肖姣娣

(婁底職業(yè)技術學院，婁底，417000)

責任編輯:任 俐。

隨著全球氣候變暖的日益加劇，干旱脅迫已經成為限制植物賴以生存、生長和分布的重要環(huán)境因子之一。而植物為了適應這種逆境，體內會發(fā)生一系列的生理生化反應，從而調動其防御與適應機制。但不同植物對干旱的抵抗能力與適應能力是不同的，由此而引起的相關反應機制與特性亦不同。因此，有針對性地開展植物對干旱脅迫的適應機理及抗旱機制研究已成為植物生理生態(tài)學研究的重點課題之一。研究結果可以為進一步明確各種植物的抗旱生理生化機理提供一定理論依據，對于篩選出各地優(yōu)良節(jié)水抗旱植物也具有重要的意義。

火棘(Pyracantha fortuneana)，為薔薇科火棘屬常綠灌木或小喬木，高可達4 m;主要分布于我國黃河以南及廣大西南地區(qū);可采用播種、扦插和壓條法繁殖;其樹形優(yōu)美，枝密生有短棘，夏有繁花，秋有紅果(紅果藥食兼用，故火棘又名吉祥果，救兵糧)且果實存留枝頭甚久，是一種少見的花葉果皆具較高觀賞價值的常綠植物;因其適應性強，耐修剪，喜萌發(fā)，耐貧瘠，可廣泛應用于城鄉(xiāng)園林綠化與美化，既可點綴于庭園深處、風景林地、草地邊緣、園路轉彎處體現(xiàn)自然野趣，也可布置于城市道路綠帶濾塵吸毒;對礦區(qū)植被恢復與山區(qū)石漠化治理也不愧為一種良好的植物。到目前為止，對火棘的研究主要集中在育苗技術、栽培管理、開發(fā)利用等方面［1－3］，不同強度干旱脅迫對火棘幼苗的影響尚未見報道。本研究通過采用盆栽人工控制水分的方法，對0.5a 火棘實生苗開展不同強度干旱脅迫處理的生理生化影響模擬試驗，旨在分析探討火棘幼苗對土壤水分干旱脅迫的適應機制與生理生化響應，以期為火棘的科學灌溉與合理利用及大面積綠化推廣提供理論指導與技術支撐。

1 材料與方法

供試材料為0.5 a 火棘實生幼苗。2010年12月上旬在婁底市園林處鄉(xiāng)土苗圃基地火棘苗木生產區(qū)選擇生長健壯、無病蟲害的枝條進行采種，并用塑料袋裝好帶回婁底職業(yè)技術學院植物與植物生理實驗室堆漚3 d 聞到有腐爛味后用手搓擦果實成泥漿狀，用清水中反復攪動漂洗數次后去除懸浮于上部的果皮、果肉和不飽滿的秕種，留下飽滿度與純凈度較高的火棘種子攤開充分陰干后，按V(種子)∶ V(細沙)=1∶ 3 混合(細沙濕度為手握成團，松手即散，稍加多菌靈粉劑)層積于瓦盆內備用。2011年1月25日在婁底職業(yè)技術學院農林實訓基地搭簡易小拱棚進行播種育苗，15 d 左右即相繼出苗了，繼續(xù)培育至3月1日揭膜露地煉苗，3月25日選擇長勢較好且苗高在8 cm 左右的100 株上盆到素燒泥瓦盆中進行露地盆栽培育(盆上口內徑28.5 cm，下口內徑24.0 cm，盆高15.0 cm，盆底內徑17.0 cm)，每盆1 株。盆土為混合基質(V(腐殖質土)∶ V(有機肥)∶ V(河沙)=2∶ 1∶ 1，適當加3%過磷酸鈣)。土壤基本理化性質為pH 值6.6，土壤有機質、水解氮、速效磷和速效鉀質量分數分別為113.4 g·kg－1，85.6、24.2、54.5 mg·kg－1，土壤相對含水量70%，用電子天平準確稱量保證每盆基質質量一致。2011年5月25日(即盆栽正常培養(yǎng)2 個月后)從盆栽的100 盆火棘苗中按統(tǒng)一規(guī)格標準(平均苗高(30.00 ±1.00)cm，平均地徑(0.45 ±0.50)cm，平均冠幅(6.50±1.00)cm)選擇60 盆(每盆1 株)進行干旱脅迫試驗。

通過單因素隨機區(qū)組設計，將按統(tǒng)一規(guī)格標準選出的60 盆火棘苗隨機分為4 個處理組(即每15盆為1 個處理組)，4 個處理組分別代表4種不同強度的水分供應梯度，土壤相對含水量依次為75%(CK，對照組)、55%(LS，輕度干旱組)、35%(MS，中度干旱組)、15%(HS，重度干旱組)。土壤相對含水量，即土壤含水量占田間持水量的百分率。試驗過程中通過自然失水達到預定水分脅迫條件后，采用稱質量法人工控制土壤相對含水量，每天19:00對所有試驗盆栽苗稱質量1 次，用量杯按計算的補水量補充當天消耗的水分，使土壤含水量始終控制在設定范圍內，脅迫處理持續(xù)60d 帶回實驗室測定各項生理生化指標。

葉綠素質量分數通過80%的丙酮提取后采用分光光度計法測定;可溶性糖質量分數采用蒽酮法測定;游離脯氨酸質量分數通過磺基水楊酸提取后采用酸性茚三酮顯色法測定;相對電導率采用電導率儀法測定;丙二醛(MDA)質量摩爾濃度采用硫代巴比妥酸法(TBA)測定;過氧化物酶(POD)活性采用愈創(chuàng)木酚顯色法測定;超氧化物歧化酶(SOD)活性采用氮藍四唑(NBT)還原法測定。以上各項指標具體測定方法主要參照張高俊鳳［4］的方法。每個指標均重復測定3 次，于測定當天09:00—10:00，選取各處理組相同部位的功能葉數片進行。

本試驗屬于單因素(水分)多水平試驗，對取得的所有試驗數據采用DPS V6.55 統(tǒng)計分析軟件進行數據統(tǒng)計和方差分析，各處理平均數之間的多重比較采用Duncan 法(即SSR 新復極差測驗法)進行顯著性檢驗，用Excel 2003 軟件制作數據趨勢圖。

2 結果與分析

2.1 干旱脅迫對火棘幼苗葉片葉綠素質量分數的影響

從表1可以看出，隨著干旱脅迫強度的加大，火棘幼苗葉綠素質量分數總體呈現(xiàn)出下降趨勢。輕度干旱脅迫(LS)與對照(CK)相比差異不顯著，而中度干旱(MS)和重度干旱(HS)均顯著低于對照(CK)，特別是在HS 水分管理條件下，火棘幼苗的葉綠素質量分數急劇減少，只有CK 的59.39%，說明重度干旱(HS)已使火棘幼苗葉綠素合成嚴重受阻。

表1 干旱脅迫下火棘幼苗生理生化指標的變化

2.2 干旱脅迫對火棘幼苗葉片可溶性糖與游離脯氨酸質量分數的影響

可溶性糖質量分數:干旱脅迫條件下火棘葉片中可溶性糖質量分數的變化如表1所示。隨著干旱脅迫的加重，可溶性糖質量分數呈現(xiàn)增加趨勢。其中輕度干旱(LS)增加緩慢，只比對照(CK)高出6.19%，與CK 差異不顯著，而中度干旱(MS)和重度干旱(HS)則分別比對照(CK)高出64.70%、138.68%，與CK 差異顯著。說明在水分嚴重缺乏時，火棘可通過增加可溶性糖質量分數緩解、抵抗干旱對其造成的傷害。

游離脯氨酸質量分數:如表1所示，隨著干旱脅迫的加重，火棘葉片中游離脯氨酸質量分數增加非常明顯。重度干旱(HS)條件下達到最高值212.34 μg·g－1，輕度干旱(LS)、中度干旱(MS)和重度干旱(HS)時脯氨酸質量分數分別是對照(CK)的1.67 倍、5.17 倍、5.69 倍;且在CK、LS、MS、HS 條件下火棘幼苗葉片中游離脯氨酸質量分數兩兩之間差異均達到顯著水平。說明產生大量的游離脯氨酸是火棘幼苗應對干旱的一種保護響應策略。

2.3 干旱脅迫對火棘幼苗葉片相對電導率和丙二醛質量摩爾濃度的影響

相對電導率:由表1可知，隨著干旱脅迫強度的加深，火棘葉片相對電導率不斷上升。其中，中度干旱(MS)和重度干旱(HS)脅迫下火棘葉片的電導率均顯著高于對照(CK)，分別是對照(CK)的2.12倍、4.01 倍，而輕度干旱(LS)的電導率稍高于對照(CK)，但差異不顯著。

丙二醛質量摩爾濃度:隨著干旱脅迫強度的加深，火棘幼苗葉片丙二醛(MDA)質量摩爾濃度不斷增加(表1)，同時增速比較均勻。輕度干旱(LS)時，MDA 質量摩爾濃度與對照(CK)差異不明顯，但在中度干旱(MS)和重度干旱(HS)條件下分別比對照(CK)高出49.05%、78.01%，差異達到顯著水平。

2.4 火棘幼苗葉片過氧化物酶和超氧化物歧化酶活性對干旱脅迫的響應

過氧化物酶活性:從表1可看出，火棘幼苗葉片過氧化物酶(POD)活性對干旱脅迫的響應表現(xiàn)出了先增加后下降的變化趨勢，同時增加的速度與下降的速度均比較快。輕度干旱(LS)、中度干旱(MS)時葉片的POD 活性分別是對照(CK)的1.71倍、2.78 倍，與CK 差異明顯;而重度干旱(HS)與輕度干旱(LS)、中度干旱(MS)相比，POD 活性顯著減弱而與他們差異顯著，但重度干旱(HS)時其活性仍然稍高于對照(CK)，但兩者差異不顯著，這說明即使在嚴重干旱脅迫條件下火棘還能維持較高的POD 活性，抗旱耐旱性較強。

超氧化物歧化酶活性:隨著干旱脅迫的加強，火棘幼苗葉片超氧化物歧化酶(SOD)活性也呈現(xiàn)出先增強后減弱的變化特點(表1)。其中在中度干旱(MS)處理條件下SOD 達到最大值，說明一定程度的干旱脅迫(試驗中LS、MS 處理條件下)可以使火棘幼苗葉片的SOD 活性明顯增強，以應對干旱對其造成的傷害;但當干旱達到一定程度后(試驗中HS處理條件下)，火棘幼苗葉片SOD 活性又顯著受到抑制而減弱，其活力已顯著低于對照(CK)，而輕度干旱(LS)與中度干旱(MS)脅迫下SOD 活性顯著高于對照(CK)。

3 結論與討論

葉綠素是植物將捕獲的光能轉化為化學能的重要活性物質，植物葉片中葉綠素質量分數的高低將直接影響植物光合作用的強弱與效率，進而影響植物的生長發(fā)育。本研究表明，輕度干旱脅迫下(即土壤相對含水量55%)，火棘幼苗葉片中葉綠素質量分數下降不明顯，而隨干旱脅迫強度的加重，火棘幼苗葉片中葉綠素質量分數呈現(xiàn)出明顯下降趨勢。原因可能是因為較強的干旱脅迫條件制約了葉綠素的生物合成，加速了葉綠素酶活性的分解，迫使葉綠素質量分數下降［5］。但黃小輝等［6］研究水分脅迫對桑樹幼苗生理特性的影響發(fā)現(xiàn)，干旱鍛煉的桑樹幼苗葉片的葉綠素質量分數反而提高，并認為這是植物在缺水狀態(tài)下氣孔關閉，胞間CO2含量降低，通過提高葉綠素質量分數來適應與抵抗干旱脅迫造成的影響。

可溶性糖與脯氨酸是植物體內重要的滲透調節(jié)物質，可緩解、抵抗不良環(huán)境對植物造成的傷害［7］。本研究表明，隨干旱脅迫強度的加重，火棘葉片中可溶性糖與游離脯氨酸質量分數不斷增加，特別是在重度干旱(土壤相對含水量15%)時可溶性糖與游離脯氨酸質量分數分別是對照(土壤相對含水量75%)的2.39 倍、5.69 倍。這可能是當火棘遇到嚴重干旱缺水的不良環(huán)境條件時，能夠通過代謝活動誘導植物體內積累較多的可溶性糖與脯氨酸來增加細胞溶質的濃度，維持細胞較低的滲透勢，有利于細胞或組織的吸收能力與保水能力，從而抵抗干旱脅迫帶來的傷害，提高抗旱適應能力［8］。這與吳慶貴等［9］研究珙桐、邱真靜等［10］研究沙拐棗對干旱脅迫的響應結果一致。

相對電導率的高低可以反映細胞膜透性的大小與膜系統(tǒng)穩(wěn)定性的重要指標，植物在受到逆境脅迫時，首先表現(xiàn)為細胞膜受損，導致細胞膜透性增大，其值越大，表示細胞質膜受傷害的程度越重［11］;而丙二醛(MDA)是細胞膜發(fā)生膜脂過氧化反應的產物，其質量摩爾濃度的高低常用來衡量植物在逆境脅迫中受活性氧傷害的程度［12－13］。本研究中，相對電導率與MDA 質量摩爾濃度的變化規(guī)律相類似，均表現(xiàn)為輕度干旱(LS)脅迫下與對照差異不明顯，而中度干旱(MS)和重度干旱(HS)均顯著高于對照(CK)，說明細胞膜透性的變化與膜脂過氧化反應是緩慢漸進的，只有當干旱脅迫到一定程度后，細胞膜結構與功能才會受到嚴重的傷害，引起膜透性增大與膜脂過氧化程度的加重，從本研究結果來看，質膜透性與質膜過氧化程度之間可能存在一定相關性，與孟健男等［14］對冬小麥、史寶勝等［15］對金葉榆的研究結果相一致。

POD(過氧化物酶)和SOD(超氧化物歧化酶)是植物體內重要的抗氧化酶保護系統(tǒng)，其主要作用是清除植物體內產生的活性氧和自由基，避免或減輕它們對植物造成的氧化傷害［16］。本研究表明，隨著干旱脅迫強度的加重，火棘幼苗葉片的POD、SOD活性均呈現(xiàn)出先增強后減弱的變化特點，說明當植株受到輕度干旱(LS)、中度干旱(MS)脅迫時，其體內會增強這兩種保護酶活性來維持植株正常的生命活動;但POD、SOD 活性增強也是有限度的，當干旱脅迫超出了一定范圍，保護酶活性就會顯著受到抑制而減弱。

綜上所述，火棘幼苗能夠通過調節(jié)自身葉綠素合成、積累可溶性糖與脯氨酸、改變膜透性與MDA 質量摩爾濃度以及變化POD、SOD 活性等生理生化特征來適應與應對不同干旱脅迫對其生命活動與生長造成的影響，表現(xiàn)出一定的抗旱耐旱潛力。但植物的抗旱耐旱性是多種途徑共同作用的結果，衡量植物抗旱耐旱性的指標也很多，本研究只從火棘幼苗葉片一些生理生化指標特性分析了其對干旱脅迫的響應，而其他指標特性方面還有待進一步研究與探討。

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