遼河保護(hù)區(qū)五種委陵菜在PEG脅迫下滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)可溶性蛋白質(zhì)與脯氨酸變化

李楠 孫航 張姝哲 陳穎 劉淼 曲波

摘要：采用聚乙二醇模擬干旱脅迫，研究5種委陵菜（Potentilla）抗旱性，探索干旱脅迫對(duì)5種委陵菜屬植物滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)可溶性蛋白質(zhì)與脯氨酸含量的影響。結(jié)果表明，干旱脅迫處理后委陵菜可溶性蛋白相對(duì)含量有所增加，干旱脅迫1～5 d莓葉委陵菜可溶性蛋白相對(duì)含量增幅最大，處理7 d蛇含委陵菜可溶性蛋白質(zhì)相對(duì)含量增幅最大，而蔓委陵菜與三葉委陵菜可溶性蛋白質(zhì)相對(duì)含量增幅較小，且在20%PEG處理第5天后下降。干旱脅迫處理使5種委陵菜葉片脯氨酸相對(duì)含量上升，其中蛇含委陵菜與莓葉委陵菜脯氨酸相對(duì)含量增幅最大；10%PEG與15%PEG脅迫處理后5種委陵菜脯氨酸相對(duì)含量均呈上升趨勢(shì)，20%PEG脅迫處理第5天伏委陵菜與三葉委陵菜葉片中的脯氨酸相對(duì)含量即呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。5種委陵菜抗旱能力依次為蛇含委陵菜>莓葉委陵菜>蔓委陵菜>伏委陵菜>三葉委陵菜。

關(guān)鍵詞：委陵菜（Potentilla）；干旱脅迫；可溶性蛋白質(zhì)；脯氨酸

中圖分類號(hào)：Q945 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：0439-8114（2016）08-1936-03

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2016.08.009

Abstract： In this paper， utilizing polyethylene glycol to simulate drought stress，drought resistance was studied on 5 species of Potentilla. The influence of drought stress on the content of soluble protein and proline was also studied.Under the drought stress，soluble protein content of 5 species of Potentilla increased. From 1 day to 5 days， the soluble protein content of Potentilla fragarioides shows the largest increase.In 7 days， the protein content of Potentilla kleiniana increased most. in the soluble protein content of Potentilla flagellaris and Potentilla freyniana increased less， which decreased in 5 d after treated by 20% PEP. Under drought stress，proline content of 5 Potentilla increased.In Potentilla kleiniana and Potentilla fragarioides，the proline content increased most.Also，the proline content of 5 species of Potentilla increased after treated by 10% and 15% PEG. Treated by 20% PEG，the relative content of proline in Potentilla paradoxa and Potentilla freyniana decreased after 5 days. The drought resistance of the five Potentilla is gauged as follows： Potentilla kleiniana， Potentilla fragarioides， Potentilla flagellaris， Potentilla paradoxa， Potentilla freyniana.

Key words： Potentilla；drought stress；soluble protein；proline

遼河是中國(guó)七大江河之一，發(fā)源于河北省七老圖山脈之光頭山，流經(jīng)河北、內(nèi)蒙古、吉林、遼寧，至盤錦注入渤海，流域面積 21.96×104 km2，全長(zhǎng) 1 345 km。由于長(zhǎng)期開墾耕作，導(dǎo)致河岸帶沙化、鹽堿化，水土流失、風(fēng)沙侵蝕日益嚴(yán)重，生態(tài)環(huán)境脆弱，已經(jīng)成為制約其生態(tài)環(huán)境恢復(fù)、生態(tài)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要因素之一[1]。遼河保護(hù)區(qū)是2010年3月經(jīng)中國(guó)共產(chǎn)黨遼寧省委員會(huì)、遼寧省人民政府批準(zhǔn)，依遼河干流設(shè)立的狹長(zhǎng)區(qū)域。遼河保護(hù)區(qū)始于東西遼河交匯處（鐵嶺福德店），穿越鐵嶺、沈陽(yáng)、鞍山、盤錦，終于盤錦入?？凇＿|河保護(hù)區(qū)是中國(guó)第一個(gè)依河劃建的保護(hù)區(qū)，開創(chuàng)生態(tài)治理河流的先河。因此，研究草地資源植物在干旱條件下的生理反應(yīng)及其抵抗能力，為篩選抗性品種及采取有效措施提高植物抗性，恢復(fù)遼河保護(hù)區(qū)生態(tài)環(huán)境，具有十分重要的意義。委陵菜屬（Potentilla L.）植物為中國(guó)北方草地生態(tài)系統(tǒng)主要組成種類之一，為多年生草本植物，中國(guó)有86種4變種，全國(guó)各地均有分布，主產(chǎn)于東北、西北和西南。委陵菜屬中許多植物已廣泛應(yīng)用于綠化與飼用，已有研究表明二裂葉委陵菜（Potentilla bifurca L.）、西山委陵菜（Potentilla sischanensis Bunge ex Lehm.）、多莖委陵菜（Potentilla multicaulis Bge.）、鵝絨委陵菜（Potentilla anserina L.）等的莖、葉解剖結(jié)構(gòu)顯示其具有旱生特性[2，3]。鋪地委陵菜（Potentilla. paradoxa Nutt.）、鵝絨委陵菜萎蔫系數(shù)低于同群落其他雙子葉植物，具有較強(qiáng)抗旱性[4]。匍枝委陵菜（Potentilla flagellaris）[5]、委陵菜、莓葉委陵菜（Potentilla fragarioides）[6，7]等種類具有一定的抗旱性。水分脅迫時(shí)植物體內(nèi)積累各種有機(jī)物質(zhì)和無(wú)機(jī)物質(zhì)，提高細(xì)胞液濃度，降低其滲透勢(shì)，以適應(yīng)水分脅迫[8-10]。大量研究表明，植物細(xì)胞內(nèi)可溶性蛋白質(zhì)與植物抗性密切相關(guān)[11，12]，脯氨酸是植物蛋白質(zhì)的主要組成部分，以游離態(tài)分布于植物的根、莖、葉、花和果等器官中[13]。當(dāng)植物受到干旱脅迫時(shí)，脯氨酸可作為滲透劑參與植物的滲透調(diào)節(jié)作用，通過主動(dòng)積累滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)降低滲透勢(shì)，增加細(xì)胞滲透調(diào)節(jié)能力，因此干旱脅迫會(huì)導(dǎo)致植物體內(nèi)脯氨酸的含量積累增加，是植物受傷害程度的指標(biāo)之一[14，15]，同時(shí)脯氨酸可作為滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)及自由基清除劑起保護(hù)作用從而增強(qiáng)作物的抗旱性[16，17]。本研究以遼河保護(hù)區(qū)內(nèi)5種常見的委陵菜為材料，研究了其抗旱性，可以為恢復(fù)遼河生態(tài)系統(tǒng)、干旱地區(qū)地被植物篩選及草坪水分管理提供指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試材料為采自遼河保護(hù)區(qū)5種委陵菜，莓葉委陵菜、三葉委陵菜（Potentilla freyniana）采自昌圖縣福德店；蔓委陵菜（Potentilla flagellaris）和蛇含委陵菜（Potentilla kleiniana）采自康平四家子鄉(xiāng)，伏委陵菜（Potentilla paradoxa）采自臺(tái)安達(dá)牛鎮(zhèn)。野外采集植株分別種植于沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué)百草園試驗(yàn)基地。

1.2 試驗(yàn)方法

取相同生長(zhǎng)狀態(tài)帶莖節(jié)的莖段若干（已長(zhǎng)出極短根）置于裝有石英砂的塑料盒中，用1/2 Hoagland溶液在陽(yáng)光充足的條件下培養(yǎng)。6葉期時(shí)，選幼苗生長(zhǎng)一致的培養(yǎng)盒，分為4組，用PEG6000進(jìn)行滲透脅迫處理，PEG的濃度分別為10%、15%、20%（用Hoaglang溶液配制），水勢(shì)分別相當(dāng)于-0.15、-0.30和-0.50 MPa，模擬輕度干旱、中度干旱和重度干旱[18，19]。以不加PEG的Hoaglang液作為對(duì)照，分別處理1、3、5、7 d后取植株上部第3～5片功能葉進(jìn)行測(cè)定。

1.3 測(cè)定方法

游離脯氨酸含量的測(cè)定采用酸性茚三酮法，可溶性蛋白質(zhì)含量的測(cè)定采用考馬斯亮藍(lán)（G250）法[10]。

2 結(jié)果與分析

2.1 干旱脅迫對(duì)5種委陵菜可溶性蛋白質(zhì)含量的影響

通過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)與對(duì)照相比干旱脅迫導(dǎo)致5種委陵菜葉片中的可溶性蛋白質(zhì)含量升高，但不同委陵菜可溶性蛋白質(zhì)含量增幅不同，說(shuō)明其對(duì)不同程度干旱脅迫的反應(yīng)也不同。10%PEP脅迫使5種委陵菜可溶性蛋白質(zhì)含量有少許增加，處理1 d時(shí)，三葉委陵菜可溶性蛋白質(zhì)增加最多，與對(duì)照相比增加10.98%，伏委陵菜可溶性蛋白質(zhì)含量增加最少，與對(duì)照相比僅增加2.96%；處理7 d時(shí)，莓葉委陵菜可溶性蛋白質(zhì)增加最多，與對(duì)照相比增加33.9%，蛇含委陵菜、三葉委陵菜、伏委陵菜、蔓委陵菜分別增加22.65%、14.67%、9.97%、9.45%，說(shuō)明5種委陵菜對(duì)輕度干旱（土壤水勢(shì)為-0.15 MPa）并不敏感，均有一定的抗旱性。

15%PEP與20%PEP處理1 d時(shí)，其可溶性蛋白質(zhì)含量增幅為10.43%～37.55%，其中，蔓委陵菜可溶性蛋白質(zhì)含量增幅大，分別為32.3%和37.55%，莓葉委陵菜可溶性蛋白質(zhì)含量增幅最小，為10.43%和14.75%。隨著干旱持續(xù)時(shí)間加長(zhǎng)，5種委陵菜可溶性蛋白質(zhì)含量均有較大幅度增長(zhǎng)。15%PEP處理持續(xù)3 d時(shí)，莓葉委陵菜可溶性蛋白質(zhì)含量增幅最高，達(dá)到73.45%，伏委陵菜可溶性蛋白質(zhì)含量增幅最低，為25.71%。5種委陵菜對(duì)中度干旱與重度干旱初期敏感性不高，說(shuō)明5種委陵菜均對(duì)短期中度與重度干旱脅迫具有一定抗性。

20%PEP處理持續(xù)3 d時(shí)，莓葉委陵菜可溶性蛋白質(zhì)含量增幅最高，達(dá)到159.3%，蛇含委陵菜可溶性蛋白質(zhì)含量增幅最低，為44.2%。

15%PEP與20%PEP處理持續(xù)5 d時(shí)，莓葉委陵菜可溶性蛋白質(zhì)含量增幅最高，分別達(dá)到123.69%和192.03%，伏委陵菜可溶性蛋白質(zhì)含量增幅最低，分別為29.58%和53.22%。

15%PEP與20%PEP處理持續(xù)7 d時(shí)，蛇含委陵菜可溶性蛋白質(zhì)含量增加最多，與對(duì)照相比分別增長(zhǎng)了128.29%和198.84%，其次為三葉委陵菜，與對(duì)照相比分別增長(zhǎng)了87.71%和112.31%；伏委陵菜可溶性蛋白質(zhì)含量增加最少，與對(duì)照相比分別增長(zhǎng)了35.49%和63.47%。

2.2 干旱脅迫對(duì)5種委陵菜脯氨酸含量的影響

不同程度干旱脅迫均能使葉片脯氨酸含量上升，且隨著脅迫處理持續(xù)時(shí)間延長(zhǎng)，委陵菜葉片脯氨酸含量有所增長(zhǎng)。10%PEP處理1 d時(shí)，5種委陵菜脯氨酸含量有小幅增長(zhǎng)，其中，蛇含委陵菜脯氨酸含量與對(duì)照相比增加了24.35%，而其他4種委陵菜脯氨酸含量增幅低于10.00%，其中蔓委陵菜脯氨酸含量增加了0.50%。10%PEP處理3 d和5 d時(shí)，5種委陵菜脯氨酸含量持續(xù)增長(zhǎng)，其中，伏委陵菜增幅較大，分別達(dá)到35.27%和55.87%，次之為蛇含委陵菜，其脯氨酸含量與對(duì)照相比增長(zhǎng)了31.02%和34.14%，蔓委陵菜脯氨酸含量增長(zhǎng)最低，與對(duì)照相比僅增長(zhǎng)了2.01%和8.33%。

15%PEP和20%PEP分別處理1 d時(shí)，蛇含委陵菜脯氨酸含量有較大幅度增長(zhǎng)，與對(duì)照相比，其脯氨酸含量分別增加了48.63%和57.66%，其次是莓葉委陵菜，其脯氨酸含量分別增加了17.24%和21.84%，蔓委陵菜脯氨酸但含量增長(zhǎng)最低，與對(duì)照相比僅增加了4.73%和14.95%。

15%PEP處理3 d和5 d時(shí)，蛇含委陵菜脯氨酸含量增長(zhǎng)最快，與對(duì)照相比，其含量分別增加了78.79%和115.22%，其次是伏委陵菜，其含量分別增加了58.01%和74.9%，三葉委陵菜脯氨酸含量增長(zhǎng)最低，與對(duì)照相比僅增長(zhǎng)了20.94%和26.35%；15%PEP處理7 d時(shí)，蛇含委陵菜脯氨酸含量增加了166.24%，其次是莓葉委陵菜，其脯氨酸含量增加了84.01%，三葉委陵菜脯氨酸含量增長(zhǎng)最慢，僅增加了43.78%。

20%PEP處理3、5、7 d，蛇含委陵菜增幅最大，與對(duì)照相比，分別增長(zhǎng)了186.35%、207.73%和166.24%，其次是莓葉委陵菜，與對(duì)照相比，其脯氨酸含量分別增加了88.26%、148.67%和84.01%，三葉委陵菜脯氨酸含量增長(zhǎng)較慢，與對(duì)照相比增加了38.02%、60.85%和58.63%，其中，僅20%PEP處理5 d時(shí)脯氨酸含量稍高于蔓委陵菜（58.79%）。

3 小結(jié)與討論

綜上所述，5種委陵菜均具有一定的抗旱性，但應(yīng)對(duì)不同程度干旱脅迫時(shí)抗旱能力有所不同。蛇含委陵菜與莓葉委陵菜抗旱能力最強(qiáng)，伏委陵菜與三葉委陵菜抗旱能力較弱。本試驗(yàn)結(jié)果為遼河保護(hù)區(qū)生態(tài)恢復(fù)過程篩選不同抗旱性植物提供了依據(jù)。

作為滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)之一，高含量的可溶性蛋白質(zhì)可使細(xì)胞維持較低的滲透勢(shì)，抵抗水分脅迫，過度干旱可以抑制蛋白質(zhì)的合成，導(dǎo)致蛋白質(zhì)降解，引起總蛋白質(zhì)含量的降低[3]?？悼∶返萚12]在研究不同品種苜?？购敌灾邪l(fā)現(xiàn)苜蓿葉片可溶性蛋白質(zhì)的變化與干旱強(qiáng)度有直接關(guān)系，隨著干旱脅迫強(qiáng)度的增加某些可溶性蛋白質(zhì)的變化表現(xiàn)為先增強(qiáng)后減弱；干旱脅迫誘導(dǎo)蛋白質(zhì)含量的變化各異，抗旱性強(qiáng)的品種能誘導(dǎo)基因更強(qiáng)的表達(dá)以適應(yīng)干旱脅迫，而抗旱性較弱的品種可能減弱或喪失其自我調(diào)節(jié)能力，產(chǎn)生的干旱誘導(dǎo)蛋白質(zhì)含量比前者少。

研究結(jié)果表明，5種委陵菜可溶性蛋白質(zhì)含量在干旱脅迫下均有所增加，隨干旱程度加重可溶性蛋白質(zhì)相對(duì)含量增加減緩。從植物體本身的生理反應(yīng)來(lái)看，理論上可溶性蛋白質(zhì)的含量隨水分脅迫的加強(qiáng)應(yīng)先升高后降低，這是因?yàn)榭扇苄缘鞍踪|(zhì)與植物細(xì)胞的滲透調(diào)節(jié)有關(guān)。高含量的可溶性蛋白質(zhì)可使細(xì)胞維持較低的滲透勢(shì)，抵抗水分脅迫帶來(lái)的傷害的緣故，但是當(dāng)水分虧缺嚴(yán)重到影響了植物蛋白質(zhì)合成代謝時(shí)，可溶性蛋白質(zhì)含量就會(huì)下降。干旱脅迫初期（1 d）與中期（3 d，5 d）莓葉委陵菜可溶性蛋白質(zhì)增加最多，處理后期（7 d）蛇含委陵菜可溶性蛋白質(zhì)含量增加最多，而蔓委陵菜與三葉委陵菜可溶性蛋白質(zhì)含量增加較少，且在20%PEG處理5 d后下降。重度干旱脅迫下莓葉委陵菜與蛇含委陵菜較其他3種委陵菜能夠積累足夠的蛋白質(zhì)，使細(xì)胞維持較低的滲透勢(shì)，抵抗水分脅迫帶來(lái)的傷害。

干旱脅迫處理使5種委陵菜葉片脯氨酸含量上升，其中蛇含委陵菜與莓葉委陵菜脯氨酸含量增加最多；10%PEG與15%PEG脅迫處理后5種委陵菜脯氨酸的含量均呈上升趨勢(shì)，說(shuō)明在輕度與中度干旱脅迫下5種委陵菜均能積累足夠的脯氨酸來(lái)降低滲透勢(shì)，增加細(xì)胞滲透調(diào)節(jié)能力。20%PEG脅迫處理5 d后伏委陵菜與三葉委陵菜葉片中的脯氨酸即呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，說(shuō)明在長(zhǎng)時(shí)間重度干旱脅迫下這兩種植物所積累的脯氨酸不足以來(lái)維持細(xì)胞的滲透調(diào)節(jié)能力，導(dǎo)致含量下降。

綜上所述，5種委陵菜抗旱性由弱到強(qiáng)依次為三葉委陵菜、伏委陵菜、蔓委陵菜、莓葉委陵菜、蛇含委陵菜，根據(jù)5種委陵菜的抗氧化酶系與膜傷害判斷其抗旱性結(jié)果一致[7]。

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