干旱脅迫對木棉葉片若干生理生化指標的影響

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間處理對木棉幼苗生理生化特性的影響。結果顯示：木棉幼苗對干旱脅迫表現出明顯的應激反應，隨著干旱脅迫時間的延長，葉片的相對含水量（RWC）降低，其體內與抗性密切相關的防御酶活性也隨著干旱時間延長發生明顯的變化，過氧化物酶（POD）和過氧化氫酶（CAT）活性呈現出先升高后降低的趨勢，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，根冠比則隨脅迫時間延長而逐漸升高。

關鍵詞 木棉；干旱脅迫； 生理生化

中圖分類號 Q945 文獻標識碼 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。據統計，目前世界上有1/3以上的土地處于干旱和半干旱地帶，其他地區在植物生長季節也常發生不同程度的干旱[1]，干旱已成為制約植物生長的主要非生物因子之一。對于不同植物干旱下生理生化的變化有廣泛的研究[2-6]，其結果為抗旱植物篩選、植物種植和培育提供了技術指導。

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、英雄樹等。原產地為熱帶美洲、東南亞地區。中國主要分布于廣西、廣東、海南、四川、貴州和云南等?。▍^）。木棉種質資源豐富，目前對于木棉的研究主要集中在其化學成分及藥理作用[7-9]，栽培繁殖[10-13]，資源調查[14-16]與遺傳多樣性[17-18]等方面。

廣州屬南亞熱帶季風氣候，夏長冬短，年降雨量1 640～1 970 mm，4～9月為雨季[19]，雨季集中，屬于季節性干旱。木棉小苗生長的高峰時期集中在夏季高溫多雨時期，生長量約占全年生長量的90%[12]，而干旱對木棉生長的影響還未有報道。因此，本試驗通過測定模擬干旱脅迫下木棉的水分和若干生理指標變化，研究木棉對干旱脅迫的生理反應和機制，旨在為園林綠化木棉的優質栽培提供一定的參考依據。

1 材料與方法

1.1 材料與處理

試驗選用生長一致的一年生盆栽實生木棉苗，于2013年9月底將苗移入溫室大棚內，定期澆透水使其恢復生長，同時為了保證試驗期間幼苗的生長不受養分限制，施入有機肥。于10月上旬進行干旱脅迫試驗，試驗設置4個處理，每個處理10次重復，分別為干旱0、7、14和21 d，其中0 d設為對照組（CK），試驗中采用稱重法測量土壤相對含水量（土壤相對含水量=土壤含水量/土壤飽和含水量），即每處理隨機選取5盆分別在試驗開始和脅迫處理后稱重，并求均值，測定結果分別為：79.31%、57.25%、42.44%、30.54%，為本研究提供參考準線。

1.2 指標測定

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），進行相關生理指標測定。葉片相對含水量采用浸泡烘干法[20]測定。過氧化物酶測定采用愈創木酚法[21]，過氧化氫酶測定采用紫外吸收法[21]。脯氨酸含量采用茚三酮顯色法測定[21]，丙二醛含量采用硫代巴比妥酸法測定[21]。干旱處理完成后，每處理選擇5株長勢較一致的苗，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 ℃烘箱內烘干至恒重，分別稱量枝條、葉片和根的干重，并計算總生物量和根冠比。

1.3 數據處理與統計分析

試驗結果采用Excel和SPSS進行數據錄入、統計與分析。

2 結果與分析

2.1 干旱脅迫對木棉葉片相對含水量（RWC）的影響

干旱脅迫下，植物體內水分含量下降，首先表現在葉片相對含水量和水分虧缺度上。植物葉片相對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。如圖1所示，隨著干旱脅迫時間的延長，RWC呈降低的趨勢，干旱7、14和21 d與對照相比，分別比對照下降了13.16%、22.81%和25.94%，差異達顯著水平（p<0.05）；說明干旱脅迫下，土壤可利用的水分減少，導致葉片相對含水量減小。

2.2 干旱脅迫對木棉葉片POD和CAT活性的影響

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

2.3 干旱脅迫對木棉葉片PRO和MDA含量的影響

隨著干旱脅迫時間的延長，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PRO含量達137.49 μg/g，不同干旱時間PRO含量分別增加了48.31%、63.31%和175.05%，差異達顯著水平（p<0.05）；MDA含量與干旱脅迫時間成正比，干旱7 d和14 d，其含量增加較少，干旱21 d增加較多，不同干旱脅迫時間，MDA含量分別增加了5.21%、10.55%和30.60%，差異達顯著水平（p<0.05）。

2.4 干旱脅迫對木棉葉片總生物量和根冠比的影響

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

2.5 有關生理指標之間的相關性分析

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

3 討論與結論

干旱脅迫會引起植物體內相對含水量、細胞內滲透物質、膜系統保護酶活性等一系列的生理變化[22]。葉片相對含水量表示葉片保水力的大小，可以直接反映植物體內的水分狀況，葉片相對含水量的下降，是對干旱脅迫的一種適應性反應。在本研究中，木棉隨干旱時間的延長，RWC逐漸降低，干旱21 d時比對照減少了25.94%，但仍能保持在65%以上，說明木棉葉片具有一定的保水力。

逆境脅迫下，植物體內會發生氧化脅迫，植物會通過提高抗氧化酶的活性來適應逆境[23]。POD和CAT是細胞脂膜過氧化作用中氧自由基清除酶系統中的關鍵酶，可以解除或減輕干旱脅迫中膜脂過氧化對細胞膜的損傷[24]，本研究結果顯示，干旱脅迫下，POD和CAT活性均增大，說明木棉通過增加保護酶活性以減小干旱對其的傷害。但隨干旱時間的延長，POD和CAT活性都呈先上升后下降的趨勢，其活性分別在7 d和14 d時達高峰，說明在一定干旱脅迫范圍內，保護酶能有效清除活性氧；而隨著干旱時間的延長，脅迫超出了植物耐受限度，酶的活性受到破壞，自由基的積累超過了其清除能力，推測若干旱時間繼續延長，酶活性將可能低于對照處理。這與井大煒等[25]對楊樹、艾麗皎等[5]對南川柳的研究結果相一致。

干旱脅迫下，膜質過氧化會引起MDA積累[26]。PRO是植物體內重要的滲透調節物質，PRO含量的增加對維持細胞膜的完整性起重要作用[24]。試驗結果顯示，隨著干旱時間的延長，木棉體內PRO和MDA含量逐漸增加，這與干旱脅迫對甘薯[27]和金光杏梅[28]影響的研究結果一致，說明干旱下膜系統受到一定破壞。干旱前期，含量增加緩慢，后期增加較快，說明前期一定干旱脅迫范圍內，由于保護酶的作用，膜系統受到損害程度較輕，后期保護酶受到破壞，膜系統受干旱脅迫損害較嚴重。PRO與RWC呈極顯著負相關關系，說明PRO積累對干旱等滲透脅迫有反應；MDA與POD呈負相關，與CAT呈顯著正相關，說明干旱脅迫導致MDA積累，進而抑制POD活性，而CAT可能參與活性氧的生成，引發膜脂過氧化作用，這與干旱對大麗花[29]的研究結果一致。

植物在生長過程中，需要不斷調整其生長和生物量的分配策略來適應環境變化。干旱脅迫下，植物通過增大地下部分比例來提高水分及養分的利用效率。本試驗中，不同干旱脅迫時間內，木棉總生物量大體呈下降的趨勢，且下降幅度較大，說明干旱抑制了木棉的生長；根冠比則隨干旱時間延長而增大，這與干旱脅迫對楊梅的研究[30]相同，說明干旱脅迫下，木棉通過調整了生物量的分配，擴大根系來增加對逆境的適應能力。

高潔[31]曾對干熱河谷植物的耐旱性進行研究，得出木棉相對其他幾種植物耐旱性較弱，但仍具有很強的耐旱性。本研究中也表明干旱脅迫處理后，木棉通過改變體內相對含水量、抗氧化酶活性、膜脂過氧化指標及生物量，提高對干旱的適應力，具有一定的抗旱性。但試驗不能完全模擬植物復雜的生長環境，同一種植物在不同的生長發育階段對干旱響應的機理和耐受能力也是有差別的，因此對于木棉的抗旱性還有待深入研究。

參考文獻

[1] 黎祜琛， 邱治軍. 樹木抗旱性及抗旱造林技術研究綜述[J]. 世界林業研究， 2003（4）： 17-22.

[2] 霍 紅， 張 勇， 陳年來， 等. 干旱脅迫下五種荒漠灌木苗期的生理響應和抗旱評價[J]. 干旱區資源與環境， 2011（1）： 185-189.

[3] 莊國慶， 陳萬才， 李 銳， 等. 干旱脅迫對厚樸幼苗生理生化影響的研究[J]. 種子， 2013（2）： 13-15.

[4] 孫景寬， 張文輝， 陸兆華， 等. 干旱脅迫下沙棗和孩兒拳頭葉綠素熒光特性研究[J]. 植物研究， 2009（2）： 216-223.

[5] 艾麗皎， 王 勝， 張銀龍. 消落帶植物南川柳對干旱脅迫的生理響應[J]. 中國農學通報. 2013（13）： 14-19.

[6] 楊曉清， 周再知， 梁坤南， 等.氮素對模擬脅迫下土沉香幼苗抗旱生理的影響J]. 熱帶作物學報， 2013， 34（6）： 1 121-1 127.

[7] 金靜君， 齊一萍. 木棉抗腫瘤作用的初步研究[J]. 福建醫藥雜志， 1994（4）： 102.

[8] Hossain E， Chandra G， Nandy A P， et al. Anthelmintic effect of a methanol extract of Bombax malabaricum leaves on Paramphistomum explanatum[J]. Parasitology Research， 2012， 110（3）： 1 097-1 102.

[9] 李 明， 劉志剛. 木棉葉化學成分研究[J]. 中國中藥雜志， 2006（11）： 934-935.

[10] 程廣有， 韓雅莉， 李 瑛， 等. 木棉的組織培養和快速繁殖[J]. 植物生理學通訊， 2004（3）： 337.

[11] Vyas M， Bansal Y K. Somatic embryogenesis and plantlet regeneration in semul（Bombax ceiba）[J]. Plant Cell Tissue And Organ Culture， 2004， 79（1）： 115-118.

[12] 朱報著， 朱政財， 潘 文， 等. 木棉苗期生長基質篩選研究[J]. 西南林業大學學報， 2013， 33（4）： 30-34.

[13] 鄭艷玲， 馬煥成， Robert Scheller， 等. 環境因子對木棉種子萌發的影響[J]. 生態學報， 2013， 33（2）： 382-388.

[14] 王 健， 水慶艷， 石 晶， 等. 海南木棉植物資源調查與分類初步研究[J]. 亞熱帶植物科學， 2010（1）： 53-56.

[15] 張繼方， 賀漫媚， 劉 文， 等. 廣州木棉種質資源調查及其評價[J]. 廣東林業科技， 2013（6）： 47-53.

[16] 陸 璃， 葉廣榮， 胡彥輝， 等. 廣州市園林綠地木棉應用現狀及種植規劃[J]. 福建林業科技， 2013（4）： 157-162.

[17] Chaturvedi O P， Pandey N. Genetic divergence in Bombax ceiba L. germplasms[J]. Silvae Genetica， 2001， 50（3-4）： 99-102.

[18] 汪書麗， 李巧明. 中國木棉居群的遺傳多樣性[J]. 云南植物研究， 2007（5）： 529-536.

[19] 王曉靜， 潘安定. 廣州市旅游氣候資源評價及開發[J]. 甘肅農業， 2006（11）： 145-146.

[20] 張 娟， 張正斌， 謝惠民， 等. 小麥葉片水分利用效率及相關生理性狀的關系研究[J]. 作物學報， 2005， 31（12）： 1 593-1 599.

[21] 王學奎. 植物生理生化實驗原理和技術[M]. 北京： 高等教育出版社， 2006： 228-269.

[22] 蘇正淑， 張憲政. 作物水分虧缺傷害生理研究概況[J]. 沈陽農業大學學報， 1996， 27（1）： 85-91.

[23] Chaves M M， Oliveira M M. Mechanisms underlying plant resilience to water deficits： prospects for water-saving agriculture[J]. Journal of Experimental Botany， 2004， 55（407）： 2 365-2 384.

[24] 盧瓊瓊， 宋新山， 嚴登華. 干旱脅迫對大豆苗期光合生理特性的影響[J]. 中國農學通報， 2012（9）： 42-47.

[25] 井大煒， 邢尚軍， 杜振宇， 等. 干旱脅迫對楊樹幼苗生長、光合特性及活性氧代謝的影響[J]. 應用生態學報， 2013， 24（7）： 1 809-1 816.

[26] 康宗利， 楊玉紅， 張立軍. 植物響應干旱脅迫的分子機制[J]. 玉米科學， 2006（2）： 96-100.

[27] 吳巧玉， 何天久， 夏錦慧. 干旱脅迫對甘薯生理特性的影響[J]. 貴州農業科學， 2013（6）： 52-54.

[28] 劉遵春， 陳榮江， 包東娥. 干旱脅迫對金光杏梅葉片滲透調節物質和光合作用的影響[J]. 華北農學報， 2008， 23（1）： 119-122.

[29] 范蘇魯， 苑兆和， 馮立娟， 等. 干旱脅迫對大麗花生理生化指標的影響[J]. 應用生態學報， 2011， 22（3）： 651-657.

[30] 岳勇麗. 干旱脅迫下不同品種楊梅苗期生長和生理生化特性[D]. 浙江農林大學， 2012： 30.

[31] 高 潔， 葉洪剛， 楊榮喜. 攀枝花干熱河谷14個樹種的耐旱性研究[J]. 西南林學院學報， 1996， 16（3）： 135-139.