鸡蛋花对干旱胁迫的生理响应试验初报

高静雷，杨彩红，唐自慧，孙 蓉*，刘 姗，郑梦雪

（1.攀枝花学院生物与化学工程学院，四川攀枝花 617000；2.攀枝花市林业技术服务中心，四川攀枝花 617000）

由于全球气候变暖、水资源短缺和土壤沙化等问题日渐严峻，干旱成为影响植物生长发育的主要非生物胁迫因素之一[1]。干旱通过破坏植物体内水分平衡使植物生长缓慢，甚至死亡[2]。植物为适应干旱胁迫形成了一系列应对策略，例如增厚叶表皮外壁角质层、减小气孔导度、发展深层根系、提高渗透调节物质含量、增加抗氧化酶系活性、积累内源激素等[3-8]。全世界范围内受到干旱胁迫的国家高达50多个，我国西北、华北和东北的大面积区域缺水严重[9]，生态环境脆弱，保护和挖掘耐旱植物种质资源，对旱区生态环境修复具有重要意义，研究植物耐旱性是必要手段。例如覃奎等研究了3 个不同种源池杉幼苗的抗旱性，发现浙江安吉的种源抗旱性最强，可用于抗旱池杉的育种[10]；卢海峰研究了干旱胁迫对紫花苜蓿生长和生理的影响，为其在旱区种植提供了参考[11]；付娆等研究了耐旱植物心叶日中花对干旱胁迫的生理响应，阐述了其耐旱生理机制[12]。

攀枝花地处金沙江干热河谷流域，光热资源丰富，常年少雨，气温较高，是典型的干旱区域，在夏季地表温度可达75 ℃，造林困难，导致该区域较多荒山荒地，水土流失严重，对长江流域中下游特别是三峡大坝存在着极大的负面影响。寻找适宜的植物是该区域生态修复的关键。2019 年攀枝花在典型干热河谷地区红格赖山上试点种植了5 万多株鸡蛋花，发现在经历高温和干旱后，其成活率仍达90%以上，加之其根系发达，生长速度快，固土效果好，对于治理土地石漠化有显著效果[13]。可作为旱区治理的一个有效植物。

鸡蛋花（Plumeria rubra‘Acutifolia’）是夹竹桃科鸡蛋花属多年生落叶灌木或小乔木，来源于墨西哥以及西印度群岛等美洲热带地区，因其花冠外白内黄而得名，具有较高的观赏价值，可在高光、高温或荫蔽环境里正常生长[14]。鸡蛋花耐旱，抗逆性好，但忌涝不耐寒，目前关于鸡蛋花的研究主要集中于有效成分、引种、栽培及病虫害等，鲜有与其耐旱特性相关的研究报道。基于此，本研究将鸡蛋花作为旱区重要植被，通过盆栽控水模拟干旱，研究其受到干旱胁迫时的生理响应，为鸡蛋花抗旱机理的研究奠定基础，为该植物在旱区推广应用提供依据，从而促进旱区的生态修复。

1 材料与方法

1.1 实验材料及胁迫处理

选取攀枝花学院栽培的品种一致、茎高相同、生长健壮的鸡蛋花，移栽于60 cm×60 cm 的盆钵中，一盆一株，土壤为种植地黄土壤，生境和栽培管理措施一致，栽培于攀枝花学院苗圃大棚（东经101°72'，北纬26°57'），海拔1 238 m。进行3 d 缓苗，3 d 后采用人工控水法模拟干旱胁迫，利用TDR150 便携式土壤水分、温度和电导率三参数速测仪（Spectrum，美国）监测含水量。在干旱处理前浇透水，然后将其分为4组，设置4个水平的持续性干旱处理，水平1（对照组）：土壤含水率15%～20%，水平2（低旱组）：土壤含水率12%～15%，水平3（中旱组）：土壤含水率8%～5%，水平4（重旱组）：土壤含水率低于5%[15]。每个处理5 株，生物学重复3 次。至达到重旱组水平后，取各处理相同部位的叶片，测定生理生化指标，技术重复3次。

1.2 生理指标测定方法

利用BoxBio（北京）公司的系列试剂盒，测定相应的指标。以植物叶绿素（Chlorophyll）含量检测试剂盒测定不同处理下鸡蛋花叶片叶绿素a、叶绿素b及总叶绿素含量的变化；参照丙二醛（MDA）含量检测试剂盒利用巴比妥酸显色法测定MDA含量；利用脯氨酸（Pro）含量检测试剂盒以茚三酮显色法测定Pro 含量；以植物可溶性糖含量检测试剂盒通过蒽酮比色法测定可溶性糖含量；参照超氧化物歧化酶（SOD）活性检测试剂盒以氮蓝四唑法检测SOD 活性变化，将黄嘌呤氧化酶偶联反应体系中抑制百分率为50%时，反应体系中的SOD 酶活力定义为一个酶活力单位；以过氧化物酶（POD）活性检测试剂盒中的愈创木酚法测定POD 活性，将每克组织在每毫升反应体系中每分钟A470变化0.01定义为一个酶活力单位；利用过氧化氢酶（CAT）活性检测试剂盒（紫外吸收法）测定CAT活性，将每克组织每分钟催化1µmolH2O2降解定义为一个酶活力单位。

1.3 数据处理

采用Microsoft Excel 2019 整理数据并画图，SPSS 19.0进行方差分析和相关性分析。

2 结果与分析

2.1 干旱对鸡蛋花叶片叶绿素含量的影响

由图1 可知，干旱胁迫后鸡蛋花叶片叶绿素含量呈下降趋势。不同处理间差异显著，在低旱时，与对照相比，总叶绿素含量降低5.6%；中旱时降低14.1%；重旱时降低29.8%。其主要原因是叶绿素a 含量的下降，与对照相比，重旱时叶绿素a 降低44.4%，而叶绿素b 下降幅度较小，与对照相比，重旱时叶绿素b 仅下降8.7%。总的来说，干旱导致鸡蛋花叶片叶绿素合成受阻，含量下降。

图1 干旱胁迫下鸡蛋花叶片叶绿素含量的变化

2.2 干旱对鸡蛋花叶片MDA含量的影响

由图2 可知，随着干旱胁迫程度的增加，MDA 含量呈上升趋势，且不同处理间差异显著。低旱时与对照相比其含量增加了19.3%，中旱时增加了31.9%，重旱时增加了43.0%，但在胁迫后期增加较为平缓，重旱较中旱仅增加了8.3%，说明干旱胁迫后鸡蛋花叶片受到了一定损伤，细胞膜通透性增大，但其对干旱有一定的耐受能力，能通过自我调整的方式接受一定程度的干旱。

图2 干旱胁迫下鸡蛋花叶片MDA含量的变化

2.3 干旱对鸡蛋花叶片渗透调节物质含量的影响

由图3A 可知，鸡蛋花叶片中游离脯氨酸含量，随着干旱程度的增加而增加。在低旱时增加较为平缓，与对照相比增加了1.85%，后期幅度增大，重旱时相比对照增加了37.6%。图3B 显示，鸡蛋花叶片中可溶性糖含量也与胁迫程度呈正相关，且逐步增加，低旱时较对照增加了22.3%，中旱时增加了36.4%，重旱时增加了49.7%。说明鸡蛋花叶片在干旱胁迫下可通过积累可溶性糖、Pro 等渗透调节物质，降低细胞渗透势，避免自身脱水，维持正常生命活动。

图3 干旱胁迫下鸡蛋花叶片渗透调节物质含量的变化

2.4 干旱对鸡蛋花叶片抗氧化酶活性的影响

当植物遭受胁迫时会通过调节保护酶活性来抵抗胁迫，以维持正常的氧化代谢。如图4 所示，随着胁迫程度的增加，鸡蛋花叶片中超氧化物歧化酶、过氧化物酶及过氧化氢酶活性均呈现上升趋势。其中低旱时POD 变化幅度最大，SOD 与CAT 变化相近，分别为对照的1.53 倍，1.21 倍和1.32 倍；中旱时变化幅度为POD＞CAT＞SOD，分别是对照的2.01 倍、1.85 倍和1.47倍；重旱时与中旱趋势相同变化幅度POD＞CAT＞SOD，分别是对照的2.44 倍、2.25 倍和2.04 倍。总得来说，三者均成一定倍数的上升趋势，说明鸡蛋花可通过启动自身抗氧化酶系统，来抵御干旱胁迫产生的活性氧，且表现出较强的抗性。

图4 干旱胁迫下鸡蛋花叶片保护酶活性的变化

2.5 干旱胁迫下鸡蛋花各生理指标相关性分析

鸡蛋花响应干旱胁迫是不同的生理反应共同作用的结果，各生理指标之间具有一定的相关性和相互性。具体关系如表1所示：CAT活性和其他指标均呈显著相关，其中与MAD 含量和POD 活性，呈极显著相关；POD活性除与Pro含量外，均呈显著相关；总叶绿素与叶绿素a含量呈极显著正相关，与SOD含量呈极显著负相关；MAD 含量与可溶性糖含量、POD 活性、CAT 活性均呈极显著正相关；Pro含量与SOD活性及CAT活性呈显著正相关。总的来说，叶绿素含量与其他指标呈现负相关，其余指标之间呈现正相关。在鸡蛋花受到干旱胁迫时，一方面光合系统受到一定的破坏，致使叶绿素含量下降，另一方面通过增加渗透调节物质含量和保护酶活性来抵御干旱，致使相应物质含量提高。

表1 干旱胁迫下鸡蛋花生理指标相关性分析

3 讨论与结论

攀枝花市于2019年在红格赖山以鸡蛋花为先锋树种[16]，尝试建立治理石漠化示范基地，成效显著。鸡蛋花除了作为景观植物以外，还是一种药食两用的植物，具有清热解毒、止咳化痰的作用，主治湿热下痢、里急后重、肺热咳嗽[17]。其花可泡茶或食用，还可以用于卷烟中降低有害成分和提高口感[18]。因此在旱区种植鸡蛋花即达到治理生态的目的又可带来一定的经济效益。本研究探讨鸡蛋花响应干旱胁迫的生理生化机制，为其在旱区的推广种植提供一定的参考。

环境胁迫会引起植物形态和生理层面的一系列变化，最终通过改变生理生化指标来适应胁迫[19]。干旱胁迫时植物往往会通过提高渗透调节物质含量、保护酶活性等来响应胁迫。例如任婧瑶等研究发现耐旱花生较敏感品种保护酶活性更高更稳定，游离脯氨酸含量随干旱程度增加而增加[20]；付娆等研究发现心叶日中花在遭受高盐和干旱胁迫时，SOD、POD 和CAT 活性增强，MDA 含量大量积累，可溶性蛋白含量明显增加，以此来降低环境对植物的危害[21]。卢海峰在研究盐胁迫和干旱胁迫对紫花苜蓿生理的影响时发现，2种胁迫都会使苜蓿叶绿素含量降低，且随干旱程度的增强下降幅度增大，推测干旱胁迫破坏了光合系统，导致叶绿素荧光参数发生变化[11]。本研究中，随着鸡蛋花干旱程度的增加，其叶片中叶绿素含量逐步下降，膜质过氧化指标MDA 含量上升，渗透调节物质Pro 和可溶性糖含量也增加，抗氧化酶系活性提高，研究结果与前人的基本一致，说明鸡蛋花具有较强的耐旱性，与其在赖山试点结果一致。

总的来说，当鸡蛋花受到干旱胁迫时，可通过提高渗透调节物质含量和提高抗氧化酶活性等方式来应对干旱，且耐旱效果较好，可作为修复干旱区环境的树种。在本研究基础上可进一步对其耐旱分子机制进行研究，挖掘耐旱相关基因，为通过基因工程育种培育耐旱植株提供材料。