郁敏 米銀法

doi：10.15889/j.issn.1002-1302.2024.10.024

摘要：以4個觀賞性狀優(yōu)良的牡丹品種銀紅巧對、洛陽紅、八千代春、胡紅為試材，研究干旱脅迫下外源CaCl2對其葉內(nèi)生理指標(biāo)的調(diào)控機(jī)制以及不同品種間的響應(yīng)差異，利用隸屬函數(shù)值法評價Ca2+對4種牡丹抗旱性調(diào)控的總體效果。結(jié)果表明，噴施Ca2+后，4個牡丹品種的葉MDA、H2O2含量和 O-2·生成速率顯著降低，可溶性蛋白、游離脯氨酸含量和SOD、CAT、POD活性顯著提高。表明外施Ca2+能明顯改善干旱脅迫下牡丹細(xì)胞的滲透勢，維護(hù)良好的細(xì)胞膨壓，有效清除ROS中H2O、O-2·對細(xì)胞膜的毒害作用，保持較好的細(xì)胞膜狀態(tài)，提高植株的抗逆能力。脅迫期內(nèi)，4種牡丹對噴施Ca2+的生理調(diào)控機(jī)制在品種間差異顯著。與各自對照相比，在葉H2O2含量方面，銀紅巧對、胡紅在輕度、中度干旱時顯著降低，重度干旱時顯著升高；洛陽紅、八千代春在輕度干旱時顯著降低，中度、重度干旱時顯著升高。游離脯氨酸含量的最大增幅除八千代春出現(xiàn)在中度干旱外，其余3個品種均出現(xiàn)在重度干旱。外施CaCl2沒有改變4種牡丹葉內(nèi)CAT活性先升后降及POD活性逐漸升高的變化趨勢。在葉內(nèi)SOD活性方面，除輕度干旱時的八千代春與對照無顯著差異外，其余均比各自對照顯著提高，其中銀紅巧對、胡紅即使在重度干旱時外施Ca2+仍能誘導(dǎo)SOD保持較高的活性。結(jié)果表明，Ca2+對銀紅巧對、胡紅的調(diào)控作用效果總體優(yōu)于洛陽紅、八千代春?？傮w而言，Ca2+調(diào)控效果由強(qiáng)到弱順序?yàn)楹t>銀紅巧對>洛陽紅>八千代春。本研究結(jié)果可為觀賞牡丹的田間栽培管理、抗旱品種的選配、砧木的選擇與引種等提供實(shí)踐依據(jù)和理論指導(dǎo)。

關(guān)鍵詞：牡丹；外源鈣；干旱脅迫；生理調(diào)節(jié)；評價

中圖分類號：S685.110.1? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：1002-1302（2024）10-0179-07

收稿日期：2023-06-25

基金項(xiàng)目：國家自然科學(xué)基金（編號：31872157）；國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（編號：2018YFD1000800）；河南省科技攻關(guān)項(xiàng)目（編號：232102110031）。

作者簡介：郁? 敏（1982—），女，河南鄭州人，碩士，副教授，從事園林植物與觀賞園藝方面教研工作。E-mail：jimiapple@126.com。

隨著世界范圍內(nèi)碳排放以及溫室效應(yīng)的日益加劇，全球氣溫升高、氣候紊亂、降水分布不均、極端天氣頻繁，導(dǎo)致干旱問題普遍頻發(fā)，植物在生長過程中出現(xiàn)組織大量缺水、正常生理代謝紊亂、生物代謝酶失活、光合同化力下降等［1-2］，嚴(yán)重時造成植物減產(chǎn)、絕產(chǎn)，甚至死亡。農(nóng)業(yè)干旱問題已成為一項(xiàng)全球公認(rèn)的普遍自然災(zāi)害，科學(xué)界也一直致力于尋求多種途徑來緩解干旱脅迫造成的危害。許多研究表明，干旱逆境下植物葉面或根施耦聯(lián)胞外信號與細(xì)胞內(nèi)生理生化反應(yīng)的重要第2信使物質(zhì)即外源Ca2+，能夠調(diào)控植物體內(nèi)的抗氧化系統(tǒng)，顯著提高植物抗氧化酶如過氧化氫酶（CAT）、過氧化物酶（POD）、超氧化物歧化酶（SOD）的活性和滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的含量，降低MDA含量和H2O2、 O-2·的生成速率等，來維護(hù)植物細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，進(jìn)一步緩解干旱脅迫對植物造成的傷害，增強(qiáng)植物對干旱逆境的抵御能力。外源Ca2+能提高甘草［3］、商洛黃芩［4］、白刺花幼苗［5］的抗氧化酶CAT、POD、SOD的活性和木豆種苗［6］的可溶性蛋白、脯氨酸含量；顯著降低樟子松苗木［7］、棉花幼苗［8］的MDA含量和H2O2、 O-2·的生成速率，維護(hù)細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，顯著增強(qiáng)這些植物的抗旱適應(yīng)能力；并顯著改善干旱脅迫下玉米植株的生長狀況［9］，提高植株的養(yǎng)分吸收能力。許多研究表明，遭受干旱脅迫時，可依據(jù)植物主要生理指標(biāo)的變化，利用隸屬函數(shù)值對植物的抗性進(jìn)行總體評價［10］；品種的隸屬函數(shù)值越大，其抗旱能力越強(qiáng)［11-12］。黃莉娟等研究干旱脅迫下6個不同抗性的毛花雀稗生理生化指標(biāo)的變化情況，利用隸屬函數(shù)法綜合評價不同品種毛花雀稗植株的耐旱性，發(fā)現(xiàn)美國種質(zhì)具有很高的綜合隸屬函數(shù)值，抗旱性最強(qiáng)；貴州安龍（草坡）種質(zhì)的綜合隸屬函數(shù)值次之，抗旱性良好；越南種質(zhì)的綜合隸屬函數(shù)值最低，抗旱性最差；其余種質(zhì)居中［13］。

在傳統(tǒng)名花牡丹（Paeonia suffruticosa Andr.）根部土壤缺水時，有關(guān)外源Ca2+對不同牡丹品種生理指標(biāo)的調(diào)節(jié)機(jī)制的研究尚不多見。本試驗(yàn)以不同抗旱能力的牡丹品種為試材，研究外源Ca2+對根部缺水條件下牡丹葉內(nèi)生理指標(biāo)的調(diào)控機(jī)制和品種間的響應(yīng)差異，以期為觀賞牡丹的田間栽培管理、抗旱品種選配、砧木選擇與引種等提供實(shí)踐依據(jù)和理論基礎(chǔ)。

1? 材料與方法

1.1? 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)于2020年7月至2021年6月在河南省林業(yè)科學(xué)研究院進(jìn)行。以4個牡丹品種銀紅巧對、洛陽紅、八千代春、胡紅的3年生牡丹分株苗為試材，試材均來自國家牡丹基因庫（洛陽）。

1.2? 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

2020年7月初選擇長勢良好、均勻一致的優(yōu)良苗，以肥沃的大田土為基質(zhì)，統(tǒng)一修整后栽種在內(nèi)徑30 cm、高28 cm的花盆內(nèi)，1盆1株，每種牡丹栽種10株，正常肥水管理。 2021年6月3—13日，將盆栽分為不噴施CaCl2組（對照組）和噴施CaCl2組（處理組）2組，每組設(shè)置5盆。對照組噴施蒸餾水，處理組噴施濃度為 0.3 mmol/L 的CaCl2，早晚間隔8 h噴施，對牡丹葉片正反面噴灑2次/d，噴至葉面有水滴落為止，連續(xù)噴施10 d。這10 d內(nèi)，材料同時進(jìn)行干旱脅迫試驗(yàn)，干旱脅迫期間搭建防雨棚遮雨備用。6月3—13日內(nèi)按李軍等的方法［14］每天傍晚對盆栽進(jìn)行稱重和補(bǔ)水，10 d內(nèi)使盆栽維持土壤的相對含水量為80％。6月13日后進(jìn)行控水處理，讓所有盆栽自然干旱。測得第3、6、9天時的相對含水量分別為50%～55%（輕度干旱）、35%～40%（中度干旱）、25%～30%（重度干旱），控水至第10天各處理大部分葉片明顯萎蔫時，結(jié)束室外試驗(yàn)。

1.3? 測定項(xiàng)目

分別在試驗(yàn)期內(nèi)第3、6、9天的10：00進(jìn)行取樣，用于各項(xiàng)指標(biāo)測定。取樣時統(tǒng)一采摘各牡丹植株基部以上第3～5節(jié)位的葉片，采樣后立即放入冰盒，帶回實(shí)驗(yàn)室用于指標(biāo)測定。脯氨酸、丙二醛（MDA）和可溶性蛋白含量按照李合生的方法［15］測定。H2O2、 O-2·含量以及SOD（超氧化物歧化酶）、POD （過氧化物酶）、CAT（過氧化氫酶）活性參考高俊鳳的方法［16］測定。每個指標(biāo)重復(fù)測定3次，用Excel 2003進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

1.4? 干旱脅迫下外源Ca2+對不同牡丹品種抗旱性調(diào)節(jié)綜合效應(yīng)評價

以測定的8個生理指標(biāo)為基礎(chǔ)，按文獻(xiàn)［10-12］中的方法，求得各牡丹品種各生理指標(biāo)隸屬函數(shù)值的平均值，根據(jù)平均值，綜合評價外源Ca2+對干旱脅迫下牡丹的生理調(diào)節(jié)作用，確定Ca2+對不同品種牡丹干旱脅迫傷害的緩解效果［11-13］。

2? 結(jié)果與分析

2.1? 干旱脅迫下外源Ca2+對牡丹葉MDA、 O-2·、H2O2含量變化的影響

丙二醛（MDA）是植物遭受逆境脅迫細(xì)胞膜脂發(fā)生過氧化時的產(chǎn)物，MDA含量常作為衡量細(xì)胞膜脂過氧化程度和鑒定植物逆境抗性的重要生理指標(biāo)［17］。由圖1-A可知，4個供試牡丹品種葉內(nèi)MDA含量隨土壤干旱程度的增強(qiáng)而逐漸升高。葉片噴施CaCl2可不同程度地降低各牡丹品種的葉內(nèi)MDA含量。土壤輕度干旱時，處理組胡紅、銀紅巧對分別比對照組顯著降低30.5%、19.9%（P<0.05）；其余2個品種（洛陽紅、八千代春）的對照組和處理組間無顯著差異。土壤中度干旱時，處理組4個供試品種葉內(nèi)MDA含量均比對照組顯著降低，其中銀紅巧對、洛陽紅、八千代春、胡紅分別比對照組降低19.6%、20.5%、21.6%、25.9%（P<0.05）。土壤重度干旱時，處理組銀紅巧對、胡紅的MDA含量均顯著降低，比各自對照組分別降低13.5%、28.1%（P<0.05）；洛陽紅、八千代春則無顯著差異。結(jié)果表明，外施CaCl2可明顯減輕牡丹葉片細(xì)胞膜脂的過氧化程度，緩解干旱脅迫對牡丹植株的傷害。但CaCl2緩解傷害的效果因不同牡丹品種而異，外施CaCl2在3種干旱脅迫程度下對胡紅、銀紅巧對均能顯著改善，而對洛陽紅、八千代春僅在中度干旱脅迫時效果顯著。

植物體遭受逆境脅迫時會產(chǎn)生大量高能態(tài)的活性氧自由基，這些自由基彼此間發(fā)生關(guān)聯(lián)反應(yīng)，生成更多活性氧自由基產(chǎn)物，進(jìn)而加劇逆境的傷害程度。因此，逆境條件下植物體內(nèi) O-2·、H2O2的含量高低是衡量活性氧自由基強(qiáng)弱的2個重要生理指標(biāo)。由圖1-B可以看出，4個牡丹品種植株遭受干旱脅迫時， O-2·生成速率隨干旱的嚴(yán)重程度而逐漸

升高，均在嚴(yán)重干旱時達(dá)到最高。外施CaCl2后，4個牡丹品種在3種不同程度的干旱脅迫下，葉內(nèi) O-2·的生成速率均比對照顯著降低。3種不同程度干旱脅迫條件下，銀紅巧對、洛陽紅、八千代春、胡紅的葉內(nèi) O-2·下降幅度范圍分別為23.1%～33.3%、17.0%～31.9%、16.7%～30.6%、30.7%～43.1%。外施CaCl2能讓胡紅 O-2·在整個干旱脅迫過程中的生成速率維持在較低水平，且其生成速率降幅最大，和其余3個品種相比差異顯著。總體而言，胡紅清除 O-2·的生理應(yīng)對機(jī)制優(yōu)于其余3個品種。

由圖1-C可知，隨著干旱程度的加劇，未外施CaCl2的對照組中，洛陽紅、八千代春葉內(nèi)的H2O2含量在前期降低后期升高，銀紅巧對、胡紅葉內(nèi)H2O2含量則表現(xiàn)為前期不顯著變化，但后期顯著升高（P<0.05）。外施CaCl2后，輕度、中度干旱脅迫下，銀紅巧對、胡紅的H2O2含量比對照顯著降低，重度干旱脅迫下顯著升高；輕度干旱脅迫下，洛陽紅、八千代春的H2O2含量比對照顯著降低，中度、重度干旱脅迫下則顯著升高（P<0.05）。4個牡丹品種葉內(nèi)H2O2的含量表現(xiàn)出顯著的品種間差異。輕度干旱脅迫下，外施CaCl2，銀紅巧對、洛陽紅、八千代春、胡紅的葉內(nèi)H2O2含量分別比對照降低43.1%、52.1%、50.7%、44.9%；中度干旱脅迫下，銀紅巧對、胡紅的葉內(nèi)H2O2含量分別比對照降低18.3%、30.7%。可見，外施CaCl2能顯著降低H2O2對4個牡丹品種在輕度干旱脅迫下的傷害以及銀紅巧對、胡紅在中度干旱脅迫下的傷害。總體而言，銀紅巧對、胡紅的葉內(nèi)H2O2對外施Ca2+的調(diào)控機(jī)制響應(yīng)更為迅速積極。

2.2? 干旱脅迫下外源Ca2+對牡丹葉可溶性蛋白含量變化的影響

植物遭遇逆境脅迫時，細(xì)胞內(nèi)往往誘發(fā)相應(yīng)的生理調(diào)節(jié)機(jī)制，靠若干滲透調(diào)節(jié)類物質(zhì)改變細(xì)胞滲透勢，減輕脅迫傷害。其中，可溶性糖、游離脯氨酸、可溶性蛋白等滲透調(diào)節(jié)類物質(zhì)常作為植物逆境生理研究的重要參考指標(biāo)，也可作為品種抗性鑒定的主要依據(jù)。由圖2可知，對照組遭受干旱脅迫時，銀紅巧對、洛陽紅的葉內(nèi)可溶性蛋白含量隨干旱脅迫的加劇而逐漸降低；八千代春、胡紅則先升高后降低，品種間差異顯著。與各自對照相比，外施CaCl2后4個牡丹品種葉內(nèi)的可溶性蛋白含量均顯著升高，除八千代春在中度干旱脅迫下增幅最大外，其余3個品種均在重度干旱脅迫下增幅最大且最大增幅時銀紅巧對、洛陽紅、八千代春、胡紅比各自對照分別增加48.7%、72.7%、34.4%、64.5%，與不施加CaCl2的對照差異顯著（P<0.05）。綜上，外施CaCl2可顯著誘發(fā)4個牡丹品種體內(nèi)可溶性蛋白含量提高，進(jìn)一步減輕干旱脅迫對細(xì)胞造成的傷害。

2.3? 干旱脅迫下外源Ca2+對牡丹葉游離脯氨酸含量變化的影響

一般來講，在遭受干旱、溫度異常、高鹽等逆境脅迫時，植物細(xì)胞質(zhì)中將會積累大量游離脯氨酸，發(fā)揮滲透調(diào)節(jié)功能。此外，脯氨酸作為植物蛋白的重要組分，在穩(wěn)定植物大分子結(jié)構(gòu)、降低細(xì)胞酸性、緩解氨毒、調(diào)控細(xì)胞內(nèi)生物氧化還原反應(yīng)等方面起著至關(guān)重要的作用。因此，逆境脅迫下植物細(xì)胞脯氨酸的含量是植物抗逆能力及品種鑒定的重要參考，普遍認(rèn)為脯氨酸含量高或增幅大的植物品種，其抗性強(qiáng)［6］。由圖3可知，隨著干旱脅迫程度的加劇，未外施CaCl2的4個牡丹品種對照組葉內(nèi)脯氨酸含量在前期輕度、中度干旱階段呈顯著升高趨勢，后期重度干旱階段又呈顯著降低趨勢。這表明牡丹植株在干旱脅迫程度較輕階段，可依賴脯氨酸的大量積累增強(qiáng)其抵御逆境的能力；但隨著干旱脅迫程度的加重及脅迫時間的延長，后期游離脯氨酸含量又明顯降低，這與干旱脅迫條件下繡球的研究結(jié)論［18］一致?？赡苁怯捎谥囟雀珊得{迫對4個牡丹品種已造成較為嚴(yán)重且難以逆轉(zhuǎn)的傷害。由本試驗(yàn)結(jié)果可知，外施CaCl2后4個牡丹品種的葉內(nèi)游離脯氨酸含量均比各自對照顯著增加。游離脯氨酸含量的最大增幅，除八千代春出現(xiàn)在中度干旱、洛陽紅出現(xiàn)在重度干旱脅迫下之外，其余2個品種（銀紅巧對、胡紅）均出現(xiàn)在輕度干旱脅迫下?？梢姼珊得{迫過程中，脯氨酸含量的增加幅度表現(xiàn)出顯著的品種差異。與各自對照相比，整個干旱脅迫過程中，銀紅巧對、洛陽紅、八千代春、胡紅脯氨酸含量的增幅范圍分別為24.4%～70.0%、40.6%～43.1%、31.0%～45.2%、58.1%～121.5%。因此在遭遇干旱脅迫時，可通過外施CaCl2的方法來改善牡丹細(xì)胞的滲透勢，維持較好的細(xì)胞膨壓，確保干旱逆境下的細(xì)胞膜維持優(yōu)良狀態(tài)，增強(qiáng)植株的抗逆能力。

2.4? 干旱脅迫下外施Ca2+對牡丹葉SOD、CAT、POD活性變化的影響

逆境脅迫下植物體內(nèi)活性氧ROS（如H2O2、 O-2·）迅速生成，超過承受閾值時，ROS生成與清除平衡機(jī)制將被打破，嚴(yán)重失衡時細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)受損，生理代謝紊亂，植物受到不可逆轉(zhuǎn)的傷害。在自然進(jìn)化過程中，植物體內(nèi)形成了有效的抗氧化防御體系，其中以SOD、POD、CAT等為代表的抗氧化酶在清除活性氧方面起著至關(guān)重要的作用［19］。因此，這些酶的活性變化也是植物抗逆性研究及品種抗性

評價的重要依據(jù)。

由圖4-A可知，遭遇干旱脅迫時，未外施CaCl2的對照組在輕度、中度干旱脅迫下，4個牡丹品種葉內(nèi)的SOD活性均顯著提高。洛陽紅、八千代春的葉SOD活性隨干旱脅迫程度的加劇呈先升后降的趨勢。但銀紅巧對、胡紅在輕度、中度干旱時升高，重度干旱時呈平穩(wěn)趨勢，即中度、重度干旱時無顯著差異。這說明銀紅巧對、胡紅在干旱脅迫后期仍能保持較高的SOD活性，而SOD作為清除活性氧系統(tǒng)的第1道防線，是 O-2·最重要的抗氧化酶清除劑，它的功能在于能把 O-2·歧化成毒性更低的H2O2，從而保護(hù)干旱脅迫下的牡丹植株。可見，銀紅巧對、胡紅清除 O-2·的能力強(qiáng)于其余2個牡丹品種。外施CaCl2后，除輕度干旱脅迫下八千代春的葉內(nèi)SOD活性與對照無顯著差異外，其余3個牡丹品種的SOD活性均比各自對照顯著提高；其中銀紅巧對、胡紅即使在重度干旱脅迫下，外施Ca2+仍能誘導(dǎo)其葉內(nèi)SOD保持較高的活性。這說明外施Ca2+可顯著提高4個牡丹品種的葉內(nèi)SOD活性，有效清除 O-2·產(chǎn)生的毒害作用；相對而言，Ca2+對銀紅巧對、胡紅品種SOD活性的調(diào)控效果更顯著。與各自對照相比，在整個干旱脅迫階段外施Ca2+，銀紅巧對、洛陽紅、八千代春、胡紅的葉內(nèi)SOD活性的增幅分別為21.3%～29.4%、22.7%～32.3%、15.6%～21.4%、32.7%～37.8%。

在幾種有效的抗氧化酶中，CAT、POD重要的生理功能是協(xié)同清除葉綠體內(nèi)SOD歧化 O-2·后的ROS產(chǎn)物H2O2，把H2O2催化成無毒產(chǎn)物H2O、O2，從而降低因 O-2·、H2O2累積對細(xì)胞造成的功能性損傷［15］。在本試驗(yàn)中，未噴施CaCl2的4個牡丹品種的葉內(nèi)CAT活性隨干旱脅迫程度的增加呈先升后降的變化趨勢（圖4-B），POD活性呈逐漸升高的變化趨勢（圖4-C）。說明干旱脅迫下，4個牡丹品種的CAT、POD在協(xié)同清除H2O2方面發(fā)揮了重要作用；但干旱脅迫程度的加據(jù)打破了牡丹植株內(nèi)部活性氧的產(chǎn)生與清除平衡，造成 O-2·、H2O2過量積累，超出了及時清除的能力，因而后期又表現(xiàn)出含量升高的趨勢，這與圖1-B、圖1-C相符。圖4-B、圖4-C表明，外施CaCl2并沒改變整個脅迫期內(nèi)4種牡丹CAT、POD活性的變化趨勢，總體上CAT與未外施Ca2+的對照組（先升后降）的變化趨勢一致，POD與與未外施Ca2+的對照組（逐漸升高）的變化趨勢一致。但進(jìn)一步分析表明，無論是CAT還是POD，外施Ca2+均能顯著誘發(fā)和提高它們的活性，這與干旱脅迫時繡球POD的活性變化結(jié)果［18］一致。整個脅迫期外施Ca2+，與各自對照相比，銀紅巧對、洛陽紅、八千代春、胡紅的CAT活性增幅分別為11.7%～28.6%、21.5%～50.1%、20.4%～38.1%、22.4%～31.6%，POD活性增幅分別為27.3%～54.9%、4.4%～50.0%、26.3%～47.4%、22.4%～40.3%?？梢?，外施Ca2+在提高干旱脅迫下牡丹葉內(nèi)CAT、POD活性，清除H2O2和調(diào)節(jié)改善牡丹抗旱性能方面作用顯著。

2.5? 干旱脅迫下外施Ca2+對4個牡丹品種抗性影響的綜合效應(yīng)評價

外源Ca2+對4個牡丹品種受干旱脅迫傷害的緩解效果，是內(nèi)部調(diào)節(jié)機(jī)制下的諸多生理指標(biāo)協(xié)同互作的綜合反映，所以僅用少數(shù)生理指標(biāo)進(jìn)行評價，會造成較大的偏差或很難決定。因此，本研究選取與抗旱性密切相關(guān)的8個重要生理指標(biāo)，運(yùn)用隸屬函數(shù)法對其作用效果進(jìn)行總體評價。評價時為了兼顧公平，在3種（輕度、中度、重度）干旱脅迫條件下對各品種的隸屬函數(shù)值的重要程度視為等同，均納入考評，最終匯總求出總值（表1、表2），并按總分值由大到小進(jìn)行綜合效果強(qiáng)弱排序。經(jīng)總體評價，Ca2+調(diào)控效應(yīng)緩解效果由強(qiáng)到弱的順序?yàn)楹t>銀紅巧對>洛陽紅>八千代春（表3）。

3? 討論與結(jié)論

植物在生長過程中遭遇逆境脅迫嚴(yán)重時，活性氧產(chǎn)生與清除平衡機(jī)制失衡，抗氧化酶失活，高能態(tài)活性氧ROS大量積累，大量活性氧自由基之間彼此關(guān)聯(lián)、相互促成，發(fā)生危害更重的Haber Weiss生化反應(yīng)，又會產(chǎn)生更多的活性氧自由基產(chǎn)物，致使植物細(xì)胞生物膜發(fā)生更為嚴(yán)重的過氧化或脫脂化，造成細(xì)胞膜磷脂降解，細(xì)胞膜透性增大并生成大量產(chǎn)物MDA，因而 O-2·、H2O2、MDA的含量共同反映逆境下植物細(xì)胞膜的損傷程度，是衡量植物逆境損傷程度的3個重要指標(biāo)，同時也是鑒定植物逆境抗性的重要依據(jù)［17］。本試驗(yàn)結(jié)果表明，4個牡丹品種在干旱脅迫下未噴施CaCl2時，MDA含量隨脅迫程度加深逐漸升高， 但銀紅巧對、胡紅的葉MDA含量和相對增幅在4個品種中均表現(xiàn)較低，說明3種不同干旱程度脅迫下，銀紅巧對、胡紅的細(xì)胞膜損傷程度較輕，具有相對較強(qiáng)的抗旱性。葉片噴施CaCl2后，4個牡丹品種的葉MDA含量均不同程度地降低，但其對Ca2+的響應(yīng)程度明顯不同；在土壤輕度、重度干旱時，胡紅、銀紅巧對比對照顯著降低，而洛陽紅、八千代春則無顯著變化；可見土壤輕度、重度干旱時胡紅、銀紅巧對的葉MDA對Ca2+的調(diào)節(jié)作用反應(yīng)較為迅速，而洛陽紅、八千代春則相對遲緩。中度干旱脅迫下，4個牡丹品種的葉內(nèi)MDA含量均比對照顯著降低，表明中度干旱時4種牡丹的葉內(nèi)MDA對Ca2+的調(diào)節(jié)響應(yīng)都很敏感。因而在牡丹遭受干旱時，外施CaCl2可明顯減輕脅迫對牡丹葉片細(xì)胞膜脂的過氧化程度，降低對牡丹植株的傷害。可能是因?yàn)橥馐〤a2+能夠顯著提高牡丹葉肉細(xì)胞內(nèi)的游離Ca2+濃度，進(jìn)而促進(jìn)較多的Ca2+參與細(xì)胞壁的構(gòu)成，同時Ca2+也是植物細(xì)胞膜中磷酸和蛋白質(zhì)羧基間的聯(lián)結(jié)紐帶，較高濃度的Ca2+可通過提高SOD活性、降低膜脂化物MDA含量等途徑，來維護(hù)牡丹葉肉細(xì)胞膜的完整性，保護(hù)其細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的完整性，這與尹大川等的研究結(jié)論［7］一致。但4種牡丹的葉內(nèi)MDA含量對Ca2+的調(diào)控敏感程度各異。外施CaCl2時，胡紅、銀紅巧對的MDA含量在3種脅迫程度下均顯著改善；而洛陽紅、八千代春僅在中度脅迫時效果顯著。

就 O-2·而言，隨干旱程度的加深，4種牡丹葉的 O-2·生成速率呈逐漸升高趨勢。外施CaCl2后，4種牡丹葉 內(nèi)的O-2·生成速率在3種干旱脅迫條件下均比對照顯著降低，但 O-2·對Ca2+的響應(yīng)機(jī)制在牡丹品種間存在差異。與銀紅巧對、洛陽紅、八千代春相比，外施CaCl2后胡紅的 O-2·生成速率在整個脅迫過程中均能維持較低的狀態(tài)和較大的降幅（降幅為30.7%～43.1%），可見遭遇干旱脅迫時在外施Ca2+的誘導(dǎo)下，胡紅具備更好的 O-2·清除應(yīng)對機(jī)制。4種試材在根部缺水時，未噴施CaCl2牡丹的葉內(nèi)H2O2含量隨干旱脅迫程度的加劇表現(xiàn)不同，洛陽紅、八千代春在前期降低后期升高，而銀紅巧對、胡紅則前期變化趨勢差異不顯著，但后期顯著升高。這表明4個牡丹品種在干旱脅迫下都受到了不同程度的生理傷害，尤其是重度干旱脅迫對牡丹植株傷害過于嚴(yán)重，超過脅迫閾值，打破了牡丹植株內(nèi)H2O2產(chǎn)生與清除系統(tǒng)的平衡［11］，因而脅迫后期4個牡丹品種的H2O2含量又呈顯著升高的趨勢。葉片外施CaCl2后，4個牡丹品種葉內(nèi)H2O2含量的變化在品種間也存在顯著差異。其中，銀紅巧對、胡紅的H2O2含量在輕度、中度干旱時比對照顯著降低，重度干旱時顯著升高；洛陽紅、八千代春的H2O2含量在輕度干旱時比對照顯著降低，在中度、重度干旱時則顯著升高?？梢?，外施Ca2+均降低了4種牡丹在輕度干旱時的H2O2含量，并降低銀紅巧對、胡紅在中度干旱時的H2O2含量。說明銀紅巧對、胡紅對外施Ca2+調(diào)控葉內(nèi)H2O2的響應(yīng)機(jī)制相對更為積極。

許多研究認(rèn)為，逆境脅迫下，當(dāng)有外源Ca2+或Ca2+載體存在時，植物細(xì)胞能迅速產(chǎn)生 O-2·、H2O2等活性氧分子，進(jìn)而啟動機(jī)體內(nèi)其他信號，誘發(fā)一系列保護(hù)性的生理反應(yīng)［20］，從而減輕鹽脅迫、干旱脅迫甚至病原菌侵害等對植物體的傷害。因此，可通過外施CaCl2的手段，來提高植物細(xì)胞內(nèi)游離Ca2+濃度并維持一定的高濃度狀態(tài)；高濃度的Ca2+一方面可促進(jìn)與CaM結(jié)合，另一方面又有利于SOD、POD、CAT、APX等一系列保護(hù)酶類的快速表達(dá)和可溶性蛋白、可溶性糖、脯氨酸等滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)生理生化反應(yīng)的迅速啟動，從而大大降低細(xì)胞的逆境傷害，形成適應(yīng)機(jī)制［21］。本試驗(yàn)中4種牡丹在遭遇干旱脅迫時，葉肉細(xì)胞內(nèi)迅速產(chǎn)生 O-2·、H2O2等活性氧分子，誘導(dǎo)可溶性蛋白、脯氨酸等滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)生理生化反應(yīng)得以迅速啟動，SOD、POD、CAT等一系列保護(hù)酶類得以快速表達(dá)。與對照相比，外施Ca2+顯著提高4個供試牡丹品種葉內(nèi)游離脯氨酸、可溶性蛋白含量，其中游離脯氨酸含量均在中度干旱時最高。脅迫過程中，可溶性滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的增加幅度在品種間存在差異；尤其是胡紅的脯氨酸含量增加幅度在輕度干旱時就達(dá)到了121.5%?？梢?，遭遇干旱脅迫時可以通過外施Ca2+維護(hù)干旱脅迫下牡丹良好的細(xì)胞滲透勢和細(xì)胞膨壓，使牡丹葉肉細(xì)胞膜維持良好的狀態(tài)，增強(qiáng)植株抗性。

植物遭遇逆境脅迫時，SOD作為抗氧化酶，是清除活性氧系統(tǒng)的第1道防線，也是 O-2·最重要的清除劑，它的功能在于能把 O-2·歧化成毒性更低的H2O2，從而保護(hù)植株免受逆境傷害［3］。本研究結(jié)果表明，遭遇干旱脅迫時外施CaCl2，除輕度干旱時的八千代春葉內(nèi)SOD活性與對照無顯著差異外，其余3個牡丹品種的SOD活性均比各自對照顯著提高，尤其是銀紅巧對、胡紅，即便在重度干旱時，Ca2+仍能誘導(dǎo)其SOD保持較高的活性狀態(tài)。說明外施CaCl2可提高4種牡丹葉內(nèi)SOD活性，有效清除 O-2·產(chǎn)生的毒害作用，且Ca2+對銀紅巧對、胡紅SOD活性的調(diào)控作用效果更好。

CAT、POD是協(xié)同清除由SOD歧化 O-2·后的高能態(tài)活性氧產(chǎn)物H2O2的2種重要生物活性酶，催化反應(yīng)為2H2O2→2H2O+O2，經(jīng)此反應(yīng)后，可將H2O2轉(zhuǎn)化成無毒無害的產(chǎn)物H2O、O2，從而降低細(xì)胞損傷［15］。本試驗(yàn)中隨干旱脅迫程度的增加，未外施CaCl2的4個牡丹品種的CAT活性呈先升后降、POD活性呈逐漸升高的變化趨勢，說明CAT、POD在協(xié)同清除H2O2方面發(fā)揮了重要作用。只不過隨著干旱脅迫程度的加重，內(nèi)部活性氧自由基的產(chǎn)生與清除動態(tài)平衡被破壞，產(chǎn)生的過量 O-2·、H2O2超出了其及時清除的能力，又表現(xiàn)出 O-2·、H2O2含量升高的現(xiàn)象。從整個干旱脅迫過程來看，外施CaCl2基本上不會改變4種牡丹葉內(nèi)CAT、POD活性的變化趨勢，即總體上CAT活性與對照組先升后降的變化趨勢一致，POD活性與對照組逐漸升高的變化趨勢一致，但外施Ca2+均顯著誘導(dǎo)了CAT、POD活性的提高?？梢奀a2+在提高干旱脅迫下牡丹葉內(nèi)SOD、CAT、POD活性和清除 O-2·、H2O2并提高牡丹植株的抗旱性能等方面效果明顯。經(jīng)多性狀指標(biāo)隸屬函數(shù)值法總體評價后，Ca2+對4種牡丹受干旱脅迫傷害的緩解效果由強(qiáng)到弱的順序?yàn)楹t>銀紅巧對>洛陽紅>八千代春。本研究可以為選擇牡丹砧木以及抗性育種提供理論參考。

本研究證明，外施Ca2+可促使4種供試牡丹植株通過降低 O-2·、H2O2含量，提高可溶性蛋白、脯氨酸等滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量以及SOD、POD、CAT活性等方式，來減輕干旱脅迫對4個供試牡丹植株的傷害。但也有研究者認(rèn)為，Ca2+雖對細(xì)胞膜有保護(hù)作用，但受其濃度高低的影響，如果細(xì)胞質(zhì)、細(xì)胞核中Ca2+濃度較高，存在時間過長不能及時泵回到鈣庫或者胞外，可能會引起植物“鈣中毒”，同時過高濃度的Ca2+也會與磷酸反應(yīng)生成沉淀，干擾以磷酸為基礎(chǔ)的能量代謝［22］。總之，在干旱脅迫條件下，Ca2+對牡丹抗性生理的調(diào)控機(jī)制是一個內(nèi)部復(fù)雜的多系統(tǒng)協(xié)同代謝過程，尚存在諸多問題有待進(jìn)一步研究。

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