狹葉坡壘幼苗對(duì)PEG模擬干旱脅迫的生理響應(yīng)

摘要：以1年生狹葉坡壘（Hopea chinensis）幼苗為試材，采用聚乙二醇PEG-6000模擬干旱脅迫的方法，設(shè)置輕度干旱脅迫（T1，100 g/L PEG）、中度干旱脅迫（T2，200 g/L PEG）和重度干旱脅迫（T3，300 g/L PEG）、對(duì)照（CK，未添加PEG）4個(gè)水分處理，研究了干旱脅迫對(duì)狹葉坡壘幼苗生理生化特性的影響。結(jié)果表明，隨著干旱脅迫程度的加劇和脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)，狹葉坡壘幼苗葉片的相對(duì)含水量迅速降低，MDA含量逐漸升高；狹葉坡壘幼苗葉片葉綠素含量在T1處理下緩慢上升，T2、T3處理下先緩慢升高后降低；可溶性蛋白含量和可溶性糖含量的變化趨勢(shì)相類似，均呈先升高后降低的趨勢(shì)，但可溶性糖含量在前期（24 h）和中期（48 h）時(shí)增幅較大。說(shuō)明在干旱脅迫下狹葉坡壘幼苗受到一定程度的傷害，但可以通過調(diào)節(jié)自身可溶性蛋白和可溶性糖等滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的含量來(lái)提高其吸水和保水能力，可減輕干旱傷害。其中，可溶性糖可能是狹葉坡壘的重要滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)。

關(guān)鍵詞：狹葉坡壘（Hopea chinensis）；聚乙二醇PEG-6000；干旱脅迫；生理特性

中圖分類號(hào)：Q945.78；S432.2+1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：0439-8114（2013）24-6079-05

水分是植物生長(zhǎng)發(fā)育的必要條件。近年來(lái)隨著全球氣候變暖，土壤沙漠化、強(qiáng)降雨增多、干旱頻發(fā)已成為當(dāng)今世界嚴(yán)重的生態(tài)環(huán)境問題，其中干旱現(xiàn)象尤為突出。干旱是限制植物生長(zhǎng)發(fā)育、基因表達(dá)和產(chǎn)量的重要因子[1，2]。不同程度的干旱對(duì)植物造成一定脅迫，植物從形態(tài)結(jié)構(gòu)、生理生化等多層次上會(huì)表現(xiàn)出相關(guān)的適應(yīng)性[3]。目前關(guān)于植物在干旱脅迫下生理生化特性的研究較多，研究結(jié)果表明滲透調(diào)節(jié)是植物忍耐干旱的一種適應(yīng)性反應(yīng)[4]，滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)是植物抵御干旱脅迫的重要生理生化反應(yīng)之一。植株會(huì)通過積累小分子滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，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[5]。

狹葉坡壘（Hopea chinensis）又名華南坡壘、龍袍樹、萬(wàn)年木，屬龍腦香科（Dipterocarpaceae）坡壘屬（Hopea）常綠喬木，其材質(zhì)堅(jiān)硬、耐腐力強(qiáng)，埋入土中百年不腐，可作為軍工、機(jī)械和高級(jí)家具等用材[6]。狹葉坡壘是我國(guó)特有種，屬第三紀(jì)殘留種，現(xiàn)僅分布于廣西十萬(wàn)大山國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)，呈島嶼狀分布，據(jù)調(diào)查測(cè)算，十萬(wàn)大山的狹葉坡壘僅有5 162株[7-9]。由于過度利用，野外種群數(shù)量日漸減少，殘存母樹不多，被列為瀕危物種，在國(guó)務(wù)院批準(zhǔn)頒布的《國(guó)家重點(diǎn)保護(hù)野生植物名錄（第一批）》中，狹葉坡壘被列為國(guó)家一級(jí)重點(diǎn)保護(hù)植物[10]?？梢姡M葉坡壘有著重要的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、科研價(jià)值，對(duì)其加強(qiáng)保護(hù)和研究就顯得尤為重要。目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)龍腦香科植物的研究報(bào)道較多[11]，而對(duì)狹葉坡壘的研究?jī)H限于資源分布、種群生態(tài)、種子特性、光合生理、遷地保護(hù)的研究[12，13]，對(duì)其生理生化特性的研究鮮有報(bào)道。隨著全球氣候的變化，干旱頻發(fā)，植物的生長(zhǎng)發(fā)育經(jīng)常受到干旱的影響，其幼苗往往更易受干旱的影響。狹葉坡壘通常生長(zhǎng)于十萬(wàn)大山海拔600 m以下的山溝、山谷或山坡下部，喜溫暖、濕潤(rùn)、排水良好和偏酸性的磚紅壤中，溫度和濕度對(duì)其影響頗大。狹葉坡壘繁殖為種子繁殖，種群中幼苗居多，水分虧缺對(duì)其幼苗影響較大。目前，有關(guān)狹葉坡壘幼苗在干旱脅迫下的生理特性變化還未見報(bào)道。本試驗(yàn)以狹葉坡壘實(shí)生幼苗為材料，通過聚乙二醇PEG-6000人工模擬干旱條件，研究不同干旱脅迫對(duì)狹葉坡壘幼苗生理生化特性的影響，為狹葉坡壘的遷地保護(hù)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)于2012年4月在廣西植物研究所種質(zhì)資源實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行，材料為盆栽1年生狹葉坡壘實(shí)生幼苗。采用上口徑20 cm，下口徑10 cm，高15 cm的塑料盆進(jìn)行幼苗培養(yǎng)，基質(zhì)為珍珠巖，營(yíng)養(yǎng)液選用改良Hoagland配方[14]。

1.2 試驗(yàn)方法

在改良Hoagland配方營(yíng)養(yǎng)液中加入聚乙二醇PEG-6000配成不同質(zhì)量濃度的處理液模擬不同程度的干旱脅迫。各處理包括：輕度干旱脅迫（T1，100 g/L PEG），中度干旱脅迫（T2，200 g/L PEG），重度干旱脅迫（T3，300 g/L PEG），以不加PEG為對(duì)照（CK）。

選取生長(zhǎng)健壯、整齊一致的狹葉坡壘植株，仔細(xì)剝落根系上的泥土，洗凈后插入富含營(yíng)養(yǎng)液的塑料盆中。幼苗在改良Hoagland營(yíng)養(yǎng)液中恢復(fù)5 d后，再移入上述處理液中進(jìn)行干旱脅迫。每個(gè)處理3次重復(fù)，每重復(fù)栽4盆，每盆2株幼苗。各處理分別在持續(xù)脅迫0、24、48、72 h時(shí)采集從幼苗基部起第3、4葉位成熟葉片，用蒸餾水沖洗干凈，并吸干葉面水分，混合采集的葉片后進(jìn)行各項(xiàng)生理指標(biāo)的測(cè)定，每個(gè)指標(biāo)3次重復(fù)。試驗(yàn)在室溫下進(jìn)行，室內(nèi)溫度為26 ℃左右，相對(duì)濕度70%～83%。

1.3 生理指標(biāo)的測(cè)定

相對(duì)含水量（RWC）采用稱量法測(cè)定[15]，葉綠素含量采用紫外分光光度計(jì)比色法測(cè)定[15]，丙二醛（MDA）含量采用硫代巴比妥酸法測(cè)定[16]，可溶性蛋白含量采用考馬斯亮藍(lán)G-250染色法測(cè)定[14]，可溶性糖含量采用硫酸-蒽酮比色法測(cè)定[16]。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用SPSS 18.0和Microsoft Excel 2003軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析并制圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 干旱脅迫對(duì)狹葉坡壘葉片相對(duì)含水量的影響

組織含水量是表征植物體水分狀況的最直接指標(biāo)之一，在干旱條件下，抗旱力強(qiáng)的植物可維持較多的水分，組織含水量比較高[17]。如圖1所示，在干旱條件下，隨著干旱脅迫的加劇和時(shí)間的持續(xù)，狹葉坡壘葉片的相對(duì)含水量大體上呈快速下降的趨勢(shì)。其中，在脅迫24 h時(shí)，T1、T2、T3處理的相對(duì)含水量下降緩慢，之后快速下降；在脅迫48 h時(shí)，與CK相比，T1、T2、T3處理相對(duì)含水量分別減少了22.42、25.80、33.31個(gè)百分點(diǎn)，差異達(dá)極顯著水平；在脅迫72 h時(shí)，與CK相比，T1、T2、T3處理相對(duì)含水量分別減少了36.11、41.80、45.23個(gè)百分點(diǎn)，差異達(dá)極顯著水平。以上結(jié)果表明，干旱脅迫的程度和時(shí)間對(duì)狹葉坡壘幼苗葉片的相對(duì)含水量影響較大，其葉片保水能力較弱。

2.2 干旱脅迫對(duì)狹葉坡壘葉片葉綠素含量的影響

干旱脅迫下葉綠素含量的變化可以指示植物對(duì)干旱脅迫的敏感性[18]。如圖2所示，在不同強(qiáng)度干旱脅迫下，隨著時(shí)間的持續(xù)，狹葉坡壘幼苗葉片的葉綠素含量變化趨勢(shì)略有不同。T1處理的葉綠素含量呈緩慢上升趨勢(shì)，而T2、T3處理的葉綠素含量呈先上升后下降的趨勢(shì)。在脅迫48 h時(shí)，T1、T2、T3處理的葉綠素含量分別比CK增加了26.79%、31.22%和27.34%，三者均與CK差異顯著；在脅迫72 h時(shí)，T1處理的葉綠素含量比CK增加了30.37%，兩者之間差異顯著，而T2、T3處理的葉綠素含量與CK相比差異不顯著。干旱脅迫引起光合作用下降導(dǎo)致葉綠素含量下降，與此同時(shí)，干旱脅迫也會(huì)引起葉片含水量下降從而引起單位鮮重的葉綠素含量相對(duì)升高，所以隨著脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)，不同干旱脅迫強(qiáng)度對(duì)狹葉坡壘幼苗葉片葉綠素含量的影響有差異。

2.3 干旱脅迫對(duì)狹葉坡壘葉片MDA含量的影響

在干旱脅迫條件下，植物細(xì)胞中的活性氧逐漸積累，引發(fā)膜脂過氧化和膜脂脫氧化反應(yīng)，從而導(dǎo)致過氧化產(chǎn)物丙二醛的產(chǎn)生[19]。如圖3所示，隨著干旱脅迫的加劇和時(shí)間的延長(zhǎng)，導(dǎo)致狹葉坡壘幼苗葉片MDA含量呈現(xiàn)逐漸上升的趨勢(shì)。其中，在脅迫24 h時(shí)，T1、T2、T3處理與CK相比，MDA含量分別增加了18.17%、25.12%和40.89%，差異均達(dá)極顯著水平；在脅迫72 h時(shí)，各處理與CK相比，MDA含量分別增加了24.32%、41.27%和70.75%，差異均達(dá)顯著水平。表明隨著干旱脅迫的加劇和脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)，狹葉坡壘葉片膜脂過氧化和膜脂脫氧化作用逐漸加強(qiáng)，膜結(jié)構(gòu)受損傷，膜透性增加，細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)外滲程度加重。

2.4 干旱脅迫對(duì)狹葉坡壘葉片可溶性蛋白含量的影響

可溶性蛋白是植物重要的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，在干旱脅迫過程中可溶性蛋白可束縛更多的水分，增強(qiáng)抗旱性[19]。如圖4所示，隨著干旱脅迫的加劇，狹葉坡壘幼苗葉片的可溶性蛋白含量有所下降。在同一處理中，隨著脅迫時(shí)間的持續(xù)狹葉坡壘幼苗葉片的可溶性蛋白含量呈先上升后下降的趨勢(shì)。其中，在脅迫24 h時(shí)，T1處理與CK相比可溶性蛋白含量顯著增加了24.08%，而T2、T3處理與CK相比可溶性蛋白含量差異不顯著；在脅迫48 h時(shí)，T1、T2、T3處理與CK相比可溶性蛋白含量分別顯著增加了30.94%、24.62%、10.74%；在脅迫72 h時(shí)，各處理與CK相比可溶性蛋白含量差異不顯著。以上結(jié)果表明，在抵御干旱脅迫時(shí)，狹葉坡壘幼苗的可溶性蛋白起到了一定的調(diào)節(jié)作用，且隨著干旱脅迫的增強(qiáng)調(diào)節(jié)作用有所減弱。

2.5 干旱脅迫對(duì)狹葉坡壘葉片可溶性糖含量的影響

在脅迫條件下，可溶性糖是植物細(xì)胞內(nèi)的保護(hù)物質(zhì)，可以有效地提高細(xì)胞的滲透濃度、降低水勢(shì)、增強(qiáng)保水能力，對(duì)原生質(zhì)體起到保護(hù)作用[20]。圖5顯示了干旱脅迫對(duì)各處理的可溶性糖含量的影響。隨著脅迫時(shí)間的持續(xù)，T1、T2、T3處理的可溶性糖含量總體上呈先上升后下降的趨勢(shì)，在脅迫24 h時(shí)T3處理可溶性糖含量達(dá)到峰值，而T1、T2處理在脅迫48 h時(shí)才達(dá)到峰值。在脅迫24 h時(shí)，T1、T2、T3處理與CK相比，可溶性糖含量分別顯著增加了0.80、0.87、1.19個(gè)百分點(diǎn)；在脅迫48 h時(shí)，T1、T2、T3處理與CK相比，可溶性糖含量分別顯著增加了1.65、2.25、0.54個(gè)百分點(diǎn)；在脅迫72 h時(shí)，各處理與CK相比可溶性糖含量差異不顯著。結(jié)果表明，干旱脅迫下，狹葉坡壘葉片的可溶性糖急劇積累，降低了細(xì)胞滲透勢(shì)，維持了膨壓，對(duì)抵御干旱逆境發(fā)揮了重要的作用。

3 小結(jié)與討論

水分是植物生命活動(dòng)的重要物質(zhì)，植物的水分狀況與其抗旱性密切相關(guān)。葉片相對(duì)含水量能較好地反映植物水分狀況[21]。本試驗(yàn)中，在不同干旱脅迫強(qiáng)度下，狹葉坡壘葉片相對(duì)含水量隨著干旱脅迫程度的加劇和脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)呈快速下降的趨勢(shì)，其降幅較大，說(shuō)明狹葉坡壘幼苗對(duì)干旱脅迫很敏感，保水能力較弱。資料顯示，野生狹葉坡壘通常分布于十萬(wàn)大山海拔600 m以下溝谷、溪邊或山坡下部的常綠闊葉林中，對(duì)溫度和濕度要求較高[22]。通過對(duì)桂林植物園遷地保護(hù)的狹葉坡壘生長(zhǎng)環(huán)境長(zhǎng)期觀察發(fā)現(xiàn)，其幼苗在土壤濕潤(rùn)、空氣濕度大的林下生長(zhǎng)良好。狹葉坡壘幼苗喜溫濕環(huán)境，干旱條件對(duì)其幼苗生長(zhǎng)不利，與本試驗(yàn)初步結(jié)果相符。

葉綠素含量是植物對(duì)干旱脅迫反應(yīng)敏感性的生理指標(biāo)之一。干旱脅迫抑制葉綠素合成并加速其分解，導(dǎo)致葉綠素含量急劇下降[23]。黎祜琛等[24]研究認(rèn)為干旱脅迫時(shí)光合作用的抑制有嚴(yán)重的滯后效應(yīng)，Jeon等[25]研究認(rèn)為干旱脅迫下葉綠素含量增加，原因可能與葉片含水量減小有關(guān)。本試驗(yàn)中，在不同干旱脅迫強(qiáng)度下，隨著脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)狹葉坡壘葉片葉綠素含量變化趨勢(shì)略有不同。T1處理的葉綠素含量呈緩慢上升趨勢(shì)，而T2、T3處理的葉綠素含量呈先上升再下降的趨勢(shì)。T1、T2、T3處理的葉綠素含量上升，可能是因?yàn)楦珊得{迫下葉綠素的降解速度較慢，葉片含水量迅速下降，從而提高了單位鮮重中葉綠素的含量。T2、T3處理的葉綠素含量在脅迫后期迅速下降，可能是由于干旱脅迫下誘導(dǎo)葉綠體發(fā)生膜脂過氧化反應(yīng)，產(chǎn)生活性氧、丙二醛使葉綠素受到破壞并加速其分解。

丙二醛含量的變化是反映膜脂過氧化作用的一個(gè)重要指標(biāo)[26]。本研究結(jié)果表明，狹葉坡壘葉片的MDA含量隨脅迫強(qiáng)度的增大和時(shí)間的延長(zhǎng)呈上升趨勢(shì)，可能由于干旱脅迫下保護(hù)酶活性減弱，活性氧的產(chǎn)生和清除平衡被打破，活性氧不斷積累，導(dǎo)致膜脂質(zhì)過氧化作用加強(qiáng)，膜透性增大，MDA不斷積累。滲透調(diào)節(jié)是植物抗旱的一種重要方式，其能力的有無(wú)和強(qiáng)弱同脅迫條件下滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的含量和持續(xù)時(shí)間密切相關(guān)，可溶性糖和可溶性蛋白是植物體內(nèi)重要的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)[27]，它們能維持植物細(xì)胞較低的滲透勢(shì)，抵抗干旱引起的傷害。本研究結(jié)果表明，在干旱脅迫前期和中期，不同干旱脅迫強(qiáng)度下狹葉坡壘葉片的可溶性糖和可溶性蛋白含量有明顯升高的現(xiàn)象，且可溶性糖含量增幅較大，而可溶性蛋白含量增幅較小，表明在干旱脅迫條件下狹葉坡壘具有一定的滲透調(diào)節(jié)能力，可以通過調(diào)節(jié)自身可溶性蛋白、可溶性糖含量增加細(xì)胞原生質(zhì)，提高其吸水和保水能力，減輕干旱傷害。狹葉坡壘葉片的可溶性糖可能發(fā)揮著重要的滲透調(diào)節(jié)作用。

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