小葉紅葉石楠和紅葉石楠對(duì)干旱脅迫的生理響應(yīng)

王偉偉，呂春華，竇全琴*

（1.江蘇省林業(yè)科學(xué)研究院，江蘇 南京 211153；2.江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院宿遷農(nóng)業(yè)科學(xué)院，江蘇 宿遷 223800）

小葉紅葉石楠和紅葉石楠對(duì)干旱脅迫的生理響應(yīng)

王偉偉1，呂春華2，竇全琴1*

（1.江蘇省林業(yè)科學(xué)研究院，江蘇 南京 211153；2.江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院宿遷農(nóng)業(yè)科學(xué)院，江蘇 宿遷 223800）

以2年生小葉紅葉石楠和紅葉石楠扦插苗為研究對(duì)象，利用PEG-6000模擬干旱脅迫，對(duì)0（CK），－0.3（T1），－0.9（T2）和－2.0（T3）MPa等4種水勢(shì)條件下的葉片相對(duì)含水量、丙二醛（MDA）含量、脯氨酸含量、可溶性糖及可溶性蛋白等5個(gè)生理指標(biāo)進(jìn)行了測(cè)定分析。結(jié)果表明：小葉紅葉石楠和紅葉石楠葉片相對(duì)含水量隨脅迫加重逐漸降低并與CK有極顯著差異（P＜0.01），前者在輕度脅迫（T1）時(shí)就出現(xiàn)嚴(yán)重的失水，僅為CK的49.84%，而后者逐漸下降，并始終高于前者；2種植物葉片的MDA含量隨脅迫增強(qiáng)變化趨勢(shì)不同，前者在輕度脅迫（T1）和中度脅迫（T2）下葉片中MDA含量沒(méi)有明顯變化，重度脅迫（T3）時(shí)比CK增加73.68%，而后者在T1時(shí)急劇上升，T2時(shí)達(dá)到最大值，超過(guò)CK 230.56%，膜脂出現(xiàn)了明顯的氧化現(xiàn)象；2種植物葉片的脯氨酸含量隨脅迫增強(qiáng)呈單峰曲線變化，前者在T1時(shí)急劇上升至峰值，為CK的16.26倍，而后者在T2時(shí)達(dá)到峰值，為CK的10.12倍，各脅迫強(qiáng)度下前者均高于后者；2樹(shù)種葉片可溶性糖含量在各脅迫強(qiáng)度下均較CK極顯著（P＜0.01）減低，前者可溶性糖含量在T1時(shí)急劇下降至最低值，為CK的25.37%，T2和T3時(shí)穩(wěn)定，而后者可溶性糖含量呈現(xiàn)先減少后增加的趨勢(shì)，T2時(shí)最低，為CK的43.56%；2樹(shù)種葉片可溶性蛋白含量隨脅迫強(qiáng)度增加有不同變化，前者在T1時(shí)葉片可溶性蛋白含量迅速上升，超過(guò)CK 79.07%，并在T2和T3時(shí)保持穩(wěn)定，有利于抵御干旱脅迫造成的傷害，而后者葉片可溶性蛋白含量低于前者，且在T3時(shí)明顯下降，更易受到干旱脅迫傷害。

小葉紅葉石楠；紅葉石楠；干旱脅迫；生理特性

小葉紅葉石楠（Photinia lochengensis）屬薔薇科常綠灌木，與目前廣泛應(yīng)用的紅葉石楠（Photinia fraseri‘Red Robin’）相比，其株型緊湊矮化，葉形短小，新葉更加鮮紅亮麗，9月下旬秋稍生長(zhǎng)新葉再次呈鮮紅色，紅葉期長(zhǎng)，觀賞效果好，并且由于生長(zhǎng)較慢可以降低修剪成本，更適合于地被景觀的營(yíng)建，在園林綠化中有較高的推廣應(yīng)用潛力。干旱是影響植物生長(zhǎng)發(fā)育的重要因子之一，目前對(duì)紅葉石楠干旱脅迫的生理特性變化已經(jīng)有了一些研究［1－3］，但有關(guān)干旱脅迫對(duì)小葉紅葉石楠和紅葉石楠生理變化差異的研究尚未見(jiàn)報(bào)道。本文以2年生小葉紅葉石楠和紅葉石楠扦插苗為研究材料，通過(guò)測(cè)定這2樹(shù)種對(duì)干旱脅迫的生理響應(yīng)，比較它們對(duì)干旱脅迫的適應(yīng)能力，為小葉紅葉石楠的推廣應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

2年生小葉紅葉石楠和紅葉石楠“紅羅賓”扦插苗，選擇生長(zhǎng)健壯、長(zhǎng)勢(shì)一致、無(wú)病蟲(chóng)害的植株進(jìn)行干旱脅迫處理。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)區(qū)設(shè)置在江蘇省林業(yè)科學(xué)研究院內(nèi)花房中，四周通風(fēng)而且透光性良好，室內(nèi)溫度25～35℃。采用模擬干旱脅迫方法進(jìn)行試驗(yàn)，將模擬干旱試劑聚乙二醇（PEG-6000）作為滲透劑對(duì)苗木根際進(jìn)行脅迫處理，用1／2 Hoagland溶液配成0（CK）、10%（T1）、20%（T2）和30%（T3）等4個(gè)梯度，根據(jù)Michael等［4］的經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算相當(dāng)于0，－0.3，－0.9和－2.0 MPa的水勢(shì)。采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)重復(fù)3個(gè)，每個(gè)重復(fù)3株。在試驗(yàn)期間，每天上午10：00用通氣泵對(duì)PEG-6000溶液進(jìn)行通氣30 min，以保證水中溶解氧的含量。

1.3 測(cè)定方法

2013年10月12日到10月14日經(jīng)48 h的干旱處理后，于10月14日10：0進(jìn)行取樣與各項(xiàng)指標(biāo)的測(cè)定工作。

丙二醛（MDA）含量測(cè)定采用硫代巴比妥酸比色法［5］；相對(duì)含水量（RWC）采用飽和含水量測(cè)定法［6］；脯氨酸（Pro）參照茚三酮顯色法［7］；可溶性糖含量測(cè)定采用蒽酮法［8］；可溶性蛋白采用考馬斯亮藍(lán)G-250顯色法［7］。

1.4 數(shù)據(jù)處理

對(duì)數(shù)據(jù)用Excel2007和SPSS17.0進(jìn)行方差分析和多重對(duì)比，并進(jìn)行圖表的繪制。

2 結(jié)果與分析

2.1 干旱脅迫對(duì)葉片相對(duì)含水量（RWC）的影響

不同濃度的PEG-6000處理前后，小葉紅葉石楠和紅葉石楠的葉片相對(duì)含水量的變化情況，如表1所示。隨著脅迫強(qiáng)度的增加，2種植物葉片RWC均呈下降趨勢(shì)，小葉紅葉石楠在T1時(shí)急劇下降，隨后穩(wěn)定，而紅葉石楠逐漸減小。2種植物的葉片相對(duì)含水量在脅迫前基本相等，各處理下均為紅葉石楠高于小葉紅葉石楠，T3時(shí)達(dá)到最低值，分別為對(duì)照的67.34%和46.73%。

表1 不同PEG-6000處理對(duì)2種植物的葉片相對(duì)含水量多重對(duì)比

小葉紅葉石楠的對(duì)照與各處理間達(dá)到極顯著性差異（P＜0.01）；T1、T2和T3之間沒(méi)有顯著性差異紅葉石楠對(duì)照與各處理間均達(dá)到極顯著性差異（P＜0.01）；T1時(shí)與T2、T3均達(dá)到極顯著性差異；T2與T3之間沒(méi)有顯著性差異。以上結(jié)果表明小葉紅葉石楠葉片輕度脅迫時(shí)就出現(xiàn)嚴(yán)重的失水，并且隨脅迫加重保持穩(wěn)定；而紅葉石楠葉片相對(duì)含水量隨脅迫加重從CK到T1、T2逐漸降低，隨后穩(wěn)定。

2.2 干旱脅迫對(duì)丙二醛（MDA）含量的影響

不同濃度的PEG-6000處理后，小葉紅葉石楠和紅葉石楠的葉片MDA的變化情況，表2所示。小葉紅葉石楠MDA含量隨著脅迫的加重在T1、T2時(shí)基本不變，在T3時(shí)急劇升高，達(dá)到CK的173.69%；紅葉石楠葉片MDA含量隨著脅迫強(qiáng)度的增大呈單峰曲線變化，先急劇增加至T2時(shí)達(dá)到頂峰，為CK的330.57%，T3時(shí)下降。紅葉石楠葉片MDA含量在對(duì)照時(shí)低于小葉紅葉石楠，在T1和T2處理下MDA的含量高于小葉紅葉石楠，T3時(shí)2者基本相等。

表2 不同PEG-6000處理對(duì)2種植物的葉片丙二醛含量多重對(duì)比

小葉紅葉石楠CK、T1和T2之間沒(méi)有顯著性的差異，MDA含量維持在較低的水平；T3處理下MDA含量急劇增大，與其他處理間均有極顯著性差異（P＜0.01）。紅葉石楠對(duì)照與各處理間均達(dá)到極顯著性差異（P＜0.01）；T1時(shí)與各處理間均達(dá)到極顯著性差異（P＜0.01）；T2與T3之間有顯著性差異（P＜0.05）。以上結(jié)果表明小葉紅葉石楠在輕度和中度干旱脅迫（T1和T2）下葉片中MDA含量沒(méi)有明顯變化，膜脂的氧化不明顯，而紅葉石楠在輕度干旱脅迫（T1）下MDA含量急劇上升，膜脂出現(xiàn)了明顯的氧化現(xiàn)象。

2.3 干旱脅迫對(duì)滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量的影響

2.3.1 脯氨酸含量的影響 不同濃度的PEG-6000處理后，小葉紅葉石楠和紅葉石楠的脯氨酸變化情況，如表3所示。隨著脅迫強(qiáng)度的增大，2種植物葉片脯氨酸濃度均呈現(xiàn)出先增大后減小的單峰曲線趨勢(shì)，CK時(shí)均最小。小葉紅葉石楠T1時(shí)急劇增加，達(dá)到最大值，為CK的17.26倍，T2、T3時(shí)下降并基本穩(wěn)定；紅葉石楠T1、T2時(shí)逐漸增加到最大值，達(dá)到CK的11.12倍，T3時(shí)減少。小葉紅葉石楠的脯氨酸含量在各處理下均高于紅葉石楠，且2者的最大值分別出現(xiàn)在T1和T2。

表3 不同PEG-6000處理對(duì)2種植物的葉片脯氨酸含量多重對(duì)比

小葉紅葉石楠的CK與各處理間均達(dá)到了極顯著性的差異（P＜0.01）；T1與T2、T3間達(dá)到了極顯著性的差異（P＜0.01）；T2和T3之間沒(méi)有顯著性的差異。紅葉石楠的各處理間均達(dá)到了極顯著性差異（P＜0.01）。以上結(jié)果表明小葉紅葉石楠在輕度干旱脅迫（T1）下葉片的脯氨酸含量急劇上升至峰值，開(kāi)展最大限度的滲透調(diào)節(jié)，在中度脅迫（T2）下調(diào)節(jié)能力降低；而紅葉石楠在中度脅迫（T2）下達(dá)到峰值，在重度脅迫（T3）下調(diào)節(jié)能力降低。2.3.2 可溶性糖含量的影響 不同PEG-6000處理后，小葉紅葉石楠和紅葉石楠的葉片可溶性糖含量變化，如表4所示。隨著脅迫強(qiáng)度的增大，小葉紅葉石楠可溶性糖含量在T1時(shí)急劇下降至最低值，為CK的25.37%，T2和T3時(shí)穩(wěn)定；紅葉石楠可溶性糖含量呈現(xiàn)先減少后增加的趨勢(shì)，T2時(shí)最低，為CK的43.56%。2種植物的葉片可溶性糖含量均為對(duì)照時(shí)最高，紅葉石楠除在CK時(shí)略低于小葉紅葉石楠，其余處理均高于小葉紅葉石楠。

表4 不同PEG-6000處理對(duì)2種植物的葉片可溶性糖含量多重對(duì)比

小葉紅葉石楠可溶性糖含量在CK中明顯高于處理組，達(dá)到極顯著性的差異（P＜0.01）；T1、T2和T3之間可溶性糖含量變化不大，沒(méi)有顯著性差異。紅葉石楠的可溶性糖含量在CK中明顯高于處理組，達(dá)到極顯著性的差異（P＜0.01）；T1與T3間沒(méi)有顯著性的差異；T2與T1、T3間有顯著性的差異（P＜0.05）。

2.3.3 可溶性蛋白含量的影響 不同PEG-6000處理后，小葉紅葉石楠和紅葉石楠的葉片可溶性蛋白含量的變化，如表5所示。干旱處理后2種植物的可溶性蛋白含量與對(duì)照相比均有增加。隨著脅迫強(qiáng)度的增大，小葉紅葉石楠葉片中可溶性蛋白含量T1時(shí)比CK顯著增加，然后保持穩(wěn)定，T2時(shí)含量最高，達(dá)到CK的198.89%；紅葉石楠可溶性蛋白含量T1比CK顯著增加，達(dá)到CK的162.62%，T2時(shí)基本不變，T3時(shí)稍有減少；小葉紅葉石楠的可溶性蛋白含量在各處理下均高于紅葉石楠的含量。

表5 不同PEG-6000處理對(duì)2種植物的葉片可溶性蛋白含量多重對(duì)比

小葉紅葉石楠可溶性蛋白含量在CK與T3間沒(méi)有顯著性差異；T1與T2間也沒(méi)有顯著性差異；CK與T1、T2間有顯著性差異（P＜0.05）；T3與T1、T2間有顯著性差異（P＜0.05）。紅葉石楠CK的可溶性蛋白含量與T1、T2間達(dá)到顯著性的差異（P＜0.05）；CK與T3間沒(méi)有顯著性差異；T1與T2間沒(méi)有顯著性差異。以上結(jié)果表明小葉紅葉石楠在輕度干旱脅迫（T1）后葉片可溶性蛋白含量迅速上升，并在中度和重度脅迫（T2和T3）下保持穩(wěn)定，可以在一定程度上抵御干旱脅迫造成的傷害，而紅葉石楠葉片可溶性蛋白含量低于小葉紅葉石楠，且在重度脅迫（T3）時(shí)明顯下降，更易受到干旱脅迫傷害。

3 討論

水分在植物生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中起著不可替代的作用，水分虧缺對(duì)植物的影響非常廣泛，貫穿在植物的整個(gè)生長(zhǎng)過(guò)程中。當(dāng)環(huán)境中可利用的水分低到不足以維持植物正常生命活動(dòng)需要時(shí)，植物就會(huì)表現(xiàn)出一系列的生理生化反應(yīng)。如植物細(xì)胞生理脫水、氣孔關(guān)閉、光合作用受到抑制、呼吸紊亂、整個(gè)新陳代謝異常、生理活動(dòng)受到障礙、植株停止生長(zhǎng)等。

本研究中不同的PEG-6000處理對(duì)小葉紅葉石楠和紅葉石楠的生理指標(biāo)有顯著性的影響。2種植物在脅迫下葉片相對(duì)含水量均顯著下降，小葉紅葉石楠葉片輕度脅迫時(shí)就出現(xiàn)嚴(yán)重的失水，大豆品種苗期和黑心菊抗旱性生理生化的研究中也有相似的結(jié)果［9－10］。小葉紅葉石楠和紅葉石楠的各處理組平均丙二醛含量與對(duì)照相比分別增加了30.90%和172.00%。與蘋(píng)果樹(shù)苗和大豆品種苗期干旱脅迫的研究結(jié)果相似［9，11］。滲透調(diào)節(jié)是植物適應(yīng)和抵抗干早等逆境的一種重要的調(diào)節(jié)機(jī)制，已經(jīng)在多種植物中得到證實(shí)［12－13］，本研究中滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)脯氨酸、可溶性糖和可溶性蛋白在PEG-6000的脅迫下均有顯著性變化。水分脅迫下植物體內(nèi)脯氨酸的積累在多種植物中被證實(shí)［11，14］，本研究中2種植物在干旱脅迫下，脯氨酸含量與對(duì)照相比有顯著性的增加（P＜0.01），處理組的平均值分別為對(duì)照的7.74倍和13.62倍?？扇苄蕴呛吭诟珊得{迫處理下與對(duì)照相比有極顯著性下降（P＜0.01），分別下降了54.30%和35. 14%。干旱條件下蘋(píng)果樹(shù)幼苗可溶性糖含量顯著增加［11］，本研究結(jié)果與之相反。這可能與干旱脅迫下小葉紅葉石楠和紅葉石楠的光合作用顯著性下降（P＜0.01），作為光合作用的產(chǎn)物可溶性糖的合成受阻，因此含量與對(duì)照相比降低?？扇苄缘鞍缀颗c對(duì)照相比均有顯著性增加（P＜0.05），這與劉忠霞等在蘋(píng)果樹(shù)幼苗和吳陽(yáng)清等在“星白”勛章菊的干旱脅迫試驗(yàn)中的結(jié)果一致［11，14］。

綜上所述，當(dāng)環(huán)境中可利用的水分低到不足以維持植物正常生命活動(dòng)需要時(shí)，植物就會(huì)表現(xiàn)出一系列的生理生化反應(yīng)。如植物細(xì)胞生理脫水、整個(gè)新陳代謝異常、生理活動(dòng)受到障礙和植株停止生長(zhǎng)等。2種植物都是通過(guò)降低葉片相對(duì)含水量、增加滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)以降低細(xì)胞水勢(shì)，其耐旱機(jī)制基本相同，僅在耐受程度上有一定的差異。

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S687

A

10.3969／j.issn.1001－7380.2014.05.005

1001－7380（2014）05－0019－04

2013-12-23；

2014-08-12

江蘇省農(nóng)業(yè)科技自主創(chuàng)新資金項(xiàng)目“矮生紅葉石楠規(guī)?；a(chǎn)技術(shù)集成創(chuàng)新示范”［CX（12）3010］

王偉偉（1986－），女，河南長(zhǎng)垣人，研究實(shí)習(xí)員，碩士，從事植物生理方面的研究。E-mail：wanwewe1234＠126.com。

*通信作者：竇全琴（1965－），女，河南沈丘人，研究員，大學(xué)本科畢業(yè)，從事林木遺傳育種及森林培育研究。E-mail：douqq2008＠163.com。