浅谈植物抗旱生理研究进展与育种

田富蓉

摘    要：目前，水资源短缺问题成为了一个全球性的问题，植物的抗旱性研究已经成为现阶段农业生产的研究热点，而抗旱生理研究对干旱胁迫下植物发生的生理代谢变化则是研究的重点。植物遭到干旱胁迫后正常的生理代谢状态会被打破，为了保持自身的生命力，植物会启动调节系统以适应干旱环境。阐述植物抗旱的概念及类型，分析植物抗旱生理探究进展，并探究抗旱育种技术。

关键词：植物;抗旱生理;育种

文章编号：1005-2690（2021）20-0135-02       中国图书分类号：S332.4       文献标志码：A

全球气候变暖带来的干旱问题已经成为影响植物生长发育的重要因素之一[1] 。从植物抗旱生理研究角度来看，植物遭到干旱胁迫时体内的很多生理过程会发生变化，如光合作用、水势、气孔闭合等都受到严重影响，这就影响了植物的正常生长，最终导致农作物产量下降。植物受到干旱胁迫时会利用自身的调节系统来适应不良环境，这种通过生理调节来抵御不良环境的行为被称为植物的生理适应性[2]。现阶段探索植物抗旱生理的研究进展与育种具有重要的现实意义。

1   植物抗旱的概念及类型

从植物生长的角度来看，一旦植物体内的水分出现匮乏，其体内的细胞活动及组织结构就会遭到破坏，植物容易出现水分亏缺情况，该现象被称为干旱，此时植物所表现出来的适应性和抵御能力被称为抗旱性[3]。

目前，从植物抗旱的相关研究来看，学者Levitt对抗旱植物进行了类型划分，其一为避旱性植物，其二为御旱性植物，其三为耐旱性植物。从避旱性植物来看，其一般以缩短生长周期来躲避重度干旱;从御旱性植物来看，其以改变自身的形态结构、代谢功能等方式来保持体内的水分，有的植物也会通过自身强大的根系来吸收水分;从耐旱性植物来看，其以休眠的方式使自身在干旱时期处于风干状态，但原生质并没有凝固，并且具备较强的吸水能力，该类型的植物在干旱胁迫得到缓解后便可恢复正常的生长[4]。从现阶段对植物抗干旱性的研究来看，一些学者会依据植物的相对含水量来划分干旱胁迫度，其一为轻度胁迫，其二为中度胁迫，其三为重度胁迫。

2   干旱对植物生理指标的影响

2.1   对光合生理的影响

从生理特点来看，植物通过光合作用来获取生长能量，其中叶绿体是植物进行光合作用的细胞器，叶片光合产物是各器官生长的物质基础。从理论分析来看，植物光合速率是衡量植物生产水平的有效指标之一[5]，同时植物的叶绿素含量对于植物光合速率有着直接的影响。因为植物获取有机物的途径主要通过光合作用来实现，所以植物光合速率的强弱对植物光合作用的效果有着直接的影响。通过光合作用，植物能够将二氧化碳和水转化成有机物质，并释放出氧气。植物在光合作用过程中受到的影响因素较多，其中水分对光合作用的影响是间接实现的。相关研究显示植物的光合速率与水分胁迫有着很大的关系，光合速率的下降幅度与水分胁迫的强度呈正相关。植物受到干旱胁迫时，植物叶片上的气孔会关闭，此时植物吸收的CO2也会减少，这样就降低光合作用的速率。在植物恢复水分后，其光合速率会提升。在干旱胁迫下植物的叶绿素含量会随着干旱程度加深而降低，其中降低幅度较小的植物说明其抗旱能力较强。

2.2   对植物细胞膜系统与膜脂过氧化的影响

植物的细胞膜系统在维持细胞微环境、细胞正常代谢等方面都发挥着关键性作用。在正常环境下，植物体内的自由基会保持平衡状态，但在干旱胁迫下细胞内的自由基数量会随之增加，这会在一定程度上降低细胞的清除能力。由于活性氧的大量累计致使细胞膜出现氧化现象，这就会对植物细胞内的大分子产生破坏，最终影响植物的正常发育生长。尤其植物在受到干旱胁迫时，植物自身会产生保护性应激反应，当大量活性氧等有害物质对植物细胞进行攻击时，植物会快速启动自身的抗氧化系统对多余的活性氧进行清除或者对其进行中和，这样就可以增强植物抵御不良环境的能力，避免细胞膜系统被损害，确保植物细胞的各项功能都处于正常状态，降低干旱胁迫对植物本身的危害性。另外，相关研究表明，植物在干旱胁迫下的细胞膜透性可以通过电导率来显示。在干旱胁迫下植物材料的相对电导率会提升，此时膜透性也会随之升高。叶片的电导率与植物的抗旱性呈负相关，当植物的相对电导率较高时，说明植物的抗旱性能比较差。

2.3   对植物抗氧化酶活性的影响

从干旱對植物过氧化酶活性的影响来看，过氧化酶是一种比较稳定的氧化还原酶，在动植物以及微生物中广泛存在。从植物中过氧化酶所发挥的作用来看，其在清除植物体内产生的H2O2方面具有较快的速度，这样可以有效地避免H2O2引起卡尔文循环的酶失活。在正常的条件下植物体内的自由基可以使植物保持正常的代谢状态，但在干旱胁迫下这种平衡会被打破，这主要是因为植物组织中积累了大量的活性氧，其对细胞膜结构、功能等方面产生破坏性作用，在一定程度上增加了细胞膜透性，导致电解质出现外渗现象。植物细胞中有抗氧化酶，可以对活性氧进行有效的清除或中和，这样便可以增强植物在干旱胁迫下的适应能力，提升植物的生存能力。

2.4   对植物渗透调节物质的影响

从干旱对植物渗透调节物质的影响来看，当植物受到干旱胁迫时，其体内的细胞会处于失水状态，此时叶片的水势处于降低状态。为了避免植物过度失水，植物会快速地积累自身的渗透调节物质对细胞液的浓度进行有效调节，在降低渗透势的基础上维持细胞膨压，这样可有效地缓解植物脱水情况，保持细胞的水分平衡和。目前，从植物抗旱生理研究的角度来看，植物体内的渗透调节物质主要为两种，其一为有机质，其二为无机物质。有机质主要以甜菜碱、可溶性糖、脯氨酸为主，主要作用是保护细胞膜和生物酶;无机物质主要以无机盐离子为主，主要作用是调节细胞膨压，并维持液泡渗透性。

总体来说，植物细胞的渗透调节是植物应对干旱胁迫的重要调节机制，通过渗透调节物质从外界吸收水分来抵御干旱胁迫。可溶性糖属于细胞内渗透调节剂之一[6]，对稳定渗透调节能力的贡献比较大，仅次于K+，植物受到干旱胁迫后，植物体内的可溶性糖含量的变化可作为判断植物抗旱性强弱的有效指标。在干旱时，可溶性糖的含量会急剧增长，在水分恢复后，可溶性糖含量就会下降。脯氨酸属于一种细胞亲和溶质，具有较强的水溶性与水和能力，干旱胁迫造成其含量增加。在干旱胁迫下，植物能够通过积累脯氨酸避免相关酶变性，通过对细胞质pH值进行调节，保持细胞结构的完整性。甜菜碱与前两者类似，都是小分子有机物，也是一种非毒性的渗透调节剂。据相关调查研究表明，正常的情况下甜菜碱的含量并不高，但是当植物受到干旱胁迫后，甜菜碱就会在植物体内积累，以增强植物的抗性。

3   抗旱育种技术

3.1   育种之前需晒种

在育种过程中，需要在选择优质的品种之后，对种子进行照晒，这样不仅有利于种子发芽，还有利于提升出苗率，增强植物的抗病害能力[7]。

3.2   抗旱锻炼

在种子播种之前，需要提前将照晒处理好的种子放到温水中浸泡，在晒干之后进行干湿交替处理，这样既可以保证种子前期的发育，还能提升植物的抗旱能力。

3.3   农作物种子包衣

种子包衣技术是在农作物种子的外表皮包裹抗旱种衣。种衣剂中富含大量的营养成分和微量元素，这对种子的前期发育有一定的促进作用。同时，农作物在种子包衣后可以促进水分吸收，这样可为农作物种子的发育及成长提供良好的保障。

4   结束语

近些年植物抗旱研究获得较大进展，人们不仅从土壤、栽植方式、灌溉方式等方面改良植物的生长环境，还关注育种技术的改良，通过增强种子的抗旱性提升植物的耐受性。现阶段对干旱条件下植物生理变化的研究比较多。在农业领域发展过程中，一是要將抗旱植物的研究重视起来，二是借助先进的分子生物技术筛选抗旱植物品种，三是调整育种技术增强种子的耐旱性，四是构建综合性的植物抗旱评价体系，以此为后续抗旱植物的研究提供理论依据与技术支撑。

参考文献：

[1]王移，卫伟，杨兴中，等.黄土丘陵沟壑区典型植物耐旱生理及抗旱性评价[J].生态与农村环境学报，2011，27（4）：56-61.

[2]刘维君，李宗艳，杨壁嘉，等.5种地被植物抗旱生理及差异比较[J].西南师范大学学报（自然科学版），2017，42（7）：18-23.

[3]吴迪，龙秀琴，唐金刚，等.干旱胁迫对3种藤本植物抗旱生理特性的影响[J].贵州农业科学，2013，41（6）：69-71.

[4]谭雪红，高艳鹏，郭小平，等.五种高速公路边坡绿化植物的生理特性及抗旱性综合评价[J].生态学报，2012，32（16）：5076-5086.

[5]许爱云，曹兵，谢云.干旱风沙区煤炭基地12种草本植物对干旱胁迫的生理生态响应及抗旱性评价[J].草业学报，2020，29（10）：22-34.

[6]李艳，王庆，刘国宇，等.4种地被植物干旱胁迫下的生理响应及抗旱性评价[J].中南林业科技大学学报，2019，39（6）：9-15.

[7]王炳萍，刘一华.植物抗旱性鉴定的研究进展[J].农村实用技术，2020（12）：78-79.

（编辑：白   颖）