劉曉東 高春紅 王 玲

(東北林業(yè)大學(xué)，哈爾濱，150040)

水分是干旱半干旱地區(qū)最重要的環(huán)境因子，對(duì)樹(shù)木生長(zhǎng)、存活、凈生產(chǎn)力等具有極其重要的影響。在干旱半干旱區(qū)，降水少而集中，影響和限制該地區(qū)植物生長(zhǎng)、分布及植被演替的因子主要是土壤水分及其有效性虧缺。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人口的膨脹，水資源短缺現(xiàn)象日趨勢(shì)嚴(yán)重，因此，近年來(lái)，對(duì)樹(shù)木適應(yīng)干旱生境機(jī)理的探討已成為生物學(xué)研究的一個(gè)重要方向。本課題以‘金亮’錦帶和‘寶石’錦帶的1年生枝條為研究對(duì)象，通過(guò)PEG－6000脅迫試驗(yàn)，測(cè)定不同程度水分脅迫下生理生化指標(biāo)的動(dòng)態(tài)變化，其結(jié)果將為其在園林中推廣應(yīng)用提供理論基礎(chǔ)。還可以為抗性育種的品種選擇提供前期理論研究基礎(chǔ)。近30 a，越來(lái)越多的人認(rèn)為，用PEG模擬植物干旱逆境是可行的，相對(duì)分子質(zhì)量400～20 000的PEG看來(lái)都是令人滿意的滲透物［1］。PEG誘導(dǎo)水分逆境所得的效果與將土壤逐步干旱是一樣的，所以PEG用于模擬土壤干旱來(lái)研究植物對(duì)水分虧缺的反應(yīng)還是一種較為理想的滲透調(diào)節(jié)劑［2］。

1 材料與方法

試驗(yàn)于東北林業(yè)大學(xué)園林植物綜合實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行，供試材料選取植物長(zhǎng)勢(shì)一致生長(zhǎng)旺盛無(wú)病蟲(chóng)害的1年生‘金亮’錦帶和‘寶石’錦帶(‘金亮’錦帶與白錦帶花雜交所獲得的新品種)枝條，植物材料來(lái)源于黑龍江省森林植物園，于2010年9月3日早上8點(diǎn)進(jìn)行取材，分別選取樹(shù)冠中下部向陽(yáng)外圍發(fā)育正常的1年生枝條(20～25 cm)，迅速放入材料袋后裝入取樣箱，帶回實(shí)驗(yàn)室，插入容量為250 mL的三角瓶中，瓶中裝入配制好20%PEG－6000溶液(150 mL·瓶－1)進(jìn)行脅迫處理(用蒸餾水和聚乙二醇－6000 配制)，并于脅迫 0、6、12、24 h 時(shí)取其葉片，用自來(lái)水輕輕沖洗除去表面污物，再用蒸餾水沖洗2～3次后，用吸水紙輕輕吸干葉片表面水分，樣本在液氮中速凍后在超低溫冰箱中－70℃保存，3次重復(fù)。

指標(biāo)測(cè)定方法:葉片相對(duì)含水量和葉片水分飽和虧缺參照郝再彬等［3］的方法;質(zhì)膜相對(duì)透性測(cè)定采用電導(dǎo)率法［4］;蛋白質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)采用李合生［4］考馬斯亮藍(lán)G－250染色法測(cè)定;丙二醛(MDA)質(zhì)量摩爾濃度采用硫代巴比妥酸顯色法測(cè)定［4］;可溶性糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)采用蒽酮比色法李合生［4］方法進(jìn)行測(cè)定。

數(shù)據(jù)處理:所得數(shù)據(jù)用Excel2003整理后制表作圖;數(shù)據(jù)分析采用Spss17.0軟件。

2 結(jié)果與分析

2.1 PEG－6000脅迫對(duì)葉片相對(duì)含水量的影響

植物葉片相對(duì)含水量越高證明植物葉片持水力越強(qiáng)，吸收水分的能力越強(qiáng)，在干旱脅迫條件下的適應(yīng)能力就越強(qiáng)。一般來(lái)說(shuō)，植物組織的含水量越低，其吸水能力越弱，在水分脅迫條件下抗旱能力就越弱。‘金亮’和‘寶石’錦帶花葉片含水量(RW，C)在PEG－6000脅迫后均逐漸下降，說(shuō)明PEG－6000溶液對(duì)枝條的滲透脅迫影響了葉片細(xì)胞的水分生理過(guò)程，致使葉片失水。隨著脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)，葉片相對(duì)含水量逐漸降低，這與湯章城［5］對(duì)藜幼苗的研究和趙黎芳等［6］對(duì)扶芳藤的研究結(jié)果相一致。經(jīng)過(guò)處理的‘金亮’錦帶和‘寶石’錦帶的葉片相對(duì)含水量顯著低于對(duì)照(P＜0.05)。在脅迫6 h后，‘金亮’錦帶和‘寶石’錦帶的葉片相對(duì)含水量分別為66.03%和66.32%，分別比對(duì)照下降了15.36%和12.87%;脅迫12 h后，‘金亮’錦帶和‘寶石’錦帶的葉片相對(duì)含水量分別是62.11%和62.35%，分別較對(duì)照下降了13.76%和17.00%;脅迫24 h后，‘金亮’錦帶和‘寶石’錦帶的葉片相對(duì)含水量較對(duì)照分別下降了21.77%和23.44%(表1)。方差分析表明，不同處理時(shí)間對(duì)葉片相對(duì)含水量的影響顯著，處理組與對(duì)照組相比，差異顯著(P＜0.05)。

2.2 PEG－6000脅迫對(duì)葉片質(zhì)膜透性的影響

各種逆境傷害往往首先作用于質(zhì)膜，膜透性的增大是膜系統(tǒng)受破壞的表現(xiàn)之一，膜透性增大的程度與逆境脅迫的強(qiáng)度有關(guān)，也與植物抗逆性的強(qiáng)弱有關(guān)，在干旱情況下，抗旱性較強(qiáng)的物種有較小的膜透性［7－8］。膜透性的測(cè)定常作為植物抗性研究的一個(gè)重要的生理指標(biāo)［9］。隨脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)，細(xì)胞膜透性總體呈上升趨勢(shì)，這與袁小鳳等［10］對(duì)馬尾松的的研究結(jié)果相一致。在脅迫6 h后，‘金亮’錦帶和‘寶石’錦帶的電導(dǎo)率較對(duì)照有一個(gè)小幅上升;脅迫12 h后，經(jīng)處理的‘金亮’錦帶和‘寶石’錦帶的電導(dǎo)率分別較對(duì)照上升了18.67%和12.17%;脅迫24 h后，‘金亮’錦帶和‘寶石’錦帶的電導(dǎo)率較對(duì)照上升了47.09%和22.96%(表1)。‘金亮’錦帶和‘寶石’錦帶在20%PEG－6000脅迫處理下的電導(dǎo)率均顯著高于對(duì)照的(P＜0.05)。說(shuō)明植物內(nèi)部通過(guò)增加質(zhì)膜透性來(lái)抵御外界不良環(huán)境，從而說(shuō)明‘金亮’錦帶和‘寶石’錦帶對(duì)水分脅迫的適應(yīng)。

表1 PEG－6000脅迫處理對(duì)兩種錦帶花生理指標(biāo)的影響

2.3 PEG－6000脅迫對(duì)葉片可溶性糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響

從表1看以看出，PEG－6000脅迫處理下‘金亮’錦帶的可溶性糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)均高于對(duì)照。在脅迫6 h后，‘金亮’錦帶花的可溶性糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)較對(duì)照上升了27.27%，而‘寶石’錦帶花較對(duì)照上升了20%;脅迫12 h后，‘金亮’錦帶的可溶性糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)較對(duì)照上升了31.4%，而‘寶石’錦帶的可溶性糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)則較對(duì)照下降了39.09%;脅迫24 h后，‘金亮’錦帶的可溶性糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)顯著高于‘寶石’錦帶花，‘金亮’錦帶的可溶性糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.282 2%，較對(duì)照上升了67.98%，而‘寶石’錦帶的可溶性糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.060 4%，較對(duì)照下降了70.38%。處理組與對(duì)照組相比，差異不顯著(P＞0.05)。李吉躍等［11］在對(duì)太行山區(qū)主要造林樹(shù)種耐旱特性的研究中表明，在一定脅迫范圍內(nèi)，葉片可溶性糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加，隨著進(jìn)一步脅迫，可溶性糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)又大幅度下降。

2.4 PEG－6000脅迫對(duì)葉片可溶性蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響

可溶性蛋白是植物體內(nèi)重要的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，當(dāng)植物受到水分脅迫時(shí)，植物體內(nèi)會(huì)積累大量的可溶性蛋白。因此，可溶性蛋白的增加可以提高植物本身抵御不良環(huán)境的能力。從表1中可看出，PEG－6000脅迫下‘金亮’錦帶可溶性蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)呈現(xiàn)出總體的變化趨勢(shì)是先升高后降低，而‘寶石’錦帶花的變化趨勢(shì)是下降、上升，后再下降?！鹆痢\帶花和‘寶石’錦帶花在整個(gè)處理水平下的可溶性蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)與對(duì)照的之間均差異不顯著(P＞0.05)?！畬毷\帶可溶性蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)在脅迫12 h出現(xiàn)高峰，而后又繼續(xù)下降。在脅迫24 h后，20%PEG－6000處理下的金亮錦帶花可溶性蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)較對(duì)照的下降了48.46%。在脅迫24 h后，兩種錦帶的可溶性蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)均大幅下降，這表明了此時(shí)的脅迫可能已超出了兩種錦帶的耐受極限，使蛋白酶的活性迅速提高，加快了蛋白質(zhì)水解。處理組與對(duì)照組相比，差異顯著(P＜0.05)。

2.5 PEG－6000脅迫對(duì)葉片丙二醛質(zhì)量摩爾濃度的影響

MDA是膜脂過(guò)氧化作用的產(chǎn)物之一，MDA質(zhì)量摩爾濃度的高低反映了植物細(xì)胞遭受逆境傷害的程度和膜脂過(guò)氧化程度［12－13］。丙二醛產(chǎn)生數(shù)量的多少，能夠代表細(xì)胞膜脂過(guò)氧化程度，可間接反映植物組織抗氧化能力的大小，進(jìn)而用作鑒定植物抗旱性的指標(biāo)。從表1可以看出，經(jīng)過(guò)PEG－6000脅迫后的‘寶石’錦帶的葉片丙二醛質(zhì)量摩爾濃度呈現(xiàn)先降低后升高的變化趨勢(shì)，而‘金亮’錦帶的葉片丙二醛質(zhì)量摩爾濃度呈現(xiàn)先降低后升高再降低的變化趨勢(shì)。在脅迫開(kāi)始時(shí)(0 h)，‘金亮’錦帶的丙二醛質(zhì)量摩爾濃度為 1.793 9 mol·g－1，顯著高于‘寶石’錦帶花的 1.280 3 mol·g－1;脅迫處理6 h后，‘金亮’錦帶花的丙二醛質(zhì)量摩爾濃度為1.214 9 mol·g－1，較對(duì)照下降了 33.24%，而‘寶石’錦帶花的丙二醛質(zhì)量摩爾濃度為0.826 6 mol·g－1，較對(duì)照下降了 34.86%;脅迫 24 h 后，‘金亮’錦帶和‘寶石’錦帶的丙二醛質(zhì)量摩爾濃度分別為1.397 7 mol·g－1和 1.346 0 mol·g－1?！鹆痢\帶各處理下丙二醛質(zhì)量摩爾濃度均低于對(duì)照，說(shuō)明干旱脅迫造成了生物膜傷害。這與姚允聰?shù)龋?4］對(duì)柿樹(shù)的研究結(jié)果基本一致。

3 結(jié)論與討論

在干旱脅迫下，‘金亮’錦帶和‘寶石’錦帶葉片生理生化指標(biāo)發(fā)生一系列變化。試驗(yàn)表明，在正常條件下，‘金亮’錦帶和‘寶石’錦帶葉片具有較高的相對(duì)含水量，在受到干旱脅迫時(shí)，相對(duì)含水量呈逐漸下降趨勢(shì)，說(shuō)明PEG－6000脅迫對(duì)試材的滲透脅迫影響了葉片細(xì)胞的水分生理過(guò)程，致使葉片失水。細(xì)胞膜具有選擇性，各種逆境傷害都會(huì)造成細(xì)胞膜選擇透性的改變或喪失，導(dǎo)致大量離子外滲，從而使組織浸出液的相對(duì)電導(dǎo)率升高。本試驗(yàn)中隨著脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)，‘金亮’錦帶和‘寶石’錦帶的電導(dǎo)率均持續(xù)升高，從而說(shuō)明PEG－6000脅迫對(duì)兩種錦帶的水分生理產(chǎn)生了影響，以及‘金亮’錦帶和‘寶石’錦帶對(duì)水分脅迫的適應(yīng)。

抗旱性越強(qiáng)，植物體內(nèi)的可溶性蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)越高［15］，但也有研究認(rèn)為抗旱性強(qiáng)的植物在受到干旱脅迫后，其蛋白合成維持在比較穩(wěn)定的水平，可溶性蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化很小［16－17］。本研究表明PEG－6000脅迫下，‘金亮’錦帶可溶性蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)基本呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì)，可溶性蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)升高可能是因?yàn)樵谒置{迫下促進(jìn)某些特殊種類(lèi)蛋白質(zhì)的合成，即“逆境蛋白”或“脅迫蛋白”合成的結(jié)果，在脅迫后期可溶性蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)減小，可能是因?yàn)椤懊{迫蛋白”的調(diào)節(jié)能力有限。

本試驗(yàn)中PEG－6000脅迫下，‘金亮’錦帶葉片可溶性糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)總體呈先上升后下降的趨勢(shì)，這與程智慧等［18］對(duì)水分脅迫下番茄幼苗影響的研究中的結(jié)果一致，在短期脅迫內(nèi)可溶性糖的增加提高了細(xì)胞的抗脫水能力，可以減緩干旱對(duì)其的傷害。抗旱性強(qiáng)的植物MDA質(zhì)量摩爾濃度增幅?。?9］，本研究中，PEG－6000 脅迫下，‘寶石’錦帶丙二醛質(zhì)量摩爾濃度呈先下降后上升的變化趨勢(shì)，而‘金亮’錦帶丙二醛質(zhì)量摩爾濃度卻是呈下降—上升—下降的變化趨勢(shì)，其生理機(jī)制有待進(jìn)一步研究。

［1］龔子端，李高陽(yáng).PEG干旱脅迫對(duì)植物的影響［J］.河南林業(yè)科技，2006，26(3):21－23.

［2］蔣志榮，梁旭婷，朱恭，等.4樹(shù)種主要生理指標(biāo)對(duì)模擬水分脅迫的響應(yīng)［J］.中國(guó)沙漠，2009，29(3):21－24.

［3］郝再彬，蒼晶，徐仲.植物生理實(shí)驗(yàn)［M］.哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2004.

［4］李合生.植物生理生化實(shí)驗(yàn)原理和技術(shù)［M］.北京:高等教育出社，2000.

［5］湯章城.植物干早生態(tài)生理的研究［J］.生態(tài)學(xué)報(bào)，1983，3(3):196－204.

［6］趙黎芳，張金政，張啟翔.水分脅迫下扶芳藤幼苗保護(hù)酶活性和滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的變化［J］.植物研究，2003，23(4):438－442.

［7］郭慧，呂長(zhǎng)平，鄭智，等.園林植物抗旱性研究進(jìn)展［J］.安徽農(nóng)學(xué)通報(bào)，2009，15(7):53－55.

［8］張治安，張美善，蔚榮海.植物生理學(xué)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)［M］.北京:中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)技術(shù)出版社，2004.

［10］袁小鳳，施積炎，丁貴杰.不同種源馬尾松幼苗對(duì)水分脅迫的生理響應(yīng)［J］.浙江林學(xué)院學(xué)報(bào)，2008，25(1):42－47.

［11］李吉躍，姚允聰.刺槐無(wú)性系的研究［J］.植物生態(tài)學(xué)報(bào)，1999，15(1):46－51.

［12］閻秀峰，李晶，祖元?jiǎng)?干旱脅迫對(duì)紅松幼苗保護(hù)酶活性及脂質(zhì)過(guò)氧化作用的影響［J］.生態(tài)學(xué)報(bào)，1999，19(6):850－859.

［13］侯嫦英，方升佐，薛建輝，等.干旱脅迫對(duì)青檀等樹(shù)種苗木生長(zhǎng)及生理特性的影響［J］.南京林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版，2003，27(6):103－106.

［14］姚允聰，曲澤洲，李樹(shù)仁.不同澆水處理過(guò)程中柿幼樹(shù)SOD、CAT和脂質(zhì)過(guò)氧化作用的變化［J］.北京農(nóng)學(xué)院學(xué)報(bào)，1994，9(1):22－27.

［15］Levitte J.Response of plants to environmental stress［M］.New York:Academic Press，1972:45－60.

［16］Lassoie J P，Calo D J.Physiological response of large douglas fir to natural and induced water deficits［J］.Can J For Res，2001，11(3):139－144.

［17］嚴(yán)蔚東，王校常，何鍶潔，等.利用外源鉀通道基因改良水稻鉀素營(yíng)養(yǎng)［J］.中國(guó)水稻科學(xué)，2002，16(1):77－79.

［18］程智慧，孟煥文.水分脅迫對(duì)番茄幼苗轉(zhuǎn)化酶表達(dá)及糖代謝的影響［J］.園藝學(xué)報(bào)，2008，29(3):278－279.

［19］何開(kāi)躍，李曉儲(chǔ)，黃利斌，等.干旱脅迫對(duì)木蘭科5樹(shù)種生理生化指標(biāo)的影響［J］.植物資源與環(huán)境學(xué)報(bào)，2004，13(4):20－23.