阿拉伯婆婆纳和白三叶对干旱胁迫的生理响应及抗旱性比较

黄萍，张新俊，朱彬彬，陈云

(1.河南农业职业学院，河南 中牟 451450；2.河南农业大学生命科学学院，河南 郑州 450002)

开发野生资源，寻找价廉物美的草坪草种，实现草坪草种的国产化是目前草坪业面临的一项重要课题.野生植物阿拉伯婆婆纳(VeronicapersicaPoir.)为玄参科婆婆纳属的一年生或越年生草本植物，广泛分布于我国华北、西北、中南、西南等地区，水平生长速度快，自然衍生能力强，天然低矮匍匐且成片生长，具有草坪草的诸多性状，它不仅越冬性强，而且返青明显早于常见的冷季型草坪植物红花酢浆草、白三叶和早熟禾.阿拉伯婆婆纳早春2月零星开花，3月初即为盛花期，绿期、花期优势均非常明显，而且花色为梦幻而清新的蓝色，具有较高的观赏价值和较强的花色优势，是一种极具发展潜力的观赏型冷季型草坪草资源.如果将其作为草坪草进行引种栽培，除植物学性状优良外，抗逆性，尤其是抗旱性是否良好是一个必须考虑的重要因素.目前阿拉伯婆婆纳的研究主要集中在将其视为农田杂草而进行防除方面[1-4]，关于将其转化为可利用资源方面，只有杨文权等[5]对其坪用性状，张庆良等[6]对其园林应用性状进行了初步研究，而关于其抗旱性的研究还未见报道.

白三叶(Trifoliumrepens)为豆科三叶草属多年生冷季型草坪草，具有较强的抗旱、抗寒、耐盐碱等特点[7]，是温带半干旱地区草坪建植的主要草种.因野生白三叶和阿拉伯婆婆纳具有相似的生活型和物候期，且已在半干旱地区成功引种栽培并大面积推广，故选其作为对比材料，比较两种植物在土壤水分胁迫条件下生理生化反应及形态表现的差异，以揭示阿拉伯婆婆纳对干旱胁迫的适应能力和适应机制，为其开发利用提供科学参考.

1 材料与方法

1.1 试验材料与胁迫处理

试验材料为阿拉伯婆婆纳和野生白三叶移栽实生苗.盆栽用土为园土与营养土按1∶1比例混合，混合后土壤有机质含量14.89%，速效氮含量98.06 mg/kg,速效磷含量52.96 mg/kg，速效钾含量674.55 mg/kg.选择生长比较一致的植株进行移栽，每盆5株，每种植物12盆，自然温度、湿度及光照条件下培养1个月，生长状况稳定后进行水分胁迫处理.水分胁迫采用自然干旱法，以持续干旱时间来控制试验梯度，共设4个梯度，每梯度3个重复.先全部浇一次透水，然后处理组不浇水，使其自然干旱，对照组正常浇水.处理组停水18 d后，下部老叶开始发黄，测得此时土壤含水量为19.46%.参照潘昕等[8]的标准，此时已达重度干旱胁迫，取第1次样，然后于停水21 d时、停水24 d分别取第2、第3次样.每次取样均在同一时间，选取植株中部大小相近、健康无损的功能叶片.处理组最后一次取完样后立即复水，并于复水3 d后，生长状况良好时取样[9].每次取样装入自封袋标记编号，再用锡纸包裹，放入液氮罐迅速冷冻，带回实验室后转至-80 ℃冰箱保存备用.

1.2 测定指标及方法

1.2.1 外部形态观测 取样前观测2种植物停水后萎蔫情况及每株绿黄叶数量，计算萎蔫率及绿黄叶比，萎蔫率为萎蔫叶片数与全株叶片数的百分比，绿黄叶比为每株绿叶数与黄叶数比值；复水后观察植株恢复情况，计算恢复率，恢复率为正常叶片数与全株叶片数的百分比.

1.2.2 生理指标的测定 测定的生理指标包括叶片的SOD活性、游离脯氨酸(Pro)含量以及丙二醛(MDA)含量.SOD活性采用氮蓝四唑(NBT)光化还原法测定，以抑制NBT光化还原50%为一个酶活单位.Pro含量采用茚三酮溶液显色法测定，MDA含量用硫代巴比妥酸(TBA)反应法测定[10].每个指标重复测定3次，取其平均值.土壤含水量的测定采用烘干称质量法.

1.3 数据处理与分析

试验数据利用SPSS软件进行统计分析，Excel 2007制作图表，用单因素方差分析和多重比较(Duncan新复极差法)对同一植物不同处理以及同一处理不同植物间生理指标的差异进行显著性检验.

2 结果与分析

2.1 干旱胁迫下两种植物外部形态的变化

停水18 d 时，两种植物均无萎蔫现象，但下部老叶开始发黄，白三叶尤为明显，其绿黄叶比显著低于阿拉伯婆婆纳(P<0.05)；停水21 d 时，两种植物均开始出现轻度萎蔫，小部分叶片卷曲，黄叶增多，白三叶绿黄叶比低于阿拉伯婆婆纳，萎蔫率高于阿拉伯婆婆纳，但差异不显著；停水24 d 时，2种植物均出现重度萎蔫，表现为大部分枝条变软下垂，叶片卷曲，白三叶萎蔫率高于阿拉伯婆婆纳，绿黄叶比显著低于阿拉伯婆婆纳(P<0.05)；复水3 d 后两种植物萎蔫现象均消失，叶片恢复率相近(表1).

表1 阿拉伯婆婆纳和白三叶干旱胁迫下及复水后的叶片形态变化

同列标有不同字母者表示差异显著(P<0.05).

The different small letters of each column indicate the significant difference(P<0.05).

2.2 干旱胁迫下两种植物SOD活性的变化

从图1可以看出，无论在停水胁迫处理还是在复水之后，阿拉伯婆婆纳SOD活性一直维持在高于白三叶的水平.随着胁迫时间延长，阿拉伯婆婆纳SOD活性表现为先升后降的变化趋势，整体变化幅度较小，各处理间差异不显著；而白三叶SOD活性一直呈下降趋势，在停水24 d时急剧下降，与其他处理间差异显著(P<0.05)，与阿拉伯婆婆纳间的差异也达显著水平(P<0.05).说明随着干旱程度加深，白三叶细胞SOD已遭到破坏，致使其活性大幅下降.复水3 d后，两种植物SOD活性均能恢复到正常水平附近，但白三叶表现为大幅上升.概括来说，在干旱胁迫下，相对白三叶而言，阿拉伯婆婆纳SOD活性变幅较小且能够维持在较高水平.

同一植物不同小写字母表示不同处理间的差异显著(P<0.05)；*表示同一处理两种植物间差异显著，未标者表示差异不显著.

2.3 干旱胁迫下两种植物脯氨酸含量的变化

干旱胁迫下两种植物叶片中脯氨酸含量变化趋势不太一致(图2).在停水18 d 后，阿拉伯婆婆纳脯氨酸含量急剧上升，增幅为25.6%，与正常值间差异显著(P<0.05)，与白三叶间差异也达显著水平(P<0.05)，停水21、24 d 时继续微幅上升；白三叶在停水18 d后，脯氨酸含量不升反降，在停水21 d时才开始上升，比正常值增加16.6%，停水24 d时继续上升，停水处理期间脯氨酸含量始终低于阿拉伯婆婆纳.复水3 d 后，阿拉伯婆婆纳脯氨酸含量显著下降(P<0.05)，恢复到正常水平，白三叶脯氨酸含量也快速下降，但差异不显著，仍高出正常值7.7%.以上结果说明，遭受水分胁迫时，阿拉伯婆婆纳通过自身调节增加脯氨酸积累的能力更强，且复水后其补偿效应更显著，恢复速度明显快于白三叶.

同一植物不同小写字母表示不同处理间的差异显著(P<0.05)；*表示同一处理两种植物间差异显著，未标者表示差异不显著.

2.4 干旱胁迫下两种植物丙二醛含量的变化

MDA含量可以反应植物遭受逆境伤害的程度.如图3所示，整个处理过程中，阿拉伯婆婆纳MDA含量始终低于白三叶.停水18 d时，阿拉伯婆婆纳MDA含量几乎没有变化，白三叶MDA含量小幅上升，两种植物间差异达显著水平(P<0.05)；停水21 d时，两种植物MDA含量显著上升，阿拉伯婆婆纳比对照增加42.3%，白三叶比对照增加45.4%，且白三叶MDA含量极显著高于阿拉伯婆婆纳(P<0.01)；停水24 d时，两者上升幅度减缓，与停水21 d时差异不显著；复水3 d后，两种植物MDA含量均显著下降，阿拉伯婆婆纳恢复到正常水平的98.5%，白三叶仍高出正常值12.3%，二者间差异显著(P<0.05)，说明白三叶受伤更为严重，复水后没能完全恢复.

同一植物不同小写字母表示不同处理间的差异显著(P<0.05)；*表示同一处理两种植物间差异显著，未标者表示差异不显著.

3 讨论

干旱是植物最易遭受的逆境胁迫，当植物遭遇干旱等逆境胁迫时，体内活性氧产生和清除的平衡状态被打破，此时叶片会产生SOD等抗氧化酶类物质来清除活性氧以抵御伤害[11].干旱条件下，植物体内SOD活性与植物抗氧化胁迫能力呈正相关[12].SOD等活性增强可消除游离氧自由基，减轻干旱危害[13].本研究结果显示，干旱胁迫下，阿拉伯婆婆纳SOD活性表现为先升后降的变化趋势，与委陵菜[14]、扁穗牛鞭草[13]的研究结果一致.郭郁频等[15]认为，植物抗氧化保护系统的抵抗修复能力存在阈值.阿拉伯婆婆纳SOD活性在停水21 d时才开始下降，变化较缓和且始终高于白三叶的水平，而白三叶SOD活性一直呈下降趋势，表明阿拉伯婆婆纳通过SOD活性调节抵御干旱胁迫的能力强于白三叶，其SOD抗氧化修复能力的阈值可能高于白三叶.

渗透调节是植物抵御干旱胁迫的重要机制[16]，干旱胁迫时，植物通过主动积累脯氨酸来降低水势，防止水分外流，同时起到保护细胞内大分子结构的作用[17].李州等[9]研究发现，白三叶脯氨酸含量在干旱胁迫时增加，复水后下降，脯氨酸合成过程中的关键酶鸟氨酸转氨酶同样在干旱时增加而复水后下降，说明干旱胁迫会诱导脯氨酸的积累.游离脯氨酸的积累是植物在逆境条件下的自卫反应之一，能提高植物对逆境的忍耐力或适应性[18].但也有研究认为逆境下脯氨酸的积累可能是细胞结构和功能受损的表现[19].本研究中，干旱胁迫条件下，阿拉伯婆婆纳脯氨酸含量持续上升且始终高于白三叶，白三叶脯氨酸含量于干旱胁迫初期先小幅下降，之后才明显上升，复水后两者脯氨酸含量均迅速下降，阿拉伯婆婆纳降幅更为显著.结合形态观察以及其他生理指标反映的结果，本试验中脯氨酸含量作为抗性指标比较合理，说明遭受干旱胁迫时，阿拉伯婆婆纳比白三叶更能快速反应，具有更为敏感的脯氨酸响应干旱的代谢系统，能够及时通过自身调节增加脯氨酸的积累，维持较强的渗透调节作用，以提高其抗旱保水能力，且复水后补偿效应显著，能快速恢复到正常水平.

MDA是膜脂过氧化作用的终产物，其含量是判断植物叶片细胞膜受伤害程度的有效指标[20].水分胁迫时，MDA含量高低通常与膜脂伤害程度呈正相关，与其抗旱能力呈负相关[21].本研究表明，水分胁迫过程中，白三叶MDA含量先于阿拉伯婆婆纳上升且增幅大于阿拉伯婆婆纳，整个处理过程中，白三叶MDA含量始终高于阿拉伯婆婆纳，说明白三叶体内细胞膜受到的伤害更为严重，而阿拉伯婆婆纳的膜脂过氧化速率较低，对干旱胁迫的耐受力较强.干旱胁迫后复水可以缓解干旱胁迫造成的膜伤害，使细胞膜脂过氧化产物MDA积累降低[22].本研究结果与此结论相吻合，复水3 d后，阿拉伯婆婆纳MDA含量显著下降，为正常值的98.5%，白三叶MDA含量也有下降但仍高出正常值，说明阿拉伯婆婆纳复水后的补偿效应大于白三叶.

4 结论

综上所述，人工控水模拟干旱胁迫条件下，阿拉伯婆婆纳SOD诱导合成能力较强，游离脯氨酸快速积累，MDA含量缓慢上升，复水后均能快速恢复到正常水平，说明阿拉伯婆婆纳对环境变化响应速度快，在逆境条件下通过改变保护酶活性、积累渗透调节物质来抵御逆境的能力强，而且补偿效应显著，具有明显的优于白三叶的耐旱生理特征.形态观察结果也显示，停水处理时，阿拉伯婆婆纳叶片发黄及卷边现象较白三叶少，萎蔫率一直低于白三叶.形态表现和生理指标均反映出阿拉伯婆婆纳对干旱的耐受性比白三叶更强.但是，本试验是在人工控制条件下进行的，而自然环境中各种因素复杂多变，所以自然界的干旱胁迫与实验室的干旱处理也许并不完全一致，因此还需要进行大田试验，才能得出更为可靠的结论.