溫家康，邢長杰，王亞萍，楊 樂，鄭 偉，李文楊

（1.信陽農(nóng)林學(xué)院林學(xué)院信陽市林木遺傳育種重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河南信陽 464000；2.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)與風(fēng)景園林學(xué)院新疆教育廳干旱區(qū)林業(yè)生態(tài)與產(chǎn)業(yè)技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，烏魯木齊 830052）

0 引言

南方紅豆杉（Tɑxus chinensisvar.mɑirei），也叫紫杉，屬于紫杉科（Taxaceae），紅豆杉屬植物（Tɑxus），主要分布于中國南方，其植物中提取的紫杉醇是公認(rèn)的珍貴抗癌藥物，具有極高的利用價(jià)值和研究潛力[1,2]。近年來，自然災(zāi)害突發(fā)頻率增大，在各種自然災(zāi)害中，旱災(zāi)具有持續(xù)時(shí)間長、影響范圍廣、頻率高等特征，給幼苗期的紅豆杉帶來極大的危害[3,4]。據(jù)報(bào)道，干旱對植物的影響是全方位的，往往能夠?qū)е录?xì)胞結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，從而對植物的光合作用、生理活性產(chǎn)生影響，導(dǎo)致植物生長受限，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)?dǎo)致植物死亡[5]。利用外源物質(zhì)提高植物抗逆性是簡便、有效、可行的方法之一[6]。

多胺（PAs）屬于在植物體廣泛存在的一類脂肪族含氮堿化合物，是植物內(nèi)源性成長調(diào)節(jié)劑之一，主要有腐胺（Put）、精胺（Spm）和亞精胺（Spd）等[7,8]。由于亞精胺（Spd）的多聚陽離子性能最好，在逆境脅迫條件下起到了保護(hù)性物質(zhì)和信號分子的作用，它的調(diào)節(jié)作用主要體現(xiàn)在植物的抗逆性上，因此，亞精胺與逆境脅迫之間的關(guān)系研究最為廣泛[9,10]。由于它能與酶分子直接結(jié)合，使單位酶活力增加，過氧化氫含量下降，可以在一定程度上減輕植物受干旱脅迫的損害[11]。已有研究發(fā)現(xiàn)外源Spd起到緩解干旱脅迫對甜瓜幼苗傷害的作用，增強(qiáng)甜瓜幼苗對干旱逆境的適應(yīng)性[12]；魏曉凱等[6]研究發(fā)現(xiàn)噴施最佳濃度Spd能夠有效提高烤煙幼苗的抗旱能力；胡勝男等[13]發(fā)現(xiàn)噴施Spd顯著影響閩楠幼苗各項(xiàng)生理、光合指標(biāo)，緩解了閩楠幼苗因干旱受到的損傷，并從光合角度篩選出適合閩楠幼苗的最佳Spd濃度。目前對于外源亞精胺與植物逆境脅迫雖有一定研究，但在南方紅豆杉的領(lǐng)域研究還較為匱乏，且對南方紅豆杉干旱脅迫后噴施最佳Spd濃度也未有研究。鑒于此，本試驗(yàn)通過設(shè)置不同干旱梯度脅迫以及不同濃度亞精胺復(fù)水處理，探究南方紅豆杉葉片生理活性和功能物質(zhì)對干旱脅迫的協(xié)同變化，比較不同濃度外源亞精胺復(fù)水處理對南方紅豆杉生理特性的影響，以期為南方紅豆杉的高產(chǎn)栽培和應(yīng)用推廣提供科學(xué)依據(jù)。

1 試驗(yàn)材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料和試驗(yàn)地概況

2022年6-8月在河南省信陽市平橋區(qū)信陽農(nóng)林學(xué)院林學(xué)院試驗(yàn)基地（114°06′E、31°12.5′N）進(jìn)行南方紅豆杉干旱脅迫試驗(yàn)。試驗(yàn)材料選用設(shè)施大棚中培養(yǎng)的3 a生南方紅豆杉幼苗，植株生長一致、健康、無病蟲害，平均樹高0.7 m，胸徑1.5 cm。棚內(nèi)平均氣溫34～37℃，平均相對濕度60%～65%，利用一層遮陽網(wǎng)遮陰，通風(fēng)良好，控制設(shè)施大棚內(nèi)光照、溫度和濕度，使所有植株均始終處于相同外界條件。

1.2 試驗(yàn)處理

于6月中旬選取48株3 a生幼苗期南方紅豆杉，采用盆栽控水法（口徑40 cm、高50 cm），進(jìn)行干旱脅迫處理。調(diào)整土壤濕度一致后，根據(jù)正常生理需水量，設(shè)置3個(gè)處理：輕度脅迫T1處理（50 mL/d）、中度脅迫T2處理（33 mL/d）、重度脅迫T3處理（0 mL/d），設(shè)置正常澆水（100 mL/d）為空白對照（CK），單株處理，每處理12個(gè)重復(fù)，分別在處理的第0、7、14、21和28 d對南方紅豆杉成熟葉片取樣，液氮速凍后-80℃冰箱保存后留待備用。

亞精胺復(fù)水試驗(yàn)：干旱脅迫處理28 d后，因部分重度脅迫（T3組）可能導(dǎo)致植株死亡，且輕度脅迫（T1組）相比中度脅迫（T2組）各項(xiàng)指標(biāo)影響較小，為使復(fù)水效果更為顯著，對中度干旱脅迫的南方紅豆杉進(jìn)行復(fù)水試驗(yàn)。試驗(yàn)共分4個(gè)處理。N1處理：正常復(fù)水（100 mL/d）+噴施0.5 mmol/L外源亞精胺溶液；N2處理：正常復(fù)水（100 mL/d）+噴施1.0 mmol/L外源亞精胺溶液；N3處理：正常復(fù)水（100 mL/d）+噴施1.5 mmol/L外源亞精胺溶液；以正常復(fù)水不噴施外源亞精胺的中度干旱脅迫南方紅豆杉為EGCK處理，單株處理，重復(fù)3次。噴施時(shí)靠近植株葉片的正反面，噴施量以葉片葉面水珠凝結(jié)滴落為標(biāo)準(zhǔn)，處理后的第3 d進(jìn)行南方紅豆杉成熟葉片的采集，使用液氮速凍后放-80℃冰箱進(jìn)行保存，留待備用。

1.3 測定方法

本研究以乙醇浸出法、考馬斯亮藍(lán)染色法、氮藍(lán)四唑光化還原法以及愈創(chuàng)木酚法分別測定了南方紅豆杉葉片中的葉綠素總量、可溶性蛋白含量、SOD活性和過氧化物酶活性，具體操作參考劉家堯等[14]編著的《植物生理學(xué)實(shí)驗(yàn)教程》。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

通過Excel 2019進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)曲線繪制與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)，利用SPSS 24.0數(shù)據(jù)分析軟件進(jìn)行方差分析（ANOVA）以及Duncan多重比較分析，使用Origin 2021作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同干旱脅迫對南方紅豆杉葉綠素含量的影響

不同干旱處理下南方紅豆杉葉片的葉綠素總含量如圖1所示，在土壤持續(xù)干旱過程中，與CK相比，3個(gè)脅迫處理葉片的葉綠素總含量均呈增加趨勢，整體上呈“升——降——升——降”的趨勢，在第7 d和第21 d達(dá)到峰值，脅迫至第7 d，處理T3的葉片葉綠素總含量達(dá)到最高值，比CK葉片葉綠素總含量高126.1%，其次為T2處理，高出CK含量125.0%，最低為T1處理，高出CK葉綠素含量的77.2%；隨著干旱時(shí)間的延長，在短暫的下降后，在第21 d葉綠素總量達(dá)到第2次峰值，此時(shí)處理T3的葉片葉綠素總含量最高，顯著高于T2和T1處理（P＜0.05），且比CK高出139.8 %，其次為T2和T1處理，分別比CK高52.3%、23.9%；脅迫至第28 d葉綠素含量均呈下降趨勢，此時(shí)重度脅迫T3組顯著低于CK組（P＜0.05）。在葉綠素含量曲線波動(dòng)中，在28 d之前，相比CK的葉綠素總含量總是T3＞T2＞T1，且短期干旱脅迫處理對南方紅豆杉葉綠素含量呈正向促進(jìn)作用。

圖1 不同持續(xù)干旱脅迫對南方紅豆杉生理活性的影響Fig.1 Effects of different persistent drought stresses on physiological activity of T.chinensis var.mairei

2.2 不同干旱脅迫對南方紅豆杉丙二醛含量的影響

圖1結(jié)果所示，隨脅迫天數(shù)的增加3組葉片中丙二醛（MDA）含量均呈上升趨勢，脅迫至21 d到達(dá)峰值，隨后趨于平緩，且處理T1、T2南方紅豆杉葉片中MDA含量上升趨勢相比T3較為平緩，處理至21 d，T1、T2、T3組南方紅豆杉葉片中MDA含量均達(dá)到最高含量水平，此時(shí)T3處理的MDA含量最高，且顯著高于T2和T1處理（P＜0.05），相比CK高出145.2%；其次為T2，比CK高出48.9%；而脅迫較輕的T1處理MDA含量最低，比CK高出39.1%。綜合來看，3個(gè)不同脅迫程度的MDA含量均顯著高于CK（P＜0.05），且葉片MDA含量與脅迫梯度以及脅迫時(shí)間呈正相關(guān)。

2.3 不同干旱脅迫對南方紅豆杉SOD活性的影響

南方紅豆杉受到干旱脅迫后，其葉片中的保護(hù)酶活性均發(fā)生不同程度的變化。隨著處理時(shí)間的增加，酶活性整體呈上升趨勢，其中0～7 d各處理SOD活性變化較為平緩，脅迫至第14 d，此時(shí)3個(gè)處理的SOD活性顯著增加且高于CK（P＜0.05），此時(shí)T3處理的SOD達(dá)到最高活性水平，隨后T2和T1分別在21 d和28 d達(dá)到峰值，且T3的峰值顯著高于T2和T1處理（P＜0.05），T1處理SOD活性上升較為緩慢。T3處理在脅迫14 d后，呈現(xiàn)下降趨勢，脅迫至28 d，T3處理的SOD活性顯著低于CK（P＜0.05），此時(shí)T2處理最高，其次為T1。綜合來看，T3處理的SOD活性上升最快，且峰值來臨時(shí)間最早，其次為T2以及T1處理，且峰值過后葉片SOD活性持續(xù)高于對照組，說明T3受干旱脅迫的影響較大，且干旱脅迫對脅迫中前期的SOD活性呈正相關(guān)。

2.4 不同干旱脅迫對南方紅豆杉可溶性蛋白的影響

由圖1可知，南方紅豆杉受到干旱脅迫后，其葉片中的可溶性蛋白含量均發(fā)生不同程度的變化?？扇苄缘鞍追逯邓斤@著高于同時(shí)期CK（P＜0.05），總體呈現(xiàn)先升后降的波動(dòng)趨勢，其中0～7 d各處理可溶性蛋白含量變化較為平緩，脅迫至第14 d，此時(shí)3個(gè)處理的可溶性蛋白含量顯著增加且高于CK（P＜0.05），T3處理可溶性蛋白含量達(dá)到最高水平；隨后T2和T1可溶性蛋白的含量分別在21 d和28 d達(dá)到最高水平，且T3的峰值含量顯著高于T2和T1處理（P＜0.05），T3處理在脅迫14d達(dá)到最高水平后，呈現(xiàn)下降趨勢，脅迫至28 d，T3處理的可溶性蛋白含量顯著低于CK處理（P＜0.05），T2在脅迫21 d達(dá)到最高水平后，呈現(xiàn)下降趨勢，T1在0～21 d期間可溶性蛋白變化較為平緩，脅迫至28 d可溶性蛋白含量到達(dá)最高水平。綜合來看，短期干旱可以使南方紅豆杉葉片的可溶性蛋白含量上升，與脅迫處理程度呈正向促進(jìn)作用，并且與葉片SOD活性呈協(xié)同變化趨勢。

2.5 外源亞精胺復(fù)水對南方紅豆杉生理活性的影響

由圖1可知，重度脅迫T3處理在第28 d時(shí)，葉綠素總含量、SOD活性和可溶性蛋白含量均低于正常組CK，可能達(dá)到生理閾值，不能作為復(fù)水最佳選擇。為使復(fù)水效果更為顯著，對中度脅迫T2處理進(jìn)行亞精胺復(fù)水，生理活性變化如圖2所示。在干旱復(fù)水后，4個(gè)不同處理葉綠素總含量水平均不同程度地高于復(fù)水前，且N2處理的南方紅豆杉葉片葉綠素總含量最高，為EGCK的140.5 %，與復(fù)水前以及EGCK呈顯著差異（P＜0.05），其中N3處理葉綠素總含量僅次于N2處理，且噴施亞精胺處理均高于EGCK處理。復(fù)水后4個(gè)處理的MDA含量均有不同程度下降，且組間差異顯著（P＜0.05），其中N2處理的南方紅豆杉葉片MDA含量最低，相比EGCK降幅最大，為EGCK的31.6%，且N3處理MDA含量降幅僅次于N2處理。復(fù)水后3個(gè)亞精胺處理的SOD活性均有不同程度上升，且組間差異顯著（P＜0.05），其中N2處理的南方紅豆杉葉片SOD活性最高，相比EGCK上升程度最大，為EGCK的23.4 %，且N3處理SOD活性升高程度僅次于N2處理。復(fù)水后4個(gè)處理的可溶性蛋白含量均有不同程度升高，且組間差異顯著（P＜0.05），其中N2處理的南方紅豆杉葉片可溶性蛋白含量最高，相比EGCK上升程度最大，為EGCK的34.5 %，且N3處理可溶性蛋白含量升高程度僅次于N2處理。綜合來看，噴施3種濃度的亞精胺相比單一復(fù)水處理均有較強(qiáng)的促進(jìn)作用，其中N2處理組對南方紅豆杉的生理活性影響最大，N3處理的復(fù)水促進(jìn)作用僅次于N2處理，其次為N1處理。

圖2 不同濃度外源亞精胺復(fù)水對南方紅豆杉生理活性的影響Fig.2 Effects of different concentrations of exogenous spermidine rehydration on physiological activity of T.chinensis var.mairei

3 討論

干旱脅迫是植物在生長過程中遭受到主要的非生物脅迫，可導(dǎo)致植物生理代謝活動(dòng)雙向波動(dòng)，且適度的干旱脅迫也可促進(jìn)植物的生長量[15,16]。其中葉綠素在植物光能吸收和轉(zhuǎn)化中起重要作用，當(dāng)環(huán)境發(fā)生劇烈變化時(shí)，植物可以通過光合色素的動(dòng)態(tài)變化來保證正常的光合作用，葉綠素總含量是直接反映其受逆境脅迫程度的重要指標(biāo)之一[17]。本研究表明，相比對照組不同持續(xù)干旱脅迫均顯著升高了葉綠素總含量（P＜0.05），葉綠素含量首次出現(xiàn)高峰表明，南方紅豆杉幼苗在短時(shí)間和低強(qiáng)度干旱脅迫下，會(huì)首先發(fā)生應(yīng)激反應(yīng)，提高葉片的葉綠素總含量，以適應(yīng)干旱脅迫引起的植物代謝產(chǎn)物急劇下降，干旱脅迫下植物葉綠素總含量變化代表植物光合能力和對水分脅迫的敏感度[18]。脅迫至21 d，葉片中的葉綠素含量經(jīng)歷了短暫的下降，達(dá)到了第2個(gè)峰值，推測此時(shí)隨著干旱時(shí)間持續(xù)增加，土壤干旱脅迫程度不斷加深，南方紅豆杉幼苗開始適應(yīng)脅迫環(huán)境，從而產(chǎn)生了相應(yīng)的生理反應(yīng)，這與張玉玉等[19]研究結(jié)果相似。持續(xù)脅迫至后期，重度脅迫的葉綠素總含量驟然下降且低于對照，推測此時(shí)植物生理調(diào)節(jié)能力可能已達(dá)極限，造成不可逆失活，這與阮凌暄等[20]研究結(jié)果一致。本試驗(yàn)中適度干旱使葉綠素含量升高，葉綠素又是植物光合作用的重要因素，因此適度的干旱脅迫能夠提高南方紅豆杉的光合能力，增加植株的生物量[21]。

丙二醛是機(jī)體內(nèi)脂質(zhì)過氧化的最終產(chǎn)物之一，其含量高低可一定程度地反映植物受氧化傷害的程度[22,23]。本研究表明，3種不同持續(xù)干旱脅迫相比對照顯著增加了丙二醛含量，且隨脅迫梯度的增加，MDA含量的累積呈較高水平，其中持續(xù)重度脅迫處理的葉片MDA含量顯著高于其他2組處理，說明持續(xù)重度脅迫對南方紅豆杉的損傷最大，且隨脅迫梯度的增加，MDA含量的累積呈較高水平。

植物對逆境脅迫的生理反應(yīng)是以酶的催化活動(dòng)實(shí)現(xiàn)的，SOD的活性水平已被證實(shí)與機(jī)體自身的抗性密切相關(guān)，是植物細(xì)胞內(nèi)抵御活性氧（ROS）傷害的主要保護(hù)性酶類，對清除和阻止ROS的產(chǎn)生起到重要作用[24,25]。本研究結(jié)果顯示，與CK相比3種不同持續(xù)干旱脅迫處理顯著提高了SOD活性，且脅迫越嚴(yán)重越為顯著。干旱脅迫越嚴(yán)重，酶活性峰值到來越早，持續(xù)脅迫至后期，重度脅迫條件下酶活性達(dá)到峰值過后呈下降趨勢，推測在低強(qiáng)度和短時(shí)間干旱脅迫情況下，能誘導(dǎo)南方紅豆杉葉片保護(hù)酶活性提高，并能清除部分活性氧，從而減輕干旱對植物機(jī)體的損害[26]。但持續(xù)的重度干旱脅迫打破了植物細(xì)胞自由基產(chǎn)生和清除的動(dòng)態(tài)平衡，進(jìn)而出現(xiàn)活性氧過量累積，加劇膜脂過氧化而造成整體膜的損傷，導(dǎo)致植物死亡[27]。由于在短期的干旱脅迫中，SOD活性水平與干旱脅迫呈正相關(guān)，因此適度干旱脅迫鍛煉，也可以增加南方紅豆杉的抗逆性，使植物在逆境環(huán)境中性狀更為穩(wěn)定。

可溶性蛋白的含量是植物組織里重要的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)和營養(yǎng)物質(zhì)，亦是植物抗旱能力的重要指標(biāo)之一[28]。在干旱條件下，細(xì)胞會(huì)通過積累滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)來維持膨壓，以保持植物正常生理活動(dòng)，植物細(xì)胞缺水會(huì)促使植物主動(dòng)累積可溶性蛋白等滲透物質(zhì)，以降低細(xì)胞滲透勢，增加細(xì)胞持水量[29]。本研究結(jié)果顯示，南方紅豆杉葉片可溶性蛋白含量總體呈先升后降的趨勢，干旱脅迫越嚴(yán)重，可溶性蛋白含量峰值到來越早，此時(shí)可溶性蛋白含量越高。南方紅豆杉為適應(yīng)一定范圍內(nèi)的干旱脅迫，短時(shí)間內(nèi)依靠合成更多的可溶性蛋白來調(diào)節(jié)自身的滲透勢，這與徐瀾等[30]研究結(jié)果一致。但植物依靠合成滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)蛋白質(zhì)等來適應(yīng)脅迫的能力是有限的，隨著脅迫程度的增加，滲透調(diào)節(jié)系統(tǒng)逐漸紊亂，組織中的可溶性蛋白質(zhì)含量也隨之降低[31]。并且在干旱脅迫過程中，可溶性蛋白與SOD活性變化趨勢呈現(xiàn)協(xié)同性，因此適度干旱鍛煉，可溶性蛋白的含量對南方紅豆杉抗旱性具有重要意義。

為探究南方紅豆杉有效緩解干旱脅迫的方法，本研究對南方紅豆杉持續(xù)干旱脅迫后進(jìn)行亞精胺復(fù)水試驗(yàn)。結(jié)果顯示，噴施外源亞精胺處理相比單一復(fù)水處理均有較強(qiáng)的促進(jìn)作用，其顯著提高了葉綠素含量、SOD活性以及可溶性蛋白，顯著降低了MDA含量，有效提高了干旱脅迫下南方紅豆杉的光合能力，加速了活性氧的清除，增加了南方紅豆杉的滲透調(diào)節(jié)能力，緩解了因長期干旱脅迫而膜脂過氧化造成的損傷，這與孫天國等[12]研究結(jié)果一致。通過對比不同濃度的外源亞精胺復(fù)水，結(jié)果顯示，1.0 mmol/L的外源亞精胺復(fù)水處理效果最為顯著，相比0.5 mmol/L以及1.5 mmol/L，噴施1.0 mmol/L的外源亞精胺復(fù)水處理對南方紅豆杉的干旱恢復(fù)作用最強(qiáng)。在實(shí)際生產(chǎn)中，對南方紅豆杉干旱林區(qū)適當(dāng)噴施1.0 mmol/L的外源亞精胺，也具有一定的緩解作用。本試驗(yàn)僅對幼苗期南方紅豆杉葉片干旱脅迫以及外源亞精胺復(fù)水第3 d的生理活性變化進(jìn)行了分析，只觀測短期變化，對南方紅豆杉生長發(fā)育的影響需長期觀察繼續(xù)研究。另外，外源亞精胺提高植物抗旱能力途徑有很多種，如增強(qiáng)干旱信號的傳導(dǎo)，提高南方紅豆杉某些保護(hù)酶（主要是POD）的活性，直接參與氧自由基的清除，以及增強(qiáng)南方紅豆杉的滲透調(diào)節(jié)能力等，這些途徑之間的關(guān)聯(lián)還尚未完全清楚，外源亞精胺對干旱脅迫更深層次的抗旱機(jī)理與作用途徑還有待進(jìn)一步研究。

4 結(jié)論

通過對幼苗期南方紅豆杉持續(xù)干旱脅迫表明，前期的干旱處理對南方紅豆杉起正向積極作用，干旱脅迫可顯著提高南方紅豆杉葉片的葉綠素總含量、MDA含量、SOD活性以及可溶性蛋白含量，并呈現(xiàn)不同的波動(dòng)變化，特別是重度干旱脅迫下，其各項(xiàng)數(shù)值的變化幅度更大，且SOD活性、可溶性蛋白含量的峰值來臨時(shí)間最早。其中對幼苗期南方紅豆杉復(fù)水+1 mmol/L外源亞精胺的組合，能有效緩解干旱脅迫帶來的損傷，并提高幼苗期南方紅豆杉對干旱脅迫的恢復(fù)能力。由于適度的干旱脅迫導(dǎo)致生理代謝活動(dòng)雙向波動(dòng)，從而促進(jìn)植物的生長量，因此在干旱缺水地區(qū)，把干旱脅迫鍛煉和噴施亞精胺結(jié)合，不僅可以降低植株耗水量、節(jié)約灌溉用水、維持作物生長和養(yǎng)分吸收，還可以提高葉片和植株水平的水分利用效率，增強(qiáng)植株的抗逆性。