干旱脅迫對不同品種決明幼苗生理生化特性的影響

朱 亞，李 松，趙永平，楊 楠

(1.商洛學院 生物醫藥與食品工程學院，陜西 商洛 726000;2.陜西秦嶺特色生物資源產業技術研究院，陜西 商洛 726000)

決明(CassiaobtusifoliaL.)為豆科云實亞科草本，又稱草決明、馬蹄決明、假綠豆等[1]，決明受凍害后容易脫葉而死，所以其生長在溫暖濕潤的環境，陽光充足有利于其生長。決明子為決明或小決明干燥成熟的種子，其味苦，性微寒，具有利水通便、清肝、明目、抗氧化、抑菌等作用[2]，可用于治療頭痛眩暈、高血壓癥、高血脂癥等，其不僅有較高的藥用價值，還富含多種維生素，具有很好的保健功能，是人們飲茶的常用原料[3]。

干旱脅迫是影響植物正常生長的一種最廣泛最普遍的逆境條件，干旱脅迫是影響決明生長的重要因素之一。聚乙二醇(polyethylene glycol,PEG)是高分子滲透劑，具有良好的水溶性，可以使植物體內細胞吸水緩慢，造成干旱脅迫。在水資源日益短缺的情況下，如何篩選決明抗旱材料及培養抗旱品種已成為諸多學者討論的熱點話題之一[4,5]。高雪等[6]研究結果表明，白菜型春油菜的發芽率、主根長、苗高、單株鮮重等都在PEG脅迫濃度升高中逐漸下降，其中，苗高及相對活力指數的差異最明顯。李新蕾等[7]研究認為，在一定范圍內，隨著干旱脅迫強度的增加，大葉醉魚草種子的發芽時間不但有所延遲，其發芽持續時間也被延長，種子發芽率在5%～10%濃度的PEG脅迫下，與對照組相比無明顯的差異，但是在15%濃度的PEG脅迫下差異明顯，均顯著低于對照組，在20%及以上濃度的PEG脅迫下，其種子不能發芽。筆者研究采用不同濃度的PEG模擬干旱脅迫，通過研究不同干旱脅迫處理下，決明生理生化指標的變化，探討決明幼苗應對干旱脅迫的生理機制，以期為決明的抗旱栽培提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試材料為商洛宏升中藥材專業合作社提供常規栽培種，分別編號為SY-Q-2、SY-01-02、HQ-W1-01。

1.2 試驗設計與方法

每個品種挑選大小一致、飽滿、有光澤的種子，清洗除雜，用低濃度高錳酸鉀溶液進行種子表面消毒后，用無菌水沖洗3～4次，將種子置于培養皿，放入光照培養箱中催芽，待種子長出兩片真葉后移栽至花盆中，覆膜保溫保濕，隨后根據幼苗的生長情況逐漸通風去膜，待苗生長至5cm左右時進行間苗，剔除小苗、弱苗，培養50 d后，以PEG-6000溶液模擬干旱脅迫，用不同濃度PEG-6000溶液處理。試驗設置對照組(蒸餾水，CK)和PEG-6000脅迫濃度為5%、10%、15%、20%的4個干旱脅迫組，分別用S0、S1、S2、S3、S4表示，品種SY-Q-2為V1、SY-01-02為V2、HQ-W1-01為V3，3次重復，脅迫7 d后，測定各項生理生化指標。

1.3 測定方法

過氧化物酶(POD)活性采用愈創木酚法進行測定；過氧化氫酶(CAT)活性采用紫外吸收法進行測定；丙二醛(MDA)含量采用硫代巴比妥酸比色法進行測定；脯氨酸含量采用酸性茚三酮比色法進行測定；可溶性蛋白含量采用考馬斯亮藍法進行測定；可溶性糖含量采用蒽酮比色法進行測定[8,9]。

1.4 數據分析

用Microsoft Excel 2016軟件進行數據整理和作圖，用DPS9.50版數據分析軟件進行統計分析[18]。

2 結果與分析

2.1 干旱脅迫對不同品種決明幼苗POD活性的影響

由于POD是植物細胞內防御酶系統中重要的清除酶之一，它能清除植物體內過多的過氧化物，減少H2O2對細胞膜造成的傷害，常作為分析評價植物抗旱能力的指標之一[10]。由圖1可知，正常生長條件下，SY-Q-2、SY-01-02和HQ-W1-01決明幼苗之間POD活性差異不顯著(P>0.05)。隨著脅迫濃度的升高，SY-Q-2的POD活性呈現先增后降的趨勢，PEG-6000脅迫濃度為10%時，POD活性最高，SY-01-02的POD活性在PEG-6000脅迫濃度為20%時達到最高。HQ-W1-01隨著脅迫濃度升高，POD活性變化呈逐漸下降趨勢，濃度最大時活性最低。

圖1 干旱脅迫對不同品種決明幼苗POD活性的影響

2.2 干旱脅迫對不同品種決明幼苗CAT活性的影響

由圖2可以看出，不進行干旱脅迫下，品種HQ-W1-01的CAT活性高于SY-Q-2和SY-01-02。隨著PEG脅迫程度的增加，SY-Q-2和SY-01-02的CAT活性并無明顯變化，SY-Q-2在干旱脅迫濃度最高時活性最低，與CK相比下降了10.9%。HQ-W1-01的CAT活性隨著PEG脅迫濃度增加呈現先降后升的趨勢，PEG脅迫濃度為5%時較CK下降了37.5%，不同濃度PEG脅迫對品種HQ-W1-01的CAT活性變化影響不大。

圖2 干旱脅迫對不同品種決明幼苗CAT活性的影響

2.3 干旱脅迫對不同品種決明幼苗MDA含量的影響

在逆境條件下或自然衰老時，植物體細胞往往會發生膜脂過氧化作用，MDA便是其產物之一，通常被視作膜脂過氧化指標。由圖3可知，隨著PEG脅迫濃度的增加，SY-Q-2整體呈現先增后降的趨勢，不同脅迫濃度處理間MDA含量差異顯著(P< 0.05)，在PEG脅迫濃度為15%時，MDA含量最高。SY-01-02隨脅迫濃度升高，呈先降后升的趨勢，在PEG脅迫濃度為15%時，MDA含量達到最高值。不同PEG脅迫濃度處理間，HQ-W1-01的MDA含量變化差異不顯著(P> 0.05)。

圖3 干旱脅迫對不同品種決明幼苗MDA含量的影響

2.4 干旱脅迫對不同品種決明幼苗脯氨酸含量的影響

脯氨酸具有很強的水溶性，在干旱脅迫條件時，在細胞內大量增加，其作為干旱脅迫下主要的滲透調節物質，可以有效地去除掉細胞內活性氧及自由基，從而降低細胞的滲透勢[11]。由圖4可知，SY-Q-2和HQ-W1-01在不同PEG脅迫濃度下脯氨酸含量差異不顯著(P> 0.05)，升降幅度較小，說明PEG脅迫濃度對SY-Q-2和HQ-W1-01的脯氨酸含量影響不大。SY-01-02在PEG脅迫濃度為20%時，脯氨酸含量達到最高，為對照的1.51倍。

圖4 干旱脅迫對不同品種決明幼苗脯氨酸含量的影響

2.5 干旱脅迫對不同品種決明幼苗可溶性蛋白含量的影響

可溶性蛋白也是一種重要的滲透調節物質，植物在遭遇逆境時，體內可溶性蛋白的含量會大量積累，來提高植物細胞的保水能力。由表1可知，SY-Q-2的可溶性蛋白含量隨著PEG脅迫濃度的升高先降后增，10%處理下的可溶性蛋白含量最低，與CK相比減少了25.1%。SY-01-02的可溶性蛋白含量在脅迫濃度最大時，其增加至最高值，較CK增長了18.8%。而HQ-W1-01的可溶性蛋白含量隨著脅迫濃度的增加并無明顯的變化，在10%處理下可溶性蛋白含量最低，比CK組減少了19.1%，就品種而言，HQ-W1-01的可溶性蛋白含量整體上略高于SY-Q-2和SY-01-02。

表1 干旱脅迫對不同品種決明幼苗可溶性蛋白含量的影響

2.6 干旱脅迫對不同品種決明幼苗可溶性糖含量的影響

由表2可知，SY-Q-2的可溶性糖含量隨著PEG脅迫濃度的升高先增后降，并且其每個濃度脅迫下的決明幼苗可溶性糖含量均高于正常生長條件下的決明幼苗，在PEG脅迫濃度為15%時含量最高。SY-01-02在PEG脅迫濃度為20%時可溶性糖含量達到最高值，比CK增加了39.8%，在PEG脅迫濃度為10%時，可溶性糖含量比CK減少了49.8%。HQ-W1-01呈先增后減的趨勢，在PEG脅迫濃度為5%處理下含量最高。

3 討論

在干旱脅迫下，植物體內會積累活性氧，而植物本身在遭到一定逆境條件下，保護酶系統則通過自身調節減少逆境傷害，POD是植物體內普遍存在的一種酶，它與植物體內的光合呼吸作用、木質素的形成情況以及生長素的氧化程度等息息相關，其活性會隨著植物生長條件的變化而發生改變，CAT是催化H2O2分解成O2和H2O的酶，存在于植物細胞的過氧化物體內。POD和CAT之間具有協同作用，可以協同將H2O2轉化成H2O和O2，有效地清除活性氧，從而減輕植物細胞由于水分脅迫而導致的氧化傷害[12]。筆者試驗結果顯示，隨著PEG脅迫濃度的升高，3個品種決明的POD活性差異顯著(P< 0.05)，其中SY-Q-2的增幅最明顯。3個品種決明在不同濃度PEG脅迫下，CAT活性變幅均不大，其中品種SY-01-02的CAT活性變化差異不顯著(P> 0.05)，說明SY-Q-2和HQ-W1-01兩個決明品種的耐旱響應程度高于SY-01-02。喻澤莉等[13]也證實了隨著PEG脅迫程度的加劇，不同的抗氧化酶變化不一致，這可能主要是由于決明在遭受干旱脅迫后，植株通過各種酶的協同變化調節平衡，來抵御干旱脅迫所引起的活性氧積累，降低膜質傷害程度。

一般植物在逆境條件下，它的生長會受很多因素的限制，如高溫、鹽堿或干旱等，當遇到以上不利條件時，就會產生膜脂過氧化，MDA是植物膜脂過氧化的產物，由其含量的變化可以反映植物膜脂過氧化的程度及其對逆境條件反應的強弱。在干旱脅迫下，MDA含量逐漸增多，導致細胞膜結構發生變化，影響膜的流動性，其與酶的結合力也會受到影響[14]。筆者試驗結果表明，SY-Q-2的MDA含量隨著PEG脅迫濃度增加快速升高，說明其對干旱脅迫的敏感性較強，SY-01-02的MDA含量隨著PEG脅迫濃度增加先降后升，說明適度的干旱脅迫有利于該品種幼苗的生長，而對于HQ-W1-01而言，PEG脅迫濃度對MDA含量變化影響不大，說明該品種抗旱性較強。任麗花等[15]研究也認為MDA含量的多少和變幅直接反映了植物受傷害程度和抗性。

滲透調節是植物應對逆境脅迫的一種生理調節機制，植物在增加細胞內溶質的濃度時，會降低細胞的水勢，使細胞水分吸收能力保持在相對平衡的狀態，從而保證細胞的各項代謝活動能夠正常進行[16]。滲透調節性物質可以使種子細胞的水分保持在平衡狀態，確保種子能夠正常生長，這類物質包括脯氨酸、可溶性蛋白和可溶性糖等[17]。研究結果表明，在PEG脅迫濃度低于15%時，參試三個決明品種的脯氨酸含量、可溶性蛋白含量和可溶性糖含量均較CK變幅不大，隨著脅迫程度進一步增加，SY-01-02的各種滲透調節物質含量呈現急需升高的趨勢，這與前人的研究結果一致[18,19]，說明干旱脅迫條件下，植株葉片中滲透調節物質會快速積累，對植物的抗旱生理有著重要的作用，而品種SY-Q-2和HQ-W1-01各滲透調節物質略有下降，這可能與品種自身的新陳代謝有關。

4 結論

植物抗旱性是在長期的適應進化中形成的，植株體內糖分和氨基酸含量以吸水能力的變化可以綜合反映其抗旱能力強弱。綜合分析發現，參試3個品種的決明幼苗在受到輕度干旱脅迫時，保護酶活性、膜脂過氧化程度和滲透調節物質均變幅不大，在遭受中、重度干旱脅迫時，HQ-W1-01的MDA含量變幅不大，但脯氨酸、可溶性糖和可溶性蛋白的含量較其他兩個品種高，表現出較強的抗旱性。實驗初步研究了PEG模擬干旱脅迫對不同品種決明幼苗各項生理生化指標的影響，關于干旱脅迫對決明藥用有效成分的影響有待于進一步研究。