龍牙百合葉片與鱗莖對干旱脅迫生理響應的研究

魏傳斌，覃蕓，張鳳銀，張萍

（江漢大學生命科學院，湖北武漢，430056）

龍牙百合（Lilium longiflorumThumb.）原產我國臺灣、琉球群島。現作為切花，在世界各地廣泛種植。同時由于鱗莖富含淀粉、蛋白質、脂肪以及人體所需的各種維生素和礦物質而成為我國的三大食用型百合之一，在江西、湖南等地作為經濟作物有大面積栽培。

水分虧缺在造成植物的生長停滯、受傷和死亡上，相比其他因子更為重要。隨著全球氣候變暖，水資源短缺，對耐旱品種選育的需求越來越迫切。由于生理指標能充分表現作物的抗旱性[1]，因此，測定抗旱生理指標成為篩選抗旱品種的重要手段。

百合喜溫暖濕潤和陽光充足的環境，而忌干旱或過濕、酷暑的條件。本試驗試圖通過人工控制干旱對龍牙百合進行脅迫，分析研究不同強度的干旱脅迫對龍牙百合產生的影響，比較葉片與鱗莖對干旱脅迫的生理響應的差異，以探索百合的耐旱性評價的有效方法，為百合抗旱品種篩選提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

本試驗所用龍牙百合為百合種植戶提供的由鱗莖繁殖的幼苗，盆栽（直徑30 cm塑料盆，栽培土為農田壤土）于江漢大學現代植物技術研究所苗圃，進行常規的栽培管理。待植株長至20~25片葉時進行試驗。

1.2 人工模擬干旱脅迫處理

將盆栽正常生長的龍牙百合放置在與地面隔離的苗圃，進行正常的水肥管理。試驗開始時，停止澆水，避免自然降水澆淋。利用土壤水分的自然揮發和植株的蒸騰吸收，土壤含水量逐步下降，逐步對試驗材料形成不同強度的干旱脅迫，同時對土壤含水量、材料（選用莖稈中部長勢較好的葉片和用鱗莖繁殖的植株基部中層鱗片）的脯氨酸含量、丙二醛含量、還原性糖含量等進行測定 （每次測定選在上午10：00開展，一般隔日進行。指標在每次測定中重復6次，取平均值）。

1.3 生理指標的測定方法

①土壤含水量的測定 采用烘干法測定[2]，取栽培盆原土 （距表層3~4 cm）20 g左右，105℃連續烘干8 h。

土壤含水量 （%）=[（土壤濕物質量-土壤干物質量）/土壤濕物質量]×100%（以 A，B，C，D，E，F，G 分別表示土壤 23.3%，20.1%，14.2%，10%，8.3%，7.3%，6.4%的含水量）。

②游離脯氨酸（Pro）含量的測定 采用磺基水楊酸法測定[3]。取鮮葉片（或鱗莖）0.5 g，3%磺基水楊酸沸水抽提，2.5%酸性茚三酮顯色，4 mL甲苯萃取，在520 nm處比色。

③丙二醛（MDA）含量的測定 采用硫代巴比妥酸法測定[3]。取鮮葉（或鱗莖）0.5 g，5%三氯乙酸提取，加0.67%硫代巴比妥酸在沸水浴中煮沸20 min，冷卻后離心，在450、532和600 nm處比色測定。

④還原性糖的測定 采用菲林試劑比色法測定[4]。取鮮葉（或鱗莖）3 g，勻漿，去雜質（主要是蛋白質），保溫 30 min（80℃），蒸餾水定容（100 mL），過濾。 取樣液（6 mL），加菲林試劑（4 mL），以試劑參比，在 590 nm處比色。

2 結果與分析

2.1 干旱脅迫下龍牙百合葉片和鱗莖幾種生理指標的變化

將測定并通過計算得到的龍牙百合葉片、鱗莖單位質量脯氨酸含量、丙二醛含量、還原性糖含量分別對干旱脅迫強度（土壤含水率）繪制成如下圖1，圖2，圖3，可以直觀地觀察3種指標在干旱脅迫強度增加時的變化過程。

2.2 龍牙百合葉片和鱗莖在不同強度干旱脅迫下的幾種生理指標的響應

根據試驗者的相關研究獲得的成果（龍牙百合的耐旱性鑒定指標體系和耐旱性評價，已經確定近期在有關學術期刊上發表），將龍牙百合在本試驗中的干旱強度分為輕度脅迫（-B，長勢基本不受影響）、中度脅迫（B-E，長勢稍差，復水后基本恢復生長）、重度脅迫（E-F，地上部長勢受到嚴重影響。復水后能復活，但長勢差）、致死性脅迫（F-，地上部葉片發黃、卷曲、枯死，復水后地上部也不能存活，鱗莖進入休眠狀態）等幾個階段。

①不同強度干旱脅迫下丙二醛的響應 由圖1可知，輕度脅迫時，葉片和鱗莖丙二醛含量均表現為上升。鱗莖的上升幅度較小，但葉片丙二醛含量上升速度較快，上升所達水平高。

中度脅迫期間，鱗莖丙二醛上升態勢與輕度脅迫相似，后期上升速度稍快，而葉片丙二醛先快速上升，中后期下降，后期又有一定的升高。

重度脅迫期間，葉片丙二醛含量前期繼續上升，后期有所下降，此時，鱗莖前期丙二醛含量有所下降，后期有所上升。

致死性脅迫期間，葉片和鱗莖的丙二醛含量趨向接近。

葉片中丙二醛的含量及其變化與干旱脅迫強度之間的關系存在顯著的相關關系，而鱗莖丙二醛含量及其變化與脅迫強度的相關關系較小。

②不同強度干旱脅迫下脯氨酸的響應 由圖2可知，輕度脅迫時，葉片和鱗莖脯氨酸均表現為上升，上升速度和所達水平相近。

中度脅迫期間，前期葉片和鱗莖脯氨酸上升態勢與輕度脅迫期間相似，中度脅迫中期均有所下降，兩者的下降態勢也相似；在后期，葉片脯氨酸含量快速下降，鱗莖脯氨酸水平的變化不大。

重度脅迫時，鱗莖脯氨酸含量有輕微上升，基本維持較高水平，此時，葉片脯氨酸含量變化幅度較小，也維持較低水平。致死性脅迫期間，葉片脯氨酸含量下降，達到極低水平。鱗莖脯氨酸含量依然較高。

總體而言，在不同強度的脅迫下，葉片脯氨酸的含量及其變化值較大，而鱗莖脯氨酸變化相對較小。

③不同強度干旱脅迫下還原性糖的響應 由圖3可知，葉片和鱗莖在不同強度干旱脅迫下還原性糖的響應規律相似。輕度脅迫到中度脅迫前期，還原性糖含量下降。中度脅迫中期有所上升。中度脅迫后期又有所下降。重度脅迫和致死性脅迫期間，鱗莖還原性糖含量變化不大，而葉片還原性糖含量有所下降。

總體而言，無論是葉片還是鱗莖，還原性糖含量對不同強度的干旱脅迫的變化值較小。

3 討論

植物在逆境條件下會發生膜脂過氧化反應，丙二醛（MDA）是膜脂過氧化的最終產物之一，其含量變化常用來反映植物所受脅迫的傷害程度[5]。由圖1可以看出，干旱脅迫強度持續增加的條件下，MDA含量總體趨勢是隨著脅迫強度而上升，但其含量與脅迫強度并非呈正相關關系，即MDA的含量不能直接反映植物所受脅迫的傷害程度。丙二醛的下降與脯氨酸積累，SOD等對細胞膜系統的保護，減緩膜脂過氧化作用有關。所以，植株體內丙二醛含量水平的高低，是植物受環境不良因子的脅迫程度與通過自身應急反應達到自身保護的2種因素的平衡結果。與王霞等[6]研究發現，干旱脅迫下，8種檉柳MDA含量均增加，但MDA含量并非隨脅迫程度的加劇而持續增加，其間有一個下降的過程，是一致的。

脅迫條件下，植物能通過自身的適應調節機制，積累脯氨酸，達到自身保護作用[7]。但當脅迫強度超過了植物的生理耐受范圍時，則會對脯氨酸合成代謝帶來影響，造成對機體的傷害。脯氨酸積累下降，對自身的保護作用下降，脯氨酸維持較低水平，基本上失去對細胞的保護，脅迫反應的終極結果是機體受到不可逆轉的傷害而走向死亡。

葉片和鱗莖是龍牙百合的重要的營養器官，但它們對龍牙百合機體的作用和生理功能是不同的。葉片主要承擔了光合作用、蒸騰作用、氣體交換等作用，葉片的新陳代謝旺盛，同時也對各種環境因素比較敏感。鱗莖是龍牙百合重要的貯藏與無性繁殖器官，對環境因子的耐受力強，由于葉片與鱗莖的這些差異，使得它們在干旱脅迫強度持續增加的條件下，生理指標響應表現出較大的差異。

4 小結

植物對干旱脅迫的生理響應是多方面的。植物的抗旱機理也十分復雜，它是受許多形態解剖結構和生理生化特性控制的復合性狀[8]。單一的耐旱性鑒定指標不足以充分反映植物對干旱的綜合適應能力，只有采用多項指標的綜合評價，才能較準確的反映植物的抗旱特性。有研究表明，在水分受限制時，抗旱的轉基因作物表現出的抗旱性正是基于葉綠素含量等指標的變化[9]。

通過試驗者的反復研究，發現植物不同的器官對干旱脅迫的響應是不同的，同一器官的幾種生理指標對干旱脅迫的響應也存在較大的差異。①在龍牙百合的耐干旱試驗中，與鱗莖（片）比較，葉片是較好的用于耐旱性評價分析的材料，它能較好地反映出百合對干旱脅迫的生理響應。②在多方面的耐旱性鑒定指標中，丙二醛和脯氨酸是較好的鑒定指標，它們對干旱脅迫強度的響應性好。但丙二醛和脯氨酸含量不能直接反映機體受傷害的程度和脅迫強度，所以，任何簡單地通過測定丙二醛含量和脯氨酸含量來評價植物的耐旱能力都是片面的。

需要指出的是，本結論的得出是建立在本試驗基礎上。本試驗選擇丙二醛含量、脯氨酸含量、還原性糖含量作為研究的主要指標，是基于試驗者在相關的研究中得到的結論以及前人研究的結果。這幾項指標是百合在干旱脅迫下較為敏感的指標。但是要獲得更為科學的耐旱性鑒定的指標體系和耐旱性評價方法，還需要擴大干旱脅迫響應生理指標的研究范圍。另外，試驗者還發現，植株的同一器官在不同的發育時期，對干旱脅迫的生理響應也存在差異，還需進一步深入探討。

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