廣豐千金薯馴化移栽苗對(duì)PEG干旱脅迫的光合生理響應(yīng)

柯維忠，王 麗，楊星鵬，徐玉琴，吳 丹，江 霞，夏瑾華，尹明華，洪森榮

（上饒師范學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院，江西上饒334001）

廣豐千金薯馴化移栽苗對(duì)PEG干旱脅迫的光合生理響應(yīng)

柯維忠，王 麗，楊星鵬，徐玉琴，吳 丹，江 霞，夏瑾華，尹明華，洪森榮?

（上饒師范學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院，江西上饒334001）

為了探究廣豐千金薯馴化移栽苗的耐旱生理機(jī)制，測(cè)定了干旱脅迫下廣豐千金薯馴化移栽苗的多項(xiàng)光合生理指標(biāo)。結(jié)果表明，50和100 g·L-1PEG-6000可顯著促進(jìn)廣豐千金薯移栽馴化苗的生物量和根冠比，而150和200 g·L-1PEG-6000則顯著減少其生物量和根冠比。當(dāng)PEG-6000濃度為50和100 g·L-1，其葉片相對(duì)含水量、氣孔開(kāi)度、T r、F o、F v/F m、ΦPSⅡ、NPQ和ZR含量無(wú)顯著變化，葉綠素含量、氣孔密度、P n、G s、L s、WUE、CUE、F m、F v/F o、F v′/F m′、qP、GA3和ABA含量顯著增加，C i顯著下降。當(dāng)PEG-6000濃度達(dá)到150和200 g·L-1，其葉片相對(duì)含水量、葉綠素含量、氣孔開(kāi)度、P n、G s、L s、T r、WUE、CUE、F o、F m、F v/F o、ΦPSⅡ、F v′/ F m′、F v/F m、qP、GA3、ZR和IAA顯著下降，氣孔密度、C i、NPQ和ABA含量顯著增加。在干旱脅迫下，廣豐千金薯移栽馴化苗葉片ZR/ABA和ZR/IAA隨著PEG-6000濃度的增大而顯著下降，而ABA/（IAA+GA3+ZR）則隨PEG-6000濃度的增大而顯著提高。在干旱脅迫下廣豐千金薯移栽馴化苗葉片倍性穩(wěn)定，但當(dāng)PEG-6000濃度達(dá)到200 g·L-1，電泳圖譜上出現(xiàn)了明顯的DNA ladder。因此，廣豐千金薯馴化移栽苗能適應(yīng)一定程度的干旱脅迫，但隨著干旱脅迫的加劇，會(huì)影響其生長(zhǎng)發(fā)育、光合作用和內(nèi)源激素的調(diào)控機(jī)制，導(dǎo)致細(xì)胞程序性死亡。

廣豐千金薯；馴化移栽苗；干旱脅迫；光合生理響應(yīng)

廣豐千金薯（Dioscorea opposite Thunb.cv. Guangfeng Qianjin）為薯蕷科薯蕷屬多年生草本植物，是江西省上饒市廣豐區(qū)傳統(tǒng)名優(yōu)地方山藥品種［1］。廣豐千金薯的薯塊（塊莖）藥食兼優(yōu)，肉質(zhì)綿密粉嫩，軟糯爽口，具有健脾養(yǎng)胃、滋腎益精、預(yù)防心血管病、增強(qiáng)免疫力、延緩衰老等功效［2］，被譽(yù)為“廣豐人參”。但廣豐千金薯塊莖繁殖用種量大，生產(chǎn)成本高，還易受季節(jié)限制，而且長(zhǎng)期利用塊莖繁殖易造成病毒積累，種性退化，產(chǎn)量和品質(zhì)下降。利用組織培養(yǎng)技術(shù)可以獲得基因型較為一致的優(yōu)良種苗，有利于品種的更新復(fù)壯［3］，是解決廣豐千金薯產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)的有效途徑，但廣豐千金薯馴化移栽苗對(duì)水分的要求十分嚴(yán)格，水分不足、濕度不夠易出現(xiàn)枯苗，對(duì)產(chǎn)量影響極大［1］。因此，干旱是廣豐千金薯生產(chǎn)的主要非生物限制因素，試管苗的馴化移栽期干旱更是影響廣豐千金薯品質(zhì)和產(chǎn)量的重要因素。

近年來(lái)，有關(guān)廣豐千金薯的研究主要集中在組培育苗［2］和高產(chǎn)栽培［1］等方面，而廣豐千金薯試管苗干旱脅迫下的研究報(bào)道較少。干旱脅迫對(duì)植株的影響與葉片光合作用密切相關(guān)，光合特性是評(píng)價(jià)作物品種資源的重要參數(shù)。葉綠素?zé)晒?、光合碳同化作用、能量轉(zhuǎn)換和熱耗散均源于同一激發(fā)態(tài)，熒光監(jiān)測(cè)技術(shù)可以探測(cè)光合機(jī)構(gòu)的變化和光合作用受環(huán)境等的影響［4-5］。內(nèi)源激素是植物體生命活動(dòng)的調(diào)節(jié)者，在植物遭受逆境脅迫時(shí)，激素作為調(diào)控作物生長(zhǎng)發(fā)育的物質(zhì)，在干旱條件下起著重要的調(diào)節(jié)作用［6］。因此，研究干旱脅迫對(duì)廣豐千金薯馴化移栽苗光合特性、葉綠素?zé)晒鈪?shù)及內(nèi)源激素含量的影響具有重要的理論價(jià)值和實(shí)踐意義。目前，植物耐旱性的評(píng)價(jià)方法主要有模擬滲透脅迫和土壤干旱，但土壤干旱研究中受土壤復(fù)雜組分等客觀因素所限，常采用滲透調(diào)節(jié)劑模擬干旱［7］。PEG-6000能夠很好地模擬自然干旱，是一種較為理想也最常用的滲透調(diào)節(jié)劑［8-9］。本研究以廣豐千金薯馴化移栽苗為材料，用PEG-6000模擬干旱脅迫條件，探討干旱脅迫對(duì)廣豐千金薯馴化移栽苗光合特性、葉綠素?zé)晒鈪?shù)及內(nèi)源激素含量的影響，闡明光合特性與內(nèi)源激素含量變化間的關(guān)系，為廣豐千金薯馴化移栽苗的大田種植提供理論依據(jù)和實(shí)踐參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

廣豐千金薯塊莖由上饒市廣豐區(qū)科技局潘翔鶴先生提供，材料來(lái)源于上饒市廣豐區(qū)少陽(yáng)鄉(xiāng)少陽(yáng)村。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 無(wú)菌體系的建立和移栽馴化苗的獲得

2015年4月將廣豐千金薯薯塊切成長(zhǎng)5～6 cm的小段塊莖，切口涂上草木灰，暴曬3～4 d，待切口變干后種植于裝有沙土（體積比1∶1）的大型花缽中。待新的植株長(zhǎng)出后，選取帶芽的稍木質(zhì)化莖段，經(jīng)70%乙醇消毒1 min、無(wú)菌水沖洗3次、0.1%氯化汞消毒12 min、無(wú)菌水沖洗3次，然后接種到MS+1mg·L-1KT+0.2 mg·L-1NAA固體培養(yǎng)基上，置于光周期14 h/10 h（L/D）、（25±2）℃，光強(qiáng)1 500～2 000 lx條件下培養(yǎng)。待到新芽長(zhǎng)至2～3 cm，將其切下接種于MS+ 2mg·L-1KT+0.5 mg·L-1NAA液體培養(yǎng)基，繼續(xù)置于光周期14 h/10 h（L/D）、（25±2）℃，光強(qiáng)1 500～2 000 lx條件下培養(yǎng)。培養(yǎng)90 d左右便可形成完整植株。移栽時(shí)將封口膜打開(kāi)，仍置于光周期14 h/10 h（L/D）、（25±2）℃，光強(qiáng)1 500～2 000 lx條件下培養(yǎng)2～3 d，取出完整植株洗凈培養(yǎng)基后放入盛有淺層MS基本培養(yǎng)液的容器中進(jìn)行室內(nèi)移栽馴化。待到新生葉長(zhǎng)出并長(zhǎng)至一定大?。ㄈ~長(zhǎng)5.5～6.0 cm，葉寬3.0～3.5 cm）時(shí)，取出用于后續(xù)試驗(yàn)。

1.2.2 干旱脅迫處理

將廣豐千金薯移栽馴化苗移入Hoagland營(yíng)養(yǎng)液平衡培養(yǎng)3 d后，將其放于添加了不同濃度PEG-6000的1/2 Hoagland營(yíng)養(yǎng)液（所有元素用量減半）中。PEG-6000濃度依據(jù)參考文獻(xiàn)［9］設(shè)置為5個(gè)處理：0（CK）、50、100、150和200 g· L-1，根據(jù)Michel等［10］有關(guān)PEG-6000溶液濃度與其滲透勢(shì)的關(guān)系計(jì)算可以得出與之對(duì)應(yīng)的溶液水勢(shì)，分別為0、-0.054、-0.177、-0.393和-0.735 MPa［11］。干旱脅迫所有處理均置于光照培養(yǎng)箱中培養(yǎng)，培養(yǎng)條件為：光照時(shí)間14 h· d-1，光照強(qiáng)度2 000 lx，溫度（25±1）℃，濕度70%～80%。在干旱脅迫后10 d測(cè)定葉片相對(duì)含水量、單株生物量、根冠比、葉綠素質(zhì)量分?jǐn)?shù)、氣孔密度、氣孔開(kāi)度、光合特性、葉綠素?zé)晒鈪?shù)和內(nèi)源激素含量。

1.2.3 單株生物量和根冠比的測(cè)定

干旱脅迫后，每處理取8株幼苗，去離子水洗凈Hoagland營(yíng)養(yǎng)液，用濾紙吸去多余水分，然后分別取地上部和根系，105℃殺青10 min，75℃烘干至恒質(zhì)量，稱取其干質(zhì)量［12］。最后計(jì)算5個(gè)PEG-6000處理下的單株生物量和根冠比。單株總生物量是每株地上部干質(zhì)量和根系干質(zhì)量的總和，根冠比是每株根系干質(zhì)量與地上部干質(zhì)量的比值。試驗(yàn)重復(fù)3次。

1.2.4 葉片相對(duì)含水量的測(cè)定

剪下葉片后立刻稱鮮質(zhì)量，然后將其放在室內(nèi)暗處的盛水容器中，4 h后取出葉片，濾紙片吸干水分后稱飽和重。然后將葉片在105℃殺青10 min，75℃烘干至恒質(zhì)量，稱干質(zhì)量［13］。最后計(jì)算葉片相對(duì)含水量，葉片相對(duì)含水量（%）=（鮮質(zhì)量-干質(zhì)量）/（飽和重-干質(zhì)量）×100。試驗(yàn)重復(fù)3次。

1.2.5 光合參數(shù)的測(cè)定

葉綠素質(zhì)量分?jǐn)?shù)測(cè)定。用英國(guó)Hanstech公司生產(chǎn)的CL-01葉綠素儀測(cè)定完全展開(kāi)且大小相同的新生葉（葉長(zhǎng)約6.0 cm，葉寬約3.5 cm）的葉綠素質(zhì)量分?jǐn)?shù)（μg·g-1）。試驗(yàn)重復(fù)3次。

氣孔密度和氣孔開(kāi)度測(cè)定。采取透明膠帶粘取法［14］，并參照王春艷等［15］的方法計(jì)算每個(gè)干旱脅迫處理的氣孔密度，測(cè)量每個(gè)干旱脅迫處理中每氣孔開(kāi)放口的長(zhǎng)度和寬度。氣孔長(zhǎng)度為平行于氣孔器的最長(zhǎng)值，氣孔寬度為垂直于氣孔器的最寬值。氣孔開(kāi)度=πab，其中a表示1/2氣孔開(kāi)度的長(zhǎng)度，b表示 1/2氣孔開(kāi)度的寬度［16-17］。試驗(yàn)重復(fù)3次。

光合特性測(cè)定。用LI-6400XT便攜式光合儀（LI-COR，USA）于9：00—11：00測(cè)定完全展開(kāi)且大小相同的新生葉（葉長(zhǎng)約6.0 cm，葉寬約3.5 cm）的凈光合速率（P n）、氣孔導(dǎo)度（G s）、細(xì)胞間CO2濃度（C i）、蒸騰速率（T r）等參數(shù)，并計(jì)算氣孔限制值（L s）、水分利用效率（WUE）和瞬時(shí)羧化速率（CUE），其公式分別為L(zhǎng) s=1-C i/C a，WUE=P n/T r，CUE=P n/C i。測(cè)定時(shí)使用 LI-6400-02B LED紅藍(lán)光源，設(shè)置光合飽和光強(qiáng)為1 000μmol·m-1·s-1，CO2注入系統(tǒng)設(shè)定值C a為400μmol·mol-1，氣體流量為500μmol·s-1，室內(nèi)溫度為22.5℃。測(cè)定5株，每株測(cè)3個(gè)葉片。

葉綠素?zé)晒鈪?shù)測(cè)定。在同一葉片上用上述LI-6400XT便攜式光合儀的熒光葉室測(cè)定葉綠素?zé)晒鈩?dòng)力學(xué)參數(shù)。參照Genty等［18］方法，在葉片充分暗適應(yīng)16 h后，打開(kāi)弱測(cè)量光測(cè)定初始熒光（F o），再用飽和的脈沖閃光（6 000μmol· m-1·s-1，脈沖時(shí)間0.8 s）測(cè)定暗適應(yīng)下最大熒光（F m）；然后打開(kāi)光化學(xué)活性光（PPFD=1 000 μmol·m-1·s-1）照射葉片30 min以上，測(cè)量光適應(yīng)下穩(wěn)態(tài)熒光（F s）；再打開(kāi)一個(gè)飽和脈沖閃光（6 000μmol·m-1·s-1，脈沖時(shí)間0.8 s）測(cè)定光適應(yīng)后的最大熒光（F m′）；最后，關(guān)閉光化學(xué)活性光，施加遠(yuǎn)紅光照射3 s以測(cè)量光適應(yīng)下的最小熒光（F o′）。計(jì)算暗適應(yīng)下PSⅡ最大光化學(xué)效率F v/F m-（F m-F o）/F m，PSⅡ潛在光化學(xué)效率F v/F o=（F m-F o）/F o，光適應(yīng)下PSⅡ?qū)嶋H光化學(xué)效率ΦPSⅡ=（F m′-F s）/F m′，光適應(yīng)下PSⅡ最大光化學(xué)效率F v′/F m′=（F m′-F o′）/ F m′，光化學(xué)熒光猝滅系數(shù) qP=（F m′-F s）/（F m′-F o′），非光化學(xué)猝滅系數(shù)NPQ=F m/F m′-1。測(cè)定5株，每株測(cè)3個(gè)葉片。

1.2.6 內(nèi)源激素含量的測(cè)定

內(nèi)源激素提取參照龍?chǎng)┖绲龋?9］的方法獲得各樣品葉片的激素提取液，然后用酶聯(lián)免疫吸附法（ELISA）測(cè)定內(nèi)源激素吲哚乙酸（IAA）、玉米素核苷（ZR）、赤霉素（GA3）和脫落酸（ABA）的含量。所用試劑盒購(gòu)于中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)化控中心。試驗(yàn)重復(fù)3次。

1.2.7 DNA含量的測(cè)定

葉片DNA含量的測(cè)定采用細(xì)胞流式儀FCM（flow cytometry）分析［20］。

1.2.8 葉片的DNA ladder分析

葉片總DNA采用CTAB法進(jìn)行提取，將純化后的DNA用1.5%的瓊脂糖凝膠進(jìn)行電泳，在凝膠成像分析系統(tǒng)中觀察和拍照。

1.3 數(shù)據(jù)處理

所有數(shù)據(jù)均表示為平均值±標(biāo)準(zhǔn)差，各組試驗(yàn)數(shù)據(jù)用SPSS 19.0軟件進(jìn)行One-Way ANOVA分析，再進(jìn)行 LSD法檢驗(yàn)，P＜0.05為顯著性水平。

2 結(jié)果與分析

2.1 PEG干旱脅迫對(duì)廣豐千金薯移栽馴化苗每株生物量和根冠比的影響

由圖1可知，適當(dāng)?shù)母珊得{迫（50和100 g· L-1）PEG-6000可顯著促進(jìn)廣豐千金薯移栽馴化苗的地上部生物量、根系生物量、總生物量和根冠比，而較高濃度（150 g·L-1）的PEG-6000處理則顯著減少移栽馴化苗的地上部生物量、根系生物量、總生物量和根冠比。當(dāng)PEG-6000濃度達(dá)到200 g·L-1時(shí)，廣豐千金薯移栽馴化苗的地上部生物量、根系生物量、總生物量繼續(xù)顯著下降，而根冠比與150 g·L-1PEG-6000處理組相比，無(wú)顯著差異。

圖1 PEG干旱脅迫對(duì)廣豐千金薯移栽馴化苗每株生物量和根冠比的影響Fig.1 Effect of PEG drought stress on biomass and root shoot ratio per plant of Dioscorea opposite Thunb.cv. Guangfeng Qianjin acclimated and transplanted seedlings

2.2 PEG干旱脅迫對(duì)廣豐千金薯移栽馴化苗葉片相對(duì)含水量和葉綠素含量的影響

圖2 PEG干旱脅迫對(duì)廣豐千金薯移栽馴化苗葉片相對(duì)含水量和葉綠素含量的影響Fig.2 Effect of PEG drought stress on leaf relative water content and chlorophyll content of Dioscorea opposite Thunb.cv.Guangfeng Qianjin acclimated and transplanted seedlings

由圖2可知，PEG干旱脅迫會(huì)造成廣豐千金薯移栽馴化苗葉片相對(duì)含水量的顯著下降。當(dāng)PEG-6000濃度為50和100 g·L-1時(shí)，葉片相對(duì)含水量與對(duì)照組相比無(wú)顯著差異，而且這2個(gè)處理之間也無(wú)顯著差異；當(dāng)PEG-6000濃度達(dá)到150和200 g·L-1，其葉片相對(duì)含水量與對(duì)照組、50和100 g·L-1處理組相比顯著下降，而且這2個(gè)處理之間也有顯著差異。干旱脅迫也會(huì)導(dǎo)致廣豐千金薯移栽馴化苗葉綠素含量發(fā)生變化，與對(duì)照組相比，PEG-6000濃度為50和100 g·L-1，葉綠素含量顯著增加，但兩者之間無(wú)顯著差異；當(dāng)PEG-6000濃度達(dá)到150和200 g·L-1，其葉綠素含量與對(duì)照組、50和100 g·L-1PEG-6000處理組相比顯著下降，兩者之間也有顯著差異。

2.3 PEG干旱脅迫對(duì)廣豐千金薯移栽馴化苗氣孔開(kāi)度和氣孔密度的影響

由圖3和圖4可知，干旱脅迫會(huì)在一定程度上影響廣豐千金薯移栽馴化苗氣孔開(kāi)度和氣孔密度的變化。PEG-6000濃度為50和100 g·L-1，葉片氣孔開(kāi)度與對(duì)照組相比無(wú)顯著變化，氣孔密度與對(duì)照組相比顯著增加，但2處理之間無(wú)顯著差異；PEG-6000濃度達(dá)到150和200 g·L-1，葉片氣孔開(kāi)度與對(duì)照組、50和100 g·L-1PEG-6000處理組相比顯著下降，兩者之間也有顯著差異，氣孔密度與對(duì)照組、50和100 g·L-1PEG-6000處理組相比顯著增加，但兩者之間無(wú)顯著差異。

圖3 PEG干旱脅迫下廣豐千金薯移栽馴化苗氣孔的觀察Fig.3 Stomatal observation of Dioscorea opposite Thunb.cv.Guangfeng Qianjin acclimated and transplanted seedlings under PEG drought stress

圖4 PEG干旱脅迫對(duì)廣豐千金薯移栽馴化苗氣孔開(kāi)度和氣孔密度的影響Fig.4 Effect of PEG drought stress on stomatal aperture and stomatal density of Dioscorea opposite Thunb.cv.Guangfeng Qianjin acclimated and transplanted seedlings

2.4 PEG干旱脅迫對(duì)廣豐千金薯移栽馴化苗光合特性的影響

從圖5可知，PEG-6000干旱脅迫顯著影響廣豐千金薯移栽馴化苗的光合特性。PEG-6000濃度為50和100 g·L-1，移栽馴化苗的P n、G s、L s、WUE和CUE與對(duì)照組相比顯著增加，C i與對(duì)照組相比顯著下降，T r與對(duì)照相比無(wú)顯著差異，但50和100 g·L-1PEG-6000處理之間的P n、G s、C i、T r、L s、WUE和CUE無(wú)顯著差異。PEG-6000濃度為150和200 g·L-1，移栽馴化苗的P n、G s、L s、T r、WUE和CUE與對(duì)照組相比顯著下降，C i與對(duì)照組相比顯著增加，但150和200 g·L-1PEG-6000處理之間的P n、G s、T r、WUE和CUE也有顯著差異。

圖5 PEG干旱脅迫對(duì)廣豐千金薯移栽馴化苗光合特性的影響Fig.5 Effect of PEG drought stress on photosynthetic characteristics of Dioscorea opposite Thunb.cv.Guangfeng Qianjin acclimated and transplanted seedlings

2.5 PEG干旱脅迫對(duì)廣豐千金薯移栽馴化苗葉綠素?zé)晒鈪?shù)的影響

從圖6可知，PEG-6000濃度為50 g·L-1時(shí)，移栽馴化苗的F o、F v/F m、ΦPSⅡ、qP和NPQ與對(duì)照組相比無(wú)顯著變化，而F m、F v/F o和F v′/F m′與對(duì)照組相比顯著提高。

PEG-6000濃度為100 g·L-1，移栽馴化苗的F o、F v/F m、NPQ和 ΦPSⅡ與對(duì)照組、50 g·L-1PEG-6000處理組相比無(wú)顯著變化，F(xiàn) m和F v′/ F m′與對(duì)照組相比顯著提高，與50 g·L-1PEG-6000處理組相比無(wú)顯著變化；F v/F o、qP與對(duì)照組和50 g·L-1PEG-6000處理組相比均顯著提高。

圖6 PEG干旱脅迫對(duì)廣豐千金薯移栽馴化苗葉綠素?zé)晒鈪?shù)的影響Fig.6 Effect of PEG drought stress on chlorophyll fluorescence parameters of Dioscorea opposite Thunb.cv.Guangfeng Qianjin acclimated and transplanted seedlings

PEG-6000濃度為150和200 g·L-1，移栽馴化苗的 F o、F m、F v/F o、ΦPSⅡ、F v′/F m′、qP與對(duì)照組、50和100 g/L PEG-6000處理組相比均顯著下降，且150和200 g·L-1PEG-6000處理組的F o、F m、F v/F o、ΦPSⅡ、F v′/F m′和qP也有顯著差異；F v/F m與對(duì)照組、50和100 g·L-1PEG-6000處理組相比顯著下降，但150和200 g·L-1PEG-6000處理組的F v/F m無(wú)顯著變化；NPQ與對(duì)照組、50和100 g·L-1PEG-6000處理組相比均顯著增加。

2.6 PEG干旱脅迫對(duì)廣豐千金薯移栽馴化苗葉片內(nèi)源激素含量的影響

從圖7可知，干旱脅迫下廣豐千金薯移栽馴化苗葉片的內(nèi)源激素含量會(huì)發(fā)生顯著變化。隨著PEG-6000濃度的增加，IAA含量先增后減，當(dāng)PEG-6000濃度為50 g·L-1時(shí)，IAA含量最大；PEG-6000濃度超過(guò)50 g·L-1，IAA含量顯著下降。PEG-6000濃度為0～100 g·L-1，ZR含量無(wú)顯著變化；當(dāng)PEG-6000濃度超過(guò)100 g·L-1，ZR含量顯著下降。隨著PEG-6000濃度增加，GA3含量也顯著增加后下降，當(dāng)PEG-6000濃度為50和100 g·L-1，GA3含量均可達(dá)到最高值，且兩者之間無(wú)顯著性差異；當(dāng)PEG-6000濃度超過(guò)100 g·L-1，GA3含量則顯著下降。隨著PEG-6000濃度增加，ABA含量持續(xù)增加，各處理之間差異顯著。

圖7 PEG干旱脅迫對(duì)廣豐千金薯移栽馴化苗葉片內(nèi)源激素含量的影響Fig.7 Effect of PEG drought stress on the contents of leaf endogenous hormones of Dioscorea opposite Thunb.cv.Guangfeng Qianjin acclimated and transplanted seedlings

從表1可知，廣豐千金薯移栽馴化苗葉片ZR/ABA隨著 PEG-6000濃度的增加而顯著下降，其中，50 g·L-1PEG-6000處理組與對(duì)照組相比無(wú)顯著差異，表明干旱脅迫條件下，這2種內(nèi)源激素的拮抗作用是向著氣孔關(guān)閉的方向進(jìn)行的。ZR/IAA也隨著PEG-6000濃度的增加而下降，各PEG-6000處理組之間無(wú)顯著差異，表明干旱脅迫下，這2種內(nèi)源激素的協(xié)同作用是向著有利于廣豐千金薯移栽馴化苗根系發(fā)展的方向進(jìn)行的。ABA/（IAA+GA3+ZR）則隨PEG-6000濃度的增大而顯著提高，其中，50和100 g·L-1PEG-6000處理組與對(duì)照組相比無(wú)顯著差異，表明在干旱脅迫下，4種激素之間的協(xié)調(diào)是向著抑制生長(zhǎng)的方向進(jìn)行的。

表1 干旱脅迫下廣豐千金薯移栽馴化苗葉片ZR/ABA、ZR/IAA以及ABA/（IAA+GA3+ZR）比值的變化Table 1 The ratio change of ZR/ABA，ZR/IAA and ABA/（IAA+GA3+ZR）in leaves of Dioscorea opposite Thunb. cv.Guangfeng Qianjin acclimated and transplanted seedlings under PEG drought stress

2.7 PEG干旱脅迫對(duì)廣豐千金薯移栽馴化苗DNA含量的影響

利用FCM技術(shù)對(duì)廣豐千金薯移栽馴化苗DNA含量進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果見(jiàn)圖8。在干旱脅迫下，對(duì)照組和各PEG-6000處理組的PI熒光值曲線相似，峰值相同，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)明顯差異。因此，干旱脅迫下廣豐千金薯移栽馴化苗葉片沒(méi)有發(fā)生變異，其倍性是穩(wěn)定的。

圖8 PEG干旱脅迫對(duì)廣豐千金薯移栽馴化苗DNA含量的影響Fig.8 Effect of PEG drought stress on DNA content of Dioscorea opposite Thunb.cv.Guangfeng Qianjin acclimated and transplanted seedlings

2.8 PEG干旱脅迫對(duì)廣豐千金薯移栽馴化苗的DNA ladder觀察分析

從圖9可知，對(duì)照組葉片細(xì)胞的總DNA表現(xiàn)為一條完整的帶。50～150 g·L-1PEG-6000處理時(shí)，葉片細(xì)胞的總DNA也表現(xiàn)為一條完整的帶；PEG-6000濃度達(dá)到200 g·L-1，電泳圖譜上出現(xiàn)了明顯的DNA片段，即DNA梯（DNA ladder），說(shuō)明，200 g·L-1PEG-6000處理下，廣豐千金薯移栽馴化苗葉片發(fā)生了細(xì)胞程序性死亡或細(xì)胞凋亡。

圖9 PEG干旱脅迫下廣豐千金薯移栽馴化苗葉片DNA的瓊脂糖電泳圖Fig.9 DNA band patterns in leaves of Dioscorea opposite Thunb.cv.Guangfeng Qianjin acclimated and transplanted seedlings under PEG drought stress

3 討論

移栽馴化苗移入大田成活率低一直是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中普遍存在的問(wèn)題，可能是移栽馴化苗移入大田時(shí)水分供應(yīng)不足引起干旱脅迫造成的。植物受到干旱脅迫后首先會(huì)發(fā)生生長(zhǎng)狀態(tài)的變化，干旱脅迫下，黃瓜［21］、降香黃檀［22］、吉首蒲兒根［23］、香樟［24］和槭葉草［25］幼苗的生長(zhǎng)受到明顯抑制，植株總干質(zhì)量和葉片相對(duì)含水量顯著減小，根冠比顯著增大。但本試驗(yàn)結(jié)果表明，適當(dāng)?shù)母珊得{迫（50和100 g·L-1PEG-6000）可顯著增加廣豐千金薯移栽馴化苗的生物量和根冠比，但較高濃度（150和200 g·L-1）的PEG-6000處理會(huì)顯著減少?gòu)V豐千金薯移栽馴化苗的生物量和根冠比。

氣孔是控制CO2進(jìn)入葉肉細(xì)胞和水分蒸騰散失的重要門戶，干旱脅迫容易引起氣孔特性變化。干旱脅迫下，黃瓜幼苗葉片的氣孔無(wú)法正常發(fā)育，上下表皮的氣孔密度、氣孔大小和開(kāi)度均顯著減少［21］。但大豆［15］和德國(guó)補(bǔ)血草［26］幼苗葉片在干旱脅迫條件下，氣孔密度會(huì)逐漸增加，氣孔開(kāi)度呈減少的趨勢(shì)。水稻品種秋光和沈農(nóng)265在輕度干旱脅迫時(shí)，兩者葉片氣孔密度差異不大，但干旱脅迫逐漸增強(qiáng)時(shí)，兩者的氣孔密度均會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重紊亂［27］。本研究結(jié)果也表明，用50和100 g·L-1PEG-6000處理時(shí)，廣豐千金薯移栽馴化苗的氣孔開(kāi)度和氣孔密度無(wú)顯著變化；PEG-6000濃度達(dá)到150和200 g·L-1，氣孔開(kāi)度顯著下降，氣孔密度顯著增加。因此，在干旱脅迫下，氣孔特性的變化因植物種類而異。

干旱脅迫是限制作物光合作用的最主要環(huán)境因子之一，而葉綠素含量是決定作物光合作用和物質(zhì)生產(chǎn)的重要因素。植物遭受干旱脅迫時(shí)，葉片葉綠素含量也會(huì)發(fā)生顯著的變化，而且不同植物對(duì)干旱的響應(yīng)也有較大差異。干旱脅迫下，黃瓜［21］、槭葉草［25］和文冠果［28］幼苗的葉綠素和光合色的含量均顯著降低。白木通幼苗在輕度干旱下葉綠素含量無(wú)顯著變化，在中度和重度干旱下葉綠素含量顯著下降［29］。而香樟幼樹(shù)在干旱脅迫下葉片葉綠素含量呈先升后降的趨勢(shì)［24］。本研究結(jié)果與此一致。

光合作用是植物最重要的生理過(guò)程之一，直接影響植物的生長(zhǎng)狀況和最終產(chǎn)量，而干旱脅迫對(duì)植物的光合作用會(huì)產(chǎn)生較大的影響，其中最顯著的是干旱脅迫能降低植物的P n。干旱脅迫下，植物葉片凈光合速率降低的因素包括氣孔限制因素［30］和非氣孔因素［28-31］，前者是指干旱脅迫導(dǎo)致氣孔導(dǎo)度下降，CO2難以進(jìn)入葉片而使光合速率下降，但隨著干旱脅迫強(qiáng)度的增大，光合速率下降有一個(gè)從氣孔限制向葉肉細(xì)胞光合活性限制的轉(zhuǎn)變過(guò)程，即從氣孔因素向非氣孔因素轉(zhuǎn)變，表現(xiàn)為光合機(jī)構(gòu)活性的下降［32］。干旱脅迫下，文冠果［28］、香樟［24］和吉首蒲兒根［23］幼苗的P n、G s和T r顯著下降。輕度干旱對(duì)白木通幼苗的所有光合生理指標(biāo)無(wú)顯著影響，中度干旱使其P n、T r、C i顯著下降，而對(duì)Gs影響不顯著，重度干旱則使其P n、T r、G s顯著下降，而使C i和WUE顯著升高［29］。隨著干旱脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)，黃瓜［21］、寧夏枸杞［33］和槭葉草［25］幼苗葉片P n、G s和T r顯著下降，C i先降后升，WUE和L s先升后降。在本研究中，用50和100 g·L-1PEG-6000處理時(shí)，廣豐千金薯移栽馴化苗T r無(wú)顯著變化，P n、G s、L s、WUE、CUE顯著增加，C i顯著下降；當(dāng)PEG-6000濃度達(dá)到150和200 g·L-1，廣豐千金薯移栽馴化苗P n、G s、L s、T r、WUE、CUE、F o、F m、F v/F o、ΦPSⅡ、F v′/F m′和qP顯著下降，C i顯著增加。結(jié)合前面提到的氣孔和葉綠素含量的測(cè)定結(jié)果，推測(cè)在干旱脅迫下，廣豐千金薯移栽馴化苗葉片凈光合速率降低的因素也包括氣孔限制因素和非氣孔因素，這與上述結(jié)果一致。

葉綠素?zé)晒鈪?shù)能反映PSⅡ?qū)Νh(huán)境條件的反應(yīng)，與氣體交換相比，能更具體地反映PSⅡ的活性。應(yīng)用葉綠素?zé)晒鈩?dòng)力學(xué)方法可以快速、靈敏、無(wú)損傷探測(cè)干旱脅迫對(duì)植物光合作用的影響［34］。在干旱脅迫下，黃瓜幼苗F v′/F m′、ΦPSⅡ和qP均顯著下降，NPQ顯著提高［21］。在中度干旱脅迫下，白木通幼苗葉片的F v/F m、F v/F o和qP顯著下降，ΦPSⅡ和F m無(wú)顯著變化；而在重度干旱脅迫下，白木通幼苗葉片F(xiàn) v/F m、ΦPSⅡ、F v/ F o、F m和qP均顯著下降，F(xiàn) o和NPQ卻顯著提高［29］。在干旱處理下，吉首蒲兒根［23］和文冠果［28］幼苗的F v/F m、F v/F o和qP均顯著降低，而NPQ則顯著增大。本試驗(yàn)結(jié)果也表明，在50～200 g·L-1PEG-6000模擬干旱脅迫下，廣豐千金薯移栽馴化苗的F o、F m、F v/F m、ΦPSⅡ顯著下降，NPQ顯著增加，F(xiàn) v/F o、F v′/F m′和qP則均呈先升后降的趨勢(shì)，表明廣豐千金薯移栽馴化苗在干旱脅迫下，PSⅡ受體側(cè)受到抑制，PSⅡ原初光能轉(zhuǎn)換效率、潛在活性降低，進(jìn)而影響光合電子傳遞的正常進(jìn)行，光化學(xué)效率隨之下降。

植物在適應(yīng)干旱的過(guò)程中，內(nèi)源激素含量會(huì)發(fā)生變化。在干旱脅迫下，隨著干旱脅迫強(qiáng)度的增加，降香黃檀幼苗ABA呈現(xiàn)出遞增趨勢(shì)，IAA和ZR含量隨著干旱脅迫強(qiáng)度增加而降低，GA含量卻呈現(xiàn)出先增后減的趨勢(shì)［22］。在干旱脅迫下，隴東、BL-02-329 2種紫花苜蓿［35］以及膠質(zhì)苜蓿［36］葉片的ABA、IAA含量均有不同程度的上升，而GA3和ZR的含量卻呈下降趨勢(shì)。而嫩江云杉和紅皮云杉在干旱脅迫下，其根、莖、葉中的ABA含量均有上升的趨勢(shì)；而紅皮云杉IAA含量在輕度甚至中度干旱時(shí)顯著上升，在嚴(yán)重干旱時(shí)顯著下降；嫩江云杉IAA含量基本呈下降趨勢(shì)；干旱對(duì)嫩江云杉和紅皮云杉GA含量的影響不顯著，但可導(dǎo)致2種云杉中的 ZR含量顯著下降［37］。在干旱脅迫下，油茶組培苗和實(shí)生苗ABA含量升高，ZR、GA3含量下降，IAA含量則是先升后降［38］。本試驗(yàn)也表明，當(dāng)PEG-6000濃度為50和100 g·L-1時(shí)，其ZR含量無(wú)顯著變化，GA3和ABA顯著增加。當(dāng)PEG-6000濃度達(dá)到150和200 g·L-1，其GA3、ZR和IAA含量顯著下降，ABA含量顯著增加。

IAA、GA3和ZR都是促進(jìn)植物生長(zhǎng)發(fā)育（如細(xì)胞分裂、伸長(zhǎng)等）的植物激素，ABA是抑制植物生長(zhǎng)的激素。Griffin等［39］研究認(rèn)為干旱脅迫造成根中ABA含量以及IAA/ABA和ZR/ABA的比率發(fā)生顯著變化，在植物抗旱過(guò)程中發(fā)揮著重要作用。2種紫花苜蓿［3］、3種膠質(zhì)苜蓿［36］和降香黃檀［22］幼苗隨干旱脅迫強(qiáng)度的增加，其 ZR/ ABA和ZR/IAA呈下降趨勢(shì)。本試驗(yàn)結(jié)果與此一致。在干旱脅迫下，廣豐千金薯移栽馴化苗葉片ZR/ABA和ZR/IAA隨著PEG-6000濃度的增加而顯著下降。但油茶組培苗與實(shí)生苗在干旱脅迫下，ZR/ABA呈降低趨勢(shì)，而ZR/IAA先降后升［38］。在干旱脅迫下，隴東苜蓿［35］的 ABA/（IAA+GA3+ZR）在輕度干旱脅迫下變化不大，在中度干旱脅迫下顯著降低，在重度干旱脅迫下顯著增加；而B(niǎo)L-02-329苜蓿［36］以及油茶組培苗與實(shí)生苗［38］在輕度、中度和重度干旱脅迫時(shí)，ABA/（IAA+GA3+ZR）均顯著升高，本試驗(yàn)結(jié)果與此相一致。在干旱脅迫下，廣豐千金薯移栽馴化苗葉片ABA/（IAA+GA3+ZR）隨PEG-6000濃度的增大而顯著提高。而2個(gè)膠質(zhì)苜蓿品種XY 06P-2533和ZXY 06P-2658的ABA/（IAA+ GA3+ZR）隨著干旱脅迫強(qiáng)度的增大也呈增加趨勢(shì)，而膠質(zhì)苜蓿另外一個(gè)品種ZXY 06P-2636在中度干旱脅迫下，ABA/（IAA+GA3+ZR）顯著降低，在重度干旱脅迫下，則顯著增加［36］。這些結(jié)果均表明，受試植株可能在干旱脅迫下，建立了新的激素平衡。

細(xì)胞程序性死亡（programmed cell death，PCD）作為一種普遍的生命現(xiàn)象，不僅在植物正常生長(zhǎng)發(fā)育中發(fā)揮重要作用，而且是抵御不良環(huán)境（如病原體、高鹽、水分虧缺等）的重要手段［40-41］。譚冬梅等［42］和曹慧等［43］用20%PEG-6000分別對(duì)蘋(píng)果屬植物平邑甜茶、新疆野蘋(píng)果和八棱海棠幼苗進(jìn)行水分脅迫處理，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，干旱處理后，蘋(píng)果屬植物葉片中都有DNA Ladder產(chǎn)生，說(shuō)明干旱脅迫可以誘導(dǎo)蘋(píng)果屬植物發(fā)生細(xì)胞程序性死亡。林久生等［44］也用 20%PEG-6000對(duì)小麥根系進(jìn)行滲透脅迫，在DNA瓊脂糖凝膠電泳圖譜上也觀察到明顯的DNA Ladder條帶，表明PEG-6000所造成的滲透脅迫也能有效地誘導(dǎo)小麥葉片細(xì)胞發(fā)生程序性死亡。本試驗(yàn)結(jié)果與上述結(jié)果相一致。在干旱脅迫下，廣豐千金薯移栽馴化苗葉片倍性穩(wěn)定，但當(dāng)PEG-6000濃度達(dá)到200 g·L-1，電泳圖譜上出現(xiàn)了明顯的DNA ladder，表明其發(fā)生了細(xì)胞程序性死亡。

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（責(zé)任編輯 侯春曉）

Photosynthetic physiological responses of Dioscorea opposite Thunb.cv.Guangfeng Qianjin acclimated and transplanted plantlets under PEG drought stress

KEWei-zhong，WANG Li，YANG Xing-peng，XU Yu-qin，WU Dan，JAING Xia，XIA Jin-hua，YIN Ming-hua，HONG Sen-rong?
（College of Life Sciences，Shangrao Normal University，Shangrao 334001，China）

In order to explore the drought-resistant physiological mechanism of Dioscorea opposite Thunb.cv.Guangfeng Qianjin acclimated and transplanted plant lets，its photosynthetic physiological responses under drought stress were tested in this paper.The results showed that 50 and 100 g·L-1PEG-6000 could significantly promote the biomass and root-shoot ratio of D.opposite Thunb.cv.Guangfeng Qianjin acclimated and transplanted plant lets，while 150 and 200 g·L-1PEG-6000 could significantly reduced the biomass and root-shoot ratio.When PEG-6000 concentration was 50 and 100 g·L-1，the leaf relative water content，stomatal aperture，T r，F(xiàn) o，F(xiàn) v/F m，ΦPSⅡ，NPQ andZR had no significant changes，the chlorophyll content，stomatal density，P n，G s，L s，WUE，CUE，F(xiàn) m，F(xiàn) v/F o，F(xiàn) v′/F m′，IAA，GA3and ABA increased significantly，C i decreased significantly.When PEG-6000 concentration reached 150 and 200 g·L-1，the leaf relative water content，chlorophyll content，stomatal aperture，P n，G s，C i，T r，WUE，CUE，F(xiàn) o，F(xiàn) m，F(xiàn) v/F o，ΦPSⅡ，F(xiàn) v′/F m′，F(xiàn) v/F m，qP，GA3，ZR and IAA decreased significantly，stomatal density，L s，NPQ and ABA increased significantly.Under drought stress，ZR/ABA ratio and ZR/IAA ratio of D.opposite Thunb.cv.Guangfeng Qianjin acclimated and transplanted plantlets decreased significantly with the increase of PEG-6000 concentration，while the ABA/（IAA+GA3+ZR）increased significantly with the increase of PEG-6000 concentration.The FCM test results of DNA content showed that the ploidy of D.opposite Thunb.cv. Guangfeng Qianjin acclimated and transplanted plantlets under PEG drought stress was stable，but when PEG-6000 concentration reached 200 g·L-1，there were clear DNA ladders in the electrophoretic pattern.The results showed that D.opposite Thunb.cv.Guangfeng Qianjin acclimated and transplanted plantlets could adapt to a certain degree of drought stress，but with the aggravation of drought stress，its growth and development，photosynthesis and endogenous hormone regulation mechanism would be affected，which would lead to programmed cell death.

Dioscorea opposite Thunb.cv.Guangfeng Qianjin；acclimated and transplanted plantlets；drought stress；photosynthetic physiological responses

S632.1

A

1004-1524（2016）09-1462-14

10.3969/j.issn.1004-1524.2016.09.03

2015-12-28

江西省教育廳2014年度科學(xué)技術(shù)研究一般項(xiàng)目（GJJ14712）；2015年江西省高等學(xué)校大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目（201510416007）

柯維忠（1976—），男，江西上饒人，實(shí)驗(yàn)師，主要從事植物生理學(xué)研究。E-mail：keweizhong1976@163.com

?通信作者，洪森榮，E-mail：hongsenrong@163.com

浙江農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)Acta Agriculturae Zhejiangensis，2016，28（9）：1462-1475 http://www.zjnyxb.cn柯維忠，王麗，楊星鵬，等.廣豐千金薯馴化移栽苗對(duì)PEG干旱脅迫的光合生理響應(yīng)［J］.浙江農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2016，28（9）：1462-1475.