干旱胁迫对粉葛幼苗生长及生理特性的影响

2021-05-26高昆石义妃

江苏农业科学 2021年8期

高昆石义妃

摘要：以粉葛为材料，分别用5%、10%、15%、20%、30%等5个不同浓度的PEG-6000来模拟干旱胁迫，研究其耐旱性，为粉葛在干旱区的种植提供依据。结果表明，随着PEG-6000浓度的增加，粉葛幼苗形态有明显变化，叶面积总体呈下降趋势，浓度越高，叶片下垂、皱缩越严重，有的甚至脱落，植株死亡，说明高浓度会显著抑制粉葛生长。粉葛幼苗葉片中的叶绿素、MDA、可溶性糖、可溶性蛋白含量及相对电导率均随PEG-6000浓度的升高呈现持续上升的趋势。

关键词：粉葛;PEG-6000;叶绿素;MDA;可溶性糖;可溶性蛋白;相对电导率;干旱胁迫

中图分类号：S567.23+9.01文献标志码： A

文章编号：1002-1302（2021）08-0153-05

收稿日期：2020-07-26

基金项目：山西省大同市科技项目（编号：2018174）。

作者简介：高昆（1970—），女，山西大同人，硕士，副教授，研究方向为药用植物生理生态学。E-mail：gaokunnew@aliyun.com。

大量研究表明，在当今气候变化中，由缺水造成的干旱胁迫所导致的农作物减产十分严重[1]。而我国大约1/3的陆地面积是干旱和半干旱的[2]，且在世界范围内，干旱区域的范围有逐年扩大的趋势[3]。开发抗旱品种、提高旱地的利用率是目前解决我国土地资源紧缺的重要途径，作为旱粮作物资源的葛属植物具有较大的开发潜力。

葛[Pueraria lobata （Willd.） Ohwi]属于豆科（Leguminosae）葛属（Pueraria）多年生藤本植物，叶互生，菱状卵圆形，块根，紫色荚果，全株披黄褐色粗毛[4]。葛生长于荒坡、沙地、陡壁，分布广泛，适应力强，耐热、耐旱、耐贫瘠[5]。葛根系发达，且密生根瘤菌，能保持水土，改良土壤。葛被国家卫生部认定为药食同源性植物，素有“亚洲人参”之称[5]，葛的根、茎、叶、花等部位含有丰富的营养成分，如蛋白质、脂肪、粗纤维、各种矿质元素和维生素，粗加工食品如葛根口香糖、炸葛根片和深加工食品如菜肴佐料、葛根淀粉等[6]，是深受人们喜爱的天然绿色食品。葛的块根肥厚，入药后为葛根，葛根来源主要有野葛和粉葛[7]。葛根有很重要的药用价值，其中的异黄酮类物质对预防和治疗偏头痛、高血压、冠心病、糖尿病、癌症等有特殊功效[8-9]，在抗衰老、抗氧化、增强免疫力等方面效果十分明显[8]。葛根素是葛根的特有成分，对心脑血管疾病有很好的防治作用[10]，同时葛根素及其衍生物在抗炎、抗痛风方面也有很好的效果[11]。葛还是良好的饲用植物，对多数牲畜都具有适口性[4]。

我国拥有丰富的葛属植物种质资源，其中粉葛[Pueraria lobata （Willd.） Ohwi var. thomsonii （Benth.） Vaniot der Maesen]的开发应用较广，是我国葛粉和中药材的主要来源[6]。近年来，国内外对葛属植物的营养成分和食品开发研究较多，而且其药用价值也受到广泛关注，特别是2020年在新冠肺炎早期治疗中，葛根汤颗粒发挥了非常重要的作用。目前，对粉葛的研究多集中在其有效成分如总黄酮、多糖的分析上，如黄再强等的研究[12]以及王婷等对粉葛栽培技术的研究[9]。但针对该植物的抗旱特性研究甚少，本试验以粉葛作为材料，研究干旱胁迫对葛的形态、生理生化特性的影响，了解葛的抗旱性，可为干旱地区种植粉葛提供理论依据，推动葛植物种植成为干旱地区农业的新型产业和农民脱贫的重要产业。

1 材料与方法

1.1 供试材料

带有根、芽的粉葛幼苗购自广西藤县绿洲农业发展有限公司。

1.2 试验方法

1.2.1 材料预处理

于2020年4月中旬将购买的粉葛幼苗集中水培处理。1周后选择长势良好、粗细、高低基本一致的粉葛扦插苗移栽到组培瓶中，每瓶2株，共18瓶。

1.2.2 试验设计

用PEG-6000来模拟干旱胁迫，试验共设有5个处理浓度（以质量分数计），分别为5%、10%、15%、20%、30%，上述不同浓度组依次用T1、T2、T3、T4、T5来表示。以蒸馏水为对照（CK），将配制好的溶液分别加入已准备好的组培瓶中，每瓶100 mL，对照组加入100 mL蒸馏水，共6组，每组3个重复。

1.3 指标测定

1.3.1 生长指标测定（1）植株形态特征及耐旱等级。对各组每3 d测1次形态指标，其中耐旱等级及标准见表1。

（2）叶面积测定。对每组初期长势相同的幼龄期叶片每3 d测定1次长与宽;长为叶基部到叶尖的长度，宽为叶长一半位置的宽度，叶面积为长度乘以宽度。

1.3.2 生理指标测定

可溶性糖、丙二醛含量采用TBA法[13]测定;可溶性蛋白含量采用考马斯亮蓝法[14]测定;相对电导率的测定参照徐新娟的方法[15]。

1.4 数据分析

采用SPSS和Excel软件对测定得到的数据进行处理和分析。

2 结果与分析

2.1 不同浓度PEG-6000处理粉葛幼苗形态变化

由表2可知，不同浓度PEG-6000处理后，粉葛幼苗的叶面积总体呈下降趋势，变化范围为 8.73～4.89 cm2。经过T1处理后，叶面积比CK增加1.3%;经T2、T3、T4、T5处理后，比CK依次减少30.3%、34.7%、42.9%、43.3%，说明粉葛在低浓度PEG-6000下有一定的抗旱性。此外，CK和T1、T4处理和T5处理之间均未出现显著性差异（P>0.05），但是T4、T5这2个组与T1处理、CK相比则存在显著性差异（P<0.05），说明高浓度PEG-6000处理对粉葛幼苗叶面积造成的影响较大。

同时，随着时间延长，不同处理的叶面积也发生相应变化（图1），除了CK和T1处理的叶面积随时间呈升高趋势外，其余处理均下降，且T5处理的叶面积下降最快，变化幅度也最大，范围为9.68～4.89 cm2，干旱胁迫后5 d比干旱胁迫后1 d少50%。此外，干旱胁迫后3、4、5 d均与干旱胁迫后 1 d 差异显著（P<0.05），可见高浓度的PEG-6000对粉葛幼苗叶面积影响较大。

2.2 不同浓度处理后粉葛幼苗生理生化指标

2.2.1 叶绿素含量

本试验叶绿素的相对含量用SPAD（soil and plant analyzer development）值来表示。由图2可知，经不同浓度的PEG-6000胁迫处理后，粉葛幼苗SPAD值总体呈现升高的趋势。其中第5天，CK、T1～T5各处理SPAD值分别为39.12、42.21、45.32、50.21、51.12、64.13，T1～T5分别比CK增加7.9%、15.9%、28.4%、30.9%和63.9%。T1、T2这2个处理与CK间无显著差异（P>0.05），T3、T4和T5与CK间相比差异显著（P<0.05），说明低、中浓度PEG-6000处理下，粉葛幼苗叶片叶绿素含量变化较小，但高浓度会引起其大幅上升。同时将后3组进行比较发现，T5与T3、T4间差异显著（P<0.05），其中T5处理的SPAD值比T3处理高28%、比T4处理高25.3%，说明高浓度PEG-6000处理对粉葛幼苗叶绿素含量影响显著。

此外，根据表3可知，引起粉葛幼苗SPAD值变化的浓度与时间之间存在互作的关系，浓度和时间的作用效果均显著。随着浓度和时间的增加，叶绿素含量总体呈现持续上升趋势。且在干旱胁迫后 5 d、PEG-6000浓度为30%时粉葛幼苗叶绿素含量达到最大，在此条件下对粉葛幼苗叶绿素含量的影响最为显著。

2.2.2 可溶性糖含量

如图3所示，在经过不同浓度的PEG-6000处理后，粉葛幼苗叶片可溶性糖含量总体呈上升趋势，其变化的具体范围为2.71～11.3 μmol/g，T1～T5处理分别是CK的1.64、2.15、3.03、3.38、4.17倍，CK与T1处理差异不显著（P>0.05），而与其他胁迫处理差异显著（P<0.05）。由此可见，低浓度（5%）的PEG-6000处理之后，粉葛幼苗可溶性糖含量较低，但是中、高浓度下其含量明显增加。

同时通过各处理相互比较可知，T1和T2、T2和T3、T3和T4、T4和T5之间均差异不显著（P>0.05），但是T1和T2与T3、T4、T5这3个处理以及T3与T5间基本存在显著差异（P<0.05），可见高浓度的PEG-6000与低、中浓度处理相比可以显著增加粉葛幼苗可溶性糖含量。

2.2.3 可溶性蛋白含量

通过图4可知，在不同浓度PEG-6000处理下，粉葛幼苗叶片中可溶性蛋白含量呈现出持续上升的趋势。其中，CK和T1～T5处理胁迫结束之后，可溶性蛋白含量为4.26、16.93、24.44、32.97、42.32、47.75 mg/g，T1～T5处理分别为对照的3.97、5.74、7.74、9.93、11.21倍，且T1、T2、T3、T4、T5与CK间均存在着显著差异（P<0.05）。说明无论低、中、高浓度PEG-6000处理都对粉葛幼苗可溶性蛋白含量有显著影响。同时，除与CK比较外，其他各浓度间均存在极显著差异（P<0.01），说明5%的浓度梯度所引起的可溶性蛋白含量的变化幅度是较大的。

2.2.4 MDA含量

通过图5可知，在从低浓度到高浓度的PEG-6000处理之后，粉葛幼苗MDA含量表现出明显的上升趋势，T1～T5依次比CK增加0.10、0.19、0.48、0.67、1.08倍。T1、T2、T3、T4、T5与CK间均存在极显著差异（P<0.01），此外，除了CK外，T1～T5各处理间也均存在极显著差异（P<0.01），说明不仅PEG-6000的胁迫对粉葛幼苗叶片的MDA含量有着非常大的影响，而且5%浓度梯度对该指标的影响也极显著。

2.2.5 相对电导率

通过图6可知，由CK、T1、T2、T3、T4、T5处理之后，粉葛幼苗相对电导率也明显上升。CK为最低值（55%），T5处理为最高值（79%）。各处理与对照间的相对电导率均存在极显著差異（P<0.01），可见5%、10%、15%、20%、30%不同浓度处理均可使粉葛幼苗叶片的相对电导率大幅上升。

同时，除CK外，5个不同浓度处理间相互比较，除了T2和T3处理间差异显著（P<0.05）外，其余各处理间均呈现出极显著差异（P<0.01），总体来说所设置的5%浓度梯度对于粉葛的膜透性影响很大，可显著提高相对电导率。

3 讨论与结论

3.1 PEG-6000胁迫处理后植株形态变化情况

本研究表明，经由浓度为5%、10%、15%、20%、30%的PEG-6000处理之后，粉葛的幼苗形态发生了比较明显的变化，叶面积总体呈下降趋势，特别是经高浓度处理后，叶片下垂、皱缩十分严重，说明高浓度会显著抑制粉葛生长。同时，低浓度（5%）PEG-6000处理后与对照相比可以促进粉葛叶面积的增长，说明粉葛有一定的耐旱性。

3.2 生理指标变化

本试验结果表明，不同浓度的PEG-6000胁迫处理之后，粉葛幼苗叶片中的叶绿素含量持续升高。其具体原因可能为在逆境下粉葛会产生很多的渗透调节物质如脯氨酸等，它们是光合作用的直接产物或间接产物[16]，故在PEG-6000胁迫后，为保证这些物质的产生，需要使植株维持正常的光合作用，这要求其本身合成大量的叶绿素。此外，随着单位叶面积的缩小，单位面积叶绿素增多。在经过不同浓度的PEG-6000处理之后，可作为渗透调节物质的可溶性糖含量增加，因为它不仅具有防止粉葛幼苗细胞失水的功能，还可以保护细胞器，通过该指标的升高，可为根系提供渗透机制，以便于水分进入根系，维持正常的生长发育[16]。再者逆境下可溶性蛋白质含量也呈上升趋势，因为其可以帮助植株束缚住较多的水分，以此适应外界缺水的环境，也进一步提高幼苗自身的抗旱能力。

同时，MDA为膜脂过氧化直接产物，它的含量可以表明植物的受害程度，同时也可以反映植物的抗性[17]。在不同浓度的PEG-6000胁迫处理后，粉葛幼苗中MDA含量呈显著上升趋势，这说明在高浓度下，粉葛体内活性氧的积累超出SOD的清除能力，该酶活性下降，所引起的是MDA的大量升高，受到的伤害较大。相对电导率也是反映粉葛细胞膜透性的一种指标，在逆境条件下，细胞膜遭破坏，透性增大，故可以通过此指标也进一步反映植株的抗旱能力。在本研究中，相对电导率均呈上升趋势，可见在高浓度PEG-6000处理下，膜系统遭到的破坏很严重。

本研究结果表明，用不同浓度PEG-6000处理粉葛幼苗后，植株表现出不同耐受性，可抵御低浓度（5%）胁迫，但经20%、30% PEG-6000处理后，内外在指标植株形态、MDA含量、相对电导率和可溶性蛋白含量等变化幅度较大，植株趋近死亡。可见，粉葛的耐受范围是有限的，高浓度的PEG-6000处理会影响粉葛的生长发育和生理特性。此外，本试验所设置的5%的浓度梯度对上述指标影响显著，故在之后的研究中可相应缩小浓度梯度和浓度范围，这样可以更加精确地研究粉葛的耐旱程度。

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