外源8'-炔基脫落酸對高羊茅抗旱性的影響

龔定芳，孫 杰，趙萍萍，胡 憶

（中南民族大學資源與環境學院，湖北武漢 430074）

本文選用高羊茅為植物材料，通過PEG模擬干旱脅迫的方法：探究了葉面噴施8'-（C2H）ABA對25%PEG脅迫下高羊茅生長、相對電導率、丙二醛含量、光合性能、抗氧化酶活性、滲透調節物質等的影響，初步探討了8'-（C2H）ABA作用于高羊茅耐干旱脅迫的效應，對比分析了8'-（C2H）ABA 和ABA對高羊茅抗干旱能力的差異性，旨在為8'-（C2H）ABA在植物抗干旱上的應用提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

實驗選用高羊茅為實驗對象，種植于實驗室溫室內，備實驗用，溫室最高/最低溫度為24/20℃，光照時長為12 h/d。所施加的脫落酸（ABA，純度為95%）購于上海源葉生物科技有限公司、ABA類似物（8'-（C2H）ABA，純度為95%）購于武漢艾布斯生物科技有限公司，所用濃度皆為20 mg·L-1；施加方式皆為葉面噴灑，且在夜間進行。

1.2 實驗設計

選用生長良好、長勢基本一致的40天齡高羊茅幼苗，移至含有1/2 Hoagland溶液的錐形瓶中，并將其置于溫室培養7天。待幼苗恢復正常生長，將幼苗移入250mL錐形瓶（10株/瓶）中，采用PEG6000模擬干旱脅迫，進行試驗處理，即進行以下4個實驗處理，具體如下：CK（1/2Hoagland營養液）、DS（25%PEG+1/2Hoagland營養液）、DS+ABA（20 mg/L ABA+25%PEG+1/2Hoagland營養液）、DS+8'-ABA（20 mg/L 8'-（C2H）ABA +25%PEG+1/2Hoagland營養液），每個處理 4個重復。ABA及其類似物8'-（C2H）ABA噴灑處理以葉片濕潤而不滴水為限，且在開始進行干旱脅迫的當晚進行。處理7天后分別測定高羊茅葉片的葉綠素含量，相對含水率，相對電導率，丙二醛（MDA），超氧陰離子（O2—），可溶性蛋白質，可溶性糖，主要抗氧化酶（SOD、POD、CAT）等相關指標。

1.3 項目測定方法

高羊茅葉片中葉綠素含量采用手持式葉綠素熒光儀SPAD-502進行測定，相對電導率（REC）采用電導儀法測定，相對含水率（RWC）和超氧陰離子（O2—）的測定參照聶堅等方法進行。丙二醛（MDA）含量采用硫代巴比妥酸法（TBA）法測定，參照李合生等的方法進行測定。

蛋白質及其各抗氧化酶活性的前處理提取方法相同，方法過程：稱取0.2～0.3g新鮮植物葉片，加入3 ml預冷的50 mmol/L且含有1 mmol/L EDTA和2% PVP的磷酸緩沖液（pH 7.4），在冰浴條件下研磨至勻漿，轉至離心管中，再用2ml清洗研缽并倒入離心管中，在4℃條件下8 000 r/min離心10 min，取上清液用來測定蛋白質含量、SOD、POD、CAT酶的活性。

蛋白質含量的測定采用考馬斯亮藍G-250法，參照李合生等的測定方法進行。采用試劑盒（南京建成生物技術有限公司）對樣品中抗氧化酶（SOD、POD、CAT）活性進行分析測定，具體操作按照說明書進行。

1.4 數據處理

Excel2010進行數據處理，圖表中數據為平均值±標準差，SPSS20.0進行誤差分析，利用Origin9.0軟件進行作圖。

2 結果與分析

2.1 高羊茅生長狀況

高羊茅遭受干旱脅迫后展現出不同的生長狀況，未受干旱處理的高羊茅生長正常，當遭受干旱脅迫后，生長受阻變慢，植株矮小且葉片隨著干旱程度的加深逐漸卷曲；而DS+8'-ABA和DS+ABA組的高羊茅草植株生長情況好于DS組。結果說明，8'-（C2H）ABA和ABA能夠一定程度地提高高羊茅的耐旱性。

圖1 四種處理對高羊茅葉片相對含水量的影響（平均值±標準偏差）

由圖1可知，干旱脅迫7天后，高羊茅葉片的相對含水量均有下降的趨勢。與對照組（CK）相比，干旱處理（DS）明顯降低了高羊茅相對含水量，而DS+8'-ABA和DS+ABA處理使高羊茅的相對含水量高于DS組，分別較DS處理提高了6.1%、7.4%（P＜0.05）。此結果說明，高羊茅遭受干旱脅迫后相對含水量有所下降，而8'-（C2H）ABA和ABA則降低了下降速度，使高羊茅的相對含水量高于干旱組。說明在干旱條件下，8'-（C2H）ABA和ABA均能降低高羊茅葉片水分的散失，保持葉片較高的相對含水量，維持其生理生化的正常運轉，從而增強其抗旱能力。

2.2 高羊茅葉綠素含量的變化

8'-（C2H）ABA和ABA處理對干旱脅迫下高羊茅葉綠素含量的影響如圖2所示。干旱處理7天后，高羊茅葉綠素含量明顯下降，而DS+8'-ABA和DS+ABA處理與DS均提高了葉綠素含量，使葉綠素含量較DS分別增加了9.0%、8.1%。結果說明，干旱脅迫使葉綠素含量降低，而8'-（C2H）ABA和ABA處理提高了干旱條件下葉綠素含量，從而促進高羊茅生長，降低了干旱對高羊茅的損害，說明適量的8'-（C2H）ABA和ABA能一定程度地提高高羊茅的抗旱能力。

圖2 四種處理對高羊茅葉綠素含量的影響（平均值±標準偏差）

圖3 四種處理對高羊茅葉片中MDA含量的影響（平均值±標準偏差）

2.3 高羊茅葉片中丙二醛含量的變化

由圖3可知，干旱脅迫下，高羊茅葉片中丙二醛（MDA）的含量明顯增加，DS較CK增加了2.2倍，而DS+8'-ABA和DS+ABA處理則明顯降低了高羊茅葉片中MDA的含量，且較DS分別降低了40.6%、53.1%（P＜0.05）。以上結果表明干旱處理使高羊茅發生氧化脅迫，造成氧化損傷，導致MDA含量增加，但8'-（C2H）ABA和ABA處理可以降低氧化損傷的程度使MDA含量降低，從而使高羊茅抗干旱能力增強。

在干旱脅迫的環境中，植物細胞會積累大量的活性氧，導致植物細胞發生膜脂過氧化，MDA是膜脂過氧化的產物之一，其含量的多少可以反映植物遭受傷害的程度。在本實驗中，高羊茅在干旱脅迫的作用下，其體內MDA水平呈上升的趨勢，這說明了干旱脅迫對高羊茅的細胞膜造成了一定的傷害；但經8'-（C2H）ABA和ABA處理后，MDA水平整體上升的趨勢降低，說明了8'-（C2H）ABA和ABA能夠緩解干旱對高羊茅的傷害程度，使其抗旱能力增強。

2.4 高羊茅葉片中超氧陰離子含量的變化

植物正常生理代謝過程中會產生自由基，而植物本身的抗氧化系統能及時地清除自由基以保持其在體內的相對穩定，高羊茅葉片中超氧陰離子（O2—）含量的變化如圖4所示。正常生長條件下，高羊茅體內存在一定含量的O2—；當干旱處理7天后，高羊茅體內的抗氧化系統無法清除掉過量積累的O2—，DS處理使其增加了43.5%（P＜0.05）；DS+8'-ABA和DS+ABA處理使高羊茅體內的O2—含量明顯降低，較DS分別降低了14.7%、19.8%（P＜0.05）。結果說明，ABA 和8'-（C2H）ABA處理降低了干旱條件下高羊茅體內過量積累的O2—，緩解了干旱對高羊茅帶來的氧化損傷，從而進一步說明ABA 和8'-（C2H）ABA能夠提高高羊茅的抗旱能力。

圖4 四種處理對高羊茅葉片中超氧陰離子含量的影響（平均值±標準偏差）

2.5 高羊茅葉片中滲透調節物質的變化

可溶性糖、可溶性蛋白質是植物體內重要的三種滲透調節物質，植物體內滲透調節物質的積累是植物響應干旱脅迫最常見的反應之一，植物對干旱的重要生理適應方式就是滲透調節。干旱處理和8'-（C2H）ABA處理對高羊茅葉片中滲透調節物質可溶性糖和可溶性蛋白質的影響如圖5、6所示。

圖5 四種處理對高羊茅葉片中可溶性蛋白質含量的影響（平均值±標準偏差）

由圖5可知，處理7天后，DS處理降低了高羊茅葉片中蛋白質含量，而DS+8'-ABA和DS+ABA處理均能提高蛋白質的含量以響應干旱脅迫，一定程度提高其抗旱能力。這說明一定濃度的外源ABA 和8'-（C2H）ABA均能提高滲透調節物質蛋白質的含量，維持體內滲透壓，有助于細胞或組織吸水，從而進一步提高其抗旱能力。

由圖6可知，DS處理的高羊茅葉片中可溶性糖的含量增加，較CK增加了36.1%（P＜0.05）。DS+8'-ABA和DS+ABA處理使干旱條件下高羊茅葉片中可溶性糖的含量均降低，較DS分別降低了21.2%、45.4%（P＜0.05），且DS+8'-ABA處理低于CK。實驗結果表明，雖然8'-（C2H）ABA和ABA處理均降低了干旱條件下可溶性糖的含量，但DS+8'-ABA和DS+ABA處理之間存在明顯差異，還需進一步研究。

圖6 四種處理對高羊茅葉片中可溶性糖含量的影響（平均值±標準偏差）

3 討論

干旱脅迫作為一種非生物脅迫，影響著植物生理代謝的各個方面。干旱其誘導的化學信號中，ABA是主要的化學信號，通常在植物根部合成，并運輸到葉片中調節氣孔關閉，或在葉片中快速生物合成并對氣孔關閉做出反應。ABA介導氣孔關閉并消除脅迫條件的限制，以調節植物生長和發育。ABA能通過多種途徑來完成對植物抗逆性的調節作用，如提高植物體內滲透物質的含量和酶活性，或者直接調節相關抗旱基因表達等，但無論是哪種途徑都表明ABA可以作為一種防御信號提高植物的抗逆性。ABA在植物應對干旱、寒害、鹽害等脅迫環境時起著重要的作用。大量研究表明，施加一定的外源物質（如脫落酸、水楊酸、茉莉酸甲酯等）可增強植物對氮、磷、鉀等營養元素的吸收，以促進植物正常生長發育，緩解干旱對植物造成的傷害。

相對電導率是反映植物抗逆能力的一個重要生理指標，當處于干旱等逆境環境時，植物細胞膜會受到一定程度的損害，使植物體內的細胞膜透性發生變化，細胞質外滲，從而使電解質的濃度也不斷增加，導致相對電導率呈向上的趨勢。目前，研究植物的抗逆能力比較常用的一種生理指標就是相對電導率，其高低在一定程度上反映了植物抵御干旱脅迫的能力。本試驗中，在干旱脅迫下，對經過外源濃度為20mg/L的8'-（C2H）ABA和ABA處理過的高羊茅植物進行測定發現，經過外源8'-（C2H）ABA和ABA處理過的高羊茅植物相比未經處理的高羊茅，均能明顯降低相對電導率，說明外源8'-（C2H）ABA與ABA一樣，能夠有效地增強高羊茅植物在干旱脅迫下的抗旱能力。

光合作用是植物生長發育的主要物質能量來源，植物要進行光合作用，葉綠素是必不可少的，其含量的高低嚴重影響著光合作用的效率，對植物光合作用具有重要意義。葉綠素含量能在一定程度上反應植株光合能力的強弱，而光合作用的強弱會直接影響植株生物量積累的多少。MDA 含量的高低反映了細胞膜脂過氧化的強弱和脂膜破壞程度，而抗氧化酶活性的高低是細胞抗逆能力的強弱指標之一。植物體內清除 ROS的SOD、POD 和 CAT這三種酶能夠防御活性氧自由基對細胞膜的傷害，抑制膜脂過氧化。本研究中，在干旱條件下，8'-（C2H）ABA與ABA處理后的高羊茅葉綠素含量增加，使光合能力增強，長勢更佳，生物量得以增加；同時高羊茅植株細胞內抗氧化酶活性顯著增強，明顯抑制了細胞內ROS含量的積累，防止膜脂過氧化，使得細胞中MDA的含量下降，從而減輕了細胞膜脂過氧化損傷程度，這些變化使高羊茅能更好地適應干旱環境，該結果與前人的研究結果相一致。將8'-（C2H）ABA與ABA對比發現，8'-（C2H）ABA與ABA效果一致，同樣能夠增強高羊茅適應干旱能力。

4 結論

本實驗研究了在干旱脅迫的條件下，通過PEG模擬干旱脅迫的方法，外源施加一定濃度的8'-（C2H）ABA和ABA對高羊茅抗旱能力的影響。在干旱脅迫下，通過葉面噴施8'-（C2H）ABA能夠提高高羊茅葉片中過氧化物酶（POD）、超氧化物歧化酶（SOD）的活性、增加可溶性蛋白質含量、降低丙二醛（MDA）和超氧陰離子（O2—）含量以及降低相對電導率、提高葉片相對含水率和葉綠素含量等，明確外源8'-（C2H）ABA提高高羊茅抗旱性的生理機制，為減輕干旱對高羊茅的危害、增強高羊茅的耐旱性提供理論依據。通過與ABA進行對比發現，8'-（C2H）ABA穩定性好、生產成本低，且具有與ABA在增強高羊茅抗旱性方面相似的效果，能夠在植物抗干旱方面作為ABA的替代物進行進一步研究和應用。