干旱胁迫对垂柳生理特性的影响

石 峰

(山西省林木育种研究中心，山西 太原 030031)

山西省属于水资源严重不足的省份之一，素有“十年九旱”的说法，特别是每年4-7月，降水量严重不足，从而引起春旱[1-2]。对于垂柳而言，春季承受干旱胁迫在大部分年份难以避免，因此，探索干旱条件下垂柳生理活性物质含量变化情况，从而揭示垂柳的干旱逆境生理适应性，用以判断其抗旱能力高低具有重要实践意义。当前关于干旱对垂柳生长的影响部分学者进行了初步的研究工作，如张宝成[3]研究认为，干旱条件下垂柳病虫害会严重发生，从而引起垂柳的大面积死亡，从遵义市来看，干旱导致了16.67%的垂柳死亡，而河岸边的垂柳死亡率达到了25%；刘美珍[4]研究认为，在干旱条件下，垂柳叶片内电导率表现出升高的趋势，而叶片内含水量表现出降低的变化，同时，丙二醛和游离脯氨酸含量显著升高；杨甲定[5]研究认为，在干旱胁迫条件下，垂柳叶片膜透性显著升高，叶片水势降低，在高温低湿条件下表现出严重的受害症状；彭丽[6]研究认为，在干旱胁迫下，金丝垂柳叶片内电导率显著升高，同时SOD、POD、CAT活性表现出升高的变化，表明干旱会对垂柳叶片生理特性产生显著影响，但是其研究时间为9月，与北方4-7月存在的春末夏初干旱对垂柳的影响有所差别。从前人的相关研究来看，关于干旱对山西省垂柳生理特性的影响鲜见相关报到。本文以此为契机，详细研究了持续干旱对垂柳生理活性物质动态变化情况，为揭示北方垂柳早春耐旱适应性机理提供理论基础。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验于2018年5月10日至6月10日在山西省林木育种中心试验田内进行，试验所选垂柳苗木为1年生苗木，2017年3月份采用扦插方式育苗，待生根后移栽入花盆中，花盆口径为40 cm，高度35 cm，花盆内种植土壤为壤土，每盆栽植1株垂柳苗木。2017年整个生长季节保持足够的水分供应，防止出现干旱胁迫。2018年3月初对垂柳苗木进行修剪，剪除多余枝条。试验所选土壤的田间持水量为52.46%，pH值为7.42。

1.2 试验设计

试验共设计2个处理，T1为对照，不进行干旱胁迫处理，在试验期间，每隔6 d浇水一次，保持土壤水分含量在60%左右，使垂柳能够正常生长；T2为干旱处理，在5月10日浇一次透水后不再浇水，使花盆中水分自然蒸发，逐步产生干旱胁迫。每处理选择30盆苗木，放置于塑料大棚内，无降雨时将大棚的塑料薄膜掀开，使苗木在自然状态正常生长，根据天气变化情况，遇雨时将塑料薄膜盖好，防止干旱胁迫处理的苗木被雨水淋湿。其中在5月23日上午10：20至下午16：30和6月3日19：00至4日7：00因降雨覆盖过两次塑料薄膜，其余时间均在无塑料薄膜覆盖条件下生长。

1.3 试验取样以及生理生化指标测定

自5月15日开始第一次取样，以后每隔5 d取样一次，直至6月9日最后一次取样完成。取样时，每株垂柳按照树冠上中下3个部位取样，每部位取3片叶片，取样后放入封口袋中，然后装入带冰的保温箱中带回实验室，冲洗干净后进行各项生理指标的测定。其中叶绿素含量采用浸提法测定[7]，SOD采用NBT法测定[8]，POD采用愈创木酚法测定[8]，CAT采用分光度计法测定[8]，可溶性糖含量采用蒽酮比色法[8]，游离脯氨酸含量采用茚三酮比色法[8]，可溶性蛋白含量采用紫外吸收法[8]，电导率采用电导仪法[8]，MDA含量测定采用TBA法[8]。

1.4 数据处理

数据分析应用excel2010版软件，方差分析采用DPS7.05版软件。

2 结果与分析

2.1 干旱胁迫对垂柳叶片内叶绿素含量的影响

由表1可知，干旱胁迫下，随着时间的延长，叶绿素a含量表现出降低的变化趋势，其中5月20日至25日，叶绿素含量分别比15日降低了0.52、0.47 mg·g-1，无显著差异，表明持续干旱15 d内不会对叶绿素a含量产生显著影响，5月30日至6月9日，叶绿素含量比5月15日降低了0.59、0.80、1.11 mg·g-1，差异显著，说明干旱持续时间超过20 d会对垂柳叶绿素a含量产生显著影响；5月15日至6月9日T2分别低于T1处理0.31、0.22、0.31、0.84、1.19、1.45 mg·g-1，表明长时间的干旱胁迫会加速垂柳叶片内叶绿素a的分解；叶绿素b含量T1在试验期间保持稳定，各测定时间段无显著差异，T2表现为随着干旱持续时间的延长而降低的变化趋势，其中6月9日叶绿素b含量降低到最低值，与6月4日测定值之间存在显著差异，表明干旱持续时间延续至6月9日会对叶绿素b含量产生显著影响，而6月4日之前干旱胁迫影响效果不显著；从总叶绿素含量变化上来看，T1在整个试验期间保持稳定，无显著差异，T2表现为随着干旱持续时间延长而降低的变化，在5月30日之前总叶绿素含量与5月15至无显著差异，6月4日至9日分别比5月15日降低了1.05、1.45 mg·g-1，差异显著，表明干旱时间超过20 d会对叶绿素含量产生显著影响，同时，T2分别比T1降低了0.25、0.17、0.36、0.99、1.45 mg·g-1，表明随着干旱时间延长，叶绿素含量差距表现出增大的趋势。

表1 干旱胁迫对垂柳叶片叶绿素含量的影响

注：同列不同小写、大写字母分别表示差异显著(P>0.05)和极显著(P>0.017)，下同。

2.2 干旱胁迫对垂柳叶片内保护酶活性的影响

由表2可知，T1处理POD活性随着时间延长表现出升高的趋势，但是整个试验期间各测定日期无显著差异，T2在5月15日至25日表现出降低的变化，无显著差异，5月30日至6月9日表现出升高的变化，与5月15日相比分别提高了2.58、7.18、11.72 U·g-1，其中6月4日和9日与5月15日之间存在显著差异，表明干旱胁迫超过20 d后会使POD活性显著升高；T2分别高于T1处理12.00、3.58、5.24、7.14、10.67、14.30 U·g-1，表明随着干旱时间延长，T2与T1之间POD活性差距表现出加大的变化趋势；SOD活性T1、T2在5月20日处于最低值，6月9日处于最高值，两个测定时间点之间存在显著差异，整个试验期间，T2分别比T1提高了3.28、7.76、13.17、10.31、10.90、17.42 U·g-1，两个处理SOD活性差距表现为随着干旱胁迫时间延长而增加的变化趋势，表明长时间的干旱胁迫显著提高了垂柳SOD活性；CAT活性变化与POD相似，T1在整个试验期间保持稳定，不同测试日期之间无显著差异，而T2在5月15日至6月4日之间表现出升高的变化，其中T2在5月20日之后显著高于5月15日，表明10 d的干旱胁迫就会使CAT活性显著升高；5月20日至6月9日，T2分别高于T1处理4.84、8.68、9.67、13.24、9.67 U·g-1，表明干旱胁迫会提高CAT活性。

表2 干旱胁迫对垂柳叶片内保护酶活性的影响

2.3 干旱胁迫对垂柳叶片内渗透物质含量的影响

由表3可知，垂柳叶片内渗透物质含量在5月15日至25日表现出降低的变化，T2在5月30日至6月9日表现为升高的变化趋势。T1在整个试验期间可溶性蛋白含量保持相对稳定，各测试日期之间无显著差异，T2处理6月4日和9日可溶性蛋白含量均显著高于5月15日，表明干旱持续至6月4日后会使垂柳叶片内可溶性蛋白含量显著升高；5月30日至6月9日，T2分别高于T1处理5.90、8.08、13.83 mg·g-1，表明与对照相比，干旱时间超过20 d后促进了垂柳叶片内的可溶性蛋白含量升高；可溶性糖含量变化与可溶性蛋白相似，T1在整个试验期间无显著变化，在5月15日至25日T1、T2表现出降低的变化，而T2在5月30日至6月9日表现出升高的变化，6月4日后可溶性糖含量显著高于5月30日，表明干旱胁迫超过25 d后显著促进了可溶性糖含量的升高；T1游离脯氨酸含量在整个试验期间均无显著变化，T2表现出一直升高的变化趋势，5月25日后，游离脯氨酸含量显著高于5月15日，表明干旱持续时间超过15 d后会对游离脯氨酸含量产生显著影响；5月15日至6月9日，T2分别高于T1处理3.61、7.14、9.16、12.17、18.03、22.05 mg·g-1，表现为随着干旱持续时间延长，两个处理的游离脯氨酸含量差距表现出加大的变化，说明干旱会显著促进垂柳叶片内游离脯氨酸含量升高。

表3干旱胁迫对垂柳叶片内渗透物质含量的影响

日期/(月-日)可溶性蛋白/(mg·g-1)T1T2可溶性糖/(mg·g-1)T1T2游离脯氨酸/(mg·g-1)T1T2 05-1531.48aA34.78cdBC42.57aA38.63bBC26.98aA30.59eD 05-2034.56aA30.77deCD41.36aA33.45bcC28.66aA35.81deD 05-2530.56aA24.71eD38.75aA26.66cC29.67aA38.83cdCD05-3032.63aA38.53bcBC40.49aA31.85bcC32.58aA44.74bcBC 06-0435.56aA43.64abAB42.70aA45.60aAB20.70aA48.73abAB 06-0934.49aA48.32aA39.50aA49.51aA31.74aA53.79aA

2.4 干旱胁迫对垂柳电导率和MDA含量的影响

由表4可知，试验期间，T1处理的电导率变化相对稳定，从5月15日至6月9日并未发生显著变化，T2自5月25日开始电导率显著高于5月15日，表明干旱胁迫时间的延长显著促进了垂柳叶片内电导率的升高；5月20日至6月9日，T2分别比T1提高了1.11%，1.93%，3.02%，1.58%，6.13%，表明干旱胁迫会导致垂柳叶片内电导率升高，其中6月9日升高幅度最大，说明干旱持续时间越长对电导率的影响越大；干旱胁迫提高了垂柳叶片内的MDA含量，5月15日至6月9日，T2分别比T1提高了0.88、2.90、4.78、6.07、11.46、12.00 nmol·g-1，表现为随着干旱胁迫时间的延长，MDA含量呈现出一直升高的变化趋势。从T2变化上来看，MDA含量自5月20日开始显著高于5月15日，表明干旱胁迫时间超过10 d后便会对垂柳叶片内MDA含量产生显著影响。

表4 干旱胁迫对垂柳电导率和MDA含量的影响

3 结论与讨论

干旱胁迫一定程度上会影响植物叶绿素的合成，从而导致叶片内叶绿素含量降低[9]，从本试验研究结果来看，干旱胁迫导致了垂柳叶片内叶绿素a、叶绿素b、总叶绿素含量的降低，这与郑雨[10]的相关研究结果相似，分析原因认为，这可能与干旱条件下植物体内叶绿素会发生分解有关；从干旱处理与对照比较来看，干旱持续时间越长，叶绿素含量降低幅度越大，这与吴玲[11]的相关研究结果相似；干旱胁迫会导致植物体内活性氧和自由基含量升高，从而破坏植物膜系统，对植物正常生长发育产生影响，一般抗旱性比较强的植物种类，在干旱条件下保护酶活性会显著升高，以此来清除植物体内产生的过多活性氧，保持膜系统的稳定，保持植物正常生长[12]，从本试验结果来看，持续的干旱胁迫使垂柳叶片内的SOD、POD、CAT活性显著升高，特别是干旱持续时间超过20 d后，保护酶活性显著升高，由此也表明垂柳对干旱逆境具有较强的适应性，这与班甜甜[13]的研究结果相似，表明保护酶活性提高是植物适应干旱逆境胁迫的重要机制；干旱胁迫会引起植物体内ABA含量的显著升高，而ABA含量高低与游离脯氨酸含量成正相关关系，所以本试验中干旱胁迫导致了植物体内游离脯氨酸含量显著增加，同时可溶性蛋白、可溶性糖等渗透调节物质也会显著增加，以提高植物细胞的持水能力[12]，本项研究结果表明，干旱胁迫使得垂柳叶片内的可溶性蛋白、可溶性糖、游离脯氨酸含量升高，这与季杨[14]，张智猛[15]的研究得出了相似的结果，表明渗透物质的增加是植物适应干旱逆境的重要生理活动；电导率高低和MDA含量与植物在逆境条件下受害程度有关，从试验结果来看，干旱胁迫提高了垂柳叶片内电导率和MDA含量，这与李强[16]、吴雪仪[17]的研究结果相似，这也与马克西莫夫提出的膜伤害学说相一致[12]。综合分析来看，干旱显著改变了垂柳的生理活性物质含量，特别是浇水25 d后，各生理活性物质均显著升高。