龙牙百合叶片与鳞茎对干旱胁迫生理响应的研究

魏传斌，覃芸，张凤银，张萍

（江汉大学生命科学院，湖北武汉，430056）

龙牙百合（Lilium longiflorumThumb.）原产我国台湾、琉球群岛。现作为切花，在世界各地广泛种植。同时由于鳞茎富含淀粉、蛋白质、脂肪以及人体所需的各种维生素和矿物质而成为我国的三大食用型百合之一，在江西、湖南等地作为经济作物有大面积栽培。

水分亏缺在造成植物的生长停滞、受伤和死亡上，相比其他因子更为重要。随着全球气候变暖，水资源短缺，对耐旱品种选育的需求越来越迫切。由于生理指标能充分表现作物的抗旱性[1]，因此，测定抗旱生理指标成为筛选抗旱品种的重要手段。

百合喜温暖湿润和阳光充足的环境，而忌干旱或过湿、酷暑的条件。本试验试图通过人工控制干旱对龙牙百合进行胁迫，分析研究不同强度的干旱胁迫对龙牙百合产生的影响，比较叶片与鳞茎对干旱胁迫的生理响应的差异，以探索百合的耐旱性评价的有效方法，为百合抗旱品种筛选提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

本试验所用龙牙百合为百合种植户提供的由鳞茎繁殖的幼苗，盆栽（直径30 cm塑料盆，栽培土为农田壤土）于江汉大学现代植物技术研究所苗圃，进行常规的栽培管理。待植株长至20~25片叶时进行试验。

1.2 人工模拟干旱胁迫处理

将盆栽正常生长的龙牙百合放置在与地面隔离的苗圃，进行正常的水肥管理。试验开始时，停止浇水，避免自然降水浇淋。利用土壤水分的自然挥发和植株的蒸腾吸收，土壤含水量逐步下降，逐步对试验材料形成不同强度的干旱胁迫，同时对土壤含水量、材料（选用茎秆中部长势较好的叶片和用鳞茎繁殖的植株基部中层鳞片）的脯氨酸含量、丙二醛含量、还原性糖含量等进行测定 （每次测定选在上午10：00开展，一般隔日进行。指标在每次测定中重复6次，取平均值）。

1.3 生理指标的测定方法

①土壤含水量的测定 采用烘干法测定[2]，取栽培盆原土 （距表层3~4 cm）20 g左右，105℃连续烘干8 h。

土壤含水量 （%）=[（土壤湿物质量-土壤干物质量）/土壤湿物质量]×100%（以 A，B，C，D，E，F，G 分别表示土壤 23.3%，20.1%，14.2%，10%，8.3%，7.3%，6.4%的含水量）。

②游离脯氨酸（Pro）含量的测定 采用磺基水杨酸法测定[3]。取鲜叶片（或鳞茎）0.5 g，3%磺基水杨酸沸水抽提，2.5%酸性茚三酮显色，4 mL甲苯萃取，在520 nm处比色。

③丙二醛（MDA）含量的测定 采用硫代巴比妥酸法测定[3]。取鲜叶（或鳞茎）0.5 g，5%三氯乙酸提取，加0.67%硫代巴比妥酸在沸水浴中煮沸20 min，冷却后离心，在450、532和600 nm处比色测定。

④还原性糖的测定 采用菲林试剂比色法测定[4]。取鲜叶（或鳞茎）3 g，匀浆，去杂质（主要是蛋白质），保温 30 min（80℃），蒸馏水定容（100 mL），过滤。 取样液（6 mL），加菲林试剂（4 mL），以试剂参比，在 590 nm处比色。

2 结果与分析

2.1 干旱胁迫下龙牙百合叶片和鳞茎几种生理指标的变化

将测定并通过计算得到的龙牙百合叶片、鳞茎单位质量脯氨酸含量、丙二醛含量、还原性糖含量分别对干旱胁迫强度（土壤含水率）绘制成如下图1，图2，图3，可以直观地观察3种指标在干旱胁迫强度增加时的变化过程。

2.2 龙牙百合叶片和鳞茎在不同强度干旱胁迫下的几种生理指标的响应

根据试验者的相关研究获得的成果（龙牙百合的耐旱性鉴定指标体系和耐旱性评价，已经确定近期在有关学术期刊上发表），将龙牙百合在本试验中的干旱强度分为轻度胁迫（-B，长势基本不受影响）、中度胁迫（B-E，长势稍差，复水后基本恢复生长）、重度胁迫（E-F，地上部长势受到严重影响。复水后能复活，但长势差）、致死性胁迫（F-，地上部叶片发黄、卷曲、枯死，复水后地上部也不能存活，鳞茎进入休眠状态）等几个阶段。

①不同强度干旱胁迫下丙二醛的响应 由图1可知，轻度胁迫时，叶片和鳞茎丙二醛含量均表现为上升。鳞茎的上升幅度较小，但叶片丙二醛含量上升速度较快，上升所达水平高。

中度胁迫期间，鳞茎丙二醛上升态势与轻度胁迫相似，后期上升速度稍快，而叶片丙二醛先快速上升，中后期下降，后期又有一定的升高。

重度胁迫期间，叶片丙二醛含量前期继续上升，后期有所下降，此时，鳞茎前期丙二醛含量有所下降，后期有所上升。

致死性胁迫期间，叶片和鳞茎的丙二醛含量趋向接近。

叶片中丙二醛的含量及其变化与干旱胁迫强度之间的关系存在显著的相关关系，而鳞茎丙二醛含量及其变化与胁迫强度的相关关系较小。

②不同强度干旱胁迫下脯氨酸的响应 由图2可知，轻度胁迫时，叶片和鳞茎脯氨酸均表现为上升，上升速度和所达水平相近。

中度胁迫期间，前期叶片和鳞茎脯氨酸上升态势与轻度胁迫期间相似，中度胁迫中期均有所下降，两者的下降态势也相似；在后期，叶片脯氨酸含量快速下降，鳞茎脯氨酸水平的变化不大。

重度胁迫时，鳞茎脯氨酸含量有轻微上升，基本维持较高水平，此时，叶片脯氨酸含量变化幅度较小，也维持较低水平。致死性胁迫期间，叶片脯氨酸含量下降，达到极低水平。鳞茎脯氨酸含量依然较高。

总体而言，在不同强度的胁迫下，叶片脯氨酸的含量及其变化值较大，而鳞茎脯氨酸变化相对较小。

③不同强度干旱胁迫下还原性糖的响应 由图3可知，叶片和鳞茎在不同强度干旱胁迫下还原性糖的响应规律相似。轻度胁迫到中度胁迫前期，还原性糖含量下降。中度胁迫中期有所上升。中度胁迫后期又有所下降。重度胁迫和致死性胁迫期间，鳞茎还原性糖含量变化不大，而叶片还原性糖含量有所下降。

总体而言，无论是叶片还是鳞茎，还原性糖含量对不同强度的干旱胁迫的变化值较小。

3 讨论

植物在逆境条件下会发生膜脂过氧化反应，丙二醛（MDA）是膜脂过氧化的最终产物之一，其含量变化常用来反映植物所受胁迫的伤害程度[5]。由图1可以看出，干旱胁迫强度持续增加的条件下，MDA含量总体趋势是随着胁迫强度而上升，但其含量与胁迫强度并非呈正相关关系，即MDA的含量不能直接反映植物所受胁迫的伤害程度。丙二醛的下降与脯氨酸积累，SOD等对细胞膜系统的保护，减缓膜脂过氧化作用有关。所以，植株体内丙二醛含量水平的高低，是植物受环境不良因子的胁迫程度与通过自身应急反应达到自身保护的2种因素的平衡结果。与王霞等[6]研究发现，干旱胁迫下，8种柽柳MDA含量均增加，但MDA含量并非随胁迫程度的加剧而持续增加，其间有一个下降的过程，是一致的。

胁迫条件下，植物能通过自身的适应调节机制，积累脯氨酸，达到自身保护作用[7]。但当胁迫强度超过了植物的生理耐受范围时，则会对脯氨酸合成代谢带来影响，造成对机体的伤害。脯氨酸积累下降，对自身的保护作用下降，脯氨酸维持较低水平，基本上失去对细胞的保护，胁迫反应的终极结果是机体受到不可逆转的伤害而走向死亡。

叶片和鳞茎是龙牙百合的重要的营养器官，但它们对龙牙百合机体的作用和生理功能是不同的。叶片主要承担了光合作用、蒸腾作用、气体交换等作用，叶片的新陈代谢旺盛，同时也对各种环境因素比较敏感。鳞茎是龙牙百合重要的贮藏与无性繁殖器官，对环境因子的耐受力强，由于叶片与鳞茎的这些差异，使得它们在干旱胁迫强度持续增加的条件下，生理指标响应表现出较大的差异。

4 小结

植物对干旱胁迫的生理响应是多方面的。植物的抗旱机理也十分复杂，它是受许多形态解剖结构和生理生化特性控制的复合性状[8]。单一的耐旱性鉴定指标不足以充分反映植物对干旱的综合适应能力，只有采用多项指标的综合评价，才能较准确的反映植物的抗旱特性。有研究表明，在水分受限制时，抗旱的转基因作物表现出的抗旱性正是基于叶绿素含量等指标的变化[9]。

通过试验者的反复研究，发现植物不同的器官对干旱胁迫的响应是不同的，同一器官的几种生理指标对干旱胁迫的响应也存在较大的差异。①在龙牙百合的耐干旱试验中，与鳞茎（片）比较，叶片是较好的用于耐旱性评价分析的材料，它能较好地反映出百合对干旱胁迫的生理响应。②在多方面的耐旱性鉴定指标中，丙二醛和脯氨酸是较好的鉴定指标，它们对干旱胁迫强度的响应性好。但丙二醛和脯氨酸含量不能直接反映机体受伤害的程度和胁迫强度，所以，任何简单地通过测定丙二醛含量和脯氨酸含量来评价植物的耐旱能力都是片面的。

需要指出的是，本结论的得出是建立在本试验基础上。本试验选择丙二醛含量、脯氨酸含量、还原性糖含量作为研究的主要指标，是基于试验者在相关的研究中得到的结论以及前人研究的结果。这几项指标是百合在干旱胁迫下较为敏感的指标。但是要获得更为科学的耐旱性鉴定的指标体系和耐旱性评价方法，还需要扩大干旱胁迫响应生理指标的研究范围。另外，试验者还发现，植株的同一器官在不同的发育时期，对干旱胁迫的生理响应也存在差异，还需进一步深入探讨。

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