水分胁迫对桂花幼苗生长及保护酶的影响

夏伟琦 ，常慧萍，邢文会，杨 雪 ，王 丁

（1.河南省舞钢市国有石漫滩林场，河南舞钢462500；2.河南教育学院，河南郑州450046）

水分是限制植物生长发育的重要因子，抗旱性是植物的一个重要生理指标，水分胁迫下植物细胞产生大量的活性氧，引起细胞膜出现过氧化作用，导致细胞膜系统发生变性，严重影响植株的生长发育[1]。生物体经过长期进化，形成复杂和完善的酶类及非酶类抗氧化保护系统以清除活性氧[2]。各酶协调的综合作用对整个保护酶系统的防御能力起着决定作用。桂花（Osmanthus fragrans Lour.）属木犀科木犀属常绿木本植物，为我国十大传统名花之一，也是重要的经济树种，被广泛应用于酿造、茶叶加工、食品和饮料中。该研究通过盆栽试验，探讨不同程度水分胁迫下桂花幼苗的生理生化响应，分析幼苗的抗旱能力，以期为桂花的水分管理和抗逆性栽培提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料

桂花苗木为生长健壮、长势一致的2年生扦插苗。土壤取自林地，有效氮、磷、钾含量分别为202.5、14.7、91.6mg/kg，有机质含量为 15.3g/kg，pH 6.6。

1.2 方法

1.2 ．1 试验设计。试验在舞钢市石漫滩林场苗圃进行。试验设计5个水分胁迫梯度，分别为土壤田间持水量的 10%（A1）、25%（A2）、40%（A3）、55%（A4）、70%（A5，CK）。将苗木移栽到 16.0 cm×17.5 cm×13.0 cm的加仑盆中，每盆装土2.5 kg，每处理3个重复，每重复5盆，共15盆。按试验要求进行水分胁迫处理，每天8：00采用称重法补水、控水并记录，试验期间除土壤水分明显差异外其他管理相同，确保土壤田间持水量控制在设定范围内。水分胁迫处理开始后分别于第1天、第10天、第20天采集2～3轮完整的功能叶，每处理采集10棵植株叶片作为混合样品，测定各项生理指标。生物量指标在水分胁迫试验结束后测定。

1.2.2 测定指标与方法。

1.2.2.1 生物量的测定。试验结束后，测定各处理桂花苗地下部分根鲜重、地上部分茎叶鲜重，然后80℃烘干至恒重，再分别测定各部分的干重。根据公式：根冠比＝根干重/地上部分干重，计算根冠比。

1.2.2.2 生理生化指标的测定。采用氮蓝四唑法测定超氧化物歧化酶（SOD）活性[3]；采用愈创木酚显色法测定过氧化物酶（POD）活性[4]；采用硫代巴比妥酸法测定丙二醛（MDA）含量[3]。

1.2.3 数据处理。采用Excel 2013软件对试验数据进行分析。

2 结果与分析

2.1 水分胁迫对桂花幼苗生物量的影响

在不同程度的水分胁迫下，桂花幼苗生物量与根冠比见表1。A1、A2、A3、A4和A5（CK）处理下，桂花幼苗总生物量分别为 7.26、8.21、9.87、11.47、12.02 g，各处理为对照的60.4%、68.3%、82.1%和95.4%，说明水分胁迫抑制桂花幼苗的生长，抑制程度与水分胁迫强度有关，重度水分胁迫的A1处理最显著。不同程度的水分胁迫，影响桂花幼苗生物量的分配，根冠比反映了植物地下部分与地上部分的相关性。各种处理下，根冠比为A1＞A2＞A3＞A4＞A5（CK），随水分胁迫程度增加，根冠比增大，说明在水分匮乏时，植物通过促进根系生长增大根冠比，增强其抗逆性。

表1 水分胁迫下桂花幼苗的生物量和根冠比

2.2 水分胁迫对桂花幼苗叶片SOD活性的影响

不同程度水分胁迫下桂花幼苗叶片SOD活性的变化见图1。由图1可以看出，不同处理SOD的活性均呈现“升高-降低”的变化趋势，变化幅度因水分胁迫程度各异。水分胁迫第 10 天时，A1、A2、A3、A4各处理叶片的SOD活性较第l天分别升高了110.2%、103.7%、69.0%、43.7%，说明干旱程度大，SOD活性提高更迅速，清除自由基的能力加强。第20天时，各处理的SOD活性急剧下降，较第10天时分别下降了68.6%、55.7%、40.1%、21.6%，表明随着胁迫时间的延长，自由基大量增加，SOD迅速被消耗，活性下降。A1处理SOD活性的升高（110.2%）和下降（68.6%）表现最为显著，而正常水分供应情况下A5（CK）处理的SOD活性变化不显著（比第1天升高了18.6%）。

图1 水分胁迫下桂花幼苗叶片SOD活性的变化

2.3 水分胁迫对桂花幼苗叶片POD活性的影响

水分胁迫下，桂花幼苗叶片POD活性的变化见图2。由图2可知，POD的活性在不同处理下均呈现“升高-降低”的变化趋势，变化幅度与水分胁迫程度有关。水分胁迫第 10 天时，A1、A2、A3、A4各处理叶片的 POD活性较第 l天升高了 177.3%、136.8%、76.0%、22.6%，说明水分胁迫程度越大，POD活性提高越快。第20天时，各处理的POD活性趋于下降，较第 10天时分别下降了 30.0%、21.6%、15.4%、10.5%，表明随着水分胁迫程度的增加，胁迫时间的延长，POD活性下降较快。A1处理POD活性的升高（177.2%）和下降（30.0%）表现最为明显。而正常水分供应情况下，A5（CK）的POD活性变化不显著，比第1天升高了15.1%。

图2 水分胁迫下桂花幼苗叶片POD活性的变化

2.4 水分胁迫对桂花幼苗叶片MDA含量的影响

桂花幼苗叶片MDA活性受水分胁迫的影响见图3。由图3可知，在水分胁迫下，桂花幼苗叶片MDA含量随着水分胁迫程度的增加和时间的延长而增大。A1、A2、A3、A4各处理的第 20 天较第 1 天，MDA分别增加了65.7%、57.6%、46.9%、17.1%，分别比对照增加了70.6%、52.9%、38.2%、20.6%，说明水分胁迫程度越大，细胞膜脂过氧化程度越强，对植物的毒害越大。

图3 水分胁迫下桂花幼苗叶片MDA含量的变化

3 结论与讨论

普遍认为，水分胁迫是限制植物生长的重要逆境因子，影响植物光合产物的生产、运输、积累与分配。当土壤水分含量降低时，光合产物更多地向根系分配以促进植物生长。研究表明，根系发达程度与抗旱性呈正相关，根冠比大可作为选择抗旱品种的形态指标[5]。SOD和POD是植物体内负责清除自由基和活性氧的主要酶类。水分胁迫下，桂花叶片SOD和POD的活性呈现出“升高-降低”的模式，说明水分胁迫短时间内可能激发桂花叶片的防御机制，诱导植物合成更多的SOD和POD来清除体内产生的自由基和活性氧，使其免受干旱伤害[6]。但桂花通过提高SOD和POD活性增加其抗干旱能力有限，当水分胁迫到达一定程度时，SOD和POD活性就开始下降。SOD和POD活性的变化趋势基本一致，说明在桂花的抗旱机制中，SOD和POD是协同作用的。MDA是膜脂过氧化的产物之一，在细胞内含量反映了脂质过氧化强度和膜系统受伤害的程度，是逆境生理中的一个重要指标。轻度水分胁迫桂花叶片内MDA含量较低，是植物自身防御的结果，重度水分胁迫叶片受害较明显，叶片MDA含量略有所增加。

[1]吴志华，曾富华，马生健，等.水分胁迫下植物活性氧代谢研究进展（综述Ⅰ）[J].亚热带植物科学，2004，33（2）：77-80

[2]赵丽英，邓西平，山仑.活性氧清除系统对干旱胁迫的相应机制[J].西北植物学报，2005，25（2）：413-418

[3]赵世杰，史国安，董新纯.植物生理学实验指导[M].北京：中国农业科学技术，2002.

[4]汤章城，魏家绵，陈因，等.现代植物生理学实验指南[M].北京：科学技术出版社，1990.

[5]杨洪强，贾文锁，张大鹏.水分胁迫下湖北海棠根系脂氧合酶活性与 ABA 积累的关系[J].植物学报，2000，42（3）：244-248.

[6]徐广平，何成新，李先琨.园林植物桂花叶片矿质元素及生理特征对冬季异常低温的响应[J].核农学报，2013，27（3）：365-372.