干旱胁迫下新疆野核桃渗透调节物质变化

韩冷　徐敏　张萍

摘 要：为研究干旱胁迫下新疆野核桃幼苗叶片渗透调节物质的变化，以小椭圆型、铁壳型和椭圆型3种类型新疆野核桃幼苗叶片为试验材料，采用温室盆栽自然干旱胁迫的方法，对胁迫后0，5，10，15，20，25 d的新疆野核桃幼苗叶片的渗透调节物质（可溶性糖、可溶性蛋白、游离脯氨酸）含量的变化动态进行分析。结果表明，随着干旱胁迫时间的延长，新疆野核桃幼苗叶片中的可溶性糖、可溶性蛋白和游离脯氨酸含量均呈上升趋势，说明干旱胁迫下3种类型的新疆野核桃能够通过累积可溶性糖、可溶性蛋白、游离脯氨酸等渗透调节物质，以维持正常的生长发育。

关键词：新疆；野核桃；干旱胁迫；渗透调节

中图分类号：S664.1 文献标识码：A DOI 编码：10.3969/j.issn.1006-6500.2018.08.001

Abstract： ：In order to study the changes of osmotic adjustment substances in Xinjiang wild walnut seedlings under drought stress， three kinds of Xinjiang wild walnut with small elliptical， iron-shell and elliptical types were used as experimental materials， and the natural drought stress method of greenhouse potted plants was adopted， the dynamics of osmotic adjustment substances （soluble sugar， soluble protein and free proline） in leaves at 0， 5， 10， 15， 20， 25 days after drought stress were analyzed. The results showed that the content of soluble sugar， soluble protein and free proline in the leaves of Xinjiang wild walnut seedlings increased with the prolongation of drought stress， indicating that the three types of Xinjiang wild walnuts could accumulate osmotic substances such as soluble sugar， soluble protein， and free proline to maintain normal growth and development.

Key words： Xingjiang； wild walnut； drought stress； osmoregulation

植物的生長发育离不开水分，当植物面临干旱胁迫时，植物体内会积累各种有机和无机物质，以此来保持其体内水分，适应干旱胁迫环境[1]。渗透调节是植物抵抗干旱胁迫的重要调节机制之一，在干旱胁迫环境下，植物可以通过渗透调节物质，如可溶性糖、可溶性蛋白、游离脯氨酸等来提高细胞液浓度，降低其渗透势，保护植物免受干旱胁迫环境的损害，维持正常的生长发育[1]。渗透调节是植物对干旱逆境适应性的一种反应，不同植物对干旱逆境的反应不同，因而，植物细胞内累积的渗透调节物质也不同，但都在渗透调节过程中起作用[1]。

新疆野核桃（Juglans regia L.）为胡桃科胡桃属植物，是栽培核桃（Uglms regia L.）的野生种，在我国仅分布于新疆伊犁巩留县天山支脉凯特明山吾吐布拉克沟内（现称野核桃沟自然保护区），是我国珍贵的天然野生资源。本试验通过研究干旱胁迫下3种类型新疆野核桃幼苗叶片中的渗透调节物质可溶性糖、可溶性蛋白、游离脯氨酸含量的变化趋势，旨在为新疆野核桃抗旱机理的进一步研究提供参考。

1 材料和方法

1.1 试验材料

供试材料包括3种类型的新疆野核桃：小椭圆型、铁壳型、椭圆型，野核桃种子均来自于新疆伊犁巩留县野核桃沟自然保护区。

1.2 试验方法

每个类型的新疆野核桃选择60个种子，于2017年1月播种于温室花盆内，当年7月开始采用持续自然干旱胁迫的方法进行处理，自胁迫处理之日起停止浇水，于0（CK），5，10，15，20，25 d的北京时间8：00随机摘取各类型中上部、大小相近的成熟叶片5片，采样后迅速做好标记置于液氮罐内带回实验室，并于实验室进行可溶性糖、可溶性蛋白、游离脯氨酸含量的测定。各类型样品采集均重复3次，各指标测定均重复3次取平均值。

1.3 测定项目及方法

可溶性糖含量测定采用蒽酮比色法[2]；可溶性蛋白含量测定采用考马斯亮蓝G-250染色法[3]；游离脯氨酸含量测定采用磺基水杨酸法[4]。

1.4 数据分析

数据均采用Excel和SPSS统计软件进行处理和分析。

2 结果与分析

2.1 干旱胁迫下新疆野核桃叶片可溶性糖含量的变化

由图1可知，随着干旱胁迫时间的延长，3种类型的新疆野核桃叶片可溶性糖含量均呈上升趋势，均在25 d时达到最大值，小椭圆型、铁壳型、椭圆型野核桃叶片的可溶性糖含量分别是干旱胁迫0 d（CK）时的1.88倍，4.40倍和4.62倍。在干旱胁迫0～5 d期间，铁壳型和椭圆型野核桃的可溶性糖含量增长迅速，而小椭圆型野核桃则增长缓慢；在干旱胁迫5～10 d期间和15～20 d期间，3种类型新疆野核桃可溶性糖含量增长速度较为接近；在干旱胁迫10～15 d期间，小椭圆型野核桃的可溶性糖含量增长速度高于铁壳型和椭圆型野核桃；在干旱胁迫20～25 d期间， 3种类型的可溶性糖含量增长速度比15～20 d期间快。3种类型新疆野核桃的可溶性糖含量在干旱胁迫0 d（CK）时表现为小椭圆型显著高于铁壳型和椭圆型（P<0.05），在干旱胁迫5 d和10 d时表现为铁壳型和椭圆型显著高于小椭圆型（P<0.05），在干旱胁迫15 d和20 d时无显著差异（P>0.05），在干旱胁迫25 d时表现为铁壳型显著高于小椭圆型（P<0.05），椭圆型居中，与二者差异均不显著（P>0.05）。

2.2 干旱胁迫下新疆野核桃叶片可溶性蛋白含量的变化

由图2可知，随着干旱胁迫时间的延长，3种类型的新疆野核桃可溶性蛋白含量均呈上升趋势，均在25 d时达到最大值，小椭圆型、铁壳型、椭圆型野核桃的可溶性蛋白含量分别是干旱胁迫0 d（CK）时的1.50倍，1.23倍和1.44倍。在干旱胁迫0～5 d期间，铁壳型野核桃可溶性蛋白含量的上升速度明显低于小椭圆型和椭圆型野核桃；在干旱胁迫5～25 d期间，3种类型新疆野核桃可溶性蛋白含量的增长速度均较为缓慢。3种类型新疆野核桃的可溶性蛋白含量在干旱胁迫0 d时表现为铁壳型显著高于小椭圆型和椭圆型（P<0.05），而在干旱胁迫5，10，15，20，25 d时均无显著差异（P>0.05）。

2.3 干旱胁迫下新疆野核桃叶片游离脯氨酸含量的变化

由图3可知，随着干旱胁迫时间的延长，3种类型的新疆野核桃游离脯氨酸含量均呈增加趋势，均在25 d时达到最大值，分别是干旱胁迫0 d（CK）时的6.28倍，3.57倍和8.33倍。在干旱胁迫0～15 d期间，3种类型新疆野核桃游离脯氨酸含量增幅较小且变化趋势基本一致，各时期游离脯氨酸含量均表现为铁壳型显著高于小椭圆型与椭圆型野核桃（P<0.05），后二者之间差异不显著（P>0.05）；在干旱胁迫15～20 d期间，3种类型新疆野核桃游离脯氨酸含量迅速增加，其中小椭圆型增幅最大，至20 d时其游离脯氨酸含量与铁壳型差异不显著（P>0.05），二者显著高于椭圆型（P<0.05）；在干旱胁迫20～25 d期间，椭圆型野核桃的游离脯氨酸含量增幅最大，至25 d时其游离脯氨酸含量高于铁壳型和小椭圆型，但三者之间差异均未达显著水平（P>0.05）。

3 结论与讨论

渗透调节是植物抵抗干旱胁迫的重要生理机制，植物在干旱胁迫的环境下通过渗透调节可完全或部分保持由膨压直接控制的膜运输和细胞活性，因而，渗透调节在保持植物细胞继续生长方面具有重要的作用[5]。

可溶性糖作为一种渗透调节物质，与植物的抗旱性密切相关，在干旱胁迫环境下，可溶性糖含量的增加可有效地调节植物体内的渗透势，维持膨压，以提高植物的抗旱性。本试验结果表明，在持续的自然干旱胁迫下，3种类型新疆野核桃可溶性糖含量均呈上升趋势，这与潘昕等[6]对3种苗木渗透调节物质及王蕊等[7]在干旱胁迫下对2种香蕉幼苗叶片可溶性糖含量的研究结果一致。

可溶性蛋白同样作为渗透调节物质的一种，在植物面临干旱胁迫时也与可溶性糖含量一样起着重要的作用。在干旱逆境下， 植物体内的蛋白质合成受到抑制， 但通常情况下植物体内还会诱导合成新的蛋白， 因此， 在干旱胁迫下可溶性蛋白会增加，以提高植物细胞內的溶质浓度， 使细胞内的渗透势降低， 减弱干旱环境对植物造成的影响，维持植物正常的生长发育[8]。本试验结果表明， 3种类型新疆野核桃的可溶性蛋白含量随着干旱胁迫时间的延长而不断增加， 这与王蕊等[7]在干旱胁迫下对2种香蕉幼苗叶片可溶性蛋白含量的研究结果一致。

在正常生长条件下，植物体内的游离脯氨酸含量很低，但遇到干旱胁迫环境时，游离脯氨酸含量便会大量增加[9]。干旱胁迫通常容易引起蛋白质分解，而脯氨酸首先被大量地游离出来，植物体内的脯氨酸含量增加在一定程度上反映了抗旱性，抗旱性强的品种积累的脯氨酸多[10]，增长幅度快[11]。本试验结果表明，3种类型新疆野核桃的游离脯氨酸含量在干旱胁迫下呈增加趋势，这与姜晓丹[12]对果桑干旱胁迫下游离脯氨酸含量以及李健[13]对滨藜属干旱胁迫下游离脯氨酸含量的研究结果一致。

综合而言，干旱胁迫下3种类型的新疆野核桃通过累积可溶性糖、可溶性蛋白、游离脯氨酸等渗透调节物质，增加了细胞液浓度，降低了渗透势，提高了渗透调节能力，保持了体内的水分，适应了干旱胁迫的环境，以维持正常的生长发育。

参考文献：

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[6]潘昕， 邱权， 李吉跃， 等. 干旱胁迫下华南地区3种苗木渗透调节物质的动态变化[J]. 华南农业大学学报， 2012， 33（4）： 519-523.

[7]王蕊， 李新国， 李绍鹏， 等. 干旱胁迫下2种香蕉幼苗叶片和根的主要渗透调节物质的变化[J]. 基因组学与应用生物学， 2010， 29（3）： 518-522.

[8]张宏一， 朱志华. 植物干旱诱导蛋白研究进展[J]. 植物遗传资源学报， 2004， 5（3）： 268-270.

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[10]史树德， 孙亚卿， 魏磊. 植物生理学实验指导[M]. 北京： 中国林业出版社， 2011.

[11]高小燕. 几种景天科植物抗逆性及其生理机制的研究[D]. 呼和浩特： 内蒙古农业大学， 2009.

[12]姜晓丹. 15个果桑品种对干旱胁迫的生理响应及抗旱性评价[D]. 杨凌： 西北农林科技大学， 2012.

[13]李健. 滨藜属四种植物抗旱性生理生化指标研究[D]. 兰州： 甘肃农业大学， 2006.