两种锦带花品种对干旱胁迫的生理响应

2012-07-02刘晓东高春红

东北林业大学学报 2012年9期

刘晓东高春红王玲

(东北林业大学，哈尔滨，150040)

水分是干旱半干旱地区最重要的环境因子，对树木生长、存活、净生产力等具有极其重要的影响。在干旱半干旱区，降水少而集中，影响和限制该地区植物生长、分布及植被演替的因子主要是土壤水分及其有效性亏缺。随着经济的发展和人口的膨胀，水资源短缺现象日趋势严重，因此，近年来，对树木适应干旱生境机理的探讨已成为生物学研究的一个重要方向。本课题以‘金亮’锦带和‘宝石’锦带的1年生枝条为研究对象，通过PEG－6000胁迫试验，测定不同程度水分胁迫下生理生化指标的动态变化，其结果将为其在园林中推广应用提供理论基础。还可以为抗性育种的品种选择提供前期理论研究基础。近30 a，越来越多的人认为，用PEG模拟植物干旱逆境是可行的，相对分子质量400～20 000的PEG看来都是令人满意的渗透物［1］。PEG诱导水分逆境所得的效果与将土壤逐步干旱是一样的，所以PEG用于模拟土壤干旱来研究植物对水分亏缺的反应还是一种较为理想的渗透调节剂［2］。

1 材料与方法

试验于东北林业大学园林植物综合实验室进行，供试材料选取植物长势一致生长旺盛无病虫害的1年生‘金亮’锦带和‘宝石’锦带(‘金亮’锦带与白锦带花杂交所获得的新品种)枝条，植物材料来源于黑龙江省森林植物园，于2010年9月3日早上8点进行取材，分别选取树冠中下部向阳外围发育正常的1年生枝条(20～25 cm)，迅速放入材料袋后装入取样箱，带回实验室，插入容量为250 mL的三角瓶中，瓶中装入配制好20%PEG－6000溶液(150 mL·瓶－1)进行胁迫处理(用蒸馏水和聚乙二醇－6000 配制)，并于胁迫 0、6、12、24 h 时取其叶片，用自来水轻轻冲洗除去表面污物，再用蒸馏水冲洗2～3次后，用吸水纸轻轻吸干叶片表面水分，样本在液氮中速冻后在超低温冰箱中－70℃保存，3次重复。

指标测定方法:叶片相对含水量和叶片水分饱和亏缺参照郝再彬等［3］的方法;质膜相对透性测定采用电导率法［4］;蛋白质质量分数采用李合生［4］考马斯亮蓝G－250染色法测定;丙二醛(MDA)质量摩尔浓度采用硫代巴比妥酸显色法测定［4］;可溶性糖质量分数采用蒽酮比色法李合生［4］方法进行测定。

数据处理:所得数据用Excel2003整理后制表作图;数据分析采用Spss17.0软件。

2 结果与分析

2.1 PEG－6000胁迫对叶片相对含水量的影响

植物叶片相对含水量越高证明植物叶片持水力越强，吸收水分的能力越强，在干旱胁迫条件下的适应能力就越强。一般来说，植物组织的含水量越低，其吸水能力越弱，在水分胁迫条件下抗旱能力就越弱。‘金亮’和‘宝石’锦带花叶片含水量(RW，C)在PEG－6000胁迫后均逐渐下降，说明PEG－6000溶液对枝条的渗透胁迫影响了叶片细胞的水分生理过程，致使叶片失水。随着胁迫时间的延长，叶片相对含水量逐渐降低，这与汤章城［5］对藜幼苗的研究和赵黎芳等［6］对扶芳藤的研究结果相一致。经过处理的‘金亮’锦带和‘宝石’锦带的叶片相对含水量显著低于对照(P＜0.05)。在胁迫6 h后，‘金亮’锦带和‘宝石’锦带的叶片相对含水量分别为66.03%和66.32%，分别比对照下降了15.36%和12.87%;胁迫12 h后，‘金亮’锦带和‘宝石’锦带的叶片相对含水量分别是62.11%和62.35%，分别较对照下降了13.76%和17.00%;胁迫24 h后，‘金亮’锦带和‘宝石’锦带的叶片相对含水量较对照分别下降了21.77%和23.44%(表1)。方差分析表明，不同处理时间对叶片相对含水量的影响显著，处理组与对照组相比，差异显著(P＜0.05)。

2.2 PEG－6000胁迫对叶片质膜透性的影响

各种逆境伤害往往首先作用于质膜，膜透性的增大是膜系统受破坏的表现之一，膜透性增大的程度与逆境胁迫的强度有关，也与植物抗逆性的强弱有关，在干旱情况下，抗旱性较强的物种有较小的膜透性［7－8］。膜透性的测定常作为植物抗性研究的一个重要的生理指标［9］。随胁迫时间的延长，细胞膜透性总体呈上升趋势，这与袁小凤等［10］对马尾松的的研究结果相一致。在胁迫6 h后，‘金亮’锦带和‘宝石’锦带的电导率较对照有一个小幅上升;胁迫12 h后，经处理的‘金亮’锦带和‘宝石’锦带的电导率分别较对照上升了18.67%和12.17%;胁迫24 h后，‘金亮’锦带和‘宝石’锦带的电导率较对照上升了47.09%和22.96%(表1)。‘金亮’锦带和‘宝石’锦带在20%PEG－6000胁迫处理下的电导率均显著高于对照的(P＜0.05)。说明植物内部通过增加质膜透性来抵御外界不良环境，从而说明‘金亮’锦带和‘宝石’锦带对水分胁迫的适应。

表1 PEG－6000胁迫处理对两种锦带花生理指标的影响

2.3 PEG－6000胁迫对叶片可溶性糖质量分数的影响

从表1看以看出，PEG－6000胁迫处理下‘金亮’锦带的可溶性糖质量分数均高于对照。在胁迫6 h后，‘金亮’锦带花的可溶性糖质量分数较对照上升了27.27%，而‘宝石’锦带花较对照上升了20%;胁迫12 h后，‘金亮’锦带的可溶性糖质量分数较对照上升了31.4%，而‘宝石’锦带的可溶性糖质量分数则较对照下降了39.09%;胁迫24 h后，‘金亮’锦带的可溶性糖质量分数显著高于‘宝石’锦带花，‘金亮’锦带的可溶性糖质量分数为0.282 2%，较对照上升了67.98%，而‘宝石’锦带的可溶性糖质量分数为0.060 4%，较对照下降了70.38%。处理组与对照组相比，差异不显著(P＞0.05)。李吉跃等［11］在对太行山区主要造林树种耐旱特性的研究中表明，在一定胁迫范围内，叶片可溶性糖质量分数增加，随着进一步胁迫，可溶性糖质量分数又大幅度下降。

2.4 PEG－6000胁迫对叶片可溶性蛋白质量分数的影响

可溶性蛋白是植物体内重要的渗透调节物质，当植物受到水分胁迫时，植物体内会积累大量的可溶性蛋白。因此，可溶性蛋白的增加可以提高植物本身抵御不良环境的能力。从表1中可看出，PEG－6000胁迫下‘金亮’锦带可溶性蛋白质量分数呈现出总体的变化趋势是先升高后降低，而‘宝石’锦带花的变化趋势是下降、上升，后再下降。‘金亮’锦带花和‘宝石’锦带花在整个处理水平下的可溶性蛋白质量分数与对照的之间均差异不显著(P＞0.05)。‘宝石’锦带可溶性蛋白质量分数在胁迫12 h出现高峰，而后又继续下降。在胁迫24 h后，20%PEG－6000处理下的金亮锦带花可溶性蛋白质量分数较对照的下降了48.46%。在胁迫24 h后，两种锦带的可溶性蛋白质量分数均大幅下降，这表明了此时的胁迫可能已超出了两种锦带的耐受极限，使蛋白酶的活性迅速提高，加快了蛋白质水解。处理组与对照组相比，差异显著(P＜0.05)。

2.5 PEG－6000胁迫对叶片丙二醛质量摩尔浓度的影响

MDA是膜脂过氧化作用的产物之一，MDA质量摩尔浓度的高低反映了植物细胞遭受逆境伤害的程度和膜脂过氧化程度［12－13］。丙二醛产生数量的多少，能够代表细胞膜脂过氧化程度，可间接反映植物组织抗氧化能力的大小，进而用作鉴定植物抗旱性的指标。从表1可以看出，经过PEG－6000胁迫后的‘宝石’锦带的叶片丙二醛质量摩尔浓度呈现先降低后升高的变化趋势，而‘金亮’锦带的叶片丙二醛质量摩尔浓度呈现先降低后升高再降低的变化趋势。在胁迫开始时(0 h)，‘金亮’锦带的丙二醛质量摩尔浓度为 1.793 9 mol·g－1，显著高于‘宝石’锦带花的 1.280 3 mol·g－1;胁迫处理6 h后，‘金亮’锦带花的丙二醛质量摩尔浓度为1.214 9 mol·g－1，较对照下降了 33.24%，而‘宝石’锦带花的丙二醛质量摩尔浓度为0.826 6 mol·g－1，较对照下降了 34.86%;胁迫 24 h 后，‘金亮’锦带和‘宝石’锦带的丙二醛质量摩尔浓度分别为1.397 7 mol·g－1和 1.346 0 mol·g－1。‘金亮’锦带各处理下丙二醛质量摩尔浓度均低于对照，说明干旱胁迫造成了生物膜伤害。这与姚允聪等［14］对柿树的研究结果基本一致。

3 结论与讨论

在干旱胁迫下，‘金亮’锦带和‘宝石’锦带叶片生理生化指标发生一系列变化。试验表明，在正常条件下，‘金亮’锦带和‘宝石’锦带叶片具有较高的相对含水量，在受到干旱胁迫时，相对含水量呈逐渐下降趋势，说明PEG－6000胁迫对试材的渗透胁迫影响了叶片细胞的水分生理过程，致使叶片失水。细胞膜具有选择性，各种逆境伤害都会造成细胞膜选择透性的改变或丧失，导致大量离子外渗，从而使组织浸出液的相对电导率升高。本试验中随着胁迫时间的延长，‘金亮’锦带和‘宝石’锦带的电导率均持续升高，从而说明PEG－6000胁迫对两种锦带的水分生理产生了影响，以及‘金亮’锦带和‘宝石’锦带对水分胁迫的适应。

抗旱性越强，植物体内的可溶性蛋白质量分数越高［15］，但也有研究认为抗旱性强的植物在受到干旱胁迫后，其蛋白合成维持在比较稳定的水平，可溶性蛋白质量分数变化很小［16－17］。本研究表明PEG－6000胁迫下，‘金亮’锦带可溶性蛋白质量分数基本呈现先升高后降低的趋势，可溶性蛋白质量分数升高可能是因为在水分胁迫下促进某些特殊种类蛋白质的合成，即“逆境蛋白”或“胁迫蛋白”合成的结果，在胁迫后期可溶性蛋白质量分数减小，可能是因为“胁迫蛋白”的调节能力有限。

本试验中PEG－6000胁迫下，‘金亮’锦带叶片可溶性糖质量分数总体呈先上升后下降的趋势，这与程智慧等［18］对水分胁迫下番茄幼苗影响的研究中的结果一致，在短期胁迫内可溶性糖的增加提高了细胞的抗脱水能力，可以减缓干旱对其的伤害。抗旱性强的植物MDA质量摩尔浓度增幅小［19］，本研究中，PEG－6000 胁迫下，‘宝石’锦带丙二醛质量摩尔浓度呈先下降后上升的变化趋势，而‘金亮’锦带丙二醛质量摩尔浓度却是呈下降—上升—下降的变化趋势，其生理机制有待进一步研究。

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