6-BA預處理對干旱脅迫蒙原歐李生理響應特性的影響

張曉艷，李連國，郭金麗，李曉艷

(1 內蒙古農業大學 園藝與植物保護學院，內蒙古 呼和浩特 010018；2 包頭市果樹果品科學技術研究所，內蒙古 包頭 014045)

歐李(Cerasushumilis(Bge.)Sock.)屬薔薇科櫻桃屬落葉小灌木，是我國特有的野生果樹，主要分布于內蒙古、山西、河北等省區的山地、草原和荒漠地帶。歐李果實產量高，營養豐富，富含蛋白質、維生素和礦物質，尤以鈣、鐵和硒含量最為突出，屬于第3代功能性水果[1]。蒙原歐李除了果實具有較好的經濟效益外，其植株綜合抗逆性較強，易于種植和管理，是我國干旱、半干旱地區實施水土保持、防風治沙，特別是可持續、經濟型生態建設的最佳樹種[2]。內蒙古干旱及半干旱地區面積約占全區面積的85%，如何對其進行合理利用和生態恢復是制約自治區經濟、社會發展和生態環境建設的最主要因素，也是影響西部大開發的關鍵[3]。干旱對植物生長造成的危害處于非生物脅迫的首位，會導致植物體膜脂過氧化，使植物體內抗氧化酶系統、滲透調節物質、葉綠素含量發生改變，從而加速植物細胞老化，甚至死亡[4]。因此采取適當的措施緩解干旱脅迫對植物的傷害具有重要的生產實踐意義。

植物激素在植物生長發育和抵御逆境脅迫中具有十分重要的作用，其中細胞分裂素(cytokinins，CKs)在植物干旱脅迫中的作用備受關注[5]。6-芐基腺嘌呤 (6-benzyladenine,6-BA) 是一種人工合成的細胞分裂素類化合物，在干旱條件下能夠有效緩解光合速率和光合色素含量下降[6-7]、促進抗氧化酶活性提高[7]和滲透調節物質積累[8]等，可有效提高作物的抗旱能力，但其在歐李上的應用還未見相關報道。為此，本試驗以蒙原歐李為研究對象，通過葉面噴施不同質量濃度的6-BA進行預處理后，采用斷水方法進行干旱脅迫處理，通過對不同干旱時期生理指標的檢測，探討6-BA預處理對蒙原歐李抗旱能力的影響，以期為細胞分裂素與歐李抗旱性關系的研究及歐李抗旱機制分析提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗材料為2年生蒙原歐李，來源于內蒙古農業大學蒙原歐李科研與示范基地。2019-06-25選長勢一致的2年生健壯蒙原歐李苗，定植于花盆(上口徑×下口徑×高=25 cm×18 cm×20 cm)中，基質配比(體積比)為普通園土∶細沙= 4∶1，每盆基質7.5 kg，每盆1株，放置于避雨大棚中養護。

1.2 試驗設計

2019年7月29日選取長勢一致的盆栽苗進行處理。先澆透水，待盆內土壤含水量達到田間最大持水量(22.5%)時對植株進行6-BA預處理，即葉面噴施不同質量濃度6-BA溶液(C1：50 mg/L；C2：100 mg/L；C3：150 mg/L；C4：200 mg/L)，對照噴施去離子水(CK)，每個處理24盆。用噴壺對葉片各個方向均勻噴施，直至液滴下流，間隔4 h后噴施第2遍。干旱脅迫處理采用斷水方法進行，分別在斷水后5 d(T0：土壤含水量為16.1%，正常生長)、10 d(T1：土壤含水量為12.5%，處于輕度干旱脅迫)、15 d(T2：土壤含水量為8.4%，處于中度干旱脅迫)、20 d(T3：土壤含水量為3.2%，處于重度干旱脅迫)，采集適量葉片裝入液氮罐中，迅速帶回實驗室并置于超低溫冰箱中保存，用于相關指標的測定。

1.3 測定指標及方法

1.3.1 葉片水分的測定 葉片相對含水量(RWC)和水分飽和虧缺(WSD參照羅永忠等[9]的方法，采用稱量法測定。

1.3.2 光合色素的測定 分別稱取不同處理植株葉片 0.1 g，液氮研磨至粉末狀，加入10 mL提取液(V(丙酮)︰V(乙醇)=1︰1)，4 ℃避光提取10 min，5 000g離心15 min，然后用TU-1810型紫外分光光度計測定663，646和470 nm處的吸光值，根據Wellburn等[10]于1984年修正的公式計算葉綠素a(Chl a)、葉綠素b(Chl b)和類胡蘿卜素(Car)含量(mg/g，以干質量計)。

1.3.3 光合特性的測定 選擇晴朗無云的天氣，于上午10:00-11:00采用便攜式光合作用測定系統(CIRAS-3,PP-System公司，美國)測定蒙原歐李葉片的凈光合速率(Pn)。每個處理選擇生長一致的蒙原歐李植株5株，每株選取健康功能大葉1片(從枝條基部往上數第6～8片葉)，每個處理重復3次。光源為LED，光照強度為1 200 μmol/(m2·s)。

選擇晴朗無云的天氣，于上午 09:00-10:00采用多功能植物效率儀(M-PEA，Hansatech公司，英國)測定蒙原歐李葉片的光合性能指數(PIABS)。每個處理選擇健康功能大葉(從枝條基部往上數第6～8片葉)5片，每個處理重復3次。葉片先暗適應 30 min，隨后暴露于飽和脈沖光(3 000 μmol/(m2·s))下檢測 1 s。

1.3.4 滲透調節能力的測定 可溶性蛋白(SP)含量參照李忠光[11]的方法，采用考馬斯亮藍G-250染色法測定。脯氨酸(Pro)含量參照李忠光[11]的方法，采用酸性茚三酮法測定。

1.3.5 抗氧化酶活性的測定 參照李忠光[11]的方法。稱取葉片 0.5 g，液氮研磨至粉末狀，轉入5 mL提取液，4 ℃、10 000g離心20 min，將上清液定容至5 mL，用于抗氧化酶活性分析。超氧化物歧化酶(SOD)活性采用氮藍四唑光還原法測定，過氧化物酶(POD)活性采用愈創木酚法測定，過氧化氫酶(CAT)活性采用紫外吸收法測定。

1.3.6 細胞傷害程度 細胞膜透性參照李清亞等[12]的方法，采用電導法測定。丙二醛(MDA)含量參照周爽男等[13]的方法，采用三氯乙酸-硫代巴比妥酸顯色法測定。

1.4 數據處理

采用SPSS 26.0軟件進行數據處理與分析，采用Origin9.0軟件進行圖表繪制。

2 結果與分析

2.1 6-BA預處理對干旱脅迫蒙原歐李葉片水分狀況的影響

6-BA預處理對干旱脅迫蒙原歐李葉片水分狀況的影響結果見圖1。

圖柱上標不同小寫字母表示不同處理間差異顯著(P<0.05)。下同Different lowercase letters indicate significant difference between treatments at P<0.05 level.The same below圖1 6-BA預處理對干旱脅迫蒙原歐李葉片水分狀況的影響Fig.1 Effects of 6-BA pretreatment on leaf water status of Mengyuan Cerasus humilis under drought stress

由圖1可知，隨著干旱脅迫程度的加重，對照組蒙原歐李葉片水分虧缺程度逐漸增加，但6-BA預處理后能有效緩解蒙原歐李的水分虧缺狀況，這種緩解作用與干旱脅迫程度和6-BA的質量濃度有關。其中，斷水5 d(T0)時，緩解效果最好的是C4處理，與對照相比其水分飽和虧缺降低了32.2%；斷水10 d(T1)、斷水15 d(T2)和斷水20 d(T3)時，緩解效果最好的均為C2處理，與對照相比水分飽和虧缺分別降低了62.6%，30.4%和42.5%。

2.2 6-BA預處理對干旱脅迫蒙原歐李葉片光合色素的影響

由表1可知，6-BA預處理對蒙原歐李葉片光合色素的影響隨著干旱脅迫程度和6-BA質量濃度的不同而存在差異。斷水15 d(T2)時，C2處理效果最好，蒙原歐李葉片Chl a、Chl b、Chl a+b、Car含量分別較對照顯著提高了38.7%，64.6%，42.8%和24.4%，說明在中等干旱脅迫程度下，適宜質量濃度的6-BA預處理能促進蒙原歐李葉片光合色素的增加，有效緩解干旱對植株葉片造成的傷害。斷水5 d(T0)和斷水10 d(T1)時，C4處理使Chl a/b分別較對照顯著提高了6.03%和6.51%，說明干旱脅迫程度低時高質量濃度6-BA預處理有利于Chl a/b的提高。斷水5 d(T0)、斷水15 d(T2)、斷水20 d(T3)時，C3處理的Car/Chl a+b均達到最大值，且與對照差異顯著，說明C3處理更有利于Car/Chl a+b的提高。由此可見，6-BA預處理對光合色素降解的抑制作用與其質量濃度和干旱脅迫程度有關。

表1 6-BA預處理對干旱脅迫蒙原歐李葉片光合色素的影響Table 1 Effects of 6-BA pretreatment on photosynthetic pigment of Mengyuan Cerasus humilis under drought stress

2.3 6-BA預處理對干旱脅迫蒙原歐李光合性能的影響

圖2顯示，6-BA預處理對蒙原歐李凈光合速率(Pn)和光合性能指數(PIABS)的影響與干旱脅迫程度和6-BA質量濃度有關。在斷水5 d(T0)和斷水10 d(T1)時，以C4處理的促進作用最為明顯，與對照相比，Pn分別顯著提高了37.9%和9.1%，PIABS分別顯著提高了49.5%和45.5%。斷水15 d(T2)時，C2、C3處理的Pn分別較對照提高了84.0%和132.0%，PIABS分別較對照提高了22.4%和11.1%。斷水20 d(T3)時，C2處理能顯著提高Pn。由此可見，在干旱脅迫程度較輕時，高質量濃度的6-BA預處理能顯著提高蒙原歐李植株的光合能力，而在干旱脅迫程度較重時，中、低質量濃度的6-BA預處理對提高蒙原歐李植株的光合能力有顯著作用。

圖2 6-BA預處理對干旱脅迫蒙原歐李光合性能的影響Fig.2 Effects of 6-BA pretreatment on photosynthetic capacity of Mengyuan Cerasus humilis under drought stress

2.4 6-BA預處理對干旱脅迫蒙原歐李滲透調節能力的影響

為了研究6-BA預處理對干旱脅迫蒙原歐李滲透調節能力的影響，本試驗測定了不同處理下滲透調節物質可溶性蛋白質(SP)和脯氨酸(Pro)的積累情況。結果(圖3)表明，6-BA預處理均能不同程度地影響干旱脅迫條件下蒙原歐李植株SP和Pro含量的變化，這種變化因6-BA質量濃度和干旱脅迫程度不同而不同。斷水5 d(T0)時，C3和C4處理能同時引起SP和Pro含量的積累，與對照相比，SP含量分別顯著增加了6.7%和2.2%，Pro含量分別增加了116.5%和64.0%。斷水15 d(T2)時，4種質量濃度6-BA處理均能引起SP和Pro含量的明顯積累，與對照相比，SP含量分別增加了17.3%，43.6%，25.2%和42.3%，Pro含量分別增加了98.4%，47.1%，64.9%和18.9%。由此可見，6-BA預處理在斷水15 d時對提高蒙原歐李的抗旱性更加有效。

圖3 6-BA預處理對干旱脅迫蒙原歐李滲透調節能力的影響Fig.3 Effects of 6-BA pretreatment on osmotic adjustment ability,of Mengyuan Cerasus humilis under drought stress

2.5 6-BA預處理對干旱脅迫蒙原歐李抗氧化系統的影響

為了研究6-BA預處理對干旱脅迫下蒙原歐李抗氧化系統的影響，試驗測定了不同處理下蒙原歐李抗氧化酶活性的變化。由圖4和圖5可知，6-BA預處理對蒙原歐李抗氧化酶活性的影響隨著干旱脅迫程度和6-BA質量濃度不同而存在一定差異。斷水5 d(T0)和斷水20 d(T3)時，C4處理能同時顯著提高SOD、POD、CAT的活性，其活性分別較對照提高6.3%，26.6%，54.3%和11.2%，543.8%，95.0%；斷水10 d(T1)和斷水15 d(T2)時，C2處理能同時顯著提高SOD、POD、CAT的活性，尤其是POD活性較對照提高116.8%和460.3%。由此可見，土壤水分充足和嚴重不足時，高質量濃度6-BA(200 mg/L)預處理有利于抗氧化酶活性的提高；土壤水分適度短缺時，中低質量濃度6-BA(100 mg/L)預處理反而更有利于抗氧化酶活性的提高。

圖4 6-BA預處理對干旱脅迫蒙原歐李SOD和POD活性的影響Fig.4 Effects of 6-BA pretreatment on SOD and POD activity of Mengyuan Cerasus humilis under drought stress

圖5 6-BA預處理對干旱脅迫蒙原歐李抗CAT活性的影響Fig.5 Effects of 6-BA pretreatment on CAT activity of Mengyuan Cerasus humilis under drought stress

2.6 6-BA預處理對干旱脅迫蒙原歐李細胞受傷害程度的影響

圖6表明，6-BA預處理對干旱脅迫蒙原歐李細胞受傷害程度的影響隨著干旱脅迫程度和6-BA質量濃度的不同而不同。斷水5 d(T0)時，6-BA預處理未能引起相對電導率(REC)的顯著下降，但C3處理能引起丙二醛(MDA)含量的顯著下降。斷水10 d(T1)時，C1、C3、C4處理能引起REC的顯著降低，與對照相比其降幅分別為45.9%，6.5%和16.7%，而C1、C2、C3能引起MDA含量的顯著降低，與對照相比其降幅分別為23.9%，34.7%和39.0%。斷水15 d(T2)時，只有C4處理能引起REC的降低，與對照相比其降幅為20.2%，而4種質量濃度6-BA處理均能引起MDA含量的顯著下降，與對照相比其降幅分別為15.4%，29.5%，27.2%和41.5%。斷水20 d(T3)時，C2和C4處理能引起REC的顯著下降，與對照相比其降幅分別為4.8%和15.0%，C1和C3處理能引起MDA含量的顯著下降，與對照相比，降幅分別為23.6%和35.7%。綜合比較，6-BA預處理通過降低MDA含量而緩解干旱脅迫對細胞的傷害。

圖6 6-BA預處理對干旱脅迫蒙原歐李細胞受傷害程度的影響Fig.6 Effects of 6-BA pretreatment on degree of cell damage of Mengyuan Cerasus humilis under drought stress

2.7 6-BA預處理對蒙原歐李綜合抗旱性的影響

對不同斷水時期下蒙原歐李的11個生理指標進行主成分分析，結果(表2和表3)共提取出2 個主成分，累積貢獻率達到95.995%，具有一定的信息代表性，能夠反映不同干旱時期的抗旱性。設2個主成分值分別為Y1、Y2，各項生理指標標準化后的值為X1、X2、…、X11，各項生理指標的特征向量為對應指標的系數，則各主成分表達式為：

表2 蒙原歐李各主成分的特征向量Table 2 Eigenvectors of principal components of Mengyuan Cerasus humilis

Y1=-0.351X1+0.346X2+0.316X3-0.030X4-0.347X5-0.290X6+0.331X7-0.347X8+0.246X9+0.224X10+0.333X11；

Y2=-0.078X1-0.073X2-0.238X3+0.616X4+0.109X5+0.294X6-0.198X7-0.117X8+0.401X9+0.479X10+0.102X11。

將每個主成分的方差貢獻率作為權重，則蒙原歐李綜合抗旱性評價值Y=(72.483Y1+23.512Y2)/95.995。利用上述公式計算各處理下的綜合抗旱性值，結果見表4。由表4可知，6-BA預處理對不同干旱脅迫下蒙原歐李綜合抗旱性均有一定程度的影響。斷水5 d(T0)時，C4處理的綜合抗旱性評價值大于對照；斷水10 d(T1)和斷水15 d(T2)時，C2和C3處理植株的綜合抗旱性評價值大于對照；斷水20 d(T3)時，4個處理植株的綜合抗旱性評價值均高于對照。由此可見，適宜質量濃度的6-BA預處理有利于處于不同干旱脅迫條件下蒙原歐李植株綜合抗旱性的提高。綜合以上生理指標和主成分分析，葉面噴施100 mg/L 6-BA對植株進行預處理，有利于蒙原歐李植株的生長,進而抵御干旱脅迫對植株造成的傷害。

3 討 論

葉片水分狀況的變化對植物的生理生化過程會產生不利影響，水分供應不足會導致植株失水加劇，在干旱脅迫下保持高含水量的能力可以看作是適應脅迫的一種表現。Gupta等[14]的研究表明，6-BA在維持較高的水分狀態方面起著關鍵的作用。Merewitz等[15]的研究表明，干旱脅迫條件下，細胞分裂素合成基因ipt的無效轉化系葉片的相對含水量下降47%左右。由此可見，外源細胞分裂素的施用和內源細胞分裂素的增加均有利于提高植株葉片相對含水量。本研究結果表明，葉面噴施6-BA預處理能提高處于干旱脅迫條件下蒙原歐李葉片的相對含水量，降低水分飽和虧缺，進而顯著提高植株抗旱性。

光合作用是植物體極為重要的代謝過程，通過光合作用能為植物的生長和發育提供同化物和能量。葉綠素含量的高低反映了光合作用水平，凈光合速率(Pn)反映了植物光合機構運轉的狀況，光合性能指數(PIABS)可以綜合反映光合機構的活性。外源細胞分裂素的施用能夠緩解葉片衰老引起的葉綠素含量降低、光合參數(如CO2同化速率、光化學猝滅和最大光化學效率)下降等變化[8,16-18]。Ren等[19]的研究表明，6-BA處理能顯著提高水澇脅迫夏玉米的葉綠素含量、Fv/Fm和Pn；Wu等[20]研究表明，6-BA處理能顯著提高鹽脅迫下茄子的葉綠素含量和Pn；Talla等[21]發現,6-BA處理水稻的葉綠素色素保留率高，葉綠素 a/b 值維持不變，光化學效率和釋氧速率下降延遲。本研究中，葉面噴施100 mg/L 6-BA對蒙原歐李進行預處理，能夠顯著提高其葉片葉綠素含量和Pn，使處于干旱脅迫的蒙原歐李植株維持較高的同化作用，有利于植株抗旱性的提高。

滲透調節是植物抵御干旱脅迫的一種重要方式。滲透調節物質使植物在較低的葉片水勢條件下維持氣孔開張和光合作用，阻止葉片卷曲和死亡，保證在低水勢時植物體的生長，被視為植物適應干旱脅迫的重要生存和自我保護機制。脯氨酸(Pro)作為滲透調節的一類主要物質，被廣泛研究。干旱脅迫下Pro的積累不僅有助于滲透調節，還有助于清除活性氧、保持細胞結構和膜的穩定性、穩定酶和蛋白質[22]。本研究結果表明，葉面噴施不同質量濃度6-BA預處理后，能顯著提高中度干旱(斷水15 d)條件下蒙原歐李的Pro含量，保護植株免受干旱脅迫的傷害。

干旱脅迫會使細胞內自由基代謝失衡，誘導大量自由基的生成，發生膜脂過氧化反應，細胞膜透性增大而使大量原生質外滲，膜脂發生分離而使細胞膜的結構和功能統一性喪失。超氧化物歧化酶(SOD)、過氧化氫酶(CAT)、過氧化物酶(POD)是植物體內重要的活性氧(ROS)酶促清除系統成員，外源細胞分裂素的施用能顯著提高這些酶的活性，有利于植物應對潛在的ROS傷害[23]。有研究表明，在鹽脅迫條件下，外源6-BA能顯著提高茄子的SOD、POD、CAT活性[24]。澇害條件下，外源6-BA能夠提高玉米品種登海605和鄭單958的SOD、CAT、POD活性[25]。干旱脅迫條件下，外源6-BA能夠提高匍匐翦股穎的SOD、CAT、POD活性[26]。本研究結果表明，葉面噴施100和200 mg/L 6-BA預處理后，有利于處于中度和重度干旱脅迫條件下的蒙原歐李SOD、POD、CAT活性同時提高，這種抗氧化物酶的協同作用有利于自由基的清除。此外，6-BA預處理后蒙原歐李植株在中度干旱脅迫條件下丙二醛含量減少，說明細胞膜傷害程度有所減緩。

綜上所述，外源細胞分裂素6-BA預處理對干旱脅迫條件下的蒙原歐李具有一定的保護作用，能夠緩解干旱脅迫對植株造成的傷害。這種保護作用通過維持高葉片含水量、保持細胞結構完整性、增強光合作用能力和滲透調節能力以及提高抗氧化酶活性來實現，是綜合作用的結果。而且6-BA預處理對植物的保護效果與6-BA的質量濃度和植株所處的干旱脅迫程度有密切關系。