干旱胁迫下心叶驼绒藜生理响应特性.pdf

DOI:10.11829/j.issn.1001-0629.2022-0701柯梅，侯钰荣，魏鹏，兰吉勇，康帅，李超.干旱胁迫下心叶驼绒藜生理响应特性.草业科学,2023,40(5):1349-1357.KEM,HOUYR,WEIP,LANJY,KANGS,LIC.PhysiologicalresponsesofKrascheninnikovia ewersmanniaunderdroughtstress.PrataculturalScience,2023,40(5):1349-1357.干旱胁迫下心叶驼绒藜生理响应特性柯梅，侯钰荣，魏鹏，兰吉勇，康帅，李超（新疆维吾尔自治区畜牧科学院草业研究所,新疆乌鲁木齐830011）摘要：以心叶驼绒藜(Krascheninnikovia ewersmannia)为研究材料，用 0(CK)、5%、15%、25%、30%、35%聚乙二醇(PEG-6000)模拟干旱胁迫，从渗透性调节物质、保护性物质、脂肪酸组分等方面研究其对胁迫的生理响应。结果显示，在 5%、15%低浓度 PEG 处理下，驼绒藜幼苗通过增加渗透调节物质脯氨酸含量、启动抗氧化酶系统、保持膜脂中的饱和脂肪酸和不饱和脂肪酸动态平衡来减弱膜脂过氧化对细胞膜系统的损害；在 25%PEG 处理下，丙二醛含量急剧增加，叶片膜脂过氧化程度加重，植物通过大幅提高脯氨酸含量、增强抗氧化酶活性、增大膜脂中不饱和脂肪酸含量减少干旱胁迫带来的膜脂损伤；在 30%、35%高浓度 PEG 处理下，脯氨酸含量下降、抗氧化酶系统活性降低、饱和脂肪酸含量增加，膜脂受损害严重。由此得出，驼绒藜幼苗在 PEG 处理液为 25%时，渗透调节物质、保护性物质、不饱和脂肪酸等物质协同作用形成高效的防御系统以增强对干旱胁迫的抗性。关键词：心叶驼绒藜；PEG 胁迫；渗透调节；抗氧化酶；脂肪酸；抗旱性文献标志码：A文章编号：1001-0629(2023)05-1349-09Physiological responses of Krascheninnikovia ewersmannia under drought stressKEMei,HOUYurong,WEIPeng,LANJiyong,KANGShuai,LIChao(GrasslandResearchInstituteofXinjiangAcademyofAnimalScience,Urumqi830011,Xinjiang,China)Abstract:ThephysiologicalresponsesofKrascheninnikovia ewersmanniatodroughtstresswasstudiedusing0(CK),5%,15%,25%,30%,and35%polyethyleneglycol(PEG-6000)tosimulatedroughtstressfromtheaspectsofosmoticregulationsubstances,protectivesubstances,andfattyacidcomponents.Theresultsshowedthatunderthe5%,15%lowconcentrationofPEGtreatment,thedamageofmembranelipidperoxidationtothecellularmembranesystemwasweakenedthroughincreasingthecontentofosmoticadjustmentsubstanceproline,initiatingtheantioxidantenzymesystem,andmaintainingthedynamicbalanceofsaturatedfattyacidsandunsaturatedfattyacidsinmembranelipids;underthetreatmentof25%PEG,thecontentofmalondialdehydeincreasedsharplyandthedegreeofmembranelipidperoxidationwasaggravated.Plantscanreduce membrane lipid damage caused by drought stress by significantly increasing the proline content,enhancingantioxidantenzymeactivity,andincreasingunsaturatedfattyacidcontentinmembranelipid;underthe30%,35%highconcentrationPEGtreatment,prolinecontentdecreased,antioxidantenzymesystemactivitydecreased,saturatedfattyacidcontentincreased,andmembranelipidswereseriouslydamaged.Itisconcludedthatwiththe25%PEGtreatmentsolution,osmoregulatory substances,protective substances,unsaturated fatty acids,and other substances act together to form anefficientdefensesystemtoenhancetheresistancetodroughtstress.Keywords:Krascheninnikovia ewersmannia;PEG stress;osmotic regulation;antioxidant enzyme;fatty acid;droughtresistance收稿日期：2022-09-01接受日期：2022-12-07基金项目：自治区公益性项目“五种荒漠植物芽期抗旱性评价”(ZY2022022)；自治区基金面上项目(2020D01A38)第一作者：柯梅(1986-)，女，新疆巴里坤人，高级实验师，硕士，研究方向为牧草遗传育种及抗性评价。E-mail:通信作者：兰吉勇(1975-)，男，山东招远人，高级实验师，本科，研究方向牧草栽培及抗性评价。E-mail:ljy_第40卷第5期草业科学1349-1357Vol.40,No.5PRATACULTURALSCIENCE5/2023http:/Corresponding author:LANJiyongE-mail:ljy_干旱是一个世界性问题1。据统计，全球干旱、半干旱地区占陆地面积的 45%以上，并且呈逐渐增加趋势2。水分是植物体的重要组成部分，它参与植物整个生长过程，是限制植物生长的重要生物因子3。干旱胁迫阻碍植物的生长发育，植物根据当前的应激条件对内部生理代谢网络进行调配，以获得新的稳态来适应逆境。心叶驼绒藜(Krascheninnikovia ewersmannia)是黎科驼绒藜属多年生强旱生半灌木，在我国仅分布于新疆4。心叶驼绒藜粗蛋白含量高，骆驼、山羊等喜食，营养丰富，经济价值高，是优良的饲用半灌木；同时具有较强的防风固沙和水土保持能力，有作为干旱荒漠区生态植被恢复物种的潜力，生态价值高5。国内外对驼绒藜主要从种子萌发特性6、微生境对土壤种子库影响7、再生体系建立8、栽培管理技术9、根系发育10、改良土壤11、种群空间格局分形特征等12-14等方面开展了研究，伊犁心叶驼绒藜(K.ewersmannianaYili)是 2006 年经驯化培育的野生栽培品种15，对其主要开展了生物学及生态学特性等相关研究16-17，在逆境条件下心叶驼绒藜膜脂脂肪酸与相关生理指标之间的关系研究还未见报道。PEG 是一种新型的高分子渗透剂，能使植物处于类似于干旱的胁迫状态之下而限制植物的吸水速率，其本身不会进入植物细胞引起质壁分离18。目前已在燕麦(Avena sativa)19、紫花苜蓿(Medicagosativa)20等多种植物中广泛运用，效果较好。植物在受到干旱胁迫时，会通过生理代谢形成一系列适应机制与策略21。主要从合成渗透调节物质、增加抗氧化酶活性以及改变膜脂通透性等途径来提高自身抵抗胁迫的能力22-23。细胞膜是植物细胞进行能量转换、物质交换、信息传递和代谢调节的界面24，干旱胁迫引起细胞失水，可引起植物体内膜脂不饱和脂肪酸发生一系列自由基反应，导致膜脂过氧化25，从而破坏细胞膜结构，严重时可导致植物细胞死亡。本研究以心叶驼绒藜为研究对象，采用 PEG-6000 设置不同梯度模拟干旱胁迫，通过测定驼绒藜幼苗渗透调节物质、保护性物质及脂肪酸组分及含量变化，探讨驼绒藜幼苗在干旱胁迫下的生理响应特性及其对干旱的耐受性，揭示干旱胁迫下驼绒藜幼苗生理响应与细胞膜结构功能之间的关系，认识驼绒藜适应干旱的特性，为抗旱性牧草的选育、荒漠化地区生态恢复、草地生态系统的稳定和健康可持续发展提供理论依据。1 材料与方法 1.1 材料与培养方法供试心叶驼绒藜种子采集于新疆呼图壁县。将清选后未去苞片的种子与土壤拌匀，撒播于花盆中覆盖一层薄土，浇蒸馏水置于温度为(252)、光照 12hd1人工智能温室中发芽，待种子出苗后间苗，每盆保留 5株。1.2 试验处理心叶驼绒藜幼苗长至株高为 20cm 左右，分别用含有 0(对照)、5%、15%、20%、25%、30%、35%聚乙二醇(PEG-6000)的 Hoagland 营养液模拟干旱胁迫，每隔 3d 浇灌 1 次处理液，处理条件与材料培养阶段相同。待叶片发生不同程度萎蔫时，分别取各处理浓度下植株混合均匀的叶片测定各项指标，各指标 5 个重复，脂肪酸 3 个重复。1.3 测定指标与方法叶片相对含水量(relativewatercontent,WRC)采用饱和称重法测定26，叶片相对电导率(relativeelectricconductivity,REC)采用浸泡法27测定，借助试 剂 盒 采 用 硫 代 巴 比 妥 酸 法 测 定 样 品 丙 二 醛(malondialdehyde,MDA)含量，采用茚三酮显色法测定脯氨酸(proline,Pro)含量，过氧化物酶(peroxidase,POD)活性、过氧化氢酶(catalase,CAT)活性、超氧化物歧化酶(superoxidedismutase,SOD)活性均参照李合生28的方法测定，脂肪酸(fattyacid,FA)组分及含量使用 GC-MS 气质联用仪进行测定29。1.4 数据处理采用GC-MS 数据分析软件分析脂肪酸数据，采用 SPSS17.0 进行单因素方差分析，以 Duncan 法对各测定数据进行多重比较，显著水平为 P0.05；1350草业科学第40卷http:/采用 Excel2003 对原始数据进行整理及表格绘制。2 结果与分析 2.1 干旱胁迫对驼绒藜叶片生理状态的影响WRC 反映植物遭受胁迫后的整体水分状况，是衡量植物水分维持能力的重要指标之一30。心叶驼绒藜幼苗经不同梯度 PEG 处理后，叶片 WRC 呈下降趋势(表 1)，各处理与对照相比差异显著(P0.05)。5%PEG 处理下叶片 WRC 与对照相比下降了 7.5%；在 15%、25%处理下叶片 WRC 与对照相比分别下降了 26.34%、37.13%，下降速率较缓慢；35%处理下 WRC 下降不超过 46.12%，仍保持 50%以上的含水量，说明心叶驼绒藜具有较强的叶片保水能力。REC的大小表示细胞膜受伤害的程度。随着处理液浓度的增大，REC 呈先升高后下降的趋势。在25%处理下，REC 达最大值，为 67.59%，是对照的2.8 倍，表明细胞膜透性增加，膜受损伤程度加重；至 30%、35%处理下，REC 缓慢下降，但仍显著高于对照(P0.05)，随 PEG 浓度增大，驼绒藜幼苗 MDA 含量显著增加，在