胡楊, 李鋼鐵*, 李星, 賈守義

(1.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)沙漠治理學(xué)院, 呼和浩特 010018; 2.巴彥淖爾市林業(yè)科學(xué)研究所, 內(nèi)蒙古 巴彥淖爾 015000 )

水分匱乏是我國西北干旱、半干旱地區(qū)抑制植物生長的主要因素[1]，頻發(fā)的高溫天氣和水資源短缺嚴重影響植物正常發(fā)育[2]。因此，研究植物抗旱性、篩選抗旱植物對于干旱、半干旱地區(qū)植物資源的發(fā)展尤為重要。

細穗檉柳(TamarixleptostachysBunge)屬于檉柳科檉柳屬灌木，生長于我國西北部荒漠、半荒漠地區(qū)，主要分布于新疆、青海、甘肅、寧夏和內(nèi)蒙古等地。細穗檉柳的根系發(fā)達，防風(fēng)固沙效果顯著；因其具有極強的耐旱和耐鹽堿能力，是荒漠、半荒漠鹽堿和沙漠等地的理想造林樹種；同時，種植細穗檉柳有良好的生態(tài)效益。細穗檉柳除具備以上特點外，還是檉柳種中艷麗的多花檉柳，是鹽堿地造林的優(yōu)質(zhì)綠化及水土保持樹種[3]。

目前，對細穗檉柳的研究大多集中在播種育苗技術(shù)[4]及藥用化學(xué)成分[5-6]等方面，但關(guān)于細穗檉柳的抗旱機理探究尚未見報道。鑒于此，本研究通過設(shè)置不同梯度的干旱脅迫處理，分析探討了干旱脅迫下細穗檉柳幼苗若干生長指標及主要生理生化特性對干旱脅迫的響應(yīng)，旨在探明細穗檉柳幼苗的抗旱機理，綜合分析其幼苗耐旱性潛力，為其在干旱地區(qū)適地適樹大面積栽培提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗材料選用內(nèi)蒙古磴口立地條件相同的2 a生細穗檉柳扦插苗。2018年7月10日將長勢整齊、生長健壯、高度基本一致的細穗檉柳嫩枝小苗移栽于盆中。每盆定植健壯幼苗1株，試驗所用土壤為采種地土壤(沙壤土)，土壤經(jīng)烘干(105 ℃)至恒重，每盆均裝入等量過篩的混合土6.2 kg。土壤田間持水量為19.69%，容重1.46 g·cm-3。栽培容器為上口徑25 cm、下口徑15 cm、高19 cm的塑料花盆(帶底盤)。從移栽當日至進行試驗時，為確保幼苗健康生長，促進根系恢復(fù)，在溫室內(nèi)將土壤水分含量維持在田間持水量的80%[7]。

1.2 試驗設(shè)計

試驗在內(nèi)蒙古自治區(qū)呼和浩特市內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)苗圃溫室大棚內(nèi)進行，土壤干旱脅迫試驗于2018年9月10日開始，于11月8日結(jié)束。采用盆栽方法人工模擬土壤干旱條件，設(shè)置4個水分脅迫處理,對照(CK):土壤含水量為田間持水量的80%，實際土壤含水量保持在15.75%±0.98%；輕度干旱脅迫(T1):土壤含水量為田間持水量的60%，實際土壤含水量保持在11.81%±0.35%；中度干旱脅迫(T2):土壤含水量為田間持水量的40%，實際土壤含水量保持在7.88%±0.69%；重度干旱脅迫(T3):土壤含水量為田間持水量的20%，實際土壤含水量保持在3.94%± 0.41%。每個處理3次重復(fù)，每個重復(fù)4盆植株。采用稱重法控制土壤實際含水量，每日下午17∶30用電子計價秤(正常載量15 kg，感知重量5 g)稱重并補水，調(diào)節(jié)土壤含水量至各干旱脅迫處理范圍內(nèi)。試驗材料干旱脅迫60 d后，采集新梢部自頂端向下3～4節(jié)上的功能葉片用于葉片各生理指標的測定。

1.3 測定指標及方法

1.3.1苗高及地徑測定 分別于干旱脅迫處理前和處理后60 d，用卷尺測量地面至植株頂部的株高，用游標卡尺測定地徑(植株地基部莖稈的直徑)，每個處理組測定12株。

1.3.2生理指標測定 相對含水率采用水飽和法進行測定；水勢用小液流法進行測定；葉綠素(chlorophyll，Chl)含量用95%的酒精提取葉綠素，再用紫外可見分光光度計(UV759、上海奧普勒儀器有限公司)測定；測定丙二醛(malondialdehyde，MDA)含量用硫代巴比妥酸法；用電導(dǎo)儀測定葉片細胞膜透性；葉片游離脯氨酸(proline，Pro)含量用磺基水楊酸法測定；過氧化氫酶(catalase，CAT)活性用滴定法測定；過氧化物酶(peroxisome，POD)活性用愈創(chuàng)木酚法測定；超氧化物酶(superoxide dismutase，SOD)活性用氮藍四唑法測定；可溶性糖(soluble sugar，SS)含量的測定采用蒽酮比色法；可溶性蛋白質(zhì)(soluble protein，SP)含量采用G-250比色法測定[8]。各生理指標測定均設(shè)置3次重復(fù)。

1.4 數(shù)據(jù)處理

用SPSS 24.0軟件中的One-way ANOVA比較不同干旱脅迫處理間細穗檉柳幼苗各性狀指標的差異顯著性；Microsoft Excel 2007分析平均數(shù)、標準差和百分比；采用SigmaPlot 12.5作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 干旱脅迫對細穗檉柳幼苗株高和地徑的影響

表1結(jié)果表明，干旱脅迫下，細穗檉柳幼苗的生長隨干旱脅迫程度的增加而減緩。輕度干旱脅迫下(T1)，細穗檉柳幼苗的株高和地徑生長量均與CK無顯著差異；隨著脅迫增強、土壤水分含量的減少，T2和T3處理細穗檉柳幼苗的株高和地徑生長量均顯著低于CK，T2和T3兩處理間無顯著差異。

表1 干旱脅迫對細穗檉柳幼苗生長指標的影響Table 1 Effects of drought stress on growth indexes of Tamarix leptostachys Bunge seedlings

2.2 干旱脅迫對細穗檉柳幼苗葉片相對含水量的影響

圖1顯示，隨著干旱脅迫強度增加，細穗檉柳幼苗葉片相對含水量呈持續(xù)下降趨勢。與CK相比，各處理的葉片含水量均顯著降低，且處理間也存在顯著差異。隨著干旱脅迫程度的增強，葉片含水量的降幅也逐漸增大，即與CK相比，輕度干旱脅迫(T1)導(dǎo)致葉片含水量降低6.35%；與輕度脅迫(T1)處理相比，中度干旱(T2)脅迫導(dǎo)致葉片含水量降低8.72%；與中度脅迫(T2)處理相比，重度干旱脅迫(T3)導(dǎo)致葉片含水量降低11.98%。

注：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 indicate significant difference at P<0.05 level.圖1 干旱脅迫脅迫對細穗檉柳幼苗葉片相對含水率的影響Fig.1 Effect of drought stress on relative water content of Tamarix leptostachys Bunge seedling leaf

2.3 干旱脅迫對細穗檉柳幼苗葉片葉綠素含量的影響

從圖2可以看出，隨著干旱脅迫程度的增加，細穗檉柳幼苗葉片葉綠素含量呈下降趨勢。葉綠素主要有葉綠素a和葉綠素b組成。干旱脅迫對葉綠素a含量的影響較大；輕度干旱脅迫(T1)下，細穗檉柳幼苗葉片的葉綠素a含量與CK無顯著差異；隨著脅迫增強、土壤水分含量的降低，T2和T3處理葉綠素a含量顯著低于CK，而兩處理間無顯著差異。但干旱脅迫對葉綠素b的影響較小，各處理與CK均無顯著差異。

注：同一指標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 of the same index indicate significant difference at P<0.05 level.圖2 干旱脅迫對細穗檉柳幼苗葉片葉綠素含量的影響Fig.2 Effect of drought stress on Chl content of Tamarix leptostachys Bunge seedling leaf

2.4 干旱脅迫對細穗檉柳幼苗葉片細胞膜透性的影響

圖3顯示，隨著干旱脅迫強度的增加，細穗檉柳幼苗葉片的相對電導(dǎo)率和丙二醛含量呈逐漸上升的趨勢，各處理均顯著高于對照；且處理間也存在顯著差異。其中，干旱脅迫下的葉片相對電導(dǎo)率是對照的1.5～3.0倍；丙二醛含量相比對照增加38.79%～62.85%。

2.5 干旱脅迫對細穗檉柳幼苗酶促保護系統(tǒng)的影響

POD是植物體內(nèi)重要的抗氧化酶之一且活性較高，可以清除植物體內(nèi)的H2O2。圖4結(jié)果顯示，隨著水分虧缺程度的加劇，細穗檉柳幼苗POD活性呈上升趨勢；干旱脅迫后葉片中POD的酶活顯著高于CK。輕度干旱脅迫(T1)下，POD活性較CK增加55.88%，與CK差異不顯著；隨著脅迫程度的增強，POD活性開始急劇上升，中度(T2)、重度(T3)脅迫下POD的酶活比對照升高了179.41%和352.94%，與CK存在顯著差異。SOD是防護氧自由基對細胞膜系統(tǒng)傷害的一種很重要的保護酶。隨著干旱脅迫的加劇，SOD的活性呈直線上升趨勢，各處理均與CK存在顯著差異。其中，重度干旱脅迫(T3)下，葉片中SOD的酶活性與CK相比增加了132.15%。細穗檉柳幼苗CAT活性隨干旱脅迫加劇呈先升高后降低的趨勢，但各處理下的CAT酶活性均顯著高于CK。輕度干旱脅迫(T1)下，細穗檉柳幼苗葉片中CAT酶活性是CK的1.51倍；中度干旱脅迫(T2)下，CAT活性快速升高，達到120.83 U·g-1·min-1，是CK的2.48倍；重度干旱脅迫(T3)下，CAT活性略有降低，為105.83 U·g-1·min-1，是CK的2.17倍。即適度的干旱使葉片中CAT酶活性上升，但過度的干旱脅迫又會影響CAT酶活性。

2.6 干旱脅迫對細穗檉柳幼苗滲透調(diào)節(jié)的影響

圖5結(jié)果表明，干旱脅迫下細穗檉柳幼苗葉片Pro、可溶性糖和可溶性蛋白含量均呈上升趨勢，各處理均與CK存在顯著差異。其中，輕(T1)、中度(T2)干旱脅迫下，細穗檉柳幼苗葉片中Pro含量分別是CK的1.2倍和1.6倍，可溶性糖含量比CK增加20.35%和31.47%，可溶性蛋白含量比CK增加45.89%和74.35%。隨著干旱脅迫加劇，重度干旱脅迫(T3)下，細穗檉柳幼苗葉片中Pro含量顯著增加，濃度為304.98 μg·g-1，是CK的2.1倍；可溶性糖含量為22.33 mg·g-1，比CK增加48.36 %；可溶性蛋白含量比CK增加129.94%。

3 討論

干旱脅迫下植物的形態(tài)特征能直接反映植物受到傷害的程度。株高、莖粗、葉片形態(tài)、葉片數(shù)、葉面積和生長速度等植物地上部的形態(tài)特征會因干旱脅迫造成不同的影響，通常植物會通過放慢生長進度或縮小葉片面積等來緩解水分虧缺造成的危害。本研究表明，輕度干旱對細穗檉柳幼苗的，株高和地徑生長無顯著影響；而隨著干旱脅迫的加劇，株高和地徑的生長速度明顯受到抑制，與仇云峰等[9]對小葉楊、謝志玉等[10]對文冠果的研究結(jié)果相一致，表明細穗檉柳能夠通過降低株高和地徑的生長速度來減少水分的消耗從而適應(yīng)干旱環(huán)境。

干旱脅迫下，相對含水量降低幅度較小表明葉片保水能力較強[11]。本研究結(jié)果表明，干旱脅迫下細穗檉柳幼苗葉片的相對含水率降低，且隨著脅迫增強，葉片相對含水率的降幅逐漸增大。由此表明，輕、中度干旱脅迫下，細穗檉柳幼苗的持水能力較強，與前人對檉柳和側(cè)柏的研究結(jié)果相一致[11-12]。

注：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 indicate significant difference at P<0.05 level.圖3 干旱脅迫對細穗檉柳幼苗葉片相對電導(dǎo)率和MDA含量的影響Fig.3 Effect of drought stress on relative electrical conductivity and MDA content of Tamarix leptostachys Bunge seedling leaf

注：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 indicate significant difference at P<0.05 level.圖4 干旱脅迫對細穗檉柳幼苗葉片POD、SOD和CAT活性的影響Fig.4 Effect of drought stress on POD, SOD and CAT activity of Tamarix leptostachys Bunge seedling leaf

葉綠素是植物光合作用中的基礎(chǔ)色素[13-14]，其含量在干旱脅迫環(huán)境下會降低[15]。本研究中，隨著干旱脅迫程度的增加，葉綠素的含量顯著降低，表明干旱脅迫影響了細穗檉柳幼苗葉片中葉綠素的生成。這與吳婧舒等[16]和劉遵春等[17]的研究結(jié)果一致。進一步分析表明，干旱脅迫主要降低了葉片中葉綠素a的含量，對葉綠素b含量無顯著影響。

植物體內(nèi)的抗氧化體系能緩解外界環(huán)境變化時對植物造成的傷害，由SOD、CAT和POD等抗氧化酶組成[18]。SOD、POD和CAT都是保護酶，可以清除活性氧以保持胞內(nèi)的平衡狀態(tài)，且保護酶之間的協(xié)作也可以保證膜系統(tǒng)不受侵害[19-20]。本研究表明，隨著干旱脅迫的增強，細穗檉柳的SOD活性顯著增強；POD活性在輕度干旱脅迫時變化不明顯，但當脅迫增強時活性顯著提高；CAT活性在輕度、中度脅迫下顯著升高，而重度脅迫下活性略有降低。由此表明，細穗檉柳幼苗受到水分脅迫后能夠啟動SOD、POD和CAT等保護酶，提高酶活性來緩解干旱造成的傷害。在脅迫較重時，POD起關(guān)鍵作用；CAT在土壤干旱脅迫較輕時發(fā)揮作用；中間狀態(tài)時，由兩者共同起作用，表明細穗檉柳有較強的抗旱能力。

注：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 indicate significant difference at P<0.05 level.圖5 干旱脅迫對細穗檉柳幼苗葉片Pro、SS和SP含量的影響Fig.5 Effect of drought stress on Pro, SS and SP content of Tamarix leptostachys Bunge seedling leaf

膜脂過氧化的重要產(chǎn)物之一是丙二醛(MDA)[21]，當植物遭受環(huán)境脅迫時，內(nèi)部平衡被打破，引發(fā)脂質(zhì)過氧化作用，產(chǎn)生大量的MDA[22]。因此，MDA在許多研究中被用作判斷植物抗旱能力的一個重要指標[23]。本研究中，隨著干旱脅迫的增強，細穗檉柳幼苗葉片中MDA含量增多，細胞膜相對透性變大；輕度干旱脅迫時，細胞膜相對透性和MDA含量與對照無顯著差異，表明細穗檉柳的抗旱性較強，輕度干旱未對細胞內(nèi)環(huán)境造成嚴重傷害。在重度脅迫下，細穗檉柳的細胞膜相對透性和MDA大幅增長，說明此時膜脂過氧化作用變強，膜系統(tǒng)受到損傷。這與陳志成等[24]和曾艷等[25]的研究結(jié)果類似。

滲透調(diào)節(jié)是植物在逆境下降低滲透勢，抵抗逆境脅迫的一種重要方式[26]。葉片游離脯氨酸、可溶性糖和可溶性蛋白含量的增加可以調(diào)節(jié)滲透勢和保持平衡，提高植物的滲透調(diào)節(jié)能力，保持在干旱脅迫下植物生長所需要的水分，增強氣孔的調(diào)節(jié)和持水能力，提升植物對干旱環(huán)境的適應(yīng)能力[27]。本研究中，隨著干旱脅迫程度的增強，細穗檉柳幼苗葉片游離脯氨酸、可溶性糖和可溶性蛋白含量均顯著增加。由此表明，細穗檉柳幼苗在干旱脅迫時，通過提高葉片游離脯氨酸、可溶性糖和可溶性蛋白含量來增強對逆境環(huán)境的適應(yīng)性。其中， 游離脯氨酸和可溶性蛋白含量的增幅較高，這可能是由于少量的糖轉(zhuǎn)變?yōu)橛坞x脯氨酸。在植物正常生長環(huán)境下，游離脯氨酸常常會轉(zhuǎn)化為其他物質(zhì)；而在干旱脅迫環(huán)境下，游離脯氨酸的轉(zhuǎn)化效率降低，使其快速累積，參加蛋白質(zhì)組成[28]。故在干旱脅迫下，細穗檉柳幼苗葉片中可溶性蛋白含量明顯增加，這與脅迫加強時游離脯氨酸大量累積來維持細胞膨壓和緩解干旱脅迫有著不可分割的聯(lián)系[29]。

綜上所述，細穗檉柳幼苗在干旱脅迫時能通過調(diào)整自身生長速度、保護酶活性及滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量來緩解干旱脅迫造成的傷害，即使在重度脅迫下，也未出現(xiàn)葉片凋落及幼苗死亡的現(xiàn)象。由此表明，細穗檉柳具有較強的抗旱性和適應(yīng)性，在干旱、半干旱地區(qū)具有極高的推廣價值。