任迎虹，尹福强，刘松青，祁伟亮

(1.成都师范学院化学生命科学学院,四川 成都 610013；2.西昌学院农业科学学院,四川 西昌 615000)



不同桑品种在干旱胁迫下叶绿素、水分饱和亏及丙二醛的变化规律研究

任迎虹1，尹福强2，刘松青1，祁伟亮1

(1.成都师范学院化学生命科学学院,四川 成都 610013；2.西昌学院农业科学学院,四川 西昌 615000)

以6个四川桑树品种为对象, 研究在干旱胁迫下不同桑树品种叶绿素含量、水分饱和亏及丙二醛的含量变化。结果表明：在干旱胁迫下，各桑树品种间叶绿素含量、水分饱和亏及丙二醛的含量变化叶呈负相关，差异极显著。在轻度干旱胁迫时，叶绿素含量都呈现上升趋势且达到最大值，而水分饱和亏及丙二醛的含量变化不明显。在中度干旱胁迫时，叶绿素含量变化呈下降趋势，水分饱和亏及丙二醛的含量变化呈上升趋势，变化幅度均较为缓慢，而在重度干旱胁迫下变化幅度均较大，这表明随着干旱胁迫加剧桑树生理功能遭到不同程度破坏,在叶片形态上也出现差异。

叶绿素；水分饱和亏；丙二醛

近年来，桑树(MorusalbaL.)具有对恶劣自然环境的超强适应性和突出的保持水土、涵养水源、绿化美化环境等生态功能,以及果用、药用、饲料等高经济价值而受到广泛的关注[1]。中国是世界最大的茧丝生产国，蚕桑产业是四川传统特色产业，是四川省重点发展的“十大”农业产业之一。而干旱是我国主要的自然灾害,其发生频率高、持续时间长、波及范围广。西南地区历来就是我国旱灾的主要频发区之一[2]，近几年干旱胁迫的加剧也在一定程度上，严重影响桑叶的产量和品质[3-4]。为此研究不同桑树品种在干旱胁迫条件下的生长、利用品种之间抗旱能力的差异，培育抗旱、高产新品种便成为桑蚕研究中的重要方向[5]。任迎虹等选择攀西地区不同桑品种进行干旱胁迫处理，对不同品种桑树生理及桑叶品质影响进行了相关研究[6]。而干旱胁迫下对不同桑树品种水分饱和亏、叶绿素含量及丙二醛的相关分析报道不多，此项试验通过对3个指标进行动态研究分析,为研究桑树抗旱生理生化机制及为四川西南地区退耕还桑筛选抗旱品种提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试材料品种1充桑，品种2荷叶白1号，品种3九龙拐，品种4油桑，品种5湖桑32号，品种6云桑1号。采集于四川省西昌市蚕种场品保园。材料在2015年4月份进行种子发芽后进行盆栽，自然条件下生长。土壤混合比例(土壤∶营养土为1∶1)。在7月份苗木高度在40 cm左右时，选择长势相对一致的苗木,对供试桑树品种进行连续的人工干旱处理。

1.2 干旱胁迫

试验苗木在处理前连续浇水3d，然后让其自然干旱。正常处理时土壤含水量控制在85 %～100 %、轻度处理时土壤含水量的变化控制在65 %～75 %、中度处理时土壤含水量的变化控制在65 %～50%、重度处理时土壤含水量的变化控制在35 %～40 %，各项指标6 d 测1次，试样均取上部同叶位叶片，3次重复。

1.3 指标测定方法

MDA含量测定:采用硫代巴比妥酸法[7]；叶绿素含的测定：采用分光光度法测定叶绿素含量[8]；水分饱和亏的的测定:在同一叶位取各重复样株的叶称鲜重(Wf)[9],浸入水中12 h后称饱和重(Wt),然后烘干称干重(Wd),计算WSD=(Wt-Wf) (Wt-Wd)×100。

1.4 试验数据分析

试验数据均为3次重复的平均值,采用EXCEL和SPSS软件进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 水分饱和亏的变化

水分饱和亏缺(water saturation deficit)是植物组织的实际含水量距离其饱和含水量的差值的百分数表示的数值,WST愈大说明水分亏缺愈严重,该指标能较好地比较植物保水能力的强弱[10]。随着干旱胁迫的加重，水分饱和亏的变化趋势均呈升高的趋势(图1)。在各胁迫处理水平下,6个桑树品种的水分含量变化存在显著差异，各桑树品种的水分饱和亏从大到小顺序如下：荷叶白1号>云桑1号>充桑>九龙拐>油桑>湖桑32。在整个处理过程中，湖桑32号的水分饱和亏变化比较平缓，油桑、九龙拐、充桑次之，而荷叶白1号和云桑1号在中度处理后，水分饱和亏的变化趋势陡增。这表明受到胁迫后抗旱性强的品种湖桑32保水能力好，云桑1号、充桑、九龙拐、油桑的保水能力居中，而荷叶白1号的抗旱性最差。

A、B、C、D分别表示正常处理、轻度胁迫、中度胁迫、重度胁迫A,B,C,D are representative to normal stress, mild stress and moderate stress and severe stress, respectively图1 干旱胁迫下桑树水分饱和亏的含量变化Fig.1 The variation of WSD content of mulberry under water stress

A、B、C、D分别表示正常处理、轻度胁迫、中度胁迫、重度胁迫A,B,C,D are representative to normal stress, mild stress and moderate stress and severe stress, respectively图2 干旱胁迫下桑树MDA的含量变化Fig.2 The variation of MDA content of mulberry under water stress

2.2 水分胁迫对不同桑树品种丙二醛(MDA)的影响

在干旱条件下，水分亏缺时导致活性氧自由基产生过多,抗氧化防御系统作用减弱,体内自由基不能被完全清除而累积 ,往往发生膜脂过氧化作用，MDA是膜脂过氧化的最终分解产物，其含量的高低可以反映植物膜伤害的程度[11]。本试验结果表明，随着干旱胁迫的进行，MDA的含量均呈现出升高的趋势。图2分析得出：在各胁迫水平下,6个桑树品种的丙二醛MDA的含量变化存在显著差异，各品种的丙二醛含量的变化幅度从大到小顺序如下：充桑>荷叶白一号>油桑>云桑1号>湖桑32>九龙拐。在中度处理之前各品种MDA的含量的变化增加趋势比较缓慢，说明各桑树品种在一定的干旱范围内具有较好的适应能力；在中度处理之后MDA的含量均呈现增加的趋势，说明随着干旱胁迫的加深，细胞膜的破坏性受到不同程度的影响，从而导致MDA的含量积累也不同。九龙拐和湖桑32的变化趋势较缓慢，说明其干旱适应能力比较强，油桑、云桑1号的变化趋势次之，荷叶白1号和充桑的膜脂氧化程度比较大，说明其耐旱性较差。

2.3 水分胁迫对不同桑树品种叶绿素含量的影响

水分胁迫使叶绿素的片层结构遭到破坏，使叶绿素的生物合成过程减弱[12-13]，并且导致已经合成的叶绿素分解加快，叶绿素含量下降，一般认为，叶绿素含量的变化幅度可以作为品种对水分胁迫敏感性强弱的指标，变幅较大的抗旱性差[14]。随着干旱胁迫的增加，叶绿素在桑树叶片当中的含量均呈现出升高再下降的趋势。在各胁迫水平下,6个桑树品种的叶绿素含量变化存在显著差异。图3分析得出：6个品种的叶绿素含量变化从大到小的顺序为充桑>荷叶白1号>云桑1号>油桑>湖桑32>九龙拐。在轻度处理时个品种的叶绿素含量达到最高值，这表明此时土壤含水量有利于叶片叶绿素的积累。轻度处理之后叶绿素含量呈下降趋势，九龙拐和湖桑32的下降趋势较为缓慢，表明耐旱性强叶片结构遭到破坏程度低，云桑1号和油桑的下降趋势次之，而充桑和荷叶白1号的较快，表明对水分胁迫的敏感性强耐旱性弱。

3 讨 论

3.1 干旱胁迫下各桑树品种的叶绿素含量变化

叶绿素含量是反映光合强度的重要生理指标。植物体叶绿素含量的变化不仅能反映植物在逆境胁迫下同化物质的能力,而且可以指示出植物对水分胁迫的敏感性[15-16]。研究表明水分胁迫使桑树树叶绿素含量下降，抗旱性弱的品种受的影响大，叶绿素含量减少的快[17],严重时会出现叶片黄化。在干旱胁迫下,桑树叶片的叶绿素总量都呈现不同程度的下降,甚至干枯的情况。通过叶绿素变化趋势的比较，抗旱性弱的品种叶片出现黄化九龙拐和湖桑32的下降的趋势比较缓慢，说明对干旱胁迫的敏感性大,适应干旱的能力强。而荷叶白1号和充桑下降的趋势较大，说明荷叶白1号和充桑对干旱胁迫的敏感性大。荷叶白1号在重度干旱下叶片出现黄化甚至出现大面积干枯，充桑顶部新叶出现黄化，可以推测抗旱性弱的品种光合器官的生理功能遭到破坏,可能因为自由基积累超过了抗氧化剂的清除能力,使细胞受到损伤。

A、B、C、D分别表示正常处理、轻度胁迫、中度胁迫、重度胁迫A,B,C,D are representative to normal stress, mild stress and moderate stress and severe stress, respectively图3 干旱胁迫下桑树叶绿素的含量变化Fig.3 The variation of chlorophyll content of mulberry under water stress

陆新华等认为,抗旱性强的植物,即使在水分胁迫下,也能保持较高的叶绿素含量,从而保持较高的生长速率。王益奎等在烤烟的干旱处理研究中发现，土壤相对含水量在65 %～85 %时，有利叶绿素含量增加[18]。在本次实验中，在干旱胁迫轻度处理时，6个桑树品种的叶绿素含量都出现一定的上升趋势且叶绿素含量达到最大值。这表明在土壤相对含水量在65 %～85 %时，有利于桑树叶片叶绿素的积累，可以推测控制桑树的施水量有利于叶绿素的积累，以增强叶片的光和能力。

3.2 叶绿素含量变化与水分饱和亏和MDA的关系

叶绿素含量越高,其水分饱和亏越小,叶绿素含量与其保水能力有极大关系。Kupper等在研究发现，叶绿素含量与水分饱和亏呈极显著负相关[19]。在本次实验中，干旱胁迫的加重，抗旱性强的品种九龙拐、湖桑32水分饱和亏变化较小而叶绿素的含量高，相反抗旱性弱的品种荷叶白1号、充桑叶绿素含量较小其水分饱和亏越大。水分饱和亏缺越大，说明植物达到饱和时所需水分越高，维持水分平衡的能力越差。

在干旱胁迫下,由于土壤失水，植物叶片的叶绿素含量和水分饱和亏缺都发生了一定的变化，抗旱性弱的品种细胞内活性氧自由基代谢失调,会导致植物体内MDA积累增多[20]。 在本次试验中,随着干旱胁迫的增加，抗旱性弱的品种充桑，云桑1号的MDA含量一直呈快速增加的趋势、叶绿素的的分解加快，这说明活性氧自由基的积累对膜的破坏程度较大从而导致叶绿素的片层结构遭到破坏，使叶绿素的生物合成过程减弱；而抗旱性较好的九龙拐、湖桑32则相对缓慢，说明对干旱的适应能力强。

3.3 桑树品种选育

桑树育种主要采取选种、杂交育种、诱导育种和多倍体育种等方法，主要目标是选育高产叶量、高营养价值、适口性好、且具有抗逆性的品种。在本研究中我们通过桑树品种间抗生理生化机制研究，为四川西南地区退耕还桑筛选抗旱品种。试验结果表明，随着干旱胁迫的加剧，湖桑32和九龙的拐抗旱性较好。湖桑32高产叶量、适口性好，因此可以在四川的干旱地区及二半山坡区域进行大面积推广。而九龙拐的产叶量低，但对干旱的适应能力较好，因此九龙拐可以作为抗旱的种质资源对现有的桑树品种进行改良。

[1]秦 俭, 何宁佳, 黄先智, 等. 桑树生态产业与蚕丝业的发展[J]. 蚕业科学, 2010, 36(6): 984-989.

[2]李永华, 徐海明, 刘 德. 2006 年夏季西南地区东部特大干旱及其大气环流异常 [J]. 气象学报, 2009, 67(1): 122-132.

[3]刘建刚, 谭徐明, 万金红, 等. 2010 年西南特大干旱及典型场次旱灾对比分析[J]. 中国水利, 2011(9): 17-19.

[4]黄荣辉, 刘 永, 王 林, 等. 2009 年秋至 2010 年春我国西南地区严重干旱的成因分析 [J]. 大气科学, 2012, 36(3): 443-457.

[5]姜德贵.旱情评价及抗旱减灾研究[D].合肥工业大学硕士论文，2002.

[6]任迎虹. 干旱胁迫对不同桑品种保护酶和桑树生理的影响研究[J]. 西南大学学报(自然科学版), 2009(4): 23.

[7]艾克拜尔.伊垃洪，周抑强，等. 土壤水分对不同品种棉花叶绿素含量及光合速率的影响[J].中国棉花，2000，27(2):21-22

[8]沈 艳, 谢应忠. 干旱对紫花苜蓿叶绿素含量与水分饱和亏缺的影响[J]. 宁夏农学院学报, 2004, 25(2): 25-28.

[9]李合生.植物生理生化实验原理和技术[M].北京:高等教育出版社,2000.

[10]邹 琦.干旱条件下大豆水分状况与渗透调节[J].大豆科学,1994,13(4):312-320.

[11]Rizhsky L, Liang H, Mittler R. The water-water cycle is essential for chloroplast protection in the absence of stress[J]. Journal of Biological Chemistry, 2003(1).

[12]张明生.甘薯膜脂过氧化作用和膜保护系统的变化与品种抗旱性的关系[J].中国农业科学，2003，36(11)：1395-1398.

[13]井春喜，张怀刚，师生波.土壤水分胁迫对不同耐旱性春小麦品种叶片色素含量的影响[J].西北植物学报，2003，23(5)：811-814.

[14]Yang L. Effects water stress on the chloroplasts in leaves ofCitrusmedicavar.sarcofactyls[J]. Chinese Agri Sci Bulletin, 2001, 17(1): 20-22.

[15]王萌萌,陈忠林,贾 楠,等.水分胁迫前的干旱锻炼对小麦光合生理特性的影响[J].农业环境科学学报,2010,29(10):1930-1935.

[16]田知海,陈励虹,刘东玉.干旱胁迫下苣荬菜光合性能及水分利用率研究[J].衡水学院学报,2010,12(2):85-87.

[17]周 丽，梁新乐，励建荣，类胡萝卜素抗氧化作用研究进展[J].食品研究与开发，2003,24(20)：21-23.

[18]陆新华,叶春海,孙光明.干旱胁迫下菠萝苗期叶绿素含量变化研究[J].安徽农业科学,2010,38(8):3972-3973.

[19]Kupper H,Kupper F,Spiller M.Environmental relevance of heavy metal substituded chlorophylls using the example of water plants[J].J Exp Bot,1996,47:259-266.

[20]Yang L. Effects water stress on the chloroplasts in leaves ofCitrusmedicavar.sarcofactyls[J]. Chinese Agri Sci Bulletin, 2001, 17(1): 20-22.

(责任编辑 李 洁)

Effects of Drought Stress on Mulberry Varieties of Chlorophyll,Water Saturation Deficit and Malondialdehyde

REN Ying-hong1, YIN Fu-qiang2, LIU Song-qing1, QI Wei-linag1

(1. College of Chemistry And Life Science, Chengdu Normal University，Sichuan Chengdu 610013, China ;2. School of Agriculture Science of Xichang College, Sichuan Xichang 615000,China )

Six mulberry varieties in Sichuan were used to study the chlorophyll content, water saturation deficit and malondialdehyde content changes under drought stress.The results showed that，under drought stress，the change of chlorophyll content and water saturation deficit was negatively correlated with malondialdehyde and the difference was very significant. Under mild drought stress，the chlorophyll content rose and reached the maximum value and the saturation deficit and malondialdehyde content had no obvious change. Under moderate drought stress, The chlorophyll content showed a decrease trend and the water saturation deficit and malondialdehyde content showed a rising trend，but the change ranges were slow. Under severe drought stress, the change ranges were big.Accordingly，with drought stress aggravated，the physiological functions of mulberry varieties were destroyed in different degree and the leaf morphology appeared differences.

Chlorophyll content;Water saturation deficit ; Malondialdehyde content

1001-4829(2016)11-2583-05

10.16213/j.cnki.scjas.2016.11.013

2016-04-19

四川省科技厅应用基础资助项目(2015JY0144); 四川省教育厅创新团队资助项目(15TD0036 )

任迎虹(1964-)，女，教授，从事作物遗传育种研究，E-mail: renyinghong@163.com。

S888.2

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