雞蛋花對(duì)干旱脅迫的生理響應(yīng)試驗(yàn)初報(bào)

高靜雷 楊彩紅 唐自慧 孫蓉 劉姍 鄭夢(mèng)雪

摘 要 為了尋找適宜旱區(qū)種植的植物，以雞蛋花為實(shí)驗(yàn)材料，采用盆栽控水模擬干旱，設(shè)置正常、低旱、中旱和重旱4個(gè)水分梯度，通過(guò)測(cè)定葉綠素、滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)、膜脂過(guò)氧化物含量及抗氧化酶活性變化，分析其對(duì)干旱脅迫的生理響應(yīng)，為其在干旱地區(qū)推廣應(yīng)用提供參考。結(jié)果表明，1）隨著干旱脅迫程度的加強(qiáng)，雞蛋花葉片葉綠素含量呈下降趨勢(shì)，而游離脯氨酸（Pro）、可溶性糖、丙二醛（MDA）含量逐漸增加，重旱時(shí)分別為對(duì)照組的1.37、1.47、1.44倍。2）超氧化物歧化酶（SOD）、過(guò)氧化物酶（POD）、過(guò)氧化氫酶（CAT）活性逐漸升高，為對(duì)照組的2.04、2.44、2.25倍。3）雞蛋花通過(guò)增加滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量和提高抗氧化酶活性等方式來(lái)響應(yīng)干旱脅迫，具有較強(qiáng)的抗旱能力，可在干旱地區(qū)推廣應(yīng)用。

關(guān)鍵詞 雞蛋花；干旱脅迫；生理響應(yīng)

中圖分類號(hào)：S685.99 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2023.03.038

由于全球氣候變暖、水資源短缺和土壤沙化等問(wèn)題日漸嚴(yán)峻，干旱成為影響植物生長(zhǎng)發(fā)育的主要非生物脅迫因素之一[1]。干旱通過(guò)破壞植物體內(nèi)水分平衡使植物生長(zhǎng)緩慢，甚至死亡[2]。植物為適應(yīng)干旱脅迫形成了一系列應(yīng)對(duì)策略，例如增厚葉表皮外壁角質(zhì)層、減小氣孔導(dǎo)度、發(fā)展深層根系、提高滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量、增加抗氧化酶系活性、積累內(nèi)源激素等[3-8]。全世界范圍內(nèi)受到干旱脅迫的國(guó)家高達(dá)50多個(gè)，我國(guó)西北、華北和東北的大面積區(qū)域缺水嚴(yán)重[9]，生態(tài)環(huán)境脆弱，保護(hù)和挖掘耐旱植物種質(zhì)資源，對(duì)旱區(qū)生態(tài)環(huán)境修復(fù)具有重要意義，研究植物耐旱性是必要手段。例如覃奎等研究了3個(gè)不同種源池杉幼苗的抗旱性，發(fā)現(xiàn)浙江安吉的種源抗旱性最強(qiáng)，可用于抗旱池杉的育種[10]；盧海峰研究了干旱脅迫對(duì)紫花苜蓿生長(zhǎng)和生理的影響，為其在旱區(qū)種植提供了參考[11]；付嬈等研究了耐旱植物心葉日中花對(duì)干旱脅迫的生理響應(yīng)，闡述了其耐旱生理機(jī)制[12]。

攀枝花地處金沙江干熱河谷流域，光熱資源豐富，常年少雨，氣溫較高，是典型的干旱區(qū)域，在夏季地表溫度可達(dá)75 ℃，造林困難，導(dǎo)致該區(qū)域較多荒山荒地，水土流失嚴(yán)重，對(duì)長(zhǎng)江流域中下游特別是三峽大壩存在著極大的負(fù)面影響。尋找適宜的植物是該區(qū)域生態(tài)修復(fù)的關(guān)鍵。2019年攀枝花在典型干熱河谷地區(qū)紅格賴山上試點(diǎn)種植了5萬(wàn)多株雞蛋花，發(fā)現(xiàn)在經(jīng)歷高溫和干旱后，其成活率仍達(dá)90%以上，加之其根系發(fā)達(dá)，生長(zhǎng)速度快，固土效果好，對(duì)于治理土地石漠化有顯著效果[13]。可作為旱區(qū)治理的一個(gè)有效植物。

雞蛋花（Plumeria rubra ‘Acutifolia）是夾竹桃科雞蛋花屬多年生落葉灌木或小喬木，來(lái)源于墨西哥以及西印度群島等美洲熱帶地區(qū)，因其花冠外白內(nèi)黃而得名，具有較高的觀賞價(jià)值，可在高光、高溫或蔭蔽環(huán)境里正常生長(zhǎng)[14]。雞蛋花耐旱，抗逆性好，但忌澇不耐寒，目前關(guān)于雞蛋花的研究主要集中于有效成分、引種、栽培及病蟲(chóng)害等，鮮有與其耐旱特性相關(guān)的研究報(bào)道。基于此，本研究將雞蛋花作為旱區(qū)重要植被，通過(guò)盆栽控水模擬干旱，研究其受到干旱脅迫時(shí)的生理響應(yīng)，為雞蛋花抗旱機(jī)理的研究奠定基礎(chǔ)，為該植物在旱區(qū)推廣應(yīng)用提供依據(jù)，從而促進(jìn)旱區(qū)的生態(tài)修復(fù)。

1 ?材料與方法

1.1 ?實(shí)驗(yàn)材料及脅迫處理

選取攀枝花學(xué)院栽培的品種一致、莖高相同、生長(zhǎng)健壯的雞蛋花，移栽于60 cm×60 cm的盆缽中，一盆一株，土壤為種植地黃土壤，生境和栽培管理措施一致，栽培于攀枝花學(xué)院苗圃大棚（東經(jīng)101°72′，北緯26°57′），海拔1 238 m。進(jìn)行3 d緩苗，3 d后采用人工控水法模擬干旱脅迫，利用TDR150便攜式土壤水分、溫度和電導(dǎo)率三參數(shù)速測(cè)儀（Spectrum，美國(guó)）監(jiān)測(cè)含水量。在干旱處理前澆透水，然后將其分為4組，設(shè)置4個(gè)水平的持續(xù)性干旱處理，水平1（對(duì)照組）：土壤含水率15%～20%，水平2（低旱組）：土壤含水率12%～15%，水平3（中旱組）：土壤含水率8%～5%，水平4（重旱組）：土壤含水率低于5%[15]。每個(gè)處理5株，生物學(xué)重復(fù)3次。至達(dá)到重旱組水平后，取各處理相同部位的葉片，測(cè)定生理生化指標(biāo)，技術(shù)重復(fù)3次。

1.2 ?生理指標(biāo)測(cè)定方法

利用BoxBio（北京）公司的系列試劑盒，測(cè)定相應(yīng)的指標(biāo)。以植物葉綠素（Chlorophyll）含量檢測(cè)試劑盒測(cè)定不同處理下雞蛋花葉片葉綠素a、葉綠素b及總?cè)~綠素含量的變化；參照丙二醛（MDA）含量檢測(cè)試劑盒利用巴比妥酸顯色法測(cè)定MDA含量；利用脯氨酸（Pro）含量檢測(cè)試劑盒以茚三酮顯色法測(cè)定Pro含量；以植物可溶性糖含量檢測(cè)試劑盒通過(guò)蒽酮比色法測(cè)定可溶性糖含量；參照超氧化物歧化酶（SOD）活性檢測(cè)試劑盒以氮藍(lán)四唑法檢測(cè)SOD活性變化，將黃嘌呤氧化酶偶聯(lián)反應(yīng)體系中抑制百分率為50%時(shí)，反應(yīng)體系中的SOD酶活力定義為一個(gè)酶活力單位；以過(guò)氧化物酶（POD）活性檢測(cè)試劑盒中的愈創(chuàng)木酚法測(cè)定POD活性，將每克組織在每毫升反應(yīng)體系中每分鐘A470變化0.01定義為一個(gè)酶活力單位；利用過(guò)氧化氫酶（CAT）活性檢測(cè)試劑盒（紫外吸收法）測(cè)定CAT活性，將每克組織每分鐘催化1 μmolH2O2降解定義為一個(gè)酶活力單位。

1.3 ?數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel 2019整理數(shù)據(jù)并畫(huà)圖，SPSS 19.0進(jìn)行方差分析和相關(guān)性分析。

2 ?結(jié)果與分析

2.1 ?干旱對(duì)雞蛋花葉片葉綠素含量的影響

由圖1可知，干旱脅迫后雞蛋花葉片葉綠素含量呈下降趨勢(shì)。不同處理間差異顯著，在低旱時(shí)，與對(duì)照相比，總?cè)~綠素含量降低5.6%；中旱時(shí)降低14.1%；重旱時(shí)降低29.8%。其主要原因是葉綠素a含量的下降，與對(duì)照相比，重旱時(shí)葉綠素a降低44.4%，而葉綠素b下降幅度較小，與對(duì)照相比，重旱時(shí)葉綠素b僅下降8.7%?？偟膩?lái)說(shuō)，干旱導(dǎo)致雞蛋花葉片葉綠素合成受阻，含量下降。

2.2 ?干旱對(duì)雞蛋花葉片MDA含量的影響

由圖2可知，隨著干旱脅迫程度的增加，MDA含量呈上升趨勢(shì)，且不同處理間差異顯著。低旱時(shí)與對(duì)照相比其含量增加了19.3%，中旱時(shí)增加了31.9%，重旱時(shí)增加了43.0%，但在脅迫后期增加較為平緩，重旱較中旱僅增加了8.3%，說(shuō)明干旱脅迫后雞蛋花葉片受到了一定損傷，細(xì)胞膜通透性增大，但其對(duì)干旱有一定的耐受能力，能通過(guò)自我調(diào)整的方式接受一定程度的干旱。

2.3 ?干旱對(duì)雞蛋花葉片滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量的影響

由圖3A可知，雞蛋花葉片中游離脯氨酸含量，隨著干旱程度的增加而增加。在低旱時(shí)增加較為平緩，與對(duì)照相比增加了1.85%，后期幅度增大，重旱時(shí)相比對(duì)照增加了37.6%。圖3B顯示，雞蛋花葉片中可溶性糖含量也與脅迫程度呈正相關(guān)，且逐步增加，低旱時(shí)較對(duì)照增加了22.3%，中旱時(shí)增加了36.4%，重旱時(shí)增加了49.7%。說(shuō)明雞蛋花葉片在干旱脅迫下可通過(guò)積累可溶性糖、Pro等滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，降低細(xì)胞滲透勢(shì)，避免自身脫水，維持正常生命活動(dòng)。

2.4 ?干旱對(duì)雞蛋花葉片抗氧化酶活性的影響

當(dāng)植物遭受脅迫時(shí)會(huì)通過(guò)調(diào)節(jié)保護(hù)酶活性來(lái)抵抗脅迫，以維持正常的氧化代謝。如圖4所示，隨著脅迫程度的增加，雞蛋花葉片中超氧化物歧化酶、過(guò)氧化物酶及過(guò)氧化氫酶活性均呈現(xiàn)上升趨勢(shì)。其中低旱時(shí)POD變化幅度最大，SOD與CAT變化相近，分別為對(duì)照的1.53倍，1.21倍和1.32倍；中旱時(shí)變化幅度為POD＞CAT＞SOD，分別是對(duì)照的2.01倍、1.85倍和1.47倍；重旱時(shí)與中旱趨勢(shì)相同變化幅度POD＞CAT＞SOD，分別是對(duì)照的2.44倍、2.25倍和2.04倍。總得來(lái)說(shuō)，三者均成一定倍數(shù)的上升趨勢(shì)，說(shuō)明雞蛋花可通過(guò)啟動(dòng)自身抗氧化酶系統(tǒng)，來(lái)抵御干旱脅迫產(chǎn)生的活性氧，且表現(xiàn)出較強(qiáng)的抗性。

2.5 ?干旱脅迫下雞蛋花各生理指標(biāo)相關(guān)性分析

雞蛋花響應(yīng)干旱脅迫是不同的生理反應(yīng)共同作用的結(jié)果，各生理指標(biāo)之間具有一定的相關(guān)性和相互性。具體關(guān)系如表1所示：CAT活性和其他指標(biāo)均呈顯著相關(guān)，其中與MAD含量和POD活性，呈極顯著相關(guān)；POD活性除與Pro含量外，均呈顯著相關(guān)；總?cè)~綠素與葉綠素a含量呈極顯著正相關(guān)，與SOD含量呈極顯著負(fù)相關(guān)；MAD含量與可溶性糖含量、POD活性、CAT活性均呈極顯著正相關(guān)；Pro含量與SOD活性及CAT活性呈顯著正相關(guān)。總的來(lái)說(shuō)，葉綠素含量與其他指標(biāo)呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)，其余指標(biāo)之間呈現(xiàn)正相關(guān)。在雞蛋花受到干旱脅迫時(shí)，一方面光合系統(tǒng)受到一定的破壞，致使葉綠素含量下降，另一方面通過(guò)增加滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量和保護(hù)酶活性來(lái)抵御干旱，致使相應(yīng)物質(zhì)含量提高。

3 ?討論與結(jié)論

攀枝花市于2019年在紅格賴山以雞蛋花為先鋒樹(shù)種[16]，嘗試建立治理石漠化示范基地，成效顯著。 雞蛋花除了作為景觀植物以外，還是一種藥食兩用的植物，具有清熱解毒、止咳化痰的作用，主治濕熱下痢、里急后重、肺熱咳嗽[17]。其花可泡茶或食用，還可以用于卷煙中降低有害成分和提高口感[18]。因此在旱區(qū)種植雞蛋花即達(dá)到治理生態(tài)的目的又可帶來(lái)一定的經(jīng)濟(jì)效益。本研究探討雞蛋花響應(yīng)干旱脅迫的生理生化機(jī)制，為其在旱區(qū)的推廣種植提供一定的參考。

環(huán)境脅迫會(huì)引起植物形態(tài)和生理層面的一系列變化，最終通過(guò)改變生理生化指標(biāo)來(lái)適應(yīng)脅迫[19]。干旱脅迫時(shí)植物往往會(huì)通過(guò)提高滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量、保護(hù)酶活性等來(lái)響應(yīng)脅迫。例如任婧瑤等研究發(fā)現(xiàn)耐旱花生較敏感品種保護(hù)酶活性更高更穩(wěn)定，游離脯氨酸含量隨干旱程度增加而增加[20]；付嬈等研究發(fā)現(xiàn)心葉日中花在遭受高鹽和干旱脅迫時(shí)，SOD、POD和CAT活性增強(qiáng)，MDA含量大量積累，可溶性蛋白含量明顯增加，以此來(lái)降低環(huán)境對(duì)植物的危害[21]。盧海峰在研究鹽脅迫和干旱脅迫對(duì)紫花苜蓿生理的影響時(shí)發(fā)現(xiàn)，2種脅迫都會(huì)使苜蓿葉綠素含量降低，且隨干旱程度的增強(qiáng)下降幅度增大，推測(cè)干旱脅迫破壞了光合系統(tǒng)，導(dǎo)致葉綠素?zé)晒鈪?shù)發(fā)生變化[11]。本研究中，隨著雞蛋花干旱程度的增加，其葉片中葉綠素含量逐步下降，膜質(zhì)過(guò)氧化指標(biāo)MDA含量上升，滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)Pro和可溶性糖含量也增加，抗氧化酶系活性提高，研究結(jié)果與前人的基本一致，說(shuō)明雞蛋花具有較強(qiáng)的耐旱性，與其在賴山試點(diǎn)結(jié)果一致。

總的來(lái)說(shuō)，當(dāng)雞蛋花受到干旱脅迫時(shí)，可通過(guò)提高滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量和提高抗氧化酶活性等方式來(lái)應(yīng)對(duì)干旱，且耐旱效果較好，可作為修復(fù)干旱區(qū)環(huán)境的樹(shù)種。在本研究基礎(chǔ)上可進(jìn)一步對(duì)其耐旱分子機(jī)制進(jìn)行研究，挖掘耐旱相關(guān)基因，為通過(guò)基因工程育種培育耐旱植株提供材料。

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（責(zé)任編輯：敬廷桃）