遼河保護區(qū)五種委陵菜在PEG脅迫下滲透調節(jié)物質可溶性蛋白質與脯氨酸變化

李楠 孫航 張姝哲 陳穎 劉淼 曲波

摘要：采用聚乙二醇模擬干旱脅迫，研究5種委陵菜（Potentilla）抗旱性，探索干旱脅迫對5種委陵菜屬植物滲透調節(jié)物質可溶性蛋白質與脯氨酸含量的影響。結果表明，干旱脅迫處理后委陵菜可溶性蛋白相對含量有所增加，干旱脅迫1～5 d莓葉委陵菜可溶性蛋白相對含量增幅最大，處理7 d蛇含委陵菜可溶性蛋白質相對含量增幅最大，而蔓委陵菜與三葉委陵菜可溶性蛋白質相對含量增幅較小，且在20%PEG處理第5天后下降。干旱脅迫處理使5種委陵菜葉片脯氨酸相對含量上升，其中蛇含委陵菜與莓葉委陵菜脯氨酸相對含量增幅最大；10%PEG與15%PEG脅迫處理后5種委陵菜脯氨酸相對含量均呈上升趨勢，20%PEG脅迫處理第5天伏委陵菜與三葉委陵菜葉片中的脯氨酸相對含量即呈現(xiàn)下降趨勢。5種委陵菜抗旱能力依次為蛇含委陵菜>莓葉委陵菜>蔓委陵菜>伏委陵菜>三葉委陵菜。

關鍵詞：委陵菜（Potentilla）；干旱脅迫；可溶性蛋白質；脯氨酸

中圖分類號：Q945 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2016）08-1936-03

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2016.08.009

Abstract： In this paper， utilizing polyethylene glycol to simulate drought stress，drought resistance was studied on 5 species of Potentilla. The influence of drought stress on the content of soluble protein and proline was also studied.Under the drought stress，soluble protein content of 5 species of Potentilla increased. From 1 day to 5 days， the soluble protein content of Potentilla fragarioides shows the largest increase.In 7 days， the protein content of Potentilla kleiniana increased most. in the soluble protein content of Potentilla flagellaris and Potentilla freyniana increased less， which decreased in 5 d after treated by 20% PEP. Under drought stress，proline content of 5 Potentilla increased.In Potentilla kleiniana and Potentilla fragarioides，the proline content increased most.Also，the proline content of 5 species of Potentilla increased after treated by 10% and 15% PEG. Treated by 20% PEG，the relative content of proline in Potentilla paradoxa and Potentilla freyniana decreased after 5 days. The drought resistance of the five Potentilla is gauged as follows： Potentilla kleiniana， Potentilla fragarioides， Potentilla flagellaris， Potentilla paradoxa， Potentilla freyniana.

Key words： Potentilla；drought stress；soluble protein；proline

遼河是中國七大江河之一，發(fā)源于河北省七老圖山脈之光頭山，流經(jīng)河北、內(nèi)蒙古、吉林、遼寧，至盤錦注入渤海，流域面積 21.96×104 km2，全長 1 345 km。由于長期開墾耕作，導致河岸帶沙化、鹽堿化，水土流失、風沙侵蝕日益嚴重，生態(tài)環(huán)境脆弱，已經(jīng)成為制約其生態(tài)環(huán)境恢復、生態(tài)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要因素之一[1]。遼河保護區(qū)是2010年3月經(jīng)中國共產(chǎn)黨遼寧省委員會、遼寧省人民政府批準，依遼河干流設立的狹長區(qū)域。遼河保護區(qū)始于東西遼河交匯處（鐵嶺福德店），穿越鐵嶺、沈陽、鞍山、盤錦，終于盤錦入?？凇＿|河保護區(qū)是中國第一個依河劃建的保護區(qū)，開創(chuàng)生態(tài)治理河流的先河。因此，研究草地資源植物在干旱條件下的生理反應及其抵抗能力，為篩選抗性品種及采取有效措施提高植物抗性，恢復遼河保護區(qū)生態(tài)環(huán)境，具有十分重要的意義。委陵菜屬（Potentilla L.）植物為中國北方草地生態(tài)系統(tǒng)主要組成種類之一，為多年生草本植物，中國有86種4變種，全國各地均有分布，主產(chǎn)于東北、西北和西南。委陵菜屬中許多植物已廣泛應用于綠化與飼用，已有研究表明二裂葉委陵菜（Potentilla bifurca L.）、西山委陵菜（Potentilla sischanensis Bunge ex Lehm.）、多莖委陵菜（Potentilla multicaulis Bge.）、鵝絨委陵菜（Potentilla anserina L.）等的莖、葉解剖結構顯示其具有旱生特性[2，3]。鋪地委陵菜（Potentilla. paradoxa Nutt.）、鵝絨委陵菜萎蔫系數(shù)低于同群落其他雙子葉植物，具有較強抗旱性[4]。匍枝委陵菜（Potentilla flagellaris）[5]、委陵菜、莓葉委陵菜（Potentilla fragarioides）[6，7]等種類具有一定的抗旱性。水分脅迫時植物體內(nèi)積累各種有機物質和無機物質，提高細胞液濃度，降低其滲透勢，以適應水分脅迫[8-10]。大量研究表明，植物細胞內(nèi)可溶性蛋白質與植物抗性密切相關[11，12]，脯氨酸是植物蛋白質的主要組成部分，以游離態(tài)分布于植物的根、莖、葉、花和果等器官中[13]。當植物受到干旱脅迫時，脯氨酸可作為滲透劑參與植物的滲透調節(jié)作用，通過主動積累滲透調節(jié)物質降低滲透勢，增加細胞滲透調節(jié)能力，因此干旱脅迫會導致植物體內(nèi)脯氨酸的含量積累增加，是植物受傷害程度的指標之一[14，15]，同時脯氨酸可作為滲透調節(jié)物質及自由基清除劑起保護作用從而增強作物的抗旱性[16，17]。本研究以遼河保護區(qū)內(nèi)5種常見的委陵菜為材料，研究了其抗旱性，可以為恢復遼河生態(tài)系統(tǒng)、干旱地區(qū)地被植物篩選及草坪水分管理提供指導。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試材料為采自遼河保護區(qū)5種委陵菜，莓葉委陵菜、三葉委陵菜（Potentilla freyniana）采自昌圖縣福德店；蔓委陵菜（Potentilla flagellaris）和蛇含委陵菜（Potentilla kleiniana）采自康平四家子鄉(xiāng)，伏委陵菜（Potentilla paradoxa）采自臺安達牛鎮(zhèn)。野外采集植株分別種植于沈陽農(nóng)業(yè)大學百草園試驗基地。

1.2 試驗方法

取相同生長狀態(tài)帶莖節(jié)的莖段若干（已長出極短根）置于裝有石英砂的塑料盒中，用1/2 Hoagland溶液在陽光充足的條件下培養(yǎng)。6葉期時，選幼苗生長一致的培養(yǎng)盒，分為4組，用PEG6000進行滲透脅迫處理，PEG的濃度分別為10%、15%、20%（用Hoaglang溶液配制），水勢分別相當于-0.15、-0.30和-0.50 MPa，模擬輕度干旱、中度干旱和重度干旱[18，19]。以不加PEG的Hoaglang液作為對照，分別處理1、3、5、7 d后取植株上部第3～5片功能葉進行測定。

1.3 測定方法

游離脯氨酸含量的測定采用酸性茚三酮法，可溶性蛋白質含量的測定采用考馬斯亮藍（G250）法[10]。

2 結果與分析

2.1 干旱脅迫對5種委陵菜可溶性蛋白質含量的影響

通過試驗發(fā)現(xiàn)與對照相比干旱脅迫導致5種委陵菜葉片中的可溶性蛋白質含量升高，但不同委陵菜可溶性蛋白質含量增幅不同，說明其對不同程度干旱脅迫的反應也不同。10%PEP脅迫使5種委陵菜可溶性蛋白質含量有少許增加，處理1 d時，三葉委陵菜可溶性蛋白質增加最多，與對照相比增加10.98%，伏委陵菜可溶性蛋白質含量增加最少，與對照相比僅增加2.96%；處理7 d時，莓葉委陵菜可溶性蛋白質增加最多，與對照相比增加33.9%，蛇含委陵菜、三葉委陵菜、伏委陵菜、蔓委陵菜分別增加22.65%、14.67%、9.97%、9.45%，說明5種委陵菜對輕度干旱（土壤水勢為-0.15 MPa）并不敏感，均有一定的抗旱性。

15%PEP與20%PEP處理1 d時，其可溶性蛋白質含量增幅為10.43%～37.55%，其中，蔓委陵菜可溶性蛋白質含量增幅大，分別為32.3%和37.55%，莓葉委陵菜可溶性蛋白質含量增幅最小，為10.43%和14.75%。隨著干旱持續(xù)時間加長，5種委陵菜可溶性蛋白質含量均有較大幅度增長。15%PEP處理持續(xù)3 d時，莓葉委陵菜可溶性蛋白質含量增幅最高，達到73.45%，伏委陵菜可溶性蛋白質含量增幅最低，為25.71%。5種委陵菜對中度干旱與重度干旱初期敏感性不高，說明5種委陵菜均對短期中度與重度干旱脅迫具有一定抗性。

20%PEP處理持續(xù)3 d時，莓葉委陵菜可溶性蛋白質含量增幅最高，達到159.3%，蛇含委陵菜可溶性蛋白質含量增幅最低，為44.2%。

15%PEP與20%PEP處理持續(xù)5 d時，莓葉委陵菜可溶性蛋白質含量增幅最高，分別達到123.69%和192.03%，伏委陵菜可溶性蛋白質含量增幅最低，分別為29.58%和53.22%。

15%PEP與20%PEP處理持續(xù)7 d時，蛇含委陵菜可溶性蛋白質含量增加最多，與對照相比分別增長了128.29%和198.84%，其次為三葉委陵菜，與對照相比分別增長了87.71%和112.31%；伏委陵菜可溶性蛋白質含量增加最少，與對照相比分別增長了35.49%和63.47%。

2.2 干旱脅迫對5種委陵菜脯氨酸含量的影響

不同程度干旱脅迫均能使葉片脯氨酸含量上升，且隨著脅迫處理持續(xù)時間延長，委陵菜葉片脯氨酸含量有所增長。10%PEP處理1 d時，5種委陵菜脯氨酸含量有小幅增長，其中，蛇含委陵菜脯氨酸含量與對照相比增加了24.35%，而其他4種委陵菜脯氨酸含量增幅低于10.00%，其中蔓委陵菜脯氨酸含量增加了0.50%。10%PEP處理3 d和5 d時，5種委陵菜脯氨酸含量持續(xù)增長，其中，伏委陵菜增幅較大，分別達到35.27%和55.87%，次之為蛇含委陵菜，其脯氨酸含量與對照相比增長了31.02%和34.14%，蔓委陵菜脯氨酸含量增長最低，與對照相比僅增長了2.01%和8.33%。

15%PEP和20%PEP分別處理1 d時，蛇含委陵菜脯氨酸含量有較大幅度增長，與對照相比，其脯氨酸含量分別增加了48.63%和57.66%，其次是莓葉委陵菜，其脯氨酸含量分別增加了17.24%和21.84%，蔓委陵菜脯氨酸但含量增長最低，與對照相比僅增加了4.73%和14.95%。

15%PEP處理3 d和5 d時，蛇含委陵菜脯氨酸含量增長最快，與對照相比，其含量分別增加了78.79%和115.22%，其次是伏委陵菜，其含量分別增加了58.01%和74.9%，三葉委陵菜脯氨酸含量增長最低，與對照相比僅增長了20.94%和26.35%；15%PEP處理7 d時，蛇含委陵菜脯氨酸含量增加了166.24%，其次是莓葉委陵菜，其脯氨酸含量增加了84.01%，三葉委陵菜脯氨酸含量增長最慢，僅增加了43.78%。

20%PEP處理3、5、7 d，蛇含委陵菜增幅最大，與對照相比，分別增長了186.35%、207.73%和166.24%，其次是莓葉委陵菜，與對照相比，其脯氨酸含量分別增加了88.26%、148.67%和84.01%，三葉委陵菜脯氨酸含量增長較慢，與對照相比增加了38.02%、60.85%和58.63%，其中，僅20%PEP處理5 d時脯氨酸含量稍高于蔓委陵菜（58.79%）。

3 小結與討論

綜上所述，5種委陵菜均具有一定的抗旱性，但應對不同程度干旱脅迫時抗旱能力有所不同。蛇含委陵菜與莓葉委陵菜抗旱能力最強，伏委陵菜與三葉委陵菜抗旱能力較弱。本試驗結果為遼河保護區(qū)生態(tài)恢復過程篩選不同抗旱性植物提供了依據(jù)。

作為滲透調節(jié)物質之一，高含量的可溶性蛋白質可使細胞維持較低的滲透勢，抵抗水分脅迫，過度干旱可以抑制蛋白質的合成，導致蛋白質降解，引起總蛋白質含量的降低[3]。康俊梅等[12]在研究不同品種苜?？购敌灾邪l(fā)現(xiàn)苜蓿葉片可溶性蛋白質的變化與干旱強度有直接關系，隨著干旱脅迫強度的增加某些可溶性蛋白質的變化表現(xiàn)為先增強后減弱；干旱脅迫誘導蛋白質含量的變化各異，抗旱性強的品種能誘導基因更強的表達以適應干旱脅迫，而抗旱性較弱的品種可能減弱或喪失其自我調節(jié)能力，產(chǎn)生的干旱誘導蛋白質含量比前者少。

研究結果表明，5種委陵菜可溶性蛋白質含量在干旱脅迫下均有所增加，隨干旱程度加重可溶性蛋白質相對含量增加減緩。從植物體本身的生理反應來看，理論上可溶性蛋白質的含量隨水分脅迫的加強應先升高后降低，這是因為可溶性蛋白質與植物細胞的滲透調節(jié)有關。高含量的可溶性蛋白質可使細胞維持較低的滲透勢，抵抗水分脅迫帶來的傷害的緣故，但是當水分虧缺嚴重到影響了植物蛋白質合成代謝時，可溶性蛋白質含量就會下降。干旱脅迫初期（1 d）與中期（3 d，5 d）莓葉委陵菜可溶性蛋白質增加最多，處理后期（7 d）蛇含委陵菜可溶性蛋白質含量增加最多，而蔓委陵菜與三葉委陵菜可溶性蛋白質含量增加較少，且在20%PEG處理5 d后下降。重度干旱脅迫下莓葉委陵菜與蛇含委陵菜較其他3種委陵菜能夠積累足夠的蛋白質，使細胞維持較低的滲透勢，抵抗水分脅迫帶來的傷害。

干旱脅迫處理使5種委陵菜葉片脯氨酸含量上升，其中蛇含委陵菜與莓葉委陵菜脯氨酸含量增加最多；10%PEG與15%PEG脅迫處理后5種委陵菜脯氨酸的含量均呈上升趨勢，說明在輕度與中度干旱脅迫下5種委陵菜均能積累足夠的脯氨酸來降低滲透勢，增加細胞滲透調節(jié)能力。20%PEG脅迫處理5 d后伏委陵菜與三葉委陵菜葉片中的脯氨酸即呈現(xiàn)下降趨勢，說明在長時間重度干旱脅迫下這兩種植物所積累的脯氨酸不足以來維持細胞的滲透調節(jié)能力，導致含量下降。

綜上所述，5種委陵菜抗旱性由弱到強依次為三葉委陵菜、伏委陵菜、蔓委陵菜、莓葉委陵菜、蛇含委陵菜，根據(jù)5種委陵菜的抗氧化酶系與膜傷害判斷其抗旱性結果一致[7]。

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