王得運(yùn), 劉培培, 陳云婷, 徐月瑩, 周麗, 羅光明*

(1.江西中醫(yī)藥大學(xué)藥學(xué)院， 南昌 330004; 2.江西科技師范大學(xué), 南昌 330038)

干旱是影響植物正常生長發(fā)育的主要非生物因子之一，其危害程度在諸多非生物脅迫中占首位[1]。全球干旱、半干旱地區(qū)約占土地總面積的36%，占耕地面積的43%。我國干旱、半干旱地區(qū)占國土總面積的45%，占耕地面積的51%，即使在降水較多的地區(qū)也經(jīng)常出現(xiàn)由于不均勻降水而造成的干旱災(zāi)害[2-3]。目前，隨著全球氣候變暖且不斷加劇，植物遭受干旱脅迫的現(xiàn)象普遍存在。植物在遭受到干旱脅迫后，內(nèi)源激素作為植物響應(yīng)干旱脅迫最敏感的生理活性物質(zhì)，其含量與平衡會(huì)發(fā)生一系列變化，多種內(nèi)源激素以復(fù)雜方式協(xié)調(diào)作用，共同響應(yīng)干旱脅迫[4]。

梔子(GardeniajasminoidesEllis)在我國藥用歷史悠久，最早記載于《神農(nóng)本草經(jīng)》，是衛(wèi)生部發(fā)布的第一批藥食兩用植物。梔子果實(shí)具有瀉火除煩、清熱利濕、涼血解毒之功效，主治熱病心煩、濕熱黃疸、淋證澀痛、血熱吐衄、目赤腫痛、火毒瘡瘍以及外傷扭挫傷痛[5]。梔子根是畬族常用藥材，在浙江、福建、湖南等地主要用來治療乙型肝炎、丙型肝炎、黃疸型肝炎、腎炎水腫、感冒高熱等病癥[6]。同時(shí)，梔子果實(shí)中含有豐富的色素，廣泛用于飲料、食品、日用化工和化妝品等領(lǐng)域。因梔子用途廣、需求量大，在我國江西、湖南、湖北、福建、浙江、安徽、四川以及貴州等地大量種植生產(chǎn)，安徽、江蘇、河南和山東等地也有種植[7]。目前，我國人工種植梔子面積高達(dá)1.7萬hm2，年產(chǎn)梔子近4萬t[8]。

本研究采用PEG-6000溶液模擬干旱脅迫，探討了不同干旱程度下梔子幼苗葉片脫落酸(abscisic acid，ABA)、生長素(indoleacetic acid，IAA)、赤霉素(gibberellic acid，GA)以及玉米素核苷(zeatin riboside，ZR)四種內(nèi)源激素的含量水平及變化規(guī)律，分析并討論了梔子在激素水平上對干旱脅迫的生理響應(yīng)，旨在為激素在植物響應(yīng)干旱化學(xué)調(diào)控機(jī)理研究和梔子抗旱性深入研究提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

選用1年生梔子幼苗為材料，由江西普正制藥有限公司所建設(shè)的繁育基地提供。2019年3月，將梔子幼苗自苗圃地帶土移植到白色聚乙烯塑料花盆中，花盆高29 cm，直徑為23 cm，栽培基質(zhì)為普通園圃土。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1梔子幼苗干旱模型的建立與取樣所有盆栽幼苗正常管護(hù)30 d，緩苗后，新老葉出現(xiàn)更替、萌發(fā)新芽，生長速度明顯加快。選取長勢基本一致且無病蟲害的梔子幼苗40盆，每10盆為1個(gè)處理組。以質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為5%、10%、20%的PEG-6000溶液模擬梔子幼苗輕度干旱(light droght,LD)、中度干旱(moderate droght,MD)、重度干旱(severe droght,SD)脅迫，蒸餾水作為正常對照(CK)。每天傍晚每組用對應(yīng)的PEG-6000溶液進(jìn)行澆灌，澆灌量以盆底溢出溶液為準(zhǔn)。干旱脅迫的第5、10、15 d，梔子幼苗生長狀態(tài)良好、無萎蔫現(xiàn)象。在干旱脅迫的第5、10、15 d的同一時(shí)間段采摘梔子上部相同葉位的成熟葉片，存放于-80 ℃冰箱內(nèi)。

1.2.2梔子葉片中內(nèi)源激素含量測定稱取1.0 g葉片，加4 mL 80%甲醇提取液(內(nèi)含0.5% BHT抗氧化劑)，冰浴研磨，轉(zhuǎn)移至10 mL離心管，搖勻置于4 ℃冰箱浸提過夜，3 500 r·min-1離心，取上清液，再加入2 mL提取液，搖勻，置于4 ℃冰箱4 h，離心，合并上清液。上清液過C-18固相萃取柱得到待測樣品，將待測樣品用氮?dú)獯蹈?，以樣品稀釋液定容。然后采用酶?lián)免疫法測定ABA、IAA、GA和ZR含量，測定步驟與所需試劑均來自試劑盒(購自南京建成生物工程研究所)，試驗(yàn)設(shè)3次生物學(xué)重復(fù)。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用WPS表格和Graphpad Prism 7.0軟件處理試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 干旱脅迫對梔子葉片ABA含量的影響

圖1顯示，隨著干旱脅迫時(shí)間的延長，CK組梔子葉片ABA含量呈現(xiàn)逐漸下降的趨勢，LD、MD、SD 3組ABA含量均呈先升高后下降的變化趨勢。但與CK組相比較，LD、MD組梔子葉片ABA含量在干旱脅迫第5、10、15 d逐漸上升，SD組ABA含量先上升后在脅迫15 d時(shí)上升幅度降低。干旱脅迫第5 d，LD、MD、SD組梔子葉片ABA含量較CK組分別上升了60.29%、84.50%、89.93%；在脅迫第10 d，LD、MD、SD組ABA含量較CK組分別上升了133.96%、153.97%、120.04%；脅迫第15 d，LD、MD與SD 3組ABA含量較CK組分別上升了185.93%、154.59%、69.52%。

2.2 干旱脅迫對梔子葉片IAA含量的影響

圖2顯示，試驗(yàn)過程中CK組梔子葉片IAA含量逐漸上升。LD、MD、SD 3組IAA含量在干旱脅迫第5 d高于CK組，后逐漸下降，在脅迫第15 d顯著低于CK組。在干旱脅迫第15 d時(shí)，CK組梔子葉片IAA含量較脅迫第5、10 d分別上升了171.25%、110.80%。干旱脅迫第5 d，LD、MD、SD組梔子葉片IAA含量較CK組分別上升了45.71%、244.61%、225.18%，其中，MD、SD組與CK組相比差異顯著(P<0.05)；在脅迫第10 d，LD、MD、SD組IAA含量較CK組分別上升了26.36%、10.12%、37.84%，但差異不顯著(P>0.05)；脅迫第15 d，LD、MD與SD 3組IAA含量較CK組分別下降了36.25%、51.11%、57.15%，并具有顯著性差異(P<0.05)。

注：同一處理時(shí)間不同小寫字母表示差異在P<0.05水平具有顯著性。Note: Different small letters at the same treatment time indicate significant difference at P<0.05 level.圖1 干旱脅迫下梔子葉片ABA含量Fig.1 ABA content of Gardenia jasminoides Ellis leaf under drought stress

注：同一處理時(shí)間不同小寫字母表示差異在P<0.05水平具有顯著性。Note: Different small letters at the same treatment time indicate significant difference at P<0.05 level.圖2 干旱脅迫下梔子葉片IAA含量Fig.2 IAA content of Gardenia jasminoides Ellis leaf under drought stress

2.3 干旱脅迫對梔子葉片GA含量的影響

圖3顯示，隨著干旱脅迫時(shí)間的延長，與CK組相比，LD、MD、SD三組梔子葉片GA含量在脅迫第5 d顯著升高，后逐漸降低，在脅迫第15 d時(shí)低于CK組。干旱脅迫的第5 d，LD、MD、SD組梔子葉片GA含量較CK組分別上升了56.06%、130.90%、62.40%，均差異顯著(P<0.05)；在脅迫第10 d，LD、MD、SD組GA含量較CK組分別上升了28.37%、5.33%、34.49%，差異不顯著(P>0.05)；脅迫第15 d，LD、MD與SD 3組GA含量較CK組下降了12.92%、27.56%、71.54%，且SD組與CK組相比差異顯著(P<0.05)。

注：同一處理時(shí)間不同小寫字母表示差異在P<0.05水平具有顯著性。Note: Different small letters at the same treatment time indicate significant difference at P<0.05 level.圖3 干旱脅迫下梔子葉片GA含量Fig.3 GA content of Gardenia jasminoides Ellis leaf under drought stress

2.4 干旱脅迫對梔子葉片ZR含量的影響

圖4顯示，隨著干旱脅迫時(shí)間的延長，CK組梔子葉片ZR含量逐漸下降，LD、MD、SD 3組ZR含量具有高-低-高的變化趨勢。在干旱脅迫第15 d時(shí)，CK組梔子葉片ZR含量較第5、10 d分別下降了55.13%、41.15%。干旱脅迫第5 d，LD、MD、SD組梔子葉片ZR含量較CK組分別上升了85.60%、41.85%、27.19%，均差異顯著(P<0.05)；在脅迫第10 d，MD組ZR含量較CK組上升了4.74%，LD、SD組ZR含量較CK組下降了14.12%、16.36%，均差異不顯著(P>0.05)；脅迫第15 d，LD、MD與SD3組ZR含量較CK組上升了174.66%、248.51%、205.30%，差異顯著(P<0.05)。

2.5 干旱脅迫對梔子葉片中內(nèi)源激素比例的影響

表1顯示，隨著干旱脅迫時(shí)間的延長，CK組梔子葉片IAA/ABA、IAA/GA、IAA/ZR值逐漸上升，ZR/ABA值波動(dòng)不大，GA/ABA、GA/ZR值呈現(xiàn)先降低后升高的變化趨勢。LD、MD、SD 3組梔子葉片IAA/ABA、GA/ABA、ZR/ABA值呈現(xiàn)先降低后升高的變化趨勢，IAA/GA值逐漸上升，IAA/ZR、GA/ZR值逐漸下降。干旱脅迫第5 d，LD、MD、SD組梔子葉片IAA/ABA值總體高于CK組；而在脅迫第15 d，LD、MD、SD組IAA/ABA值較CK組分別降低了77.67%、80.83%、76.67%。脅迫第5 d，LD、MD、SD組梔子葉片GA/ABA值與CK組相比變化不大；而在脅迫第15 d，LD、MD、SD組GA/ABA值較CK組分別降低了69.54%、71.57%、83.21%。干旱脅迫第5 d，LD組梔子葉片ZR/ABA值高于CK組，MD、SD組低于CK組；然后，3組先降低再升高，在脅迫第10 d有最低值；脅迫第15 d時(shí)，LD組ZR/ABA值較CK組下降了3.94%，MD、SD組較CK組分別上升了36.91%、80.10%。脅迫第5 d，LD、MD、SD組梔子葉片IAA/GA值總體高于CK組；脅迫第10 d，LD、MD、SD組IAA/GA值與CK組接近；脅迫第15 d，LD、MD組IAA/GA值低于CK組，SD組高于CK組。脅迫第5 d，LD、MD、SD組梔子葉片IAA/ZR值總體高于CK組；隨后，CK組IAA/ZR值逐漸上升，LD、MD、SD組總體逐漸下降；在脅迫第15 d，LD、MD、SD組IAA/ZR值較CK組分別降低了75.38%、85.79%、85.79%。脅迫第5 d，LD組梔子葉片GA/ZR值低于CK組，MD、SD組高于CK組；隨后，LD組先升高后降低，MD、SD組逐漸降低；在脅迫第15 d，LD、MD、SD組GA/ZR值均低于CK組，并較CK組分別下降了68.27%、79.21%、90.66%?？偟膩碚f，干旱脅迫下梔子IAA/ABA、GA/ABA值逐漸下降，并且下降幅度較大，ZR/ABA、IAA/GA、IAA/ZR、GA/ZR值發(fā)生不同的波動(dòng)，說明梔子通過調(diào)節(jié)內(nèi)源激素含量變化以維持內(nèi)源激素間的一種平衡來適應(yīng)和抵御脅迫。

注：同一處理時(shí)間不同小寫字母表示差異在P<0.05水平具有顯著性。Note: Different small letters at the same treatment time indicate significant difference at P<0.05 level.圖4 干旱脅迫下梔子葉片ZR含量Fig.4 ZR content of Gardenia jasminoides Ellis leaves under drought stress

表1 干旱脅迫下梔子葉片內(nèi)源激素的比例變化Table 1 Proportional changes of endogenous phytohormones in Gardenia jasminoides Ellis leaf under drought stress

3 討論

植物內(nèi)源激素是植物在特定環(huán)境信號(hào)下誘導(dǎo)產(chǎn)生的，在極低濃度下就能發(fā)揮明顯的生理效應(yīng)，可以單個(gè)或者相互協(xié)調(diào)調(diào)控植物的生長、發(fā)育與體內(nèi)代謝[9]。ABA是一種對植物抗逆性、氣孔運(yùn)動(dòng)以及基因表達(dá)等均有重要調(diào)節(jié)功能的植物激素，在植物眾多內(nèi)源激素中變化最為明顯，通常被用來作為評價(jià)植物抗旱性的重要指標(biāo)[10]。本研究發(fā)現(xiàn)，LD、MD組梔子葉片ABA含量較CK組在干旱脅迫15 d內(nèi)逐漸上升，SD組ABA含量較CK組先上升后在脅迫15 d時(shí)下降，并且LD、MD、SD 3組梔子葉片ABA含量在脅迫15 d內(nèi)均高于CK組，這與俞玲等[11]的研究結(jié)果相似。本研究結(jié)果表明，干旱脅迫下梔子葉片內(nèi)ABA含量迅速增加以發(fā)揮調(diào)節(jié)功能，包括抑制或關(guān)閉氣孔開度等，然而，隨著脅迫時(shí)間延長和程度加深，ABA含量逐漸下降，梔子以體內(nèi)ABA抵御干旱的保護(hù)機(jī)制減弱。

IAA、GA、ZR 3種激素均能夠促進(jìn)植物生長發(fā)育。IAA分布與含量對植物細(xì)胞極性發(fā)育、細(xì)胞伸長等方面發(fā)揮重要作用[12]，IAA與逆境脅迫也密切相關(guān)。一般來說，逆境脅迫誘導(dǎo)植物IAA氨基酸化合酶上調(diào)表達(dá)導(dǎo)致IAA失活，進(jìn)而誘導(dǎo)脅迫相關(guān)基因表達(dá)[13]。本研究發(fā)現(xiàn)，LD、MD、SD 3組梔子葉片IAA含量較CK組先迅速上升后持續(xù)下降，在干旱脅迫第5 d時(shí)高于CK，后逐漸下降，在脅迫15 d時(shí)均顯著低于CK組，這與周芳等[14]的研究結(jié)果相似。GA能夠促進(jìn)植物氣孔關(guān)閉、減少植物蒸騰，同時(shí)也促進(jìn)植物生長[9]。本研究中，LD、MD、SD 3組梔子葉片GA含量較CK組變化與IAA一致，這與丁少凈等[15]的研究結(jié)果一致。ZR可促進(jìn)細(xì)胞分裂、擴(kuò)大，延緩葉片衰老，干旱脅迫下植物根尖最先感受到脅迫，并抑制根中ZR的合成和運(yùn)輸，根中ZR含量變化比較明顯，而不同植物葉片中ZR含量具有不同的變化趨勢，且變化幅度不大[14]。本研究發(fā)現(xiàn)，LD、MD、SD 3組梔子葉片ZR含量較CK組具有高-低-高的變化趨勢，后期ZR含量升高可能起到延緩葉片衰老脫落以維持梔子生命活動(dòng)的作用，這與蘇亞拉其其格等[4]對夏坡蒂品種馬鈴薯的研究結(jié)果一致。這些研究結(jié)果表明，短時(shí)間干旱脅迫誘導(dǎo)梔子體內(nèi)IAA、GA含量升高，促使梔子加快生長發(fā)育，而隨著脅迫時(shí)間延長，IAA、GA含量逐漸降低，梔子通過減緩生長、關(guān)閉氣孔以及誘導(dǎo)抗旱相關(guān)基因表達(dá)等多種方式響應(yīng)干旱。同時(shí)，梔子在遭受到干旱脅迫后，體內(nèi)ZR含量不斷波動(dòng)以適應(yīng)干旱。

干旱脅迫下，植物一方面通過調(diào)節(jié)體內(nèi)激素含量而調(diào)控自身發(fā)育，另一方面通過改變不同激素間比值而影響自身生長。本研究發(fā)現(xiàn)，干旱脅迫下梔子葉片IAA/ABA、GA/ABA值較CK組逐漸下降，并且下降幅度較大，說明梔子主要通過抑制生長發(fā)育狀態(tài)以抵御干旱，這一結(jié)果與李書平等[9]對干旱脅迫下福建山櫻花和日本櫻花幼苗的研究結(jié)果一致。同時(shí)，梔子在遭受到干旱脅迫后葉片內(nèi)ZR/ABA、IAA/GA、IAA/ZR、GA/ZR值與CK組相比均發(fā)生不同的波動(dòng)，說明梔子通過不同內(nèi)源激素間平衡來適應(yīng)干旱脅迫。