干旱脅迫對梔子內源激素含量的影響

王得運, 劉培培, 陳云婷, 徐月瑩, 周麗, 羅光明*

(1.江西中醫藥大學藥學院， 南昌 330004; 2.江西科技師范大學, 南昌 330038)

干旱是影響植物正常生長發育的主要非生物因子之一，其危害程度在諸多非生物脅迫中占首位[1]。全球干旱、半干旱地區約占土地總面積的36%，占耕地面積的43%。我國干旱、半干旱地區占國土總面積的45%，占耕地面積的51%，即使在降水較多的地區也經常出現由于不均勻降水而造成的干旱災害[2-3]。目前，隨著全球氣候變暖且不斷加劇，植物遭受干旱脅迫的現象普遍存在。植物在遭受到干旱脅迫后，內源激素作為植物響應干旱脅迫最敏感的生理活性物質，其含量與平衡會發生一系列變化，多種內源激素以復雜方式協調作用，共同響應干旱脅迫[4]。

梔子(GardeniajasminoidesEllis)在我國藥用歷史悠久，最早記載于《神農本草經》，是衛生部發布的第一批藥食兩用植物。梔子果實具有瀉火除煩、清熱利濕、涼血解毒之功效，主治熱病心煩、濕熱黃疸、淋證澀痛、血熱吐衄、目赤腫痛、火毒瘡瘍以及外傷扭挫傷痛[5]。梔子根是畬族常用藥材，在浙江、福建、湖南等地主要用來治療乙型肝炎、丙型肝炎、黃疸型肝炎、腎炎水腫、感冒高熱等病癥[6]。同時，梔子果實中含有豐富的色素，廣泛用于飲料、食品、日用化工和化妝品等領域。因梔子用途廣、需求量大，在我國江西、湖南、湖北、福建、浙江、安徽、四川以及貴州等地大量種植生產，安徽、江蘇、河南和山東等地也有種植[7]。目前，我國人工種植梔子面積高達1.7萬hm2，年產梔子近4萬t[8]。

本研究采用PEG-6000溶液模擬干旱脅迫，探討了不同干旱程度下梔子幼苗葉片脫落酸(abscisic acid，ABA)、生長素(indoleacetic acid，IAA)、赤霉素(gibberellic acid，GA)以及玉米素核苷(zeatin riboside，ZR)四種內源激素的含量水平及變化規律，分析并討論了梔子在激素水平上對干旱脅迫的生理響應，旨在為激素在植物響應干旱化學調控機理研究和梔子抗旱性深入研究提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

選用1年生梔子幼苗為材料，由江西普正制藥有限公司所建設的繁育基地提供。2019年3月，將梔子幼苗自苗圃地帶土移植到白色聚乙烯塑料花盆中，花盆高29 cm，直徑為23 cm，栽培基質為普通園圃土。

1.2 試驗方法

1.2.1梔子幼苗干旱模型的建立與取樣所有盆栽幼苗正常管護30 d，緩苗后，新老葉出現更替、萌發新芽，生長速度明顯加快。選取長勢基本一致且無病蟲害的梔子幼苗40盆，每10盆為1個處理組。以質量分數分別為5%、10%、20%的PEG-6000溶液模擬梔子幼苗輕度干旱(light droght,LD)、中度干旱(moderate droght,MD)、重度干旱(severe droght,SD)脅迫，蒸餾水作為正常對照(CK)。每天傍晚每組用對應的PEG-6000溶液進行澆灌，澆灌量以盆底溢出溶液為準。干旱脅迫的第5、10、15 d，梔子幼苗生長狀態良好、無萎蔫現象。在干旱脅迫的第5、10、15 d的同一時間段采摘梔子上部相同葉位的成熟葉片，存放于-80 ℃冰箱內。

1.2.2梔子葉片中內源激素含量測定稱取1.0 g葉片，加4 mL 80%甲醇提取液(內含0.5% BHT抗氧化劑)，冰浴研磨，轉移至10 mL離心管，搖勻置于4 ℃冰箱浸提過夜，3 500 r·min-1離心，取上清液，再加入2 mL提取液，搖勻，置于4 ℃冰箱4 h，離心，合并上清液。上清液過C-18固相萃取柱得到待測樣品，將待測樣品用氮氣吹干，以樣品稀釋液定容。然后采用酶聯免疫法測定ABA、IAA、GA和ZR含量，測定步驟與所需試劑均來自試劑盒(購自南京建成生物工程研究所)，試驗設3次生物學重復。

1.3 數據處理

采用WPS表格和Graphpad Prism 7.0軟件處理試驗數據。

2 結果與分析

2.1 干旱脅迫對梔子葉片ABA含量的影響

圖1顯示，隨著干旱脅迫時間的延長，CK組梔子葉片ABA含量呈現逐漸下降的趨勢，LD、MD、SD 3組ABA含量均呈先升高后下降的變化趨勢。但與CK組相比較，LD、MD組梔子葉片ABA含量在干旱脅迫第5、10、15 d逐漸上升，SD組ABA含量先上升后在脅迫15 d時上升幅度降低。干旱脅迫第5 d，LD、MD、SD組梔子葉片ABA含量較CK組分別上升了60.29%、84.50%、89.93%；在脅迫第10 d，LD、MD、SD組ABA含量較CK組分別上升了133.96%、153.97%、120.04%；脅迫第15 d，LD、MD與SD 3組ABA含量較CK組分別上升了185.93%、154.59%、69.52%。

2.2 干旱脅迫對梔子葉片IAA含量的影響

圖2顯示，試驗過程中CK組梔子葉片IAA含量逐漸上升。LD、MD、SD 3組IAA含量在干旱脅迫第5 d高于CK組，后逐漸下降，在脅迫第15 d顯著低于CK組。在干旱脅迫第15 d時，CK組梔子葉片IAA含量較脅迫第5、10 d分別上升了171.25%、110.80%。干旱脅迫第5 d，LD、MD、SD組梔子葉片IAA含量較CK組分別上升了45.71%、244.61%、225.18%，其中，MD、SD組與CK組相比差異顯著(P<0.05)；在脅迫第10 d，LD、MD、SD組IAA含量較CK組分別上升了26.36%、10.12%、37.84%，但差異不顯著(P>0.05)；脅迫第15 d，LD、MD與SD 3組IAA含量較CK組分別下降了36.25%、51.11%、57.15%，并具有顯著性差異(P<0.05)。

注：同一處理時間不同小寫字母表示差異在P<0.05水平具有顯著性。Note: Different small letters at the same treatment time indicate significant difference at P<0.05 level.圖1 干旱脅迫下梔子葉片ABA含量Fig.1 ABA content of Gardenia jasminoides Ellis leaf under drought stress

注：同一處理時間不同小寫字母表示差異在P<0.05水平具有顯著性。Note: Different small letters at the same treatment time indicate significant difference at P<0.05 level.圖2 干旱脅迫下梔子葉片IAA含量Fig.2 IAA content of Gardenia jasminoides Ellis leaf under drought stress

2.3 干旱脅迫對梔子葉片GA含量的影響

圖3顯示，隨著干旱脅迫時間的延長，與CK組相比，LD、MD、SD三組梔子葉片GA含量在脅迫第5 d顯著升高，后逐漸降低，在脅迫第15 d時低于CK組。干旱脅迫的第5 d，LD、MD、SD組梔子葉片GA含量較CK組分別上升了56.06%、130.90%、62.40%，均差異顯著(P<0.05)；在脅迫第10 d，LD、MD、SD組GA含量較CK組分別上升了28.37%、5.33%、34.49%，差異不顯著(P>0.05)；脅迫第15 d，LD、MD與SD 3組GA含量較CK組下降了12.92%、27.56%、71.54%，且SD組與CK組相比差異顯著(P<0.05)。

注：同一處理時間不同小寫字母表示差異在P<0.05水平具有顯著性。Note: Different small letters at the same treatment time indicate significant difference at P<0.05 level.圖3 干旱脅迫下梔子葉片GA含量Fig.3 GA content of Gardenia jasminoides Ellis leaf under drought stress

2.4 干旱脅迫對梔子葉片ZR含量的影響

圖4顯示，隨著干旱脅迫時間的延長，CK組梔子葉片ZR含量逐漸下降，LD、MD、SD 3組ZR含量具有高-低-高的變化趨勢。在干旱脅迫第15 d時，CK組梔子葉片ZR含量較第5、10 d分別下降了55.13%、41.15%。干旱脅迫第5 d，LD、MD、SD組梔子葉片ZR含量較CK組分別上升了85.60%、41.85%、27.19%，均差異顯著(P<0.05)；在脅迫第10 d，MD組ZR含量較CK組上升了4.74%，LD、SD組ZR含量較CK組下降了14.12%、16.36%，均差異不顯著(P>0.05)；脅迫第15 d，LD、MD與SD3組ZR含量較CK組上升了174.66%、248.51%、205.30%，差異顯著(P<0.05)。

2.5 干旱脅迫對梔子葉片中內源激素比例的影響

表1顯示，隨著干旱脅迫時間的延長，CK組梔子葉片IAA/ABA、IAA/GA、IAA/ZR值逐漸上升，ZR/ABA值波動不大，GA/ABA、GA/ZR值呈現先降低后升高的變化趨勢。LD、MD、SD 3組梔子葉片IAA/ABA、GA/ABA、ZR/ABA值呈現先降低后升高的變化趨勢，IAA/GA值逐漸上升，IAA/ZR、GA/ZR值逐漸下降。干旱脅迫第5 d，LD、MD、SD組梔子葉片IAA/ABA值總體高于CK組；而在脅迫第15 d，LD、MD、SD組IAA/ABA值較CK組分別降低了77.67%、80.83%、76.67%。脅迫第5 d，LD、MD、SD組梔子葉片GA/ABA值與CK組相比變化不大；而在脅迫第15 d，LD、MD、SD組GA/ABA值較CK組分別降低了69.54%、71.57%、83.21%。干旱脅迫第5 d，LD組梔子葉片ZR/ABA值高于CK組，MD、SD組低于CK組；然后，3組先降低再升高，在脅迫第10 d有最低值；脅迫第15 d時，LD組ZR/ABA值較CK組下降了3.94%，MD、SD組較CK組分別上升了36.91%、80.10%。脅迫第5 d，LD、MD、SD組梔子葉片IAA/GA值總體高于CK組；脅迫第10 d，LD、MD、SD組IAA/GA值與CK組接近；脅迫第15 d，LD、MD組IAA/GA值低于CK組，SD組高于CK組。脅迫第5 d，LD、MD、SD組梔子葉片IAA/ZR值總體高于CK組；隨后，CK組IAA/ZR值逐漸上升，LD、MD、SD組總體逐漸下降；在脅迫第15 d，LD、MD、SD組IAA/ZR值較CK組分別降低了75.38%、85.79%、85.79%。脅迫第5 d，LD組梔子葉片GA/ZR值低于CK組，MD、SD組高于CK組；隨后，LD組先升高后降低，MD、SD組逐漸降低；在脅迫第15 d，LD、MD、SD組GA/ZR值均低于CK組，并較CK組分別下降了68.27%、79.21%、90.66%?？偟膩碚f，干旱脅迫下梔子IAA/ABA、GA/ABA值逐漸下降，并且下降幅度較大，ZR/ABA、IAA/GA、IAA/ZR、GA/ZR值發生不同的波動，說明梔子通過調節內源激素含量變化以維持內源激素間的一種平衡來適應和抵御脅迫。

注：同一處理時間不同小寫字母表示差異在P<0.05水平具有顯著性。Note: Different small letters at the same treatment time indicate significant difference at P<0.05 level.圖4 干旱脅迫下梔子葉片ZR含量Fig.4 ZR content of Gardenia jasminoides Ellis leaves under drought stress

表1 干旱脅迫下梔子葉片內源激素的比例變化Table 1 Proportional changes of endogenous phytohormones in Gardenia jasminoides Ellis leaf under drought stress

3 討論

植物內源激素是植物在特定環境信號下誘導產生的，在極低濃度下就能發揮明顯的生理效應，可以單個或者相互協調調控植物的生長、發育與體內代謝[9]。ABA是一種對植物抗逆性、氣孔運動以及基因表達等均有重要調節功能的植物激素，在植物眾多內源激素中變化最為明顯，通常被用來作為評價植物抗旱性的重要指標[10]。本研究發現，LD、MD組梔子葉片ABA含量較CK組在干旱脅迫15 d內逐漸上升，SD組ABA含量較CK組先上升后在脅迫15 d時下降，并且LD、MD、SD 3組梔子葉片ABA含量在脅迫15 d內均高于CK組，這與俞玲等[11]的研究結果相似。本研究結果表明，干旱脅迫下梔子葉片內ABA含量迅速增加以發揮調節功能，包括抑制或關閉氣孔開度等，然而，隨著脅迫時間延長和程度加深，ABA含量逐漸下降，梔子以體內ABA抵御干旱的保護機制減弱。

IAA、GA、ZR 3種激素均能夠促進植物生長發育。IAA分布與含量對植物細胞極性發育、細胞伸長等方面發揮重要作用[12]，IAA與逆境脅迫也密切相關。一般來說，逆境脅迫誘導植物IAA氨基酸化合酶上調表達導致IAA失活，進而誘導脅迫相關基因表達[13]。本研究發現，LD、MD、SD 3組梔子葉片IAA含量較CK組先迅速上升后持續下降，在干旱脅迫第5 d時高于CK，后逐漸下降，在脅迫15 d時均顯著低于CK組，這與周芳等[14]的研究結果相似。GA能夠促進植物氣孔關閉、減少植物蒸騰，同時也促進植物生長[9]。本研究中，LD、MD、SD 3組梔子葉片GA含量較CK組變化與IAA一致，這與丁少凈等[15]的研究結果一致。ZR可促進細胞分裂、擴大，延緩葉片衰老，干旱脅迫下植物根尖最先感受到脅迫，并抑制根中ZR的合成和運輸，根中ZR含量變化比較明顯，而不同植物葉片中ZR含量具有不同的變化趨勢，且變化幅度不大[14]。本研究發現，LD、MD、SD 3組梔子葉片ZR含量較CK組具有高-低-高的變化趨勢，后期ZR含量升高可能起到延緩葉片衰老脫落以維持梔子生命活動的作用，這與蘇亞拉其其格等[4]對夏坡蒂品種馬鈴薯的研究結果一致。這些研究結果表明，短時間干旱脅迫誘導梔子體內IAA、GA含量升高，促使梔子加快生長發育，而隨著脅迫時間延長，IAA、GA含量逐漸降低，梔子通過減緩生長、關閉氣孔以及誘導抗旱相關基因表達等多種方式響應干旱。同時，梔子在遭受到干旱脅迫后，體內ZR含量不斷波動以適應干旱。

干旱脅迫下，植物一方面通過調節體內激素含量而調控自身發育，另一方面通過改變不同激素間比值而影響自身生長。本研究發現，干旱脅迫下梔子葉片IAA/ABA、GA/ABA值較CK組逐漸下降，并且下降幅度較大，說明梔子主要通過抑制生長發育狀態以抵御干旱，這一結果與李書平等[9]對干旱脅迫下福建山櫻花和日本櫻花幼苗的研究結果一致。同時，梔子在遭受到干旱脅迫后葉片內ZR/ABA、IAA/GA、IAA/ZR、GA/ZR值與CK組相比均發生不同的波動，說明梔子通過不同內源激素間平衡來適應干旱脅迫。