PEG-6000模拟干旱胁迫下菊芋幼苗的生理响应.pdf

辽 宁 林 业 科 技Liaoning Forestry Science&Technology2023年第3期2023No3收稿日期：2022-11-30作者简介：宋依璇，助理工程师，主要从事林业调查规划工作，E-mail：。PEG-6000模拟干旱胁迫下菊芋幼苗的生理响应宋依璇（辽宁省林业调查规划监测院，辽宁 沈阳110122）摘要：为探明干旱胁迫条件下菊芋幼苗的生理响应规律，该文以菊芋幼苗为试材，使用不同质量分数的聚乙二醇（PEG-6000）溶液模拟土壤干旱对菊芋的胁迫，测定菊芋幼苗生长初期的叶绿素含量、脯氨酸含量及抗氧化酶活性。结果表明：随 PEG-6000 质量分数增加，幼苗叶片叶绿素含量逐渐降低，脯氨酸含量和抗氧化酶活性逐渐增加。除 10%PEG-6000 处理的脯氨酸含量、过氧化氢酶活性和过氧化物酶活性与对照差异显著外，其余 PEG-6000 处理的生理指标均与对照差异极显著（P0.01）。该研究为菊芋在干旱半干旱地区水土保持与生态修复提供科学依据。关键词：菊芋；聚乙二醇；叶绿素；脯氨酸；抗氧化酶活性中图分类号：S632.9文献标识码：A文章编号：1001-1714（2023）03-0028-03进入 21 世纪以来，生态环境问题是影响人类生存和发展的重大问题之一。由干旱所引发的一系列问题是制约我国社会经济发展与生态环境建设的重要因素，尤其在干旱、半干旱地区1。据研究，在植物所遭受的各种非生物灾害中，干旱对植物生长造成的危害最为严重2。近 50 年来，东北地区升温趋势显著，年均升温变化为 2.455.72，是我国升温最显著的地区，并且升温直接导致干旱化加剧，严重影响当地的生态环境。干旱使土壤蒸发量大，盐分在地表聚集，导致盐渍化问题也十分突出，这使当地植物除了遭受干旱的袭扰外，还要经受盐分的侵害。近年来，随着我国对自然生态的逐渐重视，许多学者对荒漠化治理、植被恢复以及对盐渍化土地的开发利用等问题进行了研究，这其中最有效的方法就是利用耐旱植物来改善生态环境，对退化的生态系统进行修复3。菊芋 Helianthus tuberosus 俗称鬼子姜、姜不辣，原产于北美洲，在中国南北各地均有栽培。菊芋是菊科向日葵属的多年生草本植物，有块状的地下根及纤维状根。菊芋具有耐干旱、耐盐碱的生理特性，是干旱、盐渍化土壤生态修复的优良备选植物，在保持当地水土、防风固沙方面都具有重要作用。本文以菊芋幼苗为研究对象，探讨其在干旱胁迫下苗木的生理响应，为进一步利用菊芋进行干旱地区生态环境修复，降低水土流失提供参考。1材料与方法1 1.1 1试验材料试验材料将大小一致的菊芋块茎栽种在盛满细沙直径20 cm 的塑料花盆内，每盆 3 个块茎。出苗后每盆定苗 3 株（每块茎留 1 株），在温室内进行培养，自然光照。生长 2 个月后进行相关实验。试验材料为菊芋幼苗。1 1.2 2干旱胁迫处理干旱胁迫处理采用聚乙二醇（PEG-6000）模拟干旱胁迫的实验方法4。PEG-6000 配置 3 个质量分数，分别为10%、15%、20%。每个处理 5 盆，重复 3 次。将PEG-6000 溶液加入盆中，每盆 500 mL，称质量。将处理后的菊芋放在室温 25、自然光照的温室进行观察。以浇灌等量无菌水作为对照。1 1.3 3测定方法测定方法PEG-6000 模拟干旱处理菊芋幼苗 15 d 后进行相关指标测定。叶绿素含量采用丙酮法测定，脯氨酸含量采用磺基水杨酸法测定，过氧化氢酶（CAT）、过氧化物酶（POD）和超氧化物歧化酶（SOD）活性采用南京建成公司试剂盒测定。28第 3 期2023 年1 1.4 4数据处理数据处理利用 Graphpad Prism 7.0 对数据进行单因素方差分析（ANOVA）及多重比较（显著性水平 P=0.05、0.01、0.001 和 0.0001），并绘图。2结果与分析2 2.1 1干旱胁迫对菊芋幼苗叶绿素含量的影响干旱胁迫对菊芋幼苗叶绿素含量的影响如图 1 所示，随干旱胁迫程度逐渐增加，叶绿素 a 含量逐渐下降，且下降幅度逐渐增大。PEG-6000 处理的叶绿素 a 含量分别降为对照的 25%、46%和 59%，降低幅度均与对照达到极显著差异（P0.0001）。与叶绿素 a 含量变化规律相似，随干旱胁迫程度逐渐增加，叶绿素 b 含量逐渐下降，且下降幅度逐渐增大。PEG-6000 处理的叶绿素 b 含量分别降为对照的 20%、23%和 49%，降低幅度均与对照达到极显著差异（P0.01，P0.0001）。注：*、*、*分别表示 0.05、0.01、0.0001 差异显著水平。下图同。图1干旱胁迫对菊芋幼苗叶绿素含量的影响2 2.2 2干旱胁迫对菊芋幼苗脯氨酸含量的影响干旱胁迫对菊芋幼苗脯氨酸含量的影响脯氨酸是植物体内常见渗透调节物质，其含量可以指示植物受害程度，与植物受害程度呈正相关。如图 2 所示，随干旱胁迫程度逐渐增加，菊芋叶片脯氨酸含量呈上升趋势，且上升幅度逐渐增大。与对照相比，分别上升了 19%、111%和 443%，20%PEG-6000 处理与对照差异极显著（P0.0001），15%PEG-6000 处理与对照差异显著（P0.05）。图2干旱胁迫对菊芋幼苗脯氨酸含量的影响宋依璇：PEG-6000模拟干旱胁迫下菊芋幼苗的生理响应图3干旱胁迫对菊芋幼苗抗氧化酶活性的影响2 2.3 3干旱胁迫对菊芋幼苗抗氧化酶活性的影响干旱胁迫对菊芋幼苗抗氧化酶活性的影响（下转第54页）29第 3 期2023 年辽 宁 林 业 科 技素分析J.中国人口资源与环境，2013，23（7）：104-109.7Glaeser E L，Kahn M E.The greenness of cities：Carbon dioxide emissions and urban developmentJ.Journal of Urban Economics，2010，67（3）：404-418.8陈文婧.城市绿地生态系统碳水通量研究D.北京：北京林业大学，2013.9李晓曼，康文星.广州市城市森林生态系统碳汇功能研究J.中南林业科技大学学报，2008（1）：8-13.10毛沂新.无人机遥感在林业调查领域的应用J.吉林林业科技，2018，47（3）：38-40.11王淑君，管东生，黎夏，等.广州森林碳储量时空演变及异质性分析J.环境科学学报，2008（4）：778-785.12曹林，佘光辉，代劲松，等.激光雷达技术估测森林生物量的研究现状及展望J.南京林业大学学报（自然科学版），2013，37（3）：163-169.13Morsdorf F，Nichol C，Malthus T，et al.Assessing foreststructural and physiological information content of multi-spectral LiDAR waveforms by radiative transfer modellingJ.Remote Sensing of Environment，2009，113（10）：2152-2163.14Andrew T，Lucy R H，Luca L M，et al.Current and future biomass carbon uptake in Bostons urban forestJ.Science of The Total Environment，2020，709：1-10.15Hong J W，Hong Jinkyu，Chun Junghwa，et al.Comparativeassessment of net CO2exchange across an urbanization gradient in Korea based on eddy covariance measurementsJ.Carbon Balance and Management，2019，14（1）：1-18.16Ren Y，Yan J，Wei X H，.Effects of rapid urban sprawl onurban forest carbon stocks：integrating remotely sensed，GIS and forest inventory dataJ.Journal of EnvironmentManagement，2012，113：447-455.（责任编辑：王月婵）（上接第29页）如图 3 所示，随干旱胁迫程度逐渐增加，菊芋幼苗叶片的 CAT 活性、POD 活性和 SOD 活性逐渐上升，上升幅度逐渐增大。CAT 分别上升了 23%、162%和 365%，POD 分 别 上 升 了 94%、111%和261%，SOD 分别上升了 75%、130%和 230%。除10%PEG-6000 处理的 CAT 和 POD 活性与对照差异显著（P0.05）外，其余处理的幼苗叶片酶活性均与对照差异极显著（P0.0001）。3结论分子量超过 6000 的 PEG 分子较大，不能进入细胞，且 PEG 亲水性好，加入水中可降低溶液水势，进而抑制植物根系吸水而造成干旱胁迫5-6。本试验使用 PEG-6000 溶液处理菊芋幼苗来模拟干旱胁迫，研究干旱胁迫对菊芋幼苗的生理影响。结果表明，随 PEG-6000 质量分数增加，幼苗叶片叶绿素含量逐渐降低，脯氨酸含量和抗氧化酶活性逐渐增加。除 10%PEG-6000 处理的过氧化氢酶活性、过氧化物酶活性和超氧化物歧化酶活性与对照差异显著（P0.05）外，其余 PEG-6000 处理的生理指标均与对照差异极显著（P0.0001）。由此可见 PEG-6000 干旱胁迫对菊芋幼苗产生了显著影响。参 考 文 献：1王赞，李源，吴欣明，等.PEG渗透胁迫下鸭茅种子萌发特性及抗旱性鉴定J.中国草地学报，2008，30（1）：50-55.2Sugden A，Fahrenkamp-Uppenbrink J，Malakoff D，et al.Forest health in a changing worldJ.Science，2015，349（6250）：800-801.3康宏樟.沙地樟子松水分生理生态特征及其适应性以科尔沁沙地东南缘为例D.北京：中国科学院，2007.4宗莉，甘霖，康玉茹，等.盐分、干旱及其交互胁迫对黑果枸杞发芽的影响J.干旱区研究，2015，32（3）：499-503.5程波，胡生荣，高永，等.PEG模拟干旱胁迫下5种紫花苜蓿萌发期抗旱性的评估J.西北农林科技大学学报（自然科学版），2019，47（1）：53-59.6李志萍，张文辉，崔豫川.PEG模拟干旱胁迫对栓皮栎种子萌发及生长生理的影响J.西北植物学报，2013，33（10）：2043-2049.（责任编辑：张素清）54