兩種錦帶花品種對干旱脅迫的生理響應

劉曉東 高春紅 王 玲

(東北林業大學，哈爾濱，150040)

水分是干旱半干旱地區最重要的環境因子，對樹木生長、存活、凈生產力等具有極其重要的影響。在干旱半干旱區，降水少而集中，影響和限制該地區植物生長、分布及植被演替的因子主要是土壤水分及其有效性虧缺。隨著經濟的發展和人口的膨脹，水資源短缺現象日趨勢嚴重，因此，近年來，對樹木適應干旱生境機理的探討已成為生物學研究的一個重要方向。本課題以‘金亮’錦帶和‘寶石’錦帶的1年生枝條為研究對象，通過PEG－6000脅迫試驗，測定不同程度水分脅迫下生理生化指標的動態變化，其結果將為其在園林中推廣應用提供理論基礎。還可以為抗性育種的品種選擇提供前期理論研究基礎。近30 a，越來越多的人認為，用PEG模擬植物干旱逆境是可行的，相對分子質量400～20 000的PEG看來都是令人滿意的滲透物［1］。PEG誘導水分逆境所得的效果與將土壤逐步干旱是一樣的，所以PEG用于模擬土壤干旱來研究植物對水分虧缺的反應還是一種較為理想的滲透調節劑［2］。

1 材料與方法

試驗于東北林業大學園林植物綜合實驗室進行，供試材料選取植物長勢一致生長旺盛無病蟲害的1年生‘金亮’錦帶和‘寶石’錦帶(‘金亮’錦帶與白錦帶花雜交所獲得的新品種)枝條，植物材料來源于黑龍江省森林植物園，于2010年9月3日早上8點進行取材，分別選取樹冠中下部向陽外圍發育正常的1年生枝條(20～25 cm)，迅速放入材料袋后裝入取樣箱，帶回實驗室，插入容量為250 mL的三角瓶中，瓶中裝入配制好20%PEG－6000溶液(150 mL·瓶－1)進行脅迫處理(用蒸餾水和聚乙二醇－6000 配制)，并于脅迫 0、6、12、24 h 時取其葉片，用自來水輕輕沖洗除去表面污物，再用蒸餾水沖洗2～3次后，用吸水紙輕輕吸干葉片表面水分，樣本在液氮中速凍后在超低溫冰箱中－70℃保存，3次重復。

指標測定方法:葉片相對含水量和葉片水分飽和虧缺參照郝再彬等［3］的方法;質膜相對透性測定采用電導率法［4］;蛋白質質量分數采用李合生［4］考馬斯亮藍G－250染色法測定;丙二醛(MDA)質量摩爾濃度采用硫代巴比妥酸顯色法測定［4］;可溶性糖質量分數采用蒽酮比色法李合生［4］方法進行測定。

數據處理:所得數據用Excel2003整理后制表作圖;數據分析采用Spss17.0軟件。

2 結果與分析

2.1 PEG－6000脅迫對葉片相對含水量的影響

植物葉片相對含水量越高證明植物葉片持水力越強，吸收水分的能力越強，在干旱脅迫條件下的適應能力就越強。一般來說，植物組織的含水量越低，其吸水能力越弱，在水分脅迫條件下抗旱能力就越弱。‘金亮’和‘寶石’錦帶花葉片含水量(RW，C)在PEG－6000脅迫后均逐漸下降，說明PEG－6000溶液對枝條的滲透脅迫影響了葉片細胞的水分生理過程，致使葉片失水。隨著脅迫時間的延長，葉片相對含水量逐漸降低，這與湯章城［5］對藜幼苗的研究和趙黎芳等［6］對扶芳藤的研究結果相一致。經過處理的‘金亮’錦帶和‘寶石’錦帶的葉片相對含水量顯著低于對照(P＜0.05)。在脅迫6 h后，‘金亮’錦帶和‘寶石’錦帶的葉片相對含水量分別為66.03%和66.32%，分別比對照下降了15.36%和12.87%;脅迫12 h后，‘金亮’錦帶和‘寶石’錦帶的葉片相對含水量分別是62.11%和62.35%，分別較對照下降了13.76%和17.00%;脅迫24 h后，‘金亮’錦帶和‘寶石’錦帶的葉片相對含水量較對照分別下降了21.77%和23.44%(表1)。方差分析表明，不同處理時間對葉片相對含水量的影響顯著，處理組與對照組相比，差異顯著(P＜0.05)。

2.2 PEG－6000脅迫對葉片質膜透性的影響

各種逆境傷害往往首先作用于質膜，膜透性的增大是膜系統受破壞的表現之一，膜透性增大的程度與逆境脅迫的強度有關，也與植物抗逆性的強弱有關，在干旱情況下，抗旱性較強的物種有較小的膜透性［7－8］。膜透性的測定常作為植物抗性研究的一個重要的生理指標［9］。隨脅迫時間的延長，細胞膜透性總體呈上升趨勢，這與袁小鳳等［10］對馬尾松的的研究結果相一致。在脅迫6 h后，‘金亮’錦帶和‘寶石’錦帶的電導率較對照有一個小幅上升;脅迫12 h后，經處理的‘金亮’錦帶和‘寶石’錦帶的電導率分別較對照上升了18.67%和12.17%;脅迫24 h后，‘金亮’錦帶和‘寶石’錦帶的電導率較對照上升了47.09%和22.96%(表1)。‘金亮’錦帶和‘寶石’錦帶在20%PEG－6000脅迫處理下的電導率均顯著高于對照的(P＜0.05)。說明植物內部通過增加質膜透性來抵御外界不良環境，從而說明‘金亮’錦帶和‘寶石’錦帶對水分脅迫的適應。

表1 PEG－6000脅迫處理對兩種錦帶花生理指標的影響

2.3 PEG－6000脅迫對葉片可溶性糖質量分數的影響

從表1看以看出，PEG－6000脅迫處理下‘金亮’錦帶的可溶性糖質量分數均高于對照。在脅迫6 h后，‘金亮’錦帶花的可溶性糖質量分數較對照上升了27.27%，而‘寶石’錦帶花較對照上升了20%;脅迫12 h后，‘金亮’錦帶的可溶性糖質量分數較對照上升了31.4%，而‘寶石’錦帶的可溶性糖質量分數則較對照下降了39.09%;脅迫24 h后，‘金亮’錦帶的可溶性糖質量分數顯著高于‘寶石’錦帶花，‘金亮’錦帶的可溶性糖質量分數為0.282 2%，較對照上升了67.98%，而‘寶石’錦帶的可溶性糖質量分數為0.060 4%，較對照下降了70.38%。處理組與對照組相比，差異不顯著(P＞0.05)。李吉躍等［11］在對太行山區主要造林樹種耐旱特性的研究中表明，在一定脅迫范圍內，葉片可溶性糖質量分數增加，隨著進一步脅迫，可溶性糖質量分數又大幅度下降。

2.4 PEG－6000脅迫對葉片可溶性蛋白質量分數的影響

可溶性蛋白是植物體內重要的滲透調節物質，當植物受到水分脅迫時，植物體內會積累大量的可溶性蛋白。因此，可溶性蛋白的增加可以提高植物本身抵御不良環境的能力。從表1中可看出，PEG－6000脅迫下‘金亮’錦帶可溶性蛋白質量分數呈現出總體的變化趨勢是先升高后降低，而‘寶石’錦帶花的變化趨勢是下降、上升，后再下降。‘金亮’錦帶花和‘寶石’錦帶花在整個處理水平下的可溶性蛋白質量分數與對照的之間均差異不顯著(P＞0.05)。‘寶石’錦帶可溶性蛋白質量分數在脅迫12 h出現高峰，而后又繼續下降。在脅迫24 h后，20%PEG－6000處理下的金亮錦帶花可溶性蛋白質量分數較對照的下降了48.46%。在脅迫24 h后，兩種錦帶的可溶性蛋白質量分數均大幅下降，這表明了此時的脅迫可能已超出了兩種錦帶的耐受極限，使蛋白酶的活性迅速提高，加快了蛋白質水解。處理組與對照組相比，差異顯著(P＜0.05)。

2.5 PEG－6000脅迫對葉片丙二醛質量摩爾濃度的影響

MDA是膜脂過氧化作用的產物之一，MDA質量摩爾濃度的高低反映了植物細胞遭受逆境傷害的程度和膜脂過氧化程度［12－13］。丙二醛產生數量的多少，能夠代表細胞膜脂過氧化程度，可間接反映植物組織抗氧化能力的大小，進而用作鑒定植物抗旱性的指標。從表1可以看出，經過PEG－6000脅迫后的‘寶石’錦帶的葉片丙二醛質量摩爾濃度呈現先降低后升高的變化趨勢，而‘金亮’錦帶的葉片丙二醛質量摩爾濃度呈現先降低后升高再降低的變化趨勢。在脅迫開始時(0 h)，‘金亮’錦帶的丙二醛質量摩爾濃度為 1.793 9 mol·g－1，顯著高于‘寶石’錦帶花的 1.280 3 mol·g－1;脅迫處理6 h后，‘金亮’錦帶花的丙二醛質量摩爾濃度為1.214 9 mol·g－1，較對照下降了 33.24%，而‘寶石’錦帶花的丙二醛質量摩爾濃度為0.826 6 mol·g－1，較對照下降了 34.86%;脅迫 24 h 后，‘金亮’錦帶和‘寶石’錦帶的丙二醛質量摩爾濃度分別為1.397 7 mol·g－1和 1.346 0 mol·g－1。‘金亮’錦帶各處理下丙二醛質量摩爾濃度均低于對照，說明干旱脅迫造成了生物膜傷害。這與姚允聰等［14］對柿樹的研究結果基本一致。

3 結論與討論

在干旱脅迫下，‘金亮’錦帶和‘寶石’錦帶葉片生理生化指標發生一系列變化。試驗表明，在正常條件下，‘金亮’錦帶和‘寶石’錦帶葉片具有較高的相對含水量，在受到干旱脅迫時，相對含水量呈逐漸下降趨勢，說明PEG－6000脅迫對試材的滲透脅迫影響了葉片細胞的水分生理過程，致使葉片失水。細胞膜具有選擇性，各種逆境傷害都會造成細胞膜選擇透性的改變或喪失，導致大量離子外滲，從而使組織浸出液的相對電導率升高。本試驗中隨著脅迫時間的延長，‘金亮’錦帶和‘寶石’錦帶的電導率均持續升高，從而說明PEG－6000脅迫對兩種錦帶的水分生理產生了影響，以及‘金亮’錦帶和‘寶石’錦帶對水分脅迫的適應。

抗旱性越強，植物體內的可溶性蛋白質量分數越高［15］，但也有研究認為抗旱性強的植物在受到干旱脅迫后，其蛋白合成維持在比較穩定的水平，可溶性蛋白質量分數變化很小［16－17］。本研究表明PEG－6000脅迫下，‘金亮’錦帶可溶性蛋白質量分數基本呈現先升高后降低的趨勢，可溶性蛋白質量分數升高可能是因為在水分脅迫下促進某些特殊種類蛋白質的合成，即“逆境蛋白”或“脅迫蛋白”合成的結果，在脅迫后期可溶性蛋白質量分數減小，可能是因為“脅迫蛋白”的調節能力有限。

本試驗中PEG－6000脅迫下，‘金亮’錦帶葉片可溶性糖質量分數總體呈先上升后下降的趨勢，這與程智慧等［18］對水分脅迫下番茄幼苗影響的研究中的結果一致，在短期脅迫內可溶性糖的增加提高了細胞的抗脫水能力，可以減緩干旱對其的傷害。抗旱性強的植物MDA質量摩爾濃度增幅小［19］，本研究中，PEG－6000 脅迫下，‘寶石’錦帶丙二醛質量摩爾濃度呈先下降后上升的變化趨勢，而‘金亮’錦帶丙二醛質量摩爾濃度卻是呈下降—上升—下降的變化趨勢，其生理機制有待進一步研究。

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