周歡歡，傅盧成，馬 玲，趙亞紅，張汝民，高 巖

（浙江農(nóng)林大學(xué) 林業(yè)與生物技術(shù)學(xué)院，浙江 杭州 311300）

隨著全球二氧化碳濃度上升，溫室效應(yīng)的出現(xiàn)，生態(tài)環(huán)境不斷惡化，干旱成為限制植物生長(zhǎng)的重要因子［1］。干旱脅迫通過(guò)影響葉片光合作用、葉綠素合成和營(yíng)養(yǎng)代謝等各種生理和生化功能來(lái)抑制植物的生長(zhǎng)，包括離子的吸收和轉(zhuǎn)運(yùn)，呼吸和碳水化合物代謝［2-3］。干旱脅迫導(dǎo)致植物葉片含水量和水勢(shì)降低，同時(shí)破壞光合膜的結(jié)構(gòu)，阻止各種色素的合成，導(dǎo)致光合作用下降［4］。MANIVANNAN等［5］發(fā)現(xiàn)：干旱脅迫導(dǎo)致不同向日葵Helianthus annuus品種的葉綠素a（Chl a），葉綠素b（Chl b）和總?cè)~綠素（Chl t）大幅下降，光合作用降低?；钚匝酰≧OS）是植物代謝過(guò)程中的毒副產(chǎn)品，干旱脅迫會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)ROS大量生成，ROS產(chǎn)生和消除之間的平衡受到干擾。ROS的過(guò)量累積會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞水平的氧化損傷，破壞細(xì)胞膜，并導(dǎo)致細(xì)胞中的酶失活，蛋白質(zhì)降解和離子失衡［6］。另一方面，植物可以通過(guò)復(fù)雜的非酶促和酶促抗氧化系統(tǒng)消除細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)生的過(guò)量ROS，在一定程度上減緩由ROS誘導(dǎo)的細(xì)胞穩(wěn)態(tài)的損傷和破壞［7］。例如通過(guò)調(diào)節(jié)超氧化物歧化酶（SOD），過(guò)氧化物酶（POD）和過(guò)氧化氫酶（CAT），維持體內(nèi)氧化還原平衡。目前，已有眾多報(bào)道，如四季桂Osmanthus fragrans，栓皮櫟Quercus variabilis和狼尾草Pennisetum alopecuroides等保護(hù)酶活性和植物體抗旱能力有一定關(guān)系［8-10］。同時(shí)，干旱脅迫條件下植株通過(guò)迅速積累小分子滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，如可溶性糖、游離脯氨酸和甜菜堿等，降低細(xì)胞水勢(shì)，提高細(xì)胞的吸水和保水能力，從而維持細(xì)胞膨壓，保證植物生理代謝功能的正常進(jìn)行［11］。陳洪國(guó)［12］發(fā)現(xiàn)：桂花O.fragrans幼苗的可溶性糖和脯氨酸含量隨土壤含水量的降低而增加，游離脯氨酸通過(guò)增加生物聚合體的親水性而提高植物的抗逆境能力，但并未對(duì)甜菜堿進(jìn)行研究。前人研究結(jié)果表明：植物自身存在著應(yīng)對(duì)土壤水分變化的生理響應(yīng)機(jī)制，對(duì)干旱逆境具有一定的耐性［13］。復(fù)水后脅迫解除，植物發(fā)生結(jié)構(gòu)及生理方面的適應(yīng)性改變，迅速?gòu)浹a(bǔ)由干旱脅迫造成的損傷。研究發(fā)現(xiàn)：適宜的干旱不僅不會(huì)對(duì)作物造成負(fù)面的影響，在復(fù)水后還會(huì)對(duì)植物物產(chǎn)生積極的效應(yīng)，這就是補(bǔ)償效應(yīng)［14-15］。對(duì)不同的高粱Sorghum bicolor品種研究發(fā)現(xiàn)：各品種高粱的相對(duì)含水量、水勢(shì)和光合參數(shù)等隨干旱脅迫加重均有所下降，復(fù)水后不同品種的補(bǔ)償效果不同［16］。JIN等［17］研究發(fā)現(xiàn)，干旱脅迫下馬齒莧Portulaca oleracea的脯氨酸、可溶性糖和保護(hù)酶均上升，而復(fù)水后上述指標(biāo)下降，植物恢復(fù)正常生長(zhǎng)。桂花O.fragrans為木犀科Oleaceae木犀屬Osmanthus植物，在園林和庭院的綠化、美化、香化及裝飾盆景上有特殊地位［18］。以往對(duì)桂花的研究主要側(cè)重在遺傳多樣性［19］、揮發(fā)物成分［20］以及基因表達(dá)［21］等方面，關(guān)于桂花對(duì)干旱環(huán)境耐受能力的研究則相對(duì)較少。本研究以2年生 ‘波葉金桂’盆栽苗為材料，研究了不同干旱天數(shù)及復(fù)水對(duì) ‘波葉金桂’O.fragrans‘Boyejingui’葉片中水分含量、滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)、光合色素以及ROS的傷害和抗氧化酶活性的變化的影響，揭示 ‘波葉金桂’在抗旱防御反應(yīng)系統(tǒng)中滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)和抗氧化酶的生理響應(yīng)調(diào)控機(jī)制，以及‘波葉金桂’抗干旱的適應(yīng)能力以及復(fù)水后的恢復(fù)能力。以期為 ‘波葉金桂’的廣泛栽培，提高其適應(yīng)性提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)材料為2年生 ‘波葉金桂’實(shí)生苗，由浙江杭州畫(huà)境種業(yè)有限公司提供，苗高約50 cm，幼苗于 2017 年 4 月中旬栽植于盛有培養(yǎng)土［m（泥炭）∶m（沙土）∶m（蛭石）=1∶2∶1， 干質(zhì)量 1.5 kg］花盆中（φ=25 cm，h=30 cm），1株·盆-1。于浙江農(nóng)林大學(xué)大棚內(nèi)緩苗培育1個(gè)月，進(jìn)行正常栽培管理。實(shí)驗(yàn)期間大棚環(huán)境的晝/夜溫度為28℃/20℃，空氣相對(duì)濕度為75%，光照條件為自然光。

1.2 試驗(yàn)處理

2017年5月20日，選取生長(zhǎng)良好、無(wú)病蟲(chóng)害且大小相近的 ‘波葉金桂’85盆，隨機(jī)分成45盆對(duì)照處理，40盆干旱處理。對(duì)照組的45盆幼苗隨機(jī)分為9組，正常澆水，采用稱重法控制土壤含水量，每天傍晚及時(shí)補(bǔ)充水分，土壤含水量保持在20%左右。干旱組隨機(jī)分為8組，實(shí)行自然干旱處理。5月20日測(cè)定1組對(duì)照，隨后間隔4 d測(cè)定對(duì)照、干旱處理各1組，于4 d（5月24日），8 d（5月28日），12 d（6月1日），16 d（6月5日），20 d（6月9日）測(cè)定各項(xiàng)指標(biāo)。測(cè)定完后對(duì)干旱組剩余3組進(jìn)行復(fù)水處理，復(fù)水期間土壤含水量保持在20%左右。間隔2 d測(cè)定對(duì)照、干旱處理各1組，于22 d（6月11日）， 24 d（6月13日）， 26 d（6月15日）測(cè)定各項(xiàng)指標(biāo)。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 土壤含水量、葉片相對(duì)含水量和葉水勢(shì)測(cè)定 土壤含水量和葉片相對(duì)含水量測(cè)定采用稱重法［22］；葉水勢(shì)測(cè)定采用美國(guó)WES-COR公司產(chǎn)的PSYPRO露點(diǎn)水勢(shì)儀進(jìn)行。

1.3.2 光合色素的測(cè)定 取0.5 g葉片，剪碎后置于帶蓋的試管中，加體積分?jǐn)?shù)為80%的丙酮溶液5 mL，室溫下遮光萃取48 h，至葉片完全變白，將浸提液稀釋10倍，分別測(cè)定663，645和470 nm的光密度值（D）。然后根據(jù)LICHTENTHALER［23］的公式計(jì)算光合色素質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

1.3.3 滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)的測(cè)定 采用蒽酮比色法［24］測(cè)定可溶性糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)；游離脯氨酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)測(cè)定采用磺基水楊酸提取茚三酮顯色法［24］；甜菜堿質(zhì)量分?jǐn)?shù)采用飽和雷氏鹽比色法［25］測(cè)定。

1.3.4 ROS和膜質(zhì)過(guò)氧化的測(cè)定 傷害率采用電導(dǎo)儀法測(cè)定。取 ‘波葉金桂’枝條中上部成熟葉片，放入去離子水中洗凈，用打孔器打孔20個(gè)小圓片放入盛有20 mL去離子水的小燒杯中，室溫下放置30 min（每5 min攪拌1次）后測(cè)定電導(dǎo)率。然后，加熱煮沸10 min后再次測(cè)定電導(dǎo)率。傷害率計(jì)算公式：質(zhì)量摩爾濃度測(cè)定參照李忠光等［26］的方法；H2O2質(zhì)量摩爾濃度測(cè)定參照 CHANDRA等［27］的方法；MDA質(zhì)量摩爾濃度測(cè)定參照HODGES等［28］的方法。

1.3.5 抗氧化酶活性的測(cè)定 酶液提取方法：將0.5 g冷凍的成熟葉片，液氮磨碎，加入9 mL磷酸緩沖溶液（0.1 mol·L-1，pH 7.4）研磨成勻漿，10 000×g離心15 min（4℃）。取上清液用于SOD，POD和CAT活性的測(cè)定。SOD活性測(cè)定參照南京建成生物科技有限公司生產(chǎn)的A001-1型SOD試劑盒進(jìn)行測(cè)定和計(jì)算。POD和 CAT活性測(cè)定參照KUMARI等［29］的方法。

1.4 數(shù)據(jù)處理

所有數(shù)據(jù)均為5次重復(fù)的平均值±標(biāo)準(zhǔn)差，利用Origin 9.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、圖表制作和統(tǒng)計(jì)分析，統(tǒng)計(jì)方法采用one-way ANOVA，進(jìn)行Turkey多重比較（P＜0.05）。

2 結(jié)果與分析

2.1 干旱脅迫和復(fù)水對(duì)土壤含水量、葉片相對(duì)含水量和葉水勢(shì)的影響

‘波葉金桂’的土壤含水量、葉片相對(duì)含水量和葉水勢(shì)隨著干旱時(shí)間的延長(zhǎng)和脅迫程度的加劇呈下降趨勢(shì)（圖1）。干旱4 d后，土壤含水量急劇下降，比對(duì)照降低了27.1%（P＜0.05）；干旱處理12 d時(shí)，葉片相對(duì)含水量和葉水勢(shì)才開(kāi)始大幅度下降，分別比對(duì)照降低了17.2%和52.6%（P＜0.05）；干旱20 d后，土壤含水量、葉片相對(duì)含水量和葉水勢(shì)分別比對(duì)照降低了56.9%，28.0%和76.9%（P＜0.05）。復(fù)水后土壤含水量、葉片相對(duì)含水量能快速恢復(fù)到對(duì)照水平，葉水勢(shì)在復(fù)水后有個(gè)恢復(fù)的過(guò)程，直到復(fù)水6 d后才能完全恢復(fù)。此結(jié)果也說(shuō)明了 ‘波葉金桂’有較強(qiáng)的保水能力和抗旱能力。

圖1 干旱脅迫及復(fù)水對(duì) ‘波葉金桂’土壤含水量、葉片相對(duì)含水量和葉水勢(shì)的影響Figure 1 Effects of drought stress and rewatering on soil relative water content，leaf relative water content and leaf water potential ofOsmanthus fragrans ‘Boyejingui’

2.2 干旱脅迫和復(fù)水對(duì)滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響

隨著干旱時(shí)間的延長(zhǎng)和強(qiáng)度的增加，可溶性糖、游離脯氨酸和甜菜堿質(zhì)量分?jǐn)?shù)呈上升趨勢(shì)（圖2）。干旱12 d時(shí)，甜菜堿達(dá)到最高，比對(duì)照增加了70.4%（P＜0.05）；干旱16 d時(shí)，可溶性糖、游離脯氨酸和甜菜堿分別比對(duì)照增加了48.7%，2.72倍和53.5%（P＜0.05）。此時(shí)可溶性糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)最大；在干旱20 d時(shí)，三者分別比對(duì)照增加了38.5%，3.44倍和57.1%（P＜0.05），此時(shí)游離脯氨酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到最大值。復(fù)水4 d后，甜菜堿下降到正常水平，可溶性糖和游離脯氨酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)迅速下降，直到復(fù)水6 d后，可溶性糖和游離脯氨酸才恢復(fù)到對(duì)照水平。干旱條件造成滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的積累，說(shuō)明了滲透調(diào)節(jié)在植物抵御逆境脅迫中起著重要的作用。

圖2 干旱脅迫及復(fù)水對(duì) ‘波葉金桂’滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的影響Figure 2 Effects of drought stress and rewatering on osmotic adjustment substances in Osmanthus fragrans ‘Boyejingui’

2.3 干旱脅迫和復(fù)水對(duì)光合色素的影響

干旱脅迫對(duì) ‘波葉金桂’葉片的光合色素產(chǎn)生了一定的影響。Chl a，Chl b和Chl t隨干旱時(shí)間的延長(zhǎng)整體呈下降趨勢(shì)（表1）。干旱8 d時(shí)，Chl a，Chl b和Chl t緩慢上升但與對(duì)照差異不大；干旱12 d時(shí)，Chl a，Chl b和Chl t開(kāi)始下降；當(dāng)干旱20 d時(shí)，Chl a，Chl b和Chl t質(zhì)量分?jǐn)?shù)下降到最低，分別比對(duì)照下降了19.0%，16.2%和18.4%（P＜0.05）。復(fù)水處理下，Chl a，Chl b和Chl t質(zhì)量分?jǐn)?shù)持續(xù)增加，復(fù)水6 d后比對(duì)照增加了6.3%，24.3%（P＜0.05）和10.4%。

類胡蘿卜素（Car）質(zhì)量分?jǐn)?shù)隨干旱時(shí)間延長(zhǎng)呈顯著上升趨勢(shì)（表1）。干旱8 d時(shí)顯著高于對(duì)照，比對(duì)照增加了38.1%（P＜0.05）。干旱20 d時(shí)，Car比對(duì)照增加了1.05倍（P＜0.05）。復(fù)水后Car質(zhì)量分?jǐn)?shù)降低，干旱6 d后基本恢復(fù)到對(duì)照水平。

隨著干旱時(shí)間的延長(zhǎng)，Chl a/b呈先降低后升高的趨勢(shì)（表1）。當(dāng)干旱12 d時(shí)，Chl a/b比對(duì)照降低了15.5%（P＜0.05），干旱16 d后開(kāi)始緩慢上升，干旱20 d后基本恢復(fù)對(duì)照水平。復(fù)水后Chl a/b趨向穩(wěn)定，在3.00左右。

表1 干旱脅迫及復(fù)水對(duì) ‘波葉金桂’光合色素的影響Table 1 Effects of drought stress and rewatering on photosynthetic pigment content of Osmanthus fragrans ‘Boyejingui’

2.4 干旱脅迫和復(fù)水對(duì)ROS和膜質(zhì)過(guò)氧化的影響

隨著干旱時(shí)間的延長(zhǎng)，O2·-和 H2O2呈逐漸升高的趨勢(shì)（表 2）。 干旱 0～8 d時(shí)，O2·-和 H2O2各處理間與對(duì)照差異不顯著；當(dāng)干旱12 d時(shí)，O2·-和H2O2質(zhì)量摩爾濃度顯著高于對(duì)照，比對(duì)照增加了66.2%和28.1%（P＜0.05）；干旱處理16 d時(shí)，H2O2質(zhì)量摩爾濃度達(dá)最大，比對(duì)照增加了37.6%（P＜0.05）；而干旱處理20 d時(shí)，O2·-質(zhì)量摩爾濃度才達(dá)到最高，比對(duì)照增加了82.4%（P＜0.05）。

表2 干旱脅迫及復(fù)水對(duì) ‘波葉金桂’ROS和膜質(zhì)過(guò)氧化的影響Table 2 Effects of drought stress and rewatering on ROS and membrane peroxidation of Osmanthus fragrans ‘Boyejingui’

ROS的積累造成植物細(xì)胞膜脂過(guò)氧化，產(chǎn)生MDA從而引起細(xì)胞膜的損傷，而傷害率是判定植物細(xì)胞膜穩(wěn)定性的一個(gè)重要指標(biāo)。MDA和傷害率與ROS有類似的變化趨勢(shì)。干旱8 d時(shí)，MDA質(zhì)量摩爾濃度迅速提升，比對(duì)照增加了35.3%（P＜0.05）；干旱20 d時(shí)，MDA質(zhì)量摩爾濃度和傷害率達(dá)最大，分別比對(duì)照增加了0.80和2.68倍（P＜0.05）。復(fù)水處理后各指標(biāo)下降，復(fù)水6 d后， MDA質(zhì)量摩爾濃度和傷害率分別比對(duì)照增加了35.8%和58.0%（P＜0.05）。這些結(jié)果表明：干旱處理使 ‘波葉金桂’葉片膜透性遭到破壞，復(fù)水后膜透性仍未完全恢復(fù)。干旱處理可對(duì) ‘波葉金桂’造成一定的脅迫。

2.5 干旱脅迫和復(fù)水對(duì)抗氧化酶活性的影響

植物體內(nèi)的SOD，POD和CAT主要作用是清除逆境下產(chǎn)生的活性氧，防止膜脂過(guò)氧化。隨著干旱時(shí)間的增加，3種酶的活性呈先升高后降低的趨勢(shì)（圖3）。當(dāng)干旱4 d時(shí)，3種酶活性被顯著激活；當(dāng)干旱12 d時(shí)，SOD活性達(dá)到最大，比對(duì)照增加了39.7%（P＜0.05），隨后下降；干旱16 d時(shí)，而POD和CAT的活性達(dá)到最大，分別比對(duì)照增加了1.36和0.9倍（P＜0.05），隨后開(kāi)始下降；干旱20 d時(shí)，酶活性下降，但仍顯著高于同期對(duì)照。復(fù)水2 d后酶活性急劇下降，仍顯著高于對(duì)照；復(fù)水6 d后酶活性與對(duì)照差異不顯著，恢復(fù)到對(duì)照水平。這些結(jié)果說(shuō)明 ‘波葉金桂’葉片的SOD，POD和CAT在干旱脅迫防御膜脂過(guò)氧化過(guò)程中起到重要作用。

圖3 干旱脅迫及復(fù)水對(duì) ‘波葉金桂’葉片抗氧化酶活性的影響Figure 3 Effects of drought stress and rewatering on antioxidant enzyme activity in leaves of Osmanthus fragrans ‘Boyejingui’

3 討論與結(jié)論

在土壤—植物—大氣環(huán)流系統(tǒng)（SPAC）中，土壤含水量和葉水勢(shì)可作為反映植物水分損失或水分條件的連續(xù)體。當(dāng)土壤水勢(shì)降低時(shí)，植物迅速降低葉片相對(duì)含水量和葉水勢(shì)，調(diào)節(jié)幼苗水勢(shì)和土壤水勢(shì)梯度，從而增加植物的吸水能力［30］。研究發(fā)現(xiàn)：干旱脅迫下枇杷Eriobotrya japonica的土壤含水量與水勢(shì)密切相關(guān)，植物水勢(shì)隨著土壤含水量的降低而降低；西鵑Rhododendron hybridiu和毛鵑Rhododendron pulchrum的土壤含水量和葉片相對(duì)含水量與干旱程度呈正相關(guān)［31-32］。本研究結(jié)果顯示：隨著干旱時(shí)間的延長(zhǎng)，土壤含水量降低，導(dǎo)致 ‘波葉金桂’幼苗根系吸水困難，葉片相對(duì)含水量和葉水勢(shì)隨之下降。干旱前8 d， ‘波葉金桂’通過(guò)減緩葉片相對(duì)含水量下降幅度，提高保水能力，從而保持光合作用系統(tǒng)的完整性，光合色素質(zhì)量分?jǐn)?shù)高，促使光合作用的正常進(jìn)行。隨著干旱脅迫程度加深， ‘波葉金桂’葉片相對(duì)含水量和葉水勢(shì)顯著降低，光合色素合成受到抑制， ‘波葉金桂’生長(zhǎng)受到影響。復(fù)水后葉片相對(duì)含水量和葉水勢(shì)隨土壤含水量升高而升高，最后恢復(fù)到對(duì)照水平，體現(xiàn)了 ‘波葉金桂’較強(qiáng)的細(xì)胞持水力及恢復(fù)能力。

滲透調(diào)節(jié)被認(rèn)為是植物對(duì)干旱的重要生理適應(yīng)方式。植物體內(nèi)滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的積累是植物響應(yīng)水分虧缺最常見(jiàn)的反應(yīng)之一［33］。李州等［35］以大葉型和小葉型白三葉Trifolium repens為試驗(yàn)材料進(jìn)行脅迫處理發(fā)現(xiàn)：干旱脅迫有助于2種白三葉可溶性糖和甜菜堿含量的積累，且滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)在白三葉響應(yīng)干旱的過(guò)程中占據(jù)主要地位；干旱處理下的枸杞Lycium也被發(fā)現(xiàn)具有類似規(guī)律，可溶性糖與甜菜堿含量呈正相關(guān)［36］。本實(shí)驗(yàn)表明：可溶性糖、甜菜堿質(zhì)量分?jǐn)?shù)隨干旱脅迫強(qiáng)度增加而升高。大量研究表明：可溶性糖和甜菜堿作為滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，當(dāng)植物細(xì)胞缺水時(shí)，它們可以迅速合成，增加細(xì)胞溶質(zhì)勢(shì)，降低細(xì)胞水勢(shì)，從而吸水能力增加［37］。游離脯氨酸是蛋白質(zhì)的一種結(jié)構(gòu)成分，迅速生成可調(diào)節(jié)細(xì)胞滲透壓，對(duì)能量吸收和還原力、氮儲(chǔ)存化合物、羥自由基清除和保護(hù)酶具有保護(hù)和穩(wěn)定功能的作用［38］。有研究認(rèn)為：干旱脅迫下游離脯氨酸含量積累量與干旱程度呈正相關(guān)，小葉蚊母Distylium buxifolium，厚皮香Ternstroemia gymnanthera和輪葉蒲桃Syzygium grijsii等3種樹(shù)種的游離脯氨酸隨著干旱脅迫程度的增加快速上升［39］。安玉艷等［40］研究發(fā)現(xiàn)：干旱條件下，杠柳Periploca sepium游離脯氨酸的大量積累可能是其在脅迫條件下為生長(zhǎng)儲(chǔ)存碳源和氮源或能量的一種方式。本實(shí)驗(yàn)研究表明：游離脯氨酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)在葉片中的積累需要一定的時(shí)間。當(dāng)干旱20 d時(shí)，可溶性糖、甜菜堿合成受到抑制，而游離脯氨酸急劇增加，在脅迫下大量積累，其對(duì)滲透勢(shì)的降低、膨壓的維持貢獻(xiàn)較大。 ‘波葉金桂’通過(guò)可溶性糖、甜菜堿和游離脯氨酸的積累來(lái)調(diào)節(jié)滲透勢(shì)以提高抗旱能力。復(fù)水后，干旱脅迫解除，水勢(shì)升高，幼苗體內(nèi)調(diào)節(jié)物質(zhì)逐漸向正常水平逆轉(zhuǎn)，滲透調(diào)節(jié)能力逐步下降，可溶性糖、可溶性蛋白質(zhì)及游離脯氨酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)降低，植株開(kāi)始正常生長(zhǎng)。

葉綠素是光合作用的主要葉綠體成分之一，葉綠素參與光能的吸收、傳遞和轉(zhuǎn)換等過(guò)程，與植物的抗旱性密切相關(guān)［41］。關(guān)于干旱脅迫下植株葉綠素含量的變化報(bào)道不一。李蘭芳等［42］研究發(fā)現(xiàn)：干旱脅迫后白刺花Sophora davidii幼苗Chl a，Chl b，Chl t及Car隨著干旱脅迫增強(qiáng)而呈上升趨勢(shì)。柴勝豐等［43］認(rèn)為：金花茶Camellia petelotii葉片Chl t，Chl a，Chl b含量均隨干旱脅迫的增強(qiáng)而下降。本研究中，隨著干旱脅迫的增強(qiáng)， ‘波葉金桂’葉片Chl a，Chl b和Chl t質(zhì)量分?jǐn)?shù)整體呈下降趨勢(shì)，Car質(zhì)量分?jǐn)?shù)持續(xù)上升，Chl a/b呈先下降后上升的趨勢(shì)?？赡苁怯捎诟珊?～8 d時(shí)，葉片相對(duì)含水量降低導(dǎo)致葉綠素濃縮，葉綠素質(zhì)量分?jǐn)?shù)稍有上升，該現(xiàn)象是幼苗在干旱脅迫下維持光合速率的生理適應(yīng)機(jī)制［44］。但是植物色素的生物合成過(guò)程需要酶的參與，嚴(yán)重的干旱脅迫條件降低了葉綠體中一系列合成酶的活性［45］。葉綠素的生物合成減弱，同時(shí)植物體自身的活性氧積累，尤其是H2O2能穿透質(zhì)膜，進(jìn)入葉綠體中，與葉綠體內(nèi)自生的H2O2共同引發(fā)葉綠體膜脂過(guò)氧化，其中間產(chǎn)物自由基和最終產(chǎn)物MDA都會(huì)嚴(yán)重?fù)p傷葉綠體膜結(jié)構(gòu)和功能，進(jìn)一步導(dǎo)致葉綠素的分解。復(fù)水后Chl a，Chl b和Chl t質(zhì)量分?jǐn)?shù)上升，說(shuō)明干旱脅迫后復(fù)水對(duì)葉片Chl a，Chl b和Chl t等均具有一定程度的補(bǔ)償效應(yīng)。

干旱脅迫導(dǎo)致植物細(xì)胞ROS急劇上升，過(guò)量的ROS打破了植物體內(nèi)的氧化還原平衡。ROS的大量積累引起膜脂過(guò)氧化加劇，對(duì)膜組分和結(jié)構(gòu)造成氧化損傷，產(chǎn)生大量MDA，最終導(dǎo)致膜系統(tǒng)的破壞［46］。胡義等［47］研究發(fā)現(xiàn)：重度干旱脅迫（持續(xù)干旱10～16 d）下，樟樹(shù)Cinnamomum camphora幼樹(shù)葉片中的ROS和MDA大量積累；高曉寧等［48］研究發(fā)現(xiàn)：杜鵑花Rhododendron在干旱處理下產(chǎn)生過(guò)量的活性氧，但MDA變化不顯著。本試驗(yàn)結(jié)果顯示：隨著干旱脅迫的加劇，葉片中O2·-，H2O2和MDA在前16 d顯著上升，說(shuō)明干旱脅迫造成ROS大量積累，產(chǎn)生了膜脂過(guò)氧化作用，對(duì)膜造成損害，從而MDA質(zhì)量摩爾濃度上升，葉片傷害率也隨之增加。因?yàn)镸DA的積累可引起細(xì)胞膜透性增大，大量離子外滲，這是細(xì)胞膜受損的表現(xiàn)之一，這也印證了前面的觀點(diǎn)。謝小玉等［49］對(duì)辣椒Capsicum annuum的研究得出了相同的結(jié)論。植物體內(nèi)存在抗氧化防御系統(tǒng)，可在一定程度上減緩ROS帶來(lái)的傷害。SOD，CAT和POD是植物體內(nèi)清除ROS的3種重要酶，在抵御干旱脅迫時(shí)發(fā)揮重要作用。SOD是抗氧化的第一道防線，它催化O2·-歧化生成H2O2和O2，CAT和POD進(jìn)一步將有毒水平的內(nèi)源性H2O2轉(zhuǎn)化為H2O和O2。大量研究表明，植物在遭受干旱脅迫時(shí)，清除ROS的酶活性都增加，如四季桂Osmanthus fragrans，栓皮櫟Quercus variabilis等。本研究也發(fā)現(xiàn)了類似的規(guī)律： ‘波葉金桂’在干旱前16 d，SOD，POD和CAT活性逐漸增強(qiáng)，說(shuō)明3種酶發(fā)揮協(xié)同作用，共同清除細(xì)胞內(nèi)ROS。干旱20 d時(shí)，從圖3可看出SOD和POD活性仍然較大，繼續(xù)保持清除細(xì)胞內(nèi)大量的ROS，是抵御干旱脅迫的主要成員。復(fù)水后各指標(biāo)均能得到恢復(fù)，可見(jiàn) ‘波葉金桂’具有較強(qiáng)的耐旱性。 ‘波葉金桂’在干旱和復(fù)水條件下抗氧化酶系統(tǒng)積極發(fā)揮作用，清除ROS，使 ‘波葉金桂’能夠在干旱條件下保持較好細(xì)胞膜穩(wěn)定性和較低MDA質(zhì)量摩爾濃度。

綜上所述， ‘波葉金桂’對(duì)于干旱脅迫及復(fù)水的響應(yīng)是由多種內(nèi)部生理生化反應(yīng)共同完成的。短期的干旱脅迫下，葉片含水量和水勢(shì)降低，ROS積累和膜透性增加， ‘波葉金桂’通過(guò)增加滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)（可溶性糖、甜菜堿和游離脯氨酸）以及抗氧化酶 （SOD，CAT和POD）的活性等減緩ROS給植物帶來(lái)的傷害；長(zhǎng)期的干旱脅迫下，葉片含水量和水勢(shì)的急劇下降，ROS大量累積，抗氧化酶活性下降導(dǎo)致抗氧化系統(tǒng)清除ROS能力下降，光合色素合成受到抑制，而可溶性糖、甜菜堿質(zhì)量分?jǐn)?shù)和脯氨酸仍然保持高水平，通過(guò)滲透調(diào)節(jié)作用抵抗干旱脅迫，保證苗木代謝正常；脅迫解除后，幼苗表現(xiàn)出較強(qiáng)的旱后修復(fù)能力。因此， ‘波葉金桂’在管理養(yǎng)護(hù)時(shí)，可制定科學(xué)合理的水分管理措施，對(duì)其進(jìn)行短期的干旱脅迫（0～8 d），合理利用水資源，最大限度地發(fā)揮干旱脅迫的補(bǔ)償效應(yīng)，當(dāng)脅迫超過(guò)20 d時(shí)需及時(shí)復(fù)水救苗，避免對(duì) ‘波葉金桂’幼苗造成明顯傷害并影響生長(zhǎng)。