土培红豆杉有明显的红褐色外表皮层,皮层细胞不紧凑,维管柱细胞数量多,有明显的初生木质部的分化,没有明显的通气组织形成( 1 G)

    先是整体形态上,水培红豆杉比土培红豆杉更饱满、水润。虽然两者叶片形态结构相似,但在根结构上差异显著,因土培红豆杉常与土壤中的土团颗粒、土壤紧密度相互作用,从而形成可抗土壤阻力的根系,此外,根系又易受到土壤含水量的影响,从而形成根毛区以扩大吸收面积增加水分、营养的吸收。而水培红豆杉根系直接浸泡在水中,水分充足,无需发达的根毛区,吊兰、芦荟水培结果一致。又由于水环境对根系的阻力较小,所以水生根系较脆、易折断。又因为水环境中存在低氧胁迫,为适应这样的环境,引发了红豆杉适应性生理过程,形成了较发达的通气组织有助于根系供氧。

三、色素的变化

    土培红豆杉叶色暗绿,而水培红豆杉叶色较淡。由表 2 可知,水培红豆杉中叶绿素 a、叶绿素 b、类胡萝卜素以及总叶绿素含量均低于土培红豆杉,分别是土培的 65% 64% 70% 65% ,但水培红豆杉 a/b 值是土培的 1. 03 倍,说明水环境能引起红豆杉叶片光合色素含量的改变。

    水培红豆杉叶片色素含量低于土培组,一方面可能是水培红豆杉叶片含水量较多,另一方面是由于水培红豆杉置于室内,光照不足,从而造成叶绿素含量合成减少。有研究表明,叶绿素的合成需要光敏色素的参与,而光线不足的情况下,光敏色素含量降低,导致大量基因表达发生改变,从而影响光形态建成特征,具体表现为缺乏叶绿素。此外,当植物处于逆境环境中,会导致叶绿素合成途径变得不稳定,含量改变,说明根际环境少氧会抑制光合色素的合成及加速色素的分解。

通过形态及机理的适应性研究,为水培红豆杉技术体系形成及工业化规模化生产提供重要的理论支撑,也为其它木本植物的水生诱导提供重要的有价值借鉴。

 

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