雞蛋花對干旱脅迫的生理響應試驗初報

高靜雷，楊彩紅，唐自慧，孫 蓉*，劉 姍，鄭夢雪

（1.攀枝花學院生物與化學工程學院，四川攀枝花 617000；2.攀枝花市林業技術服務中心，四川攀枝花 617000）

由于全球氣候變暖、水資源短缺和土壤沙化等問題日漸嚴峻，干旱成為影響植物生長發育的主要非生物脅迫因素之一[1]。干旱通過破壞植物體內水分平衡使植物生長緩慢，甚至死亡[2]。植物為適應干旱脅迫形成了一系列應對策略，例如增厚葉表皮外壁角質層、減小氣孔導度、發展深層根系、提高滲透調節物質含量、增加抗氧化酶系活性、積累內源激素等[3-8]。全世界范圍內受到干旱脅迫的國家高達50多個，我國西北、華北和東北的大面積區域缺水嚴重[9]，生態環境脆弱，保護和挖掘耐旱植物種質資源，對旱區生態環境修復具有重要意義，研究植物耐旱性是必要手段。例如覃奎等研究了3 個不同種源池杉幼苗的抗旱性，發現浙江安吉的種源抗旱性最強，可用于抗旱池杉的育種[10]；盧海峰研究了干旱脅迫對紫花苜蓿生長和生理的影響，為其在旱區種植提供了參考[11]；付嬈等研究了耐旱植物心葉日中花對干旱脅迫的生理響應，闡述了其耐旱生理機制[12]。

攀枝花地處金沙江干熱河谷流域，光熱資源豐富，常年少雨，氣溫較高，是典型的干旱區域，在夏季地表溫度可達75 ℃，造林困難，導致該區域較多荒山荒地，水土流失嚴重，對長江流域中下游特別是三峽大壩存在著極大的負面影響。尋找適宜的植物是該區域生態修復的關鍵。2019 年攀枝花在典型干熱河谷地區紅格賴山上試點種植了5 萬多株雞蛋花，發現在經歷高溫和干旱后，其成活率仍達90%以上，加之其根系發達，生長速度快，固土效果好，對于治理土地石漠化有顯著效果[13]?？勺鳛楹祬^治理的一個有效植物。

雞蛋花（Plumeria rubra‘Acutifolia’）是夾竹桃科雞蛋花屬多年生落葉灌木或小喬木，來源于墨西哥以及西印度群島等美洲熱帶地區，因其花冠外白內黃而得名，具有較高的觀賞價值，可在高光、高溫或蔭蔽環境里正常生長[14]。雞蛋花耐旱，抗逆性好，但忌澇不耐寒，目前關于雞蛋花的研究主要集中于有效成分、引種、栽培及病蟲害等，鮮有與其耐旱特性相關的研究報道。基于此，本研究將雞蛋花作為旱區重要植被，通過盆栽控水模擬干旱，研究其受到干旱脅迫時的生理響應，為雞蛋花抗旱機理的研究奠定基礎，為該植物在旱區推廣應用提供依據，從而促進旱區的生態修復。

1 材料與方法

1.1 實驗材料及脅迫處理

選取攀枝花學院栽培的品種一致、莖高相同、生長健壯的雞蛋花，移栽于60 cm×60 cm 的盆缽中，一盆一株，土壤為種植地黃土壤，生境和栽培管理措施一致，栽培于攀枝花學院苗圃大棚（東經101°72'，北緯26°57'），海拔1 238 m。進行3 d 緩苗，3 d 后采用人工控水法模擬干旱脅迫，利用TDR150 便攜式土壤水分、溫度和電導率三參數速測儀（Spectrum，美國）監測含水量。在干旱處理前澆透水，然后將其分為4組，設置4個水平的持續性干旱處理，水平1（對照組）：土壤含水率15%～20%，水平2（低旱組）：土壤含水率12%～15%，水平3（中旱組）：土壤含水率8%～5%，水平4（重旱組）：土壤含水率低于5%[15]。每個處理5 株，生物學重復3 次。至達到重旱組水平后，取各處理相同部位的葉片，測定生理生化指標，技術重復3次。

1.2 生理指標測定方法

利用BoxBio（北京）公司的系列試劑盒，測定相應的指標。以植物葉綠素（Chlorophyll）含量檢測試劑盒測定不同處理下雞蛋花葉片葉綠素a、葉綠素b及總葉綠素含量的變化；參照丙二醛（MDA）含量檢測試劑盒利用巴比妥酸顯色法測定MDA含量；利用脯氨酸（Pro）含量檢測試劑盒以茚三酮顯色法測定Pro 含量；以植物可溶性糖含量檢測試劑盒通過蒽酮比色法測定可溶性糖含量；參照超氧化物歧化酶（SOD）活性檢測試劑盒以氮藍四唑法檢測SOD 活性變化，將黃嘌呤氧化酶偶聯反應體系中抑制百分率為50%時，反應體系中的SOD 酶活力定義為一個酶活力單位；以過氧化物酶（POD）活性檢測試劑盒中的愈創木酚法測定POD 活性，將每克組織在每毫升反應體系中每分鐘A470變化0.01定義為一個酶活力單位；利用過氧化氫酶（CAT）活性檢測試劑盒（紫外吸收法）測定CAT活性，將每克組織每分鐘催化1μmolH2O2降解定義為一個酶活力單位。

1.3 數據處理

采用Microsoft Excel 2019 整理數據并畫圖，SPSS 19.0進行方差分析和相關性分析。

2 結果與分析

2.1 干旱對雞蛋花葉片葉綠素含量的影響

由圖1 可知，干旱脅迫后雞蛋花葉片葉綠素含量呈下降趨勢。不同處理間差異顯著，在低旱時，與對照相比，總葉綠素含量降低5.6%；中旱時降低14.1%；重旱時降低29.8%。其主要原因是葉綠素a 含量的下降，與對照相比，重旱時葉綠素a 降低44.4%，而葉綠素b 下降幅度較小，與對照相比，重旱時葉綠素b 僅下降8.7%?？偟膩碚f，干旱導致雞蛋花葉片葉綠素合成受阻，含量下降。

圖1 干旱脅迫下雞蛋花葉片葉綠素含量的變化

2.2 干旱對雞蛋花葉片MDA含量的影響

由圖2 可知，隨著干旱脅迫程度的增加，MDA 含量呈上升趨勢，且不同處理間差異顯著。低旱時與對照相比其含量增加了19.3%，中旱時增加了31.9%，重旱時增加了43.0%，但在脅迫后期增加較為平緩，重旱較中旱僅增加了8.3%，說明干旱脅迫后雞蛋花葉片受到了一定損傷，細胞膜通透性增大，但其對干旱有一定的耐受能力，能通過自我調整的方式接受一定程度的干旱。

圖2 干旱脅迫下雞蛋花葉片MDA含量的變化

2.3 干旱對雞蛋花葉片滲透調節物質含量的影響

由圖3A 可知，雞蛋花葉片中游離脯氨酸含量，隨著干旱程度的增加而增加。在低旱時增加較為平緩，與對照相比增加了1.85%，后期幅度增大，重旱時相比對照增加了37.6%。圖3B 顯示，雞蛋花葉片中可溶性糖含量也與脅迫程度呈正相關，且逐步增加，低旱時較對照增加了22.3%，中旱時增加了36.4%，重旱時增加了49.7%。說明雞蛋花葉片在干旱脅迫下可通過積累可溶性糖、Pro 等滲透調節物質，降低細胞滲透勢，避免自身脫水，維持正常生命活動。

圖3 干旱脅迫下雞蛋花葉片滲透調節物質含量的變化

2.4 干旱對雞蛋花葉片抗氧化酶活性的影響

當植物遭受脅迫時會通過調節保護酶活性來抵抗脅迫，以維持正常的氧化代謝。如圖4 所示，隨著脅迫程度的增加，雞蛋花葉片中超氧化物歧化酶、過氧化物酶及過氧化氫酶活性均呈現上升趨勢。其中低旱時POD 變化幅度最大，SOD 與CAT 變化相近，分別為對照的1.53 倍，1.21 倍和1.32 倍；中旱時變化幅度為POD＞CAT＞SOD，分別是對照的2.01 倍、1.85 倍和1.47倍；重旱時與中旱趨勢相同變化幅度POD＞CAT＞SOD，分別是對照的2.44 倍、2.25 倍和2.04 倍?？偟脕碚f，三者均成一定倍數的上升趨勢，說明雞蛋花可通過啟動自身抗氧化酶系統，來抵御干旱脅迫產生的活性氧，且表現出較強的抗性。

圖4 干旱脅迫下雞蛋花葉片保護酶活性的變化

2.5 干旱脅迫下雞蛋花各生理指標相關性分析

雞蛋花響應干旱脅迫是不同的生理反應共同作用的結果，各生理指標之間具有一定的相關性和相互性。具體關系如表1所示：CAT活性和其他指標均呈顯著相關，其中與MAD 含量和POD 活性，呈極顯著相關；POD活性除與Pro含量外，均呈顯著相關；總葉綠素與葉綠素a含量呈極顯著正相關，與SOD含量呈極顯著負相關；MAD 含量與可溶性糖含量、POD 活性、CAT 活性均呈極顯著正相關；Pro含量與SOD活性及CAT活性呈顯著正相關。總的來說，葉綠素含量與其他指標呈現負相關，其余指標之間呈現正相關。在雞蛋花受到干旱脅迫時，一方面光合系統受到一定的破壞，致使葉綠素含量下降，另一方面通過增加滲透調節物質含量和保護酶活性來抵御干旱，致使相應物質含量提高。

表1 干旱脅迫下雞蛋花生理指標相關性分析

3 討論與結論

攀枝花市于2019年在紅格賴山以雞蛋花為先鋒樹種[16]，嘗試建立治理石漠化示范基地，成效顯著。雞蛋花除了作為景觀植物以外，還是一種藥食兩用的植物，具有清熱解毒、止咳化痰的作用，主治濕熱下痢、里急后重、肺熱咳嗽[17]。其花可泡茶或食用，還可以用于卷煙中降低有害成分和提高口感[18]。因此在旱區種植雞蛋花即達到治理生態的目的又可帶來一定的經濟效益。本研究探討雞蛋花響應干旱脅迫的生理生化機制，為其在旱區的推廣種植提供一定的參考。

環境脅迫會引起植物形態和生理層面的一系列變化，最終通過改變生理生化指標來適應脅迫[19]。干旱脅迫時植物往往會通過提高滲透調節物質含量、保護酶活性等來響應脅迫。例如任婧瑤等研究發現耐旱花生較敏感品種保護酶活性更高更穩定，游離脯氨酸含量隨干旱程度增加而增加[20]；付嬈等研究發現心葉日中花在遭受高鹽和干旱脅迫時，SOD、POD 和CAT 活性增強，MDA 含量大量積累，可溶性蛋白含量明顯增加，以此來降低環境對植物的危害[21]。盧海峰在研究鹽脅迫和干旱脅迫對紫花苜蓿生理的影響時發現，2種脅迫都會使苜蓿葉綠素含量降低，且隨干旱程度的增強下降幅度增大，推測干旱脅迫破壞了光合系統，導致葉綠素熒光參數發生變化[11]。本研究中，隨著雞蛋花干旱程度的增加，其葉片中葉綠素含量逐步下降，膜質過氧化指標MDA 含量上升，滲透調節物質Pro 和可溶性糖含量也增加，抗氧化酶系活性提高，研究結果與前人的基本一致，說明雞蛋花具有較強的耐旱性，與其在賴山試點結果一致。

總的來說，當雞蛋花受到干旱脅迫時，可通過提高滲透調節物質含量和提高抗氧化酶活性等方式來應對干旱，且耐旱效果較好，可作為修復干旱區環境的樹種。在本研究基礎上可進一步對其耐旱分子機制進行研究，挖掘耐旱相關基因，為通過基因工程育種培育耐旱植株提供材料。