辽河保护区五种委陵菜在PEG胁迫下渗透调节物质可溶性蛋白质与脯氨酸变化

2016-10-19李楠孙航张姝哲陈颖刘淼曲波

湖北农业科学 2016年8期

李楠孙航张姝哲陈颖刘淼曲波

摘要：采用聚乙二醇模拟干旱胁迫，研究5种委陵菜（Potentilla）抗旱性，探索干旱脅迫对5种委陵菜属植物渗透调节物质可溶性蛋白质与脯氨酸含量的影响。结果表明，干旱胁迫处理后委陵菜可溶性蛋白相对含量有所增加，干旱胁迫1～5 d莓叶委陵菜可溶性蛋白相对含量增幅最大，处理7 d蛇含委陵菜可溶性蛋白质相对含量增幅最大，而蔓委陵菜与三叶委陵菜可溶性蛋白质相对含量增幅较小，且在20%PEG处理第5天后下降。干旱胁迫处理使5种委陵菜叶片脯氨酸相对含量上升，其中蛇含委陵菜与莓叶委陵菜脯氨酸相对含量增幅最大；10%PEG与15%PEG胁迫处理后5种委陵菜脯氨酸相对含量均呈上升趋势，20%PEG胁迫处理第5天伏委陵菜与三叶委陵菜叶片中的脯氨酸相对含量即呈现下降趋势。5种委陵菜抗旱能力依次为蛇含委陵菜>莓叶委陵菜>蔓委陵菜>伏委陵菜>三叶委陵菜。

关键词：委陵菜（Potentilla）；干旱胁迫；可溶性蛋白质；脯氨酸

中图分类号：Q945 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2016）08-1936-03

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2016.08.009

Abstract： In this paper， utilizing polyethylene glycol to simulate drought stress，drought resistance was studied on 5 species of Potentilla. The influence of drought stress on the content of soluble protein and proline was also studied.Under the drought stress，soluble protein content of 5 species of Potentilla increased. From 1 day to 5 days， the soluble protein content of Potentilla fragarioides shows the largest increase.In 7 days， the protein content of Potentilla kleiniana increased most. in the soluble protein content of Potentilla flagellaris and Potentilla freyniana increased less， which decreased in 5 d after treated by 20% PEP. Under drought stress，proline content of 5 Potentilla increased.In Potentilla kleiniana and Potentilla fragarioides，the proline content increased most.Also，the proline content of 5 species of Potentilla increased after treated by 10% and 15% PEG. Treated by 20% PEG，the relative content of proline in Potentilla paradoxa and Potentilla freyniana decreased after 5 days. The drought resistance of the five Potentilla is gauged as follows： Potentilla kleiniana， Potentilla fragarioides， Potentilla flagellaris， Potentilla paradoxa， Potentilla freyniana.

Key words： Potentilla；drought stress；soluble protein；proline

辽河是中国七大江河之一，发源于河北省七老图山脉之光头山，流经河北、内蒙古、吉林、辽宁，至盘锦注入渤海，流域面积 21.96×104 km2，全长 1 345 km。由于长期开垦耕作，导致河岸带沙化、盐碱化，水土流失、风沙侵蚀日益严重，生态环境脆弱，已经成为制约其生态环境恢复、生态产业发展的重要因素之一[1]。辽河保护区是2010年3月经中国共产党辽宁省委员会、辽宁省人民政府批准，依辽河干流设立的狭长区域。辽河保护区始于东西辽河交汇处（铁岭福德店），穿越铁岭、沈阳、鞍山、盘锦，终于盘锦入海口。辽河保护区是中国第一个依河划建的保护区，开创生态治理河流的先河。因此，研究草地资源植物在干旱条件下的生理反应及其抵抗能力，为筛选抗性品种及采取有效措施提高植物抗性，恢复辽河保护区生态环境，具有十分重要的意义。委陵菜属（Potentilla L.）植物为中国北方草地生态系统主要组成种类之一，为多年生草本植物，中国有86种4变种，全国各地均有分布，主产于东北、西北和西南。委陵菜属中许多植物已广泛应用于绿化与饲用，已有研究表明二裂叶委陵菜（Potentilla bifurca L.）、西山委陵菜（Potentilla sischanensis Bunge ex Lehm.）、多茎委陵菜（Potentilla multicaulis Bge.）、鹅绒委陵菜（Potentilla anserina L.）等的茎、叶解剖结构显示其具有旱生特性[2，3]。铺地委陵菜（Potentilla. paradoxa Nutt.）、鹅绒委陵菜萎蔫系数低于同群落其他双子叶植物，具有较强抗旱性[4]。匍枝委陵菜（Potentilla flagellaris）[5]、委陵菜、莓叶委陵菜（Potentilla fragarioides）[6，7]等种类具有一定的抗旱性。水分胁迫时植物体内积累各种有机物质和无机物质，提高细胞液浓度，降低其渗透势，以适应水分胁迫[8-10]。大量研究表明，植物细胞内可溶性蛋白质与植物抗性密切相关[11，12]，脯氨酸是植物蛋白质的主要组成部分，以游离态分布于植物的根、茎、叶、花和果等器官中[13]。当植物受到干旱胁迫时，脯氨酸可作为渗透剂参与植物的渗透调节作用，通过主动积累渗透调节物质降低渗透势，增加细胞渗透调节能力，因此干旱胁迫会导致植物体内脯氨酸的含量积累增加，是植物受伤害程度的指标之一[14，15]，同时脯氨酸可作为渗透调节物质及自由基清除剂起保护作用从而增强作物的抗旱性[16，17]。本研究以辽河保护区内5种常见的委陵菜为材料，研究了其抗旱性，可以为恢复辽河生态系统、干旱地区地被植物筛选及草坪水分管理提供指导。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试材料為采自辽河保护区5种委陵菜，莓叶委陵菜、三叶委陵菜（Potentilla freyniana）采自昌图县福德店；蔓委陵菜（Potentilla flagellaris）和蛇含委陵菜（Potentilla kleiniana）采自康平四家子乡，伏委陵菜（Potentilla paradoxa）采自台安达牛镇。野外采集植株分别种植于沈阳农业大学百草园试验基地。

1.2 试验方法

取相同生长状态带茎节的茎段若干（已长出极短根）置于装有石英砂的塑料盒中，用1/2 Hoagland溶液在阳光充足的条件下培养。6叶期时，选幼苗生长一致的培养盒，分为4组，用PEG6000进行渗透胁迫处理，PEG的浓度分别为10%、15%、20%（用Hoaglang溶液配制），水势分别相当于-0.15、-0.30和-0.50 MPa，模拟轻度干旱、中度干旱和重度干旱[18，19]。以不加PEG的Hoaglang液作为对照，分别处理1、3、5、7 d后取植株上部第3～5片功能叶进行测定。

1.3 测定方法

游离脯氨酸含量的测定采用酸性茚三酮法，可溶性蛋白质含量的测定采用考马斯亮蓝（G250）法[10]。

2 结果与分析

2.1 干旱胁迫对5种委陵菜可溶性蛋白质含量的影响

通过试验发现与对照相比干旱胁迫导致5种委陵菜叶片中的可溶性蛋白质含量升高，但不同委陵菜可溶性蛋白质含量增幅不同，说明其对不同程度干旱胁迫的反应也不同。10%PEP胁迫使5种委陵菜可溶性蛋白质含量有少许增加，处理1 d时，三叶委陵菜可溶性蛋白质增加最多，与对照相比增加10.98%，伏委陵菜可溶性蛋白质含量增加最少，与对照相比仅增加2.96%；处理7 d时，莓叶委陵菜可溶性蛋白质增加最多，与对照相比增加33.9%，蛇含委陵菜、三叶委陵菜、伏委陵菜、蔓委陵菜分别增加22.65%、14.67%、9.97%、9.45%，说明5种委陵菜对轻度干旱（土壤水势为-0.15 MPa）并不敏感，均有一定的抗旱性。

15%PEP与20%PEP处理1 d时，其可溶性蛋白质含量增幅为10.43%～37.55%，其中，蔓委陵菜可溶性蛋白质含量增幅大，分别为32.3%和37.55%，莓叶委陵菜可溶性蛋白质含量增幅最小，为10.43%和14.75%。随着干旱持续时间加长，5种委陵菜可溶性蛋白质含量均有较大幅度增长。15%PEP处理持续3 d时，莓叶委陵菜可溶性蛋白质含量增幅最高，达到73.45%，伏委陵菜可溶性蛋白质含量增幅最低，为25.71%。5种委陵菜对中度干旱与重度干旱初期敏感性不高，说明5种委陵菜均对短期中度与重度干旱胁迫具有一定抗性。

20%PEP处理持续3 d时，莓叶委陵菜可溶性蛋白质含量增幅最高，达到159.3%，蛇含委陵菜可溶性蛋白质含量增幅最低，为44.2%。

15%PEP与20%PEP处理持续5 d时，莓叶委陵菜可溶性蛋白质含量增幅最高，分别达到123.69%和192.03%，伏委陵菜可溶性蛋白质含量增幅最低，分别为29.58%和53.22%。

15%PEP与20%PEP处理持续7 d时，蛇含委陵菜可溶性蛋白质含量增加最多，与对照相比分别增长了128.29%和198.84%，其次为三叶委陵菜，与对照相比分别增长了87.71%和112.31%；伏委陵菜可溶性蛋白质含量增加最少，与对照相比分别增长了35.49%和63.47%。

2.2 干旱胁迫对5种委陵菜脯氨酸含量的影响

不同程度干旱胁迫均能使叶片脯氨酸含量上升，且随着胁迫处理持续时间延长，委陵菜叶片脯氨酸含量有所增长。10%PEP处理1 d时，5种委陵菜脯氨酸含量有小幅增长，其中，蛇含委陵菜脯氨酸含量与对照相比增加了24.35%，而其他4种委陵菜脯氨酸含量增幅低于10.00%，其中蔓委陵菜脯氨酸含量增加了0.50%。10%PEP处理3 d和5 d时，5种委陵菜脯氨酸含量持续增长，其中，伏委陵菜增幅较大，分别达到35.27%和55.87%，次之为蛇含委陵菜，其脯氨酸含量与对照相比增长了31.02%和34.14%，蔓委陵菜脯氨酸含量增长最低，与对照相比仅增长了2.01%和8.33%。

15%PEP和20%PEP分别处理1 d时，蛇含委陵菜脯氨酸含量有较大幅度增长，与对照相比，其脯氨酸含量分别增加了48.63%和57.66%，其次是莓叶委陵菜，其脯氨酸含量分别增加了17.24%和21.84%，蔓委陵菜脯氨酸但含量增长最低，与对照相比仅增加了4.73%和14.95%。

15%PEP处理3 d和5 d时，蛇含委陵菜脯氨酸含量增长最快，与对照相比，其含量分别增加了78.79%和115.22%，其次是伏委陵菜，其含量分别增加了58.01%和74.9%，三叶委陵菜脯氨酸含量增长最低，与对照相比仅增长了20.94%和26.35%；15%PEP处理7 d时，蛇含委陵菜脯氨酸含量增加了166.24%，其次是莓叶委陵菜，其脯氨酸含量增加了84.01%，三叶委陵菜脯氨酸含量增长最慢，仅增加了43.78%。

20%PEP处理3、5、7 d，蛇含委陵菜增幅最大，与对照相比，分别增长了186.35%、207.73%和166.24%，其次是莓叶委陵菜，与对照相比，其脯氨酸含量分别增加了88.26%、148.67%和84.01%，三叶委陵菜脯氨酸含量增长较慢，与对照相比增加了38.02%、60.85%和58.63%，其中，仅20%PEP处理5 d时脯氨酸含量稍高于蔓委陵菜（58.79%）。

3 小结与讨论

综上所述，5种委陵菜均具有一定的抗旱性，但应对不同程度干旱胁迫时抗旱能力有所不同。蛇含委陵菜与莓叶委陵菜抗旱能力最强，伏委陵菜与三叶委陵菜抗旱能力较弱。本试验结果为辽河保护区生态恢复过程筛选不同抗旱性植物提供了依据。

作为渗透调节物质之一，高含量的可溶性蛋白质可使细胞维持较低的渗透勢，抵抗水分胁迫，过度干旱可以抑制蛋白质的合成，导致蛋白质降解，引起总蛋白质含量的降低[3]。康俊梅等[12]在研究不同品种苜蓿抗旱性中发现苜蓿叶片可溶性蛋白质的变化与干旱强度有直接关系，随着干旱胁迫强度的增加某些可溶性蛋白质的变化表现为先增强后减弱；干旱胁迫诱导蛋白质含量的变化各异，抗旱性强的品种能诱导基因更强的表达以适应干旱胁迫，而抗旱性较弱的品种可能减弱或丧失其自我调节能力，产生的干旱诱导蛋白质含量比前者少。

研究结果表明，5种委陵菜可溶性蛋白质含量在干旱胁迫下均有所增加，随干旱程度加重可溶性蛋白质相对含量增加减缓。从植物体本身的生理反应来看，理论上可溶性蛋白质的含量随水分胁迫的加强应先升高后降低，这是因为可溶性蛋白质与植物细胞的渗透调节有关。高含量的可溶性蛋白质可使细胞维持较低的渗透势，抵抗水分胁迫带来的伤害的缘故，但是当水分亏缺严重到影响了植物蛋白质合成代谢时，可溶性蛋白质含量就会下降。干旱胁迫初期（1 d）与中期（3 d，5 d）莓叶委陵菜可溶性蛋白质增加最多，处理后期（7 d）蛇含委陵菜可溶性蛋白质含量增加最多，而蔓委陵菜与三叶委陵菜可溶性蛋白质含量增加较少，且在20%PEG处理5 d后下降。重度干旱胁迫下莓叶委陵菜与蛇含委陵菜较其他3种委陵菜能够积累足够的蛋白质，使细胞维持较低的渗透势，抵抗水分胁迫带来的伤害。

干旱胁迫处理使5种委陵菜叶片脯氨酸含量上升，其中蛇含委陵菜与莓叶委陵菜脯氨酸含量增加最多；10%PEG与15%PEG胁迫处理后5种委陵菜脯氨酸的含量均呈上升趋势，说明在轻度与中度干旱胁迫下5种委陵菜均能积累足够的脯氨酸来降低渗透势，增加细胞渗透调节能力。20%PEG胁迫处理5 d后伏委陵菜与三叶委陵菜叶片中的脯氨酸即呈现下降趋势，说明在长时间重度干旱胁迫下这两种植物所积累的脯氨酸不足以来维持细胞的渗透调节能力，导致含量下降。

综上所述，5种委陵菜抗旱性由弱到强依次为三叶委陵菜、伏委陵菜、蔓委陵菜、莓叶委陵菜、蛇含委陵菜，根据5种委陵菜的抗氧化酶系与膜伤害判断其抗旱性结果一致[7]。

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