PEG-6000模拟干旱胁迫对灯台树幼苗生理特性的影响

区 智，邹 旭，周长梅，屈 燕*，杨自云，和建红

(1.西南林业大学/园林植物与观赏园艺省高校重点实验室，云南 昆明 650224；2. 中国美术学院风景建筑设计研究总院有限公司，浙江 杭州 310012)

【研究意义】灯台树(Alstoniascholaris(L.) R. Br.)为夹竹桃科(Apocynaceae)植物，又名糖胶树、面条树、黑板树等。在中国南方，灯台树常用于行道树栽植，也是点缀庭园的优良绿化树种，其树形美观，枝叶常绿，生长有层次如塔状，果实细长如面条。由于城市绿化树种对水分需求较高，在其栽培及种植过程中深受干旱环境条件制约，导致绿化树种抗旱种质资源的挖掘工作显得尤为迫切。【前人研究进展】随着全球气候变暖，干旱已成为最大的全球性自然灾害。目前研究表明，干旱是影响植物生长的关键非生物因素之一，对植物的基础代谢和生长发育等方面均产生不利影响[1]。干旱胁迫导致细胞内产生大量自由基，打破自由基清除系统的平衡，造成活性氧积累，并使光合作用受到抑制，膜脂过氧化水平升高，对植物造成不可逆伤害，严重时造成死亡[2～3]。作为优良乡土树种的云南松[4]、滇楸[5]、球花石楠[6]等树种在关于干旱胁迫方面的研究均有不同程度报道，而同为乡土树种之一的灯台树的聚乙二醇6000(PEG-6000，以下简称PEG)是一种亲水性很强的惰性高分子聚合物，近几十年作为理想的渗透调节剂被广泛应用于模拟干旱胁迫[10-11]。PEG用于模拟干旱胁迫的结果与土壤控水相同，是鉴定植物抗旱性的重要方法之一[10]。【本研究切入点】本试验以2年生灯台树实生苗为研究对象，测定不同浓度PEG处理下灯台树幼苗叶片的各项生理指标变化。【拟解决的关键问题】了解灯台树幼苗对干旱胁迫的适应性和耐受性，以期为云南乡土树种资源的扩植提供理论指导。

表1 灯台树幼苗培养环境条件设置

相关研究主要集中于温度对种子萌发特性影响的比较[7]，内生放线菌[8]及化学成分及药理活性的研究[9]等。

1 材料与方法

1.1 试验材料与处理

挑选长势一致的2年生盆栽灯台树幼苗，于2016年12月上旬移栽到5 L塑料盆中，基质为红土+珍珠岩+腐殖(3︰3︰2)的混合基质。放在人工气候培养箱(Binder KBWF，德国)中预培养6 d，在此期间根据生长情况加入适量的水分。预培养6 d后，选长势一致的灯台树幼苗30盆，分为6组进行干旱处理。

试验PEG浓度梯度包括0(CK)、5 %、10 %、20 %、25 %、30 %，每处理组5盆，每盆1株，每株每天均匀浇灌10 mL处理溶液，对照组用清水代替再补充至水分充足。处理10 d后，于同一时间段从植株上部相同叶位取功能叶，去除主叶脉并进行各项生理指标的测定，重复3次。适应及处理期间的培养条件见表1。

1.2 试验测定指标及方法

叶绿素含量采用乙醇提取法[12]测定，过氧化物酶(POD)活性采用愈创木酚法[12]测定，超氧化物歧化酶(SOD)活性采用氮蓝四唑法[12]测定，可溶性蛋白质含量采用考马斯亮蓝法[12]测定，脯氨酸含量采用茚三酮显色法[12]测定，丙二醛(MDA)含量采用硫代巴比妥酸法[12]测定。

1.3 数据分析

采用SPSS17.0软件进行单因素方差分析、相关性分析，EXCEL 2010软件绘图。

2 结果与分析

2.1 叶绿素含量的测定

通过测定不同PEG浓度处理下的灯台树幼苗植株叶片的叶绿素含量，由图1可知，随着PEG处理浓度的上升，叶绿素含量呈先降后升的趋势，除CK与20 %处理组、25 %处理组与30 %处理组之间无显著差异外，各处理组之间差异显著(P<0.05)。当PEG处理浓度为0～10 %时，叶绿素含量呈下降趋势；10 %浓度处理时叶绿素含量最低，当PEG处理浓度为10 %～30 %时，叶绿素含量呈上升趋势，在30 %浓度处理时叶绿素含量最高。由此表明，当PEG浓度达到一定值时，叶绿素含量开始升高，进而提高光合效率，浓度为30 %时，灯台树幼苗光合作用效率最高。

2.2 POD活性的测定

图1 叶绿素含量与PEG处理浓度的关系Fig.1 The relationship between chlorophyll content and concentration of PEG

图2 POD活性与PEG处理浓度的关系Fig.2 The relationship between POD activity and concentration of PEG

2.3 SOD活性的测定

由图3可知，在不同浓度处理下，SOD活性随着PEG浓度的升高呈现先升后降的趋势，且各处理组之间差异显著(P<0.05)。在0～10 %浓度处理下，SOD活性显著提高，在10 %浓度处理时SOD活性最大，10 %～30 %浓度处理时，SOD活性逐渐降低，且各处理组的SOD活性均高于CK。由此表明，不同PEG浓度处理下，灯台树均会对干旱胁迫造成的伤害做出反应，但高浓度PEG处理下，SOD活性下降，导致细胞内部分功能受到破坏。

2.4 可溶性蛋白质含量的测定

由图4可知，在不同浓度处理下的灯台树幼苗，随着PEG处理浓度的升高，植物体内可溶性蛋白质含量呈先升后降的趋势，除5 %处理组与25 %处理组之间无显著差异外，各处理组之间差异显著(P<0.05)。当PEG处理浓度为0～10 %时，可溶性蛋白质含量呈上升趋势，10 %浓度处理下可溶性蛋白质含量最高，当PEG浓度为10 %～30 %时呈下降趋势，且CK的可溶性蛋白质含量最低，由此表明，灯台树幼苗为应对干旱胁迫造成的伤害，提高细胞内可溶性蛋白质的含量，从而提高细胞内的膨压，维持细胞生命活动的正常进行。

图3 SOD活性与PEG处理浓度的关系Fig.3 The relationship between SOD activity and concentration of PEG

图4 可溶性蛋白质含量与PEG处理浓度的关系Fig.4 The relationship between soluble protein content and concentration of PEG

2.5 游离脯氨酸含量的测定

由图5可知，在不同PEG浓度处理下，灯台树幼苗的脯氨酸含量随着处理浓度的升高呈先降后升的趋势，除5 %处理组与10 %处理组之间无显著差异外，各处理组之间差异显著(P<0.05)。当PEG处理浓度为0～5 %时，脯氨酸含量呈下降趋势，这可能是因为干旱胁迫使植物自身的调节机制受到伤害；当PEG浓度为5 %～30 %时，脯氨酸含量呈上升趋势。由此表明，灯台树幼苗在遭受干旱胁迫时，

图5 脯氨酸含量与PEG处理浓度的关系Fig.5 The relationship between proline content and concentration of PEG

图6 MDA含量与PEG处理浓度的关系Fig.6 The relationship between malondialdehyde content and concentration of PEG

生理指标Physiological indicators叶绿素含量(mg/g)Chlorophyll contentPOD活性(U/g·min) Peroxidase activitySOD活性(U/g) Superoxide dismutase activity可溶性蛋白质含量(mg/g)Soluble protein content游离脯氨酸含量(μg/g) Proline contentMDA含量(μmol/g) MDA content叶绿素含量1POD活性-0.463**1SOD活性-0.499**0.915**1可溶性蛋白质含量-0.573**0.909**0.975**1游离脯氨酸含量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水平上极显著相关，*表示在0.05水平上显著相关。

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

可通过自身脯氨酸的累积来提高细胞的渗透势进行渗透调节，以减小干旱胁迫下细胞组织的失水。

2.6 MDA含量的测定

由图6可知，在不同PEG浓度处理下，灯台树幼苗的MDA含量随着处理浓度的升高呈先下降后升高再下降的趋势，除CK、10 %和30 %处理组之间无显著差异外，各处理组之间差异显著(P<0.05)。当PEG处理浓度为0～5 %时，MDA含量呈下降趋势，在5 %浓度处理下，MDA含量最低，当PEG处理浓度为5 %～25 %时，MDA含量呈上升趋势，在25 %浓度处理下，MDA的含量最高，表明在此浓度下，灯台树幼苗质膜系统受到的伤害最大。当PEG处理浓度为25 %～30 %时，丙二醛含量呈下降趋势。

2.7 各生理指标间的相关性分析

对6个指标叶绿素含量、POD活性、SOD活性、可溶性蛋白质含量、脯氨酸含量及MDA含量进行相关性分析。从表2中可以看出，叶绿素含量与POD酶活性、SOD酶活性、可溶性蛋白质含量呈极显著负相关，与脯氨酸含量极显著正相关，与MDA含量呈显著正相关。POD酶活性与SOD酶活性、可溶性蛋白质含量呈极显著正相关，与脯氨酸含量呈不显著负相关，与MDA含量呈显著正相关。SOD酶活性与可溶性蛋白质含量呈极显著正相关，与脯氨酸含量呈负相关，与MDA含量呈正相关。可溶性蛋白质含量与脯氨酸含量呈负相关，与MDA含量呈正相关。脯氨酸含量与MDA含量呈极显著正相关。

3 讨 论

叶绿素含量的高低在一定程度上决定叶片进行光合作用的强弱[11]。范苏鲁[13]等的研究认为，干旱胁迫可分解叶片中的叶绿素，但如能在适度干旱胁迫下保持，叶片叶绿素的含量甚至有所提高，将有助于植物在干旱胁迫环境下的生长[3]。本研究结果表明，当PEG浓度为0～10 %时，叶片叶绿素含量逐渐下降；当PEG浓度为10 %～30 %时，叶片叶绿素含量逐渐升高。原因可能是干旱胁迫下，由于水分亏缺，叶片含水量降低，导致叶绿素呈现相对浓缩状态，造成单位鲜重的叶绿素含量增加，也有可能与植物对环境因子的补偿和超补偿效应有关[13]。

渗透调节是指细胞通过积累各种有机物和无机物来提高细胞液浓度并降低渗透势，以维持植物正常生理活动的进行，其中可溶性蛋白及脯氨酸的含量在渗透调节中起着重要的作用[19]。在干旱胁迫下，植物通过形成大量可溶性蛋白质来提高细胞的保水能力[1]，同时植物体内脯氨酸含量的高低可以判断干旱等逆境对植物的危害程度和植物对干旱的抵抗力，其含量越高，植物响应逆境的渗透调节能力与抗旱能力越高[20]。本研究表明，随着PEG浓度的升高，可溶性蛋白质含量先升后降，且处理组可溶性蛋白质含量均高于对照组，当PEG浓度为10 %时，可溶性蛋白质含量升高至最大值；脯氨酸含量先降后升，当PEG浓度为5 %时，脯氨酸含量降低至最小值。由此表明，在干旱胁迫初期，植物为改善因细胞内水分亏缺所造成的伤害，通过不断提高可溶性蛋白质含量来维持渗透压及细胞内正常代谢活动的进行，但随着干旱胁迫程度的上升，可溶性蛋白质含量下降，转为不断提高脯氨酸含量来进行渗透调节。表明当灯台树遭遇干旱胁迫时，可能以不同的方式分别在不同时期进行渗透调节。

MDA是膜脂过氧化产物，其含量的高低在一定程度上反映植物细胞膜脂过氧化水平和膜结构受害程度[10]。本试验研究表明，随着PEG浓度的上升，MDA的含量先降后升再降，这与庞杰[21]等对沙芥的研究结果一致。可能的原因是低浓度干旱胁迫下，POD、SOD活性的上升，导致叶片活性氧的含量降低，引起MDA含量的降低；随着干旱胁迫程度的增加，MDA含量逐渐积累，反应细胞膜脂过氧化水平升高，膜结构遭到破坏。当干旱胁迫程度达到最严重时，可能由于灯台树幼苗各种生理代谢受到干旱的严重影响导致MDA含量显著下降。

4 结 论

随着PEG浓度的升高，干旱胁迫程度的增强，灯台树幼苗叶片中的叶绿素含量、脯氨酸含量先降后升，POD及SOD活性、可溶性蛋白质含量先升后降，MDA含量先降后升再降。比较分析检测指标变化规律，表明在适度的干旱条件下(PEG浓度≦10 %)灯台树幼苗生长良好，有较强的抵抗能力，可通过自身调节来应对干旱造成的不良影响。综合各指标评价，灯台树具有一定的抗旱性，可作为干旱地区绿化树种选择。