全 文 ：PEG 胁迫对苔草渗透调节特性的影响
张玉霞 ,杜晓艳 ,张玉芹 ,范爱英
(内蒙古民族大学农学院 ,内蒙古 通辽　028042)
〔摘　要〕以分布于科尔沁沙地的粉煤灰 、盐碱地和荒地三种不同生境的野生苔草为材料 , 通过 PEG 胁迫处理
检测其伤害程度和渗透调节特性 , 结果表明 ,三种生境苔草的抗渗透胁迫能力以盐碱地苔草最强 ,粉煤灰苔草
次之 ,生长在荒地苔草最弱;脯氨酸和可溶性糖两种渗透调节物质的含量则以粉煤灰苔草和荒地苔草增加明
显.
〔关键词〕苔草;伤害程度;渗透调节特性
〔中图分类号〕Q945　　〔文献标识码〕A　　〔文章编号〕1671-0185(2008)03-0289-04
Effect of PEG Stress on Charateristics
of Osmoregulation of Carexiuriuscula
ZHANG Yu-xia ,DU Xiao-yan ,ZHANG Yu-qin ,FAN Ai-ying
(Agricultural College , I nner Mongolia University for Nationalities , Tongliao 028042 , China)
Abstract:By using carexduriusculas of saline- alkali land , old- ash ground and wildland , this
paper mainly researched on characteristics of antioxyzation and osmoregulation.The results
showed that the ability of ant i-osmostic st ress of Carexduriuscula g row ing in saline- alkali land
is the highest , Carexduriuscula g row ing in old ash ground take the second place , and the least is
Carexduriuscula growing in w ildland.The contents of proline and soluble sugar were significantly
higher in old ash ground and w ildland than those in saline-alkali land.
Key words:Carexduriuscula;Antio xyzation;Characteristic of Osmoregulation
莎草科苔草属的寸苔草(Carexduriuscula)为多年生根茎-疏丛型草本植物 ,根茎细长呈平行状伸展 ,
每株 3-5条 ,与致密的须根纵横交错 ,形成紧实的“根结皮” ,青绿期长达 165-180天〔1〕.寸苔草主要分布
于温带草原区 ,我国黑龙江 、吉林 、辽宁 、内蒙古 、河北 、山西 、陕西 、甘肃 、宁夏和新疆等省(区)均有分布 ,尤
以内蒙古 、东北各省最多〔2〕.寸苔草喜生于干草原 、草甸草原的路边 、沙地 、干山坡 ,在退化草原上 ,寸苔草
常成为优势种形成矮草草地 ,甚至能形成大面积而密被的单优群落〔3〕.寸苔草在科尔沁沙地广泛分布于
盐碱地 、粉煤灰和荒地 ,表现极强的抗干旱 、耐盐碱 、抗寒等特性.寸苔草对于科尔沁沙地 、粉煤灰草地 、盐
碱地治理及北方干旱盐碱地区草坪绿化具有重要意义 ,为此 ,对苔草进行干旱胁迫处理 ,探讨其抗旱机理.
1　材料与方法
1.1　试验地概况
试验区位于科尔沁沙地南部 ,地处我国北方半干旱农牧交错带东端的科尔沁草地腹地 ,松辽平原的西
端.地理位置东经 120°19′～ 121°35′,北纬 42°14′～ 43°32′,海拔 340 ～ 360m.属大陆性半干旱气候 ,年均气
温 6.4℃,年积温 3151.2℃,无霜期 151d〔1〕.年均降水量 364.6mm ,年均蒸发量 1972.8mm ,年均温 5.2℃,
收稿日期:2007-12-11
作者简介:张玉霞(1965-),女 ,内蒙古通辽人 ,教授 ,博士 ,主要从事植物抗性生理研究.
第 23 卷　第 3 期 内蒙古民族大学学报(自然科学版) Vol.23　No.3
2008年 5 月 Journal of Inner Mongolia University for Nationalities May 2008
DOI :10.14045/j.cnki.15-1220.2008.03.004
≥0℃年积温 3043 ～ 3152℃,无霜期 138 ～ 140d ,光照 2800 ～ 2880h ,年降水 347 ～ 423mm ,年蒸发量 1244
～ 1253mm〔2〕.其中盐碱地位于通辽市科左中旗 ,该草场植被盖度 70%～ 80%,土壤 pH 值 8.5 ～ 10 ,为极
度退化草场 , 马蔺为地表植物建群种 ,其它植物种类有碱蓬 、少量的羊草和一年生禾本科草 ,草群平均高
度为 12.8cm ,鲜草产量 862 .5kg/hm2.粉煤灰草地位于通辽市发电总厂 ,灰层厚度 3 ～ 4m ,主要植物有
艾蒿 、苔草 、芦苇 、羊草 、赖草等.荒地位于内蒙古民族大学北区操场 ,属极端干旱环境 ,土壤坚实 ,富含粗砂
砾石 ,水分条件极差 ,并不断遭受践踏 ,伴生植物中虎尾草为优势种 ,还伴有少量其他一年生禾本科植物.
1.2　材料与处理
于 2004年 7月 29日挖取盐碱地 、粉煤灰草地和荒地三种生境的野生苔草 ,在花盆中用蛭石培养 ,每
三天浇一次 Hoag land全营养液 ,培养 20天 ,然后分别用浓度为 5%、15%、25%的 PEG 胁迫处理 ,以水培
作对照 ,每个处理 3盆 ,处理时间为 24小时 ,取苔草叶片进行相关指标测定.相对电导率测定设 6次重复 ,
其他生理指标的测定均设 3次重复.
1.3　试验方法
含水量的测定采用称重法;脯氨酸含量的测定采用茚三酮比色法〔3〕;可溶性糖的测定采用恩酮乙酸
乙脂比色法〔3〕;相对电导率的测定参考采用电导仪法 ,用相对电导率表示〔4〕;MDA 含量的测定采用硫代
巴比妥酸〔5〕显色法.
图 1　不同浓度 PEG 胁迫下
3种生境苔草含水量
Figure 1　The content of water in
dif ferent concentration of PEG
2　结果与分析
2.1　PEG 渗透胁迫对不同生境苔草的伤害
2.1.1　PEG胁迫对苔草含水量的影响
由图 1可知 ,随着 PEG 胁迫浓度的增加 ,三种苔草含水
量均下降 ,其中粉煤灰苔草和荒地苔草降低幅度大于盐碱地.
PEG浓度为 25%时与对照相比 ,粉煤灰苔草 、荒地苔草和盐
碱地苔草分别下降了 10.6%,9.4%,5.6%.由此说明盐碱地
苔草具有较强的保水和吸水能力.
2.1.2　PEG 胁迫对苔草相对电导率的影响
PEG渗透胁迫下 3种苔草的相对电导率的变化如图 2
所示 ,在低浓度 PEG胁迫下 ,三种生境苔草相对电导率增加
不明显 ,说明 5%PEG轻度干旱胁迫对苔草伤害不明显 ,随着
PEG胁迫浓度增大苔草相对电导率明显增加 ,在浓度为 25%
的 PEG 胁迫下 ,荒地苔草 、盐碱地苔草和粉煤灰苔草的相对
电导率分别较对照增加了 30.8%,9.4%和 24.2%.以荒地苔
草的相对电导率增加最快 ,这说明干旱胁迫对荒地苔草的细
胞膜破坏程度较粉煤灰苔草和盐碱地苔草大 ,致使植物细胞
电解质大量外渗 ,导致细胞内部环境破坏 ,生理功能代谢混
乱.
2.1.3　PEG胁迫对苔草丙二醛(MDA)含量的影响
由图 3中可知 ,随胁迫浓度的增加 ,荒地苔草和粉煤灰苔草 MDA的含量都呈增加趋势 ,而盐碱地苔
草在 5%浓度胁迫时 , MDA 的含量略有增加 ,在 15%和 20%PEG 胁迫下 MDA 含量没有明显变化.在
25%PEG 胁迫下 ,荒地 、粉煤灰和盐碱地三种生境苔草的 MDA 含量分别较对照增加 109.4%, 48.2%,
36.9%,盐碱地苔草的增加幅度最小 ,而荒地苔草增加最为显著 ,进而说明 PEG对三种苔草的破坏性程度
为荒地苔草>粉煤灰苔草>盐碱地苔草.
290 内　蒙　古　民　族　大　学　学　报 2008年
图 2　不同浓度 PEG 胁迫下 3 种生境苔草相对电导率
Figure 2　Change of relative rate of
conductivity in dif ferent concentration of PEG
　　
图 3　不同浓度 PEG胁迫下 3种生境苔草 MDA 含量
Figure 3　The content of MDA in
dif ferent concentration of PEG
2.2　PEG渗透胁迫对不同生境苔草渗透调节物质的影响
2.2.1　PEG胁迫对苔草可溶性糖含量的影响
由图 4中可知 ,在浓度为 5%和 15%的 PEG胁迫时 , 3种生境苔草可溶性糖的含量均增加 ,以荒地苔
草增加最为显著 ,在 5%PEG 胁迫时是对照的 1.79倍 ,其次为粉煤灰苔草 ,较对照增加了 46.4%,盐碱地苔
草较对照增加了43.2%.在 PEG浓度为15%时 ,荒地苔草和盐碱地苔草可溶性糖含量均达到最大值.而随着
PEG胁迫浓度继续的增加 ,粉煤灰苔草的可溶性糖含量缓慢上升 ,盐碱地苔草和荒地苔草的可溶性糖含量开
始下降.在 PEG浓度为25%时 ,粉煤灰苔草的可溶性糖含量比15%浓度胁迫时又升高了13.7%,而盐碱地苔
草和荒地苔草的可溶性糖含量比 PEG浓度为 15%时分别下降了 5.1%, 25.3%.由此说明 ,可溶性糖是苔草
渗透调节物质之一 ,尤其是荒地苔草的重要渗透调节物质.
图 4　不同浓度 PEG胁迫下 3 种生境苔草可溶性糖含量
Figure 4　The content of soluble sugar in
different concentration of PEG
　　
图 5　不同浓度 PEG 胁迫下 3 种生境苔草脯氨酸含量
Figure 5　 The content of proline in
dif ferent concentration of PEG
2.2.2　PEG胁迫对苔草脯氨酸含量的影响
3种生境苔草在不同浓度 PEG胁迫下其体内积累脯氨酸含量如图 5所示 ,在 5%的 PEG胁迫下 ,盐碱地
和粉煤灰苔草脯氨酸含量增加 ,分别较对照增加了 35.7%和 63.4%,而荒地苔草较对照减少了 32.9%.在
15%的PEG胁迫时 ,粉煤灰 、荒地 、盐碱地苔草的脯氨酸含量与 5%的 PEG胁迫相比分别增加了 26.3%、24.
8%、7.8%;在PEG浓度为 25%时与 PEG浓度为 15%时胁迫相比荒地苔草和粉煤灰苔草脯氨酸含量明显增
加 ,分别增加了 110.3%,194.9%,而盐碱地苔草的脯氨酸含量并没有增加 ,反而下降 35.4%,但其含量均高
于对照.由此可见 ,粉煤灰和荒地苔草在高浓度 PEG胁迫下脯氨酸含量增加显著 ,盐碱地苔草在不同程度的
渗透胁迫下其体内脯氨酸积累不明显.由此说明脯氨酸是苔草渗透调节物质之一 ,尤其是荒地苔草和粉煤灰
苔草的重要渗透调节物质.
3 　结论与讨论
3.1　PEG 胁迫与苔草生物膜稳定性
当植物处于逆境胁迫时体内会迅速积累活性氧自由基 ,积累的氧自由基首先攻击膜系统 ,膜脂脂肪酸
291第 3期 张玉霞等:PEG胁迫对苔草渗透调节特性的影响
中的不饱和键被过氧化 ,最终形成 MDA〔11〕.逆境条件下 ,细胞膜膜脂过氧化作用的增强是膜伤害的重要
原因之一.结果表明 ,生长在盐碱地 、荒地 、粉煤灰上的苔草经 PEG胁迫处理后 ,体内 MDA 大幅度增加 ,
且在重度胁迫下增加显著 ,而盐碱地苔草的 MDA 含量在 PEG 浓度为 15%时略有下降 ,可能是因为在该
浓度下 ,SOD 、POD 、CAT 酶活性较强 ,抑制了细胞的膜脂过氧化 ,使细胞免受伤害 ,从而使 MDA 含量下
降.严重胁迫时 ,脂质过氧化严重 ,植物的保护酶系统不足以抵御胁迫而使细胞遭到严重破坏.膜透性是随
着 PEG胁迫浓度的增大而增大 ,且荒地苔草的膜透性>粉煤灰苔草>盐碱地苔草.干旱胁迫下植物细胞
膜相对透性与膜脂过氧化程度表现出一定的相关性 ,这与周瑞莲〔11〕 、龚吉蕊等〔12〕对沙生植物在干旱 、高
温胁迫下抗脱水性与膜脂过氧化关系的研究的结果是一致的.
3.2　PEG胁迫与苔草渗透调节特性
不同逆境下 ,植物代谢反应的总趋势是一致的 ,即水解作用增强 ,合成作用减弱 ,从而使得植物体内淀
粉 、蛋白质等大分子化合物降解为可溶性糖 、肽和氨基酸等物质 ,因此 ,逆境胁迫下植物体内的渗透调节物
质会增加.渗透调节物质包括脯氨酸 、可溶性糖和一些无机离子等.可溶性糖的主动积累 ,可以参与降低植
物体内渗透势 ,以利植物在干旱逆境下维持植物体正常生长所需水分 ,以提高抗逆适应性.脯氨酸是一种
理想的渗透调节物质 ,脯氨酸与其他有机溶质作为渗透调节物质 ,主要调节细胞中的渗透势 ,同时对酶 、蛋
白质和生物膜起保护作用.本实验表明荒地苔草和粉煤灰的有机溶剂的渗透调节能力强于盐碱地苔草 ,这
可能是盐碱地苔草以离子作为渗透调节物质或者以其他途径来适应干旱胁迫 ,尚需要进一步研究.
苔草是一种适应性非常强的植物 ,由于在不同生境下长期适应环境的结果 ,形成了相应的抗性机理 ,
盐碱地苔草的抗渗透胁迫能力最强 ,其次是电厂粉煤灰苔草 ,抗性较差的是荒地苔草.由抗性途径可知 ,粉
煤灰苔草则是通过提高脯氨酸含量来提高渗透调节特性 ,荒地苔草则通过提高可溶性糖的含量来提高渗
透调节特性的.
参　考　文　献
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〔责任编辑　徐寿军〕
292 内　蒙　古　民　族　大　学　学　报 2008年