菊花[Chrysanthemum morifolium (Ramat.) Kitamura]是我国十大传统名花、世界四大切花之一,在园林、家庭绿化美化中占有十分重要的地位。水资源匮乏引起的干旱胁迫已逐渐成为限制菊花周年供应的主要因素之一。因此,开展切花菊抗旱性鉴定及菊花抗旱机理研究,对充分发掘现有优异抗性种质及抗旱新品种的培育具有重要意义。本研究以保存于南京农业大学“中国菊花种质资源保存中心”的南农自主培育的切花菊品种与部分国外育成的品种为材料,对20个切花菊品种进行了抗旱性评价体系建立及抗旱性鉴定；在此基础上,选取‘南农雪峰’(抗旱)和‘南农惊艳’(不抗旱)为材料,比较了二者叶片表面结构的差异,探讨了干旱胁迫和复水处理下两个品种的抗氧化酶类编码基因表达动态、酶活性变化及活性氧积累情况,并探讨了干旱胁迫下的光合生理反应。主要研究结果如下：1.以‘南农雪峰’、‘南农墨桂’和‘南农惊艳’等20个切花菊品种为材料,采用盆栽方法对其进行干旱处理,测定了与抗旱性相关的6个指标：茎粗、株高、根冠比、叶片相对含水量、丙二醛和相对电导率。利用方差、主成分、隶属函数和聚类对多指标变量进行分析,全面评价了20个切花菊品种的抗旱性。结果表明：与切花菊抗旱性相关的6个指标经主成分分析被提取归纳为2个主成分,其中茎粗胁迫指数、株高胁迫指数、根冠比胁迫指数、RWC胁迫指数和MDA胁迫指数与切花菊抗旱性密切相关。采用聚类分析的方法将20份供试材料的抗旱性分为了高抗旱、抗旱、低抗旱、不抗旱4个等级。其中,‘南农雪峰’为高抗旱品种,‘南农墨桂’、‘南农金莲’和‘南农红雀’等12个为抗旱品种,‘南农小丽’、‘精心之诚’和‘韩2’等6个为低抗旱品种,‘南农惊艳’为不抗旱品种。结合聚类分析,利用隶属函数平均值将切花菊品种分为了4个等级：隶属函数值大于0.8为高抗旱品种,在0.5到0.8之间为抗旱品种,在0.3-0.5之间为低抗旱品种,小于0.3为不抗旱品种。此分级标准可为今后菊花种质资源抗旱筛选提供理论基础。2.以抗旱品种‘南农雪峰’和不抗旱品种‘南农惊艳’为材料,比较分析了二者叶片表面结构特征(表皮毛、蜡质)及干旱胁迫和复水条件下抗氧化酶活性和其相关基因表达量的变化。研究发现,抗旱品种‘南农雪峰’叶片具有密集的表皮毛,且叶表蜡质覆盖面积大且含量高,表皮毛密度和蜡质含量分别约为‘南农惊艳’的2.3倍和3倍,表明叶片表皮毛、蜡质与切花菊抗旱性具有一定的相关性；干旱胁迫开始后,两个材料叶片SOD、POD、CAT和APX酶活性及Cu-Zn SOD、Mn-SOD、POD、CAT和APX的表达量都被诱导上升,但二者上升的幅度、上升出现的时间不同,在干旱胁迫的第5d和第7d,抗旱品种‘南农雪峰’抗氧化酶(SOD.POD和CAT)活性及Cu-Zn SOD. Mn-SOD、POD和CAT的表达量升高的速度比不抗旱品种‘南农惊艳’快、幅度大且在进行复水解除胁迫后,仍保持较高的酶活性和基因表达的水平,而‘南农惊艳’APX活性在干旱胁迫第5d时保持较高水平(显著高于‘南农雪峰’),但随着胁迫时间的延长和程度的加深其活性低于‘南农雪峰’APX活性,说明相对于其他抗氧化酶,干旱胁迫前5d APX在‘南农惊艳’活性氧清除系统中起着重要作用；研究中发现,两个材料的酶活性变化与其相关基因的表达量变化相比要滞后。3.以抗旱品种‘南农雪峰’和不抗旱品种‘南农惊艳’为材料,比较分析了干旱胁迫对二者光合系数及叶绿素荧光系数的变化,以期阐述干旱胁迫对切花菊光合作用的影响。研究发现,在短期干旱胁迫下(第3d),切花菊品种叶片的Fv/Fm均没有下降或有小幅下降,而Pn伴随着Gs、叶绿素含量和ΦPSII的下降而降低,且‘南农惊艳’比‘南农雪峰’下降的速度快。在干旱中期或后期(第5d和第7d),光合系数(除Ci)和叶绿素荧光系数均显著下降,并且‘南农惊艳’比‘南农雪峰’下降剧烈。复水后,抗旱品种‘南农雪峰’叶片的光合系数和叶绿素荧光系数恢复能力远远大于抗旱性差的‘南农惊艳’,且叶绿素含量恢复到对照水平,但在不抗旱品种‘南农惊艳’中这些指标仍显著低于对照水平。说明,复水后抗旱品种光合作用的恢复主要受气孔因素的影响,而不抗旱品种其叶片光合作用的恢复受气孔因素和非气孔因素的双重限制。
