胡楊, 李鋼鐵*, 李星, 賈守義

(1.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)沙漠治理學(xué)院, 呼和浩特 010018; 2.巴彥淖爾市林業(yè)科學(xué)研究所, 內(nèi)蒙古 巴彥淖爾 015000 )

水分匱乏是我國(guó)西北干旱、半干旱地區(qū)抑制植物生長(zhǎng)的主要因素[1]，頻發(fā)的高溫天氣和水資源短缺嚴(yán)重影響植物正常發(fā)育[2]。因此，研究植物抗旱性、篩選抗旱植物對(duì)于干旱、半干旱地區(qū)植物資源的發(fā)展尤為重要。

細(xì)穗檉柳(TamarixleptostachysBunge)屬于檉柳科檉柳屬灌木，生長(zhǎng)于我國(guó)西北部荒漠、半荒漠地區(qū)，主要分布于新疆、青海、甘肅、寧夏和內(nèi)蒙古等地。細(xì)穗檉柳的根系發(fā)達(dá)，防風(fēng)固沙效果顯著；因其具有極強(qiáng)的耐旱和耐鹽堿能力，是荒漠、半荒漠鹽堿和沙漠等地的理想造林樹種；同時(shí)，種植細(xì)穗檉柳有良好的生態(tài)效益。細(xì)穗檉柳除具備以上特點(diǎn)外，還是檉柳種中艷麗的多花檉柳，是鹽堿地造林的優(yōu)質(zhì)綠化及水土保持樹種[3]。

目前，對(duì)細(xì)穗檉柳的研究大多集中在播種育苗技術(shù)[4]及藥用化學(xué)成分[5-6]等方面，但關(guān)于細(xì)穗檉柳的抗旱機(jī)理探究尚未見報(bào)道。鑒于此，本研究通過設(shè)置不同梯度的干旱脅迫處理，分析探討了干旱脅迫下細(xì)穗檉柳幼苗若干生長(zhǎng)指標(biāo)及主要生理生化特性對(duì)干旱脅迫的響應(yīng)，旨在探明細(xì)穗檉柳幼苗的抗旱機(jī)理，綜合分析其幼苗耐旱性潛力，為其在干旱地區(qū)適地適樹大面積栽培提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)材料選用內(nèi)蒙古磴口立地條件相同的2 a生細(xì)穗檉柳扦插苗。2018年7月10日將長(zhǎng)勢(shì)整齊、生長(zhǎng)健壯、高度基本一致的細(xì)穗檉柳嫩枝小苗移栽于盆中。每盆定植健壯幼苗1株，試驗(yàn)所用土壤為采種地土壤(沙壤土)，土壤經(jīng)烘干(105 ℃)至恒重，每盆均裝入等量過篩的混合土6.2 kg。土壤田間持水量為19.69%，容重1.46 g·cm-3。栽培容器為上口徑25 cm、下口徑15 cm、高19 cm的塑料花盆(帶底盤)。從移栽當(dāng)日至進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，為確保幼苗健康生長(zhǎng)，促進(jìn)根系恢復(fù)，在溫室內(nèi)將土壤水分含量維持在田間持水量的80%[7]。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)在內(nèi)蒙古自治區(qū)呼和浩特市內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)苗圃溫室大棚內(nèi)進(jìn)行，土壤干旱脅迫試驗(yàn)于2018年9月10日開始，于11月8日結(jié)束。采用盆栽方法人工模擬土壤干旱條件，設(shè)置4個(gè)水分脅迫處理,對(duì)照(CK):土壤含水量為田間持水量的80%，實(shí)際土壤含水量保持在15.75%±0.98%；輕度干旱脅迫(T1):土壤含水量為田間持水量的60%，實(shí)際土壤含水量保持在11.81%±0.35%；中度干旱脅迫(T2):土壤含水量為田間持水量的40%，實(shí)際土壤含水量保持在7.88%±0.69%；重度干旱脅迫(T3):土壤含水量為田間持水量的20%，實(shí)際土壤含水量保持在3.94%± 0.41%。每個(gè)處理3次重復(fù)，每個(gè)重復(fù)4盆植株。采用稱重法控制土壤實(shí)際含水量，每日下午17∶30用電子計(jì)價(jià)秤(正常載量15 kg，感知重量5 g)稱重并補(bǔ)水，調(diào)節(jié)土壤含水量至各干旱脅迫處理范圍內(nèi)。試驗(yàn)材料干旱脅迫60 d后，采集新梢部自頂端向下3～4節(jié)上的功能葉片用于葉片各生理指標(biāo)的測(cè)定。

1.3 測(cè)定指標(biāo)及方法

1.3.1苗高及地徑測(cè)定 分別于干旱脅迫處理前和處理后60 d，用卷尺測(cè)量地面至植株頂部的株高，用游標(biāo)卡尺測(cè)定地徑(植株地基部莖稈的直徑)，每個(gè)處理組測(cè)定12株。

1.3.2生理指標(biāo)測(cè)定 相對(duì)含水率采用水飽和法進(jìn)行測(cè)定；水勢(shì)用小液流法進(jìn)行測(cè)定；葉綠素(chlorophyll，Chl)含量用95%的酒精提取葉綠素，再用紫外可見分光光度計(jì)(UV759、上海奧普勒儀器有限公司)測(cè)定；測(cè)定丙二醛(malondialdehyde，MDA)含量用硫代巴比妥酸法；用電導(dǎo)儀測(cè)定葉片細(xì)胞膜透性；葉片游離脯氨酸(proline，Pro)含量用磺基水楊酸法測(cè)定；過氧化氫酶(catalase，CAT)活性用滴定法測(cè)定；過氧化物酶(peroxisome，POD)活性用愈創(chuàng)木酚法測(cè)定；超氧化物酶(superoxide dismutase，SOD)活性用氮藍(lán)四唑法測(cè)定；可溶性糖(soluble sugar，SS)含量的測(cè)定采用蒽酮比色法；可溶性蛋白質(zhì)(soluble protein，SP)含量采用G-250比色法測(cè)定[8]。各生理指標(biāo)測(cè)定均設(shè)置3次重復(fù)。

1.4 數(shù)據(jù)處理

用SPSS 24.0軟件中的One-way ANOVA比較不同干旱脅迫處理間細(xì)穗檉柳幼苗各性狀指標(biāo)的差異顯著性；Microsoft Excel 2007分析平均數(shù)、標(biāo)準(zhǔn)差和百分比；采用SigmaPlot 12.5作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 干旱脅迫對(duì)細(xì)穗檉柳幼苗株高和地徑的影響

表1結(jié)果表明，干旱脅迫下，細(xì)穗檉柳幼苗的生長(zhǎng)隨干旱脅迫程度的增加而減緩。輕度干旱脅迫下(T1)，細(xì)穗檉柳幼苗的株高和地徑生長(zhǎng)量均與CK無顯著差異；隨著脅迫增強(qiáng)、土壤水分含量的減少，T2和T3處理細(xì)穗檉柳幼苗的株高和地徑生長(zhǎng)量均顯著低于CK，T2和T3兩處理間無顯著差異。

表1 干旱脅迫對(duì)細(xì)穗檉柳幼苗生長(zhǎng)指標(biāo)的影響Table 1 Effects of drought stress on growth indexes of Tamarix leptostachys Bunge seedlings

2.2 干旱脅迫對(duì)細(xì)穗檉柳幼苗葉片相對(duì)含水量的影響

圖1顯示，隨著干旱脅迫強(qiáng)度增加，細(xì)穗檉柳幼苗葉片相對(duì)含水量呈持續(xù)下降趨勢(shì)。與CK相比，各處理的葉片含水量均顯著降低，且處理間也存在顯著差異。隨著干旱脅迫程度的增強(qiáng)，葉片含水量的降幅也逐漸增大，即與CK相比，輕度干旱脅迫(T1)導(dǎo)致葉片含水量降低6.35%；與輕度脅迫(T1)處理相比，中度干旱(T2)脅迫導(dǎo)致葉片含水量降低8.72%；與中度脅迫(T2)處理相比，重度干旱脅迫(T3)導(dǎo)致葉片含水量降低11.98%。

注：不同小寫字母表示差異在P<0.05水平具有顯著性。Note：Different small letters indicate significant difference at P<0.05 level.圖1 干旱脅迫脅迫對(duì)細(xì)穗檉柳幼苗葉片相對(duì)含水率的影響Fig.1 Effect of drought stress on relative water content of Tamarix leptostachys Bunge seedling leaf

2.3 干旱脅迫對(duì)細(xì)穗檉柳幼苗葉片葉綠素含量的影響

從圖2可以看出，隨著干旱脅迫程度的增加，細(xì)穗檉柳幼苗葉片葉綠素含量呈下降趨勢(shì)。葉綠素主要有葉綠素a和葉綠素b組成。干旱脅迫對(duì)葉綠素a含量的影響較大；輕度干旱脅迫(T1)下，細(xì)穗檉柳幼苗葉片的葉綠素a含量與CK無顯著差異；隨著脅迫增強(qiáng)、土壤水分含量的降低，T2和T3處理葉綠素a含量顯著低于CK，而兩處理間無顯著差異。但干旱脅迫對(duì)葉綠素b的影響較小，各處理與CK均無顯著差異。

注：同一指標(biāo)不同小寫字母表示差異在P<0.05水平具有顯著性。Note：Different small letters of the same index indicate significant difference at P<0.05 level.圖2 干旱脅迫對(duì)細(xì)穗檉柳幼苗葉片葉綠素含量的影響Fig.2 Effect of drought stress on Chl content of Tamarix leptostachys Bunge seedling leaf

2.4 干旱脅迫對(duì)細(xì)穗檉柳幼苗葉片細(xì)胞膜透性的影響

圖3顯示，隨著干旱脅迫強(qiáng)度的增加，細(xì)穗檉柳幼苗葉片的相對(duì)電導(dǎo)率和丙二醛含量呈逐漸上升的趨勢(shì)，各處理均顯著高于對(duì)照；且處理間也存在顯著差異。其中，干旱脅迫下的葉片相對(duì)電導(dǎo)率是對(duì)照的1.5～3.0倍；丙二醛含量相比對(duì)照增加38.79%～62.85%。

2.5 干旱脅迫對(duì)細(xì)穗檉柳幼苗酶促保護(hù)系統(tǒng)的影響

POD是植物體內(nèi)重要的抗氧化酶之一且活性較高，可以清除植物體內(nèi)的H2O2。圖4結(jié)果顯示，隨著水分虧缺程度的加劇，細(xì)穗檉柳幼苗POD活性呈上升趨勢(shì)；干旱脅迫后葉片中POD的酶活顯著高于CK。輕度干旱脅迫(T1)下，POD活性較CK增加55.88%，與CK差異不顯著；隨著脅迫程度的增強(qiáng)，POD活性開始急劇上升，中度(T2)、重度(T3)脅迫下POD的酶活比對(duì)照升高了179.41%和352.94%，與CK存在顯著差異。SOD是防護(hù)氧自由基對(duì)細(xì)胞膜系統(tǒng)傷害的一種很重要的保護(hù)酶。隨著干旱脅迫的加劇，SOD的活性呈直線上升趨勢(shì)，各處理均與CK存在顯著差異。其中，重度干旱脅迫(T3)下，葉片中SOD的酶活性與CK相比增加了132.15%。細(xì)穗檉柳幼苗CAT活性隨干旱脅迫加劇呈先升高后降低的趨勢(shì)，但各處理下的CAT酶活性均顯著高于CK。輕度干旱脅迫(T1)下，細(xì)穗檉柳幼苗葉片中CAT酶活性是CK的1.51倍；中度干旱脅迫(T2)下，CAT活性快速升高，達(dá)到120.83 U·g-1·min-1，是CK的2.48倍；重度干旱脅迫(T3)下，CAT活性略有降低，為105.83 U·g-1·min-1，是CK的2.17倍。即適度的干旱使葉片中CAT酶活性上升，但過度的干旱脅迫又會(huì)影響CAT酶活性。

2.6 干旱脅迫對(duì)細(xì)穗檉柳幼苗滲透調(diào)節(jié)的影響

圖5結(jié)果表明，干旱脅迫下細(xì)穗檉柳幼苗葉片Pro、可溶性糖和可溶性蛋白含量均呈上升趨勢(shì)，各處理均與CK存在顯著差異。其中，輕(T1)、中度(T2)干旱脅迫下，細(xì)穗檉柳幼苗葉片中Pro含量分別是CK的1.2倍和1.6倍，可溶性糖含量比CK增加20.35%和31.47%，可溶性蛋白含量比CK增加45.89%和74.35%。隨著干旱脅迫加劇，重度干旱脅迫(T3)下，細(xì)穗檉柳幼苗葉片中Pro含量顯著增加，濃度為304.98 μg·g-1，是CK的2.1倍；可溶性糖含量為22.33 mg·g-1，比CK增加48.36 %；可溶性蛋白含量比CK增加129.94%。

3 討論

干旱脅迫下植物的形態(tài)特征能直接反映植物受到傷害的程度。株高、莖粗、葉片形態(tài)、葉片數(shù)、葉面積和生長(zhǎng)速度等植物地上部的形態(tài)特征會(huì)因干旱脅迫造成不同的影響，通常植物會(huì)通過放慢生長(zhǎng)進(jìn)度或縮小葉片面積等來緩解水分虧缺造成的危害。本研究表明，輕度干旱對(duì)細(xì)穗檉柳幼苗的，株高和地徑生長(zhǎng)無顯著影響；而隨著干旱脅迫的加劇，株高和地徑的生長(zhǎng)速度明顯受到抑制，與仇云峰等[9]對(duì)小葉楊、謝志玉等[10]對(duì)文冠果的研究結(jié)果相一致，表明細(xì)穗檉柳能夠通過降低株高和地徑的生長(zhǎng)速度來減少水分的消耗從而適應(yīng)干旱環(huán)境。

干旱脅迫下，相對(duì)含水量降低幅度較小表明葉片保水能力較強(qiáng)[11]。本研究結(jié)果表明，干旱脅迫下細(xì)穗檉柳幼苗葉片的相對(duì)含水率降低，且隨著脅迫增強(qiáng)，葉片相對(duì)含水率的降幅逐漸增大。由此表明，輕、中度干旱脅迫下，細(xì)穗檉柳幼苗的持水能力較強(qiáng)，與前人對(duì)檉柳和側(cè)柏的研究結(jié)果相一致[11-12]。

注：不同小寫字母表示差異在P<0.05水平具有顯著性。Note：Different small letters indicate significant difference at P<0.05 level.圖3 干旱脅迫對(duì)細(xì)穗檉柳幼苗葉片相對(duì)電導(dǎo)率和MDA含量的影響Fig.3 Effect of drought stress on relative electrical conductivity and MDA content of Tamarix leptostachys Bunge seedling leaf

注：不同小寫字母表示差異在P<0.05水平具有顯著性。Note：Different small letters indicate significant difference at P<0.05 level.圖4 干旱脅迫對(duì)細(xì)穗檉柳幼苗葉片POD、SOD和CAT活性的影響Fig.4 Effect of drought stress on POD, SOD and CAT activity of Tamarix leptostachys Bunge seedling leaf

葉綠素是植物光合作用中的基礎(chǔ)色素[13-14]，其含量在干旱脅迫環(huán)境下會(huì)降低[15]。本研究中，隨著干旱脅迫程度的增加，葉綠素的含量顯著降低，表明干旱脅迫影響了細(xì)穗檉柳幼苗葉片中葉綠素的生成。這與吳婧舒等[16]和劉遵春等[17]的研究結(jié)果一致。進(jìn)一步分析表明，干旱脅迫主要降低了葉片中葉綠素a的含量，對(duì)葉綠素b含量無顯著影響。

植物體內(nèi)的抗氧化體系能緩解外界環(huán)境變化時(shí)對(duì)植物造成的傷害，由SOD、CAT和POD等抗氧化酶組成[18]。SOD、POD和CAT都是保護(hù)酶，可以清除活性氧以保持胞內(nèi)的平衡狀態(tài)，且保護(hù)酶之間的協(xié)作也可以保證膜系統(tǒng)不受侵害[19-20]。本研究表明，隨著干旱脅迫的增強(qiáng)，細(xì)穗檉柳的SOD活性顯著增強(qiáng)；POD活性在輕度干旱脅迫時(shí)變化不明顯，但當(dāng)脅迫增強(qiáng)時(shí)活性顯著提高；CAT活性在輕度、中度脅迫下顯著升高，而重度脅迫下活性略有降低。由此表明，細(xì)穗檉柳幼苗受到水分脅迫后能夠啟動(dòng)SOD、POD和CAT等保護(hù)酶，提高酶活性來緩解干旱造成的傷害。在脅迫較重時(shí)，POD起關(guān)鍵作用；CAT在土壤干旱脅迫較輕時(shí)發(fā)揮作用；中間狀態(tài)時(shí)，由兩者共同起作用，表明細(xì)穗檉柳有較強(qiáng)的抗旱能力。

注：不同小寫字母表示差異在P<0.05水平具有顯著性。Note：Different small letters indicate significant difference at P<0.05 level.圖5 干旱脅迫對(duì)細(xì)穗檉柳幼苗葉片Pro、SS和SP含量的影響Fig.5 Effect of drought stress on Pro, SS and SP content of Tamarix leptostachys Bunge seedling leaf

膜脂過氧化的重要產(chǎn)物之一是丙二醛(MDA)[21]，當(dāng)植物遭受環(huán)境脅迫時(shí)，內(nèi)部平衡被打破，引發(fā)脂質(zhì)過氧化作用，產(chǎn)生大量的MDA[22]。因此，MDA在許多研究中被用作判斷植物抗旱能力的一個(gè)重要指標(biāo)[23]。本研究中，隨著干旱脅迫的增強(qiáng)，細(xì)穗檉柳幼苗葉片中MDA含量增多，細(xì)胞膜相對(duì)透性變大；輕度干旱脅迫時(shí)，細(xì)胞膜相對(duì)透性和MDA含量與對(duì)照無顯著差異，表明細(xì)穗檉柳的抗旱性較強(qiáng)，輕度干旱未對(duì)細(xì)胞內(nèi)環(huán)境造成嚴(yán)重傷害。在重度脅迫下，細(xì)穗檉柳的細(xì)胞膜相對(duì)透性和MDA大幅增長(zhǎng)，說明此時(shí)膜脂過氧化作用變強(qiáng)，膜系統(tǒng)受到損傷。這與陳志成等[24]和曾艷等[25]的研究結(jié)果類似。

滲透調(diào)節(jié)是植物在逆境下降低滲透勢(shì)，抵抗逆境脅迫的一種重要方式[26]。葉片游離脯氨酸、可溶性糖和可溶性蛋白含量的增加可以調(diào)節(jié)滲透勢(shì)和保持平衡，提高植物的滲透調(diào)節(jié)能力，保持在干旱脅迫下植物生長(zhǎng)所需要的水分，增強(qiáng)氣孔的調(diào)節(jié)和持水能力，提升植物對(duì)干旱環(huán)境的適應(yīng)能力[27]。本研究中，隨著干旱脅迫程度的增強(qiáng)，細(xì)穗檉柳幼苗葉片游離脯氨酸、可溶性糖和可溶性蛋白含量均顯著增加。由此表明，細(xì)穗檉柳幼苗在干旱脅迫時(shí)，通過提高葉片游離脯氨酸、可溶性糖和可溶性蛋白含量來增強(qiáng)對(duì)逆境環(huán)境的適應(yīng)性。其中， 游離脯氨酸和可溶性蛋白含量的增幅較高，這可能是由于少量的糖轉(zhuǎn)變?yōu)橛坞x脯氨酸。在植物正常生長(zhǎng)環(huán)境下，游離脯氨酸常常會(huì)轉(zhuǎn)化為其他物質(zhì)；而在干旱脅迫環(huán)境下，游離脯氨酸的轉(zhuǎn)化效率降低，使其快速累積，參加蛋白質(zhì)組成[28]。故在干旱脅迫下，細(xì)穗檉柳幼苗葉片中可溶性蛋白含量明顯增加，這與脅迫加強(qiáng)時(shí)游離脯氨酸大量累積來維持細(xì)胞膨壓和緩解干旱脅迫有著不可分割的聯(lián)系[29]。

綜上所述，細(xì)穗檉柳幼苗在干旱脅迫時(shí)能通過調(diào)整自身生長(zhǎng)速度、保護(hù)酶活性及滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量來緩解干旱脅迫造成的傷害，即使在重度脅迫下，也未出現(xiàn)葉片凋落及幼苗死亡的現(xiàn)象。由此表明，細(xì)穗檉柳具有較強(qiáng)的抗旱性和適應(yīng)性，在干旱、半干旱地區(qū)具有極高的推廣價(jià)值。