干旱脅迫對芒生理生化指標的影響

鄒力駿，鄭炳松，任君霞,3，方 佳，何勇清，邱智生

（1. 浙江省龍游縣林業局，浙江 龍游 324400；2. 浙江農林大學 亞熱帶森林培育省部共建國家重點實驗室培育基地，浙江 臨安311300；3. 浙江農林大學風景園林與建筑學院，浙江 臨安 311300）

干旱脅迫對芒生理生化指標的影響

鄒力駿1,2，鄭炳松2，任君霞2,3，方 佳2，何勇清2，邱智生1

（1. 浙江省龍游縣林業局，浙江 龍游 324400；2. 浙江農林大學 亞熱帶森林培育省部共建國家重點實驗室培育基地，浙江 臨安311300；3. 浙江農林大學風景園林與建筑學院，浙江 臨安 311300）

以盆栽芒為材料，進行了持續25 d的干旱脅迫處理，同時以正常澆水為對照，研究了不同程度干旱脅迫對芒葉片的葉綠素含量、相對電導率、丙二醛（MDA）含量、保護酶活性的影響。結果表明，在干旱脅迫處理下，芒葉片的葉綠素含量、相對電導率、MDA呈上升趨勢，葉綠素含量在處理過程中增長相對比較平緩，相對電導率、MDA在處理結束時分別增長了0.78和1.12倍；超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化物酶（POD）及過氧化氫酶（CAT）呈先上升后下降趨勢，SOD、POD增長高峰出現在脅迫處理第15天，CAT增長高峰則出現在第10天。

芒；干旱脅迫；葉綠素；丙二醛；保護酶

水資源短缺是當前制約全球農業生產發展的一個嚴峻問題，據統計，世界上有50多個國家和地區處于干旱半干旱區，43%的耕地為干旱半干旱區[1]。干旱已成為中國乃至世界廣大地區植物產量、質量提高的重要制約因素[2]。因此，研究干旱、半干旱地區植物的水分生理生態特性，選育適應該地區生長的植物，不僅具有重要的理論價值，而且具有十分重要的實踐意義。芒（Miscanthus sinensis）為禾本科芒屬植物，多年生草本，多分布于東亞、南亞和環太平洋群島，現已擴展至西非、美洲和歐洲地區，是一類重要的園林觀賞植物。目前對芒屬植物抗旱性的研究比較少。Cosentino等對奇崗（M. × giganteus）在不同土壤含水量的生長量差異進行了研究，認為奇崗在較低的土壤含水量條件下生長良好[3]。張智等對斑葉芒（M. sinensis‘Zebrinus’）進行干旱脅迫處理，發現干旱脅迫后期斑葉芒的枯葉率、游離脯氨酸含量和電解質外滲率劇增[4]。本文從干旱脅迫對芒葉片的葉綠素含量、相對電導率、丙二醛（MDA）含量、保護酶活性等方面進行研究，為評價其抗旱性提供依據。

1 材料和方法

1.1 材料

試驗材料選自浙江省龍游縣社陽基地和臨安市平山基地的芒，于2011年4月將其移植到浙江農林大學溫室大棚中進行盆栽。

1.2 方法

2011年5月開始進行干旱處理試驗。試驗共設6個處理，分別為對照和干旱處理5、10、15、20、25 d。每5 d取一次樣并測定各項生理生化指標，每個指標重復測定5次。

試驗對葉綠素含量、相對電導率、MDA、保護酶活性等6個生理生化指標進行測定。具體方法為：葉綠素含量的測定采用丙酮法[5]；相對電導率的測定采用電導法[6]；MDA含量采用硫代巴比妥酸法[6]測定；SOD活性采用氮藍四唑法[6]測定；POD活性采用愈創木酚[7]法測定；CAT活性采用紫外分光光度計法[8]測定。

2 結果與分析

干旱脅迫后芒6個生理生化指標的變化情況見表1。

表1 干旱脅迫后芒6個生理生化指標的變化情況Table 1 Changes of chlorophyll content, relative conductivity, MDA ,SOD, POD and CAT after treatment

2.1 干旱脅迫對芒葉綠素含量的影響

葉綠體是植物進行光合作用的場所，各種光合色素在光合作用中起著極其重要的作用。干旱脅迫會影響植物葉綠素含量，從而影響光合作用。由表1可知，隨著干旱處理時間的延長，芒的葉綠素含量的變化為先升高后降低。在第20天時，葉綠素含量達到峰值，然后逐漸下降。在第25天處理結束時，芒的葉綠素含量高于對照，是對照的1.07倍。

2.2 干旱脅迫對芒細胞膜透性的影響

在干旱脅迫下，植物細胞常因細胞膜受到傷害而引起細胞膜透性增大，細胞內含物不同程度外滲，使外滲電導率值增大，在持續干旱條件下，電導率增幅越小，細胞膜受傷害程度越輕，其抗旱性越強，反之抗旱性越弱[9]。從表1中可以看出，芒的相對電導率隨干旱脅迫時間的延長而不斷增大。第25天干旱脅迫處理結束時，芒的相對電導率與對照相比，增加了0.78倍。

2.3 干旱脅迫對芒丙二醛（MDA）含量的影響

植物在干旱脅迫條件下，發生質膜的過氧化作用。丙二醛是質膜過氧化的主要產物之一，反映質膜過氧化作用的程度。植物丙二醛含量增幅越小，抗旱性越強；反之則越弱[10]。由表1可以看出，隨著干旱脅迫的加強，芒葉片的MDA含量呈上升趨勢，前15天上升較為平緩，處理后期上升加快。與對照相比，第25天時芒葉片中MDA含量增加了2.12倍。

2.4 干旱脅迫對芒SOD活性的影響

超氧化物歧化酶（SOD）是存在于植物細胞中最重要的清除活性氧的酶之一[11]。通常抗逆性強的植物在逆境脅迫下可誘導產生較多的抗氧化酶及其它非酶類抗氧化劑，提高抗逆性，以抵御活性氧氧化損傷及致死效應。所以SOD的變化情況，在一定情況下可以反應植物的抗性強弱。從表1可以看出，芒的SOD活性隨著干旱脅迫的加強表現出先上升后下降的趨勢。在脅迫初期，芒植物內的SOD活性上升，來抵御或減輕植物所受到的傷害；隨著干旱時間的延長，SOD活性下降。芒的SOD活性在脅迫第15天達到峰值，在第25天處理結束時，SOD活性是對照的1.09倍。

2.5 干旱脅迫對芒POD活性的影響

從表1可以看出，隨著干旱脅迫時間的延長，芒的POD活性呈現出先升高后下降的趨勢，在第15天達到峰值；處理結束時芒的POD活性是對照的1.74倍。

2.6 干旱脅迫對芒CAT活性的影響

CAT是植物體內重要的保護酶之一，清除生理系統中的過氧化氫（H2O2）。從表1中可以看出，隨著干旱脅迫的加強，芒的CAT活性都呈現先升高后降低的趨勢。芒的CAT活性的峰值出現在第10天，隨后開始下降；處理結束時芒的CAT活性低于對照，下降了16.2%。

3 討論

許多研究表明，葉綠素含量在植物受到干旱脅迫時會下降，從而使植物的光合作用受到影響，光合速率下降，且脅迫越嚴重，下降的速度越快。但陳洪對木麻黃（Casuarina equisetifoli）的抗旱性研究發現，木麻黃盆栽苗在干旱脅迫過程中，葉綠素含量“先升后降”，即當苗木受中度脅迫時體內水分減少，葉綠素呈現相對“濃縮”，單位鮮質量含量相對升高；當干旱脅迫繼續，達到強度脅迫時，則引起植物細胞內生理生化改變，使葉綠素合成受阻，降解加快，因此葉綠素會迅速下降[12]。本研究結果與陳洪的研究結果一致。

干旱脅迫時，細胞中生物活性氧的積累是造成細胞傷害乃至死亡的主要原因。在遭受干旱脅迫后，活性氧自由基積累導致膜脂過氧化，植物細胞的結構受到影響，細胞質膜相對透性增加，體內氧化物質增加，從而會導致細胞膜發生過氧化。許多植物相關研究顯示，質膜透性與細胞膜過氧化產物丙二醛（MDA）含量的高低與細胞膜的傷害程度一定程度上呈正相關關系[13]。隨著干旱脅迫的增強，芒的相對電導率和MDA含量都呈逐漸上升的趨勢，在干旱脅迫結束時，相對電導率和MDA含量達到最大值。這與張智等對芒屬植物斑葉芒的相對電導率和MDA的研究結果一致[4]。同時植物能產生不同的保護酶和非酶保護物質，以解除增加的O2-和H2O2的傷害。SOD、POD、CAT是植物體內清除O2-和H2O2的重要保護酶，SOD、CAT和POD的活性和含量與植物的抗旱性呈正相關關系[13]。張文輝等研究發現，4個不同種源的栓皮櫟保護酶活性隨著干旱脅迫的加劇，呈現先升高后下降的趨勢[14]。龔萍等對5種香草植物的抗旱生理研究表明，隨著干旱脅迫的加劇，保護酶活性先升高后降低[15]。本試驗中，芒的SOD、POD、CAT活性隨干旱脅迫的加劇，都表現出先升高后降低的趨勢，與前人研究結果相同，也與芒屬中的斑葉芒在干旱脅迫下，SOD活性的變化結果[5]相一致。在干旱脅迫初期，芒的酶活性都有不同程度的升高，這表明芒有一定的適應性，此時酶活性增加對植物抵抗干旱脅迫有一定的積極作用，可以及時清除過多的超氧自由基，從而避免植物過早受活性氧的危害，進而延長在干旱脅迫下的存活時間。隨著干旱脅迫時間的延長，活性氧開始大量積累，平衡被打破，膜質發生過氧化作用，活性氧的產生超出了植株的忍受范圍，酶活性開始降低，這表明體內保護酶維持膜系統穩定性的能力是有限的。芒的3種酶活性出現峰值的時間也有差異，總體說來CAT活性的最高值出現最早，SOD和POD的峰值出現較晚，可見植物體內酶保護系統是協同起作用的。

[1] 張彤，齊麟. 植物抗旱機理研究進展[J]. 湖北農業科學, 2005(4): 107-110.

[2] 李原園，李英能，蘇人瓊，等. 中國農業水危機及其對策[R]. 北京：中國國家科學技術委員會農村科技司，1997.

[3] Cosentino S L, Patane C, Sanzone E, et al. Effects of soil water content and nitrogen supply on the productivity of Miscanthus×giganteus Greefet Deu. in a Mediterranean environment[J]. Ind Crops Prod, 2007, 25（1）：75-88.

[4] 張智，夏宜平，徐偉韋. 兩種觀賞草的自然失水脅迫初步研究[J]. 園藝學報，2007，34（4）：1029-1032.

[5] 李合生. 植物生理生化實驗原理和技術[M]. 北京：高等教育出版社，2000.

[6] 高俊鳳. 植物生理學實驗指導[M]. 北京：高等教育出版社，2006.

[7] 鄒奇. 植物生理學實驗指導[M]. 北京：中國農業出版社，2000.

[8] 張志良. 植物生理學實驗指導（第3版）[M]. 北京：高等教育出版社，2005.

[9] 王啟明，徐心誠，吳詩光. 干旱脅迫對不同大豆品種苗期葉片滲透調節物質含量和細胞膜透性的影響[J]. 種子，2005，24（8）：9-12.

[10] 李顯利，米福貴，閆立軍，等. 草地早熟禾不同品種抗旱性的評價分析[J]. 草原與草坪，2010，30（3）：43-46.

[11] Chris B, Marc V M, Dirk I. Superoxide dismutase and stress tolerance[J]. Ann Rev Plant Physiol Plan tMole Biol, 1992（43）：83-116.

[12] 陳洪. 木麻黃抗旱生理生化部分特性的研究[J]. 福建農業學報，2000，15（1）：48-54.

[13] 閆秀峰，李晶，祖元剛. 干旱脅迫對紅松幼苗保護酶活性及脂質過氧化作用的影響[J]. 生態學報，1999，19（6）：850-854.

[14] 張文輝，段寶利，周建云，等. 不同種源栓皮櫟幼苗葉片水分關系和保護酶活性對干旱脅迫的響應[J]. 植物生態學報，2004，28（4）：483-490.

[15] 龔萍，王鍵. 5種香草植物抗旱生理特性的研究[J]. 種子，2011，30（9）：69-72.

Preliminary Study on Physiological and Biochemical Changes of Miscanthus sinensis under Drought Stress

ZOU Li-jun1,2，ZHENG Bing-song2，REN Jun-xia2,3，FANG Jia2，HE Yong-qing2，QIU Zhi-sheng1
（1. Longyou Forestry Bureau of Zhejiang, Longyou 324400, China; 2. The Nurturing Station for the State Key Laboratory of Subtropical Silviculture, Zhejiang A & F University, Lin’an 311300, China; 3. School of Landscape Architecture, Zhejiang A & F University, Linan 311300, China）

Experiments were conducted on different drought stress within 25 days on physiological and biochemical changes of Miscanthus sinensis with common watering treatment as control. The result showed that chlorophyll content, relative conductivity, malondialdehyde (MDA) content and relative conductivity increased significantly with increase of drought stress in leaf of M. sinensis. However, superoxide dismutase (SOD), peroxidase (POD) and catalase (CAT) activities increased and reached the highest at the 15th days of the treatment, then decreased with increase of drought stress.

Miscanthus sinensis; drought stress; chlorophyll content; MDA; protective enzyme activity

S718.4

B

1001-3776（2012）03-0031-04

2012-01-18；

2012-04-10

浙江省科技廳重大科技專項（優先主題）農業項目（2008C12019）

鄒力駿（1973-），男，浙江金華人，工程師，從事森林資源保護利用與林業調查規劃設計工作。