植物抗逆生理研究概述

万 劲，汪安琳，陈嘉裔，方钲中

(1.三江学院，江苏 南京 210012;2.南京林业大学，江苏 南京 210037;3.西南林业大学，云南 昆明 650224)

植物逆境是指对植物生长和生存不利的各种环境因素。植物在逆境下的生理适应性，称为抗逆生理。植物有各种各样抵抗或适应逆境的本领。在生理上，植物通过细胞内渗透调节物质增加，或增强抗氧化保护酶系统活性等方式，以提高植物对各种逆境的抵抗能力。本文从多年来研究外施生长调节物质:油菜素内酯(BR)、三十烷醇(TA)、多效唑(PP333);营养元素:氮、磷、钙、铜;以及品种选优3个方面来阐述植物在干旱、低温、高温、盐渍等逆境胁迫下所产生的生理适应性。主要的测定指标有:(1)细胞电解质渗漏率;(2)可溶性糖含量;(3)可溶性蛋白含量;(4)细胞内自由水与束缚水含量;(5)超氧物岐化酶(SOD)活性;(6)丙二醛(MDA)含量;(7)叶绿素含量;(8)粗脂肪含量;(9)ABA、IAA、GA、CTK含量;(10)生长量;(11)干物质产量(生物量);(12)植物的热值。

研究结果证明，有些植物本身具备较强抵御不良环境的能力，可通过品种选优来实现。也有应用生长调节物质或矿质营养元素来提高植物的抗逆性。本文可为从事植物抗逆性研究者提供理论依据与技术参考。

1 植物对干旱胁迫的生理响应

1.1 油菜素内酯(BR)提高湿地松幼苗抗旱性的效应

1.1.1 电解质渗漏率测定 将1月龄湿地松幼苗用BR 1.0mg/L预处理16 h，剪取幼苗的下胚轴和子叶，自然干燥(气干)处理3h，测定电解质渗漏率(%)。结果分别为:BR 1.0mg/L预处理者的子叶为5.86，下胚轴为11.45;对照的子叶为6.31，下胚轴为13.66。

1.1.2 超氧物岐化酶(SOD)活性测定 经BR 0.5，1.0mg/L预处理24 h的2月龄湿地松幼苗，气干2 h，测定SOD活性(抑制NBT光还原%)，结果是:BR处理者的SOD活性分别增强为对照的333.6%和350.3%。

经BR预处理幼苗在逆境下，细胞的电解质渗漏率低于对照，而SOD活性显著高于对照。试验表明:BR对于受干旱胁迫的细胞膜具有保护作用［1］。

1.2 三十烷醇(TA)提高湿地松幼苗抗旱性的生理效应

1.2.1 电解质渗漏率、SOD活性和MDA含量测定

将湿地松1年生盆栽苗用TA 0.5和1.0mg/L水溶液淋灌2次，半个月后取针叶，气干3 h。测定结果是，电解质渗漏率(%):TA 0(对照)为10.20，TA 0.5为8.13，TA 1.0为7.24;SOD活性(抑制 NBT光还原%):TA 0为44.97，TA 0.5 为55.35，TA 1.0为58.62;MDA含量:TA0为8.0 nmol/gFW，TA 0.5为5.54(nmol/gFW)，TA 1.0为5.55 nmol/gFW。

1.2.2 叶绿素含量测定 将TA处理过的湿地松盆栽苗控水4d，测定针叶的叶绿素含量TA0(对照)为0.48mg/gFW，TA 0.5为0.55mg/gFW，TA 1.0为0.72mg/gFW。

经TA 0.5和1.0mg/L处理的湿地松幼苗在干旱胁迫下，其叶绿素含量及SOD活性都高于对照，而电解质渗漏率与MDA含量低于对照。说明:TA具有提高植物抗旱性的功效［2］。

2 植物对低温胁迫的生理响应

2.1 N、Ca、P、Cu等提高油桐苗木抗寒性的效应

江苏为发展油桐的北缘地区，冬季温度降至-6℃以下，持续时间较长时，新植油桐树不易成活。因此提高油桐苗木的抗寒性，乃是江苏发展油桐的一项重要措施。试验于1962年3月初划分小区进行播种，1962年5月中旬出苗。用1%过磷酸钙、0.05%硫酸铜、1% 尿素溶液喷洒叶面，共6次，每隔半月喷洒1次(6，7，11月各2次)。当年12月中旬测定幼苗生长量。从1962年12月初至1963年4月初测定各项生理指标［3］。

2.1.1 生长量测定 12月测量经各处理油桐苗的高生长与茎径生长。高生长平均值:1%过磷酸钙为100.2cm，0.05%硫酸铜为110.7cm，1%尿素为122.9cm，对照为99.0cm;茎径生长(茎干中部平均直径):1%过磷酸钙为1.27cm，0.05%硫酸铜为1.48cm，1%尿素为1.41cm，对照为1.21cm。试验结果看出:适当浓度硫酸铜和尿素对油桐苗的高生长与茎干加粗效果明显。

2.1.2 可溶性糖和粗脂肪含量测定 经3种药液喷洒的油桐，在冬季最冷的2月，枝梢内的可溶性糖和粗脂肪含量都高于对照。可溶性糖含量(占干质量重%):1%过磷酸钙为10.5%，0.05%硫酸铜为11.0%，1%尿素为9.5%，对照为8.5%。粗脂肪含量(占干质量重%)是所有经药液处理的苗木在越冬期间温度最低的2月均达到高峰，而且都高于对照。其中过磷酸钙处理者最为突出，过磷酸钙为6.6%，对照为5.3%。

2.1.3 叶片的水分状况 1963年6月中旬，测定1年生油桐苗木叶内自由水/束缚水之比。结果是:1%过磷酸钙为1/0.46，0.05%硫酸铜为1/0.38，1%尿素为1/0.41，对照为1/0.25。过磷酸钙处理者增加束缚水含量最多。由于细胞内自由水易结冰，散失也较快，因此束缚水含量增加有利于抗寒和抗旱。

试验表明:氮、钙、磷、铜4种营养元素对于提高植物的抗寒性都有良好的作用。

2.2 多效唑提高植物抗寒性的效应

原产广西的马尾松种子，于1992年4月下旬在南京播种育苗。10月中旬用25，50，100mg/L多效唑溶液淋灌处理。各处理试验苗，固定20株标准术，供生长量和生物量测定，其他松苗用于测定生理指标。另用原产江苏的马尾松苗作为对比［4］。1992年12月，有9d达低温-5℃至-1℃，但不是连续的，大部分时间最低温度在0℃至6℃，所以松苗主要受到冷害。

2.2.1 电解质渗漏率和SOD活性测定 1993年1月与2月测定针叶电解质渗漏率(%)为:广西种源P0(对照)为 26.18，25.33;P25 为 20.4，24.27;P50为19.6，23.33;江苏种源苗为 20.83，23.03。多效唑处理苗的电解质渗漏率与江苏苗的测定结果相近。电解质渗漏率降低，表明细胞膜受害程度较轻。

经多效唑25，50mg/L处理的广西种源苗和江苏苗，测得针叶内SOD活性均以显著与极显著差异水平高于对照。分别为对照的120.7%，139.3%，140.1%。SOD活性增强，有利于保护细胞膜减轻低温的伤害。

2.2.2 松苗高生长测定 从1992年10月中旬至1993年3月中旬测定5次标准株平均高生长量。多效唑处理苗的生长量都低于对照。最后计算净生长量:多效唑25mg/L为2.04cm，50mg/L为1.42cm，对照为2.58cm。试验表明:50mg/L多效唑可明显地抑制顶端枝梢生长，有利于提高植株的抗寒性。

2.2.3 生物量测定 将越冬后的松苗10株标准木，测其平均干物质产量。结果为:25mg/L处理苗为18.81 g;50mg/L处理苗为26.31 g;对照苗为16.71 g。试验表明，经多效唑50mg/L处理广西种源马尾松苗，其生物量显著高于对照苗，这对于松苗越冬提供了物质基础。

2.3 表油菜素内酯与油菜素内酯提高植物抗寒性的效应

2.3.1 表油菜素内酯(epiBR)的作用 1992年10月上旬将半年生湿地松苗分别用epiBR1.0和2.0mg/L淋灌2次。10月中旬取幼苗顶端以下部分10～12cm茎段，提取分离内源激素，然后用高效液相色谱仪分析IAA、GA、CTK、ABA 4种内源激素含量。测得结果是IAA:对照为0.962 μg/gFW，eBR 1.0为1.98 μg/gFW，eBR 2.0 为 1.94 μg/gFW;GA:对照为 0.268 μg/gFW，eBR 1.0 为 0.688 μg/gFW，eBR 2.0为1.018 μg/gFW;ZT(玉米素是1种 CTK):对照为 0.133，eBR 1.0为 0.208，eBR 2.0为 0.309;ABA:对照为 0.149，eBR 1.0 为 0.576，eBR 2.0 为0.929。经epiBR处理的湿地松苗，其茎内4种内源激素含量都显著增加。处理苗ABA含量增加比对照差距最大。ABA/IAA，ABA/GA:对照为0.20，0.72;eBR 1.0 为 0.29，0.84;eBR 2.0 为 0.48，0.91。ABA/IAA，ABA/GA较高的比值，可抑制晚秋抽梢，有利于幼苗越冬［5］。

表油菜素内酯的生理活性略低于油菜素内酯，因此使用浓度较高。

2.3.2 油菜素内酯(BR)的作用 1994年3月21日移栽1批湿地松1年生苗，设BR 0.5、1.0mg/L及对照3个试验组，各组做重复3个。随机取6株作为标准木，共有标准株18木，供生长量和生物量测定，其他苗木用于测定生理指标。12月21～22日测定15株标准木平均每株的干物质产量。结果是:对照为 22.37 g，BR 0.5 为 28.27 g，BR 1.0 为26.26 g。叶绿素含量:对照为0.28mg/gFW，BR 0.5为0.36mg/gFW，BR 1.0为0.44mg/gFW。可利用总糖含量(叶鲜质量):对照为7.34%，BR 0.5为8.71%，BR 1.0为8.85%。

试验表明:在入冬时期，经BR处理过的湿地松针叶内叶绿素含量明显高于对照，因此有利于进行光合作用，这对于可利用总糖(包括可溶性糖和淀粉)在体内的积累提供了重要条件，从而提高了生物量(干物质产量)，为越冬奠定了物质基础［6］。

2.4 杨树无性系热值和生物量与抗寒性的关系

植物干重热值是指1 g干样品在恒容条件下完全燃烧所放出的热量。植物热值的高低与光合能力和营养积累有关。2006年11月下旬，在4种杨树无性系:Y208、Y328、NL-351、MA 的1年生苗生长期基本结束后，从标准株取样进行热值测定。结果是:Y208为 19.2 kJ/g，Y328 为 19.1 kJ/g，NL351 为18.5 kJ/g，MA为17.9 kJ/g。另选标准株3棵，剪取枝梢30cm以下的50cm茎段处理后测定生物量:Y208 为465 g，Y328 为400 g，Y351 为235 g，MA 为200 g。试验表明Y208和Y328具有较高的热值和生物量［7］。因此，比另2个无性系更有利于越冬。

3 植物对高温胁迫的生理响应

3.1 TA提高植物耐热性的效应

将湿地松 2 月龄苗，用 TA0.25，0.5，1.0，2.0mg/L不同质量浓度的溶液预处理后，放置于36℃保温箱中4 h。测定可溶性蛋白含量:T0.25为25.33mg/gFW，T0.5为 27.01mg/gFW，T1.0为26.93mg/gFW，T2.0为 25.90mg/gFW，对照为22.67mg/gFW;SOD活性(抑制NBT光还原%):T0.25为38.22mg/gFW，T0.5为 38.71mg/gFW，T1.0为49.30mg/gFW，T2.0为51.44mg/gFW，对照为33.21mg/gFW。

试验说明，以上4个质量浓度的TA溶液都能提高幼苗的可溶性蛋白含量和SOD活性，这对于增强植物的耐热性表现良好的效果［2］。

3.2 不同杨树无性系在高温胁迫下的适应性

取4个1年生杨树无性系 Y208，Y328，NL-351和MA的插条，于2006年3月下旬扦插。5月下旬至11下旬每月测量苗高与地径的生长量。结果表明:在炎热的7月下旬至8月下旬，生长势最好的Y208一直保持快速的生长状况，而生长势最差的MA从8月下旬开始至11月下旬的4次测定，其生长趋于平缓。在8月下旬测得的高生长量:Y208和Y328达到3.9，NL-351为3.7m，MA为2.9m。地径生长量:Y208为2.60cm，Y328为2.50cm，NL-351为2.0cm，MA为1.7cm。从生长量比较，可明显地看出，在炎热的1个月内，杨树Y208和Y328受高温胁迫的影响较小。试验表明，这2个无性系具有较强的耐热性［7］。

4 植物对盐胁迫的生理响应

油菜素内酯(BR)提高植物抗盐性的效应

取生长基本一致的1月龄湿地松幼苗180株，分为3份。分别插入BR0(对照)、BR 0.5，1.0mg/L溶液中16 h(先浸整株1 h)。然后将经BR预处理的幼苗培养在含有0.4%NaCl营养液中，每组15株，做4个重复。每天加水至原体积，每周换含0.4%NaCl的营养液1次。培养1个月后，测定各项生理指标［1］。

4.1 叶绿素和可溶性蛋白含量测定

经BR 0.5和1.0mg/L预处理的样品中，叶绿素含量分别为对照的136.3%，123.6%。可溶性蛋白含量为对照的137.2%，108%。

4.2 SOD活性和MDA含量测定

经BR0.5，1.0mg/L预处理的样品，SOD活性提高为对照的173.0%，165.3%，而MDA含量降低为对照的52%和48%。试验表明:用适当质量浓度BR处理湿地松幼苗，在盐胁迫下，不仅能使幼苗的SOD活性增强，MDA含量下降，而且还具有保持较高的叶绿素和可溶性蛋白含量的功效。从而对提高松苗的抗盐性有良好的影响。

5 讨论

(1)干旱、低温、高温、盐渍4种逆境常有其相通之处。夏季中午高温经常会使植物失水过多而导致干旱胁迫;冬季当土壤处于低温时，根系吸水困难，而地上部分仍在进行蒸腾作用，从而引起生理干旱;土壤中盐分过多，也会使根部难于吸水，导致生理干旱。可见，这几种不良环境中最常遭受的是干旱胁迫，因此研究植物对干旱胁迫的生理适应性最为重要。

(2)各种植物抗逆的生理特点，有其共性。干旱、低温、高温、盐渍4种逆境的胁迫，对植物的直接伤害，就是破坏了细胞膜系统。因此测定植物组织电解质渗漏率、保护酶系统(以SOD为代表)，有害物质——活性氧自由基(以MDA为代表)为首选的生理指标。又如组织内束缚水和渗透调节物质(可溶性糖、可溶性蛋白)含量，也可作为共同的指标。

(3)新型生长调节物质油菜素内酯、三十烷醇及多效唑对提高植物的抗逆性各有其特殊功效，值得推广应用。

(4)营养元素:N、P、Ca、Cu对提高植物的抗寒性具有良好的功效。这些药物比生长调节物质价廉、易用，便于在农林业生产上作为根外追肥使用。

(5)从比较4个杨树无性系的研究中，可以选出Y208和Y328，2者具有较强的抗寒性与耐热性。因此，由选优的方法来培育抗逆性强的树种，乃是行之有效的途径。

［1］汪安琳，王永银.油菜素内酯对湿地松幼苗抗逆性的影响［J］. 南京林业大学学报，1993，17(3):27-31.

［2］汪安琳，唐鸿亮，王永银.三十烷醇对湿地松苗抗旱和耐热性的生理效应［J］.植物生理学通讯，1995(4):280.

［3］汪安琳，郭长泰，王席珍，等.根外追肥对提高油桐苗木抗寒性的影响［R］.全国植物生理学年会，北京，1963.

［4］汪安琳，高 强.多效唑提高广西种源马尾松苗抗寒性的效应［J］. 南京林业大学学报，1994，(18):1-6.

［5］夏民州，汪安琳.表油菜素内酯对湿地松苗内源激素的影响［J］.植物生理学通讯，1993(5):351-353.

［6］汪安琳，高 强，陈裕菊.油菜素内酯对湿地松苗的生理作用［J］. 南京林业大学学报，1995，19(4):1-6.

［7］万 劲，方升佐，翟学昌.四个杨树无性系苗期能源林相关特性的研究［J］.林业科技开发，2007，21(3):16-19.