干旱脅迫及復水對“雪不凋”萱草生理特性的影響研究

方 娟，王曉紅，黃程前，鄭碩理，李立華，陳佳佳，胡靈璇

(1.中南林業科技大學，湖南 長沙 410004；2.湖南省森林植物園，湖南 長沙 410004)

1 引言

隨著全球氣候變化引起的溫度升高、降雨增多和干旱頻發，且干旱區“干濕交替”現象加劇，非干旱地區也存在季節性干旱現象[1]。湖南省內各地區季節性干旱嚴重，且降雨量分布不均勻，尤其是夏秋高溫少雨天氣導致的氣象干旱會限制植物生長發育。干旱脅迫會引起細胞失水，破壞植物體內水分代謝，導致植物體生理生化和光合特征發生重大變化[2]，甚至導致植物死亡。當植物經過一定程度的干旱脅迫后，對其進行復水，一般認為植物會利用其體內的調節機制進行自我修復[3]。因此研究土壤水分虧缺和旱后復水條件下對植物的生理生化及光合生理等方面的影響，探索植物體內的相關響應機制，不僅能揭示植物對干旱的適應能力和抗旱機理，同時對植物的繁殖栽培及應用有著重要意義。

萱草屬植物(Hemerocallisspp.)是多年生宿根花卉，全屬植物14種，我國11種和部分自然雜交變種[4，5]。萱草屬植物性強健、耐寒、耐熱、耐鹽堿、耐半陰、適應力強、花色鮮艷、花期長，對土壤要求不嚴，園林應用中多用于叢植、路旁栽植或做地被應用[6]。賈民隆[7]等采用田間自然干旱的方式對萱草進行干旱脅迫；歐敏哲等[8]對大花萱草進行持續干旱及復水的生理情況，篩選出兩個自我修復能力較強的大花萱草；李昊等[9]建立耐干旱萱草品種篩選的簡易方法。但是對于旱后復水條件下萱草的生理生化及光合作用響應機制的研究鮮有報道，本試驗中選擇觀賞價值較高、湖南生長良好、抗逆性普遍較強的“雪不凋”萱草進行試驗，揭示“雪不凋”萱草的耐旱性的生理及光合機制?？梢詾椤把┎坏颉陛娌萜贩N的園林推廣及其在干旱、半干旱地區的應用上提供參考。

2 材料與方法

2.1 實驗材料

供試材料為“雪不凋”萱草取自湖南省森林植物園萱草資源圃的多年生分株苗。

2.2 實驗方法

2020年5月份將萱草統一移植到上口徑18 cm、下口徑14.5 cm、高18.5 cm的塑料花盆中，栽培基質為珍珠巖與泥炭土(1∶1)的混合基質，每盆干土質量為(1.6±0.2)kg，每盆種植一株。期間進行正常水肥管理，促其成活。

試驗采取溫室盆栽控水法，選取長勢整齊且健康的試驗材料各45盆，隨機分成5組，每組9盆。其中對照(CK)：每天澆水澆透，相對含水量為(65%±2%)；輕度干旱脅迫(LD)：相對含水量為(50%±2%)；中度干旱脅迫(MD)相對含水量為(35%±2%)；重度干旱脅迫(SD)相對含水量為(20%±2%)；自然干旱脅迫(ND)：試驗開始時澆透水后不再澆水，直至干旱結束?？厮陂g，CK和ND進行正常水分管理，其他處理自然干旱達到預設梯度后維持其含水量。試驗期間每天17:00用電子秤稱重和高精度土壤水分測試儀JK-200F測量兩種方法對試驗材料控水，使含水量維持在各預定脅迫水平。干旱脅迫試驗持續21 d后開始復水。于旱脅迫 0、7、14、21 d和復水后第7 d采集葉片樣品，用于測量指標。

2.3 指標測定

相對電導率采用電導儀[10]測定；葉綠素含量測定采用丙酮提取法[11]；MDA含量采用硫代巴比妥酸法測定；超氧化物歧化酶(SOD)活性的測定采用氮藍四唑(NBT)光化還原反應[12]；游離脯氨酸的測定采用磺基水楊酸法；可溶性蛋白含量采用考馬斯亮藍法測定[3]。

光響應曲線采用便攜式光合系統測定儀LI-6400 ( LI-COR Lincoln，USA)于 干旱21 d和復水7 d時的9:00～17:00，選取選擇受光方向一致的萱草成熟葉片在光照強度1000 μmol/(m2·s)條件下測定光合參數，測定時由紅藍光源提供不同的 PAR：2000、1500、1200、1000、800、600、400、200、1000、50、20、0 μmol/(m2·s)。測定前對每個葉片進行20 min的光誘導, 葉室CO2濃度為380 μmol/mol。

2.4 數據處理

通過修正直角雙曲線模型對萱草葉片光合作用-光響應曲線進行模擬?；緮祿幚聿捎肊xcel進行計算與統計，光響應曲線采用光合計算進行雙曲線修正模型模擬；用SPSS26.0進行數據分析，異性顯著水平為P<0.05用Origin2018制作圖表。

3 結果

3.1 干旱脅迫和復水對“雪不凋”萱草生理指標的影響

3.1.1 干旱脅迫和復水對“雪不凋”萱草相對電導率、丙二醛含量的影響

由圖1a和圖1b可知，“雪不凋”萱草葉片相對電導率、丙二醛含量隨著脅迫程度的加劇和脅迫時間的持續而不斷上升。脅迫21 d后，各處理組相對電導率都明顯上升，LD、MD、SD和ND分別比CK高21.89%、66.52%、 95.43% 和106.56%且均與CK差異顯著(P<0.05)；其中，LD和MD的丙二醛含量緩慢升高，SD和ND則表現為迅速升高，脅迫21 d時，LD、MD、SD和ND的丙二醛含量分別比CK高38.23%、64.26%、81.36%和91.62%且均與CK差異顯著(P<0.05)。

圖1 干旱和旱后復水對“雪不凋”萱草相對電導率、丙二醛、可溶性蛋白、脯氨酸含量的變化

復水7d后，相對電導率和丙二醛含量和迅速降低，LD和 MD基本上恢復到對照水平，無明顯差異(P>0.05),但SD和ND仍高于CK，且有顯著差異，而各脅迫水平丙二醛含量基本上恢復到對照水平，與CK的差異均不顯著。

3.1.2 干旱脅迫和旱后復水對“雪不凋”萱草可溶性蛋白含量、脯氨酸含量的影響

由圖1可以看出，在試驗時間段內，隨著干旱脅迫時間的增加，各處理組均表現出先上升后下降的趨勢，而各脅迫度的脯氨酸含量則表現為持續升高趨勢。在干旱處理21 d 時，LD和 MD處理下的萱草葉片的可溶性蛋白含量均顯著高于CK，分別比CK高16.80%、19.25%；SD和ND處理的萱草葉片的可溶性蛋白則顯著低于CK，與CK相比，分別下降了22.62%、27.51%。干旱0～7 d時，LD和ND脯氨酸含量與CK差異不顯著，當干旱21 d時；各處理組的脯氨酸含量均上升為最大值且顯著高于CK，分別比CK增加了48.40%、60.99%、99.71%、108.42%；干旱21 d，萱草葉片脯氨酸含量下降，但仍顯著高于CK。復水7 d后，萱草可溶性蛋白及脯氨酸含量的LD和MD均恢復到對照水平。

3.1.3 干旱和旱后復水對“雪不凋”萱草SOD活性的影響

如圖2a可知，在干旱脅迫期間，CK的SOD活性基本保持穩定，萱草干旱SOD活性整體呈先升高后降的上升趨勢。在干旱脅迫第14d時，LD和MD的SOD活性達到最大，分別比CK顯著高出47.21% 、69.52% 。在脅迫21 d后，各處理組的SOD活性均顯著低于對照水平。復水7 d后，各脅迫水平SOD活性基本上恢復到對照水平，與CK的差異均不顯著。

圖2 干旱和旱后復水對“雪不凋”萱草SOD活性、葉綠素、光響應曲線的變化

3.2 干旱脅迫和旱后復水對“雪不凋”萱草光合作用的影響

3.2.1 干旱脅迫和旱后復水對“雪不凋”萱草葉綠素含量的影響

由圖2b可知，“雪不凋”萱草葉片中葉綠素含量隨著干旱脅迫程度的加劇和脅迫時間的延長呈現先上升后下降的趨勢或者下降趨勢。其中LD和MD萱草的葉綠素含量是在干旱脅迫14 d后達到最大值，分別CK的116.15%、111.95%。在脅迫21 d后，各脅迫處理的葉綠素含量均有所下降，其中SD和ND處理組葉綠素含量分別為CK的138.99%、145.35%，且各干旱處理都和CK差異顯著(P<0.05)。復水7 d后，葉綠素含量迅速上升，LD和MD基本上恢復到對照水平，無明顯差異(P>0.05),但SD和ND仍高于CK，且有顯著差異。

3.2.2 干旱脅迫和旱后復水對“雪不凋”萱草光響應曲線的影響

如圖2c和2d所示，無論是干旱脅迫21 d，還是復水7 d后，萱草各處理組的Pn隨著光強的增加逐漸升高，變化趨勢均表現為低PAR(0～600 μmol/(m2·s))時Pn迅速增加，達到一定的PAR(600～1200 μmol/(m2·s))之后，Pn增幅變小，之后逐漸穩定并出現光抑制現象隨著干旱程度的加劇，曲線變化幅度表現為CK>LD>MD>SD>ND。不同的是，干旱21 d后，各處理與CK差異明顯，復水后，各組處理的變化曲線慢慢增大，與CK差異越來越小。

4 討論

干旱脅迫下,植物體內的活性氧積累會對細胞膜系統造成傷害，相對電導率可以用來判斷細胞膜受到損傷的嚴重程度[13]。丙二醛的積累和細胞膜透性變化可以反映細胞膜脂過氧化作用強弱和質膜破壞強弱[14]。試驗發現，干旱脅迫下，萱草丙二醛含量和相對電導率顯著上升，說明萱草葉片的膜脂過氧化程度加深,對細胞膜結構與功能造成了嚴重傷害，且葉片的丙二醛含量和相對電導率成正相關，這與何鳳[15]等對于杜仲(EucommiaulmoidesOliv.)扦插苗的研究結果相一致。復水后，輕度和重度干旱均能恢復到正常水平，而重度干旱還是顯著高于對照，這說明重度脅迫下，萱草葉片膜系統受到的傷害較大，短時間內難以恢復到正常水平。

滲透調節物質的積累是植物適應干旱脅迫的基本特征之一，其含量的積累可以在一定程度上表明植物滲透能力的強弱[16]。試驗中，萱草葉片重度脅迫的可溶性蛋白和脯氨酸隨著干旱時間的延長先增高后下降，這說明干旱前期，萱草主動積累可溶性蛋白和脯氨酸含量發來降低滲透壓，增加了生物大分子的親水性[17]，以此抵抗干旱脅迫帶來的傷害。在試驗后期，可能是持續脅迫下對萱草產生了一定的傷害，使萱草達到了耐受閾值，抑制了其蛋白質和脯氨酸的合成，這與靳月等[18]閩楠(Phoebebournei)的研究結果基本一致。在復水7 d后，各干旱處理水平均恢復為對照水平，說明萱草具有較強的耐旱性。

SOD被認為是ROS清除系統中的關鍵酶,是清除ROS的第一道防線[19]，其活性變化與膜脂過氧化程度有密切聯對活性氧的淸除能力時衡量植物抗逆性的重要指標之一[20]。本實驗中，短時間的干旱脅迫SOD活性增加，說明萱草可以通過自身的防御系統來維持細胞正常代謝活動；但隨著脅迫程度的加劇和脅迫時間的延長，超出了萱草葉片的耐受程度，SOD活性急速下降，這與肖鋼等[21]對夏玉米的研究結果基本一致。在復水7 d后，各干旱處理水平均恢復為對照水平，說明萱草具有較強的耐旱性。

葉綠素是植物進行光合作用的主要色素，其含量高低是表征光合速率的一個重要指標。實驗中，葉綠素含量前期的升高可能由于水分脅迫造成萱草葉片含水量下降，葉片擴展生長受阻，致使葉綠素含量出現輕微上升，而干旱脅迫后期葉綠素含量的下降可能是因為持續干旱葉綠素的合成受到或者葉綠素分解。這與王寧等[22]對節節麥(AegilopstauschiiCoss)的研究結果一致。干旱脅迫解除后供水，輕度和重度干旱處理組均能恢復到正常水平，而重度干旱還是顯著高于對照。這說明萱草葉片葉綠素的合成并未受到根本性破壞，在復水后可以通過自我調節機制進行恢復。

5 討論

萱草在生理方面均對干旱脅迫和復水表現出顯著響應，可以通過提高抗氧化酶活性和增加滲透調節物質含量來適應土壤水分虧缺，從而表現一定的耐旱能力。復水后，輕度和中度脅迫下萱草各指標都能恢復正常水平，說明旱后及時復水能緩解干旱脅迫對萱草生長發育的負面效應，具有一定的補償效應，但其補償強度不足以彌補重度干旱脅迫下萱草的生長發育。