干旱胁迫对芒生理生化指标的影响

邹力骏，郑炳松，任君霞,3，方 佳，何勇清，邱智生

（1. 浙江省龙游县林业局，浙江 龙游 324400；2. 浙江农林大学 亚热带森林培育省部共建国家重点实验室培育基地，浙江 临安311300；3. 浙江农林大学风景园林与建筑学院，浙江 临安 311300）

干旱胁迫对芒生理生化指标的影响

邹力骏1,2，郑炳松2，任君霞2,3，方 佳2，何勇清2，邱智生1

（1. 浙江省龙游县林业局，浙江 龙游 324400；2. 浙江农林大学 亚热带森林培育省部共建国家重点实验室培育基地，浙江 临安311300；3. 浙江农林大学风景园林与建筑学院，浙江 临安 311300）

以盆栽芒为材料，进行了持续25 d的干旱胁迫处理，同时以正常浇水为对照，研究了不同程度干旱胁迫对芒叶片的叶绿素含量、相对电导率、丙二醛（MDA）含量、保护酶活性的影响。结果表明，在干旱胁迫处理下，芒叶片的叶绿素含量、相对电导率、MDA呈上升趋势，叶绿素含量在处理过程中增长相对比较平缓，相对电导率、MDA在处理结束时分别增长了0.78和1.12倍；超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）及过氧化氢酶（CAT）呈先上升后下降趋势，SOD、POD增长高峰出现在胁迫处理第15天，CAT增长高峰则出现在第10天。

芒；干旱胁迫；叶绿素；丙二醛；保护酶

水资源短缺是当前制约全球农业生产发展的一个严峻问题，据统计，世界上有50多个国家和地区处于干旱半干旱区，43%的耕地为干旱半干旱区[1]。干旱已成为中国乃至世界广大地区植物产量、质量提高的重要制约因素[2]。因此，研究干旱、半干旱地区植物的水分生理生态特性，选育适应该地区生长的植物，不仅具有重要的理论价值，而且具有十分重要的实践意义。芒（Miscanthus sinensis）为禾本科芒属植物，多年生草本，多分布于东亚、南亚和环太平洋群岛，现已扩展至西非、美洲和欧洲地区，是一类重要的园林观赏植物。目前对芒属植物抗旱性的研究比较少。Cosentino等对奇岗（M. × giganteus）在不同土壤含水量的生长量差异进行了研究，认为奇岗在较低的土壤含水量条件下生长良好[3]。张智等对斑叶芒（M. sinensis‘Zebrinus’）进行干旱胁迫处理，发现干旱胁迫后期斑叶芒的枯叶率、游离脯氨酸含量和电解质外渗率剧增[4]。本文从干旱胁迫对芒叶片的叶绿素含量、相对电导率、丙二醛（MDA）含量、保护酶活性等方面进行研究，为评价其抗旱性提供依据。

1 材料和方法

1.1 材料

试验材料选自浙江省龙游县社阳基地和临安市平山基地的芒，于2011年4月将其移植到浙江农林大学温室大棚中进行盆栽。

1.2 方法

2011年5月开始进行干旱处理试验。试验共设6个处理，分别为对照和干旱处理5、10、15、20、25 d。每5 d取一次样并测定各项生理生化指标，每个指标重复测定5次。

试验对叶绿素含量、相对电导率、MDA、保护酶活性等6个生理生化指标进行测定。具体方法为：叶绿素含量的测定采用丙酮法[5]；相对电导率的测定采用电导法[6]；MDA含量采用硫代巴比妥酸法[6]测定；SOD活性采用氮蓝四唑法[6]测定；POD活性采用愈创木酚[7]法测定；CAT活性采用紫外分光光度计法[8]测定。

2 结果与分析

干旱胁迫后芒6个生理生化指标的变化情况见表1。

表1 干旱胁迫后芒6个生理生化指标的变化情况Table 1 Changes of chlorophyll content, relative conductivity, MDA ,SOD, POD and CAT after treatment

2.1 干旱胁迫对芒叶绿素含量的影响

叶绿体是植物进行光合作用的场所，各种光合色素在光合作用中起着极其重要的作用。干旱胁迫会影响植物叶绿素含量，从而影响光合作用。由表1可知，随着干旱处理时间的延长，芒的叶绿素含量的变化为先升高后降低。在第20天时，叶绿素含量达到峰值，然后逐渐下降。在第25天处理结束时，芒的叶绿素含量高于对照，是对照的1.07倍。

2.2 干旱胁迫对芒细胞膜透性的影响

在干旱胁迫下，植物细胞常因细胞膜受到伤害而引起细胞膜透性增大，细胞内含物不同程度外渗，使外渗电导率值增大，在持续干旱条件下，电导率增幅越小，细胞膜受伤害程度越轻，其抗旱性越强，反之抗旱性越弱[9]。从表1中可以看出，芒的相对电导率随干旱胁迫时间的延长而不断增大。第25天干旱胁迫处理结束时，芒的相对电导率与对照相比，增加了0.78倍。

2.3 干旱胁迫对芒丙二醛（MDA）含量的影响

植物在干旱胁迫条件下，发生质膜的过氧化作用。丙二醛是质膜过氧化的主要产物之一，反映质膜过氧化作用的程度。植物丙二醛含量增幅越小，抗旱性越强；反之则越弱[10]。由表1可以看出，随着干旱胁迫的加强，芒叶片的MDA含量呈上升趋势，前15天上升较为平缓，处理后期上升加快。与对照相比，第25天时芒叶片中MDA含量增加了2.12倍。

2.4 干旱胁迫对芒SOD活性的影响

超氧化物歧化酶（SOD）是存在于植物细胞中最重要的清除活性氧的酶之一[11]。通常抗逆性强的植物在逆境胁迫下可诱导产生较多的抗氧化酶及其它非酶类抗氧化剂，提高抗逆性，以抵御活性氧氧化损伤及致死效应。所以SOD的变化情况，在一定情况下可以反应植物的抗性强弱。从表1可以看出，芒的SOD活性随着干旱胁迫的加强表现出先上升后下降的趋势。在胁迫初期，芒植物内的SOD活性上升，来抵御或减轻植物所受到的伤害；随着干旱时间的延长，SOD活性下降。芒的SOD活性在胁迫第15天达到峰值，在第25天处理结束时，SOD活性是对照的1.09倍。

2.5 干旱胁迫对芒POD活性的影响

从表1可以看出，随着干旱胁迫时间的延长，芒的POD活性呈现出先升高后下降的趋势，在第15天达到峰值；处理结束时芒的POD活性是对照的1.74倍。

2.6 干旱胁迫对芒CAT活性的影响

CAT是植物体内重要的保护酶之一，清除生理系统中的过氧化氢（H2O2）。从表1中可以看出，随着干旱胁迫的加强，芒的CAT活性都呈现先升高后降低的趋势。芒的CAT活性的峰值出现在第10天，随后开始下降；处理结束时芒的CAT活性低于对照，下降了16.2%。

3 讨论

许多研究表明，叶绿素含量在植物受到干旱胁迫时会下降，从而使植物的光合作用受到影响，光合速率下降，且胁迫越严重，下降的速度越快。但陈洪对木麻黄（Casuarina equisetifoli）的抗旱性研究发现，木麻黄盆栽苗在干旱胁迫过程中，叶绿素含量“先升后降”，即当苗木受中度胁迫时体内水分减少，叶绿素呈现相对“浓缩”，单位鲜质量含量相对升高；当干旱胁迫继续，达到强度胁迫时，则引起植物细胞内生理生化改变，使叶绿素合成受阻，降解加快，因此叶绿素会迅速下降[12]。本研究结果与陈洪的研究结果一致。

干旱胁迫时，细胞中生物活性氧的积累是造成细胞伤害乃至死亡的主要原因。在遭受干旱胁迫后，活性氧自由基积累导致膜脂过氧化，植物细胞的结构受到影响，细胞质膜相对透性增加，体内氧化物质增加，从而会导致细胞膜发生过氧化。许多植物相关研究显示，质膜透性与细胞膜过氧化产物丙二醛（MDA）含量的高低与细胞膜的伤害程度一定程度上呈正相关关系[13]。随着干旱胁迫的增强，芒的相对电导率和MDA含量都呈逐渐上升的趋势，在干旱胁迫结束时，相对电导率和MDA含量达到最大值。这与张智等对芒属植物斑叶芒的相对电导率和MDA的研究结果一致[4]。同时植物能产生不同的保护酶和非酶保护物质，以解除增加的O2-和H2O2的伤害。SOD、POD、CAT是植物体内清除O2-和H2O2的重要保护酶，SOD、CAT和POD的活性和含量与植物的抗旱性呈正相关关系[13]。张文辉等研究发现，4个不同种源的栓皮栎保护酶活性随着干旱胁迫的加剧，呈现先升高后下降的趋势[14]。龚萍等对5种香草植物的抗旱生理研究表明，随着干旱胁迫的加剧，保护酶活性先升高后降低[15]。本试验中，芒的SOD、POD、CAT活性随干旱胁迫的加剧，都表现出先升高后降低的趋势，与前人研究结果相同，也与芒属中的斑叶芒在干旱胁迫下，SOD活性的变化结果[5]相一致。在干旱胁迫初期，芒的酶活性都有不同程度的升高，这表明芒有一定的适应性，此时酶活性增加对植物抵抗干旱胁迫有一定的积极作用，可以及时清除过多的超氧自由基，从而避免植物过早受活性氧的危害，进而延长在干旱胁迫下的存活时间。随着干旱胁迫时间的延长，活性氧开始大量积累，平衡被打破，膜质发生过氧化作用，活性氧的产生超出了植株的忍受范围，酶活性开始降低，这表明体内保护酶维持膜系统稳定性的能力是有限的。芒的3种酶活性出现峰值的时间也有差异，总体说来CAT活性的最高值出现最早，SOD和POD的峰值出现较晚，可见植物体内酶保护系统是协同起作用的。

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Preliminary Study on Physiological and Biochemical Changes of Miscanthus sinensis under Drought Stress

ZOU Li-jun1,2，ZHENG Bing-song2，REN Jun-xia2,3，FANG Jia2，HE Yong-qing2，QIU Zhi-sheng1
（1. Longyou Forestry Bureau of Zhejiang, Longyou 324400, China; 2. The Nurturing Station for the State Key Laboratory of Subtropical Silviculture, Zhejiang A & F University, Lin’an 311300, China; 3. School of Landscape Architecture, Zhejiang A & F University, Linan 311300, China）

Experiments were conducted on different drought stress within 25 days on physiological and biochemical changes of Miscanthus sinensis with common watering treatment as control. The result showed that chlorophyll content, relative conductivity, malondialdehyde (MDA) content and relative conductivity increased significantly with increase of drought stress in leaf of M. sinensis. However, superoxide dismutase (SOD), peroxidase (POD) and catalase (CAT) activities increased and reached the highest at the 15th days of the treatment, then decreased with increase of drought stress.

Miscanthus sinensis; drought stress; chlorophyll content; MDA; protective enzyme activity

S718.4

B

1001-3776（2012）03-0031-04

2012-01-18；

2012-04-10

浙江省科技厅重大科技专项（优先主题）农业项目（2008C12019）

邹力骏（1973-），男，浙江金华人，工程师，从事森林资源保护利用与林业调查规划设计工作。