干旱脅迫對垂柳生理特性的影響

石 峰

(山西省林木育種研究中心，山西 太原 030031)

山西省屬于水資源嚴重不足的省份之一，素有“十年九旱”的說法，特別是每年4-7月，降水量嚴重不足，從而引起春旱[1-2]。對于垂柳而言，春季承受干旱脅迫在大部分年份難以避免，因此，探索干旱條件下垂柳生理活性物質(zhì)含量變化情況，從而揭示垂柳的干旱逆境生理適應性，用以判斷其抗旱能力高低具有重要實踐意義。當前關(guān)于干旱對垂柳生長的影響部分學者進行了初步的研究工作，如張寶成[3]研究認為，干旱條件下垂柳病蟲害會嚴重發(fā)生，從而引起垂柳的大面積死亡，從遵義市來看，干旱導致了16.67%的垂柳死亡，而河岸邊的垂柳死亡率達到了25%；劉美珍[4]研究認為，在干旱條件下，垂柳葉片內(nèi)電導率表現(xiàn)出升高的趨勢，而葉片內(nèi)含水量表現(xiàn)出降低的變化，同時，丙二醛和游離脯氨酸含量顯著升高；楊甲定[5]研究認為，在干旱脅迫條件下，垂柳葉片膜透性顯著升高，葉片水勢降低，在高溫低濕條件下表現(xiàn)出嚴重的受害癥狀；彭麗[6]研究認為，在干旱脅迫下，金絲垂柳葉片內(nèi)電導率顯著升高，同時SOD、POD、CAT活性表現(xiàn)出升高的變化，表明干旱會對垂柳葉片生理特性產(chǎn)生顯著影響，但是其研究時間為9月，與北方4-7月存在的春末夏初干旱對垂柳的影響有所差別。從前人的相關(guān)研究來看，關(guān)于干旱對山西省垂柳生理特性的影響鮮見相關(guān)報到。本文以此為契機，詳細研究了持續(xù)干旱對垂柳生理活性物質(zhì)動態(tài)變化情況，為揭示北方垂柳早春耐旱適應性機理提供理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗于2018年5月10日至6月10日在山西省林木育種中心試驗田內(nèi)進行，試驗所選垂柳苗木為1年生苗木，2017年3月份采用扦插方式育苗，待生根后移栽入花盆中，花盆口徑為40 cm，高度35 cm，花盆內(nèi)種植土壤為壤土，每盆栽植1株垂柳苗木。2017年整個生長季節(jié)保持足夠的水分供應，防止出現(xiàn)干旱脅迫。2018年3月初對垂柳苗木進行修剪，剪除多余枝條。試驗所選土壤的田間持水量為52.46%，pH值為7.42。

1.2 試驗設(shè)計

試驗共設(shè)計2個處理，T1為對照，不進行干旱脅迫處理，在試驗期間，每隔6 d澆水一次，保持土壤水分含量在60%左右，使垂柳能夠正常生長；T2為干旱處理，在5月10日澆一次透水后不再澆水，使花盆中水分自然蒸發(fā)，逐步產(chǎn)生干旱脅迫。每處理選擇30盆苗木，放置于塑料大棚內(nèi)，無降雨時將大棚的塑料薄膜掀開，使苗木在自然狀態(tài)正常生長，根據(jù)天氣變化情況，遇雨時將塑料薄膜蓋好，防止干旱脅迫處理的苗木被雨水淋濕。其中在5月23日上午10：20至下午16：30和6月3日19：00至4日7：00因降雨覆蓋過兩次塑料薄膜，其余時間均在無塑料薄膜覆蓋條件下生長。

1.3 試驗取樣以及生理生化指標測定

自5月15日開始第一次取樣，以后每隔5 d取樣一次，直至6月9日最后一次取樣完成。取樣時，每株垂柳按照樹冠上中下3個部位取樣，每部位取3片葉片，取樣后放入封口袋中，然后裝入帶冰的保溫箱中帶回實驗室，沖洗干凈后進行各項生理指標的測定。其中葉綠素含量采用浸提法測定[7]，SOD采用NBT法測定[8]，POD采用愈創(chuàng)木酚法測定[8]，CAT采用分光度計法測定[8]，可溶性糖含量采用蒽酮比色法[8]，游離脯氨酸含量采用茚三酮比色法[8]，可溶性蛋白含量采用紫外吸收法[8]，電導率采用電導儀法[8]，MDA含量測定采用TBA法[8]。

1.4 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)分析應用excel2010版軟件，方差分析采用DPS7.05版軟件。

2 結(jié)果與分析

2.1 干旱脅迫對垂柳葉片內(nèi)葉綠素含量的影響

由表1可知，干旱脅迫下，隨著時間的延長，葉綠素a含量表現(xiàn)出降低的變化趨勢，其中5月20日至25日，葉綠素含量分別比15日降低了0.52、0.47 mg·g-1，無顯著差異，表明持續(xù)干旱15 d內(nèi)不會對葉綠素a含量產(chǎn)生顯著影響，5月30日至6月9日，葉綠素含量比5月15日降低了0.59、0.80、1.11 mg·g-1，差異顯著，說明干旱持續(xù)時間超過20 d會對垂柳葉綠素a含量產(chǎn)生顯著影響；5月15日至6月9日T2分別低于T1處理0.31、0.22、0.31、0.84、1.19、1.45 mg·g-1，表明長時間的干旱脅迫會加速垂柳葉片內(nèi)葉綠素a的分解；葉綠素b含量T1在試驗期間保持穩(wěn)定，各測定時間段無顯著差異，T2表現(xiàn)為隨著干旱持續(xù)時間的延長而降低的變化趨勢，其中6月9日葉綠素b含量降低到最低值，與6月4日測定值之間存在顯著差異，表明干旱持續(xù)時間延續(xù)至6月9日會對葉綠素b含量產(chǎn)生顯著影響，而6月4日之前干旱脅迫影響效果不顯著；從總?cè)~綠素含量變化上來看，T1在整個試驗期間保持穩(wěn)定，無顯著差異，T2表現(xiàn)為隨著干旱持續(xù)時間延長而降低的變化，在5月30日之前總?cè)~綠素含量與5月15至無顯著差異，6月4日至9日分別比5月15日降低了1.05、1.45 mg·g-1，差異顯著，表明干旱時間超過20 d會對葉綠素含量產(chǎn)生顯著影響，同時，T2分別比T1降低了0.25、0.17、0.36、0.99、1.45 mg·g-1，表明隨著干旱時間延長，葉綠素含量差距表現(xiàn)出增大的趨勢。

表1 干旱脅迫對垂柳葉片葉綠素含量的影響

注：同列不同小寫、大寫字母分別表示差異顯著(P>0.05)和極顯著(P>0.017)，下同。

2.2 干旱脅迫對垂柳葉片內(nèi)保護酶活性的影響

由表2可知，T1處理POD活性隨著時間延長表現(xiàn)出升高的趨勢，但是整個試驗期間各測定日期無顯著差異，T2在5月15日至25日表現(xiàn)出降低的變化，無顯著差異，5月30日至6月9日表現(xiàn)出升高的變化，與5月15日相比分別提高了2.58、7.18、11.72 U·g-1，其中6月4日和9日與5月15日之間存在顯著差異，表明干旱脅迫超過20 d后會使POD活性顯著升高；T2分別高于T1處理12.00、3.58、5.24、7.14、10.67、14.30 U·g-1，表明隨著干旱時間延長，T2與T1之間POD活性差距表現(xiàn)出加大的變化趨勢；SOD活性T1、T2在5月20日處于最低值，6月9日處于最高值，兩個測定時間點之間存在顯著差異，整個試驗期間，T2分別比T1提高了3.28、7.76、13.17、10.31、10.90、17.42 U·g-1，兩個處理SOD活性差距表現(xiàn)為隨著干旱脅迫時間延長而增加的變化趨勢，表明長時間的干旱脅迫顯著提高了垂柳SOD活性；CAT活性變化與POD相似，T1在整個試驗期間保持穩(wěn)定，不同測試日期之間無顯著差異，而T2在5月15日至6月4日之間表現(xiàn)出升高的變化，其中T2在5月20日之后顯著高于5月15日，表明10 d的干旱脅迫就會使CAT活性顯著升高；5月20日至6月9日，T2分別高于T1處理4.84、8.68、9.67、13.24、9.67 U·g-1，表明干旱脅迫會提高CAT活性。

表2 干旱脅迫對垂柳葉片內(nèi)保護酶活性的影響

2.3 干旱脅迫對垂柳葉片內(nèi)滲透物質(zhì)含量的影響

由表3可知，垂柳葉片內(nèi)滲透物質(zhì)含量在5月15日至25日表現(xiàn)出降低的變化，T2在5月30日至6月9日表現(xiàn)為升高的變化趨勢。T1在整個試驗期間可溶性蛋白含量保持相對穩(wěn)定，各測試日期之間無顯著差異，T2處理6月4日和9日可溶性蛋白含量均顯著高于5月15日，表明干旱持續(xù)至6月4日后會使垂柳葉片內(nèi)可溶性蛋白含量顯著升高；5月30日至6月9日，T2分別高于T1處理5.90、8.08、13.83 mg·g-1，表明與對照相比，干旱時間超過20 d后促進了垂柳葉片內(nèi)的可溶性蛋白含量升高；可溶性糖含量變化與可溶性蛋白相似，T1在整個試驗期間無顯著變化，在5月15日至25日T1、T2表現(xiàn)出降低的變化，而T2在5月30日至6月9日表現(xiàn)出升高的變化，6月4日后可溶性糖含量顯著高于5月30日，表明干旱脅迫超過25 d后顯著促進了可溶性糖含量的升高；T1游離脯氨酸含量在整個試驗期間均無顯著變化，T2表現(xiàn)出一直升高的變化趨勢，5月25日后，游離脯氨酸含量顯著高于5月15日，表明干旱持續(xù)時間超過15 d后會對游離脯氨酸含量產(chǎn)生顯著影響；5月15日至6月9日，T2分別高于T1處理3.61、7.14、9.16、12.17、18.03、22.05 mg·g-1，表現(xiàn)為隨著干旱持續(xù)時間延長，兩個處理的游離脯氨酸含量差距表現(xiàn)出加大的變化，說明干旱會顯著促進垂柳葉片內(nèi)游離脯氨酸含量升高。

表3干旱脅迫對垂柳葉片內(nèi)滲透物質(zhì)含量的影響

日期/(月-日)可溶性蛋白/(mg·g-1)T1T2可溶性糖/(mg·g-1)T1T2游離脯氨酸/(mg·g-1)T1T2 05-1531.48aA34.78cdBC42.57aA38.63bBC26.98aA30.59eD 05-2034.56aA30.77deCD41.36aA33.45bcC28.66aA35.81deD 05-2530.56aA24.71eD38.75aA26.66cC29.67aA38.83cdCD05-3032.63aA38.53bcBC40.49aA31.85bcC32.58aA44.74bcBC 06-0435.56aA43.64abAB42.70aA45.60aAB20.70aA48.73abAB 06-0934.49aA48.32aA39.50aA49.51aA31.74aA53.79aA

2.4 干旱脅迫對垂柳電導率和MDA含量的影響

由表4可知，試驗期間，T1處理的電導率變化相對穩(wěn)定，從5月15日至6月9日并未發(fā)生顯著變化，T2自5月25日開始電導率顯著高于5月15日，表明干旱脅迫時間的延長顯著促進了垂柳葉片內(nèi)電導率的升高；5月20日至6月9日，T2分別比T1提高了1.11%，1.93%，3.02%，1.58%，6.13%，表明干旱脅迫會導致垂柳葉片內(nèi)電導率升高，其中6月9日升高幅度最大，說明干旱持續(xù)時間越長對電導率的影響越大；干旱脅迫提高了垂柳葉片內(nèi)的MDA含量，5月15日至6月9日，T2分別比T1提高了0.88、2.90、4.78、6.07、11.46、12.00 nmol·g-1，表現(xiàn)為隨著干旱脅迫時間的延長，MDA含量呈現(xiàn)出一直升高的變化趨勢。從T2變化上來看，MDA含量自5月20日開始顯著高于5月15日，表明干旱脅迫時間超過10 d后便會對垂柳葉片內(nèi)MDA含量產(chǎn)生顯著影響。

表4 干旱脅迫對垂柳電導率和MDA含量的影響

3 結(jié)論與討論

干旱脅迫一定程度上會影響植物葉綠素的合成，從而導致葉片內(nèi)葉綠素含量降低[9]，從本試驗研究結(jié)果來看，干旱脅迫導致了垂柳葉片內(nèi)葉綠素a、葉綠素b、總?cè)~綠素含量的降低，這與鄭雨[10]的相關(guān)研究結(jié)果相似，分析原因認為，這可能與干旱條件下植物體內(nèi)葉綠素會發(fā)生分解有關(guān)；從干旱處理與對照比較來看，干旱持續(xù)時間越長，葉綠素含量降低幅度越大，這與吳玲[11]的相關(guān)研究結(jié)果相似；干旱脅迫會導致植物體內(nèi)活性氧和自由基含量升高，從而破壞植物膜系統(tǒng)，對植物正常生長發(fā)育產(chǎn)生影響，一般抗旱性比較強的植物種類，在干旱條件下保護酶活性會顯著升高，以此來清除植物體內(nèi)產(chǎn)生的過多活性氧，保持膜系統(tǒng)的穩(wěn)定，保持植物正常生長[12]，從本試驗結(jié)果來看，持續(xù)的干旱脅迫使垂柳葉片內(nèi)的SOD、POD、CAT活性顯著升高，特別是干旱持續(xù)時間超過20 d后，保護酶活性顯著升高，由此也表明垂柳對干旱逆境具有較強的適應性，這與班甜甜[13]的研究結(jié)果相似，表明保護酶活性提高是植物適應干旱逆境脅迫的重要機制；干旱脅迫會引起植物體內(nèi)ABA含量的顯著升高，而ABA含量高低與游離脯氨酸含量成正相關(guān)關(guān)系，所以本試驗中干旱脅迫導致了植物體內(nèi)游離脯氨酸含量顯著增加，同時可溶性蛋白、可溶性糖等滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)也會顯著增加，以提高植物細胞的持水能力[12]，本項研究結(jié)果表明，干旱脅迫使得垂柳葉片內(nèi)的可溶性蛋白、可溶性糖、游離脯氨酸含量升高，這與季楊[14]，張智猛[15]的研究得出了相似的結(jié)果，表明滲透物質(zhì)的增加是植物適應干旱逆境的重要生理活動；電導率高低和MDA含量與植物在逆境條件下受害程度有關(guān)，從試驗結(jié)果來看，干旱脅迫提高了垂柳葉片內(nèi)電導率和MDA含量，這與李強[16]、吳雪儀[17]的研究結(jié)果相似，這也與馬克西莫夫提出的膜傷害學說相一致[12]。綜合分析來看，干旱顯著改變了垂柳的生理活性物質(zhì)含量，特別是澆水25 d后，各生理活性物質(zhì)均顯著升高。