干旱脅迫對(duì)木棉葉片若干生理生化指標(biāo)的影響

倪建中等

摘 要 在溫室條件下，以一年生木棉盆栽苗為材料，研究不同干旱脅迫時(shí)間處理對(duì)木棉幼苗生理生化特性的影響。結(jié)果顯示：木棉幼苗對(duì)干旱脅迫表現(xiàn)出明顯的應(yīng)激反應(yīng)，隨著干旱脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)，葉片的相對(duì)含水量（RWC）降低，其體內(nèi)與抗性密切相關(guān)的防御酶活性也隨著干旱時(shí)間延長(zhǎng)發(fā)生明顯的變化，過(guò)氧化物酶（POD）和過(guò)氧化氫酶（CAT）活性呈現(xiàn)出先升高后降低的趨勢(shì)，游離脯氨酸（PRO）和丙二醛（MDA）含量逐漸增加，總生物量總體呈降低趨勢(shì)，根冠比則隨脅迫時(shí)間延長(zhǎng)而逐漸升高。

關(guān)鍵詞 木棉；干旱脅迫； 生理生化

中圖分類(lèi)號(hào) Q945 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A

Abstract A pot experiment was conducted to study the effects of different drought time on the physiological characteristics of Bombax ceiba. The results showed that the seedlings represented obvious stress reaction. When the drought stress lasted， the leaf relative water content decreased， the activity of protective enzyme also changed，with peroxidase and catalase activity decreased after an initial increase， the contents of proline and malondialdehyde continued to increase， the total biomass reduced and root shoot ratio increased.

Key words Bombax ceica； Drought stress； Physiology

doi 10.3969/j.issn.1000-2561.2014.10.023

水分是植物賴(lài)以生存必不可少的因子之一，由于不同的地理位置和氣候條件等原因，水分在自然界的分布也不均勻。據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前世界上有1/3以上的土地處于干旱和半干旱地帶，其他地區(qū)在植物生長(zhǎng)季節(jié)也常發(fā)生不同程度的干旱[1]，干旱已成為制約植物生長(zhǎng)的主要非生物因子之一。對(duì)于不同植物干旱下生理生化的變化有廣泛的研究[2-6]，其結(jié)果為抗旱植物篩選、植物種植和培育提供了技術(shù)指導(dǎo)。

木棉（Bombax ceiba）為木棉科（Bombacaceae）木棉屬（Bombax），雙子葉植物，又名紅棉、攀枝花、英雄樹(shù)等。原產(chǎn)地為熱帶美洲、東南亞地區(qū)。中國(guó)主要分布于廣西、廣東、海南、四川、貴州和云南等?。▍^(qū)）。木棉種質(zhì)資源豐富，目前對(duì)于木棉的研究主要集中在其化學(xué)成分及藥理作用[7-9]，栽培繁殖[10-13]，資源調(diào)查[14-16]與遺傳多樣性[17-18]等方面。

廣州屬南亞熱帶季風(fēng)氣候，夏長(zhǎng)冬短，年降雨量1 640～1 970 mm，4～9月為雨季[19]，雨季集中，屬于季節(jié)性干旱。木棉小苗生長(zhǎng)的高峰時(shí)期集中在夏季高溫多雨時(shí)期，生長(zhǎng)量約占全年生長(zhǎng)量的90%[12]，而干旱對(duì)木棉生長(zhǎng)的影響還未有報(bào)道。因此，本試驗(yàn)通過(guò)測(cè)定模擬干旱脅迫下木棉的水分和若干生理指標(biāo)變化，研究木棉對(duì)干旱脅迫的生理反應(yīng)和機(jī)制，旨在為園林綠化木棉的優(yōu)質(zhì)栽培提供一定的參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與處理

試驗(yàn)選用生長(zhǎng)一致的一年生盆栽實(shí)生木棉苗，于2013年9月底將苗移入溫室大棚內(nèi)，定期澆透水使其恢復(fù)生長(zhǎng)，同時(shí)為了保證試驗(yàn)期間幼苗的生長(zhǎng)不受養(yǎng)分限制，施入有機(jī)肥。于10月上旬進(jìn)行干旱脅迫試驗(yàn)，試驗(yàn)設(shè)置4個(gè)處理，每個(gè)處理10次重復(fù)，分別為干旱0、7、14和21 d，其中0 d設(shè)為對(duì)照組（CK），試驗(yàn)中采用稱(chēng)重法測(cè)量土壤相對(duì)含水量（土壤相對(duì)含水量=土壤含水量/土壤飽和含水量），即每處理隨機(jī)選取5盆分別在試驗(yàn)開(kāi)始和脅迫處理后稱(chēng)重，并求均值，測(cè)定結(jié)果分別為：79.31%、57.25%、42.44%、30.54%，為本研究提供參考準(zhǔn)線(xiàn)。

1.2 指標(biāo)測(cè)定

干旱脅迫處理后，選取植株上部健康成熟葉片（枝頂端往下第二至第三輪3～5片），進(jìn)行相關(guān)生理指標(biāo)測(cè)定。葉片相對(duì)含水量采用浸泡烘干法[20]測(cè)定。過(guò)氧化物酶測(cè)定采用愈創(chuàng)木酚法[21]，過(guò)氧化氫酶測(cè)定采用紫外吸收法[21]。脯氨酸含量采用茚三酮顯色法測(cè)定[21]，丙二醛含量采用硫代巴比妥酸法測(cè)定[21]。干旱處理完成后，每處理選擇5株長(zhǎng)勢(shì)較一致的苗，用水將根系沖洗干凈，分離植株的枝條葉片和根，于105 ℃的烘箱中殺青15 min，在80 ℃烘箱內(nèi)烘干至恒重，分別稱(chēng)量枝條、葉片和根的干重，并計(jì)算總生物量和根冠比。

1.3 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計(jì)分析

試驗(yàn)結(jié)果采用Excel和SPSS進(jìn)行數(shù)據(jù)錄入、統(tǒng)計(jì)與分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 干旱脅迫對(duì)木棉葉片相對(duì)含水量（RWC）的影響

干旱脅迫下，植物體內(nèi)水分含量下降，首先表現(xiàn)在葉片相對(duì)含水量和水分虧缺度上。植物葉片相對(duì)含水量可反映逆境下植物的保水能力，是植物水分狀況的重要指標(biāo)。如圖1所示，隨著干旱脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)，RWC呈降低的趨勢(shì)，干旱7、14和21 d與對(duì)照相比，分別比對(duì)照下降了13.16%、22.81%和25.94%，差異達(dá)顯著水平（p<0.05）；說(shuō)明干旱脅迫下，土壤可利用的水分減少，導(dǎo)致葉片相對(duì)含水量減小。

2.2 干旱脅迫對(duì)木棉葉片POD和CAT活性的影響

POD和CAT是植物體內(nèi)抗氧化的酶，可以減少逆境對(duì)植物的傷害。如圖2所示，與對(duì)照相比，POD活性增加，整體呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)，在干旱7 d時(shí)，POD活性達(dá)到最大為452 565 U/g，干旱7、14和21 d分別比對(duì)照增加了35.30%、11.83%和11.69%，不同干旱時(shí)間之間差異不顯著；相對(duì)POD來(lái)說(shuō)，CAT活性變化較緩慢，其也呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)，干旱7 d時(shí)其活性與對(duì)照相差不大，在干旱14 d時(shí)達(dá)到最大為1 838 U/g，干旱7、14和21 d分別比對(duì)照增加了1.03%、78.69%和70.58%，不同干旱時(shí)間之間差異顯著（p<0.05）。

2.3 干旱脅迫對(duì)木棉葉片PRO和MDA含量的影響

隨著干旱脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)，PRO含量逐漸增加（圖3），干旱前期，PRO含量增加較平緩，干旱后期，其含量增加幅度較快，干旱21 d時(shí)PRO含量達(dá)137.49 μg/g，不同干旱時(shí)間PRO含量分別增加了48.31%、63.31%和175.05%，差異達(dá)顯著水平（p<0.05）；MDA含量與干旱脅迫時(shí)間成正比，干旱7 d和14 d，其含量增加較少，干旱21 d增加較多，不同干旱脅迫時(shí)間，MDA含量分別增加了5.21%、10.55%和30.60%，差異達(dá)顯著水平（p<0.05）。

2.4 干旱脅迫對(duì)木棉葉片總生物量和根冠比的影響

干旱脅迫對(duì)植物生長(zhǎng)的影響最終體現(xiàn)在生物量的積累上，因此它可以比較直觀地反映脅迫條件與植物生長(zhǎng)之間的關(guān)系，而根冠比反映了植物根系與地上部分之間干物質(zhì)積累的關(guān)系。如圖4所示，干旱脅迫下，隨著脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)，總生物量在中間有小幅度的波動(dòng)，但總體呈降低的趨勢(shì)，與對(duì)照相比，干旱7、14和21 d分別減少了39.03%、35.85%和51.91%，差異達(dá)顯著水平（p<0.05）；根冠比則隨脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)而升高，干旱7、14和21 d的根冠比分別提高了0.27%、12.78%和20.29%，但不同脅迫時(shí)間之間根冠比差異均未達(dá)顯著水平。

2.5 有關(guān)生理指標(biāo)之間的相關(guān)性分析

干旱脅迫下木棉各生理生化指標(biāo)相關(guān)性分析結(jié)果表明（表1），葉片相對(duì)含水量與過(guò)氧化氫酶、脯氨酸和丙二醛呈極顯著負(fù)相關(guān)，與過(guò)氧化物酶呈正相關(guān)；過(guò)氧化物酶與過(guò)氧化氫酶、脯氨酸和丙二醛呈負(fù)相關(guān)；過(guò)氧化氫酶與脯氨酸和丙二醛呈顯著正相關(guān)；丙二醛與脯氨酸呈極顯著正相關(guān)。

3 討論與結(jié)論

干旱脅迫會(huì)引起植物體內(nèi)相對(duì)含水量、細(xì)胞內(nèi)滲透物質(zhì)、膜系統(tǒng)保護(hù)酶活性等一系列的生理變化[22]。葉片相對(duì)含水量表示葉片保水力的大小，可以直接反映植物體內(nèi)的水分狀況，葉片相對(duì)含水量的下降，是對(duì)干旱脅迫的一種適應(yīng)性反應(yīng)。在本研究中，木棉隨干旱時(shí)間的延長(zhǎng)，RWC逐漸降低，干旱21 d時(shí)比對(duì)照減少了25.94%，但仍能保持在65%以上，說(shuō)明木棉葉片具有一定的保水力。

逆境脅迫下，植物體內(nèi)會(huì)發(fā)生氧化脅迫，植物會(huì)通過(guò)提高抗氧化酶的活性來(lái)適應(yīng)逆境[23]。POD和CAT是細(xì)胞脂膜過(guò)氧化作用中氧自由基清除酶系統(tǒng)中的關(guān)鍵酶，可以解除或減輕干旱脅迫中膜脂過(guò)氧化對(duì)細(xì)胞膜的損傷[24]，本研究結(jié)果顯示，干旱脅迫下，POD和CAT活性均增大，說(shuō)明木棉通過(guò)增加保護(hù)酶活性以減小干旱對(duì)其的傷害。但隨干旱時(shí)間的延長(zhǎng)，POD和CAT活性都呈先上升后下降的趨勢(shì)，其活性分別在7 d和14 d時(shí)達(dá)高峰，說(shuō)明在一定干旱脅迫范圍內(nèi)，保護(hù)酶能有效清除活性氧；而隨著干旱時(shí)間的延長(zhǎng)，脅迫超出了植物耐受限度，酶的活性受到破壞，自由基的積累超過(guò)了其清除能力，推測(cè)若干旱時(shí)間繼續(xù)延長(zhǎng)，酶活性將可能低于對(duì)照處理。這與井大煒等[25]對(duì)楊樹(shù)、艾麗皎等[5]對(duì)南川柳的研究結(jié)果相一致。

干旱脅迫下，膜質(zhì)過(guò)氧化會(huì)引起MDA積累[26]。PRO是植物體內(nèi)重要的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，PRO含量的增加對(duì)維持細(xì)胞膜的完整性起重要作用[24]。試驗(yàn)結(jié)果顯示，隨著干旱時(shí)間的延長(zhǎng)，木棉體內(nèi)PRO和MDA含量逐漸增加，這與干旱脅迫對(duì)甘薯[27]和金光杏梅[28]影響的研究結(jié)果一致，說(shuō)明干旱下膜系統(tǒng)受到一定破壞。干旱前期，含量增加緩慢，后期增加較快，說(shuō)明前期一定干旱脅迫范圍內(nèi)，由于保護(hù)酶的作用，膜系統(tǒng)受到損害程度較輕，后期保護(hù)酶受到破壞，膜系統(tǒng)受干旱脅迫損害較嚴(yán)重。PRO與RWC呈極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，說(shuō)明PRO積累對(duì)干旱等滲透脅迫有反應(yīng)；MDA與POD呈負(fù)相關(guān)，與CAT呈顯著正相關(guān)，說(shuō)明干旱脅迫導(dǎo)致MDA積累，進(jìn)而抑制POD活性，而CAT可能參與活性氧的生成，引發(fā)膜脂過(guò)氧化作用，這與干旱對(duì)大麗花[29]的研究結(jié)果一致。

植物在生長(zhǎng)過(guò)程中，需要不斷調(diào)整其生長(zhǎng)和生物量的分配策略來(lái)適應(yīng)環(huán)境變化。干旱脅迫下，植物通過(guò)增大地下部分比例來(lái)提高水分及養(yǎng)分的利用效率。本試驗(yàn)中，不同干旱脅迫時(shí)間內(nèi)，木棉總生物量大體呈下降的趨勢(shì)，且下降幅度較大，說(shuō)明干旱抑制了木棉的生長(zhǎng)；根冠比則隨干旱時(shí)間延長(zhǎng)而增大，這與干旱脅迫對(duì)楊梅的研究[30]相同，說(shuō)明干旱脅迫下，木棉通過(guò)調(diào)整了生物量的分配，擴(kuò)大根系來(lái)增加對(duì)逆境的適應(yīng)能力。

高潔[31]曾對(duì)干熱河谷植物的耐旱性進(jìn)行研究，得出木棉相對(duì)其他幾種植物耐旱性較弱，但仍具有很強(qiáng)的耐旱性。本研究中也表明干旱脅迫處理后，木棉通過(guò)改變體內(nèi)相對(duì)含水量、抗氧化酶活性、膜脂過(guò)氧化指標(biāo)及生物量，提高對(duì)干旱的適應(yīng)力，具有一定的抗旱性。但試驗(yàn)不能完全模擬植物復(fù)雜的生長(zhǎng)環(huán)境，同一種植物在不同的生長(zhǎng)發(fā)育階段對(duì)干旱響應(yīng)的機(jī)理和耐受能力也是有差別的，因此對(duì)于木棉的抗旱性還有待深入研究。

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