干旱脅迫對(duì)粉葛幼苗生長(zhǎng)及生理特性的影響

高昆 石義妃

摘要：以粉葛為材料，分別用5%、10%、15%、20%、30%等5個(gè)不同濃度的PEG-6000來模擬干旱脅迫，研究其耐旱性，為粉葛在干旱區(qū)的種植提供依據(jù)。結(jié)果表明，隨著PEG-6000濃度的增加，粉葛幼苗形態(tài)有明顯變化，葉面積總體呈下降趨勢(shì)，濃度越高，葉片下垂、皺縮越嚴(yán)重，有的甚至脫落，植株死亡，說明高濃度會(huì)顯著抑制粉葛生長(zhǎng)。粉葛幼苗葉片中的葉綠素、MDA、可溶性糖、可溶性蛋白含量及相對(duì)電導(dǎo)率均隨PEG-6000濃度的升高呈現(xiàn)持續(xù)上升的趨勢(shì)。

關(guān)鍵詞：粉葛;PEG-6000;葉綠素;MDA;可溶性糖;可溶性蛋白;相對(duì)電導(dǎo)率;干旱脅迫

中圖分類號(hào)：S567.23+9.01文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

文章編號(hào)：1002-1302（2021）08-0153-05

收稿日期：2020-07-26

基金項(xiàng)目：山西省大同市科技項(xiàng)目（編號(hào)：2018174）。

作者簡(jiǎn)介：高 昆（1970—），女，山西大同人，碩士，副教授，研究方向?yàn)樗幱弥参锷砩鷳B(tài)學(xué)。E-mail：gaokunnew@aliyun.com。

大量研究表明，在當(dāng)今氣候變化中，由缺水造成的干旱脅迫所導(dǎo)致的農(nóng)作物減產(chǎn)十分嚴(yán)重[1]。而我國(guó)大約1/3的陸地面積是干旱和半干旱的[2]，且在世界范圍內(nèi)，干旱區(qū)域的范圍有逐年擴(kuò)大的趨勢(shì)[3]。開發(fā)抗旱品種、提高旱地的利用率是目前解決我國(guó)土地資源緊缺的重要途徑，作為旱糧作物資源的葛屬植物具有較大的開發(fā)潛力。

葛[Pueraria lobata （Willd.） Ohwi]屬于豆科（Leguminosae）葛屬（Pueraria）多年生藤本植物，葉互生，菱狀卵圓形，塊根，紫色莢果，全株披黃褐色粗毛[4]。葛生長(zhǎng)于荒坡、沙地、陡壁，分布廣泛，適應(yīng)力強(qiáng)，耐熱、耐旱、耐貧瘠[5]。葛根系發(fā)達(dá)，且密生根瘤菌，能保持水土，改良土壤。葛被國(guó)家衛(wèi)生部認(rèn)定為藥食同源性植物，素有“亞洲人參”之稱[5]，葛的根、莖、葉、花等部位含有豐富的營(yíng)養(yǎng)成分，如蛋白質(zhì)、脂肪、粗纖維、各種礦質(zhì)元素和維生素，粗加工食品如葛根口香糖、炸葛根片和深加工食品如菜肴佐料、葛根淀粉等[6]，是深受人們喜愛的天然綠色食品。葛的塊根肥厚，入藥后為葛根，葛根來源主要有野葛和粉葛[7]。葛根有很重要的藥用價(jià)值，其中的異黃酮類物質(zhì)對(duì)預(yù)防和治療偏頭痛、高血壓、冠心病、糖尿病、癌癥等有特殊功效[8-9]，在抗衰老、抗氧化、增強(qiáng)免疫力等方面效果十分明顯[8]。葛根素是葛根的特有成分，對(duì)心腦血管疾病有很好的防治作用[10]，同時(shí)葛根素及其衍生物在抗炎、抗痛風(fēng)方面也有很好的效果[11]。葛還是良好的飼用植物，對(duì)多數(shù)牲畜都具有適口性[4]。

我國(guó)擁有豐富的葛屬植物種質(zhì)資源，其中粉葛[Pueraria lobata （Willd.） Ohwi var. thomsonii （Benth.） Vaniot der Maesen]的開發(fā)應(yīng)用較廣，是我國(guó)葛粉和中藥材的主要來源[6]。近年來，國(guó)內(nèi)外對(duì)葛屬植物的營(yíng)養(yǎng)成分和食品開發(fā)研究較多，而且其藥用價(jià)值也受到廣泛關(guān)注，特別是2020年在新冠肺炎早期治療中，葛根湯顆粒發(fā)揮了非常重要的作用。目前，對(duì)粉葛的研究多集中在其有效成分如總黃酮、多糖的分析上，如黃再?gòu)?qiáng)等的研究[12]以及王婷等對(duì)粉葛栽培技術(shù)的研究[9]。但針對(duì)該植物的抗旱特性研究甚少，本試驗(yàn)以粉葛作為材料，研究干旱脅迫對(duì)葛的形態(tài)、生理生化特性的影響，了解葛的抗旱性，可為干旱地區(qū)種植粉葛提供理論依據(jù)，推動(dòng)葛植物種植成為干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)的新型產(chǎn)業(yè)和農(nóng)民脫貧的重要產(chǎn)業(yè)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

帶有根、芽的粉葛幼苗購(gòu)自廣西藤縣綠洲農(nóng)業(yè)發(fā)展有限公司。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 材料預(yù)處理

于2020年4月中旬將購(gòu)買的粉葛幼苗集中水培處理。1周后選擇長(zhǎng)勢(shì)良好、粗細(xì)、高低基本一致的粉葛扦插苗移栽到組培瓶中，每瓶2株，共18瓶。

1.2.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

用PEG-6000來模擬干旱脅迫，試驗(yàn)共設(shè)有5個(gè)處理濃度（以質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì)），分別為5%、10%、15%、20%、30%，上述不同濃度組依次用T1、T2、T3、T4、T5來表示。以蒸餾水為對(duì)照（CK），將配制好的溶液分別加入已準(zhǔn)備好的組培瓶中，每瓶100 mL，對(duì)照組加入100 mL蒸餾水，共6組，每組3個(gè)重復(fù)。

1.3 指標(biāo)測(cè)定

1.3.1 生長(zhǎng)指標(biāo)測(cè)定 （1）植株形態(tài)特征及耐旱等級(jí)。對(duì)各組每3 d測(cè)1次形態(tài)指標(biāo)，其中耐旱等級(jí)及標(biāo)準(zhǔn)見表1。

（2）葉面積測(cè)定。對(duì)每組初期長(zhǎng)勢(shì)相同的幼齡期葉片每3 d測(cè)定1次長(zhǎng)與寬;長(zhǎng)為葉基部到葉尖的長(zhǎng)度，寬為葉長(zhǎng)一半位置的寬度，葉面積為長(zhǎng)度乘以寬度。

1.3.2 生理指標(biāo)測(cè)定

可溶性糖、丙二醛含量采用TBA法[13]測(cè)定;可溶性蛋白含量采用考馬斯亮藍(lán)法[14]測(cè)定;相對(duì)電導(dǎo)率的測(cè)定參照徐新娟的方法[15]。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用SPSS和Excel軟件對(duì)測(cè)定得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同濃度PEG-6000處理粉葛幼苗形態(tài)變化

由表2可知，不同濃度PEG-6000處理后，粉葛幼苗的葉面積總體呈下降趨勢(shì)，變化范圍為 8.73～4.89 cm2。經(jīng)過T1處理后，葉面積比CK增加1.3%;經(jīng)T2、T3、T4、T5處理后，比CK依次減少30.3%、34.7%、42.9%、43.3%，說明粉葛在低濃度PEG-6000下有一定的抗旱性。此外，CK和T1、T4處理和T5處理之間均未出現(xiàn)顯著性差異（P>0.05），但是T4、T5這2個(gè)組與T1處理、CK相比則存在顯著性差異（P<0.05），說明高濃度PEG-6000處理對(duì)粉葛幼苗葉面積造成的影響較大。

同時(shí)，隨著時(shí)間延長(zhǎng)，不同處理的葉面積也發(fā)生相應(yīng)變化（圖1），除了CK和T1處理的葉面積隨時(shí)間呈升高趨勢(shì)外，其余處理均下降，且T5處理的葉面積下降最快，變化幅度也最大，范圍為9.68～4.89 cm2，干旱脅迫后5 d比干旱脅迫后1 d少50%。此外，干旱脅迫后3、4、5 d均與干旱脅迫后 1 d 差異顯著（P<0.05），可見高濃度的PEG-6000對(duì)粉葛幼苗葉面積影響較大。

2.2 不同濃度處理后粉葛幼苗生理生化指標(biāo)

2.2.1 葉綠素含量

本試驗(yàn)葉綠素的相對(duì)含量用SPAD（soil and plant analyzer development）值來表示。由圖2可知，經(jīng)不同濃度的PEG-6000脅迫處理后，粉葛幼苗SPAD值總體呈現(xiàn)升高的趨勢(shì)。其中第5天，CK、T1～T5各處理SPAD值分別為39.12、42.21、45.32、50.21、51.12、64.13，T1～T5分別比CK增加7.9%、15.9%、28.4%、30.9%和63.9%。T1、T2這2個(gè)處理與CK間無顯著差異（P>0.05），T3、T4和T5與CK間相比差異顯著（P<0.05），說明低、中濃度PEG-6000處理下，粉葛幼苗葉片葉綠素含量變化較小，但高濃度會(huì)引起其大幅上升。同時(shí)將后3組進(jìn)行比較發(fā)現(xiàn)，T5與T3、T4間差異顯著（P<0.05），其中T5處理的SPAD值比T3處理高28%、比T4處理高25.3%，說明高濃度PEG-6000處理對(duì)粉葛幼苗葉綠素含量影響顯著。

此外，根據(jù)表3可知，引起粉葛幼苗SPAD值變化的濃度與時(shí)間之間存在互作的關(guān)系，濃度和時(shí)間的作用效果均顯著。隨著濃度和時(shí)間的增加，葉綠素含量總體呈現(xiàn)持續(xù)上升趨勢(shì)。且在干旱脅迫后 5 d、PEG-6000濃度為30%時(shí)粉葛幼苗葉綠素含量達(dá)到最大，在此條件下對(duì)粉葛幼苗葉綠素含量的影響最為顯著。

2.2.2 可溶性糖含量

如圖3所示，在經(jīng)過不同濃度的PEG-6000處理后，粉葛幼苗葉片可溶性糖含量總體呈上升趨勢(shì)，其變化的具體范圍為2.71～11.3 μmol/g，T1～T5處理分別是CK的1.64、2.15、3.03、3.38、4.17倍，CK與T1處理差異不顯著（P>0.05），而與其他脅迫處理差異顯著（P<0.05）。由此可見，低濃度（5%）的PEG-6000處理之后，粉葛幼苗可溶性糖含量較低，但是中、高濃度下其含量明顯增加。

同時(shí)通過各處理相互比較可知，T1和T2、T2和T3、T3和T4、T4和T5之間均差異不顯著（P>0.05），但是T1和T2與T3、T4、T5這3個(gè)處理以及T3與T5間基本存在顯著差異（P<0.05），可見高濃度的PEG-6000與低、中濃度處理相比可以顯著增加粉葛幼苗可溶性糖含量。

2.2.3 可溶性蛋白含量

通過圖4可知，在不同濃度PEG-6000處理下，粉葛幼苗葉片中可溶性蛋白含量呈現(xiàn)出持續(xù)上升的趨勢(shì)。其中，CK和T1～T5處理脅迫結(jié)束之后，可溶性蛋白含量為4.26、16.93、24.44、32.97、42.32、47.75 mg/g，T1～T5處理分別為對(duì)照的3.97、5.74、7.74、9.93、11.21倍，且T1、T2、T3、T4、T5與CK間均存在著顯著差異（P<0.05）。說明無論低、中、高濃度PEG-6000處理都對(duì)粉葛幼苗可溶性蛋白含量有顯著影響。同時(shí)，除與CK比較外，其他各濃度間均存在極顯著差異（P<0.01），說明5%的濃度梯度所引起的可溶性蛋白含量的變化幅度是較大的。

2.2.4 MDA含量

通過圖5可知，在從低濃度到高濃度的PEG-6000處理之后，粉葛幼苗MDA含量表現(xiàn)出明顯的上升趨勢(shì)，T1～T5依次比CK增加0.10、0.19、0.48、0.67、1.08倍。T1、T2、T3、T4、T5與CK間均存在極顯著差異（P<0.01），此外，除了CK外，T1～T5各處理間也均存在極顯著差異（P<0.01），說明不僅PEG-6000的脅迫對(duì)粉葛幼苗葉片的MDA含量有著非常大的影響，而且5%濃度梯度對(duì)該指標(biāo)的影響也極顯著。

2.2.5 相對(duì)電導(dǎo)率

通過圖6可知，由CK、T1、T2、T3、T4、T5處理之后，粉葛幼苗相對(duì)電導(dǎo)率也明顯上升。CK為最低值（55%），T5處理為最高值（79%）。各處理與對(duì)照間的相對(duì)電導(dǎo)率均存在極顯著差異（P<0.01），可見5%、10%、15%、20%、30%不同濃度處理均可使粉葛幼苗葉片的相對(duì)電導(dǎo)率大幅上升。

同時(shí)，除CK外，5個(gè)不同濃度處理間相互比較，除了T2和T3處理間差異顯著（P<0.05）外，其余各處理間均呈現(xiàn)出極顯著差異（P<0.01），總體來說所設(shè)置的5%濃度梯度對(duì)于粉葛的膜透性影響很大，可顯著提高相對(duì)電導(dǎo)率。

3 討論與結(jié)論

3.1 PEG-6000脅迫處理后植株形態(tài)變化情況

本研究表明，經(jīng)由濃度為5%、10%、15%、20%、30%的PEG-6000處理之后，粉葛的幼苗形態(tài)發(fā)生了比較明顯的變化，葉面積總體呈下降趨勢(shì)，特別是經(jīng)高濃度處理后，葉片下垂、皺縮十分嚴(yán)重，說明高濃度會(huì)顯著抑制粉葛生長(zhǎng)。同時(shí)，低濃度（5%）PEG-6000處理后與對(duì)照相比可以促進(jìn)粉葛葉面積的增長(zhǎng)，說明粉葛有一定的耐旱性。

3.2 生理指標(biāo)變化

本試驗(yàn)結(jié)果表明，不同濃度的PEG-6000脅迫處理之后，粉葛幼苗葉片中的葉綠素含量持續(xù)升高。其具體原因可能為在逆境下粉葛會(huì)產(chǎn)生很多的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)如脯氨酸等，它們是光合作用的直接產(chǎn)物或間接產(chǎn)物[16]，故在PEG-6000脅迫后，為保證這些物質(zhì)的產(chǎn)生，需要使植株維持正常的光合作用，這要求其本身合成大量的葉綠素。此外，隨著單位葉面積的縮小，單位面積葉綠素增多。在經(jīng)過不同濃度的PEG-6000處理之后，可作為滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的可溶性糖含量增加，因?yàn)樗粌H具有防止粉葛幼苗細(xì)胞失水的功能，還可以保護(hù)細(xì)胞器，通過該指標(biāo)的升高，可為根系提供滲透機(jī)制，以便于水分進(jìn)入根系，維持正常的生長(zhǎng)發(fā)育[16]。再者逆境下可溶性蛋白質(zhì)含量也呈上升趨勢(shì)，因?yàn)槠淇梢詭椭仓晔`住較多的水分，以此適應(yīng)外界缺水的環(huán)境，也進(jìn)一步提高幼苗自身的抗旱能力。

同時(shí)，MDA為膜脂過氧化直接產(chǎn)物，它的含量可以表明植物的受害程度，同時(shí)也可以反映植物的抗性[17]。在不同濃度的PEG-6000脅迫處理后，粉葛幼苗中MDA含量呈顯著上升趨勢(shì)，這說明在高濃度下，粉葛體內(nèi)活性氧的積累超出SOD的清除能力，該酶活性下降，所引起的是MDA的大量升高，受到的傷害較大。相對(duì)電導(dǎo)率也是反映粉葛細(xì)胞膜透性的一種指標(biāo)，在逆境條件下，細(xì)胞膜遭破壞，透性增大，故可以通過此指標(biāo)也進(jìn)一步反映植株的抗旱能力。在本研究中，相對(duì)電導(dǎo)率均呈上升趨勢(shì)，可見在高濃度PEG-6000處理下，膜系統(tǒng)遭到的破壞很嚴(yán)重。

本研究結(jié)果表明，用不同濃度PEG-6000處理粉葛幼苗后，植株表現(xiàn)出不同耐受性，可抵御低濃度（5%）脅迫，但經(jīng)20%、30% PEG-6000處理后，內(nèi)外在指標(biāo)植株形態(tài)、MDA含量、相對(duì)電導(dǎo)率和可溶性蛋白含量等變化幅度較大，植株趨近死亡?？梢?，粉葛的耐受范圍是有限的，高濃度的PEG-6000處理會(huì)影響粉葛的生長(zhǎng)發(fā)育和生理特性。此外，本試驗(yàn)所設(shè)置的5%的濃度梯度對(duì)上述指標(biāo)影響顯著，故在之后的研究中可相應(yīng)縮小濃度梯度和濃度范圍，這樣可以更加精確地研究粉葛的耐旱程度。

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