干旱脅迫對粉葛幼苗生長及生理特性的影響

高昆 石義妃

摘要：以粉葛為材料，分別用5%、10%、15%、20%、30%等5個不同濃度的PEG-6000來模擬干旱脅迫，研究其耐旱性，為粉葛在干旱區的種植提供依據。結果表明，隨著PEG-6000濃度的增加，粉葛幼苗形態有明顯變化，葉面積總體呈下降趨勢，濃度越高，葉片下垂、皺縮越嚴重，有的甚至脫落，植株死亡，說明高濃度會顯著抑制粉葛生長。粉葛幼苗葉片中的葉綠素、MDA、可溶性糖、可溶性蛋白含量及相對電導率均隨PEG-6000濃度的升高呈現持續上升的趨勢。

關鍵詞：粉葛;PEG-6000;葉綠素;MDA;可溶性糖;可溶性蛋白;相對電導率;干旱脅迫

中圖分類號：S567.23+9.01文獻標志碼： A

文章編號：1002-1302（2021）08-0153-05

收稿日期：2020-07-26

基金項目：山西省大同市科技項目（編號：2018174）。

作者簡介：高 昆（1970—），女，山西大同人，碩士，副教授，研究方向為藥用植物生理生態學。E-mail：gaokunnew@aliyun.com。

大量研究表明，在當今氣候變化中，由缺水造成的干旱脅迫所導致的農作物減產十分嚴重[1]。而我國大約1/3的陸地面積是干旱和半干旱的[2]，且在世界范圍內，干旱區域的范圍有逐年擴大的趨勢[3]。開發抗旱品種、提高旱地的利用率是目前解決我國土地資源緊缺的重要途徑，作為旱糧作物資源的葛屬植物具有較大的開發潛力。

葛[Pueraria lobata （Willd.） Ohwi]屬于豆科（Leguminosae）葛屬（Pueraria）多年生藤本植物，葉互生，菱狀卵圓形，塊根，紫色莢果，全株披黃褐色粗毛[4]。葛生長于荒坡、沙地、陡壁，分布廣泛，適應力強，耐熱、耐旱、耐貧瘠[5]。葛根系發達，且密生根瘤菌，能保持水土，改良土壤。葛被國家衛生部認定為藥食同源性植物，素有“亞洲人參”之稱[5]，葛的根、莖、葉、花等部位含有豐富的營養成分，如蛋白質、脂肪、粗纖維、各種礦質元素和維生素，粗加工食品如葛根口香糖、炸葛根片和深加工食品如菜肴佐料、葛根淀粉等[6]，是深受人們喜愛的天然綠色食品。葛的塊根肥厚，入藥后為葛根，葛根來源主要有野葛和粉葛[7]。葛根有很重要的藥用價值，其中的異黃酮類物質對預防和治療偏頭痛、高血壓、冠心病、糖尿病、癌癥等有特殊功效[8-9]，在抗衰老、抗氧化、增強免疫力等方面效果十分明顯[8]。葛根素是葛根的特有成分，對心腦血管疾病有很好的防治作用[10]，同時葛根素及其衍生物在抗炎、抗痛風方面也有很好的效果[11]。葛還是良好的飼用植物，對多數牲畜都具有適口性[4]。

我國擁有豐富的葛屬植物種質資源，其中粉葛[Pueraria lobata （Willd.） Ohwi var. thomsonii （Benth.） Vaniot der Maesen]的開發應用較廣，是我國葛粉和中藥材的主要來源[6]。近年來，國內外對葛屬植物的營養成分和食品開發研究較多，而且其藥用價值也受到廣泛關注，特別是2020年在新冠肺炎早期治療中，葛根湯顆粒發揮了非常重要的作用。目前，對粉葛的研究多集中在其有效成分如總黃酮、多糖的分析上，如黃再強等的研究[12]以及王婷等對粉葛栽培技術的研究[9]。但針對該植物的抗旱特性研究甚少，本試驗以粉葛作為材料，研究干旱脅迫對葛的形態、生理生化特性的影響，了解葛的抗旱性，可為干旱地區種植粉葛提供理論依據，推動葛植物種植成為干旱地區農業的新型產業和農民脫貧的重要產業。

1 材料與方法

1.1 供試材料

帶有根、芽的粉葛幼苗購自廣西藤縣綠洲農業發展有限公司。

1.2 試驗方法

1.2.1 材料預處理

于2020年4月中旬將購買的粉葛幼苗集中水培處理。1周后選擇長勢良好、粗細、高低基本一致的粉葛扦插苗移栽到組培瓶中，每瓶2株，共18瓶。

1.2.2 試驗設計

用PEG-6000來模擬干旱脅迫，試驗共設有5個處理濃度（以質量分數計），分別為5%、10%、15%、20%、30%，上述不同濃度組依次用T1、T2、T3、T4、T5來表示。以蒸餾水為對照（CK），將配制好的溶液分別加入已準備好的組培瓶中，每瓶100 mL，對照組加入100 mL蒸餾水，共6組，每組3個重復。

1.3 指標測定

1.3.1 生長指標測定 （1）植株形態特征及耐旱等級。對各組每3 d測1次形態指標，其中耐旱等級及標準見表1。

（2）葉面積測定。對每組初期長勢相同的幼齡期葉片每3 d測定1次長與寬;長為葉基部到葉尖的長度，寬為葉長一半位置的寬度，葉面積為長度乘以寬度。

1.3.2 生理指標測定

可溶性糖、丙二醛含量采用TBA法[13]測定;可溶性蛋白含量采用考馬斯亮藍法[14]測定;相對電導率的測定參照徐新娟的方法[15]。

1.4 數據分析

采用SPSS和Excel軟件對測定得到的數據進行處理和分析。

2 結果與分析

2.1 不同濃度PEG-6000處理粉葛幼苗形態變化

由表2可知，不同濃度PEG-6000處理后，粉葛幼苗的葉面積總體呈下降趨勢，變化范圍為 8.73～4.89 cm2。經過T1處理后，葉面積比CK增加1.3%;經T2、T3、T4、T5處理后，比CK依次減少30.3%、34.7%、42.9%、43.3%，說明粉葛在低濃度PEG-6000下有一定的抗旱性。此外，CK和T1、T4處理和T5處理之間均未出現顯著性差異（P>0.05），但是T4、T5這2個組與T1處理、CK相比則存在顯著性差異（P<0.05），說明高濃度PEG-6000處理對粉葛幼苗葉面積造成的影響較大。

同時，隨著時間延長，不同處理的葉面積也發生相應變化（圖1），除了CK和T1處理的葉面積隨時間呈升高趨勢外，其余處理均下降，且T5處理的葉面積下降最快，變化幅度也最大，范圍為9.68～4.89 cm2，干旱脅迫后5 d比干旱脅迫后1 d少50%。此外，干旱脅迫后3、4、5 d均與干旱脅迫后 1 d 差異顯著（P<0.05），可見高濃度的PEG-6000對粉葛幼苗葉面積影響較大。

2.2 不同濃度處理后粉葛幼苗生理生化指標

2.2.1 葉綠素含量

本試驗葉綠素的相對含量用SPAD（soil and plant analyzer development）值來表示。由圖2可知，經不同濃度的PEG-6000脅迫處理后，粉葛幼苗SPAD值總體呈現升高的趨勢。其中第5天，CK、T1～T5各處理SPAD值分別為39.12、42.21、45.32、50.21、51.12、64.13，T1～T5分別比CK增加7.9%、15.9%、28.4%、30.9%和63.9%。T1、T2這2個處理與CK間無顯著差異（P>0.05），T3、T4和T5與CK間相比差異顯著（P<0.05），說明低、中濃度PEG-6000處理下，粉葛幼苗葉片葉綠素含量變化較小，但高濃度會引起其大幅上升。同時將后3組進行比較發現，T5與T3、T4間差異顯著（P<0.05），其中T5處理的SPAD值比T3處理高28%、比T4處理高25.3%，說明高濃度PEG-6000處理對粉葛幼苗葉綠素含量影響顯著。

此外，根據表3可知，引起粉葛幼苗SPAD值變化的濃度與時間之間存在互作的關系，濃度和時間的作用效果均顯著。隨著濃度和時間的增加，葉綠素含量總體呈現持續上升趨勢。且在干旱脅迫后 5 d、PEG-6000濃度為30%時粉葛幼苗葉綠素含量達到最大，在此條件下對粉葛幼苗葉綠素含量的影響最為顯著。

2.2.2 可溶性糖含量

如圖3所示，在經過不同濃度的PEG-6000處理后，粉葛幼苗葉片可溶性糖含量總體呈上升趨勢，其變化的具體范圍為2.71～11.3 μmol/g，T1～T5處理分別是CK的1.64、2.15、3.03、3.38、4.17倍，CK與T1處理差異不顯著（P>0.05），而與其他脅迫處理差異顯著（P<0.05）。由此可見，低濃度（5%）的PEG-6000處理之后，粉葛幼苗可溶性糖含量較低，但是中、高濃度下其含量明顯增加。

同時通過各處理相互比較可知，T1和T2、T2和T3、T3和T4、T4和T5之間均差異不顯著（P>0.05），但是T1和T2與T3、T4、T5這3個處理以及T3與T5間基本存在顯著差異（P<0.05），可見高濃度的PEG-6000與低、中濃度處理相比可以顯著增加粉葛幼苗可溶性糖含量。

2.2.3 可溶性蛋白含量

通過圖4可知，在不同濃度PEG-6000處理下，粉葛幼苗葉片中可溶性蛋白含量呈現出持續上升的趨勢。其中，CK和T1～T5處理脅迫結束之后，可溶性蛋白含量為4.26、16.93、24.44、32.97、42.32、47.75 mg/g，T1～T5處理分別為對照的3.97、5.74、7.74、9.93、11.21倍，且T1、T2、T3、T4、T5與CK間均存在著顯著差異（P<0.05）。說明無論低、中、高濃度PEG-6000處理都對粉葛幼苗可溶性蛋白含量有顯著影響。同時，除與CK比較外，其他各濃度間均存在極顯著差異（P<0.01），說明5%的濃度梯度所引起的可溶性蛋白含量的變化幅度是較大的。

2.2.4 MDA含量

通過圖5可知，在從低濃度到高濃度的PEG-6000處理之后，粉葛幼苗MDA含量表現出明顯的上升趨勢，T1～T5依次比CK增加0.10、0.19、0.48、0.67、1.08倍。T1、T2、T3、T4、T5與CK間均存在極顯著差異（P<0.01），此外，除了CK外，T1～T5各處理間也均存在極顯著差異（P<0.01），說明不僅PEG-6000的脅迫對粉葛幼苗葉片的MDA含量有著非常大的影響，而且5%濃度梯度對該指標的影響也極顯著。

2.2.5 相對電導率

通過圖6可知，由CK、T1、T2、T3、T4、T5處理之后，粉葛幼苗相對電導率也明顯上升。CK為最低值（55%），T5處理為最高值（79%）。各處理與對照間的相對電導率均存在極顯著差異（P<0.01），可見5%、10%、15%、20%、30%不同濃度處理均可使粉葛幼苗葉片的相對電導率大幅上升。

同時，除CK外，5個不同濃度處理間相互比較，除了T2和T3處理間差異顯著（P<0.05）外，其余各處理間均呈現出極顯著差異（P<0.01），總體來說所設置的5%濃度梯度對于粉葛的膜透性影響很大，可顯著提高相對電導率。

3 討論與結論

3.1 PEG-6000脅迫處理后植株形態變化情況

本研究表明，經由濃度為5%、10%、15%、20%、30%的PEG-6000處理之后，粉葛的幼苗形態發生了比較明顯的變化，葉面積總體呈下降趨勢，特別是經高濃度處理后，葉片下垂、皺縮十分嚴重，說明高濃度會顯著抑制粉葛生長。同時，低濃度（5%）PEG-6000處理后與對照相比可以促進粉葛葉面積的增長，說明粉葛有一定的耐旱性。

3.2 生理指標變化

本試驗結果表明，不同濃度的PEG-6000脅迫處理之后，粉葛幼苗葉片中的葉綠素含量持續升高。其具體原因可能為在逆境下粉葛會產生很多的滲透調節物質如脯氨酸等，它們是光合作用的直接產物或間接產物[16]，故在PEG-6000脅迫后，為保證這些物質的產生，需要使植株維持正常的光合作用，這要求其本身合成大量的葉綠素。此外，隨著單位葉面積的縮小，單位面積葉綠素增多。在經過不同濃度的PEG-6000處理之后，可作為滲透調節物質的可溶性糖含量增加，因為它不僅具有防止粉葛幼苗細胞失水的功能，還可以保護細胞器，通過該指標的升高，可為根系提供滲透機制，以便于水分進入根系，維持正常的生長發育[16]。再者逆境下可溶性蛋白質含量也呈上升趨勢，因為其可以幫助植株束縛住較多的水分，以此適應外界缺水的環境，也進一步提高幼苗自身的抗旱能力。

同時，MDA為膜脂過氧化直接產物，它的含量可以表明植物的受害程度，同時也可以反映植物的抗性[17]。在不同濃度的PEG-6000脅迫處理后，粉葛幼苗中MDA含量呈顯著上升趨勢，這說明在高濃度下，粉葛體內活性氧的積累超出SOD的清除能力，該酶活性下降，所引起的是MDA的大量升高，受到的傷害較大。相對電導率也是反映粉葛細胞膜透性的一種指標，在逆境條件下，細胞膜遭破壞，透性增大，故可以通過此指標也進一步反映植株的抗旱能力。在本研究中，相對電導率均呈上升趨勢，可見在高濃度PEG-6000處理下，膜系統遭到的破壞很嚴重。

本研究結果表明，用不同濃度PEG-6000處理粉葛幼苗后，植株表現出不同耐受性，可抵御低濃度（5%）脅迫，但經20%、30% PEG-6000處理后，內外在指標植株形態、MDA含量、相對電導率和可溶性蛋白含量等變化幅度較大，植株趨近死亡。可見，粉葛的耐受范圍是有限的，高濃度的PEG-6000處理會影響粉葛的生長發育和生理特性。此外，本試驗所設置的5%的濃度梯度對上述指標影響顯著，故在之后的研究中可相應縮小濃度梯度和濃度范圍，這樣可以更加精確地研究粉葛的耐旱程度。

參考文獻：

[1]王 丁，張麗琴，薛建輝. 林木對干旱脅迫的生理與分子響應研究綜述[J]. 安徽農業科學，2011，39（25）：15426-15431，15445.

[2]賴金莉，李欣欣，薛 磊，等. 植物抗旱性研究進展[J]. 江蘇農業科學，2018，46（17）：23-27.

[3]楊 鋒，劉 晨，姜麗娟，等. 蘋果屬植物抗旱性評價[J]. 西北農林科技大學學報（自然科學版），2020，48（8）：119-128.

[4]孫振元. 葛藤及其開發利用[J]. 林業科技管理，2001（3）：41-43.

[5]劉善臣，樊合生. 葛根的植物學特性及高產栽培技術[J]. 作物研究，2003（2）：97-98.

[6]梁 潔，李 琳，唐漢軍. 葛的功能營養特性與開發應用現狀[J]. 食品與機械，2016（11）：217-224.

[7]孫 華，李春燕，薛金濤. 葛根的化學成分及藥理作用研究進展[J]. 新鄉醫學院學報，2019，36（11）：1097-1101.

[8]李紅寧，孫愛群，林長松，等. 六盤水葛資源及其藥用價值研究[J]. 種子，2013，32（12）：51-54.

[9]王 婷，胡 亮，李桂花. 優質粉葛栽培技術[J]. 北方園藝，2011（6）：62-63.

[10]李 昕，潘俊嫻，陳士國，等. 葛根化學成分及藥理作用研究進展[J]. 中國食品學報，2017，17（9）：189-195.

[11]邢志華，馬譽暢，李新萍，等. 葛根素及其衍生物抗炎、抗痛風作用研究進展[J]. 中國中藥雜志，2017，42（19）：3703-3708.

[12]黃再強，張燕飛，陳 玲，等. 川產葛根、粉葛總黃酮和多糖含量的對比分析[J]. 中藥與臨床，2017，8（3）：11-14.

[13]何開躍，李曉儲，黃利斌，等. 冷凍脅迫對福建柏苗可溶性糖和丙二醛（MDA）含量的影響[J]. 江蘇林業科技，2000（6）：6-8.

[14]周 穎，樊 榮，張建逵.人參中可溶性蛋白質含量測定[J]. 遼寧中醫藥大學學報，2014，16（8）：95-96.

[15]徐新娟，李勇超. 2種植物相對電導率測定方法比較[J]. 江蘇農業科學，2014，42（7）：311-312.

[16]岳 海，何雙凌，耿建建，等. 叢枝菌根真菌對澳洲堅果幼苗耐旱性的影響[J]. 西部林業科學，2020，49（2）：30-35，42.

[17]趙 潔，郎 瑩，吳 畏，等. 土壤極端干旱對金銀花光合生理生化特性的影響[J]. 西北植物學報，2017，37（12）：2444-2451.