吳小青 曹丹 陳思逸 陳卓雅 朱明庫*

(1.江蘇建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院 建筑裝飾學(xué)院，江蘇 徐州 221116；2.江蘇師范大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院，江蘇 徐州 221116)

景天屬植物以其生長力強(qiáng)、易于繁殖、植株矮小、枝葉密集、綠色時(shí)間維持長、抗旱、耐寒、耐貧瘠、適宜范圍廣[1]、管理粗放在城市園林景觀綠化中已被逐步推廣和應(yīng)用，尤其是在屋頂綠化、立體綠化等惡劣生存環(huán)境中具有不可替代的地位。在當(dāng)今崇尚自然、綠色生態(tài)的生活主題下，屋頂綠化、立體綠化作為一種不占用地面土地的綠化形式，其應(yīng)用越來越廣泛。在這種特殊的立地條件下植物種植與地面隔離，缺乏地下水分補(bǔ)給，同時(shí)光照強(qiáng)、夏季溫度高、風(fēng)速大、水分蒸發(fā)快，對植物抗旱性要求極高，因此，研究這類植物的抗旱性對應(yīng)用和發(fā)揮其生態(tài)效益具有重要意義。

縱觀對景天植物的抗旱性研究，目前有關(guān)景天科植物在干旱條件下的抗逆性研究依然較少，而且都僅限于盆栽控水模擬干旱的方法。在初期全部澆透水至土壤飽和含水量，通過人工控水降低土壤含水量，使土壤中的水分逐漸蒸發(fā)，導(dǎo)致植物不能吸收土壤中的水分而受到干旱脅迫。盆栽控水法通過不給植物澆水來控制土壤的水分。由于植物植株很難保證完全均一，植物根系發(fā)育、葉片多少、植物株型不同都會導(dǎo)致植物的吸水和蒸發(fā)量不一致；同一個(gè)盆中深度和內(nèi)外位置不同，土壤的濕度也不一致，很難保證一批實(shí)驗(yàn)材料植物受到一致的干旱脅迫。PEG即聚乙二醇是一種高分子滲壓劑，無毒且無刺激性，水溶性好。聚乙二醇(PEG-6000)分子量較大，不會穿透細(xì)胞壁進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)而給植物造成傷害，而且可調(diào)節(jié)植物根系環(huán)境滲透勢，保證實(shí)驗(yàn)材料受到同樣的處理，因而已廣泛用于模擬干旱脅迫[2,3]。為擴(kuò)大景天植物在園林綠化景觀中的應(yīng)用范圍，本研究挑選了3種形態(tài)相近、觀賞價(jià)值高、耐旱性較強(qiáng)的景天屬植物作為研究對象，首次運(yùn)用聚乙二醇(PEG-6000)模擬干旱脅迫來研究景天植物的生理生化反應(yīng)，為景天植物抗旱研究探索一條更便捷、精確和科學(xué)的方法。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試材料：白佛甲草、姬星美人(米葉景天)、薄雪萬年草。

2019年11月從花卉市場買回原始植物材料，于江蘇師范大學(xué)溫室中培養(yǎng)，一個(gè)月后進(jìn)行扦插。取生長健壯的植物作為扦插繁殖材料，剪取5cm左右的嫩梢，處理后扦插于帶網(wǎng)孔穴盤[長×寬=42×42(cm)]中。種植基質(zhì)采用田園土∶泥炭∶珍珠巖(體積比)=1∶2∶1，深4 cm。每種2盤，每盤扦插35株。培養(yǎng)條件為：溫度25±2℃，濕度50%±5%，扦插成活后移栽至花盆中正常養(yǎng)護(hù)和管理。1個(gè)月后，選取長勢相近、生長健壯的植株用于干旱脅迫實(shí)驗(yàn)。

1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

干旱脅迫通過澆灌20%的PEG-6000進(jìn)行，每隔2d澆灌一次。為保證澆透每次每株50 mL，于澆灌后0、13、22和36 d拍照記錄植物萎蔫表型的變化，同時(shí)取樣測定脅迫相關(guān)生理指標(biāo)變化。

1.3 測定指標(biāo)與方法

丙二醛(MDA)含量、過氧化氫酶(CAT)活性、超氧化物歧化酶(SOD)活性、脯氨酸(PRO)含量的測定為四次生物重復(fù)的結(jié)果，均用南京建成生物工程研究所(http://www.njjcbio.com/)銷售的檢測試劑盒進(jìn)行。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用IBM SPSS Statistics 26軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，并通過Origin 2018進(jìn)行作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 干旱脅迫期間3種景天科植物的表型變化

實(shí)驗(yàn)開始前，篩選生長健壯、植株大小均勻一致的3種景天植物進(jìn)行實(shí)驗(yàn)(圖1A)。澆灌PEG-6000模擬干旱脅迫實(shí)驗(yàn)13d后，姬星美人萎蔫，葉片萎縮顏色變深；薄雪萬年草枝葉有點(diǎn)泛紅；白佛甲草枝葉失水有些變白(圖1B)。干旱脅迫22 d后，薄雪萬年草萎蔫，葉片萎縮完全變紫紅色；白佛甲草顏色更白，有些萎蔫；姬星美人莖顏色變深(圖1C)。干旱脅迫36d后，白佛甲草萎蔫，個(gè)別葉片干枯；薄雪萬年草已有葉片掉落；姬星美人嚴(yán)重失水(圖1D)。進(jìn)行恢復(fù)試驗(yàn)后，白佛甲草恢復(fù)最快，其次是薄雪萬年草，姬星美人(米葉景天)死亡，得出抗旱性大?。喊追鸺撞?薄雪萬年草>姬星美人(米葉景天)。

圖1 3種景天科植物在澆灌PEG-6000后0d(A)、

2.2 干旱脅迫對MDA含量的影響

脂質(zhì)中的不飽和脂肪酸可以與體內(nèi)氧自由基反應(yīng)，產(chǎn)生過氧化脂質(zhì)。過氧化脂質(zhì)可以被分解為很多化合物，其中就包括丙二醛(MDA)。要想檢測植物體內(nèi)脂質(zhì)氧化的水平，可通過檢測MDA含量的方法來達(dá)到。丙二醛(MDA)與硫代巴比妥酸(TBA)生成紅色物質(zhì)，在532nm有最大吸收峰，通過比色可以估計(jì)出過氧化脂質(zhì)的含量，利用紫外分光光度計(jì)同時(shí)測定600nm下的吸光度。利用差值計(jì)算丙二醛(MDA)的含量。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析：植物葉片中的丙二醛(MDA)含量表明細(xì)胞膜脂過氧化程度，丙二醛(MDA)的增幅越大，說明細(xì)胞膜過氧化程度越高，即細(xì)胞膜被破壞得越厲害，其抗旱能力就越差[4]。由圖2可見，隨著干旱脅迫時(shí)間的延長，3種景天屬植物的丙二醛(MDA)含量基本呈遞增趨勢。白佛甲草總趨勢為上升且增幅較小。薄雪萬年草的峰值最大，增幅最大；姬星美人的MDA含量相對穩(wěn)定，增幅最小，但要考慮到姬星美人后期可能因?yàn)楦珊禃r(shí)間太久已經(jīng)死亡,所以呈現(xiàn)出丙二醛(MDA)含量穩(wěn)定的假象。

*表示P<0.05,**表示P<0.01。

2.3 干旱脅迫對SOD活性的影響

實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析：目前，普遍認(rèn)為干旱脅迫通過破壞植物體內(nèi)細(xì)胞活性氧產(chǎn)生和清除動態(tài)平衡從而使細(xì)胞膜損傷。超氧化物歧化酶(SOD)在細(xì)胞受到干旱脅迫時(shí)，能有效清除超氧陰離子自由基，防御細(xì)胞膜損傷，同時(shí)還能減少M(fèi)DA的產(chǎn)生[5]。SOD活性變化越大，抗旱性越高。由圖3可知，在干旱脅迫下，SOD活性總的趨勢是上升，白佛甲草和薄雪萬年草的SOD活性變化較大，抗旱性較高；姬星美人(米葉景天)變化不明顯(考慮到死亡)，因此姬星美人(米葉景天)抗旱性最低。

*表示P<0.05,**表示P<0.01。

2.4 干旱脅迫對PRO含量的影響

脯氨酸(PRO)廣泛存在于動物、植物、微生物和培養(yǎng)細(xì)胞中。當(dāng)植物受到脅迫時(shí)，植物體內(nèi)的脯氨酸(PRO)含量一般來說會顯著增多，脯氨酸增加量一定程度上反映了抗逆性。因此，脯氨酸增加量可以作為抗逆育種的生理指標(biāo)之一。本實(shí)驗(yàn)用磺基水楊酸(SA)提取PRO，經(jīng)過加熱處理后，脯氨酸(PRO)可以與酸性茚三酮溶液反應(yīng)生成紅色，加甲苯萃取后，在520nm測定吸光度。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析：一般來說，抗旱性強(qiáng)的植物在干旱脅迫時(shí)脯氨酸(PRO)增幅會大于抗旱性弱的植物[6]。由圖4可知，隨著干旱脅迫時(shí)間的增加，3種景天屬植物脯氨酸(PRO)含量的總趨勢為上升，薄雪萬年草增幅最大，白佛甲草上升后略有回落，姬星美人(米葉景天)有起有落，可知薄雪萬年草抗旱性較好。本實(shí)驗(yàn)中，脯氨酸(PRO)含量的變化與理論略有不符，日后可深入研究脯氨酸(PRO)含量與植物抗旱性的關(guān)系。

*表示P<0.05,**表示P<0.01。

2.5 干旱脅迫對CAT活性的影響

在動物、植物、微生物和培養(yǎng)細(xì)胞中廣泛存在著過氧化氫酶(CAT)。過氧化氫酶(CAT)是最主要的H2O2清除酶，在活性氧清除系統(tǒng)中具有重要作用。過氧化氫酶能夠?qū)2O2分解，而H2O2在240nm下有特征吸收峰，因此過氧化氫酶(CAT)能影響反應(yīng)液的吸光度，根據(jù)反應(yīng)液吸光度的變化率即可計(jì)算出過氧化氫酶(CAT)的活性。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析：過氧化氫酶(CAT)作為植物體內(nèi)活性氧清除劑，能夠在植物遭受干旱脅迫時(shí)清除植物體內(nèi)過量的活性氧，維持活性氧的代謝平衡，使保護(hù)膜結(jié)構(gòu)免受或少受活性氧的傷害，從而使植物在一定程度上忍受、抵抗干旱脅迫[7]。因此，過氧化氫酶(CAT)作為景天屬植物重要的抗旱保護(hù)酶，可以作為景天屬植物抗旱性的生理指標(biāo)之一。從圖5可知，隨著干旱脅迫時(shí)間的增加，3種景天屬植物過氧化氫酶(CAT)活性總趨勢先上升后下降；白佛甲草的增幅最大，峰值最高；薄雪萬年草和姬星美人(米葉景天)增幅較小。由此可見，3種景天屬植物中白佛甲草的抗旱性最強(qiáng)。

*表示P<0.05,**表示P<0.01。

3 討論

干旱對植物有多方面影響，但最根本的影響是干旱時(shí)土壤水分降低，植物葉片因蒸騰作用失水而不能從土壤中吸收足夠水分，導(dǎo)致細(xì)胞原生質(zhì)脫水，影響細(xì)胞膜上脂質(zhì)分子排列，細(xì)胞膜的透性增強(qiáng)，同時(shí)植物正常生理過程被破壞，合成受到抑制，分解加速，使植物生長減弱，致使葉片失水衰老、枯黃，直至死亡[8]。植物抗旱能力受多種因素影響[9]，用于鑒定植物抗旱能力的指標(biāo)也非常多，包括生理形態(tài)指標(biāo)、水分生理指標(biāo)、膜脂過氧化指標(biāo)等[10]。膜系統(tǒng)被認(rèn)為是干旱傷害的最關(guān)鍵和最初部位。在植物受到干旱脅迫后，細(xì)胞膜發(fā)生膜脂過氧化作用，細(xì)胞膜通透性增加，作為產(chǎn)物之一的丙二醛(MDA)常用作膜脂過氧化的指標(biāo)。在本實(shí)驗(yàn)中，隨著干旱脅迫時(shí)間的延長，姬星美人(米葉景天)、薄雪萬年草、白佛甲草依次萎蔫，能大致看出3種植株抗旱性高低。再結(jié)合測量數(shù)據(jù)分析，3種景天屬植物的丙二醛(MDA)含量基本呈遞增趨勢。白佛甲草總趨勢為上升且增幅較小，可見抗旱性很強(qiáng)。雖然從數(shù)據(jù)上來看，姬星美人(米葉景天)增幅最小，但實(shí)際姬星美人(米葉景天)最先萎蔫，很有可能取樣時(shí)已經(jīng)干枯死亡。從超氧化物歧化酶(SOD)活性的結(jié)果來看，超氧化物歧化酶是重要的抗氧化酶，能有效地降低膜脂過氧化帶來的損傷，所以超氧化物歧化酶活性與抗氧化能力正相關(guān)。從本次實(shí)驗(yàn)結(jié)果來看，白佛甲草和薄雪萬年草的SOD活性明顯升高，易得出白佛甲草和薄雪萬年草抗旱性較高的結(jié)論。脯氨酸是良好的滲透調(diào)節(jié)劑，可用作反映植物抗逆性的生理指標(biāo)[11]。干旱脅迫下，植物體內(nèi)脯氨酸含量明顯升高[12]，本實(shí)驗(yàn)中，可得出薄雪萬年草抗旱性最好的觀點(diǎn)，所以已有研究的觀點(diǎn)“干旱脅迫下PRO含量積累量與抗旱性成正相關(guān)”[13]有待驗(yàn)證。過氧化氫酶(CAT)是植物體內(nèi)重要的膜保護(hù)酶，從實(shí)驗(yàn)結(jié)果來看，3種景天屬植物過氧化氫酶(CAT)含量先上升后下降，白佛甲草的峰值最高，其抗旱性最強(qiáng)。本研究以3種景天科植物對干旱脅迫的表觀變化、丙二醛(MDA)含量、超氧化物歧化酶(SOD)活性、過氧化氫酶(CAT)活性、脯氨酸(PRO)含量指標(biāo)為依據(jù)，對不同處理下3種植物各指標(biāo)進(jìn)行綜合分析，結(jié)果表明3種景天植物的抗旱能力大小為：白佛甲草>薄雪萬年草>姬星美人(米葉景天)。因此白佛甲草相對于其他2種景天屬植物更適用于輕型屋頂綠化。