PEG—6000模拟干旱胁迫对朝鲜落新妇的影响

冯艳秋　岳桦

摘要：研究了朝鲜落新妇对模拟干旱胁迫的响应特征，为其园林应用提供科学依据。人工模拟干旱胁迫以不同梯度质量分数（10%、20%、30%）的PEG-6000处理，对其形态、叶片含水量、电导率、MDA含量、SOD活性、可溶性蛋白含量的变化进行相关分析。结果表明：以10%、20%、30%PEG一6000胁迫30h后，朝鲜落新妇均受到不同程度的伤害，其中20%、30%处理分别在胁迫18、12h时失去观赏价值；随着PEG-6000质量分数的增加和胁迫时间的延长，叶片相对含水量逐渐减少，而叶片电导率、MDA含量显著增加；叶片电导率与MDA含量呈正相关，与SOD活性呈负相关；SOD活性先上升后下降，并与MDA含量呈负相关；可溶性蛋白与叶片含水量、细胞膜透性、MDA含量、SOD活性的相关性不显著。朝鲜落新妇在轻度干旱胁迫下，于0～18h内具有自我调节能力；而在重度干旱胁迫下，于0～12h内具有自我调节能力。随着胁迫时间的延长，将对植株造成不可逆的伤害。

关键词：朝鲜落新妇；聚乙二醇；干旱胁迫；形态指标；生理生化

中图分类号：Q945.78 文献标志码：A 文章编号：1002-1302（2015）05-0184-03

朝鲜落新妇（Astilbe koreana）为虎耳草科落新妇属，多年生宿根草本花卉，耐寒，是园林中低维护类花卉，自然分布于朝鲜、日本、中国大部分地区、缅甸、美国等地。水分是影响植物生长的主要环境因子之一。近年全球气候变化使得干旱问题日趋严重，干旱已成为制约城市景观和城市绿化的重要生态问题。朝鲜落新妇具有广泛的应用价值，国内外学者对落新妇属植物的形态、品种评价、光合特性、栽培及应用等方面进行相关研究。因其植株体内含有岩白菜素等重要化合物，其药用价值的开发取得了较大进展，但对其抗旱性的研究尚有欠缺。干旱环境下，植物体内将产生一系列生理变化来适应干旱胁迫。本研究以聚乙二醇（PEG-6000）人工模拟干旱胁迫，测定朝鲜落新妇相关生理指标的变化，对其抗旱性进行评价，为其在干旱环境下的应用提供依据。深入了解植物抗旱特性，探讨植物可能的抗旱机理，为朝鲜落新妇的抗旱生理研究奠定基础。

1.材料与方法

1.1供试材料

2012年5月于辽宁本溪引进多年生朝鲜落新妇种苗，种植于东北林业大学园林花圃，并进行正常田间管理。2014年3月，将朝鲜落新妇从苗圃地中上盆移入温室中。2014年5月，选取长势良好、株高一致、无病虫害的植株120株，平均分为4组，每组30株。

1.2试验万法

PEG-6000胁迫处理：2014年5月5日将朝鲜落新妇移出，用清水洗净根部泥土，移入装有自来水的500mL锥形瓶中进行无土栽培。适应3d后，将其移入不同质量分数的PEG一6000溶液中进行模拟干旱胁迫，设3个PEG-6000浓度梯度：10%、20%、30%，并以蒸馏水为对照。试验环境较稳定，平均温度为23℃，平均湿度为57%。试验开始岳分别于0、6、12、18、24、30h剪取叶片进行生理指标的测定，每个处理设3次重复，干旱胁迫30h后复水，并于复水后72h采样测定相同指标，观察其恢复情况。

形态指标采用萎蔫指数评价法测定；叶片相对含水量采用烘干法测定；细胞膜透性采用电导率法测定；SOD活性采用氮蓝四唑法测定；MDA含量采用硫代巴比妥酸TBA显色法测定。

1.3数据分析

所有试验数据采用Excel软件和SPSS17.0软件进行统计分析。

2.结果与分析

2.1干旱胁迫对朝鲜落新妇形态指标的影响

根据干旱胁迫过程中朝鲜落新妇植株形态的总体变化特征，将植株的萎蔫指数划分为5个级别：0级，植株株型整齐，叶片鲜绿，自然外展，饱满坚挺；1级，叶片开始萎蔫，质地变软，嫩叶下垂；2级，成熟叶片下垂，叶缘变软微卷，叶色减淡；3级，叶片失水，呈黄绿色，叶缘干枯；4级，叶片严重卷曲下垂，叶色发黄，叶片干枯，未脱落。由图1可知，不同质量分数的PEG一6000胁迫处理后，朝鲜落新妇的形态变化为：CK处理的植株在胁迫0～30h均为0级；PEG-6000质量分数为20%、30%处理的植株在6h达到1级萎蔫指数；10%、20%、30%处理的植株达到2级萎蔫指数所需时间分别为24、18、12h；20%、30%处理的植株于30h达到3、4级萎蔫指数，而10%处理达到3级萎蔫指数。复水后，10%、20%、30%处理下的受损叶片和植株形态没有恢复，但10%、20%处理有新嫩叶长出。

不同质量分数的PEG-6000人工干旱胁迫处理，使朝鲜落新妇植株，形态均发生了变化，其萎蔫指数随着干旱胁迫时间的延长而上升，且上升速度随PEG-6000浓度的升高而加快。萎蔫指数与胁迫时间、胁迫浓度均呈极显著正相关（图1）。

2.2干旱胁迫对朝鲜落新妇叶片相对含水量的影响

叶片相对含水量反映了植物体内赖以生存的水分状况。由表1可知，在不同质量分数的PEG一6000处理下，朝鲜落新妇叶片相对含水量随处理时间的延长而降低，降低幅度随浓度的增大而增加。叶片相对含水量与胁迫时间（r=-0.952）、胁迫浓度（r=-0.998）均呈极显著负相关。在0～12h，10%PEG-6000处理植株叶片相对含水量下降幅度较小；在18、24h，下降幅度分别为10.00%、19.91%。20%、30%的PEG-6000处理植株，叶片相对含水量总趋势一直下降。比较而言，不同PEG-6000浓度处理下的植株相对含水量降幅从小到大依次为10%<20%<30%，并于30h时达到最低，与对照相比差异显著，降幅分别为41.33%、52.67%、57.31%。72h复水后，各浓度PEG-6000处理下的植株叶片相对含水量均有上升，与复水前相比，叶片相对含水量均未达到对照水平。endprint

2.3干旱胁迫对朝鲜落新妇细胞膜透性和MDA含量的影响

电导率可反映原生质膜受伤害的程度，随着胁迫时间的延长，朝鲜落新妇的电导率逐渐升高。由表2、表3可知，电导率与胁迫时间（r=0.716）、胁迫浓度（r=0.998）均呈极显著正相关。用PEG-6000胁迫0～12h，10%（轻度胁迫）、20%（中度胁迫）处理的电导率缓慢上升，0～24hMDA含量缓慢增加；而12h后，10%、20%、30%胁迫处理的电导率及MDA含量急剧升高，明显大于对照组，复水后电导率与叶片MDA含量均所昕下降，但未恢复到对照水平。由此可见，轻度胁迫及胁迫初期，朝鲜落新妇能够主动进行生理调节，其自身的渗透调节发挥作用，以维持自身代谢平衡，这种调节在一定程度上减弱了干旱对电导率的影响。重度胁迫及胁迫末期，植物体内代谢紊乱，质膜被严重破坏，离子大量外渗导致MDA含量不断升高，抗旱能力下降。及时复水可缓解植株受到的伤害，但无法恢复到正常值，质膜损害难以恢复，基本丧失抗旱能力。叶片MDA含量与胁迫时间呈极显著正相关（r=0.931），与胁迫浓度呈显著正相关（r=0.998）。

2.4PEG-6000模拟干旱胁迫对朝鲜落新妇SOD活性的影响

目前普遍认为，干旱胁迫会破坏植物细胞内活性氧产生与清除之间的动态平衡，在细胞受到干旱胁迫损害时，SOD能有效清除超氧离子，防止细胞膜脂受损。由表4可知，SOD活性随胁迫时间的延长呈先增强间减弱的趋势。说明低浓度处理、短时间干旱胁迫可增强朝鲜落新妇SOD的活性；高浓度处理、长时间干旱胁迫会抑制抗氧化酶的活性，使其活性减弱。10%PEG-6000处理的朝鲜落新妇在0～12h内SOD活性逐渐增强，12h后先减弱后增强，复水后SOD活性减弱；20%、30%PEG-6000处理的朝鲜落新妇在O～18h内SOD活性呈增强趋势，18～30h逐渐减弱，复水后SOD活性逐渐增强。干旱胁迫下SOD活性呈先增强后减弱的趋势，在低质量分数、短时间干旱胁迫范围内，植株通过增加自身酶的活性来调节平衡，使其适应干旱胁迫的能力增强。如果胁迫超过一定耐受范围，其保护酶的活性会逐渐减弱，朝鲜落新妇耐旱能力随之减弱，由此表明：朝鲜落新妇对PEG-6000胁迫的抗旱性有一定局限性；SOD活性与胁迫浓度、胁迫时间均无显著相关性。

2.5PEG-6000模拟干旱胁迫对朝鲜落新妇可溶性蛋白的影响

植物细胞内可溶性蛋白含量的增加，是其适应干旱胁迫的一种表现。由表5可知，0～12h内，在10%、20%、30%PEG一6000胁迫下，朝鲜落新妇可溶性蛋白的含量逐渐增加，12h后波动性上升；在胁迫后12h，各浓度处理的可溶性蛋白含量与对照组均呈极显著差异，分别为对照的146.64%、233.19%、253.78%。在此期间，细胞中产生抗逆性蛋白，导致可溶性蛋白含量增加。12h后，各浓度处理的可溶性蛋白含量均开始下降，表明干旱胁迫导致蛋白质分解并阻碍蛋白质的合成。复水后，不同质量分数处理下的可溶性蛋白均有不同程度上升。可溶性蛋白含量与胁迫浓度、胁迫时间均无显著相关性。

2.6PEG-6000干旱胁迫下朝鲜落新妇叶片5项指标的相关性分析

由表6可知，相对含水量与电导率、MDA含量呈极显著负相关（P<0.01），与SOD活性呈显著正相关（P<0.05）；电导率与MDA含量呈极显著正相关（P<0.01），与SOD活性呈极显著负相关（P<0.01）；SOD活性与MDA含量呈极显著负相关（P<0.01）。

3.结论与讨论

PEG-6000模拟干旱胁迫朝鲜落新妇试验中，不同质量分数PEG-6000胁迫均对朝鲜落新妇植株产生不同程度伤害，其植株形态和生理指标均受到不同程度的影响。相比较而言，质量分数为10%的PEG-6000胁迫对朝鲜落新妇的伤害最小，并可通过自身调节能力保持相对正常的生长状态。朝鲜落新妇经20%、30%PEG-6000胁迫处理后，植抹分别于18、12h逐渐失去观赏特性，叶片含水量逐渐减少；而其相对电导率呈递增趋势，且MDA含量逐渐递增；SOD活性呈先增强后减弱的趋势，可溶性蛋白含量先增加后逐渐下降。复水后，各指标均有恢复现象。

综合比较6项生理指标的相关性分析，相对含水量与电导率、MDA含量呈极显著负相关，与SOD活性呈显著正相关；电导率与MDA含量呈极显著正相关，与SOD活性呈极显著负相关；SOD活性与MDA含量呈极显著负相关。表明PEG-6000模拟干旱胁迫下，朝鲜落新妇自身生理调节功能失衡，出现膜脂过氧化的现象，离子大量外渗导致MDA含量不断增加，又反作用于抗氧化酶，抑制酶活性，减弱酶系统的基本功能。当朝鲜落新妇受到胁迫时，植物体内的保护酶系统发挥作用，进行自我防御。在胁迫过程中SOD活性先增强后减弱，在质量浓度为10%、短时间PEG-6000胁迫下，朝鲜落新妇通过增加酶的活性调节平衡，使其适应干旱胁迫。当PEG-6000质量浓度为30%时，超过自身的耐受范围，植物体内代谢紊乱，SOD活性逐渐减弱。

朝鲜落新妇在胁迫初期具有自我调节能力，但随着胁迫时间的延长，对植株具有不可逆的伤害，因而最终胁迫致死。endprint