PEG模擬干旱脅迫對4種海棠幼苗生理特性的影響

駱建霞，黃榆婷，曾麗蓉，李釗，趙嘉菱，郭冰鑫

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PEG模擬干旱脅迫對4種海棠幼苗生理特性的影響

駱建霞，黃榆婷，曾麗蓉，李釗，趙嘉菱，郭冰鑫

（天津農學院園藝園林學院，天津 300384）

對八棱海棠、西府海棠、珠美海棠、紅果海棠幼苗進行PEG模擬干旱脅迫，以了解其耐旱性差異。結果表明：輕度干旱（5%濃度的PEG）脅迫下，4種海棠表現基本正常，中、重度干旱（15%、25%濃度的PEG）脅迫下，八棱海棠受害程度最輕，紅果海棠最重；隨干旱脅迫程度增加，參試植物呈現出根系活力下降、MDA含量和色素含量上升、可溶性糖含量和過氧化物酶（POD）活性先升后降、超氧化物歧化酶（SOD）活性先降后升的趨勢；八棱海棠的隸屬函數平均值最大，紅果海棠的最小。綜合分析認為，4種海棠幼苗的耐旱性強弱依次為八棱海棠、珠美海棠、西府海棠、紅果海棠。

海棠；PEG；干旱脅迫；生理特性；隸屬函數

我國北方很多地區年降水量小且分布不均勻，水資源匱乏，干旱脅迫成為影響植物生長發育的重要環境因子。在蘋果栽培生產中，嫁接砧木的適應性將直接影響著嫁接品種的適應能力，八棱海棠（）、西府海棠（）、珠美海棠（）、紅果海棠（）既可以用作蘋果的嫁接砧木，又是優良的觀賞樹木，了解它們的耐旱性差異，對于蘋果苗木生產及其在園林綠化中的應用和栽培管理具有重要實踐指導意義。

關于蘋果砧木及海棠的抗旱性研究多有報道。張靜等[1]對八棱海棠、新疆野蘋果組培苗的抗旱性進行了比較研究；徐啟賀[2]，趙昌杰等[3]對平邑甜茶、山定子等蘋果砧木在干旱脅迫下的生理響應進行了研究；馬紅強等[4]研究了干旱脅迫對垂絲海棠、八棱海棠、新疆海棠生長特性的影響；張桂霞等[5]以珠美海棠實生苗為材料、尹桂彬等[6]以西府海棠和貼梗海棠為材料研究了干旱脅迫對其生理特性的影響。但目前尚未見到八棱海棠、西府海棠、珠美海棠和紅果海棠耐旱性比較的研究報道。本研究采用PEG-6000對這4種植物進行模擬干旱脅迫，通過對丙二醛（MDA）、色素、可溶性糖含量，根系活力以及抗氧化酶活性等生理生化指標的測定分析，以了解其耐旱性差異，為其在蘋果苗木繁殖及園林綠化中的應用提供理論參考。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

八棱海棠（）、西府海棠（）、珠美海棠（）和紅果海棠（）的一年生實生苗。秋季收集成熟種子，冬季沙藏，春季播種、育苗，待株高12 cm左右時，進行PEG干旱脅迫處理。

1.2 試驗方法

將幼苗從培養盆中取出，清洗根系，置于蒸餾水中平衡24 h后，移入不同質量濃度的PEG-6000溶液中進行滲透脅迫。在預備試驗基礎上，設置5%、15%、25%濃度的PEG溶液，分別模擬輕度、中度和重度干旱脅迫，以蒸餾水為對照。采用隨機區組設計，3次重復，每處理至少15株。干旱脅迫12 h后，取新梢中部有代表性葉片進行各指標測定，同時將其他幼苗置于蒸餾水中給予脅迫解除，觀察植株恢復情況（以葉片伸展、植株挺立為恢復標志）。

1.3 生理生化指標測定

參考張治安等[7]的方法采用氯化三苯基四氮唑（TTC）法測定根系活力；硫代巴比妥酸（TBA）法測定丙二醛（MDA）含量；考馬斯亮藍法測定可溶性蛋白含量；氮藍四唑（NBT）法測定超氧化物歧化酶（SOD）活性；愈創木酚法測定過氧化物酶（POD）活性；95%的乙醇提取法測定色素含量。

采用SPSS V17.0軟件進行試驗數據統計分析。依下列公式計算隸屬函數值。

隸屬函數值計算公式：（1）＝（Xmin）/（max-min）

反隸屬函數值計算公式：（2）＝1-（X-min）/（max-min）

式中X為指標測定值，min、max為參試材料中某一指標的最小、最大值。

2 結果與分析

2.1 干旱脅迫對海棠幼苗形態特征的影響

對海棠幼苗在干旱脅迫及解除脅迫后的植株形態進行觀察（表1）。表1顯示，隨PEG濃度增加，參試植物受害程度逐漸加深，其中八棱海棠在各濃度PEG脅迫下的受害表現程度最輕，紅果海棠受害癥狀最重。解除脅迫后，八棱海棠恢復正常所用時間最短，紅果海棠所需時間最長，西府海棠和珠美海棠介于二者之間。

表1 4種海棠幼苗在干旱脅迫及解除脅迫后的形態表現

2.2 干旱脅迫對參試植物根系活力及可溶性糖含量的影響

對不同植物根系活力和葉片中可溶性糖含量在干旱脅迫下的變化進行分析（表2）。由表2可知，在輕度干旱脅迫下，珠美海棠和西府海棠的根系活力顯著或極顯著下降，紅果海棠與CK的差異不顯著，而八棱海棠則極顯著上升；中、重度干旱脅迫下，參試植物根系活力均極顯著降低，但八棱海棠的根系活力在中度脅迫時仍能維持在CK水平，說明八棱海棠在干旱脅迫時能保持較高的根系活力以抵御干旱逆境。對參試植物可溶性糖含量變化的分析結果表明，珠美海棠在輕、中度脅迫下，可溶性糖含量顯著上升，重度脅迫時下降至CK水平；紅果海棠的可溶性糖含量在各處理下的變化相對較小，但輕度脅迫時有明顯的上升；八棱海棠和西府海棠的可溶性糖含量在CK和各程度干旱脅迫下的差異不顯著，但前者有先降后升、后者有上升的表現。總體上看，參試植物可溶性糖含量基本呈先升后降趨勢，并保持在相對較高的水平。

表2 PEG脅迫對海棠幼苗根系活力和可溶性糖含量的影響

注：同列數值后不同大小寫字母分別表示差異達0.01和0.05水平，下同

2.3 參試植物的MDA含量及抗氧化酶活性在干旱脅迫下的變化

對參試植物葉片中的MDA含量以及SOD和POD活性在干旱脅迫下的變化進行差異顯著性分析，結果見表3和表4。由表3可知，除八棱海棠外，其他海棠幼苗葉片中的MDA含量隨PEG濃度增加呈上升趨勢，紅果海棠和西府海棠在中、重度脅迫下的MDA含量極顯著高于CK，西府海棠上升幅度最大，中度脅迫下為CK的8倍；八棱海棠的MDA含量在輕、中度脅迫下降低，重度脅迫雖上升但保持在CK水平；珠美海棠的MDA含量在各處理下的變化相對較小，重度脅迫下顯著高于CK。

從表4看出，隨PEG濃度增加，4種海棠幼苗的SOD活性基本呈先降后升、而POD活性則呈先升后降的變化趨勢。在輕度干旱脅迫下，紅果海棠的SOD和POD活性下降，均極顯著低于CK，而其他3種海棠則無顯著或極顯著變化，且POD有上升趨勢；中度脅迫下，4種海棠的POD活性均極顯著下降，SOD活性也表現為顯著或極顯著下降（西府海棠除外）；重度脅迫下，除西府海棠外，其他海棠的SOD活性顯著或極顯著升高，POD活性則除八棱海棠外均顯著或極顯著下降。上述結果既反映了干旱脅迫對參試植物抗氧化酶活性影響的規律，也表現了不同植物抗氧化酶活性對干旱脅迫作出的響應差異。

表3 干旱脅迫對參試植物MDA含量的影響

表4 干旱脅迫對參試植物抗氧化酶活性的影響

2.4 參試植物色素含量在干旱脅迫下的變化

對參試植物在干旱脅迫下葉綠素（Chl）和類胡蘿卜素（Car）含量的變化進行分析（表5）。結果表明，輕、中度干旱脅迫下西府海棠的Chl和Car含量無顯著變化，重度脅迫時極顯著升高；珠美海棠在輕度脅迫下，Chl和Car極顯著下降，中、重度脅迫下，Chl升至CK水平，Car極顯著高于CK；八棱海棠在輕度脅迫時，Chl和Car含量極顯著上升，中、重度脅迫時，Car繼續極顯著升高，Chl雖下降但仍顯著高于CK；紅果海棠的Chl和Car含量均隨脅迫程度增加而顯著或極顯著上升。上述結果顯示，在干旱脅迫下，植物不同其Chl與Car的變化有所不同，比如八棱海棠的Car增幅較大，比CK增加了100.16%，而紅果海棠則Chl增幅較大，比CK增加了54.71%。但總體上看，隨PEG濃度增加，參試植物色素含量均呈上升趨勢，其中紅果海棠增幅最大，平均比CK增加了53.61%，其次是八棱海棠，增加了43.14%，西府海棠增加了16.66%，珠美海棠的變化較小。此結果反映出，在干旱脅迫下，紅果海棠可通過增強色素合成，從而為光合作用提供物質保障以抵御干旱脅迫。

表5 參試植物色素含量在干旱脅迫下的變化

2.5 隸屬函數對4種海棠幼苗耐旱性的評價

為消除參試植物各測試指標本身存在差異（CK處理時）的影響而更客觀地比較其耐旱性，采用干旱脅迫下各指標的相對平均值（即各脅迫處理下的平均值除以相應CK數值）進行隸屬函數分析（表6）。由表6可知，不同植物各指標的隸屬函數值有較大差異，但表現較有規律，八棱海棠的根系活力、可溶性糖以及抗氧化酶的隸屬函數值最大，MDA的隸屬函數值最小；紅果海棠MDA的隸屬函數值較大，可溶性糖和抗氧化酶的隸屬函數值最小。若用單一指標結果來評價植物的耐旱性，顯然不夠客觀，具有片面性，而隸屬函數平均值則可消除這一片面性，平均值越大者耐旱性越強。表6顯示，八棱海棠幼苗的耐旱性最強，其次為珠美海棠，紅果海棠的耐旱性最弱，此結果與試驗中觀察的植株形態表現相吻合。

表6 干旱脅迫下4種海棠幼苗各指標的隸屬函數分析

3 討論與結論

植株葉片、嫩莖和新梢在干旱、鹽堿等逆境脅迫下的表現可直觀地反映植物的抗逆性[8-10]。本試驗中觀察到，輕度干旱脅迫時八棱海棠、西府海棠和珠美海棠植株無顯著變化，解除脅迫后11～12 h便可恢復至CK形態，紅果海棠則需15 h才能恢復；在中、重度脅迫時，參試植物雖有葉片萎蔫甚至枯死的現象，但植株均能在解除脅迫18～24 h后恢復，說明4種海棠都具有一定的耐旱能力，且表現為八棱海棠耐旱能力較強，紅果海棠較弱。

根系活力高低直接影響著植物生長及其抗逆性，干旱脅迫可導致根系活力下降[4,11-12]。本試驗中，4種海棠幼苗的根系活力隨PEG濃度增加，總體呈不同程度的下降趨勢。但八棱海棠幼苗的根系活力在輕度脅迫時較CK有極顯著增加，在中度脅迫時仍能維持在CK水平，而其他3種海棠幼苗在中度脅迫時根系活力均極顯著下降，西府海棠和紅果海棠下降幅度較大。此結果說明，八棱海棠在輕、中度干旱脅迫時能夠通過保持其較高的根系活力以抵御干旱逆境，表現出比其他海棠幼苗有較強的耐旱能力。可溶性糖是重要的滲透調節物質，干旱脅迫下其含量上升可有效提高細胞滲透壓，降低水勢，利于保障根系吸水功能以提高植物抗旱性[6,13-14]。本試驗中，參試植物葉片中可溶性糖含量在輕、中度干旱脅迫下增加，在重度脅迫下雖有所下降，但也保持在與CK差異不顯著的水平，其中八棱海棠和西府海棠可溶性糖含量在干旱脅迫處理下的變化幅度較小，說明此干旱脅迫尚未對其糖代謝產生顯著影響，有較強的耐旱能力；珠美海棠和紅果海棠可在干旱脅迫下增加可溶性糖含量以抵御干旱脅迫。

MDA是在逆境脅迫下植物發生膜脂過氧化的最終產物，可表示膜系統受損害的程度；SOD和POD則是植物體內重要的抗氧化酶，在逆境脅迫下其活性的增強可清除活性氧，減輕和阻止活性氧對植物細胞膜的損害，因此它們常被用作植物抗逆性研究的主要測試指標[1-2,5-6,8-9,13-15]。

本試驗中，海棠幼苗隨PEG濃度增加，MDA含量整體上表現出增加的趨勢，這與前人的報道基本一致，但植物間表現有差異，西府海棠上升幅度最大，其次是紅果海棠；八棱海棠的MDA含量在輕、中度脅迫時降低，重度脅迫時又升至CK水平。結果顯示，干旱脅迫對八棱海棠細胞膜傷害較小，西府海棠細胞膜受害最重。4種海棠幼苗的SOD活性基本呈先降后升、POD活性則呈先升后降的變化趨勢，但也體現出植物不同其抗氧化酶活性在不同干旱脅迫處理下的變化有差異（表5），如紅果海棠在輕度干旱脅迫時，其POD活性極顯著低于CK（比CK減少了5.55%），而珠美海棠POD活性顯著高于CK（比CK增加了24.87%）。總體上看，八棱海棠在干旱脅迫下可保持較高的抗氧化酶活性，而紅果海棠的抗氧化酶活性在參試植物中最低。結合參試植物的形態表現可看出，植物在干旱脅迫下MDA含量與抗氧化物酶活性的變化密切相關。

有研究報道，干旱脅迫下Chl合成受抑制，分解加快，導致Chl含量下降[1,16]，也有研究表明，干旱脅迫時葉片中相對含水量降低，使葉片單位鮮重內的Chl含量升高[8,13,17-18]。關于Car含量在干旱脅迫下的變化與Chl含量一樣，也有不同的研究結果，有的降低[16]，有的升高[8,17]。在本試驗中，雖然參試植物的Chl和Car含量在干旱脅迫處理下的變化有所差異（表5），但總體表現為色素含量（Chl、Car）均隨脅迫程度增加呈上升趨勢，支持了任磊等[8]、顏淑云等[13]、李芳蘭等[17]的試驗結果。Chl是光合作用的基礎，Car為抗氧化系統的非酶促系統，可以防止膜脂過氧化，減少干旱脅迫對Chl的破壞，維持光合作用的正常進行[13]，本試驗中參試植物Chl和Car含量的增加有利于其對干旱脅迫環境的適應。

綜上所述，干旱脅迫對參試植物的形態、色素、生理生化特性產生了影響，且不同植物的各測試指標對干旱脅迫存在著響應差異，因此用單項指標難以有效而準確評價植物的耐旱能力。隸數函數分析是建立在多指標測定分析基礎上，對植物特性進行綜合評價的一種方法[19]，它可避免單一指標的片面性，使評價結果更全面地反映植物的耐旱能力。根據隸屬函數分析結果并結合參試植物的形態表現，評價其耐旱性由強到弱依次為：八棱海棠、珠美海棠、西府海棠、紅果海棠。

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Effects of PEG Simulated Drought Stress on Physiological Characters of Four Crabapple Seedlings

LUO Jian-xia, HUANG Yu-ting, ZENG Li-rong, LI Zhao, ZHAO Jia-ling, GUO Bing-xin

（College of Horticultural and Landscape, Tianjin Agricultural University, Tianjin 300384, China）

Crabapples including，andtreated with PEG simulated water stress were studied to understand their differences in drought tolerance. The results showed that under mild drought（5% concentration of PEG）stress，the four crabapples grew normally but in the severe drought（15%，25% concentration of PEG）stress，the lightest injuring emerged inand the heaviest one in. With the increasing of drought stress degree，the root activity of tested plants dropped while the MDA and pigment contents had a trend to rise. Soluble sugar content and peroxidase（POD）activity increased at first and lowered later but superoxide dismutase（SOD）activity showed a reverse trend of rise after falling at the beginning. Maximum average values of subordinate function were found inand minimum one in. According to comprehensive analysis drought resistance of the four crabapple species could be ranked as＞＞＞.

crabapple; PEG; drought stress; physiological characters; subordinate function

S661.4；Q945.78

A

1008-5394（2016）03-0001-05

2016-02-20

天津市基礎與前沿技術研究計劃資助項目“高酸蘋果優質生產關鍵技術作用機理研究”（14JCYBJC30200）；天津市農業科技成果轉化與推廣項目“優質高酸蘋果引進栽培示范推廣”（201101120）

駱建霞（1957-），女，河北涿州人，教授，學士，主要從事果樹及園林地被植物資源及其適應性的研究。聯系電話：（022）23781301。