PEG模拟干旱胁迫对4种海棠幼苗生理特性的影响

骆建霞，黄榆婷，曾丽蓉，李钊，赵嘉菱，郭冰鑫



PEG模拟干旱胁迫对4种海棠幼苗生理特性的影响

骆建霞，黄榆婷，曾丽蓉，李钊，赵嘉菱，郭冰鑫

（天津农学院园艺园林学院，天津 300384）

对八棱海棠、西府海棠、珠美海棠、红果海棠幼苗进行PEG模拟干旱胁迫，以了解其耐旱性差异。结果表明：轻度干旱（5%浓度的PEG）胁迫下，4种海棠表现基本正常，中、重度干旱（15%、25%浓度的PEG）胁迫下，八棱海棠受害程度最轻，红果海棠最重；随干旱胁迫程度增加，参试植物呈现出根系活力下降、MDA含量和色素含量上升、可溶性糖含量和过氧化物酶（POD）活性先升后降、超氧化物歧化酶（SOD）活性先降后升的趋势；八棱海棠的隶属函数平均值最大，红果海棠的最小。综合分析认为，4种海棠幼苗的耐旱性强弱依次为八棱海棠、珠美海棠、西府海棠、红果海棠。

海棠；PEG；干旱胁迫；生理特性；隶属函数

我国北方很多地区年降水量小且分布不均匀，水资源匮乏，干旱胁迫成为影响植物生长发育的重要环境因子。在苹果栽培生产中，嫁接砧木的适应性将直接影响着嫁接品种的适应能力，八棱海棠（）、西府海棠（）、珠美海棠（）、红果海棠（）既可以用作苹果的嫁接砧木，又是优良的观赏树木，了解它们的耐旱性差异，对于苹果苗木生产及其在园林绿化中的应用和栽培管理具有重要实践指导意义。

关于苹果砧木及海棠的抗旱性研究多有报道。张静等[1]对八棱海棠、新疆野苹果组培苗的抗旱性进行了比较研究；徐启贺[2]，赵昌杰等[3]对平邑甜茶、山定子等苹果砧木在干旱胁迫下的生理响应进行了研究；马红强等[4]研究了干旱胁迫对垂丝海棠、八棱海棠、新疆海棠生长特性的影响；张桂霞等[5]以珠美海棠实生苗为材料、尹桂彬等[6]以西府海棠和贴梗海棠为材料研究了干旱胁迫对其生理特性的影响。但目前尚未见到八棱海棠、西府海棠、珠美海棠和红果海棠耐旱性比较的研究报道。本研究采用PEG-6000对这4种植物进行模拟干旱胁迫，通过对丙二醛（MDA）、色素、可溶性糖含量，根系活力以及抗氧化酶活性等生理生化指标的测定分析，以了解其耐旱性差异，为其在苹果苗木繁殖及园林绿化中的应用提供理论参考。

1 材料和方法

1.1 试验材料

八棱海棠（）、西府海棠（）、珠美海棠（）和红果海棠（）的一年生实生苗。秋季收集成熟种子，冬季沙藏，春季播种、育苗，待株高12 cm左右时，进行PEG干旱胁迫处理。

1.2 试验方法

将幼苗从培养盆中取出，清洗根系，置于蒸馏水中平衡24 h后，移入不同质量浓度的PEG-6000溶液中进行渗透胁迫。在预备试验基础上，设置5%、15%、25%浓度的PEG溶液，分别模拟轻度、中度和重度干旱胁迫，以蒸馏水为对照。采用随机区组设计，3次重复，每处理至少15株。干旱胁迫12 h后，取新梢中部有代表性叶片进行各指标测定，同时将其他幼苗置于蒸馏水中给予胁迫解除，观察植株恢复情况（以叶片伸展、植株挺立为恢复标志）。

1.3 生理生化指标测定

参考张治安等[7]的方法采用氯化三苯基四氮唑（TTC）法测定根系活力；硫代巴比妥酸（TBA）法测定丙二醛（MDA）含量；考马斯亮蓝法测定可溶性蛋白含量；氮蓝四唑（NBT）法测定超氧化物歧化酶（SOD）活性；愈创木酚法测定过氧化物酶（POD）活性；95%的乙醇提取法测定色素含量。

采用SPSS V17.0软件进行试验数据统计分析。依下列公式计算隶属函数值。

隶属函数值计算公式：（1）＝（Xmin）/（max-min）

反隶属函数值计算公式：（2）＝1-（X-min）/（max-min）

式中X为指标测定值，min、max为参试材料中某一指标的最小、最大值。

2 结果与分析

2.1 干旱胁迫对海棠幼苗形态特征的影响

对海棠幼苗在干旱胁迫及解除胁迫后的植株形态进行观察（表1）。表1显示，随PEG浓度增加，参试植物受害程度逐渐加深，其中八棱海棠在各浓度PEG胁迫下的受害表现程度最轻，红果海棠受害症状最重。解除胁迫后，八棱海棠恢复正常所用时间最短，红果海棠所需时间最长，西府海棠和珠美海棠介于二者之间。

表1 4种海棠幼苗在干旱胁迫及解除胁迫后的形态表现

2.2 干旱胁迫对参试植物根系活力及可溶性糖含量的影响

对不同植物根系活力和叶片中可溶性糖含量在干旱胁迫下的变化进行分析（表2）。由表2可知，在轻度干旱胁迫下，珠美海棠和西府海棠的根系活力显著或极显著下降，红果海棠与CK的差异不显著，而八棱海棠则极显著上升；中、重度干旱胁迫下，参试植物根系活力均极显著降低，但八棱海棠的根系活力在中度胁迫时仍能维持在CK水平，说明八棱海棠在干旱胁迫时能保持较高的根系活力以抵御干旱逆境。对参试植物可溶性糖含量变化的分析结果表明，珠美海棠在轻、中度胁迫下，可溶性糖含量显著上升，重度胁迫时下降至CK水平；红果海棠的可溶性糖含量在各处理下的变化相对较小，但轻度胁迫时有明显的上升；八棱海棠和西府海棠的可溶性糖含量在CK和各程度干旱胁迫下的差异不显著，但前者有先降后升、后者有上升的表现。总体上看，参试植物可溶性糖含量基本呈先升后降趋势，并保持在相对较高的水平。

表2 PEG胁迫对海棠幼苗根系活力和可溶性糖含量的影响

注：同列数值后不同大小写字母分别表示差异达0.01和0.05水平，下同

2.3 参试植物的MDA含量及抗氧化酶活性在干旱胁迫下的变化

对参试植物叶片中的MDA含量以及SOD和POD活性在干旱胁迫下的变化进行差异显著性分析，结果见表3和表4。由表3可知，除八棱海棠外，其他海棠幼苗叶片中的MDA含量随PEG浓度增加呈上升趋势，红果海棠和西府海棠在中、重度胁迫下的MDA含量极显著高于CK，西府海棠上升幅度最大，中度胁迫下为CK的8倍；八棱海棠的MDA含量在轻、中度胁迫下降低，重度胁迫虽上升但保持在CK水平；珠美海棠的MDA含量在各处理下的变化相对较小，重度胁迫下显著高于CK。

从表4看出，随PEG浓度增加，4种海棠幼苗的SOD活性基本呈先降后升、而POD活性则呈先升后降的变化趋势。在轻度干旱胁迫下，红果海棠的SOD和POD活性下降，均极显著低于CK，而其他3种海棠则无显著或极显著变化，且POD有上升趋势；中度胁迫下，4种海棠的POD活性均极显著下降，SOD活性也表现为显著或极显著下降（西府海棠除外）；重度胁迫下，除西府海棠外，其他海棠的SOD活性显著或极显著升高，POD活性则除八棱海棠外均显著或极显著下降。上述结果既反映了干旱胁迫对参试植物抗氧化酶活性影响的规律，也表现了不同植物抗氧化酶活性对干旱胁迫作出的响应差异。

表3 干旱胁迫对参试植物MDA含量的影响

表4 干旱胁迫对参试植物抗氧化酶活性的影响

2.4 参试植物色素含量在干旱胁迫下的变化

对参试植物在干旱胁迫下叶绿素（Chl）和类胡萝卜素（Car）含量的变化进行分析（表5）。结果表明，轻、中度干旱胁迫下西府海棠的Chl和Car含量无显著变化，重度胁迫时极显著升高；珠美海棠在轻度胁迫下，Chl和Car极显著下降，中、重度胁迫下，Chl升至CK水平，Car极显著高于CK；八棱海棠在轻度胁迫时，Chl和Car含量极显著上升，中、重度胁迫时，Car继续极显著升高，Chl虽下降但仍显著高于CK；红果海棠的Chl和Car含量均随胁迫程度增加而显著或极显著上升。上述结果显示，在干旱胁迫下，植物不同其Chl与Car的变化有所不同，比如八棱海棠的Car增幅较大，比CK增加了100.16%，而红果海棠则Chl增幅较大，比CK增加了54.71%。但总体上看，随PEG浓度增加，参试植物色素含量均呈上升趋势，其中红果海棠增幅最大，平均比CK增加了53.61%，其次是八棱海棠，增加了43.14%，西府海棠增加了16.66%，珠美海棠的变化较小。此结果反映出，在干旱胁迫下，红果海棠可通过增强色素合成，从而为光合作用提供物质保障以抵御干旱胁迫。

表5 参试植物色素含量在干旱胁迫下的变化

2.5 隶属函数对4种海棠幼苗耐旱性的评价

为消除参试植物各测试指标本身存在差异（CK处理时）的影响而更客观地比较其耐旱性，采用干旱胁迫下各指标的相对平均值（即各胁迫处理下的平均值除以相应CK数值）进行隶属函数分析（表6）。由表6可知，不同植物各指标的隶属函数值有较大差异，但表现较有规律，八棱海棠的根系活力、可溶性糖以及抗氧化酶的隶属函数值最大，MDA的隶属函数值最小；红果海棠MDA的隶属函数值较大，可溶性糖和抗氧化酶的隶属函数值最小。若用单一指标结果来评价植物的耐旱性，显然不够客观，具有片面性，而隶属函数平均值则可消除这一片面性，平均值越大者耐旱性越强。表6显示，八棱海棠幼苗的耐旱性最强，其次为珠美海棠，红果海棠的耐旱性最弱，此结果与试验中观察的植株形态表现相吻合。

表6 干旱胁迫下4种海棠幼苗各指标的隶属函数分析

3 讨论与结论

植株叶片、嫩茎和新梢在干旱、盐碱等逆境胁迫下的表现可直观地反映植物的抗逆性[8-10]。本试验中观察到，轻度干旱胁迫时八棱海棠、西府海棠和珠美海棠植株无显著变化，解除胁迫后11～12 h便可恢复至CK形态，红果海棠则需15 h才能恢复；在中、重度胁迫时，参试植物虽有叶片萎蔫甚至枯死的现象，但植株均能在解除胁迫18～24 h后恢复，说明4种海棠都具有一定的耐旱能力，且表现为八棱海棠耐旱能力较强，红果海棠较弱。

根系活力高低直接影响着植物生长及其抗逆性，干旱胁迫可导致根系活力下降[4,11-12]。本试验中，4种海棠幼苗的根系活力随PEG浓度增加，总体呈不同程度的下降趋势。但八棱海棠幼苗的根系活力在轻度胁迫时较CK有极显著增加，在中度胁迫时仍能维持在CK水平，而其他3种海棠幼苗在中度胁迫时根系活力均极显著下降，西府海棠和红果海棠下降幅度较大。此结果说明，八棱海棠在轻、中度干旱胁迫时能够通过保持其较高的根系活力以抵御干旱逆境，表现出比其他海棠幼苗有较强的耐旱能力。可溶性糖是重要的渗透调节物质，干旱胁迫下其含量上升可有效提高细胞渗透压，降低水势，利于保障根系吸水功能以提高植物抗旱性[6,13-14]。本试验中，参试植物叶片中可溶性糖含量在轻、中度干旱胁迫下增加，在重度胁迫下虽有所下降，但也保持在与CK差异不显著的水平，其中八棱海棠和西府海棠可溶性糖含量在干旱胁迫处理下的变化幅度较小，说明此干旱胁迫尚未对其糖代谢产生显著影响，有较强的耐旱能力；珠美海棠和红果海棠可在干旱胁迫下增加可溶性糖含量以抵御干旱胁迫。

MDA是在逆境胁迫下植物发生膜脂过氧化的最终产物，可表示膜系统受损害的程度；SOD和POD则是植物体内重要的抗氧化酶，在逆境胁迫下其活性的增强可清除活性氧，减轻和阻止活性氧对植物细胞膜的损害，因此它们常被用作植物抗逆性研究的主要测试指标[1-2,5-6,8-9,13-15]。

本试验中，海棠幼苗随PEG浓度增加，MDA含量整体上表现出增加的趋势，这与前人的报道基本一致，但植物间表现有差异，西府海棠上升幅度最大，其次是红果海棠；八棱海棠的MDA含量在轻、中度胁迫时降低，重度胁迫时又升至CK水平。结果显示，干旱胁迫对八棱海棠细胞膜伤害较小，西府海棠细胞膜受害最重。4种海棠幼苗的SOD活性基本呈先降后升、POD活性则呈先升后降的变化趋势，但也体现出植物不同其抗氧化酶活性在不同干旱胁迫处理下的变化有差异（表5），如红果海棠在轻度干旱胁迫时，其POD活性极显著低于CK（比CK减少了5.55%），而珠美海棠POD活性显著高于CK（比CK增加了24.87%）。总体上看，八棱海棠在干旱胁迫下可保持较高的抗氧化酶活性，而红果海棠的抗氧化酶活性在参试植物中最低。结合参试植物的形态表现可看出，植物在干旱胁迫下MDA含量与抗氧化物酶活性的变化密切相关。

有研究报道，干旱胁迫下Chl合成受抑制，分解加快，导致Chl含量下降[1,16]，也有研究表明，干旱胁迫时叶片中相对含水量降低，使叶片单位鲜重内的Chl含量升高[8,13,17-18]。关于Car含量在干旱胁迫下的变化与Chl含量一样，也有不同的研究结果，有的降低[16]，有的升高[8,17]。在本试验中，虽然参试植物的Chl和Car含量在干旱胁迫处理下的变化有所差异（表5），但总体表现为色素含量（Chl、Car）均随胁迫程度增加呈上升趋势，支持了任磊等[8]、颜淑云等[13]、李芳兰等[17]的试验结果。Chl是光合作用的基础，Car为抗氧化系统的非酶促系统，可以防止膜脂过氧化，减少干旱胁迫对Chl的破坏，维持光合作用的正常进行[13]，本试验中参试植物Chl和Car含量的增加有利于其对干旱胁迫环境的适应。

综上所述，干旱胁迫对参试植物的形态、色素、生理生化特性产生了影响，且不同植物的各测试指标对干旱胁迫存在着响应差异，因此用单项指标难以有效而准确评价植物的耐旱能力。隶数函数分析是建立在多指标测定分析基础上，对植物特性进行综合评价的一种方法[19]，它可避免单一指标的片面性，使评价结果更全面地反映植物的耐旱能力。根据隶属函数分析结果并结合参试植物的形态表现，评价其耐旱性由强到弱依次为：八棱海棠、珠美海棠、西府海棠、红果海棠。

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Effects of PEG Simulated Drought Stress on Physiological Characters of Four Crabapple Seedlings

LUO Jian-xia, HUANG Yu-ting, ZENG Li-rong, LI Zhao, ZHAO Jia-ling, GUO Bing-xin

（College of Horticultural and Landscape, Tianjin Agricultural University, Tianjin 300384, China）

Crabapples including，andtreated with PEG simulated water stress were studied to understand their differences in drought tolerance. The results showed that under mild drought（5% concentration of PEG）stress，the four crabapples grew normally but in the severe drought（15%，25% concentration of PEG）stress，the lightest injuring emerged inand the heaviest one in. With the increasing of drought stress degree，the root activity of tested plants dropped while the MDA and pigment contents had a trend to rise. Soluble sugar content and peroxidase（POD）activity increased at first and lowered later but superoxide dismutase（SOD）activity showed a reverse trend of rise after falling at the beginning. Maximum average values of subordinate function were found inand minimum one in. According to comprehensive analysis drought resistance of the four crabapple species could be ranked as＞＞＞.

crabapple; PEG; drought stress; physiological characters; subordinate function

S661.4；Q945.78

A

1008-5394（2016）03-0001-05

2016-02-20

天津市基础与前沿技术研究计划资助项目“高酸苹果优质生产关键技术作用机理研究”（14JCYBJC30200）；天津市农业科技成果转化与推广项目“优质高酸苹果引进栽培示范推广”（201101120）

骆建霞（1957-），女，河北涿州人，教授，学士，主要从事果树及园林地被植物资源及其适应性的研究。联系电话：（022）23781301。