干旱脅迫對不同鳶尾生理指標的影響

王洋　張璐瑤　高樹盛　程龍　屈百茹　張海燕　李學云

摘要 為了解不同鳶尾品種的抗旱性，選育抗旱材料，以洋娃娃、藍寶石、阿波羅、金娃娃、石獵、藍色魔力6種鳶尾品種為試驗材料，測定其在干旱條件下鳶尾的水分飽和虧缺、相對電導率、脯氨酸、MDA、SOD、POD、CAT、葉綠素含量以及可溶性糖等生理生化指標的變化，以此來綜合評價其抗旱性。結果表明，隨著干旱脅迫的加劇，相對水分飽和虧缺、相對電導率、MDA、SOD和滲透調節物質呈上升趨勢，POD和CAT呈先上升后減緩的趨勢。通過隸屬函數綜合評價法得出，鳶尾 “藍寶石”是6種鳶尾品種中抗旱性最強的，研究結果可為國內的鳶尾屬選育引種和園林植物節水相關應用提供理論支持。

關鍵詞干旱脅迫；鳶尾；生理指標

中圖分類號S682.1+9文獻標識碼A

文章編號0517-6611（2023）08-0109-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2023.08.025開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

Effects of Drought Stress on Different Physiological Indexes of Iris

WANG Yang ZHANG Lu-yao GAO Shu-sheng et al（1.Geological Environment Research Institute of Shandong Zhengyuan Geological Resources Exploration Co.，Ltd.，Jinan，Shandong 250000;2.College of Landscape and Forestry，Qingdao Agricultural University，Qingdao，Shandong 266109；3.Qingdao Shiyuan Development Co.，Ltd.，Qingdao， Shandong 266100）

AbstractIn order to understand the drought resistance of different Iris cultivars and breed drought-resistant materials，six Iris cultivars：Doll，Sapphire，Apollo，Golden Doll，Stone hunter，and Blue Magic were used as experimental materials to determine the changes in water saturation deficit，relative conductivity，proline，MDA，SOD，POD，CAT，chlorophyll content and soluble sugar and other physiological and biochemical indicators of Iris under drought conditions，so as to evaluate its drought resistance comprehensively.The results showed that with the intensification of drought stress，the relative water saturation deficit，relative conductivity，MDA，SOD and osmotic adjustment substances showed an increasing trend，while POD and CAT showed a trend of increasing first and then decreasing.Through the comprehensive evaluation method of membership function，it is concluded that the Iris “Sapphire” is the most drought-resistant of the six Iris varieties，which provides a certain theoretical basis for the introduction and breeding of Iris and its garden application.

Key wordsDrought stress;Iris;Physiological indicators

干旱是全球普遍存在、持續時間長、影響廣泛的一類自然現象［1］。目前，全球有40%的土地處于干旱及半干旱區域，我國的干旱和半干旱地區占國土總面積的47%［2］。干旱條件下植物體內容易出現缺水現象，短時間的干旱脅迫植物的葉片會出現短暫的萎蔫，隨著脅迫時間加長會導致枝葉干枯脫落，甚至死亡。干旱脅迫容易引起脂質過氧化，從而引起丙二醛（MDA）、葉綠素等一系列生理的變化。由于干旱脅迫對細胞造成的損害，使細胞滲透勢發生改變導致細胞膜相對透性的變化，從而引起電導率、植物體內的抗氧化酶活性以及滲透調節物質表現出不同的變化，達到維持細胞穩定的目的。

隨著氣候的不斷變化，國內城市水資源短缺和居民用水不平衡構成的矛盾，與城市園林綠化需水與其他工業用水的矛盾日漸凸顯，在這種情況下，尋找抗旱性植物來應對當下水資源短缺的局面成為了新的趨勢。鳶尾屬植物花色豐富多彩，是多年生草本，并且具有良好的觀賞性和適應性，在我國的園林綠化中應用十分廣泛，也是目前被選為最佳新型抗旱節水綠化地被的植物種類之一。目前國內外有過不少關于植物抗旱性生理指標的研究，但是對于鳶尾屬的相關研究較少［3-6］。基于此，在干旱脅迫下以6種鳶尾屬植物作為試驗材料，進行抗旱性的生理指標變化研究，以期為鳶尾屬植物的進一步引種選育及園林應用提供參考。

1材料與方法

1.1試驗材料供試材料為青島農業大學膠州資源圃中德國鳶尾的不同品種，分別為“洋娃娃”“藍寶石”“阿波羅”“金娃娃”“石獵”“藍色魔力”6個品種。

1.2試驗方法試驗材料栽植于青島農業大學試驗基地，于2021年5月中旬轉入溫室，室內試驗于7月份進行。供試材料種植于30 cm×30 cm的花盆中，每個品種種植30盆，選擇長勢一致的18株進行干旱處理，設置3個重復，每個重復6盆。脅迫前將供試樣品進行統一管理，每隔5 d取1次樣，共計取樣7次，取樣時間為09：00～10：00，取成熟葉片的中上部，帶回實驗室測定。

1.3指標測定參照王子鳳［7］的方法進行水分飽和虧缺的測定，采用張憲政［8］的方法對葉綠素含量進行測定，電導率采用電導率儀測定，超氧化物歧化酶（SOD）和丙二醛（MDA）測定采用李合生［9］的方法，可溶性糖蛋白采用考馬斯亮藍法測定，脯氨酸的測定采用李合生［9］的方法，可溶性糖測定采用蒽酮法，過氧化物酶（POD）活性采用愈創木酚法測定，過氧化氫酶（CAT）采用紫外吸收法進行測定。

1.4數據分析試驗數據采用Microsoft Office Excel 2019統計相應的生理指標，用GraphPad Prism 9對相應生理指標分析處理制出圖表。

2結果與分析

2.1干旱脅迫下鳶尾葉片相對水分飽和虧缺變化相對水分飽和虧缺是植物水分狀況的重要指標［10］。水分反應植物的生長發育、氣孔功能、光合呼吸、生理氧化作用等情況，所以水分的變化能夠反映植物體干旱情況下的生理變化。由圖1可知，隨著時間的變化，6種鳶尾品種產品的水分飽和虧缺的比率不斷增大，測定結果顯示其增幅按照“洋娃娃”“藍寶石”“阿波羅”“金娃娃”“石獵”“藍色魔力”的順序分別為42.58%、4.11%、42.61%、44.88%、12.87%、31.20%。其中鳶尾品種“藍寶石”的增幅為4.11%，遠小于其他品種，說明在干旱脅迫條件下，“藍寶石”受到影響較小。

2.2干旱脅迫下鳶尾葉片相對電導率的變化相對電導率是能夠反映植物細胞膜系統狀況的重要生理生化指標。抗旱性強的品種其電導率的上升幅度要比抗旱性差的上升幅度小，且抗旱性差的品種其相對電導率始終處于較高水平［11-13］。由圖2可知，隨著水分脅迫的加劇，6種鳶尾品種相對電導率均呈現上升趨勢。不同鳶尾品種電導率上升幅度不同，鳶尾品種“金娃娃”相對電導率明顯高于其他品種，在整個周期中，最大相對電導率時間為35 d。相對電導率由高到低分別為66.25%、59.35%、57.38%、56.35%、54.95%、52.97%，增值分別為29.57%、36.79%、34.39%、29.81%、37.34%、28.63%。結果表明，不同品種不同干旱脅迫下相對電導率均存在顯著差異，其中鳶尾品種“金娃娃”相對電導率整體明顯高于其他品種，相對電導率增值最大的鳶尾品種為“石獵”。說明在干旱脅迫條件下，鳶尾品種“金娃娃”和“石獵”對干旱脅迫響應強烈。干旱脅迫條件下，不同鳶尾品種的葉片受到的傷害有明顯的差異。

2.3干旱脅迫下鳶尾葉片MDA含量的變化細胞膜脂過氧化作用的主要產物之一MDA會加劇膜的損傷，因此其含量的高低可以反映細胞膜脂過氧化作用的強弱，因此是鑒定膜損傷程度的公認指標［14］。由圖3可知，在干旱脅迫加劇的條件下，6種鳶尾品種的MDA含量均逐漸增加，測定結果顯示MAD含量從高到低分別為51.23、44.58、43.56、43.26、35.15、33.26 nmol/mL；鳶尾品種“石獵”的反應較劇烈。由此可知，MDA的含量能反映不同鳶尾品種對干旱脅迫的響應，且不同鳶尾品種葉片所產生的MDA 傷害物質是存在差異的。

2.4干旱脅迫下鳶尾葉片葉綠素含量的變化植物體內的葉綠體是光合作用的場所和進行光合作用的細胞器。綠色植物的光合作用是世界上有機體生長、發育、繁殖的根本保障。當植物體受到干旱脅迫時，細胞的滲透勢就會發生變化，細胞質會遭到嚴重的破壞，同時葉綠素也會被降解［15］。所以在一定程度上葉綠素含量變化反映了植物體受到的干旱脅迫程度。由圖4可知，6種鳶尾品種在受干旱脅迫下的葉綠素含量總體呈現上升下降的動態變化。6種鳶尾品種中“石獵”的初始葉綠素含量最高，35 d后葉綠素含量減少了1.97 mg/g，是變化最大的品種，且“石獵”與其他品種變化規律略有不同。由此可知，植物可利用光合作用等氧化還原反應來抵抗干旱脅迫帶來的不利影響。

2.5干旱脅迫下鳶尾葉片抗氧化酶活性的變化目前認為植物細胞內活性氧產生和清除的動態平衡是由于干旱造成的，在干旱脅迫條件下所造成的植物葉膜脂傷害過氧化主要是活性氧自由基對機體產生的傷害，在植物體內中起到清除作用的酶促系統發揮著巨大的作用［15］。如圖5所示，在干旱脅迫下，6種鳶尾葉片的POD、CAT活性均呈先增加后降低的趨勢，且POD 35 d后酶的含量低于起始含量。SOD 則總體呈上升趨勢。在干旱脅迫的條件下，SOD能夠有效清除超氧離子，避免機體受害的同時減少MDA積累［16］。由圖5可知，6種鳶尾SOD含量呈上升趨勢。其中鳶尾品種“洋娃娃”增幅最大，為172.01 nmol/mL。

試驗結果表明，6個鳶尾品種在干旱脅迫的條件下產生不同抗氧化酶來清除葉片中的活性氧危害，但每個鳶尾品種的不同抗氧化酶活性的變化趨勢不完全相同，因此，3種抗氧化酶均可以作為評價抗旱性的相關指標，但是不能夠憑借其中1種抗氧化酶的含量變化來評價其抗旱性。

2.6干旱脅迫下鳶尾葉片的滲透調節物質變化在干旱脅迫條件下，鳶尾葉片滲透調節物質的變化機制是植物自身對逆境的適應機制。當不良環境下的細胞產生代謝不平衡時，細胞會產生如脯氨酸、可溶性糖等滲透調節物質來維持細胞正常活動。脯氨酸可以在某一程度上反映植物的抗旱性［17］，可溶性糖可維持和提高細胞的相對膨壓［18］。由圖6可知，在干旱脅迫下，除了鳶尾品種“藍色魔力”和“石獵”脯氨酸含量隨干旱脅迫變化不大外，其余4種鳶尾的脯氨酸含量隨時間變化呈上升趨勢；增幅最大的是鳶尾品種“洋娃娃”，增值為442.86 μg/g。所有鳶尾品種可溶性糖含量均呈現上升的趨勢。最大含量為35 d之后，“金娃娃”“阿波羅”“洋娃娃”“石獵”“藍寶石”“藍色魔力”含量分別為2.19、2.13、1.96、1.73、1.33、0.88 mg/g。由上述結果分析表明，維持植株體內水分平衡的滲透調節物質脯氨酸有著十分積極的作用［19］。在干旱條件下，6種鳶尾品種均通過積累滲透調節物質來減輕水分脅迫下對植物體產生的傷害。

2.7不同鳶尾品種干旱脅迫下鳶尾生理指標的相關性分析由表1可知，各個生理指標間都存在一定的相關性，SOD活性與相對電導率、MDA的相關性指數均大于0.6，表現為強相關；CAT活性與相對電導率和SOD活性的相關性指數均大于0.6，同樣表現為強相關；水分飽和虧缺與SOD活性、CAT活性的相關性指數均大于0.6，也表現為強相關。說明多種因子在植物體內是相互作用的，共同抵抗不利的外界條件。

2.8以主成分值和隸屬函數值對不同鳶尾品種抗旱性評價對鳶尾植物品種的抗旱性指標進行綜合處理，各鳶尾屬植物抗旱性大小和平均隸屬值的排序如表2所示。隸屬函數值越大，則說明抗旱性能力越強。由表2可知，6種鳶尾品種的平均隸屬函數值的差異均較小，在0.42～0.59。鳶尾品種“藍寶石”的隸屬函數值最大，說明在6種品種中，“藍寶石”是抗旱性最強的品種，其他品種抗旱性品種大小順序為依次為：“洋娃娃”>“阿波羅”>“藍色魔力”>“金娃娃”>“石獵”。

3結論與討論

在干旱條件下，植物會通過自身的一系列生理反應來對抗外界環境產生的不良變化，所以測定生理指標在一定程度上可以反映植物對逆境的響應。水分是植物生命活動中不可或缺的一部分，相對水分飽和虧缺可以反映植物體內水分含量的變化情況，同時也可以作為評價植物抗旱性的1個生理指標。植物在干旱失水之后會產生一系列的生理變化，葉片質膜的透性改變，故而相對電導率也可以作為細胞質膜變化的重要指標之一。因此，抗旱性強的品種相對電導率上升的幅度比抗旱性弱的品種要小［13，20］。細胞膜脂過氧化過程中的產物MDA會加大對細胞膜的損害，通過細胞膜的變化程度反映出植物的逆境傷害程度［21］。MDA 產生的越多，說明植物的膜質氧化作用在一定程度上就越強，其品種抗旱性也就越弱。SOD、POD 和 CAT 3種抗氧化酶是植物體內重要的活性氧清除酶，能有效清除活性氧物質，其活性增強能減輕細胞受到的氧化傷害［21］。在干旱脅迫下，滲透調節機制是植物用來對抗外界不良反應的重要調節機制，它通過提高滲透調節物質的細胞溶質濃度，從而降低細胞滲透勢、維持植物體內滲透平衡、緩解脫水脅迫、保護細胞結構的完整，增強植物的抗旱能力［22］。

該研究中，干旱脅迫下的6種鳶尾的相對電導率及MDA呈上升趨勢，說明在干旱條件下，葉片質膜都受到了傷害，所以與質膜相關的這2個生理指標在整個時期內，一直呈上升趨勢，從而對葉綠素產生動態變化的影響。干旱脅迫下的過氧化氫酶（CAT），過氧化物酶（POD）呈先上升后下降的趨勢，表明這2種酶在一定程度上能減輕細胞受到氧化的傷害，超過所能承受范圍之后，則含量降低，清除功能降低。6種鳶尾的品種抗旱性利用隸屬函數值法進行評價，說明抗旱性受多個因素的影響，是多元的。在相同的干旱脅迫條件下，篩選中抗性最強的品種為“藍寶石”，“洋娃娃”次之，“石獵”最差。

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