PEG-6000模擬干旱脅迫對燈臺樹幼苗生理特性的影響

區(qū) 智，鄒 旭，周長梅，屈 燕*，楊自云，和建紅

(1.西南林業(yè)大學/園林植物與觀賞園藝省高校重點實驗室，云南 昆明 650224；2. 中國美術學院風景建筑設計研究總院有限公司，浙江 杭州 310012)

【研究意義】燈臺樹(Alstoniascholaris(L.) R. Br.)為夾竹桃科(Apocynaceae)植物，又名糖膠樹、面條樹、黑板樹等。在中國南方，燈臺樹常用于行道樹栽植，也是點綴庭園的優(yōu)良綠化樹種，其樹形美觀，枝葉常綠，生長有層次如塔狀，果實細長如面條。由于城市綠化樹種對水分需求較高，在其栽培及種植過程中深受干旱環(huán)境條件制約，導致綠化樹種抗旱種質資源的挖掘工作顯得尤為迫切?！厩叭搜芯窟M展】隨著全球氣候變暖，干旱已成為最大的全球性自然災害。目前研究表明，干旱是影響植物生長的關鍵非生物因素之一，對植物的基礎代謝和生長發(fā)育等方面均產(chǎn)生不利影響[1]。干旱脅迫導致細胞內產(chǎn)生大量自由基，打破自由基清除系統(tǒng)的平衡，造成活性氧積累，并使光合作用受到抑制，膜脂過氧化水平升高，對植物造成不可逆?zhèn)?，嚴重時造成死亡[2～3]。作為優(yōu)良鄉(xiāng)土樹種的云南松[4]、滇楸[5]、球花石楠[6]等樹種在關于干旱脅迫方面的研究均有不同程度報道，而同為鄉(xiāng)土樹種之一的燈臺樹的聚乙二醇6000(PEG-6000，以下簡稱PEG)是一種親水性很強的惰性高分子聚合物，近幾十年作為理想的滲透調節(jié)劑被廣泛應用于模擬干旱脅迫[10-11]。PEG用于模擬干旱脅迫的結果與土壤控水相同，是鑒定植物抗旱性的重要方法之一[10]?！颈狙芯壳腥朦c】本試驗以2年生燈臺樹實生苗為研究對象，測定不同濃度PEG處理下燈臺樹幼苗葉片的各項生理指標變化。【擬解決的關鍵問題】了解燈臺樹幼苗對干旱脅迫的適應性和耐受性，以期為云南鄉(xiāng)土樹種資源的擴植提供理論指導。

表1 燈臺樹幼苗培養(yǎng)環(huán)境條件設置

相關研究主要集中于溫度對種子萌發(fā)特性影響的比較[7]，內生放線菌[8]及化學成分及藥理活性的研究[9]等。

1 材料與方法

1.1 試驗材料與處理

挑選長勢一致的2年生盆栽燈臺樹幼苗，于2016年12月上旬移栽到5 L塑料盆中，基質為紅土+珍珠巖+腐殖(3︰3︰2)的混合基質。放在人工氣候培養(yǎng)箱(Binder KBWF，德國)中預培養(yǎng)6 d，在此期間根據(jù)生長情況加入適量的水分。預培養(yǎng)6 d后，選長勢一致的燈臺樹幼苗30盆，分為6組進行干旱處理。

試驗PEG濃度梯度包括0(CK)、5 %、10 %、20 %、25 %、30 %，每處理組5盆，每盆1株，每株每天均勻澆灌10 mL處理溶液，對照組用清水代替再補充至水分充足。處理10 d后，于同一時間段從植株上部相同葉位取功能葉，去除主葉脈并進行各項生理指標的測定，重復3次。適應及處理期間的培養(yǎng)條件見表1。

1.2 試驗測定指標及方法

葉綠素含量采用乙醇提取法[12]測定，過氧化物酶(POD)活性采用愈創(chuàng)木酚法[12]測定，超氧化物歧化酶(SOD)活性采用氮藍四唑法[12]測定，可溶性蛋白質含量采用考馬斯亮藍法[12]測定，脯氨酸含量采用茚三酮顯色法[12]測定，丙二醛(MDA)含量采用硫代巴比妥酸法[12]測定。

1.3 數(shù)據(jù)分析

采用SPSS17.0軟件進行單因素方差分析、相關性分析，EXCEL 2010軟件繪圖。

2 結果與分析

2.1 葉綠素含量的測定

通過測定不同PEG濃度處理下的燈臺樹幼苗植株葉片的葉綠素含量，由圖1可知，隨著PEG處理濃度的上升，葉綠素含量呈先降后升的趨勢，除CK與20 %處理組、25 %處理組與30 %處理組之間無顯著差異外，各處理組之間差異顯著(P<0.05)。當PEG處理濃度為0～10 %時，葉綠素含量呈下降趨勢；10 %濃度處理時葉綠素含量最低，當PEG處理濃度為10 %～30 %時，葉綠素含量呈上升趨勢，在30 %濃度處理時葉綠素含量最高。由此表明，當PEG濃度達到一定值時，葉綠素含量開始升高，進而提高光合效率，濃度為30 %時，燈臺樹幼苗光合作用效率最高。

2.2 POD活性的測定

圖1 葉綠素含量與PEG處理濃度的關系Fig.1 The relationship between chlorophyll content and concentration of PEG

圖2 POD活性與PEG處理濃度的關系Fig.2 The relationship between POD activity and concentration of PEG

2.3 SOD活性的測定

由圖3可知，在不同濃度處理下，SOD活性隨著PEG濃度的升高呈現(xiàn)先升后降的趨勢，且各處理組之間差異顯著(P<0.05)。在0～10 %濃度處理下，SOD活性顯著提高，在10 %濃度處理時SOD活性最大，10 %～30 %濃度處理時，SOD活性逐漸降低，且各處理組的SOD活性均高于CK。由此表明，不同PEG濃度處理下，燈臺樹均會對干旱脅迫造成的傷害做出反應，但高濃度PEG處理下，SOD活性下降，導致細胞內部分功能受到破壞。

2.4 可溶性蛋白質含量的測定

由圖4可知，在不同濃度處理下的燈臺樹幼苗，隨著PEG處理濃度的升高，植物體內可溶性蛋白質含量呈先升后降的趨勢，除5 %處理組與25 %處理組之間無顯著差異外，各處理組之間差異顯著(P<0.05)。當PEG處理濃度為0～10 %時，可溶性蛋白質含量呈上升趨勢，10 %濃度處理下可溶性蛋白質含量最高，當PEG濃度為10 %～30 %時呈下降趨勢，且CK的可溶性蛋白質含量最低，由此表明，燈臺樹幼苗為應對干旱脅迫造成的傷害，提高細胞內可溶性蛋白質的含量，從而提高細胞內的膨壓，維持細胞生命活動的正常進行。

圖3 SOD活性與PEG處理濃度的關系Fig.3 The relationship between SOD activity and concentration of PEG

圖4 可溶性蛋白質含量與PEG處理濃度的關系Fig.4 The relationship between soluble protein content and concentration of PEG

2.5 游離脯氨酸含量的測定

由圖5可知，在不同PEG濃度處理下，燈臺樹幼苗的脯氨酸含量隨著處理濃度的升高呈先降后升的趨勢，除5 %處理組與10 %處理組之間無顯著差異外，各處理組之間差異顯著(P<0.05)。當PEG處理濃度為0～5 %時，脯氨酸含量呈下降趨勢，這可能是因為干旱脅迫使植物自身的調節(jié)機制受到傷害；當PEG濃度為5 %～30 %時，脯氨酸含量呈上升趨勢。由此表明，燈臺樹幼苗在遭受干旱脅迫時，

圖5 脯氨酸含量與PEG處理濃度的關系Fig.5 The relationship between proline content and concentration of PEG

圖6 MDA含量與PEG處理濃度的關系Fig.6 The relationship between malondialdehyde content and concentration of PEG

生理指標Physiological indicators葉綠素含量(mg/g)Chlorophyll contentPOD活性(U/g·min) Peroxidase activitySOD活性(U/g) Superoxide dismutase activity可溶性蛋白質含量(mg/g)Soluble protein content游離脯氨酸含量(μg/g) Proline contentMDA含量(μmol/g) MDA content葉綠素含量1POD活性-0.463**1SOD活性-0.499**0.915**1可溶性蛋白質含量-0.573**0.909**0.975**1游離脯氨酸含量0.908**-0.240-0.230-0.3151MDA含量0.427*0.383*0.1690.0790.466**1

注：**表示在0.01水平上極顯著相關，*表示在0.05水平上顯著相關。

Note: ** indicated a significant correlation at 0.01 level, and * indicated a significant correlation at 0.05 level.

可通過自身脯氨酸的累積來提高細胞的滲透勢進行滲透調節(jié)，以減小干旱脅迫下細胞組織的失水。

2.6 MDA含量的測定

由圖6可知，在不同PEG濃度處理下，燈臺樹幼苗的MDA含量隨著處理濃度的升高呈先下降后升高再下降的趨勢，除CK、10 %和30 %處理組之間無顯著差異外，各處理組之間差異顯著(P<0.05)。當PEG處理濃度為0～5 %時，MDA含量呈下降趨勢，在5 %濃度處理下，MDA含量最低，當PEG處理濃度為5 %～25 %時，MDA含量呈上升趨勢，在25 %濃度處理下，MDA的含量最高，表明在此濃度下，燈臺樹幼苗質膜系統(tǒng)受到的傷害最大。當PEG處理濃度為25 %～30 %時，丙二醛含量呈下降趨勢。

2.7 各生理指標間的相關性分析

對6個指標葉綠素含量、POD活性、SOD活性、可溶性蛋白質含量、脯氨酸含量及MDA含量進行相關性分析。從表2中可以看出，葉綠素含量與POD酶活性、SOD酶活性、可溶性蛋白質含量呈極顯著負相關，與脯氨酸含量極顯著正相關，與MDA含量呈顯著正相關。POD酶活性與SOD酶活性、可溶性蛋白質含量呈極顯著正相關，與脯氨酸含量呈不顯著負相關，與MDA含量呈顯著正相關。SOD酶活性與可溶性蛋白質含量呈極顯著正相關，與脯氨酸含量呈負相關，與MDA含量呈正相關?？扇苄缘鞍踪|含量與脯氨酸含量呈負相關，與MDA含量呈正相關。脯氨酸含量與MDA含量呈極顯著正相關。

3 討 論

葉綠素含量的高低在一定程度上決定葉片進行光合作用的強弱[11]。范蘇魯[13]等的研究認為，干旱脅迫可分解葉片中的葉綠素，但如能在適度干旱脅迫下保持，葉片葉綠素的含量甚至有所提高，將有助于植物在干旱脅迫環(huán)境下的生長[3]。本研究結果表明，當PEG濃度為0～10 %時，葉片葉綠素含量逐漸下降；當PEG濃度為10 %～30 %時，葉片葉綠素含量逐漸升高。原因可能是干旱脅迫下，由于水分虧缺，葉片含水量降低，導致葉綠素呈現(xiàn)相對濃縮狀態(tài)，造成單位鮮重的葉綠素含量增加，也有可能與植物對環(huán)境因子的補償和超補償效應有關[13]。

滲透調節(jié)是指細胞通過積累各種有機物和無機物來提高細胞液濃度并降低滲透勢，以維持植物正常生理活動的進行，其中可溶性蛋白及脯氨酸的含量在滲透調節(jié)中起著重要的作用[19]。在干旱脅迫下，植物通過形成大量可溶性蛋白質來提高細胞的保水能力[1]，同時植物體內脯氨酸含量的高低可以判斷干旱等逆境對植物的危害程度和植物對干旱的抵抗力，其含量越高，植物響應逆境的滲透調節(jié)能力與抗旱能力越高[20]。本研究表明，隨著PEG濃度的升高，可溶性蛋白質含量先升后降，且處理組可溶性蛋白質含量均高于對照組，當PEG濃度為10 %時，可溶性蛋白質含量升高至最大值；脯氨酸含量先降后升，當PEG濃度為5 %時，脯氨酸含量降低至最小值。由此表明，在干旱脅迫初期，植物為改善因細胞內水分虧缺所造成的傷害，通過不斷提高可溶性蛋白質含量來維持滲透壓及細胞內正常代謝活動的進行，但隨著干旱脅迫程度的上升，可溶性蛋白質含量下降，轉為不斷提高脯氨酸含量來進行滲透調節(jié)。表明當燈臺樹遭遇干旱脅迫時，可能以不同的方式分別在不同時期進行滲透調節(jié)。

MDA是膜脂過氧化產(chǎn)物，其含量的高低在一定程度上反映植物細胞膜脂過氧化水平和膜結構受害程度[10]。本試驗研究表明，隨著PEG濃度的上升，MDA的含量先降后升再降，這與龐杰[21]等對沙芥的研究結果一致?？赡艿脑蚴堑蜐舛雀珊得{迫下，POD、SOD活性的上升，導致葉片活性氧的含量降低，引起MDA含量的降低；隨著干旱脅迫程度的增加，MDA含量逐漸積累，反應細胞膜脂過氧化水平升高，膜結構遭到破壞。當干旱脅迫程度達到最嚴重時，可能由于燈臺樹幼苗各種生理代謝受到干旱的嚴重影響導致MDA含量顯著下降。

4 結 論

隨著PEG濃度的升高，干旱脅迫程度的增強，燈臺樹幼苗葉片中的葉綠素含量、脯氨酸含量先降后升，POD及SOD活性、可溶性蛋白質含量先升后降，MDA含量先降后升再降。比較分析檢測指標變化規(guī)律，表明在適度的干旱條件下(PEG濃度≦10 %)燈臺樹幼苗生長良好，有較強的抵抗能力，可通過自身調節(jié)來應對干旱造成的不良影響。綜合各指標評價，燈臺樹具有一定的抗旱性，可作為干旱地區(qū)綠化樹種選擇。