干旱脅迫對有斑渥丹葉片生理功能的影響

摘 要 有斑渥丹[Lilium concolor var. pulchellum （Fisch.） Regel]為百合科百合屬多年生球根植物，具有觀賞、食用、藥用等價值，具有較好的耐寒、耐旱性。深入探究其耐旱機理，可為其在干旱地區的生產及推廣應用提供重要參考。以4年生有斑渥丹種球為材料，通過采用不同水分含量的土壤進行為期21 d的栽培處理，測定有斑渥丹光合作用參數、光合色素含量、丙二醛（MDA）含量、保護酶活性和滲透調節物質等生理指標，以探究有斑渥丹在干旱脅迫下的生理響應機制。結果表明：有斑渥丹在干旱脅迫下，光合作用的關鍵色素合成受到嚴重抑制，植物葉片的凈光合速率（Pn）、氣孔導度（Gs）、蒸騰速率（Tr）、水分利用率（Wue）和氣孔限制值（Ls）均呈現下降趨勢，為了彌補光合作用受限的影響，有斑渥丹通過提高胞間CO2 濃度（Ci）來促進光合作用。隨著脅迫程度的加大，葉片MDA含量、可溶性糖（SS）含量、可溶性蛋白（SP）含量、脯氨酸（Pro）含量等指標呈現逐漸升高的趨勢；超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化氫酶（CAT）活性等指標呈現先高后低的趨勢。在有斑渥丹養護管理過程中，保持土壤含水量在田間持水量的35%以上會有助于維持其正常的生長和發育。

關鍵詞 百合屬；有斑渥丹；干旱脅迫；生理響應；田間持水量

中圖分類號：Q949.71 文獻標志碼：A DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2025.05.017

有斑渥丹[Lilium concolor var. pulchellum （Fisch.） Regel]為百合科百合屬多年生球根植物，具有觀賞、食用、藥用等價值，具有較好的耐寒、耐旱性。深入探究其耐旱機理，可為在干旱地區的生產及推廣應用提供重要參考。

1" 材料與方法

1.1" 供試材料

選用4年生大小一致、外觀健康、無病蟲害的有斑渥丹種球為試驗材料。種球經過春化處理，并用1%高錳酸鉀溶液進行滅菌。供試土壤基質由蛭石、珍珠巖和腐葉土按體積比1∶1∶2進行混合制成，并經過高壓蒸汽滅菌處理。

1.2" 試驗設計

將有斑渥丹種球栽植于直徑為15 cm的直邊塑料花盆中，每盆2粒，于東北林業大學溫室中進行常規栽培管理。30 d后選取長勢基本一致，株高為20～25 cm的有斑渥丹進行干旱處理，每個處理及對照各10株。試驗共設4個土壤相對含水量處理，即CK：65～70（對照）， LD：45～50（輕度干旱），MD：35～40（中度干旱），SD：25～30（重度干旱）。每天18：00測量盆質量，并根據稱質量結果適量補充水分到目標值。脅迫周期為21 d，于第22 d對相關指標進行測定。

1.3" 測量方法

1.3.1" 光合生理參數

在干旱脅迫第20 d的9：00—11：00，選取待測植株中上部健康功能葉3片，利用LI-6400XT光合儀對待測植株的凈光合速率（Pn）、氣孔導度（Gs）、胞間CO2濃度（Ci）、蒸騰速率（Tr）4項光合參數進行測定，10次重復讀數，取其平均值。并根據這4項指標計算水分利用率（Wue）及氣孔限制值（Ls）。

1.3.2" 光合色素含量的測定

參照楊慧杰等[1]的方法，采用乙醇浸泡法提取有斑渥丹百合葉片中的光合色素，用紫外分光光度計測定葉片中的光合色素含量。

1.3.3" 生理生化指標

干旱脅迫21 d后，隨機選取待測植株頂部向下3～5片葉片，測其各項生理生化指標。采用硫代巴比妥酸法測定丙二醛（MDA）含量，采用酸性茚三酮染色法測定脯氨酸（Pro）含量，采用蒽酮比色法測定可溶性糖（SS）含量，采用考馬斯亮藍染色法測定可溶性蛋白（SP）含量，采用過氧化氫分解法測定過氧化氫酶（CAT）活性，采用氮藍四唑法測定超氧化物歧化酶（SOD）活性[2]。

2" 結果與分析

2.1" 干旱脅迫對有斑渥丹光合作用參數的影響

光合作用參數可以用于評估植物的生長狀況、健康狀況及對外界環境的響應。從表1可知，本研究中，隨著干旱脅迫加劇，Pn、Gs、Tr、Wue和Ls呈降低的趨勢，CK處理下均最高，分別比SD處理增加478.03%、28.20%、276.19%、5.79%和80.56%，差異極顯著；Ci呈上升的趨勢，SD處理顯著高于其他處理，為381.12 μmol·mol-1。各處理對植物光合生理指標的影響表明，CK處理有斑渥丹表現出最高的光合活性和水分利用效率，而SD處理則顯著抑制了這些指標，反映出干旱脅迫對有斑渥丹光合作用具有負面影響。

2.2" 干旱脅迫對有斑渥丹光合色素含量的影響

干旱脅迫對光合色素的影響可以通過觀察其含量的變化來評估。從圖1可知， CK處理下葉綠素（Chl）、葉綠素a（Chla）、葉綠素b（Chlb）含量最高，分別為0.37、11.68、4.09 mg·g-1，而CK處理下類胡蘿卜素（Car）的含量雖不是最高，但與最高的LD處理相比僅差0.03 mg，差異不顯著。隨著干旱脅迫程度的加劇，光合色素含量逐漸降低。SD處理下光合色素含量下降幅度最大，其Chl、Chla、Chlb、Car含量分別比CK下降了 4.11%、4.56%、44.74%、28.90%，差異性顯著。說明有斑渥丹在應對水分短缺時，其光合作用的關鍵色素合成會受到嚴重抑制。

2.3" 干旱脅迫對有斑渥丹MDA含量的影響

MDA作為膜脂過氧化的產物，其含量的變化能夠直觀地反映植物細胞膜脂的受損程度[3]。從圖2可知，干旱脅迫程度與有斑渥丹葉片中MDA的含量呈正相關關系，且各處理間差異顯著，CK處理下MDA含量最低，為0.035 μmol·g-1·Fw-1，LD、MD、SD處理的MDA含量分別高出CK處理27.63%、66.66%、106.66%。由此可知，隨著干旱脅迫的加劇，有斑渥丹細胞膜脂過氧化反應也隨之加強，細胞膜的完整性會遭受更大破壞，進而促使MDA的大量生成。

2.4" 干旱脅迫對有斑渥丹保護酶活性的影響

干旱脅迫會致使活性氧的積累，進而促使植物體內產生大量的抗氧化酶以應對這種壓力。本研究結果（見圖3）表明，經21 d干旱脅迫處理后，有斑渥丹葉片中SOD與CAT的含量均呈現先上升后下降的趨勢，MD處理下SOD、CAT活性最高，與CK處理相比，分別顯著上升594.05%、94.25%。而SD處理SOD與CAT活性較MD處理顯著降低。說明有斑渥丹通過增強抗氧化酶活性來降低干旱脅迫對其造成的氧化傷害，維持植物體的正常生長，但當脅迫超出抗氧化防御系統的清除能力時，SOD和CAT的活性受到抑制或損傷，導致其活性下降。

2.5" 干旱脅迫對有斑渥丹滲透調節物質的影響

干旱脅迫下，滲透調節物質通過增加細胞液濃度和降低滲透勢，幫助植物保持水分平衡，從而適應干旱環境。圖4表明隨著干旱脅迫程度的加劇，有斑渥丹滲透調節物質SS、SP、Pro的含量均呈現增加的趨勢，不同干旱脅迫處理下有斑渥丹葉片SS含量均顯著高于CK。LD、MD和SD處理的SS含量分別較CK增幅為90.28%、156.46%和341.34%。SD處理有斑渥丹中SP含量最高，為29.90 mg·g-1，顯著高于CK、LD、MD處理。LD、MD處理的Pro含量分別比CK提高44.90%、6.35%，SD處理的Pro含量最高，較其他處理均存在顯著差異，為45.45 μg·g-1。由此表明，有斑渥丹會通過增加滲透調節物質的含量增加細胞液濃度，維持細胞膨壓，增強抗旱能力。

3" 討論與結論

3.1" 討論

在干旱脅迫下，植株體內發生的生理反應機制極為復雜且精細，其涉及到多個層面的調控。前人研究表明，當植物面臨干旱脅迫時，若葉片的Pn、Gs和Ci同時下降，這通常意味著Pn的降低主要是由于氣孔限制所致。然而，當Pn和Gs下降而Ci保持不變或升高時，則表明Pn的降低可能受到非氣孔因素的限制[4]。本研究發現，隨著干旱程度的逐步加深，有斑渥丹植物葉片的Pn、Gs、Tr、Wue和Ls均呈現出明顯的下降趨勢；Ci呈現出明顯的上升趨勢。這與前人的研究[5]相吻合。說明有斑渥丹百合是由于非氣孔限制導致Pn含量降低，同時也說明，為了應對水分的喪失，有斑渥丹百合會降低Gs，以限制水分的蒸發和CO2的進入，保護水分。然而，這也導致了Pn的降低，使Wue也隨之降低。為了彌補光合作用受限的影響，有斑渥丹會提高Ci來促進光合作用。

光合色素是植物捕獲光能、進行光合作用的關鍵物質，其含量減少意味著植物吸收和利用光能的能力降低，進而影響到植物的光合效率[6]。本研究中，隨著干旱脅迫的加劇，有斑渥丹葉片Chl、Chla、Chlb、Car含量均呈現下降的趨勢，這與Saha 等的結論相似[7]，說明干旱脅迫對有斑渥丹的光合作用系統產生了顯著的負面影響，有斑渥丹通過減少光合色素的含量，降低在干旱條件下因光能過剩而可能產生的光氧化損傷風險，使其能夠在有限的水分條件下更好地維持生命活動。

MDA被廣泛用作評估脂質過氧化、質膜及細胞器膜損傷的重要標志物[8]。在植物受到干旱脅迫時，其葉片中的MDA含量會顯著上升，且這種上升的趨勢與干旱的程度呈正相關[9-10]。本研究結果與這一趨勢相吻合，揭示了干旱脅迫對有斑渥丹體內水分平衡的嚴重破壞，其導致細胞收縮和膜結構受損，進而加劇了膜脂質的過氧化反應。

為了應對膜脂質的過氧化反應，植物采用了多重策略。一方面，植物會積極增強抗氧化酶的活性，以此減緩膜脂過氧化反應的加劇。另一方面，植物需要合成和積累滲透壓，以保持較低的水勢，減少植物缺水造成的損害[11]。抗氧化酶是植物體內一類至關重要的酶類，它們具備清除活性氧（ROS）的能力，能夠將ROS分解為無害或低活性的物質。其中，SOD和CAT是2種尤為關鍵的酶。SOD能夠將超氧陰離子轉化為過氧化氫，而CAT則負責將H2O2進一步分解為水和氧氣[12]；滲透調節物質通過調節細胞內的滲透壓，幫助植物在干旱環境中維持水分平衡，進而減緩干旱脅迫對膜脂質的過氧化損傷，保護植物細胞的正常功能，并增強其對干旱脅迫的抗性[13]。本研究結果顯示，在干旱脅迫加劇的情況下，有斑渥丹葉片中的SOD和CAT活性呈現出先上升后下降的趨勢。這一趨勢與前人的研究結果[14-16]相一致。此外，本研究中還觀察到有斑渥丹在應對干旱脅迫時，滲透調節物質SS、SP和Pro的含量顯著增加。這與鞠樂等對大麥種子的研究[17]、Zhao 等對甘草的研究結果[18]相一致。說明有斑渥丹在面對干旱脅迫時，會采取類似的策略來保護細胞免受膜脂質過氧化的損傷。然而，有斑渥丹的自我調節能力是有限的，面對重度脅迫時，細胞的抗氧化能力會逐漸耗竭。

3.2" 結論

綜上所述，干旱脅迫對有斑渥丹的生長產生明顯的影響。為了適應這種不利條件，有斑渥丹會通過降低Gs、提高Ci、減少光合色素的含量、激活抗氧化系統和積累滲透調節物質來維持細胞的正常生理代謝。然而，當干旱脅迫的程度超過植物的承受閾值時，植物會遭受不可逆的損傷，導致其無法繼續維持正常的生理功能。因此，在有斑渥丹的培養和管理過程中，應該注重保持土壤含水量在35%以上，以減輕干旱脅迫對其產生的不利影響，確保其健康生長和穩定的產量，以充分發揮其潛力，提高經濟效益。

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（責任編輯：敬廷桃）

收稿日期：2024-10-09

基金項目：2023年校級本科生創新訓練項目“有斑渥丹對干旱脅迫的響應”（DC-2023146）。

作者簡介：蔡欣雨（2003—），在讀本科。E-mail：15146727686@163.com。

*為通信作者，E-mail：qingjieyang@nefu.edu.cn。