干旱胁迫对不同品种决明幼苗生理生化特性的影响

朱 亚，李 松，赵永平，杨 楠

(1.商洛学院 生物医药与食品工程学院，陕西 商洛 726000;2.陕西秦岭特色生物资源产业技术研究院，陕西 商洛 726000)

决明(CassiaobtusifoliaL.)为豆科云实亚科草本，又称草决明、马蹄决明、假绿豆等[1]，决明受冻害后容易脱叶而死，所以其生长在温暖湿润的环境，阳光充足有利于其生长。决明子为决明或小决明干燥成熟的种子，其味苦，性微寒，具有利水通便、清肝、明目、抗氧化、抑菌等作用[2]，可用于治疗头痛眩晕、高血压症、高血脂症等，其不仅有较高的药用价值，还富含多种维生素，具有很好的保健功能，是人们饮茶的常用原料[3]。

干旱胁迫是影响植物正常生长的一种最广泛最普遍的逆境条件，干旱胁迫是影响决明生长的重要因素之一。聚乙二醇(polyethylene glycol,PEG)是高分子渗透剂，具有良好的水溶性，可以使植物体内细胞吸水缓慢，造成干旱胁迫。在水资源日益短缺的情况下，如何筛选决明抗旱材料及培养抗旱品种已成为诸多学者讨论的热点话题之一[4,5]。高雪等[6]研究结果表明，白菜型春油菜的发芽率、主根长、苗高、单株鲜重等都在PEG胁迫浓度升高中逐渐下降，其中，苗高及相对活力指数的差异最明显。李新蕾等[7]研究认为，在一定范围内，随着干旱胁迫强度的增加，大叶醉鱼草种子的发芽时间不但有所延迟，其发芽持续时间也被延长，种子发芽率在5%～10%浓度的PEG胁迫下，与对照组相比无明显的差异，但是在15%浓度的PEG胁迫下差异明显，均显著低于对照组，在20%及以上浓度的PEG胁迫下，其种子不能发芽。笔者研究采用不同浓度的PEG模拟干旱胁迫，通过研究不同干旱胁迫处理下，决明生理生化指标的变化，探讨决明幼苗应对干旱胁迫的生理机制，以期为决明的抗旱栽培提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试材料为商洛宏升中药材专业合作社提供常规栽培种，分别编号为SY-Q-2、SY-01-02、HQ-W1-01。

1.2 试验设计与方法

每个品种挑选大小一致、饱满、有光泽的种子，清洗除杂，用低浓度高锰酸钾溶液进行种子表面消毒后，用无菌水冲洗3～4次，将种子置于培养皿，放入光照培养箱中催芽，待种子长出两片真叶后移栽至花盆中，覆膜保温保湿，随后根据幼苗的生长情况逐渐通风去膜，待苗生长至5cm左右时进行间苗，剔除小苗、弱苗，培养50 d后，以PEG-6000溶液模拟干旱胁迫，用不同浓度PEG-6000溶液处理。试验设置对照组(蒸馏水，CK)和PEG-6000胁迫浓度为5%、10%、15%、20%的4个干旱胁迫组，分别用S0、S1、S2、S3、S4表示，品种SY-Q-2为V1、SY-01-02为V2、HQ-W1-01为V3，3次重复，胁迫7 d后，测定各项生理生化指标。

1.3 测定方法

过氧化物酶(POD)活性采用愈创木酚法进行测定；过氧化氢酶(CAT)活性采用紫外吸收法进行测定；丙二醛(MDA)含量采用硫代巴比妥酸比色法进行测定；脯氨酸含量采用酸性茚三酮比色法进行测定；可溶性蛋白含量采用考马斯亮蓝法进行测定；可溶性糖含量采用蒽酮比色法进行测定[8,9]。

1.4 数据分析

用Microsoft Excel 2016软件进行数据整理和作图，用DPS9.50版数据分析软件进行统计分析[18]。

2 结果与分析

2.1 干旱胁迫对不同品种决明幼苗POD活性的影响

由于POD是植物细胞内防御酶系统中重要的清除酶之一，它能清除植物体内过多的过氧化物，减少H2O2对细胞膜造成的伤害，常作为分析评价植物抗旱能力的指标之一[10]。由图1可知，正常生长条件下，SY-Q-2、SY-01-02和HQ-W1-01决明幼苗之间POD活性差异不显著(P>0.05)。随着胁迫浓度的升高，SY-Q-2的POD活性呈现先增后降的趋势，PEG-6000胁迫浓度为10%时，POD活性最高，SY-01-02的POD活性在PEG-6000胁迫浓度为20%时达到最高。HQ-W1-01随着胁迫浓度升高，POD活性变化呈逐渐下降趋势，浓度最大时活性最低。

图1 干旱胁迫对不同品种决明幼苗POD活性的影响

2.2 干旱胁迫对不同品种决明幼苗CAT活性的影响

由图2可以看出，不进行干旱胁迫下，品种HQ-W1-01的CAT活性高于SY-Q-2和SY-01-02。随着PEG胁迫程度的增加，SY-Q-2和SY-01-02的CAT活性并无明显变化，SY-Q-2在干旱胁迫浓度最高时活性最低，与CK相比下降了10.9%。HQ-W1-01的CAT活性随着PEG胁迫浓度增加呈现先降后升的趋势，PEG胁迫浓度为5%时较CK下降了37.5%，不同浓度PEG胁迫对品种HQ-W1-01的CAT活性变化影响不大。

图2 干旱胁迫对不同品种决明幼苗CAT活性的影响

2.3 干旱胁迫对不同品种决明幼苗MDA含量的影响

在逆境条件下或自然衰老时，植物体细胞往往会发生膜脂过氧化作用，MDA便是其产物之一，通常被视作膜脂过氧化指标。由图3可知，随着PEG胁迫浓度的增加，SY-Q-2整体呈现先增后降的趋势，不同胁迫浓度处理间MDA含量差异显著(P< 0.05)，在PEG胁迫浓度为15%时，MDA含量最高。SY-01-02随胁迫浓度升高，呈先降后升的趋势，在PEG胁迫浓度为15%时，MDA含量达到最高值。不同PEG胁迫浓度处理间，HQ-W1-01的MDA含量变化差异不显著(P> 0.05)。

图3 干旱胁迫对不同品种决明幼苗MDA含量的影响

2.4 干旱胁迫对不同品种决明幼苗脯氨酸含量的影响

脯氨酸具有很强的水溶性，在干旱胁迫条件时，在细胞内大量增加，其作为干旱胁迫下主要的渗透调节物质，可以有效地去除掉细胞内活性氧及自由基，从而降低细胞的渗透势[11]。由图4可知，SY-Q-2和HQ-W1-01在不同PEG胁迫浓度下脯氨酸含量差异不显著(P> 0.05)，升降幅度较小，说明PEG胁迫浓度对SY-Q-2和HQ-W1-01的脯氨酸含量影响不大。SY-01-02在PEG胁迫浓度为20%时，脯氨酸含量达到最高，为对照的1.51倍。

图4 干旱胁迫对不同品种决明幼苗脯氨酸含量的影响

2.5 干旱胁迫对不同品种决明幼苗可溶性蛋白含量的影响

可溶性蛋白也是一种重要的渗透调节物质，植物在遭遇逆境时，体内可溶性蛋白的含量会大量积累，来提高植物细胞的保水能力。由表1可知，SY-Q-2的可溶性蛋白含量随着PEG胁迫浓度的升高先降后增，10%处理下的可溶性蛋白含量最低，与CK相比减少了25.1%。SY-01-02的可溶性蛋白含量在胁迫浓度最大时，其增加至最高值，较CK增长了18.8%。而HQ-W1-01的可溶性蛋白含量随着胁迫浓度的增加并无明显的变化，在10%处理下可溶性蛋白含量最低，比CK组减少了19.1%，就品种而言，HQ-W1-01的可溶性蛋白含量整体上略高于SY-Q-2和SY-01-02。

表1 干旱胁迫对不同品种决明幼苗可溶性蛋白含量的影响

2.6 干旱胁迫对不同品种决明幼苗可溶性糖含量的影响

由表2可知，SY-Q-2的可溶性糖含量随着PEG胁迫浓度的升高先增后降，并且其每个浓度胁迫下的决明幼苗可溶性糖含量均高于正常生长条件下的决明幼苗，在PEG胁迫浓度为15%时含量最高。SY-01-02在PEG胁迫浓度为20%时可溶性糖含量达到最高值，比CK增加了39.8%，在PEG胁迫浓度为10%时，可溶性糖含量比CK减少了49.8%。HQ-W1-01呈先增后减的趋势，在PEG胁迫浓度为5%处理下含量最高。

3 讨论

在干旱胁迫下，植物体内会积累活性氧，而植物本身在遭到一定逆境条件下，保护酶系统则通过自身调节减少逆境伤害，POD是植物体内普遍存在的一种酶，它与植物体内的光合呼吸作用、木质素的形成情况以及生长素的氧化程度等息息相关，其活性会随着植物生长条件的变化而发生改变，CAT是催化H2O2分解成O2和H2O的酶，存在于植物细胞的过氧化物体内。POD和CAT之间具有协同作用，可以协同将H2O2转化成H2O和O2，有效地清除活性氧，从而减轻植物细胞由于水分胁迫而导致的氧化伤害[12]。笔者试验结果显示，随着PEG胁迫浓度的升高，3个品种决明的POD活性差异显著(P< 0.05)，其中SY-Q-2的增幅最明显。3个品种决明在不同浓度PEG胁迫下，CAT活性变幅均不大，其中品种SY-01-02的CAT活性变化差异不显著(P> 0.05)，说明SY-Q-2和HQ-W1-01两个决明品种的耐旱响应程度高于SY-01-02。喻泽莉等[13]也证实了随着PEG胁迫程度的加剧，不同的抗氧化酶变化不一致，这可能主要是由于决明在遭受干旱胁迫后，植株通过各种酶的协同变化调节平衡，来抵御干旱胁迫所引起的活性氧积累，降低膜质伤害程度。

一般植物在逆境条件下，它的生长会受很多因素的限制，如高温、盐碱或干旱等，当遇到以上不利条件时，就会产生膜脂过氧化，MDA是植物膜脂过氧化的产物，由其含量的变化可以反映植物膜脂过氧化的程度及其对逆境条件反应的强弱。在干旱胁迫下，MDA含量逐渐增多，导致细胞膜结构发生变化，影响膜的流动性，其与酶的结合力也会受到影响[14]。笔者试验结果表明，SY-Q-2的MDA含量随着PEG胁迫浓度增加快速升高，说明其对干旱胁迫的敏感性较强，SY-01-02的MDA含量随着PEG胁迫浓度增加先降后升，说明适度的干旱胁迫有利于该品种幼苗的生长，而对于HQ-W1-01而言，PEG胁迫浓度对MDA含量变化影响不大，说明该品种抗旱性较强。任丽花等[15]研究也认为MDA含量的多少和变幅直接反映了植物受伤害程度和抗性。

渗透调节是植物应对逆境胁迫的一种生理调节机制，植物在增加细胞内溶质的浓度时，会降低细胞的水势，使细胞水分吸收能力保持在相对平衡的状态，从而保证细胞的各项代谢活动能够正常进行[16]。渗透调节性物质可以使种子细胞的水分保持在平衡状态，确保种子能够正常生长，这类物质包括脯氨酸、可溶性蛋白和可溶性糖等[17]。研究结果表明，在PEG胁迫浓度低于15%时，参试三个决明品种的脯氨酸含量、可溶性蛋白含量和可溶性糖含量均较CK变幅不大，随着胁迫程度进一步增加，SY-01-02的各种渗透调节物质含量呈现急需升高的趋势，这与前人的研究结果一致[18,19]，说明干旱胁迫条件下，植株叶片中渗透调节物质会快速积累，对植物的抗旱生理有着重要的作用，而品种SY-Q-2和HQ-W1-01各渗透调节物质略有下降，这可能与品种自身的新陈代谢有关。

4 结论

植物抗旱性是在长期的适应进化中形成的，植株体内糖分和氨基酸含量以吸水能力的变化可以综合反映其抗旱能力强弱。综合分析发现，参试3个品种的决明幼苗在受到轻度干旱胁迫时，保护酶活性、膜脂过氧化程度和渗透调节物质均变幅不大，在遭受中、重度干旱胁迫时，HQ-W1-01的MDA含量变幅不大，但脯氨酸、可溶性糖和可溶性蛋白的含量较其他两个品种高，表现出较强的抗旱性。实验初步研究了PEG模拟干旱胁迫对不同品种决明幼苗各项生理生化指标的影响，关于干旱胁迫对决明药用有效成分的影响有待于进一步研究。