全 文 ：干旱胁迫对不同产地黑三棱生理生化的影响
孙亚昕，巢建国* ，谷 巍，吴启南，刘菊燕
(南京中医药大学药学院，江苏 南京 210023)
摘要 目的:研究干旱胁迫下不同产地黑三棱生理生化指标的变化，为研究其耐旱机制与抗旱品种的选育提
供理论依据和实践参考。方法:采用 PEG模拟干旱的方法，研究不同质量浓度 PEG-6000 胁迫后黑三棱叶片相对含
水量(ＲWC)、渗透调节物质含量以及抗氧化特性等生理生化指标的变化规律。结果:随着 PEG-6000 处理浓度的
增加，黑三棱叶片中相对含水量减少;丙二醛和脯氨酸含量总体呈上升趋势;可溶性蛋白含量在胁迫初期有所下
降，而后又有所上升，之后再略下降;而超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化氢酶(CAT)活性呈先上升后下降的趋势。
结论:4 个产地的黑三棱均表现出一定的抗旱耐旱能力，相比之下，江苏与浙江种质抗旱能力更强。
关键词 黑三棱;干旱胁迫;生理生化
中图分类号:Ｒ282. 2 文献标识码:A 文章编号:1001-4454(2014)03-0369-03
收稿日期:2013-07-22
基金项目:江苏高校优势学科建设工程(ysxk-2010);国家自然科学基金(81073002) ;南京中医药大学中药学一级学科开放课题
(2011ZYX1-008);江苏省高等学校“中药资源化学研究”优秀科技创新团队(2011)
作者简介:孙亚昕(1989-)，女，在读硕士研究生，专业方向:中药资源与品质评价;Tel:13813051665，E-mail:lovesunshine0603@ 163. com。
* 通讯作者:巢建国，Tel:13851562488，E-mail:jgchao1016@ 163. com. 。
黑三棱 Sparganium stoloniferum Buch. -Ham. 为
黑三棱科多年生草本植物，其块茎具有破血行气、消
积止痛的功效，是临床上常用的中药之一。干旱是
影响植物资源分布、生长发育、商品高产的重要因
素，探讨干旱胁迫下作物生理指标的变化对于作物
抗旱栽培具有重要意义。聚乙二醇(PEG)是一种渗
透剂，常用来模拟植物组织水分胁迫试验，起到类似
自然干旱的作用，广泛应用于植物抗旱研究。本文
通过研究干旱胁迫对不同产地黑三棱叶片相对含水
量(ＲWC)和丙二醛(MDA)、脯氨酸(Pro)、可溶性
蛋白(Protein)含量及超氧化物歧化酶(SOD)、过氧
化氢酶(CAT)活性的影响，分析黑三棱适应干旱的
生理机制，为黑三棱抗旱育种和栽培提供可行的研
究方法和理论指导。
1 材料与方法
1. 1 试验材料 以 4 个产地(安徽、浙江、湖南、江
苏)的黑三棱为试验材料，经笔者巢建国教授鉴定
为黑三棱科植物黑三棱 Sparganium stoloniferum
Buch. -Ham. 。2012 年末收集不同产地黑三棱后，移
栽于南京中医药大学药用植物园，于相同条件下种
植，建立黑三棱种质资源圃，来年选取长势相同的黑
三棱进行试验。
1. 2 试验方法 试验在南京中医药大学人工气候
室内进行。2013 年 5 月 24 日选取长势良好、植株
高度基本一致的幼苗，用清水清洗根部，移植到1 /2
Hoagland营养液中平衡 3 d 后，移到不同质量浓度
的 PEG-6000 溶液中，PEG-6000 浓度设为 10%、
20%、30%，分为轻度、中度、高度胁迫，对照(CK)为
不加 PEG的 1 /2 Hoagland营养液，处理时间为 2 d。
每个处理和测定 3 个重复。测定位置为心叶外侧第
2 ～ 5 片功能叶，于温室内测定。新鲜叶片经蒸馏水
冲洗 3 次、滤纸吸干后液氮储藏，用于相关生理指标
的测定。
1. 3 测定指标及方法 叶片 ＲWC 采取烘干法测
定〔1〕;MDA含量采用硫代巴比妥酸法测定〔2〕;Pro
含量采用酸性茚三酮比色法测定〔2〕;Protein 含量采
用考马斯亮蓝 G-250 染色法测定〔2〕;SOD和 CAT活
性采用南京建成生物工程公司的试剂盒测定。
2 结果与分析
2. 1 干旱胁迫对黑三棱叶片相对含水量( ＲWC) 的
影响 叶片 ＲWC 是反映植物抗旱性强弱的重要指
标之一，在一定程度上可以反映植株叶片保水能力
的强弱〔3，4〕。通常 ＲWC 越大，下降速率越小，则抗
旱性越强。从图 1 可以看出，随着胁迫程度的增加，
4 个产地的黑三棱叶片 ＲWC均呈下降趋势，水分亏
缺值呈增大趋势，在重度胁迫下达到最大值。CK
下，安徽、浙江、湖南、江苏 4 个产地的种质 ＲWC 分
别为 87. 58%、80. 61%、83. 43%、86. 77%。安徽
和湖南种质在轻度(LD)胁迫下 ＲWC 下降了
10. 51%和 13. 54%;在中度(MD)处理下，ＲWC 迅
速下降，下降了 21. 39%和 15. 11%;在重度(SD)处
理下，急剧下降，下降了 53. 45%和 47. 97%。浙江
与江苏种质在 LD 处理下，ＲWC 变化幅度很小，只
下降了 6. 22%和 5. 84%;在 MD 处理下，ＲWC 下降
幅度也较小，分别下降了 7. 71%和 8. 19%，在 SD处
理下，下降了 24. 46%和 27. 20%，降幅明显低于前
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DOI:10.13863/j.issn1001-4454.2014.03.004
二者，可推断浙江与江苏种质的黑三棱保水能力较
安徽与湖南的高，抗旱性较强。
图 1 干旱胁迫对黑三棱叶片相对含水量(ＲWC)的影响
2. 2 干旱胁迫对黑三棱叶片丙二醛( MDA) 含量的
影响 MDA是膜脂过氧化作用的主要产物之一，其
含量的高低是反映细胞膜脂过氧化作用强弱和质膜
破坏程度的重要指标，可以反映植物遭受逆境伤害
的程度〔2，5〕，有研究表明，在干旱胁迫下，植物原生
质膜透性会持续上升，与植物的抗旱性强弱呈明显
的负相关。随着干旱胁迫程度的增加，4 个产地的
黑三棱叶片 MDA 含量呈上升趋势，但增加幅度因
种质而异(图 2)。在 LD、MD、SD 3 种胁迫强度下，
安徽种质 MDA含量(以叶片鲜质量计)比 CK 分别
增加 13. 96%、80. 83%、119. 74%;浙江种质分别增
加 14. 89%、48. 85%、98. 66%;湖南种质分别增加
83. 07%、129. 31%、204. 08%;江苏种质分别增加
33. 39%、50. 07%、51. 09%。由以上分析可知，随着
胁迫的加深，黑三棱叶片的细胞膜遭受的破坏越大。
安徽与浙江产地黑三棱在 LD 处理下 MDA 含量变
化幅度较小，在 MD处理下含量变化幅度迅速增大;
江苏黑三棱响应较为平缓;湖南黑三棱 MDA 含量
变化较为显著;推断江苏黑三棱抗旱性强于其他。
图 2 干旱胁迫对黑三棱丙二醛(MDA)含量的影响
2. 3 干旱胁迫对可溶性蛋白 ( Protein) 和脯氨酸
( Pro) 含量的影响 渗透调节是植物抵抗逆境胁迫
的一种重要的方式〔6〕。Protein 是植物体适应干旱
胁迫过程中重要的渗透调节物质，它可以提高细胞
内溶质浓度，降低水势，使其能从外界继续吸水以维
持植物体的正常生长〔7〕。从图 3 可以看出，随着胁
迫程度的加深，黑三棱 Protein 含量呈先降后升再降
的趋势。可能是由于轻度干旱胁迫时，Protein 的分
解量大于新蛋白的产生量，使得蛋白含量降低。随
着胁迫浓度的加深，启动了新的蛋白合成机制，产生
新的胁迫蛋白，以维持细胞内较低的渗透势，从而蛋
白含量有所上升;而在 MD 处理下达到最高后开始
下降，可能是此时的干旱程度已经超出了黑三棱
Protein的调节范围。
图 3 干旱胁迫对黑三棱可溶性蛋白(Protein)含量的影响
植物体中游离 Pro是最有效的渗透调节物质之
一，当植物受到逆境胁迫时，体内 Pro 会在一定程度
上大量积累，尤其是干旱时积累较多。植物中 Pro
含量的增加，能够维持细胞的膨压，保护酶和膜系统
不受毒害〔8〕。通过图 4 可看出，黑三棱中 Pro 的含
量在干旱胁迫下持续上升，说明在干旱胁迫下，蛋白
质的合成受到阻碍后分解加强，导致植物体内氨基
酸含量的增加，其中 Pro 最为显著，对黑三棱的渗透
调节起着重要作用。在 SD 处理胁迫下，各产区幼
苗叶片 Pro 含量达到最高值。相比之下，湖南黑三
棱 Pro含量变化幅度最小，在 SD 处理下，Pro含量提
高了 111. 06%。江苏黑三棱变化幅度最大，Pro 含
量提高了 502. 02%，其次是浙江黑三棱 327. 6%，再
次是安徽黑三棱 138. 84%。
图 4 干旱胁迫对黑三棱脯氨酸(Pro)含量的影响
2. 4 干旱胁迫对超氧化物歧化酶( SOD) 和过氧化
氢酶( CAT) 活性的影响 SOD 是保护酶系统的关
键酶，对植物抗旱起着关键性作用〔9〕，它可以消除
超氧阴离子自由基，控制脂质氧化，减少膜系统的伤
害。SOD的表达量高低与活性的强弱都直接决定
了植物的抗逆性〔10〕。CAT广泛分布于植物组织，是
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细胞内 H2O2 的重要清除剂
〔11〕，与植物的抗逆性密
切相关。抗旱性强的品种酶活性随着时间的延长增
加迅速、增幅大，抗旱性弱的品种酶活性增加相对较
慢、增幅小〔12〕。由图 5 可以看出，4 个产地的黑三
棱 SOD活性的变化趋势均是先升后降。在轻中度
处理下，酶活性不断增强，说明 SOD 可以有效地消
除活性氧自由基，减弱膜脂过氧化作用，减轻黑三棱
幼苗受伤害的程度。在 MD处理下达到最高后开始
下降，可能是体内积累的保护酶已经不足以抵御干
旱胁迫所诱导的过量的活性氧。其中江苏与浙江产
地的黑三棱 SOD 活性变化比较剧烈，增幅较大，在
SD处理下提高了 79. 43%和 78. 26%，安徽与湖南
产地的响应则比较缓和，尤其安徽，SD 处理下只增
加了 21. 51%。CAT活性的变化趋势与 SOD活性变
化趋势基本相似(图 6)，江苏产地的黑三棱 CAT 活
性的变化幅度明显大于其他产地黑三棱。
图5 干旱胁迫对黑三棱超氧化物歧化酶(SOD)活性的影响
图 6 干旱胁迫对黑三棱过氧化氢酶(CAT)活性的影响
3 讨论
干旱胁迫对植物的伤害表现在多个方面。对于
胁迫造成的压力，生理代谢迅速作出调整以保证细
胞的正常生理功能。本试验采用不同浓度的 PEG-
6000 模拟干旱胁迫，研究了黑三棱生理生化指标的
变化。结果表明，在干旱胁迫下，4 个产地的黑三棱
表现出相似的生理生化响应:植物叶片细胞水分丧
失，ＲWC减少;MDA 和 Pro 含量总体呈上升趋势;
Protein含量在低浓度胁迫时有所下降，而后又有所
上升，之后再略下降;而 SOD、CAT 活性呈先上升后
下降的趋势。这说明 ＲWC、MDA 含量、Pro 含量、
Protein含量和 SOD、CAT活性可以作为鉴定黑三棱
抗旱性的生理指标。
但在这个变化趋势中 4 个产地的黑三棱表现出
不同:浙江与江苏产地的黑三棱 ＲWC 变化较缓慢，
渗透性调节物质 Pro 和 Protein 调节较为积极，抗氧
化酶 SOD、CAT活性增加迅速，增幅大，具有较强的
抗旱性。
综上所述，4 个产地的黑三棱通过细胞内产生
大量的可溶性蛋白、游离脯氨酸等渗透调节物质，以
调节细胞水势，抵御细胞过度失水。同时主动调动
抗氧化酶 SOD、CAT 等来消除体内的活性氧，从而
免除或降低活性氧对细胞膜系统的伤害等，均表现
出一定抗旱耐旱潜力。相比之下，浙江与江苏产区
的黑三棱抗旱性要高于安徽、湖南产区的黑三棱，可
以考虑以江苏、浙江品系为亲本进行抗旱品种的选
育工作，提高黑三棱抗旱性及产量。
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