摘要：通過探討小葉黑柴胡對干旱脅迫的響應(yīng)，為綜合評價小葉黑柴胡的耐旱性提供科學(xué)依據(jù)，進而為大田栽培提供技術(shù)指導(dǎo)。以小葉黑柴胡幼苗為試驗材料，采用PEG-6000模擬干旱脅迫方法，研究了干旱脅迫對其葉片抗氧化酶活性、細胞膜透性及滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)等生理指標(biāo)的影響。結(jié)果表明，隨著PEG-6000脅迫濃度（0～25%）的升高，小葉黑柴胡葉片中超氧化物歧化酶（SOD）活性、過氧化物酶（POD）活性、過氧化氫酶（CAT）活性、丙二醛（MDA）含量、游離脯氨酸（Pro）含量及可溶性糖含量變化表現(xiàn)較為一致，均呈現(xiàn)先升高后下降的趨勢，但峰值略有不同，MDA含量呈現(xiàn)持續(xù)上升趨勢至PEG-6000脅迫最高濃度（25%）。綜合分析認為，小葉黑柴胡具有一定的抗旱性，在適度的干旱脅迫下可以保持一定的抗?jié)B透脅迫能力和清除活性氧的能力，進而保持膜的穩(wěn)定。

關(guān)鍵詞：小葉黑柴胡；PEG-6000；干旱脅迫；抗旱性；生理特性

中圖分類號：S567.79 文獻標(biāo)志碼：A 文章編號：2097-2172（2024）09-0843-05

doi：10.3969/j.issn.2097-2172.2024.09.012

Effects of PEG-6000 Simulated Drought Stress on Physiological

Characteristics of Bupleurum smithii var. Parvifolium Seedlings

ZHANG Lijun 1， 2， PENG Yunxia 1， 2， ZHANG Dongjia 1， 2， BAI Bo 1， 2， WANG Guoxiang 1， 2， NIU Jiayu 3

（1. Institute of Chinese Herbal Medicines， Gansu Academy of Agricultural Sciences， Lanzhou Gansu 730070， China; 2. Gansu Provincial Engineering Laboratory for Genetic Improvement and Quality Control of Chinese Herbal Medicine，

Lanzhou Gansu 730070， China; 3. Gansu Health Vocational College， Lanzhou Gansu 730207， China）

Abstract： By exploring the response of Bupleurum smithii var. parvifolium to drought stress， this study provides scientific evidence for comprehensively evaluating its drought tolerance， further offering technical guidance for field cultivation. Using Bupleurum smithii var. parvifolium seedlings as experimental materials， the drought stress was simulated with PEG-6000， and the effects of drought on leaf antioxidant enzyme activity， cell membrane permeability， and osmotic regulatory substances were studied. The results showed that with increasing PEG-6000 concentrations（0 to 25%）， the activities of superoxide dismutase （SOD）， peroxidase （POD）， catalase （CAT）， as well as contents of malondialdehyde （MDA）， free proline （Pro）， and soluble sugar in the leaves all exhibited similar trends， first increasing and then decreasing， although the peak values varied slightly. The MDA content continued to increase as the PEG-6000 stress reached its highest concentration（25%）. Overall， the study concluded that Bupleurum smithii var. parvifolium possesses certain drought tolerance and can maintain osmotic stress resistance and reactive oxygen species scavenging abilities under moderate drought stress， thereby maintaining membrane stability.

Key words： Bupleurum smithii var. parvifolium; PEG-6000; Drought stress; Drought resistance; Physiological characteristic

在某些環(huán)境條件下，當(dāng)植物蒸騰速率高于水分吸收速率或土壤中缺乏植物可利用的水分時，植物會出現(xiàn)水分虧缺現(xiàn)象，則視為植物發(fā)生了干旱脅迫［1 - 5 ］。在農(nóng)林業(yè)生產(chǎn)中，干旱是發(fā)生頻率最高、范圍最廣、危害最嚴重的一種逆境，全球大約有43%左右的耕地長期處于干旱、半干旱區(qū)域，因干旱導(dǎo)致農(nóng)作物產(chǎn)量降低的現(xiàn)象遠高于其他自然災(zāi)害帶來的影響之和［6 ］。干旱在從植物種子萌發(fā)到幼苗形成、從營養(yǎng)生長到生殖生長的各個生長發(fā)育階段都有可能發(fā)生。種子萌發(fā)、幼苗的生長和建植過程是植物生活史中極為重要的階段，直接影響著種群的擴大和延續(xù)［7 ］，而在我國北方地區(qū)，干旱常發(fā)生在春季植物幼苗時期，因此對干旱脅迫下植物幼苗時期的變化研究就顯得尤為重要。

小葉黑柴胡（Bupleurum smithii var. parvifolium）為傘形科柴胡屬植物，以干燥根入藥，其味苦、性寒，有鎮(zhèn)痛、解熱、保肝、抗炎、抗癌、抗氧化及免疫調(diào)節(jié)的作用［8 ］，主要用于治療感冒發(fā)熱、寒熱往來、瘧疾、胸肋脹滿等癥［9 ］。作為柴胡屬藥用植物，雖未被載入藥典，但被甘肅、青海、寧夏等地地方中藥材標(biāo)準(zhǔn)收錄，一直作為藥用柴胡的主流種類在市場流通［10 - 11 ］。有研究表明，小葉黑柴胡主要成分皂苷、甾醇的含量高于藥典收錄的北柴胡（Bupleurum chinense DC.），抗炎、保肝作用也好于北柴胡［12 ］。然而，目前小葉黑柴胡均為野生，長期無節(jié)制采挖使野生資源蓄積量逐年減少，因此，迫切需要對其進行人工馴化栽培。目前，對小葉黑柴胡的研究主要集中在化學(xué)成分、藥理作用方面，對其幼苗抗性生理變化的研究鮮有報道。鑒于此，我們以小葉黑柴胡幼苗為材料，采用高滲溶液聚乙二醇（PEG-6000）模擬干旱脅迫的環(huán)境，研究干旱脅迫對小葉黑柴胡幼苗期生理特性的影響，探究小葉黑柴胡對干旱脅迫的響應(yīng)，為綜合評價小葉黑柴胡的耐旱性提供科學(xué)依據(jù)，為進一步大田引種栽培提供一定的技術(shù)指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試小葉黑柴胡種子于2021年9月在野生小葉黑柴胡種子成熟時采自合作市勒秀鄉(xiāng)（103.00 °E、 34.83 ° N），經(jīng)甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院中藥材研究所鑒定為小葉黑柴胡。采樣地海拔3 165 m，年均降水量545 mm，年均氣溫1.7 ℃，年均無霜期48 d，全年日照充足，是典型的野生小葉黑柴胡適生區(qū)。

1.2 PEG-6000脅迫幼苗處理方法

試驗于2022年3月在甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院中藥材研究所蘭州試驗基地的日光溫室內(nèi)進行。試驗采用盆栽基質(zhì)培養(yǎng)法，基質(zhì)為草炭、蛭石、珍珠巖按體積比2∶1∶1的比例混合而成，將基質(zhì)裝入規(guī)格為35 cm×24 cm×20 cm的盆中。選取大小、飽滿度基本一致，無病蟲害的小葉黑柴胡種子進行播種，共播種18盆，每盆30粒種子，用Hoagland營養(yǎng)液進行定量澆灌。設(shè)6個干旱脅迫濃度處理，PEG-6000體積分數(shù)分別為0（CK）、5%、10%、15%、20%、25% ，對應(yīng)溶液的水勢分別為 0、-0.1、-0.2、-0.4、-0.6、-0.86 MPa［13 ］，每處理3次重復(fù)。當(dāng)幼苗長至10 cm時，按試驗設(shè)計將不同體積分數(shù)的PEG-6000分別加入Hoagland營養(yǎng)液中，對幼苗進行干旱脅迫處理，處理2 d后，每盆取樣10株，測定小葉黑柴胡葉片的生理指標(biāo)。

1.3 測定指標(biāo)及方法

超氧化物歧化酶（SOD）活性采用氮藍四唑法測定［14 ］，過氧化物酶（POD）活性采用愈創(chuàng)木酚顯色法測定［15 ］，過氧化氫酶（CAT）活性采用紫外吸收法測定［15 ］，丙二醛（MDA）含量采用雙組分光光度法測定［16 ］，脯氨酸（Pro）含量采用茚三酮比色法測定［17 ］，可溶性糖含量采用蒽酮比色法測定［17 ］。

1.4 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計分析

采用Excel 2013軟件進行試驗數(shù)據(jù)處理，使用SPSS 17.0軟件對數(shù)據(jù)進行方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 PEG-6000脅迫對小葉黑柴胡抗氧化酶活性的影響

2.1.1 SOD活性 從圖1可以看出，小葉黑柴胡葉片中超氧化物歧化酶（SOD）活性隨著PEG-6000處理濃度的升高呈先升后降的趨勢。當(dāng)PEG-6000濃度從0上升到10%時，SOD活性緩慢升高；且在PEG-6000濃度為10%時SOD活性達到最大，為 1 380.77 U/g，較CK提高43.29%，顯著高于其他處理（P ＜ 0.05）；隨著PEG-6000濃度從10%增加至25%時，SOD活性開始降低，當(dāng)PEG-6000濃度為25%時，SOD 活性降至537.12 U/g，較CK降低44.26%，顯著低于其他處理（P ＜ 0.05）。

2.1.2 POD活性 由圖2可以看出，隨著PEG- 6000處理濃度的增加，小葉黑柴胡葉片中過氧化物酶（POD）活性呈先升后降的趨勢。PEG-6000濃度從0上升到10%時，POD活性呈大幅度上升；且在PEG-6000濃度為10%時POD活性達到最大值，為9 217.86 U/g，較CK提高499.61%，顯著高于其余處理（P ＜ 0.05）；當(dāng)PEG-6000濃度為5%時，POD活性較高，較CK提高279.55%，與其余處理均差異顯著（P ＜ 0.05）；當(dāng)PEG-6000濃度大于10%時，POD活性開始下降，PEG-6000濃度為25%時，POD活性為2 186.66 U/g，但仍較CK提高42.23%，且與其余處理均差異顯著（P ＜ 0.05）。

2.1.3 CAT活性 由圖3可以看出，在不同PEG- 6000濃度脅迫下，過氧化氫酶（CAT）活性的變化趨勢與超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化物酶（POD）活性的變化趨勢基本一致，即隨著PEG-6000濃度的增加，CAT活性表現(xiàn)先升后降的變化趨勢，但其峰值略有不同。當(dāng)PEG-6000濃度從0上升到5%時，CAT活性大幅度上升，且在PEG-6000濃度為5%時CAT活性達最大值，為325.98 U/g，較CK提高333.02%，顯著高于其他處理（P ＜ 0.05）；隨著PEG-6000濃度增大至25%，CAT活性開始逐步降低，當(dāng)PEG-6000濃度為25%時，CAT活性降至最低值49.15 U/g，顯著低于CK（P ＜ 0.05）。

2.2 PEG-6000脅迫對小葉黑柴胡細胞膜透性的影響

如圖4所示，隨著 PEG-6000脅迫程度的增加，小葉黑柴胡葉片中丙二醛（MDA）含量逐漸增加，其中PEG-6000濃度為5%時與CK相比差異不顯著；之后隨著PEG-6000濃度的繼續(xù)增加，MDA含量較CK顯著升高，并持續(xù)升高。PEG-6000濃度為10%、15%、20%、25%處理的MDA含量分別較CK顯著提高了16.71%、41.14%、57.05%、78.84%。

2.3 PEG-6000脅迫對小葉黑柴胡滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的影響

2.3.1 游離脯氨酸含量 如圖5所示，隨著PEG-6000處理濃度的增加，小葉黑柴胡葉片中游離脯氨酸（Pro）含量的變化趨勢呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢。當(dāng)PEG-6000濃度為5%時，游離脯氨酸含量達到最大值，為121.10 ？滋g/g，較CK提高了123.47%，且顯著高于其他濃度處理（P ＜ 0.05）；隨著PEG-6000濃度的升高，葉片游離脯氨酸含量開始緩慢降低，當(dāng)PEG-6000濃度為25%時，游離脯氨酸含量降至最低值（66.96 ？滋g/g），但此時仍顯著高于CK（P ＜ 0.05）。

2.3.2 可溶性糖含量 如圖6所示，試驗PEG-6000處理濃度0～25%范圍內(nèi)，小葉黑柴胡葉片中可溶性糖含量變化趨勢與游離脯氨酸含量的變化相似，呈先升后降的趨勢。當(dāng)PEG-6000濃度為5%時，可溶性糖含量達到最大值，為20.91 mg/g，較CK提高了75.60%，除與PEG-6000濃度10%處理相比差異不顯著外，均顯著高于其他處理（P ＜ 0.05）。隨著PEG-6000濃度繼續(xù)增加，葉片中可溶性糖含量呈緩慢降低趨勢，當(dāng)PEG-6000濃度增加至25%時，可溶性糖含量降至最低值（11.63 mg/g），與CK差異不顯著。

3 討論與結(jié)論

植物重要的抗氧化保護酶有超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化物酶（POD）和過氧化氫酶（CAT），三者協(xié)同作用，可清除逆境下機體產(chǎn)生的有害自由基對細胞膜系統(tǒng)所造成的損傷［18 ］。大量研究表明，植物在脅迫處理下，其保護酶活性通常會隨著脅迫程度的增加而升高，或呈先升后降的變化［19 - 20 ］。本研究結(jié)果顯示，通過不同濃度PEG-6000模擬干旱脅迫，小葉黑柴胡葉片中超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化物酶（POD）和過氧化氫酶（CAT）活性均呈先升后降的變化趨勢，當(dāng)PEG-6000濃度較低，干旱脅迫程度較輕時，脅迫會誘導(dǎo)抗氧化酶活性的增加，以此緩解脅迫所帶來的傷害；但隨著PEG-6000濃度的增加，干旱脅迫程度越來越重時，抗氧化酶的合成會受到抑制，抗氧化防御系統(tǒng)遭到破壞，導(dǎo)致活性氧積累，對細胞膜的保護作用失效。這與劉永華等［21 ］關(guān)于干旱脅迫對聚合草葉片生理變化的影響及廖沛然等［22 ］有關(guān)三七幼苗對聚乙二醇模擬干旱脅迫的生理響應(yīng)研究結(jié)果相似。

丙二醛（MDA）是植物受到傷害時發(fā)生膜脂過氧化的最終產(chǎn)物，其含量的高低可作為判斷細胞質(zhì)膜遭受破壞程度的重要指標(biāo)［23 ］，含量升高，表現(xiàn)為細胞膜透性增高，從而使細胞的正常代謝活動受到阻礙［24 ］。本試驗研究結(jié)果顯示，PEG-6000濃度較低，干旱脅迫程度較輕時，丙二醛（MDA）含量也維持在較低的水平，說明此時的細胞質(zhì)膜未受到損傷還在進行著正常的生理功能；隨著PEG-6000處理濃度的升高，活性氧開始大量累積，引發(fā)膜脂過氧化，使得MDA 含量也越來越高，細胞質(zhì)膜正常的生理功能發(fā)生紊亂，由此導(dǎo)致植物抗旱性變差，這與陳郡雯等［25 ］對白芷苗期抗旱性研究結(jié)果相符。說明小葉黑柴胡處于干旱脅迫環(huán)境中，丙二醛（MDA）的含量會有不同程度的升高，但在受到輕度脅迫時影響不太明顯。

脯氨酸（Pro）是植物體內(nèi)重要的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，其含量越高，抗旱性越強。植物在遭受干旱逆境時，體內(nèi)會產(chǎn)生大量脯氨酸來防止植物過度失水，且其含量的增加對細胞生命物質(zhì)及生物膜也起到保護作用［26 - 27 ］。在本研究中，隨著PEG-6000濃度的增加，小葉黑柴胡葉片中游離脯氨酸含量呈先升后降的趨勢，但所有PEG-6000濃度處理下的游離脯氨酸含量均高于PEG-6000脅迫濃度為0的處理。表明小葉黑柴胡在受到干旱脅迫時，脯氨酸在葉片細胞中的積累能夠進行滲透調(diào)節(jié)，以防止干旱對其造成損傷。這與葉旭波等［28 ］關(guān)于不同種質(zhì)資源的銀柴胡對干旱脅迫的響應(yīng)及劉長利［29 ］對2 a實生苗甘草抗旱特性的研究結(jié)果相一致。此外，植物細胞中的可溶性糖也被認為是植物體內(nèi)重要的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，其含量的變化在一定程度上也能反映植物對干旱環(huán)境的適應(yīng)能力［30 ］。

綜上所述，通過測定干旱脅迫下小葉黑柴胡苗期葉片中超氧化物歧化酶（SOD）活性、過氧化物酶（POD）活性、過氧化氫酶（CAT）活性，丙二醛（MDA）含量、游離脯氨酸（Pro）含量及可溶性糖含量，發(fā)現(xiàn)隨著PEG-6000濃度的升高，小葉黑柴胡苗期葉片中SOD活性、POD活性、CAT活性，游離脯氨酸含量及可溶性糖含量變化趨勢較為一致，均表現(xiàn)為先升高后下降，峰值略有不同，MDA含量持續(xù)上升至PEG脅迫最高濃度（25%）。由此可知，小葉黑柴胡苗期具有一定的抗旱性，在輕度干旱脅迫條件下可通過自身調(diào)節(jié)能力來緩解其受到的干旱脅迫傷害。

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