狹葉坡壘幼苗對PEG模擬干旱脅迫的生理響應

摘要：以1年生狹葉坡壘（Hopea chinensis）幼苗為試材，采用聚乙二醇PEG-6000模擬干旱脅迫的方法，設置輕度干旱脅迫（T1，100 g/L PEG）、中度干旱脅迫（T2，200 g/L PEG）和重度干旱脅迫（T3，300 g/L PEG）、對照（CK，未添加PEG）4個水分處理，研究了干旱脅迫對狹葉坡壘幼苗生理生化特性的影響。結果表明，隨著干旱脅迫程度的加劇和脅迫時間的延長，狹葉坡壘幼苗葉片的相對含水量迅速降低，MDA含量逐漸升高；狹葉坡壘幼苗葉片葉綠素含量在T1處理下緩慢上升，T2、T3處理下先緩慢升高后降低；可溶性蛋白含量和可溶性糖含量的變化趨勢相類似，均呈先升高后降低的趨勢，但可溶性糖含量在前期（24 h）和中期（48 h）時增幅較大。說明在干旱脅迫下狹葉坡壘幼苗受到一定程度的傷害，但可以通過調節自身可溶性蛋白和可溶性糖等滲透調節物質的含量來提高其吸水和保水能力，可減輕干旱傷害。其中，可溶性糖可能是狹葉坡壘的重要滲透調節物質。

關鍵詞：狹葉坡壘（Hopea chinensis）；聚乙二醇PEG-6000；干旱脅迫；生理特性

中圖分類號：Q945.78；S432.2+1 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2013）24-6079-05

水分是植物生長發育的必要條件。近年來隨著全球氣候變暖，土壤沙漠化、強降雨增多、干旱頻發已成為當今世界嚴重的生態環境問題，其中干旱現象尤為突出。干旱是限制植物生長發育、基因表達和產量的重要因子[1，2]。不同程度的干旱對植物造成一定脅迫，植物從形態結構、生理生化等多層次上會表現出相關的適應性[3]。目前關于植物在干旱脅迫下生理生化特性的研究較多，研究結果表明滲透調節是植物忍耐干旱的一種適應性反應[4]，滲透調節物質是植物抵御干旱脅迫的重要生理生化反應之一。植株會通過積累小分子滲透調節物質，降低細胞水勢，提高細胞的吸水和保水能力，從而維持細胞膨壓，保證植物生理代謝功能的正常進行[5]。

狹葉坡壘（Hopea chinensis）又名華南坡壘、龍袍樹、萬年木，屬龍腦香科（Dipterocarpaceae）坡壘屬（Hopea）常綠喬木，其材質堅硬、耐腐力強，埋入土中百年不腐，可作為軍工、機械和高級家具等用材[6]。狹葉坡壘是我國特有種，屬第三紀殘留種，現僅分布于廣西十萬大山國家級自然保護區，呈島嶼狀分布，據調查測算，十萬大山的狹葉坡壘僅有5 162株[7-9]。由于過度利用，野外種群數量日漸減少，殘存母樹不多，被列為瀕危物種，在國務院批準頒布的《國家重點保護野生植物名錄（第一批）》中，狹葉坡壘被列為國家一級重點保護植物[10]。可見，狹葉坡壘有著重要的社會、經濟、科研價值，對其加強保護和研究就顯得尤為重要。目前，國內外對龍腦香科植物的研究報道較多[11]，而對狹葉坡壘的研究僅限于資源分布、種群生態、種子特性、光合生理、遷地保護的研究[12，13]，對其生理生化特性的研究鮮有報道。隨著全球氣候的變化，干旱頻發，植物的生長發育經常受到干旱的影響，其幼苗往往更易受干旱的影響。狹葉坡壘通常生長于十萬大山海拔600 m以下的山溝、山谷或山坡下部，喜溫暖、濕潤、排水良好和偏酸性的磚紅壤中，溫度和濕度對其影響頗大。狹葉坡壘繁殖為種子繁殖，種群中幼苗居多，水分虧缺對其幼苗影響較大。目前，有關狹葉坡壘幼苗在干旱脅迫下的生理特性變化還未見報道。本試驗以狹葉坡壘實生幼苗為材料，通過聚乙二醇PEG-6000人工模擬干旱條件，研究不同干旱脅迫對狹葉坡壘幼苗生理生化特性的影響，為狹葉坡壘的遷地保護提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗于2012年4月在廣西植物研究所種質資源實驗室內進行，材料為盆栽1年生狹葉坡壘實生幼苗。采用上口徑20 cm，下口徑10 cm，高15 cm的塑料盆進行幼苗培養，基質為珍珠巖，營養液選用改良Hoagland配方[14]。

1.2 試驗方法

在改良Hoagland配方營養液中加入聚乙二醇PEG-6000配成不同質量濃度的處理液模擬不同程度的干旱脅迫。各處理包括：輕度干旱脅迫（T1，100 g/L PEG），中度干旱脅迫（T2，200 g/L PEG），重度干旱脅迫（T3，300 g/L PEG），以不加PEG為對照（CK）。

選取生長健壯、整齊一致的狹葉坡壘植株，仔細剝落根系上的泥土，洗凈后插入富含營養液的塑料盆中。幼苗在改良Hoagland營養液中恢復5 d后，再移入上述處理液中進行干旱脅迫。每個處理3次重復，每重復栽4盆，每盆2株幼苗。各處理分別在持續脅迫0、24、48、72 h時采集從幼苗基部起第3、4葉位成熟葉片，用蒸餾水沖洗干凈，并吸干葉面水分，混合采集的葉片后進行各項生理指標的測定，每個指標3次重復。試驗在室溫下進行，室內溫度為26 ℃左右，相對濕度70%～83%。

1.3 生理指標的測定

相對含水量（RWC）采用稱量法測定[15]，葉綠素含量采用紫外分光光度計比色法測定[15]，丙二醛（MDA）含量采用硫代巴比妥酸法測定[16]，可溶性蛋白含量采用考馬斯亮藍G-250染色法測定[14]，可溶性糖含量采用硫酸-蒽酮比色法測定[16]。

1.4 數據處理

采用SPSS 18.0和Microsoft Excel 2003軟件進行統計分析并制圖。

2 結果與分析

2.1 干旱脅迫對狹葉坡壘葉片相對含水量的影響

組織含水量是表征植物體水分狀況的最直接指標之一，在干旱條件下，抗旱力強的植物可維持較多的水分，組織含水量比較高[17]。如圖1所示，在干旱條件下，隨著干旱脅迫的加劇和時間的持續，狹葉坡壘葉片的相對含水量大體上呈快速下降的趨勢。其中，在脅迫24 h時，T1、T2、T3處理的相對含水量下降緩慢，之后快速下降；在脅迫48 h時，與CK相比，T1、T2、T3處理相對含水量分別減少了22.42、25.80、33.31個百分點，差異達極顯著水平；在脅迫72 h時，與CK相比，T1、T2、T3處理相對含水量分別減少了36.11、41.80、45.23個百分點，差異達極顯著水平。以上結果表明，干旱脅迫的程度和時間對狹葉坡壘幼苗葉片的相對含水量影響較大，其葉片保水能力較弱。

2.2 干旱脅迫對狹葉坡壘葉片葉綠素含量的影響

干旱脅迫下葉綠素含量的變化可以指示植物對干旱脅迫的敏感性[18]。如圖2所示，在不同強度干旱脅迫下，隨著時間的持續，狹葉坡壘幼苗葉片的葉綠素含量變化趨勢略有不同。T1處理的葉綠素含量呈緩慢上升趨勢，而T2、T3處理的葉綠素含量呈先上升后下降的趨勢。在脅迫48 h時，T1、T2、T3處理的葉綠素含量分別比CK增加了26.79%、31.22%和27.34%，三者均與CK差異顯著；在脅迫72 h時，T1處理的葉綠素含量比CK增加了30.37%，兩者之間差異顯著，而T2、T3處理的葉綠素含量與CK相比差異不顯著。干旱脅迫引起光合作用下降導致葉綠素含量下降，與此同時，干旱脅迫也會引起葉片含水量下降從而引起單位鮮重的葉綠素含量相對升高，所以隨著脅迫時間的延長，不同干旱脅迫強度對狹葉坡壘幼苗葉片葉綠素含量的影響有差異。

2.3 干旱脅迫對狹葉坡壘葉片MDA含量的影響

在干旱脅迫條件下，植物細胞中的活性氧逐漸積累，引發膜脂過氧化和膜脂脫氧化反應，從而導致過氧化產物丙二醛的產生[19]。如圖3所示，隨著干旱脅迫的加劇和時間的延長，導致狹葉坡壘幼苗葉片MDA含量呈現逐漸上升的趨勢。其中，在脅迫24 h時，T1、T2、T3處理與CK相比，MDA含量分別增加了18.17%、25.12%和40.89%，差異均達極顯著水平；在脅迫72 h時，各處理與CK相比，MDA含量分別增加了24.32%、41.27%和70.75%，差異均達顯著水平。表明隨著干旱脅迫的加劇和脅迫時間的延長，狹葉坡壘葉片膜脂過氧化和膜脂脫氧化作用逐漸加強，膜結構受損傷，膜透性增加，細胞內物質外滲程度加重。

2.4 干旱脅迫對狹葉坡壘葉片可溶性蛋白含量的影響

可溶性蛋白是植物重要的滲透調節物質，在干旱脅迫過程中可溶性蛋白可束縛更多的水分，增強抗旱性[19]。如圖4所示，隨著干旱脅迫的加劇，狹葉坡壘幼苗葉片的可溶性蛋白含量有所下降。在同一處理中，隨著脅迫時間的持續狹葉坡壘幼苗葉片的可溶性蛋白含量呈先上升后下降的趨勢。其中，在脅迫24 h時，T1處理與CK相比可溶性蛋白含量顯著增加了24.08%，而T2、T3處理與CK相比可溶性蛋白含量差異不顯著；在脅迫48 h時，T1、T2、T3處理與CK相比可溶性蛋白含量分別顯著增加了30.94%、24.62%、10.74%；在脅迫72 h時，各處理與CK相比可溶性蛋白含量差異不顯著。以上結果表明，在抵御干旱脅迫時，狹葉坡壘幼苗的可溶性蛋白起到了一定的調節作用，且隨著干旱脅迫的增強調節作用有所減弱。

2.5 干旱脅迫對狹葉坡壘葉片可溶性糖含量的影響

在脅迫條件下，可溶性糖是植物細胞內的保護物質，可以有效地提高細胞的滲透濃度、降低水勢、增強保水能力，對原生質體起到保護作用[20]。圖5顯示了干旱脅迫對各處理的可溶性糖含量的影響。隨著脅迫時間的持續，T1、T2、T3處理的可溶性糖含量總體上呈先上升后下降的趨勢，在脅迫24 h時T3處理可溶性糖含量達到峰值，而T1、T2處理在脅迫48 h時才達到峰值。在脅迫24 h時，T1、T2、T3處理與CK相比，可溶性糖含量分別顯著增加了0.80、0.87、1.19個百分點；在脅迫48 h時，T1、T2、T3處理與CK相比，可溶性糖含量分別顯著增加了1.65、2.25、0.54個百分點；在脅迫72 h時，各處理與CK相比可溶性糖含量差異不顯著。結果表明，干旱脅迫下，狹葉坡壘葉片的可溶性糖急劇積累，降低了細胞滲透勢，維持了膨壓，對抵御干旱逆境發揮了重要的作用。

3 小結與討論

水分是植物生命活動的重要物質，植物的水分狀況與其抗旱性密切相關。葉片相對含水量能較好地反映植物水分狀況[21]。本試驗中，在不同干旱脅迫強度下，狹葉坡壘葉片相對含水量隨著干旱脅迫程度的加劇和脅迫時間的延長呈快速下降的趨勢，其降幅較大，說明狹葉坡壘幼苗對干旱脅迫很敏感，保水能力較弱。資料顯示，野生狹葉坡壘通常分布于十萬大山海拔600 m以下溝谷、溪邊或山坡下部的常綠闊葉林中，對溫度和濕度要求較高[22]。通過對桂林植物園遷地保護的狹葉坡壘生長環境長期觀察發現，其幼苗在土壤濕潤、空氣濕度大的林下生長良好。狹葉坡壘幼苗喜溫濕環境，干旱條件對其幼苗生長不利，與本試驗初步結果相符。

葉綠素含量是植物對干旱脅迫反應敏感性的生理指標之一。干旱脅迫抑制葉綠素合成并加速其分解，導致葉綠素含量急劇下降[23]。黎祜琛等[24]研究認為干旱脅迫時光合作用的抑制有嚴重的滯后效應，Jeon等[25]研究認為干旱脅迫下葉綠素含量增加，原因可能與葉片含水量減小有關。本試驗中，在不同干旱脅迫強度下，隨著脅迫時間的延長狹葉坡壘葉片葉綠素含量變化趨勢略有不同。T1處理的葉綠素含量呈緩慢上升趨勢，而T2、T3處理的葉綠素含量呈先上升再下降的趨勢。T1、T2、T3處理的葉綠素含量上升，可能是因為干旱脅迫下葉綠素的降解速度較慢，葉片含水量迅速下降，從而提高了單位鮮重中葉綠素的含量。T2、T3處理的葉綠素含量在脅迫后期迅速下降，可能是由于干旱脅迫下誘導葉綠體發生膜脂過氧化反應，產生活性氧、丙二醛使葉綠素受到破壞并加速其分解。

丙二醛含量的變化是反映膜脂過氧化作用的一個重要指標[26]。本研究結果表明，狹葉坡壘葉片的MDA含量隨脅迫強度的增大和時間的延長呈上升趨勢，可能由于干旱脅迫下保護酶活性減弱，活性氧的產生和清除平衡被打破，活性氧不斷積累，導致膜脂質過氧化作用加強，膜透性增大，MDA不斷積累。滲透調節是植物抗旱的一種重要方式，其能力的有無和強弱同脅迫條件下滲透調節物質的含量和持續時間密切相關，可溶性糖和可溶性蛋白是植物體內重要的滲透調節物質[27]，它們能維持植物細胞較低的滲透勢，抵抗干旱引起的傷害。本研究結果表明，在干旱脅迫前期和中期，不同干旱脅迫強度下狹葉坡壘葉片的可溶性糖和可溶性蛋白含量有明顯升高的現象，且可溶性糖含量增幅較大，而可溶性蛋白含量增幅較小，表明在干旱脅迫條件下狹葉坡壘具有一定的滲透調節能力，可以通過調節自身可溶性蛋白、可溶性糖含量增加細胞原生質，提高其吸水和保水能力，減輕干旱傷害。狹葉坡壘葉片的可溶性糖可能發揮著重要的滲透調節作用。

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