文丨初八没烦恼
编辑丨初八没烦恼
主要探究裸果木幼苗叶片对PEG渗透胁迫的生理响应规律，为揭示裸果木抗旱生理机制提供一定的理论依据。
以裸果木幼苗为实验材料，采用不同质量分数的PEG-6000处理8h和24h产生渗透胁迫，测定叶片的部分水分生理指标和抗氧化指标。
在PEG胁迫下，裸果木幼苗叶片的相对含水量显著下降。在胁迫24h时，随PEG浓度增大，束缚水含量/自由水含量呈现先显著升高后降低的趋势。
裸果木生理特性和适应机制
裸果木(Gymnocarposprzewalskii)隶属石竹科裸果木属，是古地中海残遗珍稀濒危植物，在大陆主要分布于甘肃河西走廊的大部、新疆部分区域及内蒙古和宁夏中西部。
具有抗旱、抗风蚀沙埋、耐盐碱等特点，对研究大陆西北和内蒙古地区旱生植物的演变、气候变化具有重大的科学意义。
专家预测未来裸果木适生区的降水量在40-200mm，表明裸果木具有较强的干旱适应性。因裸果木分布区生境恶劣，加之人类活动的影响，使其种群数量不断减少。
受全球气候变化的影响，干旱成为当今社会面临的主要问题，对植物的生长发育有着重要的影响，也是限制植物生长的主要因素。
专家表明，在干旱环境条件下，植物会通过调节自身的生理生化特性，或启动自我防护机制，防止机体受到损伤，表现在水分代谢、渗透调节、抗氧化系统响应等方面。
植物在遭受渗透胁迫时，能够主动积累可溶性糖、脯氨酸以及可溶性蛋白等物质，实现渗透调节，保护细胞结构和功能的作用。
这显著增加了植物在渗透调节方面的能力和对干旱环境的适应性，提高植物在逆境下的生存能力，其含量变化能够有效反映植物抗旱性强弱。
另外通过抗氧化酶系统来调节活性氧的平衡是植物适应干旱的另一重要机制。
因此，研究植物体内水分代谢、渗透调节物质含量和抗氧化酶系统等的变化，可以有效了解植物应对干旱的生理响应机制。
而聚乙二醇具有很强的渗透压，使植物细胞失水，形成干旱胁迫的环境状态。PEG-6000渗透胁迫效果和植物正常生长干旱的过程是类似的。
一些专家也使用了不同浓度的PEG-6000溶液对沙拐枣幼苗进行浸根培养，形成渗透胁迫的环境来研究生理指标的变化。
因此通过不同浓度的PEG-6000溶液处理幼苗，产生渗透胁迫，研究其对模拟渗透胁迫的生理响应特性是可行的。
目前，对裸果木现阶段的研究主要涉及种子萌发、叶片的解剖结构以及生态适应性、种群结构和空间分布格局等方面。
但在渗透胁迫响应的研究中尚未见到关于幼苗在不同胁迫时间和不同胁迫程度下生理响应的报道。
所以本研究以裸果木幼苗为研究对象，分析其在不同PEG浓度，处理不同胁迫时间时的生理反应，探明其对渗透胁迫的生理适应机制，为裸果木抗旱机理的研究提供一定的理论依据。
苗木培育测定
种子采自甘肃安西极旱荒漠国家级自然保护区天然分布的裸果木种群为12h·d-1，湿度为60%。
待其在人工气候箱生长2个月，幼苗根茎处木质化时，将其移植于25cm×30cm花盆内，在室内管理，于五月中旬移至室外，在自然状况下生长。
苗木生长到八月份，选取长势一致的幼苗，洗净根系上的泥土，分别用0%、5%、10%、15%、20%的聚乙二醇溶液进行处理，每个处理5个重复，每个重复3株。
分别胁迫处理8h、24h后，采集叶片测定各生理指标重复3次，试样均取自植株同一部位的叶片。
相对含水量用烘干称重法测定；束缚水和自由水含量用阿贝折射仪，用磺基水杨酸法测定脯氨酸含量；用蒽酮比色法测定可溶性糖含量。
也可以用考马斯亮蓝G-250染色法测定可溶性蛋白含量；采用硫代巴比妥酸法测定丙二醛含量；采用氮蓝四唑还原法测定超氧化物歧化酶活性。
用愈创木酚法测定过氧化物酶活性，参照研究方法来测定过氧化氢酶活性和抗坏血酸过氧化物酶活性。
PEG胁迫对裸果木叶片渗透调节物质含量的影响
随着胁迫时间和胁迫程度的增加，幼苗叶片的渗透调节物质含量变化规律存在差异。
幼苗叶片的Pro和SS含量整体呈现上升的趋势，但在PEG浓度达到15%时，胁迫8h和24h的Pro含量均呈现下降趋势。
胁迫8h时，PEG处理浓度在5%、10%、20%时Pro含量呈显著上升的趋势；在胁迫24h时，叶片Pro含量呈先升高后降低再升高的趋势。
但均显著高于CK，在20%PEG处理下Pro含量达到最高，随PEG浓度增大，Pro含量分别较CK高出2.5倍、3倍、2.5倍、3.5倍。
在相同PEG胁迫处理浓度下，叶片Pro含量在胁迫8h和24h时存在显著差异。
PEG胁迫8h时，叶片SS含量随处理浓度的增加，呈先升高后降低的趋势，PEG浓度为10%和15%时，SS含量显著高于CK，当PEG浓度升至20%时，SS含量显著下降。
在胁迫24h时，叶片SS含量呈现波动趋势，但所有PEG胁迫处理的SS含量显著高于CK，PEG浓度为20%时，叶片SS含量达到最大，较CK增加48.3%。
而且PEG胁迫时间不同时，SP含量对PEG胁迫浓度变化的响应规律存在差异。
在胁迫8h时，SP含量随PEG处理浓度的增加而降低，PEG浓度≥10%时各处理SP含量显著低于CK，在PEG浓度20%时SP含量最低，较CK降低了40%。
在胁迫24h时，叶片SP含量呈先上升后下降趋势，不同PEG浓度处理SP含量与CK均无显著差异。
PEG浓度为10%~20%时，胁迫24h时的SP含量均显著高于胁迫8h时，较8h分别高出1.4倍、1,7倍、1.5倍。
随着PEG浓度的增加及胁迫时间的延长，叶片MDA含量逐渐升高。在15%和20%的PEG胁迫8h时，MDA含量显著高于CK，为CK的1.7倍和1.8倍。
在胁迫24h时，不同浓度PEG处理下MDA含量均显著高于CK，20%PEG处理下，MDA含量达最大，为CK的2.6倍。
在相同PEG浓度处理下，胁迫24h时的MDA含量均显著高于胁迫8h时，随PEG浓度的增加，分别为胁迫8h的1.8倍、1.6倍、1.4倍、1.5倍，膜脂过氧化程度明显加大。
随着PEG浓度的增加及胁迫时间的延长，叶片的H2O2含量显著上升1。PEG胁迫8h时，不同PEG处理浓度下H2O2含量与CK均形成显著性差异。
较CK增幅依次为53.3%、51.3%、16.8%、59.6%；在胁迫24h时，各处理浓度下H2O2含量显著高于CK，在PEG浓度为20%时含量最高，为CK的1.6倍。
在相同PEG浓度处理下，胁迫24h的H2O2含量均显著高于胁迫8h的，随PEG浓度增大，分别为胁迫8h的1.4倍、1.5倍、2.0倍、1.6倍，且在PEG处理浓度15%时达到最显著。
随着PEG胁迫程度的加大，裸果木幼苗叶片的抗氧化酶活性整体呈上升的趋势。
PEG胁迫8h和24h时，各处理浓度下的SOD活性均显著高于其CK，均在PEG浓度为20%时达到最大值，分别较CK高出1.9倍和2.8倍。
在相同PEG处理浓度下，叶片的SOD活性在胁迫24h时均较胁迫8h时显著增强，分别为8h的1.6倍、1.8倍、1.5倍、1.5倍。
在胁迫8h时，叶片POD活性上升缓慢，当PEG浓度≥15%时，POD活性显著高于CK。
在胁迫24h时不同浓度PEG处理下POD活性显著高于CK，PEG浓度为20%的处理下，POD活性达到最大值，为CK的12.9倍。
在相同浓度的PEG胁迫下，叶片POD活性在胁迫24h时显著高于胁迫8h时，分别为胁迫8h的4.1、6.9、6.4、5.9倍。
CAT活性对PEG胁迫响应显著，在胁迫8h时，不同PEG处理浓度之间CAT活性均显著高于CK，在PEG浓度为15%时最高，为CK的5.7倍。
水分代谢指标是植物遭受水分胁迫时最直观表达其水分状况的指标。在出现渗透胁迫时，叶片RWC胁迫程度的增大而下降，RWC越高且越稳定，植物干旱适应性就越强。
有研究显示，当Va/Vs较低时，说明植物体内的代谢活动较强，反之，则代谢较弱，但抗性较强。
PEG渗透胁迫造成裸果木幼苗叶片明显失水，PEG胁迫24h时，水分亏缺更为明显，叶片能够通过显著提高束缚水比例。
其主动积累脯氨酸和可溶性糖，提高保水能力，降低渗透势，保持细胞膨压，适应一定程度的渗透胁迫。
PEG胁迫使裸果木叶片发生膜脂过氧化作用，PEG胁迫24h时H2O2含量过量积累，对叶片细胞膜系统产生了明显的过氧化伤害。
幼苗主要通过显著增强叶片的SOD、POD、CAT、APX活性，清除过量的自由基，减轻膜系统损伤，缓解渗透胁迫。