干旱脅迫下吊石苣苔部分調(diào)節(jié)物質(zhì)的響應(yīng)規(guī)律

劉偉，劉久東，常征

（1.文山學(xué)院 環(huán)境與資源學(xué)院，云南 文山 663099；2. 江蘇儀征市農(nóng)業(yè)委員會(huì)，江蘇 儀征 211400）

干旱脅迫下吊石苣苔部分調(diào)節(jié)物質(zhì)的響應(yīng)規(guī)律

劉偉1，劉久東2，常征1

（1.文山學(xué)院 環(huán)境與資源學(xué)院，云南 文山 663099；2. 江蘇儀征市農(nóng)業(yè)委員會(huì)，江蘇 儀征 211400）

為了獲得干旱脅迫下吊石苣苔葉片中可溶性糖、脯氨酸及丙二醛含量的變化規(guī)律，采用人為設(shè)置干旱環(huán)境的方法，分別用蒽酮比色法、茚三酮比色法、TBA法測(cè)量不同干旱程度下3種指標(biāo)的變化規(guī)律。結(jié)果顯示，干旱脅迫條件下，可溶性糖含量逐漸升高，第12 d達(dá)最高值，第12 d復(fù)水后逐漸降低到處理前水平；脯氨酸含量第16 d升高到最大值，然后逐漸下降到正常水平；丙二醛含量在第8 d達(dá)到最高值，然后平穩(wěn)下降到處理前水平。對(duì)以上3個(gè)生理指標(biāo)分析表明，吊石苣苔最長(zhǎng)抗旱時(shí)間為12 d，在栽培該植物時(shí)應(yīng)注意及時(shí)補(bǔ)充水分。

吊石苣苔；可溶性糖；脯氨酸；丙二醛；干旱脅迫

吊石苣苔（Lysionotus pauifl orus）又叫石吊蘭、石豇豆，是苦苣苔科吊石苣苔屬的常綠小灌木［1］。吊石苣苔具有好看的唇形花冠和淡紫色的花色，是一種優(yōu)秀的觀賞植物，也是苗族和壯族地區(qū)治療跌打損傷的民族藥，在我國(guó)西南喀斯特地區(qū)尤其是桂西北、黔西南和滇東南巖溶地區(qū)分布廣泛，對(duì)石漠化地區(qū)的適應(yīng)性很強(qiáng)，是一種石漠化地區(qū)生態(tài)治理的理想植物。而石漠化地區(qū)植被覆蓋率低，巖石裸露，土壤滲漏性強(qiáng)，保水能力差，經(jīng)常造成臨時(shí)性的土壤干旱，因此，干旱是對(duì)石漠化地區(qū)植物恢復(fù)影響最重要的因子之一［2］。干旱也是作物栽培過(guò)程中最常遇到的逆境之一，如果不及時(shí)處理，會(huì)導(dǎo)致植株萎蔫、細(xì)胞失水、生物膜破壞、大量離子外流，最終導(dǎo)致植株死亡，因此了解植物的抗旱特性非常重要。國(guó)內(nèi)外對(duì)吊石苣苔的研究較少［3］，筆者在研究了吊石苣苔在干旱脅迫下相對(duì)含水量、水勢(shì)及葉綠素含量3種生理指標(biāo)的變化規(guī)律的基礎(chǔ)上［4］，進(jìn)一步研究了可溶性糖、脯氨酸及丙二醛含量在不同干旱脅迫程度下的變化規(guī)律，以完善吊石苣苔對(duì)干旱脅迫的生理響應(yīng)數(shù)據(jù)。

1　材料與方法

1.1材料

實(shí)驗(yàn)材料采自云南省西疇縣董馬鄉(xiāng)，采回后在大棚進(jìn)行適應(yīng)性栽培1年后移栽至花盆，2013年4月開(kāi)始干旱脅迫實(shí)驗(yàn)，試驗(yàn)材料為頂端往下數(shù)第3～5節(jié)上的無(wú)病蟲(chóng)害葉片。

1.2方法

1.2.1材料處理

選取植株大小基本一致的吊石苣苔共18盆，每6盆一組，分為3組。試驗(yàn)開(kāi)始當(dāng)天澆透水一次，然后停水至葉片開(kāi)始萎蔫時(shí)復(fù)水一直到數(shù)據(jù)恢復(fù)到接近試驗(yàn)當(dāng)天時(shí)結(jié)束，每4 d測(cè)定一次。采取隨機(jī)取樣的方式，在組內(nèi)取樣后混勻，稱取試驗(yàn)所需質(zhì)量進(jìn)行試驗(yàn)，重復(fù)3次。

1.2.2試驗(yàn)方法

可溶性糖含量用蒽酮比色法測(cè)定［5］；脯氨酸含量用茚三酮比色法測(cè)定［6］；丙二醛含量用TBA法測(cè)定［6］。

1.2.3數(shù)據(jù)處理

所有數(shù)據(jù)用Excel2003和SPSS13.0進(jìn)行分析處理。

2　結(jié)果與分析

2.1干旱脅迫下吊石苣苔可溶性糖含量的變化

植物體內(nèi)可溶性糖含量既是代謝活動(dòng)強(qiáng)弱的體現(xiàn)，也是植株內(nèi)部重要的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)。用蒽酮比色法測(cè)定吊石苣苔在不同干旱脅迫下可溶性糖含量的變化規(guī)律見(jiàn)圖1。從圖1中可以看出可溶性糖含量變化的總趨勢(shì)為先下降然后上升再下降。在停水處理后第4 d，可溶性糖的含量出現(xiàn)下降，在第4天到第8 d可溶性糖的含量略有上升，第8 d至12 d可溶性糖的含量增幅較大。結(jié)合形態(tài)指標(biāo)，在第12 d進(jìn)行復(fù)水處理，處理后一直到第24 d，可溶性糖的含量持續(xù)下降。對(duì)所有數(shù)據(jù)進(jìn)行單因素方差分析和LSD多重比較，結(jié)果見(jiàn)表1，從處理當(dāng)天至處理后第8 d可溶性糖含量無(wú)顯著變化，到第12 d顯著升高；第12 d到第16 d變化不明顯，第24 d的顯著降低，恢復(fù)到干旱處理以前。由此可以看出停水處理前8 d對(duì)吊石苣苔影響不大，到第12 d時(shí)可溶性糖含量最高，是干旱脅迫最嚴(yán)重的時(shí)期，12 d至20 d可溶性糖一直維持在高水平，說(shuō)明復(fù)水后吊石苣苔從吸水到引起體內(nèi)生理響應(yīng)有滯后期，復(fù)水后12 d才回復(fù)到正常水平。

圖1　不同干旱脅迫時(shí)間下可溶性糖含量的變化

表1　不同干旱脅迫處理下可溶性糖、脯氨酸及丙二醛含量隨時(shí)間的變化

2.2干旱脅迫下吊石苣苔脯氨酸的含量變化

脯氨酸作為重要的細(xì)胞滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，以游離狀態(tài)廣泛存在于植物體內(nèi)，當(dāng)植物受干旱脅迫時(shí)游離脯氨酸含量增加，是植物的防脫水劑，可以作為檢驗(yàn)植物缺水情況的參考性生理指標(biāo)。［7］對(duì)吊石苣苔進(jìn)行停水及復(fù)水處理后測(cè)量葉片中脯氨酸含量的結(jié)果見(jiàn)圖2，從停水當(dāng)天至停水處理后第8 d，脯氨酸含量雖有變化，但變化不明顯；從第8 d至12 d急劇升高，第12 d取樣后進(jìn)行復(fù)水，復(fù)水后4 d，脯氨酸含量繼續(xù)升高，直到復(fù)水后第8 d才恢復(fù)到正常水平。對(duì)結(jié)果進(jìn)行方差分析（表1），前8 d脯氨酸含量無(wú)顯著差異，第12 d明顯高于前8 d，第16 d有顯著高于第12 d，第20 d開(kāi)始又回落到干旱處理前的水平。此變化趨勢(shì)說(shuō)明兩個(gè)問(wèn)題：一是干旱脅迫前8 d吊石苣苔所受影響不大，第12 d葉片開(kāi)始萎蔫，脯氨酸含量快速增加，說(shuō)明12 d是接受干旱脅迫的最大程度；二是第12 d復(fù)水后脯氨酸含量仍然升高，說(shuō)明復(fù)水后植物體內(nèi)從接收水信號(hào)到引起滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量降低這一生理過(guò)程需要一定反應(yīng)時(shí)間，具有延時(shí)性。

圖2　不同干旱脅迫下脯氨酸含量的變化

2.3干旱脅迫下吊石苣苔丙二醛（MDA）含量變化

植物在干旱脅迫下會(huì)產(chǎn)生活性氧，活性氧積累過(guò)多導(dǎo)致膜脂的過(guò)氧化和膜結(jié)構(gòu)的變化，丙二醛是活性氧存在形式之一，丙二醛含量高，說(shuō)明植物細(xì)胞膜質(zhì)過(guò)氧化程度高，細(xì)胞膜受到的傷害嚴(yán)重，其抗旱性較弱，因而MDA的產(chǎn)生量成為鑒別逆境傷害的指標(biāo)之一［8］。

對(duì)吊石苣苔進(jìn)行停水處理后測(cè)定不同處理時(shí)間葉片中的MDA含量的結(jié)果見(jiàn)圖3和表1，MDA含量總體表現(xiàn)為先升高后降低，在停水當(dāng)天和第4 d都為0.75，至第8 d升高到1.03，第12 d為0.72，以后趨于穩(wěn)定。進(jìn)行方差分析后顯示第8 d顯著高于其他處理時(shí)間。原因可能是停水處理4 d內(nèi)土壤可利用水或植物體內(nèi)水分未出現(xiàn)虧缺，至第8 d植物體內(nèi)活性氧清除系統(tǒng)與活性氧產(chǎn)生量失去平衡，導(dǎo)致植物受到傷害，從形態(tài)上表現(xiàn)為葉片皺縮、甚至出現(xiàn)水漬狀傷斑，第12 d開(kāi)始對(duì)其進(jìn)行復(fù)水后，干旱脅迫解除，MDA含量基本恢復(fù)正常。以上結(jié)果說(shuō)明干旱脅迫時(shí)吊石苣苔受活性氧傷害最嚴(yán)重出現(xiàn)在第8 d，在干旱脅迫8 d后應(yīng)及時(shí)補(bǔ)水以保證植株正常生長(zhǎng)。

圖3　不同干旱脅迫程度丙二醛含量變化

3　結(jié)論與討論

干旱脅迫是植物生長(zhǎng)過(guò)程中最常見(jiàn)的逆境之一，常常引起植物體內(nèi)一系列生理生化變化，如葉綠素、相對(duì)含水量、可溶性糖、脯氨酸等物質(zhì)的變化，還會(huì)導(dǎo)致植株體內(nèi)產(chǎn)生大量活性氧，從而損壞生物膜，致使膜質(zhì)過(guò)氧化，使膜透性增加，加速細(xì)胞死亡［9-11］。植物在適應(yīng)干旱脅迫過(guò)程中產(chǎn)生了許多適應(yīng)機(jī)制，在這些機(jī)制中既有形態(tài)上的，也有生理上的，最重要的生理機(jī)制就是滲透調(diào)節(jié)，主要依賴于滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)。脯氨酸和可溶性糖是重要的兩種滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，一般情況下，當(dāng)植物遇到干旱脅迫時(shí)這兩種物質(zhì)的含量會(huì)增加，從而增加細(xì)胞的滲透勢(shì)、降低細(xì)胞水勢(shì)，以此來(lái)防止水分丟失，避免細(xì)胞生理缺水。對(duì)于活性氧的產(chǎn)生，植物細(xì)胞主要通過(guò)產(chǎn)生抗氧化酶來(lái)清除，從而保護(hù)生物膜的正常結(jié)構(gòu)和功能。

吊石苣苔由于長(zhǎng)期生活在石漠化環(huán)境，最常遇到的逆境就是干旱，對(duì)吊石苣苔進(jìn)行干旱處理后發(fā)現(xiàn)，植株體內(nèi)脯氨酸及可溶性糖含量都會(huì)隨著干旱程度的增加而上升，在復(fù)水處理后并不能立即回復(fù)到干旱處理前的水平，而是有一個(gè)滯后期，與陳文榮［12］對(duì)高叢藍(lán)莓的研究和宋海鵬等［13］的研究結(jié)果一致。對(duì)吊石苣苔葉片內(nèi)的MDA進(jìn)行了測(cè)定，發(fā)現(xiàn)其含量在干旱脅迫時(shí)略有上升，但增加量較小、而且復(fù)水后能迅速回復(fù)，說(shuō)明活性氧對(duì)吊石苣苔傷害較小，且能迅速修復(fù)，這與范蘇魯［14］和王宇超［15］等的研究認(rèn)為活性氧對(duì)膜的損傷難以修復(fù)的結(jié)果不一致。

綜合對(duì)吊石苣苔3個(gè)生理指標(biāo)的測(cè)定和分析，可以推斷吊石苣苔對(duì)干旱脅迫的抗性較強(qiáng)，其指標(biāo)變化的臨界值為12 d，與作者對(duì)其相對(duì)含水量、水勢(shì)及葉綠素的變化趨勢(shì)一致［4］。但是植物對(duì)干旱脅迫的生理響應(yīng)是一個(gè)綜合性的過(guò)程，應(yīng)從生理指標(biāo)、形態(tài)特征、解剖結(jié)構(gòu)等方面并結(jié)合抗旱系數(shù)、敏感系數(shù)、干旱傷害指數(shù)等多個(gè)方面來(lái)評(píng)價(jià)植物抗旱性的強(qiáng)弱［16］，因此，還應(yīng)從光合生理、呼吸生理、水分生理、活性氧清除系統(tǒng)、植株解剖特征等方面對(duì)吊石苣苔適應(yīng)干旱脅迫的機(jī)理進(jìn)行更詳盡更深入的研究，才能對(duì)其抗旱性進(jìn)行科學(xué)的評(píng)價(jià)。

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LIU Wei1， LIU Jiudong2， CHANG Zhen1
（1. School of Environment and Resources， Wenshan University， Wenshan Yunnan 663099， China；2. Yizheng Agriculture Committee， Yizheng Jiangsu 211400， China）

For the purpose of knowing physiological response of Lysionotus Pauifl orus to drought stress. The Soluble saccharide content， Proline content and MDA content are researched by Anthrone colorimetry， Ninhydrin colorimetry and TBA method. The results show that the Soluble saccharide content is increased first and then decreased after 12days， the Proline content increases fi rst and then decreases after 16 days， and the MDA content increases fi rst and then decreases after 8 days. The results suggest that the drought had little infl uence on Lysionotus Pauifl orus within 12 days， but the Lysionotus Pauifl orus is destructed after 12 days of drought treatment. In order to avoid injury timely watering of Lysionotus Pauifl orus after 12 days of drought is necessary.

Lysionotus Pauifl orus； soluble saccharide； Proline； MDA； drought stress

S567.2

A

1674 - 9200（2015）06 - 0023 - 04

（責(zé)任編輯 張鐵）

2015 - 03 - 19

云南省教育廳科研基金項(xiàng)目“淡黃花百合開(kāi)花生物學(xué)研究”（2013Y582）。

劉 偉，文山學(xué)院環(huán)境與資源學(xué)院副教授，碩士。