干旱對海南島假馬鞭生長的影響

摘要：假馬鞭作為外來入侵植物，原產地為中南美洲，現(xiàn)已在我國華南地區(qū)廣泛逸生。為明確干旱條件對假馬鞭生長發(fā)育的影響，本試驗對不同生長階段的假馬鞭進行干旱脅迫處理，同時設置對照組進行試驗。期間對假馬鞭的形態(tài)指標進行測量，用紫外分光光度計法對其葉片中葉綠素含量進行檢測，觀察假馬鞭的氣孔變化，最后對假馬鞭的葉片進行收獲，利用烘干法檢測葉片含水量。結果表明：干旱脅迫對處于生長期和開花期的假馬鞭植株的生長均有抑制作用。對照組的植株張開的氣孔比干旱組的多，同時下表面打開的氣孔數(shù)量比上表面多。開花期的假馬鞭植株其干旱組的株高、葉長和葉寬數(shù)值減小，葉綠素a和總葉綠素含量均會先增大再減小，葉綠素b含量會增大。生長期的假馬鞭植株進行干旱后，株高、葉長和葉寬則是先增大再減小，葉綠素含量變化同開花期一致。干旱后的假馬鞭植株生長期的含水量要比開花期的含水量更低。關鍵詞：假馬鞭草；干旱脅迫；葉綠素；含水量1引言1.1研究背景假馬鞭又名假敗醬、鐵馬鞭、玉龍鞭、大種馬鞭，拉丁名為Stachytarphetajamaicensis(Linn.)Vahl;英文名為JamaicaFalsevalerian，屬雙子葉植物綱(Dicotyledoneae)管花目(Tubiflorae)馬鞭草科(Verbenaceae)假馬鞭屬(StachytarphetaL.)的植物[[]中國植物志編寫委員會.中國植物志:第65卷第1分冊［M］.北京:科學出版社,1982:20－21．[]中國植物志編寫委員會.中國植物志:第65卷第1分冊［M］.北京:科學出版社,1982:20－21．[]單家林.雛議我國假馬鞭屬植物[J].亞熱帶植物科學,2009,38(03):44-46.外來入侵植物往往具備比本地植物更強的存活能力和生長能力，當外來入侵物種與本地植物在資源上產生競爭時，其他雜草和作物會受到外來入侵植物的化感抑制作用，并且能夠改變生態(tài)系統(tǒng)過程或產生其他干擾機制等抑制甚至是取代本地植物[[]韋梅.共同入侵下入侵植物和本地植物的共存機理和入侵植物對植物群落的影響與機理[D].鎮(zhèn)江:江蘇大學,2021.][[]賀俊英,謝彩琴.繁殖生物學特性在外來入侵植物入侵性中的意義[J].[]韋梅.共同入侵下入侵植物和本地植物的共存機理和入侵植物對植物群落的影響與機理[D].鎮(zhèn)江:江蘇大學,2021.[]賀俊英,謝彩琴.繁殖生物學特性在外來入侵植物入侵性中的意義[J].內蒙古師范大學學報(自然科學漢文版),2009(2):217-221.[]王悅,張麗輝,趙驥民.外來入侵植物的繁殖生物學特性研究進展[J].長春師范大學學報,2023,42(06):120-124.假馬鞭在其原產地是雜草，常分布于路旁、荒野與牧場附近，目前假馬鞭在海南各地也極其常見，常分布在路邊與荒地，與當?shù)氐桶荼局参镞M行資源競爭，進而發(fā)展成為優(yōu)勢雜草，對當?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境與生物多樣性造成威脅。大部分假馬鞭植株在12月會進入結實期，但是同時能夠看到處于苗期和開花期的植株，由此可見假馬鞭的發(fā)生時間長。當處于適宜的生長環(huán)境下，如果假馬鞭的種子散落在地上則可以迅速萌發(fā)，長成植株。假馬鞭草的病蟲害很少，僅有少量植株受霜霉病危害，但是僅會對植株的生長發(fā)育產生影響，并沒有發(fā)現(xiàn)被危害死亡的植株[[]于飛,吳海榮,魯勇干,羅卓軍,胡學難.外來假馬鞭草的特征特性及控制[J].雜草科學,2012,30(03):14-15.對照組和干旱組假馬鞭葉片的氣孔變化][]于飛,吳海榮,魯勇干,羅卓軍,胡學難.外來假馬鞭草的特征特性及控制[J].雜草科學,2012,30(03):14-15.對照組和干旱組假馬鞭葉片的氣孔變化1.2干旱脅迫對植物的影響水分是植物體的重要組成部分，植物體的許多生理活動都有著水分的參與，在干旱脅迫下，植物體的生長會受到抑制、機體也會產生一定的損傷，這是由于干旱使得植物體內可利用水分的含量下降。干旱脅迫是影響植物生長的一種重要非生物脅迫。水分是植物進行光合作用的原料，干旱狀態(tài)會使得植物的光合作用受到抑制，植物處于干旱狀態(tài)下，其氣孔會關閉，蒸騰作用的耗水量也會隨之減少，當植物的耗水量超過植物吸收的水分時植物的正常生命活動被抑制，這是由于植物細胞的膨壓降低導致的。植物可以通過滲透調節(jié)來應對干旱脅迫，在體內主動積累溶質，增強滲透調節(jié)，因此干旱脅迫也會對植物的正常滲透調節(jié)產生影響。干旱脅迫也會對植物的抗氧化系統(tǒng)和植物內源激素的含量產生影響，進而影響植物的生命活動[[]趙雅靜,翁伯琦,王義祥,等.植物對干旱脅迫的生理生態(tài)響應及其研究進展[J].福建稻麥科技,2009,27(02):45-50.[]趙雅靜,翁伯琦,王義祥,等.植物對干旱脅迫的生理生態(tài)響應及其研究進展[J].福建稻麥科技,2009,27(02):45-50.[]劉杰,郭嘉華,趙鵬,等.干旱脅迫下海藻活性物質對蒙古黃芪光合作用、生長及品質的影響[J].核農學報,2024,38(05):985-992.[]王雅坤,李鴻萍,徐真真,等.高溫干旱復合脅迫對玉米光合生理的影響[J].河南農業(yè)科學,2023,52(05):17-23.[]朱波,徐綺雯,馬淑敏,等.干旱缺鉀對油菜內源激素、光合作用和葉綠素熒光特性的影響[J].中國油料作物學報,2022,44(03):570-580.1.3本項目的研究目的與意義位于中國最南端的海南島，其氣候類型為熱帶季風性氣候。受到復雜地形和熱帶季風氣候影響，海南島降水時空分布不均，干旱、暴雨等氣象災害頻發(fā)[[]李偉光,張京紅,[]李偉光,張京紅,劉少軍,等.海南島干旱的氣象特征及監(jiān)測指標[J].熱帶生物學報,2022,13(04):324-330.本試驗著重從干旱對假馬鞭的影響入手，對處于不同生長階段下的假馬鞭進行干旱脅迫，并對其生理指標進行定期檢測，明確在干旱脅迫下假馬鞭的各項生理指標變化，探討干旱脅迫對假馬鞭的存活率、生物量及形態(tài)特征的影響。通過對假馬鞭進行生物生態(tài)學研究，可以為預測假馬鞭的地理擴散范圍提供參考，很好的對外來入侵物種進行防治，從而達到保護生態(tài)環(huán)境和維持生物多樣性的目的。2材料與方法2.1試驗地點與材料本試驗于2024年3～4月在海南師范大學生態(tài)園中進行。假馬鞭采集地點為海南省?？谑旋埲A區(qū)龍橋鎮(zhèn)，選取未受人工干擾的假馬鞭作為試驗植株。2.2材料種植與分組根據(jù)假馬鞭的生長狀況、開花情況，可將其分為生長期和開花期兩組。分別選取生長狀況良好且個體間差異較小的假馬鞭進行種植，取深度25cm，底部寬度15cm，頂部寬度18cm的花盆，將假馬鞭植株種于其中。根據(jù)天氣條件進行種植培養(yǎng)，陰雨天氣時，2～3天澆一次水，晴天時每天澆水，直至假馬鞭長出新的幼苗方可開始試驗[[]黃旬,王玲,FaisalHayat,[]黃旬,王玲,FaisalHayat,等.干旱和澇漬脅迫對入侵物種喜旱蓮子草生長的影響[J].湖北林業(yè)科技,2022,51(05):1-6.2.3試驗設計對照組的假馬鞭正常種植，晴天一天澆一次水，陰雨天2～3天澆一次水。對處于生長期和開花期的干旱組假馬鞭進行干旱處理，同時要注意避雨。在試驗期間，每隔一天要對干旱組和對照組植物的株高、葉長和葉寬進行測量，摘取葉片對其氣孔的狀態(tài)進行觀察，利用分光光度法對其葉片中的葉綠素含量進行檢測。2.4試驗方法2.4.1株高、葉長和葉寬的測量用卷尺測量每株植物根頸部到頂部之間的距離記為株高。每株植物隨機挑選大小相近的3片固定葉片作為對象，測量其葉長和葉寬，計算平均值并進行記錄。2.4.2印模法觀察氣孔首先，使用脫脂棉將葉片擦拭干凈。之后將指甲油均勻涂抹在植物葉片的上下表皮上，待指甲油自然干透。當指甲油干透之后，使用鑷子將指甲油與葉片剝離。最后將剝離下來的油膜進行制片，放于光學顯微鏡下進行觀察、拍照記錄。2.4.3分光光度法測葉綠素含量通過測定已知濃度的純物質在不同波長下的吸光度求得有色物質溶液在不同波長下的吸光系數(shù)。如果溶液中含有多種吸光物質，則此混合液在某一波長下的總吸光度等于各組分在相應波長下吸光度的總和。若要測定葉綠體色素混合提取液中葉綠素a和葉綠素b的含量，需測定該提取液在兩個特定波長下的吸光度A，并根據(jù)葉綠素a、b在該波長下的吸光系數(shù)即可求出其濃度。通過查閱資料可知，葉綠素a、b在95％乙醇中最大吸收峰的波長分別為663nm和645nm，據(jù)此得出以下公式：色素濃度計算公式（濃度單位：mg·L-1)Ca=12.7A663-2.69A645（1）Cb=22.9A645-4.68A663（2）CT=Ca+Cb=20.21A645+8.02A663（3）[[]王富豪,[]王富豪,郭婧華,程有普.勻漿法快速提取葉綠素對比試驗[J].中南農業(yè)科技,2024,45(01):36-39.2.4.4乙醇提取葉綠素隨機采集若干片假馬鞭葉片，用刀片去除大葉脈，進行稱重并記錄，將稱重后的葉片剪碎放入研缽中。在研缽中加入5mL體積分數(shù)為95%的乙醇，為了在研磨過程中保護葉綠素且使葉片的研磨更加充分，需要在研磨前加入少量的碳酸鈣、石英砂，將其研磨成勻漿后再加入5mL體積分數(shù)為95%的乙醇，繼續(xù)進行研磨直至組織變白。取一張濾紙，將其對折放置于漏斗中，并用95%乙醇潤濕，將勻漿沿玻璃棒緩慢倒入提前準備好的漏斗中，過濾至25mL容量瓶內。由于研缽、研棒上會有葉綠素殘留，因此需要使用少量95%乙醇沖洗研缽、研棒，直至沖洗液變?yōu)闊o色，將沖洗液倒入漏斗中過濾。過濾完成后使用滴管吸取體積分數(shù)為95%的乙醇沖洗殘留在濾紙上的葉綠素進入容量瓶中，最后使用95%乙醇定容至25mL并搖勻[[]邱念偉,[]邱念偉,王修順,楊發(fā)斌,等.葉綠素的快速提取與精密測定[J].植物學報,2016,51(05):667-678.取干凈的比色皿，并將上一步驟得到的葉綠體色素提取液倒入比色皿內。以95％乙醇為空白進行標定，分別在663nm和645nm波長下測定吸光度，并進行記錄。之后將吸光度代入公式（1）（2）中分別計算得出葉綠素a、葉綠素b的濃度。結合試驗開始時稱重得到的葉片質量，進而計算求得植物組織中葉綠素a、葉綠素b的含量（mg/g)：色素的濃度（mg/L）×提取液體積（mL）/[樣品鮮重（g）×1000]2.4.5烘干法測定葉片相對含水量首先分別隨機摘取開花期、生長期假馬鞭的對照組和干旱組葉片。使用電子天平對采集的葉片進行稱重，記錄烘干前鮮重。將植物葉片均勻鋪展放置于鋁盤中，將烘箱設置為90℃，6h并將鋁盤放置其中進行烘干。烘干完畢后，使用電子天平稱量植物干重，并計算植物葉片的相對含水量：組織含水量=（植株鮮重-植株干重）/植株鮮重×100%[[]龐進平,[]龐進平,王永生.油菜幼苗光合及葉綠素熒光參數(shù)對干旱脅迫的響應及其抗旱性分析[J].西北植物學報,2023,43(02):276-284.2.5統(tǒng)計分析方法運用excel表格，對試驗數(shù)據(jù)進行處理，并繪制圖表。3結果與分析3.1干旱對假馬鞭氣孔的影響在對照組中，通過印模法觀察氣孔，在顯微鏡下觀察取下的油膜發(fā)現(xiàn)：葉片的氣孔有一部分是打開的，與葉片的上表皮相比，葉片的下表皮打開的氣孔更多，這個現(xiàn)象在開花期和生長期的假馬鞭植株上是一致的。這是由于對照組的植株正常澆水、生長，要進行正常的光合作用和呼吸作用，因此氣孔打開要進行植物與外界正常的氣體交換與水分蒸發(fā)。由于植物葉片在下午5點鐘進行采集，此時氣溫還較高，植物蒸騰作用失水比較劇烈，所以會有部分氣孔關閉。開花期對照組假馬鞭葉片的上下表面氣孔見下圖1、2，生長期對照組假馬鞭葉片的上下表皮氣孔見下圖3、4。圖SEQ圖\*ARABIC1開花期對照組葉片上表皮圖SEQ圖\*ARABIC2開花期對照組葉片下表皮圖SEQ圖\*ARABIC3開花期干旱組葉片上表皮圖SEQ圖\*ARABIC4開花期干旱組葉片下表皮對于干旱組，葉片上的氣孔大部分都是關閉的，僅有極個別氣孔是打開的。這是由于植株處于干旱狀態(tài)下，由于水分不足，使得假馬鞭葉片的水勢降低，植物關閉氣孔以減少蒸騰作用的進行，從而避免水分進一步流失。開花期干旱組假馬鞭葉片的上下表皮氣孔見下圖5、6，生長期干旱組假馬鞭葉片的上下表皮氣孔見下圖7、8。圖SEQ圖\*ARABIC5生長期對照組葉片上表皮圖SEQ圖\*ARABIC6生長期對照組葉片下表皮圖SEQ圖\*ARABIC7生長期干旱組葉片上表皮圖SEQ圖\*ARABIC8生長期干旱組葉片反下表皮3.2干旱對假馬鞭形態(tài)的影響3.2.1假馬鞭的株高變化開花期假馬鞭對照組和干旱組的株高變化見下圖9。對于開花期的假馬鞭而言，進行正常種植的對照組植株，其株高變化不明顯，基本穩(wěn)定在53cm左右。而對于進行干旱處理的干旱組假馬鞭而言，其株高在前6天的變化均不明顯，從第7天開始，株高逐漸減小。圖SEQ圖\*ARABIC9開花期假馬鞭對照組和干旱組的株高變化生長期假馬鞭對照組和干旱組的株高變化見下圖10。對于生長期的假馬鞭而言，如果處于適宜的環(huán)境下，假馬鞭的葉片、莖桿和根系會迅速的生長。對照組的假馬鞭正是如此，其株高在逐漸增大，由最初的36cm到后面的40.2cm。但是進行干旱處理的假馬鞭，其株高整體而言是減小的，在干旱之初，由于土壤中仍然具有一定的水分，植株還能正常進行生長，在前3天，假馬鞭的株高有著小幅增高，隨著干旱程度的加強，其能正常利用的水分越來越少，漸漸的無法滿足其正常生長需要，花序逐漸卷曲，使得株高減小。圖SEQ圖\*ARABIC10生長期假馬鞭對照組和干旱組的株高變化3.2.2假馬鞭的葉長變化開花期假馬鞭對照組和干旱組的葉長變化見下圖11，對照組的葉長幾乎不變，穩(wěn)定在5.4cm。進行干旱處理的假馬鞭的葉長在干旱初期變化不明顯，在干旱脅迫加強后，從第七天開始其葉片縮小，甚至卷曲，測量得到的平均葉長減小。干旱組和對照組的葉長區(qū)別比較明顯。圖SEQ圖\*ARABIC11開花期假馬鞭對照組和干旱組的葉長變化生長期假馬鞭對照組和干旱組的葉長變化見下圖12。對于生長期的假馬鞭而言，處于適宜的環(huán)境下，生命活動十分旺盛。對照組的假馬鞭葉長在逐漸增大，從最初的4.1cm變?yōu)楹髞淼?.9cm。但是進行干旱處理的假馬鞭，其葉長整體而言是減小的，在干旱之初，假馬鞭的葉長有著小幅增加，隨著干旱程度的進一步加強，假馬鞭的葉長的減小變得明顯。圖SEQ圖\*ARABIC12生長期假馬鞭對照組和干旱組的葉長變化3.2.3假馬鞭的葉寬變化開花期假馬鞭對照組和干旱組的葉寬變化見下圖13，對照組的假馬鞭進行正常種植，其葉寬變化不是很明顯，基本穩(wěn)定在2.25cm。但是進行干旱處理的假馬鞭的葉寬在干旱初期變化不明顯，隨著干旱脅迫加強，測量得到的平均葉寬減小，從最初的2.38cm變?yōu)?.067cm。圖SEQ圖\*ARABIC13開花期假馬鞭對照組和干旱組的葉寬變化生長期假馬鞭對照組和干旱組的葉寬變化見下圖14。對照組的假馬鞭葉寬有著小幅度增大。但是進行干旱處理的假馬鞭，在剛開始進行干旱的一段時間內，假馬鞭的葉寬變化不明顯，隨著干旱程度的進一步增強，假馬鞭的葉寬也逐漸減小，從最初的2.1cm變?yōu)?.67cm。圖SEQ圖\*ARABIC14生長期假馬鞭對照組和干旱組的葉寬變化3.3干旱對假馬鞭葉綠素含量的影響3.3.1假馬鞭葉綠素a的含量開花期假馬鞭對照組和干旱組的葉綠素a含量變化見下圖15，對于正常培養(yǎng)的對照組而言，其葉綠素a的含量變化不明顯，相較于干旱組含量比較穩(wěn)定，基本穩(wěn)定在1.2mg/g。對開花期的假馬鞭進行干旱處理后，其葉片中葉綠素a的含量波動較為明顯，整體變化趨勢表現(xiàn)為先增大后減小。試驗初期無論是對照組還是干旱組的葉綠素a含量均在1.1mg/g附近，但干旱后期的葉綠素a含量達到了1.856mg/g，較干旱初期的高。圖SEQ圖\*ARABIC15開花期假馬鞭對照組和干旱組的葉綠素a含量變化生長期假馬鞭對照組和干旱組的葉綠素a含量變化見下圖16，對于正常培養(yǎng)的對照組而言生長期的葉綠素a含量也比較穩(wěn)定。進行干旱處理的生長期假馬鞭植株，葉綠素a含量在干旱初期變化不明顯，基本維持在1.1～1.3mg/g之間，但從4月7日之后，干旱組的葉綠素a含量有了大幅增加，達到了3.118mg/g，從4月9日之后含量開始下降，最后穩(wěn)定在1.9mg/g附近。圖SEQ圖\*ARABIC16生長期假馬鞭對照組和干旱組的葉綠素a含量變化3.3.2假馬鞭葉綠素b的含量開花期假馬鞭對照組和干旱組的葉綠素b含量變化見下圖17，對照組假馬鞭植株葉片中的葉綠素含量處于0.3～0.45mg/g區(qū)間，且隨時間變化相對平穩(wěn)，但是4月7日的測量結果比其他時間段的數(shù)據(jù)大，考慮可能是在試驗過程中產生了試驗誤差。進行干旱處理的假馬鞭植株，其葉片中的葉綠素b含量在前5天比較穩(wěn)定，之后隨著干旱程度的加強，葉綠素b的含量開始逐漸增大，最終達到最大的0.888mg/g。圖SEQ圖\*ARABIC17開花期假馬鞭對照組和干旱組的葉綠素b含量變化生長期假馬鞭對照組和干旱組的葉綠素b含量變化見下圖18，正常種植情況下的假馬鞭植株葉片中的葉綠素b含量依舊是比較穩(wěn)定，其含量處于0.4mg/g左右，相對穩(wěn)定。進行干旱處理的假馬鞭植株，其葉片中的葉綠素b含量在4月7日前比較穩(wěn)定，4月7日后植株葉片中的葉綠素b含量有了較大的提高，4月9日之后假馬鞭植株葉片中的葉綠素b含量開始下降，最終穩(wěn)定在0.7～0.9mg/g之間。圖SEQ圖\*ARABIC18生長期假馬鞭對照組和干旱組的葉綠素b含量變化3.3.3假馬鞭總葉綠素的含量開花期假馬鞭對照組和干旱組的總葉綠素含量變化見下圖19，對照組假馬鞭植株的葉片中總葉綠素含量在4月7日時相對其他時間段而言較大，其他時間段的總葉綠素含量維持在1.4～1.7mg/g左右。進行干旱處理的假馬鞭植株其葉片內的葉綠素含量在干旱初期與對照組的葉綠素含量差別不大。隨著時間的推移，干旱脅迫進一步加強，總葉綠素含量有小幅上升。整體而言，干旱組的含量在干旱脅迫的增強下與對照組產生了明顯的差異。圖SEQ圖\*ARABIC19開花期假馬鞭對照組和干旱組的總葉綠素含量變化生長期假馬鞭對照組和干旱組的總葉綠素含量變化見下圖20，對照組植株的總葉綠素含量變化并不明顯，但干旱組植株的總葉綠素含量從4月7日開始有了明顯的提升，在4月9日達到了最大，之后再緩慢下降，最終達到穩(wěn)定。圖SEQ圖\*ARABIC20生長期假馬鞭對照組和干旱組的總葉綠素含量變化3.4干旱對假馬鞭含水量的影響分別隨機選取處于生長期和開花期的對照組和干旱組植株葉片若干，對其進行稱重，得到生長期對照組的葉片鮮重為1.156g，生長期干旱組的葉片鮮重為0.387g；開花期對照組的葉片鮮重為1.578g，開花期干旱組的植株葉片鮮重為0.458g。烘干完成后，對各組葉片