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水是农林业生产的主要限制因素之一,会对植物的生长状况、形态结构与生理生态过程产生影响。氮在植物的生长发育过程中是必需的大量元素,是蛋白质、核酸、生物碱等的重要组成成分,能够对植物的生长发育及产量和品质产生重要影响。长春花因其生物碱是目前应用最广的天然植物抗肿瘤药物,成为近年来生物制药领域的热点,并被确定为研究植物次生代谢的模式植物。
本试验以干旱胁迫的程度及是否施加外源氮素为依据,设置了对照组(CK)、对照+施氮素(CN)、轻度干旱(LK)、轻度干旱+施氮素(LN)、重度干旱(HK)、重度干旱+施氮素(HN)6个处理组,含水量重度干旱为30%～35%,轻度干旱为45%50%,对照组为60%～75%,所施氮素为尿素,用量为200kgN/hm2。研究干旱及施氮对长春花生长特征、光合特征、逆境生理指标及生物碱(VIN,CAT,VLB和VCR)代谢的影响。
得到主要结论如下:
(1)轻度干旱有利于长春花株高及生物量的增加。在自然条件和轻度干旱条件下施加氮素均能显著提高长春花的株高和生物量,且轻度干旱及氮素综合处理对株高和生物量的促进作用最明显。重度干旱不利于长春花的生长。干旱提高根冠比,氮素能降低干旱处理后的根冠比。
(2)在干旱胁迫下,长春花各组叶绿素荧光Fm、qP与ψPSII值随着光强的增加而呈下降的趋势,而rETR、qN、Ft值呈上升趋势,其中LK、HK组的Fm下降幅度均低于CK组,且qN的值也均低于CK组,相反,LK、HK组Ft值上升幅度、qP、ψPSII的下降幅度均高于CK组,从这些荧光值的变化说明,干旱会使得叶片光合反应中心更容易关闭,电子库容量减小,热耗散能力降低。不同处理条件下长春花叶片中叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素含量及叶绿素总含量均发生不同程度的变化。轻度干旱有利于叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素及叶绿素总含量的提高,重度干旱不利于其提高。施加氮素有利于叶绿素a、类胡萝卜素及叶绿素总含量的提高。叶绿素b在轻度干旱及自然条件下施加氮素后含量升高,但在重度干旱下施加氮素其含量反而降低。且在处理35d,轻度干旱条件下及在干旱条件下施加氮素能够提高类胡萝卜素和叶绿素的比值(Car/Chl.),重度干旱会降低其比值。
(3)干旱及施加氮素单一或复合处理后,长春花叶片中脯氨酸、丙二醛、可溶性蛋白含量及SOD和CAT活性均发生不同程度的变化。①干旱胁迫后长春花体内脯氨酸和丙二醛的变化趋势一致,与对照相比干旱处理组(HK组和LK组)的脯氨酸和丙二醛含量均升高,说明长春花在干旱胁迫下提高了渗透调节能力。施加氮素各处理组的脯氨酸和丙二醛含量与各自对照相比均降低,可知氮素能在一定程度上缓解干旱对长春花的胁迫作用。②在处理的整个时期,长春花叶片中可溶性蛋白含量HK组＜CK组＜LK组,轻度干旱可以促进长春花叶片中蛋白质的合成,重度干旱则起到抑制作用。且施氮各组长春花叶片中可溶性蛋白含量均大于各自相对应的未施氮组(CN＞CK组、LN＞LK组、HN＞HK组)施加氮素能够提高可溶性蛋白的含量③干旱胁迫的早期(0-21d)SOD和CAT的活性降低,后期明显升高。轻度干旱胁迫均能提高SOD和CAT的活性,但在时间上存在差异。施加氮素各处理组的SOD和CAT活性与各自对照相比均降低,可知氮素能缓解干旱对长春花的胁迫作用。
(4)轻度干旱条件下POD,TDC的酶活性在处理的整个时期均提高,且胁迫的早期(0-21d),有利于文多灵、长春质碱、长春碱、长春新碱的积累,后期(28.35d)反而起抑制作用4种生物碱含量降低。施加外源氮素能有效提高各组长春花叶片中全氮含量、POD和TDC酶活性、文多灵和长春质碱的含量,干旱+施加氮素(LN,HN)处理下有利于长春碱和长春新碱的积累。