PEG-6000模擬干旱脅迫對陜甘花楸耐旱性生理指標的影響

柳政戎 馬明呈 呂才忠 李剛 鮑玉英 張建榮

摘要：為探究干旱脅迫對陜甘花楸耐旱性的影響，文章采用不同濃度（0、5%、10%、15%、20%）的聚乙二醇6000（PEG-6000）澆灌陜甘花楸盆栽苗木，研究模擬干旱脅迫下，PEG-6000對陜甘花楸葉片相對含水量（RWC）、相對電導率（REC）、丙二醛（MDA）與脯氨酸（Pro）含量，以及超氧化物歧化酶（SOD）與過氧化物酶（POD）活性等耐旱性生理指標的影響。結果顯示，隨著PEG-6000濃度的上升以及脅迫時間的延長，陜甘花楸葉片相對含水量（RWC）持續下降，相對電導率（REC）和丙二醛（MDA）含量呈上升趨勢，脯氨酸（Pro）含量、超氧化物歧化酶（SOD）與過氧化物酶（POD）活性整體呈先上升后下降的趨勢。脅迫至第9天與第6天相比，各處理的陜甘花楸葉片相對含水量（RWC）仍持續下降，相對電導率（REC）、丙二醛（MDA）含量上升幅度變小，脯氨酸（Pro）含量、超氧化物歧化酶（SOD）與過氧化物酶（POD）活性呈下降趨勢。試驗顯示，超氧化物歧化酶（SOD）與過氧化物酶（POD）活性在5%和10% PEG-6000濃度脅迫下呈上升趨勢，在15%和20% PEG-6000濃度脅迫下呈先上升后下降的趨勢。試驗表明，在一定時間內，陜甘花楸輕中度的干旱脅迫能通過機體的滲透調節作用激活抗氧化酶保護系統等減輕干旱帶來的傷害。

關鍵詞：陜甘花楸；PEG-6000；干旱脅迫；生理特性

干旱脅迫是制約生態效益，影響植物觀賞價值的非生物脅迫之一[1-2]。目前，由于全球氣候變暖的影響，中國各地區干旱程度加重，各地區的干旱不受地域限制，無論是南北方濕潤、半濕潤、干旱、半干旱區域都存在不同程度的干旱情況[3-4]。聚乙二醇6000（PEG-6000）是一種乙醇聚合物，因其具有較強的吸水性，影響植物根系吸水，從而達到模擬干旱脅迫的作用[5]。目前，國內采用PEG-6000模擬干旱脅迫條件，研究其對植物抗旱性影響的報道較多。孫亞瑞等[5]采用PEG-6000對彌勒苣苔進行模擬干旱脅迫試驗，表明彌勒苣苔能通過調節自身生理機制來抵御干旱脅迫帶來的損害。

陜甘花楸（Sorbus koehneana Schneid.）屬薔薇科（Rosaceae）花楸屬（Sorbus），小喬木或灌木，初夏6月開白花，秋季9月結白果，葉片呈紅色，是一種可觀葉、觀花、觀果的優良觀賞樹種，主要產于山西省、河南省、陜西省、甘肅省、青海省、湖北省、四川省[6]，具有很高的園林綠化價

值。姚德生和姚慶[7]開展了甘肅省花楸屬樹種資源及園林應用分析的研究，表明包括陜甘花楸在內的花楸樹種均為中等喜光樹種，有較強的生存競爭力，經馴化后適宜在城市園林建設中應

用；王柳英等[8]進行了半干旱地區高速公路護坡植物的篩選，篩選出陜甘花楸等適宜青海省高速公路護坡的植物組合。目前，對陜甘花楸的耐旱性和適應機制還缺乏系統研究，為此本研究選用青海省瑪可河林業局苗木培育基地的優良種源陜甘花楸為材料，開展陜甘花楸的抗旱性試驗，測定PEG-6000模擬干旱處理下，陜甘花楸葉片相對含水量（RWC，下同）、相對電導率（REC，下同）、丙二醛（MDA，下同）與脯氨酸（Pro，下同）含量，以及超氧化物歧化酶（SOD，下同）與過氧化物酶（POD，下同）活性等耐旱性生理指標，為陜甘花楸在干旱、半干旱地區果樹種植以及園林綠化應用等提供參考。

1? 材料和方法

1.1? ?試驗材料

陜甘花楸：來自青海省瑪可河林業局苗木培育基地。試驗選擇生長健壯、無病蟲害、長勢基本一致的陜甘花楸盆栽苗木為供試材料。

1.2? ?試驗方法

試驗采用不同濃度的PEG-6000溶液澆灌陜甘花楸盆栽苗木，設5%、10%、15%、20% 4個濃度處理，以正常澆水為空白對照（CK），每個處理3棵，重復3次。在干旱脅迫的第0、3、6、9天分別采集不同處理的陜甘花楸葉片，一部分鮮樣用于測定相對含水量，其余樣本用液氮保存后放置于-80 ℃冰箱中，測定陜甘花楸葉片RWC、REC、MDA與脯氨酸Pro含量、SOD與POD活性等相關耐旱性生理指標。

1.3? ?測定項目

（1）相對含水量（RWC）：使用浸泡法測

定[9]；（2）相對電導率（REC）：使用電導率儀測定[10]；（3）丙二醛（MDA）含量：使用硫代巴比妥酸法（TBA）測定[10]；（4）脯氨酸（Pro）含量：使用茚三酮法測定[10]；（5）超氧化物歧化酶（SOD）活性：使用氮藍四唑法測定[11]；（6）過氧化物酶（POD）活性：使用愈創木酚顯色法測定[11]。

1.4? ?數據處理

采用Excel 2010軟件進行數據統計、SPSS 26軟件進行數據分析，使用Origin 2021軟件繪制圖表。

2? 結果與分析

2.1? ?干旱脅迫對陜甘花楸葉片相對含水量（RWC）

的影響

由于PEG-6000能阻斷植物對水分的吸收，在受到干旱脅迫之后，植物體內的相對含水量（RWC）會下降，導致細胞活性降低。由圖1所

示，當干旱脅迫第3天時，各處理的葉片RWC分別比對照（CK）下降了3.8%、7%、11.1%、18.2%；當干旱脅迫第6天時，各處理的葉片RWC分別比對照（CK）下降了17.2%、26.9%、42.5%、53.1%；當干旱脅迫第9天時，各處理的葉片RWC分別比對照（CK）下降了29.4%、38.4%、48.8%、56.5%。這表明陜甘花楸葉片RWC隨著PEG-6000濃度的上升與脅迫時間的延長呈下降趨勢，葉片出現了不同程度的失水卷葉，甚至枯死現象。試驗過程中，對照（CK）處理的葉片RWC基本穩定，而采用PEG-6000干旱脅迫至第9天時，各處理的葉片RWC下降幅度變小，在15%和20% PEG-6000濃度處理下，葉片RWC比干旱脅迫第6天時下降速度

減緩。

2.2? ?干旱脅迫對陜甘花楸葉片相對電導率（REC）

的影響

經不同濃度的PEG-6000溶液脅迫后，陜甘花楸葉片相對電導率（REC）隨著PEG-6000濃度的上升，出現不同程度的上升趨勢（圖2）。當干旱脅迫第3天時，只有15%和20% PEG-6000濃度處理的葉片REC與對照（CK）差異顯

著；當干旱脅迫第6天時，所有處理的葉片REC均與對照（CK）差異顯著；當干旱脅迫第9天時，各處理的葉片REC持續上升。

2.3? ?干旱脅迫對陜甘花楸葉片丙二醛（MDA）含

量的影響

丙二醛（MDA）是細胞膜脂過氧化過程中形成的最終降解產物，是植株抗逆能力的代表性物

質。在PEG-6000溶液脅迫下，陜甘花楸葉片丙二醛（MDA）含量變化見圖3。結果表明，對照（CK）處理的葉片MDA含量總體穩定。在干旱脅迫時間相同的情況下，各處理的葉片MDA含量隨著PEG-6000濃度的上升呈上升趨勢，而隨著干旱脅迫時間的延長，各處理的葉片MDA 含量均呈上升趨勢，其中干旱脅迫第3天時，各處理的葉片MDA含量出現不同程度的上升；當干旱脅迫第6天時，各處理的葉片MDA含量上升幅度增大；干旱脅迫第9天與第6天比較，各處理的葉片MDA含量上升速度緩慢，增幅不

明顯。

2.4? ?干旱脅迫對陜甘花楸葉片游離脯氨酸（Pro）含

量的影響

在PEG-6000溶液的干旱脅迫下，各處理的葉片游離脯氨酸（Pro）含量整體呈先上升后下降的趨勢，而對照（CK）處理則變化不大（圖4）。當干旱脅迫第3天時，15% PEG-6000濃度處理的葉片Pro含量最高，比對照（CK）高114.7%，其他處理均與對照（CK）差異顯著

（P＜0.05）；當干旱脅迫第6天時，各處理的葉片Pro 含量上升幅度變小，此時葉片Pro含量最高的處理仍為15% PEG-6000濃度，比對照（CK）高129.5%，而20% PEG-6000濃度處理的葉片Pro含量出現下降趨勢；當干旱脅迫第9天時，所有處理的葉片Pro含量均出現下降趨勢，其中20% PEG-6000濃度處理的葉片Pro含量下降幅度最大。

2.5? ?干旱脅迫對陜甘花楸葉片超氧化物歧化酶

（SOD）活性的影響

經不同濃度的PEG-6000溶液脅迫后，陜甘花楸葉片超氧化物歧化酶（SOD）活性變化有所不同（圖5）。當干旱脅迫第3天時，各處理的葉片SOD活性呈上升趨勢，分別比對照（CK）高15.1%、23.6%、22.8%、40.6%；當干旱脅迫第6天時，各處理的葉片SOD活性分別比對照（CK）高29.3%、42%、60.1%、64.9%，其中20% PEG-6000濃度處理的葉片SOD活性最高；當干旱脅迫第9天時，5%和10% PEG-6000濃度處理的葉片SOD活性上升緩慢，而15%和20% PEG-6000濃度處理的葉片SOD活性出現下降趨勢。

2.6? ?干旱脅迫對陜甘花楸過氧化物酶（POD）活

性的影響

如圖6所示，在5%和10% PEG-6000濃度處理下，陜甘花楸葉片過氧化物酶（POD）活性隨著脅迫時間的延長呈上升趨勢；在15%和20% PEG-6000濃度處理下，葉片POD活性隨著脅迫時間的延長呈先上升后下降的趨勢。當干旱脅迫第3天時，各處理的葉片POD活性呈上升趨勢，且與對照（CK）差異顯著；干旱脅迫第6天時，各處理的葉片POD活性持續上升，其中在5%和10% PEG-6000濃度處理下，葉片POD活性上升幅度較小，15%和20% PEG-6000濃度處理的葉片POD活性上升幅度較大；干旱脅迫第9天時，15%和20% PEG-6000濃度處理的葉片POD活性出現下降趨勢，其中15% PEG-6000濃度處理的葉片POD活性下降幅度較小，而20% PEG-6000濃度處理的POD活性下降幅度較大。

2.7? ?干旱脅迫下陜甘花楸葉片各項耐旱性生理指標

的相關性分析

由圖7可知，干旱脅迫下陜甘花楸葉片各項耐旱性生理指標的相關性分析顯示，陜甘花楸葉片RWC除與Pro含量無顯著相關之外，與其他各項耐旱性生理指標均呈極顯著負相關。陜甘花楸葉片REC與MDA含量、SOD活性、POD活性呈極顯著正相關，與Pro含量無顯著相關性；MDA含量與SOD活性、POD活性呈極顯著正相關，與Pro含量無顯著相關性；Pro含量與SOD活性、POD活性呈極顯著正相關；SOD活性與POD活性呈極顯著正相關。分析顯示，陜甘花楸葉片多項耐旱性生理指標均具有顯著相關性，說明陜甘花楸的耐旱性可能由多種因素綜合

決定。

3? 結論與討論

植物葉片的相對含水量反映了植物在干旱條件下的保水能力，是植物在缺水條件下能否維持正常生長的重要指標[12]。試驗表明，陜甘花楸葉片相對含水量（RWC）隨著PEG-6000濃度的上升和脅迫時間的延長呈持續下降的趨勢，這與彭

民貴等[13]利用PEG-6000模擬干旱條件下對紫斑牡丹的研究結論一致。

當植物受到外界傷害時，一般情況下，傷害越大，植物葉片外滲的電解質越多，此時植物葉片的相對電導率（REC）大小可以反映出植物細胞膜受到傷害的程度[14]。試驗表明，各處理的

陜甘花楸葉片REC呈上升趨勢。當干旱脅迫第9天時，各處理的陜甘花楸葉片REC比脅迫第6天仍有顯著差異，說明較長時間的干旱脅迫對陜甘花楸細胞膜造成損害，這與其他相關研究結果一致[15]。

丙二醛（MDA）含量的高低表明植物受害程度的大小，是反映植株在逆境環境下受害程度的重要指標[16]。試驗顯示，陜甘花楸葉片MDA含量隨著PEG-6000脅迫濃度的上升以及脅迫時間的延長呈上升趨勢，顯著高于對照（CK）處

理。與干旱脅迫第6天相比，干旱脅迫第9天

時，各處理的陜甘花楸葉片MDA含量上升速度緩慢，增幅不明顯。研究表明，陜甘花楸在一定時間范圍內具有較好的耐旱性。

滲透調節是植物適應逆境的重要調節機制，能提高植物對水分的吸收能力，防止細胞脫水，可維持植物在逆境下生長[17]。游離脯氨酸（Pro）是植物體內重要的滲透調節物質之一[15]。試驗表明，隨著脅迫時間的延長，陜甘花楸葉片Pro含量整體呈先上升后下降的趨勢，干旱脅迫第3天時，20% PEG-6000濃度處理下的葉片Pro含量低于15% PEG-6000濃度處理，且隨著脅迫時間的延長，該處理的葉片Pro含量下降幅度最高，說明長時間高濃度的干旱脅迫可導致植物滲透調節能力受限，生理代謝下降，谷氨酸的合成受到影響，進一步影響了游離脯氨酸調節物質的

合成。

大量研究表明，超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化物酶（POD）是植物體內主要的抗氧化

酶，能清除對植物有害的活性氧，從而起到保護植物膜系統的作用[18]。SOD被稱為抗氧化酶系統的第一道防線，之后POD能將O2、H2O2分解成H2O，避免H2O2對植物組織的傷害[19]。試驗表明，陜甘花楸葉片SOD活性、POD活性呈現不同變化趨勢，在5%和10% PEG-6000濃度脅迫下，葉片SOD活性、POD活性呈上升趨勢，而在15%和20% PEG-6000濃度脅迫下，葉片SOD活性、POD活性呈先上升后下降的趨勢，說明在PEG-6000低濃度時，SOD活性、POD活性對陜甘花楸葉片起到積極作用，有效減少對植物組織的傷害，但隨著PEG-6000脅迫濃度的上升及脅迫時間的延長，葉片中的抗氧化酶保護作用受到限制，細胞受損，酶活性出現下降。

綜上所述，由于不同PEG-6000濃度以及干旱脅迫的時間不同，陜甘花楸葉片各項耐旱性生理指標受到影響的程度也不同。相對而言，5%和10%PEG-6000濃度處理對陜甘花楸葉片的傷害較小，而15%PEG-6000濃度脅迫下，陜甘花楸葉片各項耐旱性生理指標變化幅度增大，但植株仍能通過滲透調節機制和激活抗氧化酶保護系統來適應干旱脅迫；而在20% PEG-6000濃度處理下，隨著脅迫時間的延長，陜甘花楸植株的滲透調節、抗氧化酶保護作用受到限制，植物受到的傷害增加。試驗表明，在一定范圍內，陜甘花楸具有較好的抗旱性。

參考文獻

[1] 鄧雅楠，嚴俊鑫，楊慧穎，等．草本園林植物抗旱性

研究進展[J]．種子，2017，36（5）：51-54，57．

[2] 王丹，龔榮高，榮毅，等．干旱脅迫對枇杷生理特性

及生長的影響[J]．西北植物學報，2016，36（7） ： 1399-1407．

[3] 馬鵬里，韓蘭英，張旭東，等．氣候變暖背景下中國

干旱變化的區域特征[J]．中國沙漠，2019，39（6）：209-215.

[4] DING Y B， GONG X L， XING Z X，et al. Attribution of

meteorological，hydrological and agricultural drought propagation in different climatic regions of China[J].

Agricultural Water Management，2021，255.

[5] 孫亞瑞，張峰程，許彬，等．PEG-6000模擬干旱脅迫

對彌勒苣苔生長的影響[J]．西部林業科學，2022，51（1）：89-94.

[6] 中國科學院中國植物志編輯委員會．中國植物志（第

67卷1冊）[M]．北京：科學出版社，2004：26.

[7] 姚德生，姚慶．甘肅花楸屬樹種資源及其園林應用分

析[J]．林業科技通訊，2015（10）：60-63.

[8]王柳英，馬玉壽，李青云，等．平西高速公路曹家堡段

護坡植物篩選研究初報[J]．四川草原，2005（7）：12-15.

[9] 高俊鳳．植物生理學實驗指導[M]．北京：高等教育

出版社，2006.

[10] 張治安，陳展宇．植物生理學實驗技術[M]．長春：

吉林大學出版社，2008.

[11] 葉尚紅，張志明，陳疏影，等．植物生理生化試驗

教程[M]．昆明：云南農業大學，2003.

[12] 楊海艷，李雪玲，王波，等．干旱脅迫對蕨類植物

生理指標的影響[J]．安徽農業科學，2011，39（14）：6316-6317.

[13] 彭民貴，張繼，陳學林，等．聚乙二醇模擬干旱脅

迫下紫斑牡丹的抗旱性研究[J]．西北農林科技大學學報（自然科學版），2014，42（4）：179-186.

[14] 簡令成，王紅．逆境植物細胞生物學[M]．北京：科

學出版社，2009.

[15] 李志剛，劉威，林彰文，等．蘆筍在PEG-6000模擬

干旱條件下的生理生化變化[J]．生態科學，2006，25（1）：21-23.

[16] WANG J J， LIN W H，ZHAO Y T， et al.Physiological and

biochemical responses of Festuca sinensis seedlings to temperature and soil moisture stress[J]. Functional Plant Biology，2017，44（10）： 1007-1015.

[17] 胡筱璇．3種蚊母樹的扦插繁殖及對水分脅迫的生理

響應[D]．長沙：中南林業科技大學，2023.

[18] 呂慶，鄭榮梁．干旱及活性氧引起小麥膜脂過氧化

與脫脂化[J]．中國科學，1996，26（1）26-30.

[19] 鄭愛珍，劉傳平，沈振國，等．鎘處理下青菜和白

菜MDA含量、POD和SOD活性的變化[J]．湖北農業科學，2005（1）：67-69.