干旱胁迫对箭叶淫羊藿生长特性及相关生理生化指标的影响

许彩丽，周易籼森，谢乔颖，徐庆国※，王旭军

（1.湖南农业大学农学院，湖南 长沙410128；2.中南林业科技大学林学院，湖南 长沙410004；3.湖南省林业科学院，湖南 长沙410004）

箭叶淫羊藿〔Epimedium sagittatum（Sieb.et Zucc.）Maxim.〕又名三枝九叶草，为小檗科（Berberidaceae）淫羊藿属（Epimedium L.）多年生草本植物，在湖南、湖北和江西等地广泛分布于海拔200~1 750 m的山坡草丛中、林下、灌丛中、水沟边或岩边石缝中[1-4]。箭叶淫羊藿全草可供药用，其干燥叶为《中国药典》中淫羊藿药材的基源植物之一，在我国最早的中药学著作《神农本草经》中列为中品，具补肾阳、强筋骨和祛风湿等功效，临床上主要用于治疗骨质疏松、更年期综合征、高血压和冠心病等。现代药理研究表明，淫羊藿中的提取物具有抗肝癌和白血病的作用，新的药理作用的证实进一步增加淫羊藿的用量，致使野生淫羊藿资源不断减少，给淫羊藿的资源保护带来了挑战[5-7]。近年全球气候变暖日趋严重，加上人口不断增多，对于水资源的需求量不断增大，干旱对植物的影响越来越受到更多专家和学者的关注。水分是植物正常生长和发育的必要条件，也是其重要限制性因素之一，同时对中药材产量和品质影响极大[8]。有关淫羊藿的研究很多，主要集中于对淫羊藿的化学成分、药效作用和新药研发等方面的研究[9]，但对其生理生态与高效栽培等方面的研究较少[10-11]。为了探讨箭叶淫羊藿对环境因子的要求，扩大人工栽培的数量和提高生产质量，本研究通过测定不同干旱胁迫下箭叶淫羊藿生长和生理生化性状变化，探讨箭叶淫羊藿对干旱胁迫的生理生化适应机制，为其规范化高效栽培提供理论参考。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验地为湖南省长沙市雨花区的湖南省林业科学院国家林下经济示范基地（113°01'30''E，28°06'40''N），地势比较平缓，海拔在60~80 m。该地属于中亚热带季风性湿润气候，四季分明，雨水充沛，年平均气温为17.2℃，年降水量为1 400~1 900 mm，年均日照1 496~1 550 h，无霜期为264 d。土壤的成土母岩为第四纪网纹层母质，土壤为地带性第四纪红壤，土层深厚，砾石含量较多，pH值在4.5~5.5之间，呈微酸性。

1.2 试验材料及设计

2019年1月将生长良好、长势基本一致的箭叶淫羊藿栽植于上口直径15 cm、下口直径10 cm、高度14 cm的塑料盆钵中，并统一放置于湖南省林业科学院国家林下经济示范基地的防雨棚内。待盆栽箭叶淫羊藿恢复长势后，于2019年8月开始进行干旱胁迫试验。干旱胁迫试验参考赵丽萍等[12]的方法进行，并设置3个处理，即对照（CK，土壤含水量为田间最大持水量的70%~75%）、轻度水分胁迫（T1，土壤含水量为田间最大持水量的60%~65%）和重度水分胁迫（T2，土壤含水量为田间最大持水量的50%~55%）。完全随机区组设计，3次重复。

1.3 测定指标与方法

根据箭叶淫羊藿一回三出复叶的特征，以其当年生成熟复叶中的中间叶片为测试叶片，于2019年9月11日取样测定。

株高和地径分别采用直尺（精确到0.1 cm）和电子游标卡尺（精确到0.01 mm）进行测定，叶长、叶宽和叶面积等采用LI-3000C便携式叶面积仪进行测定，叶厚采用电子游标卡尺10片一组测定后取其平均值（精确到0.01 mm），叶鲜重和叶干重采用电子天平称量（精确到0.000 1 g)，叶绿素含量参照李合生[13]的方法进行测定，丙二醛（malondialdehyde,MDA）含量参照李合生[14]的方法进行测定，过氧化物酶（peroxidase,POD）活性和超氧化物歧化酶（superoxide dismutase,SOD）活性分别采用由苏州科铭生物技术有限公司提供的过氧化物酶（POD）试剂盒和超氧化物歧化酶（SOD）试剂盒的方法进行测定。

1.4 数据处理与统计分析方法

试验数据采用Microsoft Excel 2016和SPSS 19.0进行处理。

2 结果与分析

2.1 干旱胁迫对箭叶淫羊藿生长特性的影响

由表1可知，干旱胁迫条件下，箭叶淫羊藿植株的株高、地径、叶鲜重和叶干重等生长特性均呈明显的差异。其中，重度干旱胁迫处理（T2）的箭叶淫羊藿植株株高、地径均分别与对照处理（CK）、轻度干旱胁迫处理（T1）的株高、地径呈显著差异（P＜0.05）；T1处理的叶鲜重、叶干重分别与CK、T2处理的叶鲜重、叶干重呈显著差异（P＜0.05）。且箭叶淫羊藿植株的株高、地径、叶鲜重和叶干重等生长特性的最大值均出现在T1处理；最小值均出现在T2处理。表明适度（中度）干旱胁迫T1条件有利于箭叶淫羊藿植株地上部分生长，而重度干旱胁迫T1条件则会抑制箭叶淫羊藿植株地上部分生长。

2.2 干旱胁迫对箭叶淫羊藿叶形态性状的影响

由表2可知，干旱胁迫条件下，箭叶淫羊藿植株的叶长、叶宽、叶厚、叶面积等叶形态性状均呈明显的差异。其中，箭叶淫羊藿植株T1处理组叶长显著高于CK和T2处理组（P＜0.05）；T1处理组叶宽显著高于T2处理组（P＜0.05）；T1处理组叶厚显著高于CK和T2处理组（P＜0.05）；T1处理组叶面积显著大于CK和T2处理组（P＜0.05）。且不同干旱胁迫状态下，随着含水量的降低，箭叶淫羊藿植株的叶长、叶宽、叶厚和叶面积的最大值均出现在T1中度干旱胁迫处理；叶长最小值出现在CK处理；叶宽、叶厚和叶面积的最小值均出现在T2处理。表明T1中（适）度干旱胁迫可显著促进箭叶淫羊藿植株叶片的生长，而T2重度干旱胁迫则可明显使箭叶淫羊藿植株叶片变小，这可能是箭叶淫羊藿植株在受到严重干旱胁迫时，以叶片变小的形态变化来减少因蒸腾作用引起的水分缺失，保持植株正常生长所致。

表1干旱胁迫对箭叶淫羊藿株高、地径、叶鲜重及叶干重的影响Table 1 Effect of drought stress on plant height,ground diameter,leaf fresh weight and leaf dry weight of

注：同列不同小写字母表示不同处理间差异显著（P＜0.05）。Notes：Different small letters in the same column showed significant differences between different treatments（P＜0.05）.

处理Treatment株高（cm）Plant height地径（mm）Ground diameter叶鲜重（g/株）Leaf fresh weight叶干重（g/株）Leaf dry weight CK 10.8±2.5 a 1.23±0.34 a 0.32±0.18 b 0.13±0.08 b T1 11.3±2.6 a 1.32±0.42 a 0.48±0.23 a 0.19±0.10 a T2 8.6±2.3 b 1.04±0.33 b 0.26±0.15 b 0.11±0.06 b

表2干旱胁迫对箭叶淫羊藿叶形态性状的影响Table 2 Effect of drought stress on leaf morphological characteristics of

表2干旱胁迫对箭叶淫羊藿叶形态性状的影响Table 2 Effect of drought stress on leaf morphological characteristics of

注：同列不同小写字母表示不同处理间差异显著（P＜0.05）。Notes:Different small letters in the same column showed significant differences between different treatments（P＜0.05）.

处理Treatment叶长（cm）Leaf length叶宽（cm）Leaf width叶厚（mm）Leaf thickness叶面积（cm2/片）leaf area CK 3.28±2.46 b 4.33±1.06 ab 0.23±0.02 b 16.49±10.52 b T1 6.49±1.38 a 4.86±1.12 a 0.26±0.01 a 23.56±11.88 a T2 5.06±1.32 b 4.03±1.22 b 0.22±0.01 b 14.17±8.30 b

2.3 干旱胁迫对箭叶淫羊藿叶绿素含量的影响

叶绿素是植物进行光合作用的场所，也是植物体进行光合作用不可缺少的一种色素，其含量是反映叶片生理活性变化的重要指标之一[15]。由图1可知，随着干旱胁迫强度由CK经T1到T2的不断增加，箭叶淫羊藿植株的叶绿素a含量不断增加。其中，其T2处理组的叶绿素a含量显著高于T1、CK处理组（P＜0.05）；T1处理的叶绿素a含量与CK对照组无显著差异；T2处理组的叶绿素b含量显著高于T1、CK处理组（P＜0.05）；T1处理组的叶绿素b含量与CK对照组无显著差异；T2处理组的叶绿素（a+b）含量显著高于T1和CK处理组（P＜0.05）；T1处理组的叶绿素（a+b）含量与CK对照组无显著差异；T1处理组的叶绿素a/b显著高于T2和CK处理组（P＜0.05）；T2处理组的叶绿素a/b与CK对照组无显著差异。

注：同一指标中不同小写字母表示不同处理间差异显著（P＜0.05）。Note:Different small letters in the same index showed significant differences between different treatments(P＜0.05).

2.4 干旱胁迫对箭叶淫羊藿POD与SOD活性的影响

由图2可知，在干旱胁迫条件下，箭叶淫羊藿植株中度干旱胁迫T1和重度干旱胁迫处理T2的POD活性均显著低于CK对照，且差异均分别达显著水平（P＜0.05）；而T1与T2处理的POD活性无显著差异。说明干旱胁迫可明显降低箭叶淫羊藿植株的POD活性。

图2干旱胁迫对箭叶淫羊藿POD活性的影响Fig.2 Effect of drought stress on POD activity of

由图3可知，随着干旱胁迫强度由CK经T1到T2的不断增加，箭叶淫羊藿植株的SOD活性先呈增加后降低趋势。其中，中度干旱胁迫T1处理的SOD活性显著高于CK对照（P＜0.05），而与重度干旱胁迫T2处理无显著差异；重度干旱胁迫T2处理的SOD活性比CK对照高，但两者未达显著差异。

图3干旱胁迫对箭叶淫羊藿SOD活性的影响Fig.3 Effect of drought stress on SOD activity of

2.5 干旱胁迫对箭叶淫羊藿丙二醛含量的影响

由图4可知，随着干旱胁迫强度由CK经T1到T2的不断增加，箭叶淫羊藿植株的MDA含量逐渐减少。其中，重度干旱胁迫T2处理的MDA含量显著低于CK对照组（P＜0.05）。表明干旱胁迫可显著降低箭叶淫羊藿植株的MDA含量。

图4干旱胁迫对箭叶淫羊藿丙二醛含量的影响Fig.4 Effect of drought stress on MDA content of

3 讨论

3.1 干旱胁迫对箭叶淫羊藿生长的影响

刘龙元等[16]在水分胁迫对苦参的研究表明，轻度胁迫（50%）能显著促进苦参生长，而中度（25%）、重度（10%）胁迫则显著抑制苦参的生长。杨枝中等[17]在干旱胁迫对川白芷叶的研究表明，轻度（75%）干旱胁迫有利于各器官生物量的积累，中度（60%）、重度（40%）干旱胁迫不利于各器官生物量的积累。本研究结果表明，中度干旱胁迫（土壤最大田间持水量的60%~65%）能显著促进箭叶淫羊藿植株生长，其地上部分株高、地径、叶鲜重、叶干重、叶长、叶宽、叶厚和叶面积等生长特性均为不同干旱胁迫处理的最大值；而重度干旱胁迫（土壤最大田间持水量的50%~55%）则显著抑制箭叶淫羊藿的生长。本试验结果与刘龙元等[16]和杨枝中等[17]的研究结果相似，表明适合箭叶淫羊藿生长的土壤含水量可能为其土壤最大田间持水量的60%~65%。即适度干旱胁迫处理可显著促进箭叶淫羊藿生物量的生成和积累；重度干旱胁迫处理则显著抑制其生物量的积累，不利于其植株生长。

3.2 干旱胁迫对箭叶淫羊藿叶绿素含量的影响

研究表明，增加干旱胁迫程度将导致叶绿素含量降低[16-18]，而本研究结果表明，箭叶淫羊藿的叶绿素含量随着干旱胁迫程度的增加而呈现上升的趋势是否为箭叶淫羊藿在干旱胁迫中所特有的现象，还需进一步探究。本研究中度干旱胁迫T1处理的箭叶淫羊藿叶绿素a、叶绿素b含量与CK对照无显著差异；其重度干旱胁迫T2、CK的叶绿素a/b则比T1处理显著下降，且箭叶淫羊藿T1处理的叶绿素a、b含量显著低于T2处理，但其生物量显著高于T2处理，其原因还需要进一步研究。

3.2 干旱胁迫对箭叶淫羊藿SOD、POD活性和MDA含量的影响

在适宜的生长条件下，植物可以维持活性氧产生与消除的平衡，当植物受到干旱胁迫时，活性氧的代谢平衡被打破，活性氧自由基在细胞内大量积累，导致膜脂过氧化水平增高，对植物造成损伤，丙二醛（MDA）是膜脂过氧化作用的最终产物，其损伤程度可用MDA含量来判定，故MDA含量的高低也是反映脂质过氧化作用强弱的一个重要指标，为了保护细胞免受伤害，植物体内会迅速激发并提高POD、SOD等保护酶活性以清除自由基[19-21]。

本研究结果表明，干旱胁迫可使箭叶淫羊藿的POD活性大大降低，这与刘世鹏等[22]在对枣树幼苗的研究结果相反。这可能是由于本研究进行干旱胁迫处理长时间后才取样分析箭叶淫羊藿的POD活性，此时箭叶淫羊藿植株可能已经适应了干旱胁迫环境条件，使得其POD抗氧化酶活性恢复至低水平状态；也可能是本研究的箭叶淫羊藿植株干旱胁迫处理程度已超出其POD的歧化范围，从而导致其POD活性降低；或者是与SOD协同作用的结果。随着干旱胁迫强度不断增加，箭叶淫羊藿植株的SOD活性先升后降，这与贾鑫等[21]对蒙古黄芪和张翠梅等[23]对不同抗旱性苜蓿品种根系的研究结果一致，表明中度干旱胁迫T1处理的箭叶淫羊藿植株SOD活性升高，可应对其体内超氧阴离子的增加，从而缓解其细胞受损；而重度干旱胁迫T2处理可能是超出了其SOD的缓解能力，从而导致其SOD活性下降。箭叶淫羊藿植株的MDA含量随干旱胁迫强度的不断增加而逐渐降低，这与刘佳等[24]对辣椒叶片生理特性和杨再强等[25]对番茄保护酶活性及果实产量的研究结果相反。这可能是本研究的箭叶淫羊藿在长时间的干旱胁迫条件下，通过自身调节逐渐适应了干旱胁迫环境，从而降低了其植株的MDA含量。

4 结论

本研究结果表明，箭叶淫羊藿能通过自身的生长和调节来抵抗一定干旱胁迫的伤害，中度干旱胁迫处理（土壤最大田间持水量的60%~65%）下的箭叶淫羊藿生长较好。箭叶淫羊藿的药用部分主要是利用其地上器官叶，在中度干旱胁迫（土壤最大田间持水量的60%~65%）的环境下，通过提高保护酶SOD活性增强植株耐旱性能，增加叶绿素的合成以提高光合效率，适应外界环境变化，显著促进植株的生长和生物量的积累。而重度干旱胁迫（土壤最大田间持水量的50%~55%）环境下，箭叶淫羊藿为了降低水分的蒸发、满足维持自身新陈代谢所需要的水分，显著抑制植株生长、减少叶面积发生，叶的生物量降低。因此，箭叶淫羊藿在以后的人工栽培过程中，水分应控制在土壤最大田间持水量的60%~65%，既有利于节水灌溉也有利于增加药材产量。然而，干旱胁迫条件下各个处理中箭叶淫羊藿的体内次生代谢产物的积累如何，中度干旱胁迫下的药用成分是否为最佳，有待进一步研究。