王毅敏　謝春培　王玉兵　李薇　高晗　雷華

摘 要：采用盆栽人工模擬控水法干旱脅迫，探討巴東木蓮Manglietia patungensis幼苗的生長和生理特性對干旱脅迫的響應(yīng)情況，隨著干旱脅迫的加劇，巴東木蓮幼苗苗高、地徑和生物量逐漸降低，可溶性蛋白含量逐漸升高，葉綠素含量在對照處理略高，在輕度脅迫處理和中度脅迫處理明顯降低。隨著脅迫時(shí)間的延長，巴東木蓮幼苗葉片組織相對含水量降低，丙二醛含量先升后降再升，脯氨酸含量逐漸升高，保護(hù)酶SOD活性均呈先增加而后降低的變化趨勢。研究表明：在不同程度的干旱脅迫條件下，巴東木蓮幼苗的生長受到一定程度的抑制，但能夠通過調(diào)節(jié)自身的保護(hù)酶系統(tǒng)活性和滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量來減輕干旱傷害，維持植物體的正常生理代謝功能，從而表現(xiàn)出一定的抗旱耐旱潛力。

關(guān)鍵詞：巴東木蓮幼苗;干旱脅迫;生理生化

中圖分類號：Q945.78 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1004-3020（2020）02-0006-05

Growth and Physiological Response of Manglietia patungensis Seedlings to Drought Stress

Wang Yimin（1，2） Xie Chunpei（1） Wang Yubing（1） Li Wei（2） Gao Han（2） Lei Hua（2）

（1.Biotechnology Research Center of China Three Gorges University Yichang 443001;2.Management Office of Three Gorges Botanical Garden Yichang 443111）

Abstract：Drought stress by artificial simulated water control in potted plants，To investigate the response of the growth and physiological characteristics of Manglietia patungensis seedlings to drought stress .With the increase of drought stress，the seedling height，ground diameter and biomass of M. patungensis seedlings decreased gradually，the soluble protein content increased gradually，the chlorophyll content was slightly higher in the control treatment，and the treatment under mild stress and moderate stress was significantly reduced. With the prolongation of stress time，the relative water content of the leaves of M. patungensis seedlings decreased，the content of malondialdehyde increased first，then decreased，the content of proline increased gradually，The protective enzyme SOD activity increased first and then decreased. The research shows that under different degrees of drought stress，the growth of M. patungensis seedlings is inhibited to a certain extent，but it can reduce the drought damage by regulating the activity of its protective enzyme system and the content of osmotic regulatory substances. Maintain the normal physiological metabolic function of the plant body，thus showing a certain drought tolerance potential.

Key words：Manglietia patungensis seedlings;drought stress;physiological and biochemica

巴東木蓮Manglietia patungensis為木蘭科Magnoliaceae木蓮屬的常綠闊葉樹種，零星分布于湖北、湖南、江西、重慶等地的局部地區(qū)[1-2]。巴東木蓮不僅樹形優(yōu)美、花大美麗，具有很高的觀賞價(jià)值;而且該物種是木蓮屬分布最北的種，在木蘭科植物系統(tǒng)發(fā)育與演化上具有重要的研究價(jià)值[3]。現(xiàn)有資料表明，巴東木蓮因種子萌發(fā)力差，林下幼苗及幼樹極為罕見，天然更新困難而處于瀕危狀態(tài)。目前，巴東木蓮的相關(guān)研究主要集中于分類學(xué)、生物學(xué)特性[4]、群落學(xué)[5]、保護(hù)遺傳學(xué)[6]、種子生物學(xué)[7]、繁殖生物學(xué)[8-9]、組織培養(yǎng)[10]等方面，而與巴東木蓮抗旱性的相關(guān)研究還尚未見報(bào)道。植物在生長發(fā)育過程中總是不可避免的經(jīng)受著干旱等逆境的危害，特別是在幼苗向幼樹的過渡階段，其更容易受干旱脅迫的影響，一旦此階段出現(xiàn)過度干旱，其后果是致命的。為了更好的保護(hù)和利用巴東木蓮，對其幼苗進(jìn)行干旱脅迫研究顯得至關(guān)重要，其研究結(jié)果可為該物種的保育提供一定的科學(xué)依據(jù)，同時(shí)對巴東木蓮的種群恢復(fù)具有十分重要意義。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

以湖南省小溪國家級自然保護(hù)區(qū)收集的巴東木蓮種子為試驗(yàn)材料，2月底播種，待種子萌發(fā)后具一片真葉時(shí)，篩選生長基本一致且無病蟲害的芽苗栽種于直徑8 cm，高12 cm的營養(yǎng)缽中，每盆裝腐殖土0.8 kg，置于溫室培養(yǎng)，確保合適栽培條件，待芽苗緩苗至具3片真葉時(shí)，選取長勢基本一致的幼苗進(jìn)行控水處理。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

采用盆栽人工模擬控水法干旱脅迫，共設(shè)置對照組（CK）、輕度脅迫（T1）、中度脅迫（T2）和重度脅迫（T3），其土壤含水量分別為：土壤含水量為土壤田間最大持水量的90%～85%、75%～70%、55%～50%和35%～30%。每個(gè)處理重復(fù)5次，每個(gè)重復(fù)30株。于7月1日開始采用稱重法進(jìn)行控水試驗(yàn)，連續(xù)控水50 d。每隔10 d的早上8點(diǎn)左右分別取第3～5葉成熟葉片，立即帶回實(shí)驗(yàn)室采用液氮處理后置于-70℃低溫冰箱備用。

1.3 指標(biāo)測定方法

1.3.1 生長指標(biāo)測定

利用卷尺和游標(biāo)卡尺每隔10 d，隨機(jī)選取30株測定苗高和地徑，計(jì)算平均值。

1.3.2 生理生長指標(biāo)測定

丙二醛（MDA）測定采用硫代巴比妥酸法[11];葉綠素含量測定采用紫外分光光度計(jì)比色法[12];游離脯氨酸（Pro）含量測定采用磺基水楊酸提取茚三酮顯色法[13];超氧化物歧化酶（SOD）活性測定采用NBT還原法[14];可溶性蛋白含量測定采用考馬斯亮藍(lán)法[15]。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用EXCEL2007和SRSS17.0軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 干旱脅迫對巴東木蓮幼苗生長的影響

干旱脅迫對巴東木蓮幼苗的生長存在著一定的抑制影響，從圖1、2中的可以看對照組的平均地徑和苗高均比其它試驗(yàn)組要高，重度脅迫組的地徑和苗高最低，且巴東木蓮幼苗株高在重度脅迫和中度脅迫下普遍比輕度脅迫和對照組的低，說明隨著干旱脅迫程度加重巴東木蓮幼苗的地徑和株高生長受到的影響也較大。

2.2 巴東木蓮幼苗葉片內(nèi)丙二醛對干旱脅迫的響應(yīng)

丙二醛（MDA）是膜脂過氧化物的最終產(chǎn)物，反映了植物體內(nèi)自由基一定程度上的活性情況。在對照和各脅迫處理下，巴東木蓮幼苗葉片中MDA含量的變化趨勢相似，隨脅迫的持續(xù)，各處理中MDA含量如圖3所示，呈現(xiàn)出先升高出現(xiàn)一個(gè)峰值，降低后再上升的現(xiàn)象。30 d時(shí)，重度脅迫的樣品中MDA的含量首先達(dá)到峰值，比其他處理組的含量都高，此時(shí)重度脅迫下的巴東木蓮幼苗內(nèi)自由基活性最激烈;40 d時(shí)，中度脅迫處理的MDA含量比其他處理組的都高，說明中度脅迫40 d是巴東木蓮幼苗承受的一個(gè)節(jié)點(diǎn)。隨著脅迫時(shí)間的持續(xù)延長，各處理中MDA含量都上升，這說明巴東木蓮幼苗的葉片是通過膜脂過氧化作用，增加膜的通透性來響應(yīng)干旱脅迫的。

2.3 巴東木蓮幼苗葉片內(nèi)可溶性糖含量變化對干旱脅迫的響應(yīng)

隨著干旱脅迫程度的增加，如圖4所示巴東木蓮幼苗樣本中可溶性糖的含量變化明顯，逐漸升高，且脅迫時(shí)間越長，可溶性糖含量變化越大。重度脅迫處理樣品內(nèi)可容性糖的含量明顯高于其它處理?？梢?，可溶性糖對抵御干旱脅迫有重要的調(diào)節(jié)作用，可溶性糖含量的變化可以反映巴東木蓮幼苗對外界環(huán)境條件一定程度上的響應(yīng)情況。

2.4 巴東木蓮幼苗葉片內(nèi)游離脯氨酸（Pro）對干旱脅迫的響應(yīng)

隨著干旱脅迫程度的增加，如圖5所示巴東木蓮幼苗樣品中的脯氨酸（Pro）含量也相應(yīng)增加，在同一處理水平，隨著脅迫時(shí)間的延長，Pro的含量呈現(xiàn)先增加后微減的趨勢。重度脅迫下尤其明顯，Pro的含量在重度脅迫的第40天達(dá)到最高。巴東木蓮幼苗遭遇旱脅迫時(shí)會通過增加脯氨酸的含量來抵抗干旱逆境。

2.5 巴東木蓮幼苗葉內(nèi)內(nèi)SOD酶對干旱脅迫的響應(yīng)

超氧化物歧化酶（SOD）是一種可以清除超氧陰離子自由基的酶。由圖5可以看出對照組中SOD酶的活性變化幅度相對比較小。在脅迫期間無論是對照組還是脅迫組，SOD酶的活性都呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢。在處理30 d時(shí)SOD酶活性到最高，也就是說此時(shí)SOD酶在清除活性氧方面起到重要的作用。還發(fā)現(xiàn)干旱處理的后期SOD酶含量出現(xiàn)下降的趨勢，但還是高于對照組水平。這可能是長時(shí)間干旱脅迫將會使巴東木蓮幼苗內(nèi)水分含量減少，活性減弱，抗氧化能力也逐漸減弱，幼苗出現(xiàn)虛弱狀況，SOD酶仍具有活性，說明巴東木蓮幼苗對長期脅迫的響應(yīng)需要SOD酶調(diào)節(jié)。

2.6 巴東木蓮幼苗葉片中葉綠素對干旱脅迫的響應(yīng)

由圖7可以看出對照組和輕度脅迫兩個(gè)處理中葉綠素含量的變化相對比較明顯，重度脅迫和中度脅迫處理中葉綠素的含量變化不是很大，而且都低于對照組?？梢姡值亩嗳~綠素的含量也多，隨干旱脅迫的加強(qiáng)和時(shí)間的延長，葉綠素含量變化變小，表明巴東木蓮幼苗對干旱脅迫的響應(yīng)，可以通過葉綠素含量降低，減弱光合作用程度，減少產(chǎn)生營養(yǎng)物質(zhì)的量來調(diào)節(jié)，但是持續(xù)時(shí)間長會影響植物生長。

2.7 巴東木蓮幼苗葉片中可溶性蛋白對干旱脅迫的響應(yīng)

隨著脅迫程度的增加，如圖8所示巴東木蓮幼苗葉片中可溶性蛋白的含量緩慢升高。在各脅迫處理下，可溶性蛋白的含量都高于對照組，且在重度脅迫時(shí)，可溶性蛋白的含量顯著高于其他處理。表明巴東木蓮幼苗在干旱期間可能會通過增加可溶性蛋白的含量來抵制干旱條件，滿足自身的生長，也說明在干旱條件下，可溶性蛋白對植物抵制不良環(huán)境有重要作用。

3 討論

3.1 巴東木蓮幼苗生長指標(biāo)變化

生長量是評估植物抗性的明顯指標(biāo)。通過試驗(yàn)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，干旱脅迫會對巴東木蓮幼苗的生長產(chǎn)生一些程度的影響，在重度干旱脅迫下株高和地徑都受到顯著的影響。但也并沒有出現(xiàn)死亡的現(xiàn)象，可見巴東木蓮幼苗會通過調(diào)整自身內(nèi)部生物量和生長量來適應(yīng)干旱逆境。植物在遇到逆境時(shí)，會積累一些可溶性糖，來抵御外界環(huán)境條件帶來的不適應(yīng)[16]。巴東木蓮幼苗也可以通過增加可溶性糖的含量增強(qiáng)其抵抗干旱環(huán)境的能力。有研究認(rèn)為，干旱脅迫會使楊樹中葉綠素含量下降，那是因?yàn)楦珊禃r(shí)植物可利用的水分減少，植物組織內(nèi)水分會出現(xiàn)虧缺，蒸騰作用會減弱，光合作用也會下降[17-18]。本研究表明，在脅迫處理期間，葉綠素的含量是先增高后降低，先增高的原因是幼苗調(diào)節(jié)內(nèi)部新陳代謝活動(dòng)響應(yīng)干旱脅迫，減少能量的消耗，葉面積減小，相對光合速率提高生理性的調(diào)節(jié)響應(yīng)逆境。后來隨著脅迫程度的增加葉綠素含量降低，原因可能是隨干旱脅迫的持續(xù)，水分減少，葉片細(xì)胞內(nèi)膜脂過氧化反應(yīng)，丙二醛含量增加，活性氧對葉綠素造成破壞。

3.2 丙二醛和SOD酶對干旱脅迫的響應(yīng)

植物在逆境條件下，體內(nèi)會發(fā)生脂膜過氧化物作用，以往許多研究都將丙二醛的量來指示細(xì)胞質(zhì)過氧化程度和植物對逆境抵抗的強(qiáng)弱[19]。通過研究發(fā)現(xiàn)在水分處理初期，巴東木蓮幼苗中MDA的含量有緩慢增加的趨勢，隨著干旱脅迫時(shí)間的延長，MDA的含量出現(xiàn)一個(gè)峰值后又下降，表明巴東木蓮幼苗可通過膜脂過氧化作用來響應(yīng)干旱逆境脅迫，脅迫中期通過保護(hù)酶清除活性氧來響應(yīng)，在脅迫后期，MDA含量降低，是由于巴東木蓮幼苗內(nèi)各種酶對的脅迫響應(yīng)、抗旱鍛煉，巴東木蓮幼苗可能有了一定的適應(yīng)，脅迫處理組樣品中MDA含量比對照組高，說明MDA對干旱脅迫的響應(yīng)效果較明顯，幼苗受傷害的程度不明顯，這和紅花玉蘭幼苗受干旱脅迫的研究情況一致[20]。干旱脅迫下，不同植物的保護(hù)酶系統(tǒng)的防御能力不同，抗性強(qiáng)弱依靠各種酶的協(xié)調(diào)情況。SOD就是細(xì)胞抵御活性氧傷害的酶，可以提高植物適應(yīng)干旱脅迫的能力[21]。從本研究可以看出，隨著干旱脅迫的加劇，巴東木蓮幼苗內(nèi)SOD酶的活性也變強(qiáng)，以此增強(qiáng)保護(hù)酶活性可以清除活性氧，減少活性氧積累，抵御干旱逆境造成的傷害。

3.3 脯氨酸和可溶性蛋白含量對干旱脅迫的響應(yīng)

脯氨酸親水性較強(qiáng)，是植物體內(nèi)重要的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，可以作為抗旱育種的生理指標(biāo)[22]。本研究中隨著干旱程度的增加，脯氨酸的含量明顯增加，說明巴東木蓮幼苗可通過增加脯氨酸來響應(yīng)干旱脅迫，抵抗干旱的環(huán)境帶來的不適應(yīng)，提高滲透調(diào)節(jié)能力，防止細(xì)胞內(nèi)水分過多的丟失。可溶性蛋白具有較強(qiáng)的親水性，巴東木蓮幼苗在干旱脅迫時(shí)，可溶性蛋白主動(dòng)積累，調(diào)節(jié)提高細(xì)胞的保水力，降低組織的滲透勢，響應(yīng)干旱脅迫帶來的傷害。隨著干旱脅迫的加重，巴東木蓮幼苗葉片中可溶性蛋白含量會降低，是由于對干旱脅迫的響應(yīng)機(jī)制，組織內(nèi)蛋白酶的活性升高，使可溶性蛋白水解，也可能是RNA轉(zhuǎn)錄和翻譯因干旱脅迫不能正常進(jìn)行，從而使蛋白質(zhì)合成受阻[23]。本研中巴東木蓮幼苗可溶性蛋白含量在輕度脅迫、中度脅迫和重度脅迫程度都比對照組的高，可能是因巴東木蓮幼苗為響應(yīng)干旱脅迫，內(nèi)部有些相關(guān)的基因啟動(dòng)表達(dá)，導(dǎo)致體內(nèi)正常的蛋白質(zhì)合成受阻，導(dǎo)致可溶性蛋白含量變化，這與4個(gè)楊樹新無性系的抗旱研究結(jié)果基本一致[24]。

綜上所述，在干旱重度脅迫下巴東木蓮幼苗株高和地徑都受到顯著的影響。但也并沒有出現(xiàn)死亡的現(xiàn)象，巴東木蓮可通增加可溶性糖的含量、調(diào)整MDA的含量先增后減再增，降低SOD酶的活性、增加脯氨酸的含量來調(diào)整內(nèi)部保護(hù)酶系統(tǒng)的來適應(yīng)干旱脅迫?？梢姲蜄|木蓮幼苗自身具有較好應(yīng)對干旱脅迫的調(diào)節(jié)能力，可以為巴東木蓮保育和生境與瀕危關(guān)系研究提供理論依據(jù)。

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（責(zé)任編輯：唐 嵐）

收稿日期：2019-09-09

基金項(xiàng)目：湖北省技術(shù)創(chuàng)新專項(xiàng)資助（NO：2018ACA132）;國家自然基金資助（N0：31770654）。

作者簡介：王毅敏（1986～），女，碩士研究生，工程師。從事植物多樣性保護(hù)、繁育，林業(yè)生產(chǎn)及林業(yè)科研。

王玉兵為通訊作者。