PEG胁迫对不同椰枣品种耐旱生理的影响

张宁 徐中亮 符海泉 Abdelaal W B 李东霞 王义 王富有

摘  要：为了评价‘Sewi‘Helali‘Khadrawy3个椰枣品种的耐受干旱胁迫能力，本研究采用不同浓度的聚乙二醇（PEG）进行胁迫处理，探讨不同品种椰枣种子、椰枣幼苗在聚乙二醇胁迫下生长指标和生理指标的变化特征。结果显示：在种子萌发阶段，‘Khadrawy在高浓度PEG胁迫下种子萌发率最高，‘Sewi次之;在幼苗期，3个品种在受到15%PEG和25%PEG胁迫时，‘Khadrawy鲜株重和根长均最大，其耐受渗透胁迫能力最强，叶片中生理指标脯氨酸含量较高，丙二醛含量较低，因此‘Khadrawy在高浓度PEG胁迫下生长量大，渗透调节能力最强，‘Sewi耐胁迫能力次之，‘Helali较差。综上结果，‘Khadrawy品种可能更适合干旱地区种植，比如海南的乐东、东方、三沙市和三亚等常年干旱少雨地域，盐碱化地域种植，而‘Helali可能更适合有一定降水量但降水量较少地域种植，比如海南昌江、陵水，云南元江等。

关键词：椰枣;聚乙二醇;胁迫;脯氨酸;丙二醛

Abstract： In order to evaluate the drought stress tolerance of three date palm cultivars （‘Sewi ‘Helali ‘Khadrawy）， different concentrations of PEG were used for stress treatment to discuss the characteristics of growth index and physiological index changes of date palm seeds and seedlings of different varieties under PEG stress. ‘Khadrawy had the highest seed germination rate under high PEG stress， followed by ‘Sewi cultivars. At the seedling stage， when the three cultivars were subjected to 15% PEG and 25% PEG stress， the fresh plant weight and root length of ‘Khadrawy were the highest， the osmotic stress tolerance ability was the strongest， the physiological index content of proline was high， and the content of malondialdehyde （MDA） was low. Therefore， ‘Khadrawy had a large growth capacity and the strongest osmotic regulation ability under high concentration PEG stress， ‘Sewi was the second， and ‘Helali was the third. In conclusion， ‘Khadrawy may be more suitable for planting in arid regions， such as Ledong， Dongfang， Sansha and Sanya in Hainan， which are perennial arid and rainless， and salinization regions， while ‘Helali may be more suitable for planting in regions with a certain amount of precipitation but less precipitation， such as Changjiang， Lingshui in Hainan and Yuanjiang in Yunnan.

Keywords： date palm; PEG; stress; proline; malondialdehyde （MDA）

椰枣树（Phoenix dactylifera）是阿拉伯国家的重要木本粮食作物，被誉为“阿拉伯民族之树”，椰枣树和椰枣在阿拉伯人民日常生活中扮演了极为重要的角色，椰枣营养价值极高，是阿拉伯一些国家重要的出口农作物，在中东阿拉伯国家的生态和经济建设中发挥着重要作用[1]。中国同阿拉伯国家友谊源远流长，特别在共建“一带一路”过程中，中国本着互利共赢的原则开展中阿务实合作，拟在海南岛、三沙群岛等海岛地区引种椰枣，发展椰枣产业，丰富国民食品种类。因海南海岛地区四面环海，容易发生海水倒灌，引发土壤盐碱化[2]，淡水缺乏，土壤干旱限制了椰枣产业在海岛地区的发展，椰枣种类众多，所以筛选和培育耐干旱等耐受渗透胁迫能力强的椰枣品种具有重要的意义[3]。国内目前对椰枣的研究主要集中在组织培养[4]，果实发育过程的表达图谱研究[5]等;国外研究有Rasmia等[6]利用酵母菌和氨基酸处理椰枣幼苗可降低盐胁迫为害，Haddad等[7]分析了与干旱和盐迫相关的椰枣树特异蛋白[8]。对椰枣逆境胁迫评价研究较少[5]，对椰枣生长的盐碱胁迫研究较多[9-10]，比如中国地域辽阔，生态环境种类多样化，海南、云南、广州等高温干热地区适合种植椰枣[11];在世界椰枣主栽国，椰枣品种类型众多，不同品种对干旱胁迫的适应能力强弱不同。国内目前对于不同生源地椰枣品种栽培适应性及抗旱能力等方面的研究，尚未见报道。因此评价不同椰枣品种的抗干旱能力，根据其特点，在我国不同气候地区试种就显得十分重要。本研究对不同生源地的3个椰枣品种在种子萌发阶段和幼苗生长阶段进行不同浓度的PEG胁迫处理，模擬干旱环境，通过分析生长指标和生理指标的变化，评价3个椰枣品种的耐渗透胁迫能力，为高效引种、抗逆品种选育和品种的区域推广提供参考。

1  材料与方法

1.1  材料

试验地：中国热带农业科学院椰子研究所国家棕榈种质资源圃。

椰枣品种名及生源地：‘Sewi（埃及）、‘Helali（阿联酋）、‘Khadrawy（巴基斯坦）。PEG-6000购自上海阿拉丁生化科技股份有限公司。试验时间为7月。

1.2   方法

1.2.1  椰枣种子萌发阶段PEG-6000耐受性  选择成熟饱满、均匀一致的椰枣种子作为萌发材料，将种子置于0.5%高锰酸钾浸种1 h，进行消毒。分别用H2O（对照）、15% PEG、25% PEG、35% PEG、45% PEG处理种子，每盆播种15粒椰枣种子，每个处理3次重复，在28 ℃恒温培养箱中培养，每5 d统计1次发芽情况，第35天统计最终发芽情况。

1.2.2  椰枣幼苗PEG-6000耐受性  选择成熟饱满、均匀一致的椰枣种子作为萌发材料，将种子置于0.5%高锰酸钾浸种1 h，进行消毒。将种子播种在含有蛭石、珍珠岩和草木灰的营养钵里，待出苗叶片未羽化时期，选择生长健壮整齐，高度30 cm左右的椰枣幼苗作为供试材料，每个处理3次重复，每个处理10株幼苗。PEG-6000胁迫处理，以水为对照，15% PEG和25% PEG处理幼苗。间隔1 d处理1次。共处理10次，20 d后从营养钵中取出完整的植株，测定重量和根长后，剪取叶片测定生理生化指标。

1.2.3  测定方法及指标  （1）发芽率、相对变化量。发芽率=发芽种子数/供试种子数×100%;相对变化量=变化量/对照组×100%。

（2）生长指标的检测方法。鲜株重：选取长势均匀的椰枣完整植株，用水冲洗干净，吸干表面水分，称鲜株重量，不同处理选择10株;幼苗根长：测定鲜株重量后，用直尺测量根长。

（3）生理生化指标测定[12]。细胞膜相对透性：电导率法;脯氨酸：酸性茚三酮法;丙二醛含量的测定：硫代巴比妥酸法。

1.3  数据处理

试验数据用Excel软件整理，用SPSS 22软件进行单因素、多因素方差分析、多重比较及显著性分析，用R语言（3.6.2）进行相关性分析。

2  结果与分析

2.1  PEG胁迫对椰枣种子萌发的影响

由表1可以看出，不同浓度的PEG处理椰枣种子后，对3个品种的种子发芽率均产生了不同程度的影响。在第15天，在15% PEG、25% PEG的胁迫处理下3个品种均发芽，其中15% PEG处理下的发芽率显著高于对照组。在第25天，15% PEG处理下的‘Khadrawy的发芽率显著高于对照组，‘Sewi‘Helali的发芽率与对照组差异不显著;25% PEG处理下，‘Sewi‘Helali‘Khadrawy的发芽率分别为47%、39%、50%，极显著低于对照组;35% PEG处理下，‘Sewi‘Helali‘Khadrawy的发芽率分别为13.3%、10%、18%，极显著低于对照组;在第25天时‘Khadrawy的发芽率最高。在第30天，除45%PEG处理外，3个品种的发芽率达到高峰，15% PEG处理下只有‘Helali的发芽率显著低于对照组，25% PEG和35% PEG处理下，3个品种发芽率均显著低于对照组，而45% PEG胁迫处理下，3个品种均未发芽。由此可见，15% PEG胁迫可以在一定程度上提高种子的发芽率，随着胁迫时间的延长，胁迫浓度的增加，‘Khadrawy的发芽率最高，‘Sewi次之。

2.2  PEG胁迫对椰枣幼苗生长指标的影响

在PEG胁迫下，3个椰枣品种的鲜株重均呈下降趋势，其中，15% PEG和25% PEG处理后，与对照的鲜株重相比，‘Sewi的鲜株重无显著性差异，而‘Helali和‘Khadrawy的鲜株重显著降低，PEG胁迫对‘Helali和‘Khadrawy的鲜重影响较大，对‘Sewi影响较小（表2）。随着PEG胁迫浓度的增加，‘Sewi和‘Helali的根长均呈极显著增长的趋势;‘Khadrawy的根长在15% PEG胁迫下达到最长，明显高于其他2个品种，在25% PEG胁迫下根长减少，差异极显著;对于‘Sewi和‘Helali，增加PEG胁迫浓度，促进根的伸长;PEG胁迫浓度达到25%，抑制‘Khadrawy根的伸长。由此可见，不同品种在受到胁迫时，由鲜重和根长指标判断，‘Khadrawy品种在胁迫环境下生存能力更强。

2.3  椰枣幼苗对渗透胁迫的生理生化指标响应

2.3.1  PEG处理对椰枣幼苗细胞质膜透性的影响  植物细胞的细胞质有一层细胞膜包围，质膜具有选择透性的功能，在极端环境下，如果植物受到伤害，细胞膜会受到不同程度的伤害，质膜透性会增大，细胞膜的透性越大，表示受到的伤害越大。由表3可知，15% PEG处理后，‘Sewi‘Helali‘Khadrawy3个椰枣品种的幼苗细胞膜相对透性显著减少，分别比对照组减少了28.5%、28.2%、19.4%。25% PEG处理后，‘Sewi‘Helali‘Khadrawy3个品种的幼苗细胞膜相对透性均增大，分别比对照组增大了66.3%、48.4%、37.2%，3个品种间达差异显著。根据这一指标的差异可以判断，3个椰枣品种耐受渗透胁迫能力最强的是‘Khadrawy，其次是‘Sewi。

2.3.2  PEG处理对椰枣幼苗脯氨酸含量的影响  在正常的环境下，植物体内游离脯氨酸含量处于较低水平，但是在植物处于逆境（干旱、低温、高温、盐渍）下，植株体内脯氨酸含量会成倍地增加用于减轻逆境对植物造成的伤害。由表4可以看出，在15%PEG处理下，Sewi‘Helali‘Khadrawy3个椰枣品种叶片的脯氨酸含量相对增量分别达到19.8%、30.7%、37.80%;在25%PEG处理下，‘Khadrawy叶片的相对增量达106.8%，显著高于‘Sewi和‘Helali。在细胞受到胁迫时，植物通过调节脯氨酸的含量来提高滲透胁迫适应能力。根据脯氨酸含量这一指标可以判断出相较其他2个品种，‘Khadrawy在受到PEG胁迫时可以通过调节产生更多的脯氨酸来保护机体。

2.3.3  PEG处理对椰枣幼苗丙二醛含量的影响  植物器官在逆境或者受到伤害时，膜脂发生氧化作用，丙二醛（MDA）是膜脂过氧化作用后的最终分解产物，在植物体内，其含量可以反映植物受伤害的程度，植物受到伤害越重，丙二醛的含量越高。由表5可以看出，3个椰枣品种的幼苗在经过15% PEG和25% PEG胁迫后，丙二醛含量均出现升高趋势，在15% PEG胁迫下，‘Sewi的叶和‘Helali的根中丙二醛含量显著增加，相对增量达到了34.7%和51.6%;在25% PEG胁迫下，‘Helali的叶和根中丙二醛含量大幅度上升，相对增量分别达到90.9%和78.3%，‘Sewi的叶和根中丙二醛相对增量分别达到83.5%和74.2%，‘Khadraw的叶和根中丙二醛相对增量达到82.2%和66.7%，‘Helali品种在受到胁迫时丙二醛变化量最大，差异极显著，其次是‘Sewi。3个品种在胁迫下丙二醛含量均升高，说明椰枣幼苗在PEG处理下叶片膜脂过氧化作用加强，细胞受损程度加剧，细胞膜的保护功能遭到一定的破坏。

2.4  不同PEG浓度处理对椰枣幼苗渗透胁迫的生理生化指标相关性分析

根据R语言相关性分析结果（图1）可知，丙二醛和脯氨酸的相关性最强，相关系数r达到0.97，植物在受到胁迫伤害时，膜脂发生过氧化作用，丙二醛含量开始增加，与此同时，机体通过调节脯氨酸来保护细胞，脯氨酸含量增加。鲜重量和根长、脯氨酸、丙二醛呈负相关，在受到胁迫时，植物生长受阻，鲜重量下降，植物为抵抗逆境，促使根伸长，以便获取更多的营养物质，

由此可见适当的非生物胁迫可以在一定程度上促进根的生长，当胁迫达到一定程度，超出植物承受范围，则抑制根的生长;鲜重量与细胞膜相对透性呈正相关，在植物受到胁迫，呼吸受阻，细胞膜的呼吸速率加快，渗透势增大，但是椰枣幼苗在15% PEG胁迫时，细胞膜的相对透性有所下降，适当的胁迫一定程度减轻了电解质的相对外渗率，但是当PEG浓度增至25%时，电解质的相对外渗率大幅度升高，证明细胞膜受到了明显的伤害。

3  讨论

聚乙二醇（polyethylene glycol， PEG）作为一种高分子渗透调节剂，可以降低水势，添加在栽培基质中可以模拟干旱的土壤环境影响植物生长，PEG溶液培养则是人们模拟干旱胁迫的常用手段[13-14]。

本研究发现，在PEG胁迫椰枣种子发芽的过程中，发芽势在15% PEG处理下达到最高值，种子发芽率与对照组差异不显著，椰枣种子在适当的PEG浓度胁迫下有助于促进种子萌发，提高发芽势;在正常条件下，植物体内活性氧的产生和清除维持动态平衡。本研究中，PEG胁迫幼苗，引起膜脂过氧化作用加剧[15]，丙二醛含量升高，细胞膜系统因脂质过氧化作用而受损害，导致细胞膜透性增大。同时脯氨酸含量增高有利于提高细胞液浓度，维持细胞结构和渗透压，降低胁迫对植物幼苗的伤害[16]，脯氨酸和膜脂过氧化产物丙二醛之间呈正相关，相关系数达到0.97。15% PEG处理提高了幼苗对活性氧的清除能力，维持了细胞膜结构的稳定性，增加了与抗胁迫有关的物质含量，所以细胞膜的相对透性在15% PEG处理下降低，从而提高椰枣幼苗耐受渗透胁迫能力。

在25% PEG胁迫下，不同椰枣品种细胞膜相对透性变化差异显著，增量最大的是‘Sewi，达到66.3%，增量最小的是‘Khadrawy，不同椰枣品种脯氨酸增量差异显著，‘Khadrawy增量最大，达到106.8%，不同椰枣品种丙二醛增量差异显著，‘Helali品种丙二醛增量最大，达到90.9%，‘Khadrawy品种的增量最小，清除活性氧的能力显著高于另外2个品种。综上所述，3个品种的抗旱能力依次为：‘Khadrawy>‘Sewi>‘Helali，‘Khadrawy品种可能更适合常年干旱少雨的盐碱化地域种植，而‘Helali可能更适合有一定降水量地域种植，‘Sewi品种的种植地域范围更大。

参考文献

Parisa Esahraghi， 田  郎. 2个伊朗椰枣品种的体细胞胚胎发生[J]. 世界热带农业信息， 2011（2）： 25-26.

Judy D， Timpa， John J， et al. Effect of water stress on the organic acid and carbohydrate compositions of cotton plants[J]. Plant Physiol， 1986， 82（3）： 724-728.

李东霞， 王  永， 符海泉， 等. 椰枣愈伤组织诱导对比分析[J]. 中国热带农业科学， 2017（5）： 36-39.

Olga N Danilevskaya， Yu G， Meng X， et al. Developmental and transcriptional responses of maize to drought stress under field conditions[J/OL]. Plant Direct， 2019， 3（5）， https：//doi.org/10.1002/pld3.129.

辛成齊. 椰枣microRNA鉴定及其在果实发育过程中的表达谱研究[D]. 北京： 中国科学院北京基因组研究所， 2015.

Rasmia S S， Darwesh. Improving growth of date palm plantlets grown under salt stress with yeast and amino acids applications[J]. Annals of Agricultural Sciences， 2013， 58（2）： 247-256.

Haddad A El Rabey， Abdulrahman L Al-Malki， Khalid O Abulnaja， et al. Proteome analysis for understanding abiotic stress （salinity and drought） tolerance in date palm （Phoenix dactylifera L.）[J]. International Journal of Genomics， 2015， 2015： 407165.

Haddad A El Rabey， Abdulrahman L Al-Malki， Khalid O Abulnaja， et al.Proteome analysis of date palm （Phoenix dactylifera L.） under severe drought and salt stress[J]. International Journal of Genomics， 2016， 2016： 7840759.

Amal Allbed， Lalit Kumar， Yousef Y. et al. Assessing soil salinity using soil salinity and vegetation indices derived from IKONOS high-spatial resolution imageries： Applications in a date palm dominated region[J]. Geoderma， 2014， 230/231： 1-8.

Serge Marlet， Fethi Bouksila， Akissa Bahri. Water and salt balance at irrigation scheme scale： A comprehensive approach for salinity assessment in a Saharan oasis[J]. Agricultural Water Management， 2009， 96（9）： 1311-1322.

符海泉， 王富有， 徐中亮， 等. 云南干热河谷地区椰枣种质资源调查研究[J]. 林业调查规划， 2017， 42（6）： 44-47， 153.

王学奎. 植物生理学实验指导[M]. 北京： 高等教育出版社， 2006.

张立军， 樊金娟， 阮燕晔， 等. 聚乙二醇在植物渗透胁迫生理研究中的应用[J]. 植物生理学通讯， 2004， 40（3）： 361-364.

周  玲， 王乃江， 张丽楠. PEG胁迫对文冠果种子萌发和幼苗生理特性的影响[J]. 西北植物学报， 2012， 32（11）： 2293-2298.

张  燕， 方  力， 姚照兵， 等. PEG對烟草幼苗耐低温胁迫能力的生理效应[J]. 西北农业学报， 2003， 12（1）： 63-67.

Mohamed Salman Alhammadi， Glenn P Edward. Effect of salinity on growth of twelve cultivars of the United Arab Emirates date palm[J]. Communications in Soil Science and Plant Analysis， 2009， 40（15/16）： 2372-2388.

责任编辑：谢龙莲