6-BA预处理对干旱胁迫蒙原欧李生理响应特性的影响

张晓艳，李连国，郭金丽，李晓艳

(1 内蒙古农业大学 园艺与植物保护学院，内蒙古 呼和浩特 010018；2 包头市果树果品科学技术研究所，内蒙古 包头 014045)

欧李(Cerasushumilis(Bge.)Sock.)属蔷薇科樱桃属落叶小灌木，是我国特有的野生果树，主要分布于内蒙古、山西、河北等省区的山地、草原和荒漠地带。欧李果实产量高，营养丰富，富含蛋白质、维生素和矿物质，尤以钙、铁和硒含量最为突出，属于第3代功能性水果[1]。蒙原欧李除了果实具有较好的经济效益外，其植株综合抗逆性较强，易于种植和管理，是我国干旱、半干旱地区实施水土保持、防风治沙，特别是可持续、经济型生态建设的最佳树种[2]。内蒙古干旱及半干旱地区面积约占全区面积的85%，如何对其进行合理利用和生态恢复是制约自治区经济、社会发展和生态环境建设的最主要因素，也是影响西部大开发的关键[3]。干旱对植物生长造成的危害处于非生物胁迫的首位，会导致植物体膜脂过氧化，使植物体内抗氧化酶系统、渗透调节物质、叶绿素含量发生改变，从而加速植物细胞老化，甚至死亡[4]。因此采取适当的措施缓解干旱胁迫对植物的伤害具有重要的生产实践意义。

植物激素在植物生长发育和抵御逆境胁迫中具有十分重要的作用，其中细胞分裂素(cytokinins，CKs)在植物干旱胁迫中的作用备受关注[5]。6-苄基腺嘌呤 (6-benzyladenine,6-BA) 是一种人工合成的细胞分裂素类化合物，在干旱条件下能够有效缓解光合速率和光合色素含量下降[6-7]、促进抗氧化酶活性提高[7]和渗透调节物质积累[8]等，可有效提高作物的抗旱能力，但其在欧李上的应用还未见相关报道。为此，本试验以蒙原欧李为研究对象，通过叶面喷施不同质量浓度的6-BA进行预处理后，采用断水方法进行干旱胁迫处理，通过对不同干旱时期生理指标的检测，探讨6-BA预处理对蒙原欧李抗旱能力的影响，以期为细胞分裂素与欧李抗旱性关系的研究及欧李抗旱机制分析提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验材料为2年生蒙原欧李，来源于内蒙古农业大学蒙原欧李科研与示范基地。2019-06-25选长势一致的2年生健壮蒙原欧李苗，定植于花盆(上口径×下口径×高=25 cm×18 cm×20 cm)中，基质配比(体积比)为普通园土∶细沙= 4∶1，每盆基质7.5 kg，每盆1株，放置于避雨大棚中养护。

1.2 试验设计

2019年7月29日选取长势一致的盆栽苗进行处理。先浇透水，待盆内土壤含水量达到田间最大持水量(22.5%)时对植株进行6-BA预处理，即叶面喷施不同质量浓度6-BA溶液(C1：50 mg/L；C2：100 mg/L；C3：150 mg/L；C4：200 mg/L)，对照喷施去离子水(CK)，每个处理24盆。用喷壶对叶片各个方向均匀喷施，直至液滴下流，间隔4 h后喷施第2遍。干旱胁迫处理采用断水方法进行，分别在断水后5 d(T0：土壤含水量为16.1%，正常生长)、10 d(T1：土壤含水量为12.5%，处于轻度干旱胁迫)、15 d(T2：土壤含水量为8.4%，处于中度干旱胁迫)、20 d(T3：土壤含水量为3.2%，处于重度干旱胁迫)，采集适量叶片装入液氮罐中，迅速带回实验室并置于超低温冰箱中保存，用于相关指标的测定。

1.3 测定指标及方法

1.3.1 叶片水分的测定 叶片相对含水量(RWC)和水分饱和亏缺(WSD参照罗永忠等[9]的方法，采用称量法测定。

1.3.2 光合色素的测定 分别称取不同处理植株叶片 0.1 g，液氮研磨至粉末状，加入10 mL提取液(V(丙酮)︰V(乙醇)=1︰1)，4 ℃避光提取10 min，5 000g离心15 min，然后用TU-1810型紫外分光光度计测定663，646和470 nm处的吸光值，根据Wellburn等[10]于1984年修正的公式计算叶绿素a(Chl a)、叶绿素b(Chl b)和类胡萝卜素(Car)含量(mg/g，以干质量计)。

1.3.3 光合特性的测定 选择晴朗无云的天气，于上午10:00-11:00采用便携式光合作用测定系统(CIRAS-3,PP-System公司，美国)测定蒙原欧李叶片的净光合速率(Pn)。每个处理选择生长一致的蒙原欧李植株5株，每株选取健康功能大叶1片(从枝条基部往上数第6～8片叶)，每个处理重复3次。光源为LED，光照强度为1 200 μmol/(m2·s)。

选择晴朗无云的天气，于上午 09:00-10:00采用多功能植物效率仪(M-PEA，Hansatech公司，英国)测定蒙原欧李叶片的光合性能指数(PIABS)。每个处理选择健康功能大叶(从枝条基部往上数第6～8片叶)5片，每个处理重复3次。叶片先暗适应 30 min，随后暴露于饱和脉冲光(3 000 μmol/(m2·s))下检测 1 s。

1.3.4 渗透调节能力的测定 可溶性蛋白(SP)含量参照李忠光[11]的方法，采用考马斯亮蓝G-250染色法测定。脯氨酸(Pro)含量参照李忠光[11]的方法，采用酸性茚三酮法测定。

1.3.5 抗氧化酶活性的测定 参照李忠光[11]的方法。称取叶片 0.5 g，液氮研磨至粉末状，转入5 mL提取液，4 ℃、10 000g离心20 min，将上清液定容至5 mL，用于抗氧化酶活性分析。超氧化物歧化酶(SOD)活性采用氮蓝四唑光还原法测定，过氧化物酶(POD)活性采用愈创木酚法测定，过氧化氢酶(CAT)活性采用紫外吸收法测定。

1.3.6 细胞伤害程度 细胞膜透性参照李清亚等[12]的方法，采用电导法测定。丙二醛(MDA)含量参照周爽男等[13]的方法，采用三氯乙酸-硫代巴比妥酸显色法测定。

1.4 数据处理

采用SPSS 26.0软件进行数据处理与分析，采用Origin9.0软件进行图表绘制。

2 结果与分析

2.1 6-BA预处理对干旱胁迫蒙原欧李叶片水分状况的影响

6-BA预处理对干旱胁迫蒙原欧李叶片水分状况的影响结果见图1。

图柱上标不同小写字母表示不同处理间差异显著(P<0.05)。下同Different lowercase letters indicate significant difference between treatments at P<0.05 level.The same below图1 6-BA预处理对干旱胁迫蒙原欧李叶片水分状况的影响Fig.1 Effects of 6-BA pretreatment on leaf water status of Mengyuan Cerasus humilis under drought stress

由图1可知，随着干旱胁迫程度的加重，对照组蒙原欧李叶片水分亏缺程度逐渐增加，但6-BA预处理后能有效缓解蒙原欧李的水分亏缺状况，这种缓解作用与干旱胁迫程度和6-BA的质量浓度有关。其中，断水5 d(T0)时，缓解效果最好的是C4处理，与对照相比其水分饱和亏缺降低了32.2%；断水10 d(T1)、断水15 d(T2)和断水20 d(T3)时，缓解效果最好的均为C2处理，与对照相比水分饱和亏缺分别降低了62.6%，30.4%和42.5%。

2.2 6-BA预处理对干旱胁迫蒙原欧李叶片光合色素的影响

由表1可知，6-BA预处理对蒙原欧李叶片光合色素的影响随着干旱胁迫程度和6-BA质量浓度的不同而存在差异。断水15 d(T2)时，C2处理效果最好，蒙原欧李叶片Chl a、Chl b、Chl a+b、Car含量分别较对照显著提高了38.7%，64.6%，42.8%和24.4%，说明在中等干旱胁迫程度下，适宜质量浓度的6-BA预处理能促进蒙原欧李叶片光合色素的增加，有效缓解干旱对植株叶片造成的伤害。断水5 d(T0)和断水10 d(T1)时，C4处理使Chl a/b分别较对照显著提高了6.03%和6.51%，说明干旱胁迫程度低时高质量浓度6-BA预处理有利于Chl a/b的提高。断水5 d(T0)、断水15 d(T2)、断水20 d(T3)时，C3处理的Car/Chl a+b均达到最大值，且与对照差异显著，说明C3处理更有利于Car/Chl a+b的提高。由此可见，6-BA预处理对光合色素降解的抑制作用与其质量浓度和干旱胁迫程度有关。

表1 6-BA预处理对干旱胁迫蒙原欧李叶片光合色素的影响Table 1 Effects of 6-BA pretreatment on photosynthetic pigment of Mengyuan Cerasus humilis under drought stress

2.3 6-BA预处理对干旱胁迫蒙原欧李光合性能的影响

图2显示，6-BA预处理对蒙原欧李净光合速率(Pn)和光合性能指数(PIABS)的影响与干旱胁迫程度和6-BA质量浓度有关。在断水5 d(T0)和断水10 d(T1)时，以C4处理的促进作用最为明显，与对照相比，Pn分别显著提高了37.9%和9.1%，PIABS分别显著提高了49.5%和45.5%。断水15 d(T2)时，C2、C3处理的Pn分别较对照提高了84.0%和132.0%，PIABS分别较对照提高了22.4%和11.1%。断水20 d(T3)时，C2处理能显著提高Pn。由此可见，在干旱胁迫程度较轻时，高质量浓度的6-BA预处理能显著提高蒙原欧李植株的光合能力，而在干旱胁迫程度较重时，中、低质量浓度的6-BA预处理对提高蒙原欧李植株的光合能力有显著作用。

图2 6-BA预处理对干旱胁迫蒙原欧李光合性能的影响Fig.2 Effects of 6-BA pretreatment on photosynthetic capacity of Mengyuan Cerasus humilis under drought stress

2.4 6-BA预处理对干旱胁迫蒙原欧李渗透调节能力的影响

为了研究6-BA预处理对干旱胁迫蒙原欧李渗透调节能力的影响，本试验测定了不同处理下渗透调节物质可溶性蛋白质(SP)和脯氨酸(Pro)的积累情况。结果(图3)表明，6-BA预处理均能不同程度地影响干旱胁迫条件下蒙原欧李植株SP和Pro含量的变化，这种变化因6-BA质量浓度和干旱胁迫程度不同而不同。断水5 d(T0)时，C3和C4处理能同时引起SP和Pro含量的积累，与对照相比，SP含量分别显著增加了6.7%和2.2%，Pro含量分别增加了116.5%和64.0%。断水15 d(T2)时，4种质量浓度6-BA处理均能引起SP和Pro含量的明显积累，与对照相比，SP含量分别增加了17.3%，43.6%，25.2%和42.3%，Pro含量分别增加了98.4%，47.1%，64.9%和18.9%。由此可见，6-BA预处理在断水15 d时对提高蒙原欧李的抗旱性更加有效。

图3 6-BA预处理对干旱胁迫蒙原欧李渗透调节能力的影响Fig.3 Effects of 6-BA pretreatment on osmotic adjustment ability,of Mengyuan Cerasus humilis under drought stress

2.5 6-BA预处理对干旱胁迫蒙原欧李抗氧化系统的影响

为了研究6-BA预处理对干旱胁迫下蒙原欧李抗氧化系统的影响，试验测定了不同处理下蒙原欧李抗氧化酶活性的变化。由图4和图5可知，6-BA预处理对蒙原欧李抗氧化酶活性的影响随着干旱胁迫程度和6-BA质量浓度不同而存在一定差异。断水5 d(T0)和断水20 d(T3)时，C4处理能同时显著提高SOD、POD、CAT的活性，其活性分别较对照提高6.3%，26.6%，54.3%和11.2%，543.8%，95.0%；断水10 d(T1)和断水15 d(T2)时，C2处理能同时显著提高SOD、POD、CAT的活性，尤其是POD活性较对照提高116.8%和460.3%。由此可见，土壤水分充足和严重不足时，高质量浓度6-BA(200 mg/L)预处理有利于抗氧化酶活性的提高；土壤水分适度短缺时，中低质量浓度6-BA(100 mg/L)预处理反而更有利于抗氧化酶活性的提高。

图4 6-BA预处理对干旱胁迫蒙原欧李SOD和POD活性的影响Fig.4 Effects of 6-BA pretreatment on SOD and POD activity of Mengyuan Cerasus humilis under drought stress

图5 6-BA预处理对干旱胁迫蒙原欧李抗CAT活性的影响Fig.5 Effects of 6-BA pretreatment on CAT activity of Mengyuan Cerasus humilis under drought stress

2.6 6-BA预处理对干旱胁迫蒙原欧李细胞受伤害程度的影响

图6表明，6-BA预处理对干旱胁迫蒙原欧李细胞受伤害程度的影响随着干旱胁迫程度和6-BA质量浓度的不同而不同。断水5 d(T0)时，6-BA预处理未能引起相对电导率(REC)的显著下降，但C3处理能引起丙二醛(MDA)含量的显著下降。断水10 d(T1)时，C1、C3、C4处理能引起REC的显著降低，与对照相比其降幅分别为45.9%，6.5%和16.7%，而C1、C2、C3能引起MDA含量的显著降低，与对照相比其降幅分别为23.9%，34.7%和39.0%。断水15 d(T2)时，只有C4处理能引起REC的降低，与对照相比其降幅为20.2%，而4种质量浓度6-BA处理均能引起MDA含量的显著下降，与对照相比其降幅分别为15.4%，29.5%，27.2%和41.5%。断水20 d(T3)时，C2和C4处理能引起REC的显著下降，与对照相比其降幅分别为4.8%和15.0%，C1和C3处理能引起MDA含量的显著下降，与对照相比，降幅分别为23.6%和35.7%。综合比较，6-BA预处理通过降低MDA含量而缓解干旱胁迫对细胞的伤害。

图6 6-BA预处理对干旱胁迫蒙原欧李细胞受伤害程度的影响Fig.6 Effects of 6-BA pretreatment on degree of cell damage of Mengyuan Cerasus humilis under drought stress

2.7 6-BA预处理对蒙原欧李综合抗旱性的影响

对不同断水时期下蒙原欧李的11个生理指标进行主成分分析，结果(表2和表3)共提取出2 个主成分，累积贡献率达到95.995%，具有一定的信息代表性，能够反映不同干旱时期的抗旱性。设2个主成分值分别为Y1、Y2，各项生理指标标准化后的值为X1、X2、…、X11，各项生理指标的特征向量为对应指标的系数，则各主成分表达式为：

表2 蒙原欧李各主成分的特征向量Table 2 Eigenvectors of principal components of Mengyuan Cerasus humilis

Y1=-0.351X1+0.346X2+0.316X3-0.030X4-0.347X5-0.290X6+0.331X7-0.347X8+0.246X9+0.224X10+0.333X11；

Y2=-0.078X1-0.073X2-0.238X3+0.616X4+0.109X5+0.294X6-0.198X7-0.117X8+0.401X9+0.479X10+0.102X11。

将每个主成分的方差贡献率作为权重，则蒙原欧李综合抗旱性评价值Y=(72.483Y1+23.512Y2)/95.995。利用上述公式计算各处理下的综合抗旱性值，结果见表4。由表4可知，6-BA预处理对不同干旱胁迫下蒙原欧李综合抗旱性均有一定程度的影响。断水5 d(T0)时，C4处理的综合抗旱性评价值大于对照；断水10 d(T1)和断水15 d(T2)时，C2和C3处理植株的综合抗旱性评价值大于对照；断水20 d(T3)时，4个处理植株的综合抗旱性评价值均高于对照。由此可见，适宜质量浓度的6-BA预处理有利于处于不同干旱胁迫条件下蒙原欧李植株综合抗旱性的提高。综合以上生理指标和主成分分析，叶面喷施100 mg/L 6-BA对植株进行预处理，有利于蒙原欧李植株的生长,进而抵御干旱胁迫对植株造成的伤害。

3 讨 论

叶片水分状况的变化对植物的生理生化过程会产生不利影响，水分供应不足会导致植株失水加剧，在干旱胁迫下保持高含水量的能力可以看作是适应胁迫的一种表现。Gupta等[14]的研究表明，6-BA在维持较高的水分状态方面起着关键的作用。Merewitz等[15]的研究表明，干旱胁迫条件下，细胞分裂素合成基因ipt的无效转化系叶片的相对含水量下降47%左右。由此可见，外源细胞分裂素的施用和内源细胞分裂素的增加均有利于提高植株叶片相对含水量。本研究结果表明，叶面喷施6-BA预处理能提高处于干旱胁迫条件下蒙原欧李叶片的相对含水量，降低水分饱和亏缺，进而显著提高植株抗旱性。

光合作用是植物体极为重要的代谢过程，通过光合作用能为植物的生长和发育提供同化物和能量。叶绿素含量的高低反映了光合作用水平，净光合速率(Pn)反映了植物光合机构运转的状况，光合性能指数(PIABS)可以综合反映光合机构的活性。外源细胞分裂素的施用能够缓解叶片衰老引起的叶绿素含量降低、光合参数(如CO2同化速率、光化学猝灭和最大光化学效率)下降等变化[8,16-18]。Ren等[19]的研究表明，6-BA处理能显著提高水涝胁迫夏玉米的叶绿素含量、Fv/Fm和Pn；Wu等[20]研究表明，6-BA处理能显著提高盐胁迫下茄子的叶绿素含量和Pn；Talla等[21]发现,6-BA处理水稻的叶绿素色素保留率高，叶绿素 a/b 值维持不变，光化学效率和释氧速率下降延迟。本研究中，叶面喷施100 mg/L 6-BA对蒙原欧李进行预处理，能够显著提高其叶片叶绿素含量和Pn，使处于干旱胁迫的蒙原欧李植株维持较高的同化作用，有利于植株抗旱性的提高。

渗透调节是植物抵御干旱胁迫的一种重要方式。渗透调节物质使植物在较低的叶片水势条件下维持气孔开张和光合作用，阻止叶片卷曲和死亡，保证在低水势时植物体的生长，被视为植物适应干旱胁迫的重要生存和自我保护机制。脯氨酸(Pro)作为渗透调节的一类主要物质，被广泛研究。干旱胁迫下Pro的积累不仅有助于渗透调节，还有助于清除活性氧、保持细胞结构和膜的稳定性、稳定酶和蛋白质[22]。本研究结果表明，叶面喷施不同质量浓度6-BA预处理后，能显著提高中度干旱(断水15 d)条件下蒙原欧李的Pro含量，保护植株免受干旱胁迫的伤害。

干旱胁迫会使细胞内自由基代谢失衡，诱导大量自由基的生成，发生膜脂过氧化反应，细胞膜透性增大而使大量原生质外渗，膜脂发生分离而使细胞膜的结构和功能统一性丧失。超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)、过氧化物酶(POD)是植物体内重要的活性氧(ROS)酶促清除系统成员，外源细胞分裂素的施用能显著提高这些酶的活性，有利于植物应对潜在的ROS伤害[23]。有研究表明，在盐胁迫条件下，外源6-BA能显著提高茄子的SOD、POD、CAT活性[24]。涝害条件下，外源6-BA能够提高玉米品种登海605和郑单958的SOD、CAT、POD活性[25]。干旱胁迫条件下，外源6-BA能够提高匍匐翦股颖的SOD、CAT、POD活性[26]。本研究结果表明，叶面喷施100和200 mg/L 6-BA预处理后，有利于处于中度和重度干旱胁迫条件下的蒙原欧李SOD、POD、CAT活性同时提高，这种抗氧化物酶的协同作用有利于自由基的清除。此外，6-BA预处理后蒙原欧李植株在中度干旱胁迫条件下丙二醛含量减少，说明细胞膜伤害程度有所减缓。

综上所述，外源细胞分裂素6-BA预处理对干旱胁迫条件下的蒙原欧李具有一定的保护作用，能够缓解干旱胁迫对植株造成的伤害。这种保护作用通过维持高叶片含水量、保持细胞结构完整性、增强光合作用能力和渗透调节能力以及提高抗氧化酶活性来实现，是综合作用的结果。而且6-BA预处理对植物的保护效果与6-BA的质量浓度和植株所处的干旱胁迫程度有密切关系。