淺談植物抗旱生理研究進展與育種

田富蓉

摘? ? 要：目前，水資源短缺問題成為了一個全球性的問題，植物的抗旱性研究已經成為現階段農業生產的研究熱點，而抗旱生理研究對干旱脅迫下植物發生的生理代謝變化則是研究的重點。植物遭到干旱脅迫后正常的生理代謝狀態會被打破，為了保持自身的生命力，植物會啟動調節系統以適應干旱環境。闡述植物抗旱的概念及類型，分析植物抗旱生理探究進展，并探究抗旱育種技術。

關鍵詞：植物;抗旱生理;育種

文章編號：1005-2690（2021）20-0135-02? ? ? ?中國圖書分類號：S332.4? ? ? ?文獻標志碼：A

全球氣候變暖帶來的干旱問題已經成為影響植物生長發育的重要因素之一[1] 。從植物抗旱生理研究角度來看，植物遭到干旱脅迫時體內的很多生理過程會發生變化，如光合作用、水勢、氣孔閉合等都受到嚴重影響，這就影響了植物的正常生長，最終導致農作物產量下降。植物受到干旱脅迫時會利用自身的調節系統來適應不良環境，這種通過生理調節來抵御不良環境的行為被稱為植物的生理適應性[2]。現階段探索植物抗旱生理的研究進展與育種具有重要的現實意義。

1? ?植物抗旱的概念及類型

從植物生長的角度來看，一旦植物體內的水分出現匱乏，其體內的細胞活動及組織結構就會遭到破壞，植物容易出現水分虧缺情況，該現象被稱為干旱，此時植物所表現出來的適應性和抵御能力被稱為抗旱性[3]。

目前，從植物抗旱的相關研究來看，學者Levitt對抗旱植物進行了類型劃分，其一為避旱性植物，其二為御旱性植物，其三為耐旱性植物。從避旱性植物來看，其一般以縮短生長周期來躲避重度干旱;從御旱性植物來看，其以改變自身的形態結構、代謝功能等方式來保持體內的水分，有的植物也會通過自身強大的根系來吸收水分;從耐旱性植物來看，其以休眠的方式使自身在干旱時期處于風干狀態，但原生質并沒有凝固，并且具備較強的吸水能力，該類型的植物在干旱脅迫得到緩解后便可恢復正常的生長[4]。從現階段對植物抗干旱性的研究來看，一些學者會依據植物的相對含水量來劃分干旱脅迫度，其一為輕度脅迫，其二為中度脅迫，其三為重度脅迫。

2? ?干旱對植物生理指標的影響

2.1? ?對光合生理的影響

從生理特點來看，植物通過光合作用來獲取生長能量，其中葉綠體是植物進行光合作用的細胞器，葉片光合產物是各器官生長的物質基礎。從理論分析來看，植物光合速率是衡量植物生產水平的有效指標之一[5]，同時植物的葉綠素含量對于植物光合速率有著直接的影響。因為植物獲取有機物的途徑主要通過光合作用來實現，所以植物光合速率的強弱對植物光合作用的效果有著直接的影響。通過光合作用，植物能夠將二氧化碳和水轉化成有機物質，并釋放出氧氣。植物在光合作用過程中受到的影響因素較多，其中水分對光合作用的影響是間接實現的。相關研究顯示植物的光合速率與水分脅迫有著很大的關系，光合速率的下降幅度與水分脅迫的強度呈正相關。植物受到干旱脅迫時，植物葉片上的氣孔會關閉，此時植物吸收的CO2也會減少，這樣就降低光合作用的速率。在植物恢復水分后，其光合速率會提升。在干旱脅迫下植物的葉綠素含量會隨著干旱程度加深而降低，其中降低幅度較小的植物說明其抗旱能力較強。

2.2? ?對植物細胞膜系統與膜脂過氧化的影響

植物的細胞膜系統在維持細胞微環境、細胞正常代謝等方面都發揮著關鍵性作用。在正常環境下，植物體內的自由基會保持平衡狀態，但在干旱脅迫下細胞內的自由基數量會隨之增加，這會在一定程度上降低細胞的清除能力。由于活性氧的大量累計致使細胞膜出現氧化現象，這就會對植物細胞內的大分子產生破壞，最終影響植物的正常發育生長。尤其植物在受到干旱脅迫時，植物自身會產生保護性應激反應，當大量活性氧等有害物質對植物細胞進行攻擊時，植物會快速啟動自身的抗氧化系統對多余的活性氧進行清除或者對其進行中和，這樣就可以增強植物抵御不良環境的能力，避免細胞膜系統被損害，確保植物細胞的各項功能都處于正常狀態，降低干旱脅迫對植物本身的危害性。另外，相關研究表明，植物在干旱脅迫下的細胞膜透性可以通過電導率來顯示。在干旱脅迫下植物材料的相對電導率會提升，此時膜透性也會隨之升高。葉片的電導率與植物的抗旱性呈負相關，當植物的相對電導率較高時，說明植物的抗旱性能比較差。

2.3? ?對植物抗氧化酶活性的影響

從干旱對植物過氧化酶活性的影響來看，過氧化酶是一種比較穩定的氧化還原酶，在動植物以及微生物中廣泛存在。從植物中過氧化酶所發揮的作用來看，其在清除植物體內產生的H2O2方面具有較快的速度，這樣可以有效地避免H2O2引起卡爾文循環的酶失活。在正常的條件下植物體內的自由基可以使植物保持正常的代謝狀態，但在干旱脅迫下這種平衡會被打破，這主要是因為植物組織中積累了大量的活性氧，其對細胞膜結構、功能等方面產生破壞性作用，在一定程度上增加了細胞膜透性，導致電解質出現外滲現象。植物細胞中有抗氧化酶，可以對活性氧進行有效的清除或中和，這樣便可以增強植物在干旱脅迫下的適應能力，提升植物的生存能力。

2.4? ?對植物滲透調節物質的影響

從干旱對植物滲透調節物質的影響來看，當植物受到干旱脅迫時，其體內的細胞會處于失水狀態，此時葉片的水勢處于降低狀態。為了避免植物過度失水，植物會快速地積累自身的滲透調節物質對細胞液的濃度進行有效調節，在降低滲透勢的基礎上維持細胞膨壓，這樣可有效地緩解植物脫水情況，保持細胞的水分平衡和。目前，從植物抗旱生理研究的角度來看，植物體內的滲透調節物質主要為兩種，其一為有機質，其二為無機物質。有機質主要以甜菜堿、可溶性糖、脯氨酸為主，主要作用是保護細胞膜和生物酶;無機物質主要以無機鹽離子為主，主要作用是調節細胞膨壓，并維持液泡滲透性。

總體來說，植物細胞的滲透調節是植物應對干旱脅迫的重要調節機制，通過滲透調節物質從外界吸收水分來抵御干旱脅迫。可溶性糖屬于細胞內滲透調節劑之一[6]，對穩定滲透調節能力的貢獻比較大，僅次于K+，植物受到干旱脅迫后，植物體內的可溶性糖含量的變化可作為判斷植物抗旱性強弱的有效指標。在干旱時，可溶性糖的含量會急劇增長，在水分恢復后，可溶性糖含量就會下降。脯氨酸屬于一種細胞親和溶質，具有較強的水溶性與水和能力，干旱脅迫造成其含量增加。在干旱脅迫下，植物能夠通過積累脯氨酸避免相關酶變性，通過對細胞質pH值進行調節，保持細胞結構的完整性。甜菜堿與前兩者類似，都是小分子有機物，也是一種非毒性的滲透調節劑。據相關調查研究表明，正常的情況下甜菜堿的含量并不高，但是當植物受到干旱脅迫后，甜菜堿就會在植物體內積累，以增強植物的抗性。

3? ?抗旱育種技術

3.1? ?育種之前需曬種

在育種過程中，需要在選擇優質的品種之后，對種子進行照曬，這樣不僅有利于種子發芽，還有利于提升出苗率，增強植物的抗病害能力[7]。

3.2? ?抗旱鍛煉

在種子播種之前，需要提前將照曬處理好的種子放到溫水中浸泡，在曬干之后進行干濕交替處理，這樣既可以保證種子前期的發育，還能提升植物的抗旱能力。

3.3? ?農作物種子包衣

種子包衣技術是在農作物種子的外表皮包裹抗旱種衣。種衣劑中富含大量的營養成分和微量元素，這對種子的前期發育有一定的促進作用。同時，農作物在種子包衣后可以促進水分吸收，這樣可為農作物種子的發育及成長提供良好的保障。

4? ?結束語

近些年植物抗旱研究獲得較大進展，人們不僅從土壤、栽植方式、灌溉方式等方面改良植物的生長環境，還關注育種技術的改良，通過增強種子的抗旱性提升植物的耐受性。現階段對干旱條件下植物生理變化的研究比較多。在農業領域發展過程中，一是要將抗旱植物的研究重視起來，二是借助先進的分子生物技術篩選抗旱植物品種，三是調整育種技術增強種子的耐旱性，四是構建綜合性的植物抗旱評價體系，以此為后續抗旱植物的研究提供理論依據與技術支撐。

參考文獻：

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[3]吳迪，龍秀琴，唐金剛，等.干旱脅迫對3種藤本植物抗旱生理特性的影響[J].貴州農業科學，2013，41（6）：69-71.

[4]譚雪紅，高艷鵬，郭小平，等.五種高速公路邊坡綠化植物的生理特性及抗旱性綜合評價[J].生態學報，2012，32（16）：5076-5086.

[5]許愛云，曹兵，謝云.干旱風沙區煤炭基地12種草本植物對干旱脅迫的生理生態響應及抗旱性評價[J].草業學報，2020，29（10）：22-34.

[6]李艷，王慶，劉國宇，等.4種地被植物干旱脅迫下的生理響應及抗旱性評價[J].中南林業科技大學學報，2019，39（6）：9-15.

[7]王炳萍，劉一華.植物抗旱性鑒定的研究進展[J].農村實用技術，2020（12）：78-79.

（編輯：白? ?穎）