阿魏酸對鳳丹干旱脅迫的緩解效應

方紫雯 張夏燕 陶 俊 趙大球

(揚州大學園藝與植物保護學院，揚州 225009)

自國家衛生部在2011年批準牡丹籽油成為新資源食品后[1]，牡丹作為木本油料資源被廣泛推廣。牡丹籽油因其中含有的不飽和脂肪酸含量高于90%，特別是富含高達41%α-亞麻酸而備受關注[2]。目前，油用牡丹的資源主要有鳳丹(Paeoniaostii)和紫斑牡丹(Paeoniarockii)，其中紫斑牡丹主要分布在四川、甘肅、陜西等西部地區，鳳丹因耐濕熱、株型高大、結實率高、適應性強等特性而分布于全國大部分地區[3]，尤其是在一些低山丘陵地帶的種植[4]，不僅能夠提高綠化率，還可以產生可觀的經濟效益。但這些地區種植的鳳丹常受到干旱等逆境脅迫影響，植株傷害嚴重。

干旱是自然界最常見的非生物脅迫危害因素之一，嚴重影響著植物的生長發育，并誘導植物體內發生各種生理生化反應，如代謝異常、體內活性氧積累、膜脂過氧化、蛋白質和核酸分子破壞、生物膜受損等[5]。目前，有關鳳丹的抗旱研究主要集中于栽培技術上[6]，而未見到關于緩解干旱脅迫效應的報道。

阿魏酸(FA)是植物中普遍存在的一種酚類復合物，它是苯基丙氨酸和酪氨酸的新陳代謝產物[7]，在植物細胞壁中與多糖和木質素交聯構成細胞壁的一部分，因具有強抗氧化性和防腐作用而被廣泛應用于醫藥、農藥、保健品、化妝品原料和食品添加劑方面[8]。目前，關于FA在植物方面的調控作用主要集中于玉米等農作物種子萌發和生長抑制方面[9]。本研究采用FA為外源處理物質，通過對干旱脅迫下鳳丹的處理來研究其生理生化響應，旨在明確FA是否對鳳丹干旱脅迫具有緩解效應，從而為鳳丹在干旱地區的栽培奠定基礎。

1 材料和方法

1.1 材料

以2年生健壯長勢一致的盆栽鳳丹為材料，蒸餾水為對照7、8月隨機連續3 d下午17:00使用100 μmol·L-1FA溶液進行葉片噴施，直至葉片滴水，處理結束后隨即進入自然干旱狀態。每隔4 d采集1次樣品，每次隨機選取3盆作為重復。在測定完植株葉片的光合特性和葉綠素熒光參數后，立即將葉片用液氮速凍后保存于冰箱中備用。

1.2 方法

1.2.1 相對含水量測定

根據烘箱烘干法測定葉片含水量[10]。

1.2.2 活性氧(ROS)積累水平測定

1.2.3 脯氨酸(Pro)含量和抗氧化酶活性測定

Pro含量、超氧化物歧化酶(SOD)、過氧化物酶(POD)和抗壞血酸過氧化物酶(APX)等抗氧化酶活性均采用試劑盒進行測定(蘇州科銘生物技術有限公司)。

1.2.4 相對電導率(REC)測定

REC測定參照《現代植物生理學實驗指南》進行[12]。

1.2.5 光合特性和葉綠素熒光參數測定

采用LI-6400型便攜式光合儀(Li-Cor，美國)進行光合特性測定，采用PAM-2500便攜式葉綠素熒光儀(Walz，德國)進行葉綠素熒光參數測定[13]。

1.2.6 數據處理

所有實驗均重復3次，完全隨機化設計。采用SAS(6.12版)軟件進行方差分析，采用SigmaPlot12.5進行圖片繪制。

2 結果與分析

2.1 FA對干旱脅迫下植株表型的影響

干旱脅迫使鳳丹植株表型發生明顯變化(見圖1)。在干旱脅迫下，對照植株的葉色由鮮綠變淺黃，葉片長勢逐漸變差，后期甚至出現葉片干枯脫落、葉柄折斷現象。而與對照相比，FA處理的植株在第4天時依然表現正常，并未像對照一樣出現萎蔫現象，植株萎蔫現象出現在干旱脅迫后期，但并未出現葉片干枯脫落、葉柄折斷現象。

圖1 FA對干旱脅迫下植株表型的影響Fig.1 Effect of FA on phenotype of plants under drought stress

圖2 FA對干旱脅迫下相對含水量的影響 A.葉片含水量；B.土壤含水量Fig.2 Effect of FA on relative water content under drought stress A.Leaf water content；B.Soil moisture content

2.2 FA對干旱脅迫下相對含水量的影響

干旱導致植株葉片含水量顯著降低(見圖2A)，在第0天時，葉片含水量為71.37%，而到了處理的第12天時，葉片含水量僅剩9.83%，而FA處理第12天時葉片含水量為19.87%，下降幅度明顯小于對照。此外，我們還測定了土壤相對含水量，兩者隨著干旱脅迫時間的延長同樣呈現顯著下降趨勢，并且兩者含量基本一致(見圖2B)。

2.3 FA對干旱脅迫下葉片ROS積累水平的影響

2.4 FA對干旱脅迫下葉片Pro和REC的影響

除ROS外，葉片中Pro和REC也可以反映干旱脅迫對植株的傷害程度。從圖4A可以看出，干旱脅迫會誘導Pro在葉片中大量積累，并且與對照相比，FA處理使Pro含量顯著降低，最高可達29.02%。同樣，干旱脅迫也使得葉片REC上升，并且FA處理也降低了REC，最高可達18.59%(見圖4B)。

2.5 FA對干旱脅迫下葉片抗氧化酶活性的影響

如圖5所示，干旱脅迫使葉片中SOD活性增強，對照在第4天達到最大值413.43 U·g-1FW后迅速下降；而FA處理使SOD活性顯著提高，尤其在第8和第12天，相比于對照分別升高了52.13%和85.05%。此外，葉片中POD和APX活性均隨著干旱脅迫時間的延長而顯著升高，并且FA誘導的POD和APX活性顯著高于對照，在第12天時，兩者分別增加了36.13%和22.10%。

圖4 FA對干旱脅迫下葉片Pro和REC的影響 A.Pro；B.RECFig.4 Effect of FA on Pro and REC of leaves under drought stress A. Pro；B. REC

圖5 FA對干旱脅迫下葉片抗氧化酶活性的影響Fig.5 Effect of FA on antioxidant enzyme activities of leaves under drought stress

圖6 FA對干旱脅迫下葉片光合特性的影響Fig.6 Effects of FA on photosynthetic characteristics of leaves under drought stress

圖7 FA對干旱脅迫下葉綠素熒光參數的影響Fig.7 Effects of FA on chlorophyll fluorescence parameters under drought stress

2.6 FA對干旱脅迫下葉片光合特性的影響

葉片胞間CO2濃度(Ci)在干旱脅迫條件下發生明顯變化，隨著脅迫時間的延長，Ci值不斷下降，FA處理下的Ci值始終高于對照，在第12天時較對照提高了45.32%。此外，葉片氣孔導度(Gs)、凈光合速率(Pn)和蒸騰速率(Tr)的變化趨勢基本一致，在干旱脅迫下均呈現先上升后下降，在第4天達到最大值；與對照相比，經過FA處理的Pn、Gs和Tr在第12天時分別提高了1.04%、57.15%、1.24%(見圖6)。

2.7 FA對干旱脅迫下葉片葉綠素熒光參數的影響

如圖7所示，葉片初始熒光(Fo)隨著干旱脅迫的加劇不斷升高，而FA處理的Fo先升高后下降，與對照相比，下降程度明顯，最高達12.5%。與Fo變化不同，葉片實際光化學效率(YⅡ)受干旱影響不斷下降，FA誘導的YⅡ始終高于對照，在第8和第12天，分別增加了39.87%、59.05%。

此外，葉片最大光化學效率(Fv/Fm)和非光化學淬滅系數(qN)變化趨勢基本一致，都是先升高后下降。FA誘導的Fv/Fm和qN高于對照，尤其在第12天，分別比對照升高了13.91%、28.61%。

3 討論

FA及其衍生物已逐漸被國際市場認可，作為一種光譜性的無毒化學藥劑，FA在醫藥、食品、化妝品等領域均得到應用[18]。FA不僅價格便宜，而且溶液配置方法簡單，FA在緩解植物干旱脅迫方面具有重要的應用價值。

本研究采用外源FA對鳳丹進行葉面噴施，能夠在一定程度上減少葉片含水量的下降，降低Pro含量和REC，提高抗氧化酶活性、光能利用率，減輕了干旱脅迫對鳳丹造成的傷害，提高了植株對干旱環境的耐受性。