干旱脅迫及復水對朱槿幼苗生理特性的影響

黃旭光 黃玲璞 王衛(wèi)南

摘要 為了研究朱槿（Hibiscus rosa-sinensis Linn.）對干旱脅迫的響應，以朱槿盆栽幼苗為材料，進行干旱脅迫及復水試驗，并對朱槿相關的生理指標進行測定。結果表明，葉片葉綠素隨干旱脅迫強度的增加呈明顯下降趨勢，滲透調節(jié)物質、丙二醛（MDA）、保護酶（POD、SOD）活性均隨干旱脅迫強度的增加而增加，復水后有所恢復，但都沒有完全恢復到脅迫前的水平。綜上，朱槿的自身調節(jié)能力較好，對干旱脅迫有較好的適應能力。

關鍵詞 朱槿;干旱脅迫;復水;生理

中圖分類號 Q945.78 ?文獻標識碼 A ?文章編號 0517-6611（2020）21-0137-03

Abstract In order to study the response of Hibiscus rosasinensis Linn. to drought stress， this paper used Hibiscus rosasinensis Linn. potted seedlings as experimental materials to carry out drought stress and rehydration tests， and determined the physiological indexes related to Hibiscus rosasinensis Linn.. The results showed that the chlorophyll of leaves increased with the increase of drought stress intensity. The activities of osmotic adjustment substances， malondialdehyde （MDA） and protective enzymes （POD， SOD） increased with the increase of drought stress intensity. The change presents a very significant correlation. In summary， drought stress has a significant effect on the physiological indexes of Hibiscus rosasinensis Linn..

Key words Hibiscus rosasinensis;Drought stress;Rehydration;Physiology

基金項目 南寧市科技攻關項目“錦葵科木槿屬優(yōu)異種質資源收集與品種選育”（20192060）。

作者簡介 黃旭光（1978—），男，廣西貴港人，高級工程師，碩士，從事園林植物研究與應用工作。*通信作者，碩士研究生，研究方向：園林植物及其應用。

收稿日期 2020-03-30;修回日期 2020-04-22

朱槿（Hibiscus rosasinensis Linn.）是常綠灌木，至今已有1 700年以上的栽培歷史，幾乎全年開花，花大且花量多，廣泛分布于亞熱帶地區(qū)，具有優(yōu)良的觀賞價值，可作為觀花植物，也可作藥用，用途廣泛[1]。全球陸地面積中干旱地區(qū)占了大部分，干旱是目前限制植物生長最主要的因素之一，在全球范圍內，它顯著影響著植物分布。近年來氣候變化頻繁對全球降水產生了顯著影響，對地區(qū)性干旱分布也有影響，因此植物對水分的適應能力變得越來越重要。缺水不僅影響了植物生長、生理，長期嚴重缺水甚至可以影響植物的生態(tài)表現(xiàn)[2-3]。在城市園林綠地中，也常出現(xiàn)澆水不均的現(xiàn)象，這就要求作為園林綠化的植物具有較好的干旱適應能力，即使在缺水的狀態(tài)下也能維持較好的觀賞外形[4]。目前對于朱槿的研究較少，且集中于基質、花粉活力、病蟲害等方面，對于朱槿在逆境中適應能力的研究較少。在朱槿扦插方面，諶振等[5]研究了朱槿扦插的最佳基質配比與最佳植物生長調節(jié)劑，張福平等[6]研究了4種植物生長調節(jié)劑對朱槿插枝生根的影響，結果表明不同品種朱槿的最佳基質配比與最佳生長調節(jié)劑濃度不同;易雙雙等[7]、李玉萍等[8]研究了不同朱槿品種的花粉活力，結果表明不同朱槿的花粉活力差異顯著，最適培養(yǎng)基為20%蔗糖+0.02%硼酸;玉舒中等[9]研究紫外光脅迫對2種朱槿的影響，結果表明七彩朱槿的抗UV-B輻射能力比紅色重瓣朱槿強。朱槿為南寧市市花，但在南寧市景觀運用中，朱槿的應用還比較局限，研究朱槿對干旱脅迫的適應能力，可以了解朱槿對逆境的適應能力，為朱槿的生產及應用提供指導，也可以為朱槿在其他較干旱地區(qū)的應用提供指導。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗于2018年8—12月在廣西南寧市園林科研所苗圃基地進行，該基地位于南寧市青秀區(qū)長塘鎮(zhèn)。試驗盆規(guī)格為內口徑20.0 cm、底徑15.2 cm、高20.5 cm。栽培基質為田園土，土壤全氮含量0.45 g/kg，全磷含量1.42 g/kg，有機質含量7.2 g/kg，田間持水量為33.55%，試驗用苗木采用半年生的朱槿苗木，移植后進行相同的光照和水分管理，緩苗60 d。

1.2 方法

2018年8月，采用稱重法人工模擬自然干旱脅迫，在試驗前將土壤風干，確定土壤的田間持水量和最低含水量，再進行裝盆移苗，緩苗期為2個月。緩苗期過后進行干旱脅迫試驗，按 Hsiao[10]和黎裕[11]的標準劃分，對供試植物進行對照CK（含水量90%～95%）、中度干旱脅迫（含水量50%～55%）、中度干旱脅迫及復水、重度干旱脅迫（含水量30%～35%）、重度干旱脅迫及復水共5種控水處理，每個處理10株。對照、中度干旱脅迫、重度干旱脅迫處理組在設定的含水量下處理40 d，中度干旱脅迫復水、重度干旱脅迫復水試驗組在設定的含水量下處理30 d后復水10 d。

各樣品于測定當天08：00—09：00進行采集，每次采植物的第3～8片大小均一的功能葉用以測定各項生理指標，每個處理3個重復。葉綠素含量采用分光光度法測定[12];可溶性蛋白采用考馬斯亮藍G-250法測定[13];葉片可溶性糖含量采用蒽酮-濃硫酸法測定[14];脯氨酸含量采用酸性茚三酮法測定[15];丙二醛（MDA）含量采用硫代巴比妥酸（TBA）法測定;POD、CAT活性采用分光光度法測定;SOD活性采用氯化硝基四氮唑藍（NBT）光化還原法進行測定[14]。

1.3 數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)用Excel進行整理和統(tǒng)計，運用SPSS Statistics 19.0軟件對數(shù)據(jù)進行方差分析及相關性分析比較。

2 結果與分析

2.1 干旱脅迫及復水對朱槿葉綠素含量的影響

由表1可知，在干旱脅迫試驗中，葉綠素a、葉綠素b、總葉綠素之間差異都達到極顯著水平（P<0.01），葉綠素含量隨干旱脅迫的加劇呈現(xiàn)減少趨勢。對照組（CK）的葉綠素a、葉綠素b、總葉綠素含量均為最高，分別為1.22、0.69、1.90 mg/g;中度干旱脅迫和重度干旱脅迫的葉綠素含量有明顯降低，且重度干旱脅迫的含量明顯低于中度干旱脅迫，在復水之后均有恢復，復水后的含量低于對照。

2.2 干旱脅迫及復水對朱槿滲透調節(jié)物質含量的影響

植物的滲透調節(jié)物質主要有可溶性糖、可溶性蛋白、游離脯氨酸等，其在植物滲透調節(jié)中起著重要作用[16]。 由表2可知，干旱脅迫對朱槿葉片的滲透調節(jié)物質可溶性糖、可溶性蛋白、游離脯氨酸的影響都極顯著（P<0.01），且隨干旱脅迫的程度加深而增加，在復水后含量減少。重度干旱脅迫的可溶性糖、可溶性蛋白、游離脯氨酸含量均為最高，分別為2.54%、106.95 mg/g、488.89 μg/g，復水后的含量均在對照與脅迫處理之間，還沒有恢復到脅迫前的水平。

2.3 干旱脅迫及復水對朱槿抗氧化酶（POD、SOD）活性和丙二醛（MDA）含量的影響

SOD、POD 是極重要的抗氧化酶，丙二醛是反映植物在逆境環(huán)境下所受傷害程度的一個積累量[17]。

由表3可知，干旱脅迫對朱槿葉片抗氧化酶、丙二醛的影響極顯著（P<0.01），抗氧化酶活性和丙二醛含量都隨脅迫水平的加深而增加，在復水后明顯接近于對照組。脅迫引起植物的抗氧化酶、丙二醛含量明顯變化，在重度干旱脅迫下的影響尤其明顯，POD活性為25.72ΔA470/（min·g），SOD活性為429.41 U/g，丙二醛含量為45.19 μmol/g，都明顯高于對照組，復水處理含量接近于對照組但仍高于對照組。

2.4 干旱脅迫及復水對朱槿生理指標影響的相關性分析

由表4可知，綜合各項生理指標相關性分析表明，生理指標之間的變化相關性較為顯著。葉綠素隨干旱脅迫的程度加深而減少，復水后有所增加，與可溶性糖、可溶性蛋白、丙二醛、游離脯氨酸、POD、SOD的變化呈現(xiàn)相反規(guī)律，在相關性分析中，葉綠素含量與可溶性糖、游離脯氨酸、POD有顯著的負相關性，與可溶性蛋白、丙二醛、SOD存在極顯著正相關性。葉綠素含量與可溶性糖、丙二醛有顯著的負相關性。朱槿可溶性糖與可溶性蛋白之間有顯著的相關性，丙二醛、游離脯氨酸、POD、SOD之間存在極顯著相關性。這些相關性的變化顯示水分對各項生理指標影響的變化存在明顯的規(guī)律性，水分變化是影響朱槿生理指標變化的主要因素。

3 討論與結論

3.1 討論

在城市園林綠地中，植物常常會受到干旱脅迫的影響。在受到干旱脅迫后，植物體內的水分減少，影響植物體內生命循環(huán)，生長過程減緩;在干旱持續(xù)或加重的情況下，為減少水分的損失和提高水分利用效率，植物通過調節(jié)各項生理指標使其長期處于一個生長的平衡狀態(tài)，并形成了獨特的調節(jié)機制。

在朱槿的干旱脅迫中，葉綠素含量隨含水量的降低而減少，在復水后有所恢復。由此推測，朱槿通過減少葉綠素含量控制植物對光照的吸收，從而降低朱槿的光合作用和蒸騰作用，緩解植物體內水分的虧缺，也減少水分消耗。由于葉綠體是產生活性氧（ROS）的主要細胞器，干旱脅迫抑制了朱槿葉片的碳同化，使得細胞中的能量過剩，加劇了葉綠體氧化脅迫，引起丙二醛和電解質滲漏，導致膜脂質過氧化損傷，使得代謝相關酶失活，損傷DNA，產生氧化傷害[18]。為了緩解干旱脅迫，朱槿啟動自身的應激反應，引起一系列滲透調節(jié)物質、抗氧化酶（POD、SOD等）的變化。

干旱脅迫中，朱槿幼苗葉片內積累更多的可溶性糖、可溶性蛋白、游離脯氨酸等滲透調節(jié)物質，在復水后滲透調節(jié)物質含量逐漸恢復正常水平?？扇苄蕴堑忍妓衔锎x具有瞬時敏感性，在植物干旱的脫水過程中，可溶性糖作為滲透保護劑可以保護植物細胞膜，并保持細胞膨壓，可溶性蛋白含量的增加提高了細胞的保水能力，與可溶性糖調控植物的生長發(fā)育，響應逆境脅迫，其含量與大多數(shù)植物的耐旱性呈正相關[19]。游離脯氨酸能促進蛋白質水合作用，可作為蛋白質和細胞膜的穩(wěn)定劑，使植物處于干旱環(huán)境時具有一定的抗性。這些滲透調節(jié)物質都可減輕滲透脅迫、增強保水能力、防止膜質和蛋白質的過氧化作用等[20]。

丙二醛是植物膜脂受活性氧作用下過氧化物的最終分解產物，會對植物的生理活性造成毒害，朱槿在受到脅迫時，丙二醛大量積累，其含量越多表示植物損傷越嚴重。在朱槿的干旱脅迫試驗中，隨著干旱脅迫程度增加，SOD、POD等抗氧化酶的活性增強，在復水后活性下降。相關研究表明，SOD可通過一系列反應清除植物體內多余的超氧根陰離子，POD可在干旱脅迫中清除H2O2，它們都是保護酶體系中的關鍵酶[16]。干旱脅迫期間它們可以清除植物體內具有潛在危害的H2O2，從而最大限度地減少·OH的形成，使自由基維持在一個低水平，從而保護細胞膜的結構功能，緩解逆境脅迫對植物的損傷，兩者活性變化能夠較好地反映植物對土壤水分變化的適應能力[21]。

3.2 結論

該研究結果表明，朱槿的自身調節(jié)能力較好，在脅迫中維持較高水平的抗氧化酶活性，從而使植株具有較強的氧化還原能力，對干旱環(huán)境適應能力較強;復水處理的植物先受到土壤干旱脅迫，在復水后脅迫趨于緩解，植物體內酶、滲透調節(jié)物質逐漸恢復到脅迫前水平，但各生理指標含量仍低于對照組，說明干旱對植物體造成了一定的傷害，并且傷害還沒有完全消除[22]。

參考文獻

[1]熊秉紅，賴玉林，劉春艷，等.朱槿花卉優(yōu)良品種的選育[J].現(xiàn)代農村科技，2016（22）：43-44.

[2]李瑞姣，陳獻志，岳春雷，等.干旱脅迫對日本莢蒾幼苗光合生理特性的影響[J].生態(tài)學報，2018，38（6）：2041-2047.

[3]王帆，何奇瑾，周廣勝.夏玉米三葉期持續(xù)干旱下不同葉位葉片含水量變化及其與光合作用的關系[J].生態(tài)學報，2019，39（1）：254-264.

[4]張佳麗，關興良，陳超.干旱、半干旱地區(qū)城市園林綠化的探索與思考[J].城市發(fā)展研究，2014，21（2）：17-20.

[5]諶振，楊光穗，張東雪，等.基質與植物生長調節(jié)劑對4個朱槿品種扦插繁殖的影響[J].熱帶作物學報，2018，39（1）：13-19.

[6]張福平，范金筍.朱槿扦插試驗研究[J].北方園藝，2007（12）：175-177.

[7]易雙雙，譚春麗，楊光穗，等.朱槿不同品種花粉生活力的測定[J].分子植物育種，2016，14（10）：2837-2843.

[8]李玉萍，羅鳳霞，王嘉敏.朱槿品種分類與花粉活力初探[J].江蘇農業(yè)科學，2015，43（9）：202-204.

[9]玉舒中，呂文玲，楊振德，等.紫外光脅迫對二種朱槿生理生化指標的影響[J].北方園藝，2010（18）：106-109.

[10]HSIAO T C.Plant responses to water stress[J].Annual review of plant physiology，1973，24（1）：519-570.

[11]黎裕.作物抗旱鑒定方法與指標[J].干旱地區(qū)農業(yè)研究，1993，11（1）：91-99.

[12]楊敏文.快速測定植物葉片葉綠素含量方法的探討[J].光譜實驗室，2002，19（4）：478-481.

[13]郝再彬，蒼晶，徐仲.植物生理實驗[M].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學出版社，2004：67-68.

[14]蔡永萍.植物生理學實驗指導[M].北京：中國農業(yè)大學出版社，2014：170-172.

[15]陳建勛，王曉峰.植物生理學實驗指導[M].廣州：華南理工大學出版社，2006：66-67.

[16]LECKIE B M，STEWART C N.Agroinfiltration as a technique for rapid assays for evaluating candidate insect resistance transgenes in plants[J].Plant cell reports，2011，30（3）：325-334.

[17]GRATANI L，VARONE L.Leaf key traits of Erica arborea L.，Erica multiflora L.and Rosmarinus officinalis L.cooccurring in the Mediterranean maquis[J].Flora，2004，199（1）：58-69.

[18]羅海婧，張永清，石艷華，等.不同紅小豆品種幼苗對干旱脅迫的生理響應[J].植物科學學報，2014，32（5）：493-501.

[19]嚴琳玲，張瑜，白昌軍.蝴蝶豆屬種質苗期抗旱性鑒定研究[J].廣東農業(yè)科學，2015，42（24）：66-73.

[20]張文婷，王子邦.6種常見彩葉灌木對干旱脅迫的生理響應[J].江蘇農業(yè)科學，2018，46（8）：123-126.

[21]趙麗英，鄧西平，山侖.活性氧清除系統(tǒng)對干旱脅迫的響應機制[J].西北植物學報，2005，25（2）：413-418.

[22]羅青紅，寧虎森，何苗，等.5種沙地灌木對干旱脅迫的生理生態(tài)響應[J].林業(yè)科學，2017，53（11）：29-42.