滲透脅迫對菜用大黃組培苗生長及生理特性的影響

姜立娜+邵珠田+牛延斌+白雪蓮+田蕾

摘要：以菜用大黃（Rheum rhaponticum L.）組培苗為材料，比較不同濃度的聚乙二醇PEG6000（分別為0、10、30、50、70 g/L）對其生長和生理特性的影響，主要測定了生長勢、形態(tài)指標（苗高、鮮重）、生理指標（可溶性蛋白、脯氨酸、丙二醛含量及過氧化氫酶、過氧化物酶活性）的變化。結(jié)果表明，隨著聚乙二醇濃度增加和培養(yǎng)時間的延長，菜用大黃組培苗出現(xiàn)萎蔫、玻璃化等現(xiàn)象；苗高和鮮重逐漸降低；可溶性蛋白含量先升后降，脯氨酸含量急速增長后緩慢下降，丙二醛含量、過氧化物酶和過氧化氫酶活性不斷上升。說明菜用大黃對適度的聚乙二醇滲透脅迫有一定的抗性，但高濃度聚乙二醇脅迫會對其造成嚴重傷害。

關(guān)鍵詞：菜用大黃（Rheum rhaponticum L.）；滲透脅迫；聚乙二醇；組培苗；生長；生理特性

中圖分類號：S644.9+78 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2017）14-2709-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2017.14.028

Abstract： The effects of different concentration of PEG-6000（0， 10， 30， 50， 70 g/L， respectively） on the growth and physiological and biochemical characteristics of culinary rhubarb（Rheum rhaponticum L.） tissue culture seedling were studied. The changes of morphological index， plant height， fresh weight， soluble protein， proline， MDA content and the activity of catalase（CAT） and peroxidase（POD） were determined. The results showed that with the increase of PEG concentration and prolonging of incubation time， the phenomenon of wilting and vitrification appeared； while seedling height and fresh weight decreased gradually； soluble protein increased first and then decreased； the proline content increased rapidly and decreased slowly afterwards； the content of MDA， activity of POD and CAT increased continuously. It was indicated that culinary rhubarb had some adaptability to moderate osmotic stress； but the PEG osmotic stress with high concentration might lead to severe damage on culinary rhubarb.

Key words： culinary rhubarb（Rheum rhaponticum L.）； osmotic stress； PEG； tissue culture seedling； growth； physiological characteristics

干旱脅迫是影響蔬菜作物的主要自然災(zāi)害之一，也是農(nóng)業(yè)發(fā)展面對的主要生產(chǎn)實際問題之一，是一個世界性的問題[1]。植物遇到干旱脅迫時會發(fā)生細胞水勢降低、活性氧代謝系統(tǒng)紊亂以及細胞質(zhì)膜相對透性增大等脅迫反應(yīng)，進而影響到細胞的滲透調(diào)節(jié)能力，使得植物體內(nèi)的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)（如可溶性糖、可溶性蛋白、脯氨酸等）含量發(fā)生改變，最終影響植物的滲透壓。干旱脅迫嚴重時，會導致植物細胞膨壓喪失、失水等對植物生長不利的效應(yīng)，從而影響植物生長發(fā)育甚至導致其死亡[2，3]。目前有關(guān)滲透脅迫對植物的影響在甜瓜（Cucumis melo L.）、黃瓜（C. sativus L.）、花生（Arachis hypogaea L.）、水稻（Oryza sativa L.）等作物上已有大量研究[3-6]，但在菜用大黃（Rheum rhaponticum L.）上未見報道。菜用大黃為蓼科（Polygonaceae）大黃屬（Rheum L.）多年生草本植物，以葉柄為主要食用部位，營養(yǎng)價值高，有極強的保健功能，被譽為“新興特色蔬菜”，發(fā)展前景十分廣闊[7，8]。為此，試驗采用聚乙二醇（PEG）模擬干旱脅迫，研究菜用大黃組織培養(yǎng)苗在不同干旱程度下的生長情況以及滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量的變化，以期為探討菜用大黃抗旱機制和培育菜用大黃抗旱品種提供一定的依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

菜用大黃品種為R19，由河南科技學院菜用大黃引種課題組提供菜用大黃組培苗。聚乙二醇為PEG6000。

1.2 方法

1.2.1 處理 對菜用大黃組培苗進行擴繁，再轉(zhuǎn)接到繼代培養(yǎng)基中培養(yǎng)。繼代培養(yǎng)基中分別添加10、30、50、70 g/L PEG6000，以不加PEG6000的培養(yǎng)基為對照，繼代培養(yǎng)基中瓊脂的用量在PEG6000濃度為50、70 g/L時分別為7、8 g，其余濃度為6 g。每個處理設(shè)3次重復，每個重復接種30個外植體。培養(yǎng)條件一致，溫度為（22±1） ℃，空氣相對濕度70%～80%，光照度為2 200 lx，光照時間為12 h/d，培養(yǎng)5周后進行生長勢觀察和生長、生理指標測定。

1.2.2 測定方法 組培苗鮮重在去除培養(yǎng)基等雜質(zhì)后直接稱量單株重得到，苗高采用游標卡尺測量，可溶性蛋白含量采用考馬斯亮藍比色法[9]測定，脯氨酸含量采用酸性水合茚三酮顯色法[10]測定，丙二醛含量采用硫代巴比妥酸顯色法[10]測定，過氧化物酶活性采用愈創(chuàng)木酚法[10]測定，過氧化氫酶活性采用紫外分光光度計吸收法[10]測定。

1.3 數(shù)據(jù)處理

試驗所得數(shù)據(jù)應(yīng)用Microsoft Office Excel 2007程序處理，并制表、作圖，采用SPSS 19.0軟件進行統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 PEG模擬干旱脅迫對菜用大黃組培苗生長勢的影響

不同濃度PEG模擬干旱脅迫處理對菜用大黃組培苗生長勢的影響情況見表1。由表1可見，隨著PEG濃度的增加和處理時間的延長，菜用大黃組培苗出現(xiàn)生長緩慢、萎蔫、黃化、褐化、玻璃化等現(xiàn)象。低濃度PEG（≤30 g/L時）處理3周后，組培苗開始出現(xiàn)生長減緩及葉片黃化等現(xiàn)象；50 g/L PEG處理的后期組培苗玻璃化現(xiàn)象明顯，而高濃度PEG（70 g/L）處理的第一周生長就緩慢，處理第三周即出現(xiàn)生長停滯，后期玻璃化嚴重，大部分葉片枯萎。表明較高濃度PEG模擬干旱脅迫對菜用大黃組培苗的生長負面影響非常明顯。

2.2 PEG模擬干旱脅迫對菜用大黃組培苗形態(tài)指標的影響

不同濃度PEG模擬干旱脅迫處理對菜用大黃組培苗形態(tài)指標的影響情況見表2。由表2可見，隨著PEG濃度的增加，菜用大黃組培苗的苗高逐漸下降，且濃度越高下降幅度越大，4個PEG模擬干旱脅迫處理的苗高與對照的差異都極顯著（P<0.01）。鮮重是衡量植物生長的重要客觀形態(tài)指標，鮮重較重表明植物生長良好、根系發(fā)達、吸水能力強、營養(yǎng)水平正常[11]。由表2可知，在較低濃度PEG處理（<30 g/L）后，對照與處理間的鮮重差異不顯著（P>0.05）；但隨著PEG濃度的升高（≥30 g/L），菜用大黃組培苗的鮮重迅速下降，并與對照之間差異極顯著（P<0.01）。

2.3 PEG模擬干旱脅迫對菜用大黃組培苗生理指標的影響

不同濃度PEG模擬干旱脅迫處理對菜用大黃組培苗生理指標的影響情況見圖1、表3。

2.3.1 對菜用大黃組培苗可溶性蛋白含量的影響 由圖1可見，菜用大黃組培苗可溶性蛋白含量隨著PEG濃度的升高呈現(xiàn)先上升后下降的變化，其中在PEG濃度為30 g/L時達到最高值，在PEG濃度為70 g/L時為最低值，并且低于對照。說明在一定濃度的PEG模擬干旱脅迫后，菜用大黃會產(chǎn)生相應(yīng)的適應(yīng)，葉片的可溶性蛋白增加，從而增強了細胞的滲透調(diào)節(jié)能力，以維持代謝平衡；但是隨著PEG濃度的持續(xù)升高，脅迫壓力加大，使代謝平衡被打破，可溶性蛋白含量又迅速下降。

2.3.2 對菜用大黃組培苗脯氨酸含量的影響 從表3可見，隨PEG濃度的增加，脯氨酸含量也增加。當PEG濃度為10 g/L時，脯氨酸含量與對照差異不顯著（P>0.05）；當PEG濃度為30 g/L時，脯氨酸含量達到最高值，與對照差異極顯著（P<0.01）；然后隨著PEG濃度的增加，脯氨酸含量略有下降，但仍高于對照，并且與對照差異顯著（P<0.05）。說明脯氨酸是滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，其含量在逆境時（如滲透脅迫下）增加可以維持植物葉片的水勢，但其含量的增加有一定的限度。

2.3.3 對菜用大黃組培苗丙二醛含量的影響 作為膜脂過氧化的主要產(chǎn)物，丙二醛能夠抑制細胞保護酶活性和降低抗氧化物的含量，加劇膜脂的過氧化作用，所以其含量能夠反映細胞膜脂過氧化的強度[2]。由表3可見，隨著PEG模擬干旱濃度的增加，菜用大黃組培苗的丙二醛含量快速升高，各PEG處理濃度與對照的差異都達極顯著水平（P<0.01）。

2.3.4 對菜用大黃組培苗過氧化氫酶活性的影響 過氧化氫酶是植物體內(nèi)重要的抗氧化酶之一，也是植物體內(nèi)的清潔劑，可以清除體內(nèi)的過氧化氫，對植物起保護作用。由表3可見，隨著PEG模擬干旱脅迫濃度的增加，菜用大黃組培苗的過氧化氫酶活性呈上升趨勢，當PEG濃度為10～30 g/L時，過氧化氫酶活性與對照差異不顯著（P>0.05）；當PEG濃度 ≥50 g/L時，過氧化氫酶活性與對照的差異達到極顯著水平（P<0.01）。

2.3.5 對菜用大黃組培苗過氧化物酶活性的影響 過氧化物酶是植物體內(nèi)重要的保護酶之一，是一種活性氧自由基的清除劑，能夠減輕細胞遭受脅迫引起的傷害。由表3可知，菜用大黃組培苗體內(nèi)過氧化物酶活性隨著PEG模擬干旱脅迫處理濃度的增加而逐步增大，在受到滲透脅迫時植物體內(nèi)的過氧化物酶活性一直穩(wěn)定增長，呈現(xiàn)上升趨勢，并在高濃度（≥50 g/L）處理下，與對照的差異達到了顯著（P<0.05）或極顯著水平（P<0.01）。

3 討論

試驗結(jié)果表明，在不同濃度的PEG模擬干旱脅迫下，菜用大黃組培苗的生長發(fā)育受到了不同程度的影響。隨著PEG濃度的增加和培養(yǎng)時間的延長，組培苗陸續(xù)出現(xiàn)了生長停滯、黃化、萎蔫、玻璃化等現(xiàn)象，表明滲透脅迫影響了組培苗的正常生長，負面效應(yīng)非常明顯。

植物體內(nèi)的可溶性蛋白是一種滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，在植物遭受到逆境脅迫時，可溶性蛋白含量隨之會提高，植物組織的束縛水含量也相應(yīng)提高，使?jié)B透勢降低來維持細胞內(nèi)的新陳代謝，起到保水、增強植物的抗性等作用[1，2]。而在試驗中，隨著模擬干旱脅迫程度的增加，出現(xiàn)了可溶性蛋白含量先升后降的現(xiàn)象，這與前人對佛甲草（Sedum lineare Thunb.）[12]、高山離子芥（Chorispora bungeana Fisch. et Mey.）[13]、油菜（Brassica campestris L.）[14]受干旱脅迫時可溶性蛋白的增長趨勢研究結(jié)果一致。因此，出現(xiàn)先升后降很有可能是由于干旱脅迫下受傷的植物表現(xiàn)出的一種適應(yīng)性反應(yīng)，對植物有一定的保護作用。

作為植物體內(nèi)的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)脯氨酸在干旱脅迫下會累積增加，因此可以根據(jù)植物體內(nèi)脯氨酸的含量來判斷干旱對植物的危害程度[15]。有報道認為，脯氨酸含量的增加能在一定程度上降低細胞原生質(zhì)的滲透勢，增強保水力，降低細胞酸性以及解除氨毒[16]。在本試驗中，隨著PEG模擬干旱濃度的增加，脯氨酸含量開始上升，當PEG濃度達到30 g/L時，脯氨酸含量不再增加，開始出現(xiàn)緩慢下降的趨勢，這與前人在香蕉（Musa nana Lour.）[17]、紫甘薯[Ipomoea batatas（L.）Poir.][18]上的研究情況基本一致。

丙二醛的含量和過氧化物酶、過氧化氫酶活性可作為鑒定植物抗旱性的重要指標[19]。在本試驗中，丙二醛含量和過氧化物酶、過氧化氫酶活性隨模擬干旱程度的加重而呈直線上升，這與聶石輝等[20]對大麥（Hordeum vulgare L.）的研究一致，說明在重度脅迫下，丙二醛積累越多，細胞受損越重，保護能力越弱，但大量的過氧化物酶、過氧化氫酶可以清除活性氧自由基，減輕對植物的傷害，增強其抗旱性。

綜上所述，菜用大黃組培苗在較低濃度（≤30 g/L）PEG模擬干旱脅迫下，具有一定的適應(yīng)性，但隨著脅迫的加重，質(zhì)膜相對透性增加，滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量增加，植株生長受到了限制。表明菜用大黃能夠耐受一定程度的干旱脅迫，但在較強的干旱脅迫下會受到嚴重傷害，這在菜用大黃的栽培管理中具有實際指導意義，也為其引種栽培和品種選育提供了一定的理論依據(jù)。

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