野菊幼苗對自然干旱脅迫的生理響應

何 淼,李文鶴,卓麗環,2

(1.東北林業大學，黑龍江 哈爾濱 150040；2.上海農林職業技術學院，上海 201600)

野菊花(Dendranthemaindicum)為菊科菊屬多年生草本植物，高0.25～1.00 m，有地下長或短匍匐莖。莖直立或鋪散，分枝或僅在莖頂有傘房狀花序分枝。莖枝被稀疏的毛，上部及花序枝上的毛稍多或較多[1]。野生于山坡草地、河邊濕地、濱海鹽漬地及路旁，廣布于中國東南部各地。隨著城鎮綠地生態環境建設的快速發展，綠地面積和灌溉用地不斷增加，加劇了水資源匱乏地區與農、林、工業等的競爭用水，使水資源匱乏與人類需水量增加的矛盾越來越嚴重。因此，篩選具有良好觀賞性狀和抗旱性的綠化地被種類，應用于城市綠化建設，對于節約淡水資源、促進經濟發展有重要意義[2]。

研究植物在干旱條件下的生長、生理反應及其抗旱的生理機制顯得尤為重要。迄今為止，已經有許多關于植物抗旱生理方面的研究[3-9]，馮佰利等[10]發現小麥(Triticumaestivum)開花后的葉片可溶性蛋白含量會下降，但不同品種葉片之間可溶性蛋白存在明顯差別。王啟明[11]、沈秀瑛等[12]做的許多研究已證實過氧化物酶(POD)的活性能反映植物的生長發育特點及體內代謝狀況，可以作為植物生長和分化過程的一個指標，但有關干旱脅迫下野菊的生理適應性的研究鮮見報道。因此，本研究以遼寧本溪采得的野菊種子為材料，對其幼苗進行干旱脅迫，探討干旱脅迫過程中各項生理指標的變化,分析其生理響應機制,以期為野菊的養護管理、抗旱新品種的選育提供理論依據。

1 材料與方法

1.1試驗材料 試驗用野菊種子于2009年11月采自遼寧省本溪市,經精選后的種子保存于4 ℃冰箱中。2010年6月在東北林業大學溫室進行播種育苗，2010年8月移至園林學院實驗室。

1.2試驗方法 用規格一致的塑料花盆裝入栽培基質(由4∶1∶1的粘土、珍珠巖、蛭石構成)。試驗設3個處理組：Ⅰ組為對照組，正常澆水保證植株正常生長；Ⅱ組為復水組，進行干旱脅迫10 d后開始正常澆水；Ⅲ組為干旱組，從7月3日開始干旱脅迫，脅迫20 d后，干旱組的幼苗出現重度萎蔫，失去觀賞價值，此時試驗結束。每個處理3個重復，每個重復選30株大小均勻一致的植株。干旱脅迫分4個階段，設停水5、10、15、20 d脅迫處理。在處理5、10、15、20 d后分別測定各個處理的植株生理指標。

1.3測定方法 可溶性糖含量測定用蒽酮比色法；可溶性蛋白測定用考馬斯亮藍G-250染色法；丙二醛(MDA) 測定用硫代巴比妥酸顯色法；細胞質膜透性測定采用電導儀法；超氧化物歧化酶(SOD)活性測定采用氮藍四唑(NBT)法；POD活性測定采用愈創木酚法；過氧化氫酶(CAT)測定采用高錳酸鉀滴定法[13]。所有成分的含量均以干質量為基礎進行計算。

1.4數據處理 對所有數據進行方差分析,處理間的差異顯著性用多重比較(LSD)檢驗。整個計算過程在SPSS 13.0和Excel 2003軟件系統下完成。

2 結果

2.1干旱脅迫下可溶性糖的變化 隨著植物生長量的增加，對照組在試驗的20 d內，可溶性糖的含量呈平穩的增長趨勢(圖1)。脅迫10 d時，復水組與干旱組野菊幼苗葉片的可溶糖含量急劇增加，與對照呈極顯著差異(P<0.01)。隨著時間的增加，兩處理組的可溶性糖含量均呈遞減的趨勢，但是復水組下降的速度更快。15 d時，3組之間的可溶性糖含量呈顯著差異(P<0.05),其中干旱組含量最高，為0.039 5 mg/g，對照組含量為0.034 5 mg/g，復水組含量最低，為0.026 9 mg/g。到脅迫20 d時，復水組的可溶性糖的含量升高，其含量與對照接近，說明可溶性糖對于野菊外界環境變化比較敏感。干旱組的可溶性糖含量一直呈下降趨勢，脅迫20 d時，極顯著低于對照組和復水組(圖1)。

圖1 干旱脅迫對野菊幼苗葉片可溶性糖含量的影響

2.2干旱脅迫下可溶性蛋白的變化 隨著時間的增加，對照組野菊幼苗葉片的可溶性蛋白基本保持不變(圖2)。但是前10 d內，復水與干旱組的可溶蛋白含量變化呈均勻下降的趨勢，其含量均極顯著低于對照組(P<0.01)。10 d后開始復水，復水組的可溶性蛋白含量緩慢恢復，直到試驗結束，仍然極顯著低于對照組。干旱組可溶性蛋白含量在10 d后開始迅速增加，15 d時仍顯著低于對照(P<0.05)，到20 d時與對照組間無顯著差異(P>0.05)(圖2)。

圖2 干旱脅迫對野菊幼苗葉片可溶性蛋白含量的影響

2.3干旱脅迫下相對電導率和丙二醛的變化 對照組的電導率在試驗期間基本保持不變，復水組與干旱組的變化前10 d基本一致呈上升趨勢，前5 d兩處理組均顯著高于對照組(P<0.05)，到脅迫10 d時差異達極顯著(P<0.01)(圖3)。從脅迫10 d開始，復水組的相對電導率開始下降，與對照接近，干旱組則急劇增高，到脅迫20 d時已經約為74.6%，極顯著高于對照組和復水組(圖3)。說明可能在干旱脅迫10 d開始，原生質膜透性變化較大，造成細胞內離子大量外滲，相對電導率劇增。

圖3 干旱脅迫對野菊幼苗葉片相對電導率的影響

不同的處理方法，野菊體內產生MDA含量相差很大。隨著時間的增加，對照組MDA的含量呈不明顯的上升趨勢(圖4)。處理的前5 d，復水組與干旱組處理的MDA變化一致，與對照無顯著差異(P>0.05)。10 d時在復水組復水之前與干旱組MDA的變化仍然一致，呈上升趨勢，且極顯著高于對照組(P<0.01)。15 d時復水組的MDA含量下降為稍低于對照組，且與對照之間無顯著差異；干旱組的幼苗葉片中MDA的含量開始急劇上升，是對照的6倍左右(圖4)。

圖4 干旱脅迫對野菊幼苗葉片MDA含量的影響

2.4干旱脅迫下保護酶的響應 隨著干旱脅迫時間及植物生長量的增加，對照組的野菊葉片SOD活性呈現緩慢的增長趨勢，復水組和干旱組的SOD活性呈先增加后降低再增加的趨勢(圖5)。在干旱脅迫的前5 d，SOD活性先升高是因為植物在遭遇逆境時隨著超氧自由基的增加進行的一種保護性應激反應。到干旱脅迫10 d時，SOD活性又降低并極顯著低于對照組(P<0.01)。表明這個時候干旱脅迫加劇，超氧自由基的產生速率超過了機體自身的清除能力，表現出SOD活性降低。在脅迫15 d時，復水組與干旱組的SOD活性增加，兩者都高于對照，且3組之間呈極顯著差異，其中復水組最大。到脅迫20 d時，復水組與干旱組的SOD活性仍然呈穩步的增高，但復水組增長趨勢要低于干旱組。這種變化可能是在經歷了前段時間的干旱脅迫后，植物已經產生了對此的適應能力，從而表現出較強的抗旱能力。

圖5 干旱脅迫對野菊幼苗葉片SOD酶活性的影響

圖6 干旱脅迫對野菊幼苗葉片POD酶活性的影響

對照組野菊幼苗葉片的POD活性在試驗期間活性比較穩定，復水組與干旱組的POD活性的變化趨勢與SOD相同。隨著脅迫時間的增長，對照組的CAT活性呈穩步上升的趨勢，復水組與對照組的CAT活性變化則與SOD和POD相同，呈先升高再降低再升高的趨勢(圖7)。干旱脅迫5 d時，復水組與干旱組的CAT活性達最高值，且極顯著高于對照組(P<0.01)。脅迫10 d時，復水組與干旱組的CAT活性下降，并極顯著低于對照組。復水之后，復水組的野菊幼苗葉片CAT活性含量開始穩步上升，到脅迫20 d時CAT活性開始恢復，但仍然極顯著低于對照組。干旱組在脅迫10 d后仍然呈下降趨勢，但是下降趨勢有所減緩，到脅迫15 d時CAT的活性開始升高，直到脅迫20 d時，其活性與對照無顯著差異。這可能是因為植物逐漸對干旱產生了適應性有關。

圖7 干旱脅迫對野菊幼苗葉片CAT酶活性的影響

3 討論與結論

當植物遇到干旱脅迫時，便會在體內積累低分子量的代謝物，使細胞能夠維持較高的細胞質滲透壓，有利于植物在干旱條件下吸收水分，植物的這種調節被稱為滲透調節。參加植物的滲透調節物質環境中的無機離子和小分子的代謝物，包括脯氨酸、甜菜堿、可溶性糖、可溶性蛋白等。可溶性糖的增加能提高細胞原生質濃度、細胞膜的穩定性和植株的保水性，從而增強抗旱能力。同時植物在逆境條件下，體細胞內的活性氧不斷積累加速膜脂過氧化的反應，會有丙二醛等對膜脂和細胞中許多生物功能分子有害的物質積累，降低膜的穩定性，破壞膜的功能，所以其含量的變化可以反映出細胞膜的受損程度[14]。植物的細胞膜具有選擇透過性，起到保護細胞內物質不會大量外泄的作用。當植物遇到干旱等脅迫時，原生質膜的結構和功能就會發生明顯變化或是遭到破壞，細胞內含物質就會大量外滲，導致植物電導率增大。相對電導率可以反映出植物細胞膜透性。在本研究中，隨著干旱時間的延長，相對電導率的增大，野菊幼苗的滲透調節物可溶性蛋白含量在前期一直低于對照，可能逆境條件阻礙了可溶蛋白質的正常合成。后期開始上升向對照靠近，可溶性糖與之相反，處理前期急劇上升后期開始下降。整體上可溶性糖與可溶性蛋白變化趨勢相反，這說明了滲透調節物質在應激干旱脅迫時所起作用和調節機制存在一定的差異性，其原因還有待于進一步研究。一般來說，抗旱性強的植物丙二醛含量增長慢[15]。本研究發現，干旱脅迫中野菊幼苗的丙二醛含量與電導率的變化趨勢整體上相同。說明干旱脅迫會加劇丙二醛等對細胞膜有害物質的積累，對膜造成損害。干旱脅迫10 d后野菊幼苗的滲透調節發生轉折。在這一時間對幼苗進行復水，所測指標并沒有明顯的回歸，其中可溶性糖與丙二醛的含量降低到對照之下。出現以上結果，可能是因為野菊正處于生理恢復時期，又沒有外界產生的抗逆的適合條件，所以有些指標反而過低，但是植物仍可自行修復。當到脅迫20 d時，細胞膜的功能已經遭到抑制或是破壞。丙二醛的增加說明膜脂過氧化的反應加劇，而且可溶性糖和可溶性蛋白的含量下降，都反映了這時野菊幼苗的整體上的衰敗。

由于本研究所用的野菊是幼年期容器苗，所以耐旱程度不如露地苗，但本研究結果表明，適度干旱環境下野菊幼苗的生長良好，說明野菊耐旱性較好，是園林景觀應用中地被材料的良選。

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