PEG—6000模擬干旱脅迫對朝鮮落新婦的影響

馮艷秋　岳樺

摘要：研究了朝鮮落新婦對模擬干旱脅迫的響應特征，為其園林應用提供科學依據(jù)。人工模擬干旱脅迫以不同梯度質量分數(shù)（10%、20%、30%）的PEG-6000處理，對其形態(tài)、葉片含水量、電導率、MDA含量、SOD活性、可溶性蛋白含量的變化進行相關分析。結果表明：以10%、20%、30%PEG一6000脅迫30h后，朝鮮落新婦均受到不同程度的傷害，其中20%、30%處理分別在脅迫18、12h時失去觀賞價值；隨著PEG-6000質量分數(shù)的增加和脅迫時間的延長，葉片相對含水量逐漸減少，而葉片電導率、MDA含量顯著增加；葉片電導率與MDA含量呈正相關，與SOD活性呈負相關；SOD活性先上升后下降，并與MDA含量呈負相關；可溶性蛋白與葉片含水量、細胞膜透性、MDA含量、SOD活性的相關性不顯著。朝鮮落新婦在輕度干旱脅迫下，于0～18h內具有自我調節(jié)能力；而在重度干旱脅迫下，于0～12h內具有自我調節(jié)能力。隨著脅迫時間的延長，將對植株造成不可逆的傷害。

關鍵詞：朝鮮落新婦；聚乙二醇；干旱脅迫；形態(tài)指標；生理生化

中圖分類號：Q945.78 文獻標志碼：A 文章編號：1002-1302（2015）05-0184-03

朝鮮落新婦（Astilbe koreana）為虎耳草科落新婦屬，多年生宿根草本花卉，耐寒，是園林中低維護類花卉，自然分布于朝鮮、日本、中國大部分地區(qū)、緬甸、美國等地。水分是影響植物生長的主要環(huán)境因子之一。近年全球氣候變化使得干旱問題日趨嚴重，干旱已成為制約城市景觀和城市綠化的重要生態(tài)問題。朝鮮落新婦具有廣泛的應用價值，國內外學者對落新婦屬植物的形態(tài)、品種評價、光合特性、栽培及應用等方面進行相關研究。因其植株體內含有巖白菜素等重要化合物，其藥用價值的開發(fā)取得了較大進展，但對其抗旱性的研究尚有欠缺。干旱環(huán)境下，植物體內將產生一系列生理變化來適應干旱脅迫。本研究以聚乙二醇（PEG-6000）人工模擬干旱脅迫，測定朝鮮落新婦相關生理指標的變化，對其抗旱性進行評價，為其在干旱環(huán)境下的應用提供依據(jù)。深入了解植物抗旱特性，探討植物可能的抗旱機理，為朝鮮落新婦的抗旱生理研究奠定基礎。

1.材料與方法

1.1供試材料

2012年5月于遼寧本溪引進多年生朝鮮落新婦種苗，種植于東北林業(yè)大學園林花圃，并進行正常田間管理。2014年3月，將朝鮮落新婦從苗圃地中上盆移入溫室中。2014年5月，選取長勢良好、株高一致、無病蟲害的植株120株，平均分為4組，每組30株。

1.2試驗萬法

PEG-6000脅迫處理：2014年5月5日將朝鮮落新婦移出，用清水洗凈根部泥土，移入裝有自來水的500mL錐形瓶中進行無土栽培。適應3d后，將其移入不同質量分數(shù)的PEG一6000溶液中進行模擬干旱脅迫，設3個PEG-6000濃度梯度：10%、20%、30%，并以蒸餾水為對照。試驗環(huán)境較穩(wěn)定，平均溫度為23℃，平均濕度為57%。試驗開始岳分別于0、6、12、18、24、30h剪取葉片進行生理指標的測定，每個處理設3次重復，干旱脅迫30h后復水，并于復水后72h采樣測定相同指標，觀察其恢復情況。

形態(tài)指標采用萎蔫指數(shù)評價法測定；葉片相對含水量采用烘干法測定；細胞膜透性采用電導率法測定；SOD活性采用氮藍四唑法測定；MDA含量采用硫代巴比妥酸TBA顯色法測定。

1.3數(shù)據(jù)分析

所有試驗數(shù)據(jù)采用Excel軟件和SPSS17.0軟件進行統(tǒng)計分析。

2.結果與分析

2.1干旱脅迫對朝鮮落新婦形態(tài)指標的影響

根據(jù)干旱脅迫過程中朝鮮落新婦植株形態(tài)的總體變化特征，將植株的萎蔫指數(shù)劃分為5個級別：0級，植株株型整齊，葉片鮮綠，自然外展，飽滿堅挺；1級，葉片開始萎蔫，質地變軟，嫩葉下垂；2級，成熟葉片下垂，葉緣變軟微卷，葉色減淡；3級，葉片失水，呈黃綠色，葉緣干枯；4級，葉片嚴重卷曲下垂，葉色發(fā)黃，葉片干枯，未脫落。由圖1可知，不同質量分數(shù)的PEG一6000脅迫處理后，朝鮮落新婦的形態(tài)變化為：CK處理的植株在脅迫0～30h均為0級；PEG-6000質量分數(shù)為20%、30%處理的植株在6h達到1級萎蔫指數(shù)；10%、20%、30%處理的植株達到2級萎蔫指數(shù)所需時間分別為24、18、12h；20%、30%處理的植株于30h達到3、4級萎蔫指數(shù)，而10%處理達到3級萎蔫指數(shù)。復水后，10%、20%、30%處理下的受損葉片和植株形態(tài)沒有恢復，但10%、20%處理有新嫩葉長出。

不同質量分數(shù)的PEG-6000人工干旱脅迫處理，使朝鮮落新婦植株，形態(tài)均發(fā)生了變化，其萎蔫指數(shù)隨著干旱脅迫時間的延長而上升，且上升速度隨PEG-6000濃度的升高而加快。萎蔫指數(shù)與脅迫時間、脅迫濃度均呈極顯著正相關（圖1）。

2.2干旱脅迫對朝鮮落新婦葉片相對含水量的影響

葉片相對含水量反映了植物體內賴以生存的水分狀況。由表1可知，在不同質量分數(shù)的PEG一6000處理下，朝鮮落新婦葉片相對含水量隨處理時間的延長而降低，降低幅度隨濃度的增大而增加。葉片相對含水量與脅迫時間（r=-0.952）、脅迫濃度（r=-0.998）均呈極顯著負相關。在0～12h，10%PEG-6000處理植株葉片相對含水量下降幅度較小；在18、24h，下降幅度分別為10.00%、19.91%。20%、30%的PEG-6000處理植株，葉片相對含水量總趨勢一直下降。比較而言，不同PEG-6000濃度處理下的植株相對含水量降幅從小到大依次為10%<20%<30%，并于30h時達到最低，與對照相比差異顯著，降幅分別為41.33%、52.67%、57.31%。72h復水后，各濃度PEG-6000處理下的植株葉片相對含水量均有上升，與復水前相比，葉片相對含水量均未達到對照水平。endprint

2.3干旱脅迫對朝鮮落新婦細胞膜透性和MDA含量的影響

電導率可反映原生質膜受傷害的程度，隨著脅迫時間的延長，朝鮮落新婦的電導率逐漸升高。由表2、表3可知，電導率與脅迫時間（r=0.716）、脅迫濃度（r=0.998）均呈極顯著正相關。用PEG-6000脅迫0～12h，10%（輕度脅迫）、20%（中度脅迫）處理的電導率緩慢上升，0～24hMDA含量緩慢增加；而12h后，10%、20%、30%脅迫處理的電導率及MDA含量急劇升高，明顯大于對照組，復水后電導率與葉片MDA含量均所昕下降，但未恢復到對照水平。由此可見，輕度脅迫及脅迫初期，朝鮮落新婦能夠主動進行生理調節(jié)，其自身的滲透調節(jié)發(fā)揮作用，以維持自身代謝平衡，這種調節(jié)在一定程度上減弱了干旱對電導率的影響。重度脅迫及脅迫末期，植物體內代謝紊亂，質膜被嚴重破壞，離子大量外滲導致MDA含量不斷升高，抗旱能力下降。及時復水可緩解植株受到的傷害，但無法恢復到正常值，質膜損害難以恢復，基本喪失抗旱能力。葉片MDA含量與脅迫時間呈極顯著正相關（r=0.931），與脅迫濃度呈顯著正相關（r=0.998）。

2.4PEG-6000模擬干旱脅迫對朝鮮落新婦SOD活性的影響

目前普遍認為，干旱脅迫會破壞植物細胞內活性氧產生與清除之間的動態(tài)平衡，在細胞受到干旱脅迫損害時，SOD能有效清除超氧離子，防止細胞膜脂受損。由表4可知，SOD活性隨脅迫時間的延長呈先增強間減弱的趨勢。說明低濃度處理、短時間干旱脅迫可增強朝鮮落新婦SOD的活性；高濃度處理、長時間干旱脅迫會抑制抗氧化酶的活性，使其活性減弱。10%PEG-6000處理的朝鮮落新婦在0～12h內SOD活性逐漸增強，12h后先減弱后增強，復水后SOD活性減弱；20%、30%PEG-6000處理的朝鮮落新婦在O～18h內SOD活性呈增強趨勢，18～30h逐漸減弱，復水后SOD活性逐漸增強。干旱脅迫下SOD活性呈先增強后減弱的趨勢，在低質量分數(shù)、短時間干旱脅迫范圍內，植株通過增加自身酶的活性來調節(jié)平衡，使其適應干旱脅迫的能力增強。如果脅迫超過一定耐受范圍，其保護酶的活性會逐漸減弱，朝鮮落新婦耐旱能力隨之減弱，由此表明：朝鮮落新婦對PEG-6000脅迫的抗旱性有一定局限性；SOD活性與脅迫濃度、脅迫時間均無顯著相關性。

2.5PEG-6000模擬干旱脅迫對朝鮮落新婦可溶性蛋白的影響

植物細胞內可溶性蛋白含量的增加，是其適應干旱脅迫的一種表現(xiàn)。由表5可知，0～12h內，在10%、20%、30%PEG一6000脅迫下，朝鮮落新婦可溶性蛋白的含量逐漸增加，12h后波動性上升；在脅迫后12h，各濃度處理的可溶性蛋白含量與對照組均呈極顯著差異，分別為對照的146.64%、233.19%、253.78%。在此期間，細胞中產生抗逆性蛋白，導致可溶性蛋白含量增加。12h后，各濃度處理的可溶性蛋白含量均開始下降，表明干旱脅迫導致蛋白質分解并阻礙蛋白質的合成。復水后，不同質量分數(shù)處理下的可溶性蛋白均有不同程度上升。可溶性蛋白含量與脅迫濃度、脅迫時間均無顯著相關性。

2.6PEG-6000干旱脅迫下朝鮮落新婦葉片5項指標的相關性分析

由表6可知，相對含水量與電導率、MDA含量呈極顯著負相關（P<0.01），與SOD活性呈顯著正相關（P<0.05）；電導率與MDA含量呈極顯著正相關（P<0.01），與SOD活性呈極顯著負相關（P<0.01）；SOD活性與MDA含量呈極顯著負相關（P<0.01）。

3.結論與討論

PEG-6000模擬干旱脅迫朝鮮落新婦試驗中，不同質量分數(shù)PEG-6000脅迫均對朝鮮落新婦植株產生不同程度傷害，其植株形態(tài)和生理指標均受到不同程度的影響。相比較而言，質量分數(shù)為10%的PEG-6000脅迫對朝鮮落新婦的傷害最小，并可通過自身調節(jié)能力保持相對正常的生長狀態(tài)。朝鮮落新婦經(jīng)20%、30%PEG-6000脅迫處理后，植抹分別于18、12h逐漸失去觀賞特性，葉片含水量逐漸減少；而其相對電導率呈遞增趨勢，且MDA含量逐漸遞增；SOD活性呈先增強后減弱的趨勢，可溶性蛋白含量先增加后逐漸下降。復水后，各指標均有恢復現(xiàn)象。

綜合比較6項生理指標的相關性分析，相對含水量與電導率、MDA含量呈極顯著負相關，與SOD活性呈顯著正相關；電導率與MDA含量呈極顯著正相關，與SOD活性呈極顯著負相關；SOD活性與MDA含量呈極顯著負相關。表明PEG-6000模擬干旱脅迫下，朝鮮落新婦自身生理調節(jié)功能失衡，出現(xiàn)膜脂過氧化的現(xiàn)象，離子大量外滲導致MDA含量不斷增加，又反作用于抗氧化酶，抑制酶活性，減弱酶系統(tǒng)的基本功能。當朝鮮落新婦受到脅迫時，植物體內的保護酶系統(tǒng)發(fā)揮作用，進行自我防御。在脅迫過程中SOD活性先增強后減弱，在質量濃度為10%、短時間PEG-6000脅迫下，朝鮮落新婦通過增加酶的活性調節(jié)平衡，使其適應干旱脅迫。當PEG-6000質量濃度為30%時，超過自身的耐受范圍，植物體內代謝紊亂，SOD活性逐漸減弱。

朝鮮落新婦在脅迫初期具有自我調節(jié)能力，但隨著脅迫時間的延長，對植株具有不可逆的傷害，因而最終脅迫致死。endprint