砂糖椰子對干旱和水分補償的生理變化

阮志平

(1. 廈門市園林植物園，福建 廈門 361003； 2. 國家林業局棕櫚植物保育中心，福建 廈門 361003)

?

砂糖椰子對干旱和水分補償的生理變化

阮志平

(1. 廈門市園林植物園，福建 廈門 361003； 2. 國家林業局棕櫚植物保育中心，福建 廈門 361003)

為了研究干旱脅迫和復水對砂糖椰子(Arengapinnata)幼苗葉片和根系的影響，以兩年生砂糖椰子幼苗為材料，分別進行干旱脅迫0，7，14和21 d，再復水3和6 d，然后測定葉片和根系的超氧化物歧化酶(SOD)活性、脯氨酸(Pro)含量、可溶性蛋白含量、丙二醛(MDA)含量、相對電導率以及葉綠素含量。結果表明，葉片的SOD活性在各個處理中均呈顯著的波動性變化，根系的SOD活性在干旱脅迫和復水后都顯著高于對照。葉片和根系的Pro含量在重度干旱脅迫下顯著升高，復水后顯著降低；而可溶性蛋白含量在中度和重度干旱脅迫時均顯著減少，復水3 d后顯著增加；葉片和根系的MDA含量變化趨勢具有互補性；葉片和根系的相對電導率均隨著干旱脅迫時間的延長而增加，在中度和重度干旱脅迫時顯著高于其他處理，復水后減少；葉綠素含量在重度干旱脅迫時達到最高值。總之，在干旱脅迫下，葉片和根系不同指標變化規律不一樣，脯氨酸含量、可溶性蛋白含量和相對電導率在葉片和根系中的變化趨勢相似，SOD活性和MDA含量的變化趨勢不一致，表明砂糖椰子地上部和地下部對干旱脅迫的響應具有協同效應。

砂糖椰子；干旱脅迫；復水；葉片；根系

中國南方地區經常出現雨量分配不均和季節性干旱，對棕櫚科等熱帶植物的推廣種植有較大影響，迄今為止，關于棕櫚科植物對干旱脅迫的響應研究多集中在干旱脅迫對植物生長和生理生化的影響[1-10]，沒有涉及其在干旱和復水過程中的生理生化變化，特別是葉片和根系的生理生化變化規律。砂糖椰子(Arengapinnata)在園林綠化中有廣泛應用，而且具有較強的抗逆性，針對這一特點，對其進行干旱和復水處理，研究其對干旱和水分補償的生理變化，為園林植物的節水和抗旱品種選擇提供理論基礎。

1 材料與方法

1.1 材料

供試材料為廈門植物園棕櫚植物引種區(24°27′N附近，屬于南亞熱帶海洋性季風氣候，年平均氣溫20.8 ℃)培育的兩年生盆栽砂糖椰子幼苗，生長狀況良好，試驗盆栽苗隨機排放在試驗大棚內。

試驗于2014年8月進行，日平均氣溫為30.0～35.6 ℃，濕度50.5%～70.2%。共設6個處理，每處理9株苗。對照為傍晚澆水，第2天早上取樣(土壤相對含水量為83%)；干旱脅迫為不澆水，共脅迫21 d，分別在第7，14和21天取樣(土壤相對含水量分別為64%，52%和43%)，即為輕度、中度和重度干旱脅迫，分別標記為D7，D14，D21。復水處理為重度干旱脅迫結束后，即從第22天開始澆水，在復水的第3和6天取樣(土壤相對含水量分別為70%和74%)，分別標記為F3和F6。取樣時選取相同部位的葉片和根系，分別測定各處理的各項生理生化指標，每處理重復3次。

1.2 生理指標測定方法

超氧化物歧化酶(SOD)活性采用氮藍四唑法(NBT)測定，丙二醛(MDA)含量采用硫代巴比妥酸(TBA)法測定，脯氨酸(Pro)含量采用酸性茚三酮顯色法測定，可溶性蛋白含量采用考馬斯亮藍G-250染色法測定，葉綠素含量采用丙酮直接浸提法[23]測定，相對電導率采用浸泡法測定[11]。

所有指標測定均重復3次，并采用SPSS 19.0進行方差和差異顯著性分析。

2 結果與分析

2.1 干旱及復水處理對砂糖椰子SOD活性的影響

從圖1可看出，砂糖椰子葉片的SOD活性在干旱脅迫時，顯著高于對照(P<0.05)，復水3 d時與對照組相近，復水6 d時又顯著增加，達到對照的165.69%。各干旱及復水處理的根系SOD活性均顯著高于對照組，且不同處理間根系SOD活性無顯著差異(P>0.05)；其中根系SOD活性在干旱處理7 d時，從0.22 U·g-1升高到1.28 U·g-1，達到對照組的5.82倍。

相同材料不同處理無相同小寫字母表示差異顯著。下同。圖1 干旱及復水處理對砂糖椰子葉片和根系SOD活性的影響Fig.1 Effects of drought stress and re-watering on SOD activity in leaves and roots of A.pinnata

2.2 干旱及復水處理對砂糖椰子脯氨酸含量的影響

從圖2可看出，干旱脅迫7和14 d，砂糖椰子葉片和根系Pro含量均與對照無顯著差異；但干旱脅迫21 d，葉片Pro含量增加了17.41倍，根系Pro含量增加了5.96倍；復水3 d，葉片和根系Pro含量分別比干旱脅迫21 d時降低了19.00%和74.21%。

圖2 干旱及復水處理對砂糖椰子葉片和根系脯氨酸含量的影響Fig.2 Effects of drought stress and re-watering on proline content in leaves and roots of A.pinnata

2.3 干旱及復水處理對砂糖椰子可溶性蛋白含量的影響

從圖3可看出，干旱脅迫7 d，葉片的可溶性蛋白含量與對照相同，而根系可溶性蛋白含量顯著高于對照。干旱14和21 d，葉片和根系的可溶性蛋白含量均顯著低于對照(P<0.05)。復水3 d，葉片和根系的可溶性蛋白含量顯著高于對照(P<0.05)，分別為對照的1.56倍和1.37倍，復水6 d時可溶性蛋白含量有所降低，但仍顯著高于對照。

圖3 干旱及復水處理對砂糖椰子葉片和根系可溶性蛋白含量的影響Fig.3 Effects of drought stress and re-watering on soluble protein content in leaves and roots of A.pinnata

2.4 干旱及復水處理對砂糖椰子MDA含量的影響

如圖4所示，干旱及復水處理對葉片和根系的MDA含量影響不同。干旱脅迫期間葉片的MDA含量均呈現出先上升后下降的趨勢，其中干旱7 d和復水3 d時顯著高于對照(P<0.05)，干旱14和21 d時與對照相同；復水6 d時葉片MDA含量降至最低，為對照的68.54%。根系MDA含量在干旱期間呈先下降后上升趨勢，復水后又降低，復水6 d時降至最低，為對照的49.58%。

圖4 干旱及復水處理對砂糖椰子葉片和根系MDA含量的影響Fig.4 Effects of drought stress and re-watering on MDA content in leaves and roots of A.pinnata

2.5 干旱及復水處理對砂糖椰子相對電導率的影響

從圖5可看出，在干旱脅迫時，葉片和根系的相對電導率均升高，復水過程中，逐漸下降。干旱脅迫14 d，葉片相對電導率為43.85%；干旱脅迫21 d，葉片相對電導率上升到79.35%。干旱脅迫7 d，根系的相對電導率為47.05%；干旱脅迫21 d，根系的相對電導率上升到70.25%。

2.6 干旱及復水處理對砂糖椰子葉綠素含量的影響

從圖6可看出，在干旱過程中葉綠素a、葉綠素b含量和葉綠素總量變化趨勢一致，均呈先升高后降低又升高的趨勢，復水后均顯著降低。在干旱處理21 d時葉綠素a、葉綠素b和葉綠素總含量分別比對照增加81.15%，61.07%和77.62%，復水后持續降低。

圖5 干旱及復水處理對砂糖椰子葉片和根系相對電導率的影響Fig.5 Effects of drought stress and re-watering on relative electrical conductivity in leaves and roots of A.pinnata

圖6 干旱及復水處理對砂糖椰子葉片葉綠素含量的影響Fig.6 Effects of drought stress and re-watering on chlorophyll content in leaves of A.pinnata

3 討論

在干旱脅迫下，SOD活性與植物抗氧化能力呈正相關，一般情況下，隨著干旱脅迫的加劇，植物SOD活性呈現先升高后下降的趨勢[6，8，12]。本研究中砂糖椰子葉片和根系的SOD活性變化與大多植物不同，葉片的SOD活性先大幅度升高，然后顯著下降，再顯著升高，復水3 d恢復到對照水平，復水6 d又顯著升高，而所有處理組的根部SOD活性均顯著高于對照。這可能是水分脅迫時砂糖椰子產生了SOD的應激反應，防止過多的氧自由基對植株造成傷害，而且砂糖椰子葉片和根系的SOD活性變化存在一定的互補性，可能是兩者間的協同效應。

游離脯氨酸是一種良好的相溶性物質，具有清除活性氧的作用，其含量升高是植物對水分脅迫的一種普遍反應[13-14]，其含量變化可以維持細胞滲透壓以抵抗干旱脅迫帶來的傷害[2，3，15]。本研究表明，在干旱脅迫和復水3 d過程中，葉片和根系的脯氨酸含量變化趨勢相同，而且干旱脅迫和復水時葉片脯氨酸含量變化幅度顯著大于根系，這可能是為了使植物保持較強的吸水能力，在干旱和復水過程中，葉片和根系的協同作用，使游離脯氨酸合成代謝與分解代謝比例發生變化，從而使植物體內適應機制趨于完善。干旱脅迫持續到第21天時，脯氨酸含量顯著增加，是植物對重度干旱脅迫的應激反應[16]，可能是重度干旱脅迫誘導了砂糖椰子中催化Glu生成Pro的兩個酶p5cS和p5cR基因的表達；復水后滲透脅迫解除，ProDH基因的表達量增加，導致Pro含量減少。但尚需對調節基因表達的信號分子進行鑒定。

可溶性蛋白與植物細胞的滲透調節有關，它可改變細胞的滲透勢，減緩干旱帶來的傷害，維持細胞內正常的新陳代謝，使植物體內的生理生化反應正常進行[17]。砂糖椰子葉片和根系在中度和重度干旱時，可溶性蛋白含量的變化趨勢相同，均隨著干旱脅迫時間的延長而降低，復水初期升高，后期降低，與康俊梅等[18]報道的可溶性蛋白含量的變化和干旱強度呈正相關不一致。可能是重度干旱脅迫沒有誘導可溶性蛋白的積累，而且在重度干旱時，可溶性蛋白與Pro含量的變化具有一定的互補性，兩者之間存在相互轉化關系。

干旱脅迫時，幼苗的膜質過氧化產物MDA含量會增高[6，8，19]。本研究表明，砂糖椰子根系的MDA含量隨干旱脅迫時間的延長而升高，隨著植物的復水而降低；葉片MDA含量在干旱7 d和復水3 d時顯著高于對照，干旱14和21 d時與對照無顯著差異，說明砂糖椰子葉片的MDA含量在輕度脅迫和復水初期較敏感，而且葉片和根系的MDA含量變化具有互補性，存在協同調節機制。

植物在干旱脅迫下膜系統受到傷害，質膜透性增加，使細胞內含物外滲，電解質濃度隨之增加。相對電導率可反映植物質膜受傷害程度，本研究中砂糖椰子根系的相對電導率在干旱脅迫14 d時就達到最大值，而葉片的相對電導率在干旱脅迫21 d才到達最大值，說明根部對水分脅迫比較敏感，而且復水后葉片的相對電導率恢復程度大于根系，說明葉片比根系的抗旱能力強。

葉綠素是植物光合作用的重要物質，也有助于清除過多的氧自由基，測定葉片中葉綠素含量，對評價植物受脅迫程度具有重要意義。植物受到干旱脅迫時，葉綠素含量也會發生相應的變化。有研究表明，水分脅迫時，葉綠素總量增加[22-23]，而本研究表明，干旱脅迫導致砂糖椰子葉綠素含量增加，可能是干旱脅迫激發了砂糖椰子葉綠素合成的某些酶類。

在植物基因組中，與這些指標對應的基因分布于不同位點上，因此調控這些物質合成和分解的基因對水分的敏感性程度不同，而且植物的抗旱性和水分的補償機制是由多種因素共同作用構成的一個復雜的調節機制，綜合性狀受多種因素的影響[24]。研究砂糖椰子對干旱脅迫和水分補償的特有生理變化，對植物的節水栽培管理提供實踐指導，也對未來深入開展植物抗旱分子機制和抗旱育種提供依據。

[1] SMITH B G. The effects of soil water and atmospheric vapour pressure deficit on stomatal behaviour and photosynthesis in the oil palm[J].JournalofExperimentalBotany， 1989， 40(6): 647-651.

[2] CHA-UM S， TAKABE T， KIRDMANEE C. Osmotic potential， photosynthetic abilities and growth characters of oil palm (ElaeisguineensisJacq.) seedlings in responses to polyethylene glycol-induced water deficit[J].AfricanJournalofBiotechnology， 2013， 9(39): 6509-6516.

[3] DJIBRIL S， OULD K M， DIOUF D， et al. Growth and development of date palm(PhoenixdactyliferaL.)seedlings under drought and salinity stresses[J].AfricanJournalofBiotechnology， 2005， 4(9): 968-972.

[4] GOMES F P， OLIVA M A， MIELKE M S， et al. Photosynthetic irradiance-response in leaves of dwarf coconut palm (CocosnuciferaL. ‘nana’， Arecaceae): Comparison of three models[J].ScientiaHorticulturae， 2006， 109(1): 101-105.

[5] LAKMINI W G D， NAINANAYAKE N P A D， DE COSTA W A J M. Biochemical changes of four different coconut(CocosnusiferaL.)forms under moisture stress conditions[J].JournalofAgriculturalSciences， 2006，2(3): 1-7.

[6] 陳思婷， 孫程旭， 曹紅星， 等.干旱脅迫對檳榔幼苗生理生化特性的影響[J]. 江西農業學報， 2009 (10): 70-72.

[7] GOMES F P， OLIVA M A， MIELKE M S， et al. Is abscisic acid involved in the drought responses of Brazilian Green Dwarf coconut？[J].ExperimentalAgriculture， 2009， 45(2): 189-198.

[8] 孫程旭， 曹紅星， 馬子龍， 等. 干旱脅迫對油棕幼苗生理生化特性的影響[J].西南農業學報， 2010， 23(2): 383-386.

[9] GOMES F P， OLIVA M A， MIELKE M S， et al. Osmotic adjustment， proline accumulation and cell membrane stability in leaves ofCocosnuciferasubmitted to drought stress[J].ScientiaHorticulturae， 2010， 126(3): 379-384.

[10] 曹紅星， 馮美利， 孫程旭， 等. 低溫及干旱脅迫對檳郎幼苗生理生化特性的影響[J]. 西南農業學報， 2010， 23(3): 832-835.

[11] 陳愛葵， 韓瑞宏， 李東洋， 等. 植物葉片相對電導率測定方法比較研究[J]. 廣東教育學院學報， 2010， 30(5): 88-91.

[12] 張文輝， 段寶利， 周建云， 等. 不同種源栓皮櫟幼苗葉片水分關系和保護酶活性對干旱脅迫的響應[J]. 植物生態學報， 2004， 28(4): 483-490.

[13] 崔秀敏， 王秀峰， 許衡. 甜椒穴盤苗對不同程度水分脅迫—復水的生理生化響應[J]. 應用與環境生物學報， 2006， 12(1): 5-8.

[14] SMIRNOFF N， CUMBES Q J. Hydroxyl radical scavenging activity of compatible solutes[J].Phytochemistry， 1989， 28(4): 1057-1060.

[15] ASHRAF M， FOOLOD M R. Roles of glycine betaine and proline in improving plant abiotic stress resistance[J].EnvironmentalandExperimentalBotany， 2007， 59(2): 206-216.

[16] 劉紅云， 梁宗鎖， 劉淑明，等. 持續干旱及復水對杜仲幼苗保護酶活性和滲透調節物質的影響[J]. 西北林學院學報， 2007， 22(3): 55-59.

[17] SILVA E N， FERREIRA S L， VIEGAS R A， et al. The role of organic and inorganic solutes in the osmotic adjustment of drought-stressed Jatropha curcas plants[J].EnvironmentalandExperimentalBotany， 2010， 69(3): 279-285.

[18] 康俊梅， 楊青川， 樊奮成. 干旱對苜蓿葉片可溶性蛋白的影響[J]. 草地學報， 2005，13(3): 199-202.

[19] 閻秀峰， 李晶， 祖元剛. 滲透脅迫對紅松幼苗保護酶活性及脂質過氧化作用的影響[J]. 生態學報， 1999，19(6): 850-854.

[20] 張寶石， 徐世昌， 宋鴻斌， 等. 玉米抗旱基因型鑒定方法和指標的探討[J]. 玉米科學， 1996，4(3): 19-22.

[21] 張海明， 王茅雁. 干旱對玉米過氧化氫， MDA含量及SOD， CAT活性的影響[J]. 內蒙古農牧學院學報， 1993， 14(4): 92-95.

[22] MAFAKHERI A， SIOSEMARDEH A， BAHRAMNEJAD B， et al. Effect of drought stress on yield， proline and chlorophyll contents in three chickpea cultivar[J].AustralianJournalofCropScience， 2010， 4(8): 580-585.

[23] NYACHIRO J M， BRIGGS K G， HODDINOTT J， et al. Chlorophyll content， chlorophyll fluorescence and water deficit in spring wheat[J].CerealResearchCommunications， 2001， 29(1/2): 135-142.

[24] 李云飛， 李彥慧， 王中華， 等. 土壤干旱脅迫及復水對紫葉矮櫻生理特性的影響[J]. 河北農業大學學報， 2008， 31(6): 78-82.

(責任編輯 侯春曉)

Physiological changes of Arenga pinnata to drought stress and re-watering process

RUAN Zhi-ping1，2

(1.XiamenBotanicalGarden，Xiamen361003，China; 2.PalmConservation&BreedingCenterofNationalForestryBureau，Xiamen361003，China)

To evaluate the physiological response ofArengapinnatato drought stress and re-watering process， activity of superoxide dismutase (SOD)， the contents of proline， soluble protein and malondialdehyde (MDA)， relative electrical conductivity and chlorophyll contents in the leaves and roots ofA.pinnatawere determined when the two-year seedlings were subjected to 0 (control)， 7， 14， 21 d drought stress， and 3， 6 d re-watering. The results showed as follows: The SOD activities in leaves varied significantly under different treatments， and SOD activities in roots under drought stresses and re-watering were significantly higher than those of the control. The contents of proline increased significantly under 21 d drought stress, and decreased drastically then. However， the contents of soluble protein in leaves and roots decreased significantly under 14 and 21 d drought stress， and increased drastically during re-watering process. MDA contents in leaves and roots showed the contrary change trends. The relative electrical conductivity in leaves and roots increased drastically under 14 and 21 d drought stresses, then decreased during re-watering process. The contents of chlorophyll increased and reached to the maximum under 21 d drought stress. The dynamic tendencies of proline content， soluable protein content and relative electrical conductivity in leaves were similar to those in roots. However， different change trends of SOD activities were observed in leaves and roots， which also for MDA contents. The physiological change trends indicated the synergistic effects in leaves and roots ofA.pinnatato drought stress and re-watering process.

Arengapinata; drought stress; re-watering; leaves; roots

http://www.zjnyxb.cn

10.3969/j.issn.1004-1524.2016.01.13

2015-06-29

廈門市科技計劃項目(3502Z20144071)

阮志平(1969—)，男，福建莆田人，博士，高級農藝師，從事園林植物適應性和推廣應用。E-mail：1923303823@qq.com

S667.4

A

1004-1524(2016)01-0074-05

浙江農業學報ActaAgriculturaeZhejiangensis， 2016，28(1):74-78

阮志平. 砂糖椰子對干旱和水分補償的生理變化[J]. 浙江農業學報， 2016， 28(1): 74-78.