陳淑燕，田小霞，毛培春，孟 林，張德罡

(1.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)草業(yè)學(xué)院，甘肅 蘭州 730070； 2.北京市農(nóng)林科學(xué)院北京草業(yè)與環(huán)境研究發(fā)展中心，北京 100097)

干旱脅迫影響了植物的形態(tài)建成和生理特性，是限制植物生長的重要環(huán)境因素[1]。然而，植物在抵御干旱脅迫中，其對干旱脅迫的響應(yīng)和適應(yīng)過程與自身的抗性緊密聯(lián)系。植物抗旱性以生化代謝、生理功能、形態(tài)適應(yīng)、生長發(fā)育以及生物生產(chǎn)力等多種形式表現(xiàn)出來，最終使其形成了適應(yīng)干旱環(huán)境的形態(tài)結(jié)構(gòu)和生理生化調(diào)節(jié)特征[2-5]。

薰衣草(Lavandula)系唇形科，多年生亞灌木，喜溫暖、喜光照、較耐寒，原產(chǎn)于地中海沿岸，目前全世界有37個種，100多個品種[6]，是一類集觀賞、食用和藥用為一體的都市型農(nóng)業(yè)種植香料植物。20世紀初，我國從國外引種栽培成功，其中，英國薰衣草(L.angustifolia)和法國薰衣草(L.stoechas)是北方地區(qū)主要的栽培品種，現(xiàn)主要在新疆、上海、江蘇、北京和河南等省區(qū)推廣種植，并已開發(fā)出相應(yīng)的精油產(chǎn)品、香囊、香枕等生活用品及藥用、保健品[7]。然而，薰衣草的耐旱性相對較弱，限制了其在我國北方干旱半干旱地區(qū)的廣泛引種栽培，制約了其良好的商業(yè)價值和市場前景。鑒于此，了解和掌握其抗旱性機理，并篩選出優(yōu)異抗旱薰衣草種質(zhì)資源顯得尤為必要。因此，本研究以英國薰衣草和法國薰衣草兩種薰衣草為供試材料，采用負水頭供水控水盆栽裝置控制土壤體積含水量，研究在輕度、中度和重度脅迫過程中， 兩種薰衣草的形態(tài)與生理生化指標(biāo)的變化規(guī)律，旨在了解和掌握其抗旱機理，以期為我國北方干旱半干旱地區(qū)薰衣草的引種栽培種植提供科學(xué)理論依據(jù)和技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1試驗材料 英國薰衣草和法國薰衣草種子購買于武漢香草花木有限公司。

1.2試驗設(shè)計 試驗于2012年2-7月在北京市農(nóng)林科學(xué)院草業(yè)中心的半地下式半拱形覆膜日光溫室內(nèi)進行，該溫室透光率約70%，晝/夜溫度(25±3) ℃/(15±2) ℃，晝/夜空氣相對濕度(75%±5%)/(92%±3%)。盆栽育苗基質(zhì)為大田土∶草炭=1∶2(體積比)均勻混合而成，基質(zhì)容重0.7 g·cm-3，養(yǎng)分含量為土壤全氮0.238%、全磷0.098%、全鉀1.979%、有機質(zhì)2.192%、堿解氮144.86 mg·kg-1、速效磷12.65 mg·kg-1、速效鉀98.00 mg·kg-1，田間持水量36.9%。試驗花盆高27 cm、外徑33.5 cm，每盆裝育苗基質(zhì)約12 L，待實生苗平均長至10 cm時，每盆挑選株高、地徑、長勢一致的苗，定株10株，待株高20 cm時進行干旱脅迫處理。

試驗采用一種負水頭供水控水盆栽裝置，由盛土盆、供水盤、儲水管和負壓控制系統(tǒng)組成。其中負壓控制系統(tǒng)由控壓管與集氣管連接組成，水通過供水管和供水盤之間的出水管進入花盆土壤，由壓強原理可知控壓管提供給儲水管出水口的壓力為負壓，控壓管高度越大作物吸水就越困難[8]。按Hsiao[9]關(guān)于中生植物水分梯度劃分的水分梯度法，設(shè)定3個控水高度處理(表1)。每個處理重復(fù)5次，于開始控水的前1天澆透水，使每盆的土壤相對含水量基本達到飽和，然后開始控水。干旱脅迫達到要求的含水量當(dāng)天選取生長健康、部位相同的葉片進行生理生化指標(biāo)測定，之后每隔10 d測定一次，脅迫處理40 d結(jié)束。

表1 水分脅迫處理水平Table 1 Levels of drought stress

1.3指標(biāo)測定與方法進行測定 該試驗按照鄒琦[10]的方法進行測定。葉片相對含水量(RWC)采用飽和稱重法測定；葉片質(zhì)膜透性(REC)采用相對電導(dǎo)率法測定(雷磁DDS-304型數(shù)字顯示電導(dǎo)儀)；丙二醛(MDA)含量采用硫代巴比妥酸顯色法測定；可溶性糖(SSC)含量采用蒽酮比色法測定；超氧化物歧化酶(SOD)活性采用氮藍四唑(NBT)光還原法測定；過氧化氫酶(CAT)活性采用紫外吸收法測定。每個生理指標(biāo)重復(fù)測定3次。

1.4數(shù)據(jù)分析 采用Excel 2007和SPSS 15.1進行數(shù)據(jù)的統(tǒng)計處理和分析。

2 結(jié)果與分析

2.1干旱脅迫對兩種薰衣草葉片相對含水量(RWC)的影響 隨著干旱脅迫程度和脅迫時間的增加，RWC呈持續(xù)下降趨勢。輕度水分脅迫下，干旱脅迫10 d與0 d(CK)相比較，法國薰衣草RWC的下降幅度較小，僅為2.16%；而英國薰衣草RWC下降幅度則較大，為25.11%，葉片明顯失水較多。法國薰衣草輕度、中度和重度干旱脅迫至20 d與0 d相比較，RWC分別下降了11.17%、26.60%和37.46%，英國薰衣草分別下降了35.37%、31.63%和28.85%，下降幅度高于法國薰衣草。當(dāng)脅迫至40 d時，與0 d相比較，法國薰衣草各處理RWC分別下降了53.41%、61.04%和60.27%，英國薰衣草RWC分別下降了56.27%、59.06%和64.20%，且RWC降至最低，僅為25.27%，重度脅迫的RWC是輕度脅迫的63.20%，各處理差異不顯著(P>0.05)(圖1)。

2.2干旱脅迫對兩種薰衣草葉片相對電導(dǎo)率(REC)和丙二醛含量(MDA)的影響 干旱脅迫0、10 d時兩種薰衣草REC各處理水平差異不顯著，隨干旱脅迫時間的延長REC均呈上升趨勢。英國薰衣草干旱脅迫至30 d時REC急劇增加，輕度、中度和重度脅迫與0 d相比REC分別上升了256.08%、416.34%和418.61%，上升幅度分別是法國薰衣草的1.5倍、1.8倍和1.9倍。法國薰衣草各處理脅迫至40 d時，REC分別上升了249.42%、244.94%和271.56%，且重度脅迫下REC顯著高于輕度和中度脅迫(P<0.05)，輕度與中度脅迫之間無顯著性差異(P>0.05)；英國薰衣草REC分別上升了420.33%、430.11%和425.51%，上升幅度超過400%，高于法國薰衣草，重度脅迫REC顯著高于輕度脅迫(P<0.05)(圖2)。

兩種薰衣草MDA含量隨干旱脅迫的發(fā)生變化趨勢略有不同。輕度和中度脅迫20 d時，英國薰衣草MDA含量持續(xù)上升達到峰值，分別為23.38和25.05 μmol·g-1，而法國薰衣草僅為6.47和7.34 μmol·g-1，英國薰衣草MDA含量積累較多。脅迫30 d時，法國薰衣草MDA含量升高，輕度、中度和重度脅迫分別較0 d上升了114.98%、63.89%和110.19%，輕度脅迫顯著高于中度和重度脅迫(P<0.05)，英國薰衣草上升幅度較法國薰衣草大，分別為137.93%、102.37%和93.24%，重度脅迫MDA含量顯著高于輕度和中度脅迫(P<0.05)。脅迫40 d時各處理水平無顯著差異(P>0.05)(圖2)。

圖1 干旱脅迫對法國薰衣草和英國薰衣草葉片相對含水量(RWC)的影響Fig.1 Effects of drought stress on the relative water content of L.stoechas and L.angustifolia leaves

圖2 干旱脅迫對法國薰衣草和英國薰衣草葉片相對電導(dǎo)率(REC)和丙二醛(MDA)含量的影響Fig.2 Effects of drought stress on the relative electric conductivity and MDA contents of L.stoechas and L.angustifolia leaves

2.3干旱脅迫對兩種薰衣草可溶性糖(SSC)含量的影響 兩種薰衣草SSC含量隨干旱脅迫的加劇總體呈上升趨勢。英國薰衣草在脅迫0 d時即表現(xiàn)出對水分的敏感，輕度、中度和重度脅迫下SSC含量分別為24.37%、24.60%和37.04%，而法國薰衣草僅為4.75%、5.34%和5.50%。脅迫20 d時，法國薰衣草各脅迫的SSC含量均低于10 d時，之后持續(xù)上升，脅迫30 d時，英國薰衣草各處理水平SSC含量高于法國薰衣草。法國薰衣草輕度、中度和重度脅迫上升幅度較英國薰衣草上升幅度大，分別為374.31%、264.54%和401.07%，其中，重度脅迫上升幅度最大，而英國薰衣草則上升了42.66%、60.77%和23.61%，上升幅度緩慢。脅迫40 d時，英國薰衣草重度脅迫SSC含量顯著高于輕度和中度脅迫(P<0.05)，各處理SSC含量分別為35.47%、41.22%和48.42%，是法國薰衣草的1.2倍，1.6倍和1.7倍，受迫害較嚴重，法國薰衣草在整個脅迫過程中各處理水平差異不顯著(P>0.05)(圖3)。

圖3 干旱脅迫對法國薰衣草和英國薰衣草可溶性糖含量(SSC)的影響Fig.3 Effects of drought stress on soluble sugar of L.stoechas and L.angustifolia leaves

2.4干旱脅迫對膜系統(tǒng)保護酶活性的影響 兩種薰衣草SOD活性呈先升高后下降的趨勢。脅迫20 d時，法國薰衣草SOD活性達到峰值，其中，輕度、中度和重度脅迫分別為169.73、149.68和140.21 U·g-1，輕度脅迫SOD活性顯著高于重度脅迫處理(P<0.05)，而英國薰衣草SOD活性則分別為115.28、140.09和133.21 U·g-1，法國薰衣草SOD活性高于英國薰衣草。脅迫30 d時法國薰衣草SOD活性開始下降，而英國薰衣草輕度和重度脅迫略有上升，脅迫至40 d時均呈下降趨勢，其中，與20 d相比法國薰衣草各處理分別下降了72.53%、69.88%和65.10%，英國薰衣草下降了61.14%、71.06%和65.13%，下降幅度較法國薰衣草大(圖4)。

CAT活性在脅迫初期增加，隨后急劇下降，變化趨勢與SOD活性變化保持大體一致。輕度脅迫下，法國薰衣草脅迫20 d時CAT活性相比于0 d增加了46.98%，英國薰衣草增加了86.35%，英國薰衣草增加幅度高于法國薰衣草，脅迫30 d時英國薰衣草CAT活性達到最高值，較0 d上升了104.34%；中度脅迫下，法國薰衣草脅迫20 d時CAT活性為67.97 U·g-1·min-1，是英國薰衣草的1.2倍；重度脅迫下，法國薰衣草脅迫30 d時開始下降，至40 d時CAT活性顯著低于輕度和中度脅迫，英國薰衣草30 d時達到峰值，較0 d增加了43.70%，變化幅度低于同期輕度和中度脅迫水平。水分脅迫40 d時，在輕度脅迫下法國薰衣草CAT活性是脅迫0 d的52%，中度脅迫下是脅迫0 d的49%，重度脅迫下是脅迫0 d的23%；英國薰衣草依次是脅迫0 d的92%、41%和48%(圖4)。

圖4 干旱脅迫對法國薰衣草和英國薰衣草SOD和CAT活性的影響Fig.4 Effects of drought stress on SOD and CAT activity of leaves in L.stoechas and L.angustifolia

3 討論

3.1干旱脅迫對兩種薰衣草葉片相對含水量的影響 植物的抗旱性在很大程度上取決于水分脅迫下細胞的持水能力，由于土壤缺水，直接受到影響的是植物葉片，抗旱性較強的植物在干旱脅迫下能維持較高的葉片含水量[11]。本試驗對法國薰衣草和英國薰衣草干旱脅迫40 d后葉片相對含水量進行研究，脅迫過程中英國薰衣草葉片萎蔫程度嚴重，相對含水量下降幅度最大，表明葉片保水性較差。

3.2干旱脅迫對兩種薰衣草葉片相對電導(dǎo)率、膜脂過氧化物的影響 在干旱條件下，質(zhì)膜受到不同程度的破壞、膜的透性增加、電解質(zhì)外滲、電導(dǎo)率增加[12]，這在常夏石竹(Dianthusplumarius)[13]、月季(Rosachinensis)[14]、菊花(Dendranthemagrandiflorum)[15]等植物的研究中都得到證明。本研究表明，相對電導(dǎo)率變化與干旱脅迫呈正相關(guān)，隨著干旱脅迫時間的延長，兩種薰衣草相對電導(dǎo)率也逐漸增加。脅迫初期，相對電導(dǎo)率增加較緩慢，到脅迫后期則大幅度增加，表明原生質(zhì)膜透性是逐漸升高的，在脅迫后期造成細胞內(nèi)離子大量外滲，相對電導(dǎo)率激增，其中增加幅度較大的是英國薰衣草。此外，質(zhì)膜透性可以作為衡量植物遭受脅迫危害的生理指標(biāo)。這與孔蘭靜[16]的研究結(jié)果一致。

丙二醛是脅迫條件下，膜脂不飽和脂肪酸過氧化的產(chǎn)物，丙二醛積累越多，表明組織受傷害越嚴重?？购敌暂^強的植物體內(nèi)丙二醛的積累含量較少，因此，丙二醛含量的高低是逆境生理研究中的一項重要指標(biāo)[12]。本研究發(fā)現(xiàn)，法國薰衣草和英國薰衣草隨著干旱脅迫時間的延長其丙二醛含量變化略有不同。其中，法國薰衣草的丙二醛含量的增加幅度明顯小于英國薰衣草，表明英國薰衣草細胞膜受害嚴重，抗旱性弱。

3.3干旱脅迫對兩種薰衣草可溶性糖含量的影響 在干旱脅迫中，植物可通過增加可溶性糖含量來維持正常的生長水平。李祿軍等[17]指出，可溶性糖作為重要的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)之一，對植物抗旱性影響較大，可作為抗旱鑒定指標(biāo)。本研究發(fā)現(xiàn)，可溶性糖含量呈現(xiàn)“升-降-升”的變化趨勢，這與吳永華等[18]、劉建寧等[19]的研究結(jié)果基本一致。其中，英國薰衣草重度脅迫前期(10 d)可溶性糖含量最低，可能是由于脅迫初期植株生長良好，植物本身的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)就可以維持植物的正常生長，同時也消耗了自身的可溶性糖含量，10 d后開始持續(xù)上升。隨著干旱脅迫程度的增強，可溶性糖含量升高，其中，英國薰衣草可溶性糖含量上升幅度較法國薰衣草大。這可能是由于兩種薰衣草在脅迫初期并沒有受到干旱的影響，植株本身處于正常生長的狀態(tài)，因此干旱初期植株不需要生成可溶性糖來對干旱起調(diào)節(jié)作用，脅迫20 d后植株的生長感應(yīng)到了旱情，因此自身合成可溶性糖來起到滲透調(diào)節(jié)的作用，隨脅迫程度的增強，可溶性糖含量升高幅度較大，表明重度干旱脅迫發(fā)生時，可溶性糖調(diào)節(jié)作用相對較強。

3.4干旱脅迫對兩種薰衣草葉片保護酶活性的影響 SOD、CAT是植物抗氧化防御系統(tǒng)中的關(guān)鍵酶，當(dāng)植物遭受逆境脅迫時，細胞內(nèi)產(chǎn)生了生物自由基，主要是活性氧，過剩的活性氧導(dǎo)致膜脂過氧化，損害植物細胞膜系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能，SOD、CAT則協(xié)同作用保護膜的結(jié)構(gòu)。

許多研究表明，在干旱條件下，植物體內(nèi)SOD和CAT活性上升[20]。本研究發(fā)現(xiàn)，SOD、CAT活性隨著脅迫時間的延長和脅迫程度的增強，呈先升高后降低的趨勢，這與韋吉[21]、姚正陽[22]、孔蘭靜[16]的研究結(jié)果基本一致。本試驗中，法國薰衣草SOD、CAT活性在脅迫20 d時達到最高值，說明植物在前期對干旱脅迫的適應(yīng)性，之后開始下降，表明干旱脅迫對植物造成一定程度的危害。英國薰衣草中度脅迫初期SOD酶活性逐漸升高，20 d達到峰值；輕度和重度脅迫至30 d時酶活性持續(xù)上升，30 d后開始下降，其中，重度脅迫下降幅度最大。造成上述現(xiàn)象的原因是隨著干旱脅迫的加劇，薰衣草葉片細胞膜脂過氧化加強，從而導(dǎo)致酶活性增強；隨脅迫程度的增強酶活性逐漸降低，主要是由于后期含水量和氣孔導(dǎo)度的降低導(dǎo)致歧化反應(yīng)產(chǎn)生的活性氧不能及時釋放而抑制了SOD、CAT的活性。干旱脅迫下，法國薰衣草酶活性顯著高于英國薰衣草，說明法國薰衣草保護酶活性高，抗旱性較強。

4 結(jié)論

1)葉片相對含水量隨著干旱脅迫天數(shù)的增加和脅迫程度的加強而逐漸減少，脅迫至40 d時，法國薰衣草和英國薰衣草重度脅迫下RWC分別下降至30.08%和25.27%，英國薰衣草RWC含量最低，說明法國薰衣草葉片具有較好的保水性。

2)隨干旱脅迫發(fā)生，兩種薰衣草葉片REC、MDA和SSC均顯著增加，且隨著脅迫強度的增強而增加。在脅迫過程中，英國薰衣草上升幅度最大，受傷害程度嚴重。脅迫初期SOD活性、CAT活性較低，隨水分虧缺加重，下降最快，表明植株對水分較為敏感，適應(yīng)干旱能力較弱。

3)綜合各抗旱性指標(biāo)，法國薰衣草的抗旱能力比英國薰衣草強，但兩者抗旱機理相似。

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