米槁對(duì)水分脅迫的生理響應(yīng)

熊 雪，劉濟(jì)明，文愛(ài)華，柳嘉佳，鄧明明，李 佳

(貴州大學(xué) 林學(xué)院， 貴州 貴陽(yáng) 550025)

米槁(CinnamomummigaoH.W.Li)是一種貴州地道苗藥，其藥用價(jià)值、工業(yè)價(jià)值頗高，近年來(lái)廣受民眾喜愛(ài).但米槁還未有成型人工林系統(tǒng)，目前主要的資源獲取途徑仍為野外采集，加之米槁結(jié)實(shí)有大、小年之分，產(chǎn)量十分不穩(wěn)定，市場(chǎng)上對(duì)米槁的需求常年處于緊繃狀態(tài).米槁主要分布于我國(guó)西南地區(qū)，該區(qū)域干旱面積廣、分布不均勻，植物種類區(qū)化大[13]，所以，研究干旱脅迫對(duì)米槁幼苗生長(zhǎng)及生理生化的影響具有重要的現(xiàn)實(shí)意義.關(guān)于米槁的研究起步較晚，且主要集中在成分、地理區(qū)劃、栽培技術(shù)與病蟲害防治等方面，近兩年才涉及其生存環(huán)境及生理生化方面.筆者采用不同水分控制處理米槁幼苗，對(duì)其葉片相對(duì)含水量、滲透物質(zhì)積累量、質(zhì)膜透性及保護(hù)酶活性進(jìn)行相關(guān)性實(shí)驗(yàn)，初步探索米槁幼苗生長(zhǎng)的最適水分條件，以期為米槁培育過(guò)程中的環(huán)境選擇提供一定的參考.

1 材料與方法

1.1 供試材料

筆者于2015年3月從貴州省羅甸縣逢亭鎮(zhèn)逢亭村米槁育苗基地采集一批長(zhǎng)勢(shì)一致的米槁幼苗(120 d).苗木移栽前，于貴州大學(xué)南校區(qū)苗圃，先用烘干法測(cè)定供試土壤的田間持水量以及土壤含水量，結(jié)果分別為29.8%和12.30%.移栽幼苗時(shí)控制花盆中土壤重量(10.00 kg)，每盆2株.于2015年6月1日，選取長(zhǎng)勢(shì)良好、較為一致的米槁盆栽幼苗移入隔絕降水的透明大棚，作為實(shí)驗(yàn)材料.

1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

根據(jù)預(yù)實(shí)驗(yàn)，在自然光照下設(shè)計(jì)3個(gè)土壤水分梯度：對(duì)照水分(CK)，土壤相對(duì)含水量(80 ± 5)%；中度干旱(MD)，土壤相對(duì)含水量(60 ± 5)%；重度干旱(SD)，土壤相對(duì)含水量(35 ± 5)%.每個(gè)處理6盆，每盆2株，共處理120 d，每隔20 d測(cè)量1次數(shù)據(jù)，每2次作為1個(gè)時(shí)期，共前、中、后3個(gè)時(shí)期，期間不施肥并隨時(shí)拔除雜草.

1.3 測(cè)定指標(biāo)和測(cè)量方法

在實(shí)驗(yàn)的每個(gè)時(shí)期，各處理分別選取3～5片成熟葉片，立即帶回實(shí)驗(yàn)室參照鄒琦[14]所用方法測(cè)定葉片相對(duì)含水量(relative water conten,簡(jiǎn)稱RWC).可溶性蛋白含量采用考馬斯亮藍(lán)G-250染色法測(cè)定[14]，可溶性糖含量采用蒽酮比色法測(cè)定[14]，游離脯氨酸(FAA)含量采用酸性茚三酮顯色法測(cè)定[15].電導(dǎo)率采用電導(dǎo)法，用DDS-11A型電導(dǎo)率儀進(jìn)行測(cè)定[15].丙二醛(MDA)含量采用TBA顯色法進(jìn)行測(cè)定[16].超氧化物歧化酶(SOD)活性用NBT光還原法測(cè)定[14]；過(guò)氧化氫酶(CAT)活性采用H2O2還原法測(cè)定[14]；過(guò)氧化物酶(POD)活性采用愈創(chuàng)木酚氧化法測(cè)定[15].

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用SPSS 19.0及Excel 2007軟件對(duì)所得數(shù)據(jù)進(jìn)行處理與分析.

2 結(jié)果與分析

2.1 干旱脅迫對(duì)米槁幼苗葉片相對(duì)含水量的影響

干旱脅迫對(duì)米槁幼苗葉片RWC的影響結(jié)果列于表1.

表1 干旱脅迫對(duì)米槁幼苗葉片RWC的影響

注:同一列不同字母間表示差異顯著(p<0.05).

表1顯示，自然光照下，隨著土壤含水量的降低，米槁葉片相對(duì)含水量(RWC)呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，并差異顯著，說(shuō)明米槁幼苗對(duì)干旱脅迫的反應(yīng)較為敏感.但同一水分處理持續(xù)過(guò)程中米槁葉片RWC先降低后升高，但差異不明顯，最小值均出現(xiàn)在中期.這可能是該時(shí)期下光照較強(qiáng)，溫度較高，植物蒸騰作用耗水量較大所致.但總體上米槁幼苗RWC均大于80%，植物體并未受到較大傷害，說(shuō)明米槁對(duì)干旱脅迫抵抗力較強(qiáng).

2.2 干旱脅迫對(duì)米槁幼苗葉片滲透物質(zhì)積累量的影響

干旱脅迫對(duì)米槁幼苗葉片滲透物質(zhì)積累量的影響結(jié)果如圖1所示.

圖中數(shù)據(jù)為平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤(n=3).圖1 干旱脅迫對(duì)米槁幼苗葉片滲透物質(zhì)積累量的影響

由圖1可知，隨著干旱脅迫的加劇及干旱時(shí)間的延長(zhǎng)，米槁幼苗可溶性糖含量均逐漸增高.實(shí)驗(yàn)前期，各處理間可溶性糖含量差異不明顯，但隨著脅迫時(shí)間的推移，差異逐漸變大，最大值出現(xiàn)在SD處理下的后期，且比MD、CK處理下同時(shí)期的可溶性糖含量分別高出22.02%和54.77%，而該時(shí)期MD處理下可溶性糖含量比CK處理下的高出26.84%，此時(shí)期各處理組互相之間表現(xiàn)出顯著差異性.而米槁幼苗可溶性蛋白與可溶性糖含量表現(xiàn)趨勢(shì)略有不同，雖整體也呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，但在實(shí)驗(yàn)中期，CK處理下可溶性蛋白達(dá)到最大值，隨后便呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，與MD、SD兩處理下隨著脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)其逐漸升高的趨勢(shì)不一致，且以SD處理下米槁幼苗可溶性蛋白含量增加最快，較實(shí)驗(yàn)前期差異最明顯，并分別與CK、MD處理下同時(shí)期的可溶性蛋白含量差異顯著.此外，米槁幼苗游離脯氨酸(FAA)含量變化同可溶性糖含量變化趨勢(shì)基本一致，皆隨著干旱脅迫的加劇及干旱時(shí)間的延長(zhǎng)逐漸增加，且MD處理下增長(zhǎng)最快，含量逐漸累積，為CK處理下積累量的0.5倍以上，但各處理間差異不明顯.CK、MD、SD處理下同時(shí)期的FAA含量彼此間具有一定差異.綜上所述，干旱脅迫導(dǎo)致米槁幼苗相關(guān)可溶性糖、可溶性蛋白、FAA含量不斷積累，且在各時(shí)期下均表現(xiàn)為：含量SD> 含量MD> 含量CK，說(shuō)明干旱越劇烈，這3類滲透物質(zhì)積累量越大，干旱持續(xù)時(shí)間越長(zhǎng)，相應(yīng)積累量越大.且在CK處理下的各滲透物質(zhì)，積累速度皆為最慢，尤其可溶性蛋白出現(xiàn)先上升后下降趨勢(shì)，說(shuō)明CK處理下水分較為充足，米槁幼苗所受干旱影響較小.

2.3 干旱脅迫對(duì)米槁幼苗葉片細(xì)胞膜穩(wěn)定性的影響

干旱脅迫對(duì)米槁葉片細(xì)胞膜穩(wěn)定性的影響如圖2所示.

圖中數(shù)據(jù)為平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤(n=3).圖2 干旱脅迫對(duì)米槁葉片細(xì)胞膜穩(wěn)定性的影響

由圖2可知，米槁幼苗葉片電導(dǎo)率及MDA含量均隨著土壤含水量的降低及處理時(shí)間的延長(zhǎng)而升高.實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，MD處理下電導(dǎo)率、MDA含量均略大于CK處理，較小于SD處理，且各時(shí)期各處理間差異不明顯.但仍可看出，重度干旱SD處理電導(dǎo)率及MDA含量數(shù)值遠(yuǎn)高于MD處理下，這表明干旱脅迫越嚴(yán)重，細(xì)胞膜所受影響越大，但總體而言干旱對(duì)米槁幼苗葉片細(xì)胞膜透性的影響較小，并未對(duì)其造成嚴(yán)重傷害，同時(shí)也表明米槁幼苗對(duì)土壤含水量的適應(yīng)范圍較廣.

2.4 干旱脅迫對(duì)米槁幼苗葉片抗氧化酶活性影響

干旱脅迫對(duì)米槁幼苗葉片抗氧化酶活性的影響如圖3所示.

圖中數(shù)據(jù)為平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤(n=3).圖3 干旱脅迫對(duì)米槁幼苗葉片抗氧化酶活性的影響

2.5 干旱脅迫下各生理生化指標(biāo)的相關(guān)性分析

干旱脅迫下米槁幼苗葉片RWC與MDA含量及POD、CAT活力變化列于表2.

表2 干旱脅迫下米槁各生理生化指標(biāo)相關(guān)性分析

注:*表示在p=0.05 水平下相關(guān)性達(dá)到顯著；**表示在p=0.01 水平下相關(guān)性達(dá)到顯著.

由表2可知，米槁幼苗葉片RWC與MDA含量及POD、CAT活力體現(xiàn)出極顯著負(fù)相關(guān)，與可溶性糖、可溶性蛋白、FAA含量及SOD活力體現(xiàn)出負(fù)的顯著性相關(guān)，而與電導(dǎo)率則體現(xiàn)出負(fù)相關(guān)性，但不顯著.電導(dǎo)率同SOD活力具有正的顯著性差異，而與MDA、滲透物質(zhì)含量及POD、CAT兩種保護(hù)酶活性正相關(guān)，但不顯著.可溶性糖與MDA含量、CAT活性呈正的極顯著相關(guān)，卻與可溶性蛋白、FAA含量及SOD、POD活性呈不顯著正相關(guān).可溶性蛋白與CAT活性顯著正相關(guān)，而與MDA、FAA含量及SOD、POD活性呈不顯著相關(guān).丙二醛(MDA)含量同F(xiàn)AA含量、SOD、POD活性具有顯著正相關(guān)性，同CAT極顯著正相關(guān).FAA含量與POD活力極顯著正相關(guān)，同SOD、CAT活性顯著正相關(guān).3種保護(hù)酶中，POD活力分別同SOD、CAT活力呈現(xiàn)正的顯著性相關(guān)，SOD活力同CAT活力間具有正相關(guān)性，但不顯著.

綜上分析，干旱脅迫越劇烈，米槁幼苗葉片RWC越小，電導(dǎo)率、MDA、滲透物質(zhì)含量及保護(hù)酶活性越大，機(jī)體抵抗干旱反應(yīng)越強(qiáng)，且電導(dǎo)率變化較小，同各指標(biāo)間的聯(lián)系較差.

3 討 論

經(jīng)過(guò)120 d的水分控制處理，米槁為抵抗干旱脅迫而使體內(nèi)的生理機(jī)制發(fā)生了相應(yīng)變化.隨著干旱脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)，葉片相對(duì)含水量呈先大幅下降后小幅回升趨勢(shì)；隨著干旱脅迫的加劇，米槁幼苗葉片相對(duì)含水量逐漸減小，造成葉片水勢(shì)的改變，迫使植物從土壤中吸取更多的水分，以緩解水分不足對(duì)植株帶來(lái)的負(fù)面影響[17].植物細(xì)胞遭受環(huán)境脅迫時(shí)，RWC變化范圍可以從100%到50%或更低[18].而研究發(fā)現(xiàn)米槁幼苗RWC均在80%以上，說(shuō)明干旱脅迫對(duì)米槁RWC影響不大，也說(shuō)明米槁對(duì)土壤水分條件的適應(yīng)范圍較廣.

干旱的加劇和持久引起膜透性的增加，從而引起米槁幼苗電導(dǎo)率升高.米槁的MDA含量也隨水分的減少而逐漸升高，說(shuō)明干旱條件下細(xì)胞膜已受到活性氧攻擊，細(xì)胞膜脂質(zhì)過(guò)氧化作用增強(qiáng)，但米槁葉片細(xì)胞膜仍在正常工作，說(shuō)明其并未受到實(shí)質(zhì)性傷害.與此同時(shí)，米槁體內(nèi)的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)和抗氧化保護(hù)酶系統(tǒng)會(huì)發(fā)生協(xié)同作用保持細(xì)胞膜進(jìn)行正常代謝活動(dòng).實(shí)驗(yàn)期間，米槁葉片滲透物質(zhì)隨干旱脅迫的加劇逐漸升高，說(shuō)明米槁通過(guò)提高自身的滲透勢(shì)來(lái)維持細(xì)胞穩(wěn)定性.這一發(fā)現(xiàn)與程小毛和羅翠芹[8]對(duì)米槁同屬植物香樟的水分脅迫研究所得的滲透物質(zhì)變化表現(xiàn)出相同的趨勢(shì)，表明在受到干旱脅迫時(shí)，脅迫越嚴(yán)重，滲透物質(zhì)積累量就越高，植物可用其抵抗干旱.安玉艷等[4]研究證明，抗氧化酶升高可以清除體內(nèi)的超氧自由基，降低體內(nèi)活性氧積累，有利于減輕質(zhì)膜的損傷.筆者的實(shí)驗(yàn)中，米槁幼苗葉片抗氧化酶隨著干旱脅迫的加劇和脅迫的持續(xù)，整體呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，也說(shuō)明在干旱脅迫影響下米槁幼苗通過(guò)清除體內(nèi)積累的活性氧減輕了細(xì)胞質(zhì)膜所受的傷害，從而產(chǎn)生抵抗機(jī)制.總體而言，米槁幼苗表現(xiàn)出較強(qiáng)抗旱性，對(duì)水分條件的適應(yīng)范圍較廣.

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