鄒力駿，鄭炳松，任君霞,3，方 佳，何勇清，邱智生

（1. 浙江省龍游縣林業(yè)局，浙江 龍游 324400；2. 浙江農(nóng)林大學(xué) 亞熱帶森林培育省部共建國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室培育基地，浙江 臨安311300；3. 浙江農(nóng)林大學(xué)風(fēng)景園林與建筑學(xué)院，浙江 臨安 311300）

干旱脅迫對(duì)芒生理生化指標(biāo)的影響

鄒力駿1,2，鄭炳松2，任君霞2,3，方 佳2，何勇清2，邱智生1

（1. 浙江省龍游縣林業(yè)局，浙江 龍游 324400；2. 浙江農(nóng)林大學(xué) 亞熱帶森林培育省部共建國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室培育基地，浙江 臨安311300；3. 浙江農(nóng)林大學(xué)風(fēng)景園林與建筑學(xué)院，浙江 臨安 311300）

以盆栽芒為材料，進(jìn)行了持續(xù)25 d的干旱脅迫處理，同時(shí)以正常澆水為對(duì)照，研究了不同程度干旱脅迫對(duì)芒葉片的葉綠素含量、相對(duì)電導(dǎo)率、丙二醛（MDA）含量、保護(hù)酶活性的影響。結(jié)果表明，在干旱脅迫處理下，芒葉片的葉綠素含量、相對(duì)電導(dǎo)率、MDA呈上升趨勢(shì)，葉綠素含量在處理過(guò)程中增長(zhǎng)相對(duì)比較平緩，相對(duì)電導(dǎo)率、MDA在處理結(jié)束時(shí)分別增長(zhǎng)了0.78和1.12倍；超氧化物歧化酶（SOD）、過(guò)氧化物酶（POD）及過(guò)氧化氫酶（CAT）呈先上升后下降趨勢(shì)，SOD、POD增長(zhǎng)高峰出現(xiàn)在脅迫處理第15天，CAT增長(zhǎng)高峰則出現(xiàn)在第10天。

芒；干旱脅迫；葉綠素；丙二醛；保護(hù)酶

水資源短缺是當(dāng)前制約全球農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的一個(gè)嚴(yán)峻問(wèn)題，據(jù)統(tǒng)計(jì)，世界上有50多個(gè)國(guó)家和地區(qū)處于干旱半干旱區(qū)，43%的耕地為干旱半干旱區(qū)[1]。干旱已成為中國(guó)乃至世界廣大地區(qū)植物產(chǎn)量、質(zhì)量提高的重要制約因素[2]。因此，研究干旱、半干旱地區(qū)植物的水分生理生態(tài)特性，選育適應(yīng)該地區(qū)生長(zhǎng)的植物，不僅具有重要的理論價(jià)值，而且具有十分重要的實(shí)踐意義。芒（Miscanthus sinensis）為禾本科芒屬植物，多年生草本，多分布于東亞、南亞和環(huán)太平洋群島，現(xiàn)已擴(kuò)展至西非、美洲和歐洲地區(qū)，是一類重要的園林觀賞植物。目前對(duì)芒屬植物抗旱性的研究比較少。Cosentino等對(duì)奇崗（M. × giganteus）在不同土壤含水量的生長(zhǎng)量差異進(jìn)行了研究，認(rèn)為奇崗在較低的土壤含水量條件下生長(zhǎng)良好[3]。張智等對(duì)斑葉芒（M. sinensis‘Zebrinus’）進(jìn)行干旱脅迫處理，發(fā)現(xiàn)干旱脅迫后期斑葉芒的枯葉率、游離脯氨酸含量和電解質(zhì)外滲率劇增[4]。本文從干旱脅迫對(duì)芒葉片的葉綠素含量、相對(duì)電導(dǎo)率、丙二醛（MDA）含量、保護(hù)酶活性等方面進(jìn)行研究，為評(píng)價(jià)其抗旱性提供依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 材料

試驗(yàn)材料選自浙江省龍游縣社陽(yáng)基地和臨安市平山基地的芒，于2011年4月將其移植到浙江農(nóng)林大學(xué)溫室大棚中進(jìn)行盆栽。

1.2 方法

2011年5月開(kāi)始進(jìn)行干旱處理試驗(yàn)。試驗(yàn)共設(shè)6個(gè)處理，分別為對(duì)照和干旱處理5、10、15、20、25 d。每5 d取一次樣并測(cè)定各項(xiàng)生理生化指標(biāo)，每個(gè)指標(biāo)重復(fù)測(cè)定5次。

試驗(yàn)對(duì)葉綠素含量、相對(duì)電導(dǎo)率、MDA、保護(hù)酶活性等6個(gè)生理生化指標(biāo)進(jìn)行測(cè)定。具體方法為：葉綠素含量的測(cè)定采用丙酮法[5]；相對(duì)電導(dǎo)率的測(cè)定采用電導(dǎo)法[6]；MDA含量采用硫代巴比妥酸法[6]測(cè)定；SOD活性采用氮藍(lán)四唑法[6]測(cè)定；POD活性采用愈創(chuàng)木酚[7]法測(cè)定；CAT活性采用紫外分光光度計(jì)法[8]測(cè)定。

2 結(jié)果與分析

干旱脅迫后芒6個(gè)生理生化指標(biāo)的變化情況見(jiàn)表1。

表1 干旱脅迫后芒6個(gè)生理生化指標(biāo)的變化情況Table 1 Changes of chlorophyll content, relative conductivity, MDA ,SOD, POD and CAT after treatment

2.1 干旱脅迫對(duì)芒葉綠素含量的影響

葉綠體是植物進(jìn)行光合作用的場(chǎng)所，各種光合色素在光合作用中起著極其重要的作用。干旱脅迫會(huì)影響植物葉綠素含量，從而影響光合作用。由表1可知，隨著干旱處理時(shí)間的延長(zhǎng)，芒的葉綠素含量的變化為先升高后降低。在第20天時(shí)，葉綠素含量達(dá)到峰值，然后逐漸下降。在第25天處理結(jié)束時(shí)，芒的葉綠素含量高于對(duì)照，是對(duì)照的1.07倍。

2.2 干旱脅迫對(duì)芒細(xì)胞膜透性的影響

在干旱脅迫下，植物細(xì)胞常因細(xì)胞膜受到傷害而引起細(xì)胞膜透性增大，細(xì)胞內(nèi)含物不同程度外滲，使外滲電導(dǎo)率值增大，在持續(xù)干旱條件下，電導(dǎo)率增幅越小，細(xì)胞膜受傷害程度越輕，其抗旱性越強(qiáng)，反之抗旱性越弱[9]。從表1中可以看出，芒的相對(duì)電導(dǎo)率隨干旱脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)而不斷增大。第25天干旱脅迫處理結(jié)束時(shí)，芒的相對(duì)電導(dǎo)率與對(duì)照相比，增加了0.78倍。

2.3 干旱脅迫對(duì)芒丙二醛（MDA）含量的影響

植物在干旱脅迫條件下，發(fā)生質(zhì)膜的過(guò)氧化作用。丙二醛是質(zhì)膜過(guò)氧化的主要產(chǎn)物之一，反映質(zhì)膜過(guò)氧化作用的程度。植物丙二醛含量增幅越小，抗旱性越強(qiáng)；反之則越弱[10]。由表1可以看出，隨著干旱脅迫的加強(qiáng)，芒葉片的MDA含量呈上升趨勢(shì)，前15天上升較為平緩，處理后期上升加快。與對(duì)照相比，第25天時(shí)芒葉片中MDA含量增加了2.12倍。

2.4 干旱脅迫對(duì)芒SOD活性的影響

超氧化物歧化酶（SOD）是存在于植物細(xì)胞中最重要的清除活性氧的酶之一[11]。通?？鼓嫘詮?qiáng)的植物在逆境脅迫下可誘導(dǎo)產(chǎn)生較多的抗氧化酶及其它非酶類抗氧化劑，提高抗逆性，以抵御活性氧氧化損傷及致死效應(yīng)。所以SOD的變化情況，在一定情況下可以反應(yīng)植物的抗性強(qiáng)弱。從表1可以看出，芒的SOD活性隨著干旱脅迫的加強(qiáng)表現(xiàn)出先上升后下降的趨勢(shì)。在脅迫初期，芒植物內(nèi)的SOD活性上升，來(lái)抵御或減輕植物所受到的傷害；隨著干旱時(shí)間的延長(zhǎng)，SOD活性下降。芒的SOD活性在脅迫第15天達(dá)到峰值，在第25天處理結(jié)束時(shí)，SOD活性是對(duì)照的1.09倍。

2.5 干旱脅迫對(duì)芒POD活性的影響

從表1可以看出，隨著干旱脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)，芒的POD活性呈現(xiàn)出先升高后下降的趨勢(shì)，在第15天達(dá)到峰值；處理結(jié)束時(shí)芒的POD活性是對(duì)照的1.74倍。

2.6 干旱脅迫對(duì)芒CAT活性的影響

CAT是植物體內(nèi)重要的保護(hù)酶之一，清除生理系統(tǒng)中的過(guò)氧化氫（H2O2）。從表1中可以看出，隨著干旱脅迫的加強(qiáng)，芒的CAT活性都呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì)。芒的CAT活性的峰值出現(xiàn)在第10天，隨后開(kāi)始下降；處理結(jié)束時(shí)芒的CAT活性低于對(duì)照，下降了16.2%。

3 討論

許多研究表明，葉綠素含量在植物受到干旱脅迫時(shí)會(huì)下降，從而使植物的光合作用受到影響，光合速率下降，且脅迫越嚴(yán)重，下降的速度越快。但陳洪對(duì)木麻黃（Casuarina equisetifoli）的抗旱性研究發(fā)現(xiàn)，木麻黃盆栽苗在干旱脅迫過(guò)程中，葉綠素含量“先升后降”，即當(dāng)苗木受中度脅迫時(shí)體內(nèi)水分減少，葉綠素呈現(xiàn)相對(duì)“濃縮”，單位鮮質(zhì)量含量相對(duì)升高；當(dāng)干旱脅迫繼續(xù)，達(dá)到強(qiáng)度脅迫時(shí)，則引起植物細(xì)胞內(nèi)生理生化改變，使葉綠素合成受阻，降解加快，因此葉綠素會(huì)迅速下降[12]。本研究結(jié)果與陳洪的研究結(jié)果一致。

干旱脅迫時(shí)，細(xì)胞中生物活性氧的積累是造成細(xì)胞傷害乃至死亡的主要原因。在遭受干旱脅迫后，活性氧自由基積累導(dǎo)致膜脂過(guò)氧化，植物細(xì)胞的結(jié)構(gòu)受到影響，細(xì)胞質(zhì)膜相對(duì)透性增加，體內(nèi)氧化物質(zhì)增加，從而會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞膜發(fā)生過(guò)氧化。許多植物相關(guān)研究顯示，質(zhì)膜透性與細(xì)胞膜過(guò)氧化產(chǎn)物丙二醛（MDA）含量的高低與細(xì)胞膜的傷害程度一定程度上呈正相關(guān)關(guān)系[13]。隨著干旱脅迫的增強(qiáng)，芒的相對(duì)電導(dǎo)率和MDA含量都呈逐漸上升的趨勢(shì)，在干旱脅迫結(jié)束時(shí)，相對(duì)電導(dǎo)率和MDA含量達(dá)到最大值。這與張智等對(duì)芒屬植物斑葉芒的相對(duì)電導(dǎo)率和MDA的研究結(jié)果一致[4]。同時(shí)植物能產(chǎn)生不同的保護(hù)酶和非酶保護(hù)物質(zhì)，以解除增加的O2-和H2O2的傷害。SOD、POD、CAT是植物體內(nèi)清除O2-和H2O2的重要保護(hù)酶，SOD、CAT和POD的活性和含量與植物的抗旱性呈正相關(guān)關(guān)系[13]。張文輝等研究發(fā)現(xiàn)，4個(gè)不同種源的栓皮櫟保護(hù)酶活性隨著干旱脅迫的加劇，呈現(xiàn)先升高后下降的趨勢(shì)[14]。龔萍等對(duì)5種香草植物的抗旱生理研究表明，隨著干旱脅迫的加劇，保護(hù)酶活性先升高后降低[15]。本試驗(yàn)中，芒的SOD、POD、CAT活性隨干旱脅迫的加劇，都表現(xiàn)出先升高后降低的趨勢(shì)，與前人研究結(jié)果相同，也與芒屬中的斑葉芒在干旱脅迫下，SOD活性的變化結(jié)果[5]相一致。在干旱脅迫初期，芒的酶活性都有不同程度的升高，這表明芒有一定的適應(yīng)性，此時(shí)酶活性增加對(duì)植物抵抗干旱脅迫有一定的積極作用，可以及時(shí)清除過(guò)多的超氧自由基，從而避免植物過(guò)早受活性氧的危害，進(jìn)而延長(zhǎng)在干旱脅迫下的存活時(shí)間。隨著干旱脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)，活性氧開(kāi)始大量積累，平衡被打破，膜質(zhì)發(fā)生過(guò)氧化作用，活性氧的產(chǎn)生超出了植株的忍受范圍，酶活性開(kāi)始降低，這表明體內(nèi)保護(hù)酶維持膜系統(tǒng)穩(wěn)定性的能力是有限的。芒的3種酶活性出現(xiàn)峰值的時(shí)間也有差異，總體說(shuō)來(lái)CAT活性的最高值出現(xiàn)最早，SOD和POD的峰值出現(xiàn)較晚，可見(jiàn)植物體內(nèi)酶保護(hù)系統(tǒng)是協(xié)同起作用的。

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Preliminary Study on Physiological and Biochemical Changes of Miscanthus sinensis under Drought Stress

ZOU Li-jun1,2，ZHENG Bing-song2，REN Jun-xia2,3，F(xiàn)ANG Jia2，HE Yong-qing2，QIU Zhi-sheng1
（1. Longyou Forestry Bureau of Zhejiang, Longyou 324400, China; 2. The Nurturing Station for the State Key Laboratory of Subtropical Silviculture, Zhejiang A & F University, Lin’an 311300, China; 3. School of Landscape Architecture, Zhejiang A & F University, Linan 311300, China）

Experiments were conducted on different drought stress within 25 days on physiological and biochemical changes of Miscanthus sinensis with common watering treatment as control. The result showed that chlorophyll content, relative conductivity, malondialdehyde (MDA) content and relative conductivity increased significantly with increase of drought stress in leaf of M. sinensis. However, superoxide dismutase (SOD), peroxidase (POD) and catalase (CAT) activities increased and reached the highest at the 15th days of the treatment, then decreased with increase of drought stress.

Miscanthus sinensis; drought stress; chlorophyll content; MDA; protective enzyme activity

S718.4

B

1001-3776（2012）03-0031-04

2012-01-18；

2012-04-10

浙江省科技廳重大科技專項(xiàng)（優(yōu)先主題）農(nóng)業(yè)項(xiàng)目（2008C12019）

鄒力駿（1973-），男，浙江金華人，工程師，從事森林資源保護(hù)利用與林業(yè)調(diào)查規(guī)劃設(shè)計(jì)工作。