干旱脅迫對葛藤種苗生理特性的影響

譚景晨　趙麗麗　張淑煒　席溢　陳超

摘 要：以葛藤為材料，研究不同滲透勢（CK、-0.2MPa、-0.4MPa PEG-6000）下葛藤種苗的保護性酶活性（CAT、POD、SOD）及MDA、可溶性糖、可溶性蛋白含量的變化，擬揭示葛藤適應干旱的生理機制。結果表明：隨著干旱脅迫的增強，CAT、POD活性呈現(xiàn)上升趨勢;SOD活性呈先上升后下降趨勢;MDA和可溶性蛋白含量都有所升高，而可溶性糖含量先降低后升高。說明干旱脅迫均有利于提高葛藤種苗活性氧清除系統(tǒng)中的CAT、POD和SOD的酶活性，提高可溶性蛋白和可溶性糖的含量，來緩解干旱脅迫對葛藤種苗造成的膜脂過氧化傷害。

關鍵詞：葛藤;種子;干旱脅迫;保護酶活性

中圖分類號：S-3 文獻標識碼：A DOI：10.19754/j.nyyjs.20201130006

葛藤（Pueraria lobata （Wild） Ohwi）是豆科蝶形花亞科多年生藤本植物，其根系發(fā)達，在表土層形成稠密的根網，在防止沖刷、崩塌、護坡固溝、保護堤岸、路基等方面有顯著作用，為優(yōu)良水土保持樹種和貧瘠地區(qū)的綠化先鋒植物[1]。葛藤還具有改良土壤作用，Gama等在油棕櫚林地行間種植三裂葉野葛，不僅起到固氮的作用，而且可提高土壤中的鉀、磷利用效率[2];Jayasinghe將葛藤作為橡膠園的覆蓋物，用以減少水流沖蝕，增加了土壤中的生物活動，提高了固氮能力，對橡膠園中的土壤改良起到了良好的促進作用[3]。

中國是世界上巖溶區(qū)分布面積最大的國家之一，約占國土面積的1/3[4]。中國西南巖溶區(qū)表層巖溶帶發(fā)育有大量溶槽、溶溝等孔隙結構，直接導致地高水低、雨多地漏、石多土少、土薄易旱的二元水文格局[5]。因此，干旱成為該區(qū)域嚴重影響植物正常生長發(fā)育，制約當?shù)亟洕l(fā)展的主要因素之一[6]。鑒于此，本試驗旨在利用PEG-6000模擬干旱脅迫，研究葛藤種苗的生理指標，探討葛藤早期生長階段應對干旱脅迫的生理變化，以期為今后系統(tǒng)、深入地研究葛藤抗旱調節(jié)機制及西南巖溶山區(qū)葛藤種植推廣提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

由江蘇園林綠化種子公司提供產地為澳大利亞的葛藤種子。

1.2 試驗設計與方法

1.2.1 試驗設計

利用聚乙二醇6000（PEG-6000）溶液模擬干旱脅迫，在室溫下配制0.0MPa、-0.2MPa、-0.4MPa的滲透壓梯度。選擇大小均勻、籽粒飽滿的葛藤種子用次氯酸鈉溶液浸泡20min后用蒸餾水沖洗4～5次待用。將15cm玻璃培養(yǎng)皿提前滅菌并墊上2層濾紙，將次氯酸鈉溶液浸泡后的種子隨機擺在培養(yǎng)皿中，每皿50粒。并向各培養(yǎng)皿中加入30mL PEG-6000溶液，4個重復，然后置于25℃光照培養(yǎng)箱中，每日補足散失的水分。

1.2.2 測定內容與方法

待葛藤種子培養(yǎng)到第10天，每皿隨機選取10株種苗，一同測定不同干旱脅迫下葛藤種苗的生理指標。過氧化氫酶（Catalase，CAT）活性以催化1μmol·min-1過氧化氫為1個CAT活性單位[7];超氧化物歧化酶（Superoxide dismutase，SOD）活性采用氮藍四唑光還原法;過氧化物酶（Peroxidase，POD）活性采用愈創(chuàng)木酚法;丙二醛（Malondialdehyde，MDA）含量采用硫代巴比妥酸（TBA）法;可溶性糖含量采用蒽酮比色法;可溶性蛋白含量采用考馬斯亮藍法，以上各指標測定方法均按照相關試劑盒說明書進行，結果按說明書中公式計算，試劑盒由索萊寶生物科技有限公司提供。

1.3 數(shù)據的統(tǒng)計與分析

利用Excel 2016軟件進行數(shù)據處理，采用GraphPad Prism 5軟件作圖，差異性分析采用SPSS 21.0軟件。

2 結果與分析

2.1 干旱脅迫對葛藤種苗過氧化氫酶活性的影響

由圖1可知，干旱脅迫顯著影響了種苗的過氧化氫酶活性。當PEG為-0.2MPa時，與對照相比對葛藤種苗CAT活性影響不顯著（P>0.05）;當PEG為-0.4MPa時，與對照相比葛藤種苗的CAT活性顯著提高（P<0.05）。即隨著脅迫強度增加，CAT活性呈上升趨勢。

2.2 干旱脅迫對葛藤種苗過氧化物酶活性的影響

由圖2可知，干旱脅迫顯著影響了種苗的過氧化物酶活性。與對照組相比，PEG為-0.2MPa和-0.4MPa時，葛藤種苗的POD活性均顯著提高（P<0.05）;與-0.2MPa相比，-0.4MPa處理時葛藤種苗的POD活性也顯著提高（P<0.05）。即隨著干旱脅迫強度增加，POD活性呈上升趨勢。

2.3 干旱脅迫對葛藤種苗超氧化物歧化酶活性的影響

由圖3可知，干旱脅迫顯著影響了葛藤種苗的超氧化物歧化酶活性。PEG為-0.2MPa和-0.4MPa時，與對照組相比葛藤種苗的SOD活性變化不顯著（P>0.05）;但與-0.2MPa相比，-0.4MPa時葛藤種苗的SOD活性顯著降低（P<0.05）。即隨著干旱脅迫強度增加，SOD活性呈先上升后降低的趨勢。

2.4 干旱脅迫對葛藤種苗丙二醛含量的影響

由圖4可知，干旱脅迫顯著影響了種苗的丙二醛含量。PEG為-0.2MPa和-0.4MPa時，與對照組相比葛藤種苗的MDA含量影響均無顯著變化（P>0.05）;但與-0.2MPa相比，-0.4MPa時葛藤種苗的MDA含量顯著升高（P<0.05）。即隨著干旱脅迫強度增加，MDA含量呈先降低后上升的趨勢。

2.5 干旱脅迫對葛藤種苗可溶性糖含量的影響

由圖5可知，干旱脅迫顯著影響了種苗的可溶性糖含量。與對照組相比，PEG為-0.2MPa時葛藤種苗的可溶性糖含量顯著降低（P<0.05）;與對照組相比，PEG為-0.4MPa時對葛藤種苗的可溶性糖含量影響無顯著變化（P>0.05）;與-0.2MPa相比，-0.4MPa時葛藤種苗的可溶性糖含量顯著提高（P<0.05）。即隨著干旱脅迫強度增加，可溶性糖含量呈先降低后上升的趨勢。

2.6 干旱脅迫對葛藤種苗可溶性蛋白含量的影響

由圖6可知，干旱脅迫顯著影響了種苗的可溶性蛋白含量。與對照組相比，PEG為-0.2MPa時葛藤種苗的可溶性蛋白含量影響無顯著變化（P>0.05）;與對照組相比，PEG為-0.4MPa時葛藤種苗的可溶性蛋白含量顯著提高（P<0.05）。即隨著干旱脅迫強度增加，可溶性蛋白含量呈上升趨勢。

3 討論與結論

水分在植物的生命活動中起著關鍵作用，據統(tǒng)計，全世界由于缺水造成的減產超過其它因素導致減產的總和[8]。種子萌發(fā)階段的耐旱情況可在一定程度上反映該物種的耐旱程度[9]。過氧化氫酶（CAT）、過氧化物酶（POD）、超氧化物歧化酶（SOD）是植物細胞在長期進化過程中形成的主要的抗氧化酶類，可清除及減少植物體內的自由基，維持活性氧代謝平衡，有效減輕外界脅迫對植物細胞的傷害[10，11]。

CAT是植物遭受非生物脅迫時細胞內所產生的活性氧清除系統(tǒng)中的主要的抗氧化酶，可清除植物體內產生的H2O2，從而保護細胞不受傷害[12]。

POD廣泛分布于植物組織細胞中，其活性能夠在一定程度上反映植物對活性氧自由基的清除能力[13]。本研究表明，CAT、POD活性在干旱脅迫時隨著脅迫強度增加顯著上升（P<0.05），可能是因為隨著干旱脅迫強度的增加，植物體內所有的活性氧清除酶系統(tǒng)和具生理抗性特征的生理活動被誘導而加快;CAT、POD在此誘導下活性逐漸增加，用以清除環(huán)境脅迫導致的植物體內過多的超氧陰離子自由基，這與張宇君等[14]對燕麥種子萌發(fā)的研究結果類似。

SOD可以催化超氧化物的歧化反應，是活性氧清除系統(tǒng)中第一個發(fā)揮作用的抗氧化酶。植物在逆境脅迫下會產生對細胞有害的活性氧和自由基，SOD通過催化歧化反應使活性氧生成過氧化氫和氧氣，保護細胞避免或減輕活性氧傷害[15]。本研究表明，SOD活性在干旱脅迫時隨著脅迫強度增加呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢，可能是因為前期SOD活性升高用以清除體內過多的活性氧自由基，而隨著脅迫濃度進一步增大，SOD已經不能完全清除存在的活性氧自由基，平衡被打破，因此活性降低，這與楊利艷等[16]對藜麥種子萌發(fā)的研究結果類似。

丙二醛（MDA）是膜脂過氧化的產物，植物在受到外界環(huán)境刺激時會加劇膜脂過氧化程度，通常把MDA含量作為衡量植物在逆境下受害程度的指標[17]。本研究表明，與對照相比，無論PEG-6000為-0.2MPa還是-0.4MPa，干旱脅迫都對葛藤種子MDA含量影響不顯著（P>0.05），說明保護酶降低了細胞內的自由基，一定程度上維持了活性氧代謝平衡，有效減輕了細胞膜脂過氧化。而與-0.2MPa相比，-0.4MPa時葛藤種子MDA含量顯著增加（P<0.05），這是植物膜質過氧化水平加劇的表現(xiàn)，這與李新蕾等[18]對扁核木種子萌發(fā)的研究結果類似。

可溶性糖能夠維持細胞的含水率和滲透勢，保護生物大分子，降低因滲透失水所帶來的損傷[19]。植物在逆境條件下通過積累可溶性糖等有機物來調節(jié)細胞滲透壓，以增加適應環(huán)境的能力[20]。本研究表明，在PEG-6000為-0.2MPa時，與對照相比可溶性糖含量顯著下降（P<0.05），這可能是因為干旱脅迫刺激葛藤的應激反應，使其可溶性糖消耗量升高。在PEG-6000為-0.4MPa時，與-0.2MPa時相比可溶性糖含量顯著增加（P<0.05），這可能是因為葛藤體內保護酶系統(tǒng)作用使其適應該脅迫，從而可溶性糖含量升高。

蛋白質是生命的物質基礎。植物在逆境條件下通過增加可溶性蛋白的合成，直接參與其適應逆境的過程[21]。本研究表明，隨著脅迫濃度的增加，葛藤種子可溶性蛋白含量顯著提高（P<0.05），這可能是因為在干旱脅迫誘導下，蛋白酶活性升高，促進貯藏蛋白水解為可溶性蛋白，增加了種苗中可溶性蛋白含量，這與付士磊等[22]、朱利君等[23]的研究結論相似。

本研究分析了葛藤種苗適應干旱的生理生化機制，發(fā)現(xiàn)在干旱脅迫均有利于提高葛藤種苗活性氧清除系統(tǒng)中的CAT、POD和SOD的活性，提高可溶性蛋白和可溶性糖的含量，來緩解干旱脅迫對葛藤種苗造成的膜脂過氧化傷害。

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（責任編輯 李媛媛）

收稿日期：2020-10-27

基金項目：貴州省科技計劃項目（項目編號：黔科合支撐[2018]2258號、黔科合支撐[2019]2295號）

作者簡介：譚景晨（1997-），男，碩士在讀;通訊作者席溢。