干旱胁迫对银柴胡生长及生理生化特性的影响
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[摘要] 采用盆栽试验，设置土壤饱和含水量的90%～100%，80%～90%，60%～70%，40%～50%，20%～30% 5个供水水平，研究水分胁迫对银柴胡生长及生理生化特性的影响。结果表明，随着土壤含水量的降低，银柴胡株高和地上部干重逐渐下降，而根长和根干重均表现为先升高后降低的趋势。随着土壤含水量的降低，脯氨酸含量先下降后明显升高，可溶性蛋白质含量逐渐下降；保护酶SOD和POD均表现为逐渐降低的趋势，CAT表现为先不变后降低的趋势；银柴胡叶片膜透性呈现出逐渐下降的趋势，而MDA含量呈现出先下降后上升的趋势。综上所述，在适度的干旱胁迫下银柴胡可以保持一定的抗渗透胁迫能力和清除活性氧的能力，进而保持膜的稳定。
[关键词] 银柴胡；干旱胁迫；生长；保护酶；膜脂过氧化
[收稿日期] 2013-11-18
[基金项目] 国家自然科学基金项目（81202868）
[通信作者] 张新慧，副教授，博士，主要从事药用植物产量与品质调控方面的研究，Tel：（0951）6880583，E-mail：
[作者简介] 郎多勇，Tel：（0951）6980195，E-mail：
银柴胡Stellaria dichotoma L.var. lanceolata Bge为石竹科繁缕属多年生草本植物，以根入药，具清虚热、除疳热之功效。用于阴虚发热、骨蒸劳热、小儿疳热等症，是我国常用中药材之一。宁夏是我国银柴胡主产区和道地药材产区。由于市场供应长期以来主要依赖于野生资源，过度采挖已导致银柴胡野生资源严重匮乏，使得人工栽培面积不断扩大，目前，宁夏、内蒙古和陕西均有人工栽培。
目前，有关银柴胡的研究主要集中在真伪鉴别[1-2]、药理[3]、化学成分[4]、种子生理等[5-6]方面。野生银柴胡多分布于宁夏、内蒙古、陕西省毗邻的干旱荒漠半荒漠区，是典型的干旱沙生植物，具有耐干旱、贫瘠、轻微盐碱的特性[7]。然而，有关人工栽培过程中银柴胡的需水规律尚未见文献报道，因此，本研究针对干旱荒漠半荒漠区土壤的水分状况，通过盆栽模拟试验研究在控水条件下，干旱对银柴胡生长及生理生化特性的影响，以期探讨银柴胡的耐旱能力以及耐旱机制，为银柴胡在人工栽培过程中的节水灌溉提供科学依据。
1 材料
试验材料为一年生银柴胡幼苗，购买自宁夏回族自治区固原市宁夏神农园中药材有限公司，经宁夏医科大学药学院张新慧鉴定为银柴胡S. dichotoma var. lanceolata。
盆栽试验在宁夏医科大学校园内进行。选用盆口直径35 cm，高30 cm的塑料水桶。土壤为沙壤土，pH 8.12，有机质0.32%，全氮0.10%，速效磷53.2 mg・kg-1，速效钾147.32 mg・kg-1，含盐量0.20%。每盆装土19 kg，田间持水量为22.4%。一年生银柴胡幼苗于2013年3月31移栽于盆中，每盆4穴，每穴2株。移栽后先正常灌水，生长3个月后，选取正常生长、一致的幼苗作为供试材料。
2 方法
2.1 试验设计
试验采用单因素完全随机区组试验设计，分别设置为土壤饱和含水量的90%～100%，80%～90%，60%～70%，40%～50%和20%～30% 5个水平。为了保持盆内水分和避免根系伸出土壤，于每1个盆下垫一塑料托盘，于6月28日采用称重法进行水分控制。控水期间每隔1 d下午18：00称取盆重，补充失去的水分，使各处理保持设定的相对含水量。每处理设置3个重复，开始控水处理1个月后（即银柴胡开花期）采集样品测定各指标。
2.2 测定方法
取样时将各处理植株从盆中挖出，迅速带回实验室，先摘取植株中部健康成熟叶片0.5 g左右并称重后立即置于液氮用于生理生化指标的测定。然后将植株分为地上部和地下部两部分，先用直尺测定株高、根长，而后分别烘干后称重。
超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，SOD）活性、过氧化物酶（peroxidase，POD）活性、过氧化氢酶（catalase，CAT）活性测定均参照文献[8-9]方法。SOD活性采用氮蓝四唑（NBT）光化还原法，以A560下每分钟抑制光化还原50%的酶用量为1个酶活性单位；POD测定采用愈创木酚法，以每分钟内A470变化0.01为1个酶活性单位；CAT活性采用紫外吸收法，以每分钟A240变化0.01为1个酶活性单位。丙二醛（malondialdehyde ，MDA）、脯氨酸（proline，Pro）、可溶性蛋白、膜透性均参照文献[10]方法。MDA含量采用硫代巴比妥酸法，单位为μmol・g-1来表示；Pro的测定采用酸性茚三酮法，单位为μg・g-1；可溶性蛋白采用考马斯亮蓝G-250法，单位为mg・g-1；膜透性采用电导率法测定。
2.3 统计分析
数据均采用DPS软件包分析方差、计算标准误、检验差异显著性，采用Excel软件制图。
3 结果与分析
3.1 干旱胁迫对银柴胡生长特性的影响
3.1.1 对地上部生长的影响 在持续控水条件下，水分胁迫对银柴胡地上部生长产生显著影响，基本呈现出随着土壤水分含量的降低而降低的趋势，且随着干旱胁迫程度的加剧这种降低趋势更明显，见图1。与90%～100%田间持水量相比，在60%～70%，40%～50%，20%～30%田间持水量下，株高分别降低了29.65%，32.85%，39.50%，差异均达到显著水平（P
3.1.2 对地下部生长的影响 土壤水分对银柴胡地下部生长的影响与地上部不一致。与90%～100%田间持水量相比，40%～50%，60%～70%田间持水量下银柴胡根长显著提高，而20%～30%田间持水量下根长则显著降低（P
3.2 水分处理对银柴胡叶片渗透调节物质的影响
脯氨酸是植物重要的渗透调节物质，与90%～100%田间持水量相比，80%～90%，60%～70%田间持水量下脯氨酸含量显著降低，而40%～50%，20%～30%田间持水量下则显著升高（P
3.3 水分处理对银柴胡叶片保护酶活性的影响
SOD，POD活性随着土壤干旱程度的加深呈现逐渐降低的趋势。与90%～100%处理相比，80%～90%，60%～70%，40%～50%，20%～30%处理SOD分别降低了29.63%，30.39%，37.82%，42.13%，差异均达到显著水平（P
3.4 干旱胁迫对银柴胡膜脂过氧化作用的影响
与90%～100%处理相比，MDA含量在40%～50%和20%～30%处理显著增加（P
4 讨论
干旱胁迫通常会引起植物水分亏缺，延缓、停止或破坏植物的正常生长[11]，并通过抑制叶片伸展等使光合作用受到抑制，进一步影响植物的生长发育[12]。本研究中干旱胁迫对银柴胡的生长和生物量分配具有明显的影响。当土壤含水量在20%～30%时，银柴胡植株矮小、根系不发达，地上部及地下部干重均显著低于正常供水及充分供水的植株，说明严重干旱胁迫抑制了银柴胡植物的生长。然而，40%～50%和60%～70%处理的根长和根干重均显著高于80%～90%及90%～100%处理，说明银柴胡具有一定的耐旱性，且适度的干旱胁迫有利于银柴胡生物量向地下部的转移，因此栽培中可实施节水灌溉。渗透调节是植物响应水分胁迫的一个重要生理保护机制，脯氨酸作为一种重要的渗透调节物质，在干旱胁迫下大量增加是植物的第一生理反应[13]。干旱条件下脯氨酸大量积累有助于保持细胞原生质与环境渗透平衡，防止水分散失，缓解逆境对植物的危害[14]。
本试验结果表明，在轻度干旱胁迫下，银柴胡叶片脯氨酸含量有所下降，表明银柴胡具有一定的耐干旱能力；随着干旱胁迫程度的加剧，脯氨酸含量大幅增加，是银柴胡对水分胁迫的一种适应反应；而且随着干旱胁迫程度的加剧脯氨酸含量上升幅度越高，是银柴胡对水分胁迫程度加剧的一种自我保护的适应。这与前人在甘草[15]、苎麻[16]等作物上的研究结果一致。可溶性蛋白含量呈现随土壤水分含量降低先增加后降低的趋势，说明土壤水分亏缺或过多会加速植物体内蛋白质的分解，合成受阻。
植物在长期的进化过程中，为了抵御各种逆境条件，最大限度的减少对自身的伤害，形成了各种保护机制。SOD，POD，CAT三者协同作用防御活性氧或其它过氧化物自由基对细胞膜系统的伤害[17]。该研究结果表明，在轻度干旱胁迫条件下，SOD，POD活性显著降低，而CAT略微降低或升高，但当干旱程度进一步加剧时，活性明显降低。说明适度干旱条件下保护酶活性的提高能有效清除植株体内过多的活性氧，提高银柴胡适应干旱的能力。细胞质膜相对透性反映了膜的稳定性，膜质过氧化程度用MDA含量多少来表示，MDA是生物膜氧化的产物，具有很强的细胞毒性，它的含量可以作为植物受到胁迫的伤害程度的重要指标。本试验结果表明，在轻度干旱胁迫下，银柴胡叶片MDA含量较低，而膜透性较高，与对照没有明显差异；而当田间持水量为40%～50%时，MDA含量显著增加，膜透性显著降低。说明在轻度干旱胁迫下银柴胡叶细胞膜系统没有受到胁迫的伤害，银柴胡细胞膜的稳定性强，能适应一定的干旱环境。
综上所述，在轻度的干旱胁迫（60%～70%田间持水量）情况下，银柴胡植物能通过调节自身生长和保护酶系统、渗透物质和丙二醛含量等来抵抗干旱胁迫的伤害，表现出一定的耐旱性，但当干旱胁迫程度超过40%～50%以后，干旱胁迫明显抑制银柴胡的生长。这对于银柴胡在人工栽培过程中的节水灌溉有一定的参考价值。
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Effect of drought stress on growth and physiological-biochemical
characteristics of Stellaria dichotoma
LANG Duo-yong， CUI Jia-jia， ZHOU Da， LI Yue-tong， ZHOU Li， ZHANG Xin-hui
（1. Laboratory Animal Center， Ningxia Medical University， Yinchuan 750004， China；
2.College of Agronomy， Gansu Agriculture University， Lanzhou 730070， China；
3.College of Pharmacy， Ningxia Medical University， Yinchuan 750004， China；
4.Ningxia Engineering and Technology Research Center of Hui Medicine Modernization， Yinchuan 750004， China；
5.Ningxia Collaborative Innovation Center of Hui Medicine， Yinchuan 750004， China；
6.Key Laboratory of Hui Medicine Modernization， Ministry of Education， Yinchuan 750004， China；
7.Ningxia Medicine Research Institute， Yinchuan 750004， China）
[Abstract] A pot experiment was conducted to study effect of drought stress on leaf physiological characteristics and growth of one year old Stellaria dichotoma seedlings. The result showed that plant height and shoot dry weight significantly decreased with decrease in soil water content；however， root length and root dry weight increased at light drought stress and decreased at severe drought stress. The result also showed that with the decrease of soil water content， proline content in S. dichotoma leaves decreased then increase， while solube protein content decreased. Activities of SOD and POD in S. dichotoma leaves significantly decreased as soil water content decreased， while activity of CAT significanlty decreased at severe drought stress. Membrane permeability in S. dichotoma leaves increased， while MDA content decreased then increased as soil water decreased. These results suggest that S. dichotoma had osmotic stress resistance ability and reactive oxygen scavenging capacity at light drought stress， which caused S. dichotoma growth was no inhibited at a certain extent drought stress.
[Key words] Stellaria dichotoma； drought stress； growth； protective enzyme； membrane lipid peroxidation
doi：10.4268/cjcmm20141109