全 文 ：文章编号:1001 － 4829(2014)01 － 0108 － 04
收稿日期:2013 － 05 － 20
基金项目:国家科技部子课题(2011BAI07B05-4) ;河北省科技
厅项目(10965511D) ;唐山市科技重大项目(12130203A)
作者简介:马艳芝(1977 －) ，女，河北唐山人，硕士，副教授，主
要从事药用植物与生物技术，E-mail:mayanzhiwxd@ 163． com。
菘蓝不同四倍体株系对干旱胁迫的生理反应
马艳芝，客绍英
(唐山师范学院生命科学系，河北 唐山 063000)
摘 要:本研究为选育抗旱菘蓝优良四倍体株系提供参考，以生长 30 d的菘蓝二倍体和人工选育四倍体株系组培幼苗为材料，将
预实验确定的 15 % PEG-6000 溶液 50 mL浸泡 12 h后将溶液倒出，再培养 7 d，利用氮蓝四唑法测定 SOD活性;愈创木酚法测定
POD活性;茚三酮溶液显色法测定游离脯氨酸含量;电导率仪法测定电导率。结果表明，经干旱胁迫后，DB4、DB7、DB12 和 DB15
的 SOD活性提高;供试材料中 DB5、DB7 和 DB12 的 POD活性保持在较高的一个水平;DB2、DB3、DB5、DB8、DB10、DB12、DB13 和
DB15 的电导率变化幅度较低，而 DB4 变化幅度最大;脯氨酸含量均有不同程度的提高，尤其以 DB2、DB3、DB5 最为明显，而 DB1、
DB4、DB10 提高最少。综合评价认为，四倍体株系 DB3、DB5 和 DB12 等表现出较好的抗旱性，可作为重点株系进行下一步研究。
关键词:菘蓝四倍体;干旱胁迫;生理反应
中图分类号:Ｒ284． 1 文献标识码:A
Physiological Effects of PEG Drought
Stress on Isatis indigotica Fort． Tetraploids
MA Yan-zhi，KE Shao-ying
(Department of Life Sciences，Tangshan Teacher’s College，Hebei Tangshan 063000，China)
Abstract:In order to provide a reference evidence for choosing drought-resistant varieties of Isatis indigotica Fort． tetraploids，the tissue cul-
ture seeding of tetraploids of different Isatis indigotica Fort． were used as tested materials，and the diploid which were cultured 30 days as
CK． The 15 % PEG-6000 solution (50 mL)were treated in 12 h，respectively，then poured out the solution which were continuingly cul-
tured 7 days，at last SOD activity was measured by NBT method，POD activity by guaiacol methods，the free proline content by ninhydrin re-
action，and finally the conductance by the conductance apparatus． The result showed that under drought stress，the SOD activity of DB4，
DB7，DB12 and DB15 increased;POD enzyme of DB5，DB7 and DB12 could keep higher activities;Changes of electrical conductivity of
DB2，DB3，DB5，DB8，DB10，DB12，DB13 and DB15 were lower，but DB4 was the biggest． The proline content of all materials studied
increased in different degrees，DB2，DB3 and DB5 were the highest，and DB1，DB4 and DB10 were the lowest． In a word，it indicated that
DB3，DB5 and DB12 were the optimum and could be further studied as reproduction materials．
Key words:Isatis indigotica Fort． tetraploids;Drought stress;Physiological effects
菘蓝(Isatis indigotica Fortune)又名大靛，为十
字花科(Brassicaceae)菘蓝属二年生草本植物，2005
年版《中华人民共和国药典》收载其干燥根为板蓝
根、叶为大青叶［1］。由菘蓝鲜叶加工制得的深蓝色
粉末称为青黛，其中板蓝根、大青叶和青黛三者均可
入药［2］。随着人们对天然药物的重视，国内外对菘
蓝需求量不断增加。但是目前菘蓝品种繁杂，种质
退化严重，大大降低了药材的道地性。水分对植物
生理代谢具有重要作用，植物根系是土壤水分的直
接吸收利用者，当土壤水分胁迫时，作物根系首先感
应并迅速发出信号，使整个植株对水分胁迫作出反
应，同时根系形态结构、化学成分的数量和生物质量
也发生相应变化，并影响地上部“光系统”的建成和
产量。研究已证实在干旱的土壤中，根生长及伸长
速度减慢，根形态发生改变，生长在紧实土壤中的根
变短变粗。研究表明环境水分状况还可影响到药用
植物次生代谢产物合成［3］。
PEG(聚乙二醇)是一种亲水性很强的大分子有
801
西 南 农 业 学 报
Southwest China Journal of Agricultural Sciences
2014 年 27 卷 1 期
Vol. 27 No. 1
DOI:10.16213/j.cnki.scjas.2014.01.042
机物，溶于水后能产生强大的渗透压，夺走水分造成
渗透胁迫，因此常用作植物耐旱性选择剂或水分胁
迫剂。近年来研究植物抗旱性时常用一定浓度的
PEG 溶液处理植株，研究水分胁迫下的 mＲNA 差异
表达或旱激蛋白的合成等，进而研究植物的抗旱机
理。1979 年首次以 PEG 为诱导剂和筛选剂筛选出
抗旱的烟草细胞系［4］;Bressan把细胞放在含有 PEG
的培养基中选到了抗干旱的番茄细胞［5］;Smith 利
用高粱种子经 PEG 诱导产生的愈伤组织为材料获
得了耐旱性强的再生植株并且收获了种子［6］。
目前国内外对菘蓝的研究主要集中在生药学、
药理学、化学成分及制剂等方面［7 ～ 9］，利用菘蓝多倍
体选育抗旱新品种的研究尚未见报道。因此本研究
采用 PEG作为胁迫剂对菘蓝二倍体及其同源四倍
体株系进行干旱胁迫处理，研究胁迫条件下各株系
生理指标的变化，筛选耐旱四倍体株系，以期为探讨
菘蓝的耐旱机制，指导耐旱胁迫人工调控以及菘蓝
和其它药用植物的开发与利用提供一条新的途径。
1 材料与方法
1． 1 实验材料
菘蓝种子由北京同仁堂河北中药材科技发展有
限公司提供。菘蓝二倍体(编号 2n)与不同四倍体
株系 16 个(编号 DB1 ～ DB16)的组培苗(四倍体株
系为本实验室诱导所得)。组培苗为接种后培养 30
d的。
1． 2 试验方法
培养基配方为:1 /2MS + NAA 0． 2 mg /L + IBA
0． 2 mg /L，无菌条件下，加入以预实验确定的浓度为
15 % 的 PEG-6000 溶液 50 mL，浸泡 12 h 后将溶液
倒出。每株系处理 5 瓶，每瓶接 5 棵，重复 3 次。培
养时间以预实验确定的 7 d。培养温度(25 ± 0． 2)
℃，光照强度 1500 ～ 2500 lx。
1． 3 指标测定
氮蓝四唑法测定 SOD 活性;愈创木酚法测定
POD活性;茚三酮溶液显色法测定游离脯氨酸含
量;电导仪法测定电导率［10］;3 次重复。
1． 4 数据分析
以二倍体作对照，比较四倍体各株系生理指标
的相对变化率。计算各指标数据的相对变化率。
相对变化率 % =(胁迫后 －胁迫前)/胁迫前 ×
100 %
测定结果采用 SPSS进行统计分析。采用 Dun-
can’s 新复极差测验进行多重比较。
2 结果与分析
2． 1 PEG胁迫对菘蓝不同四倍体株系 SOD活力的
影响
SOD是防御超氧阴离子自由基对细胞伤害的
抗氧化酶，是保护酶系统的关键酶。在植物处于低
温、干旱、衰老和盐害等逆境胁迫时，SOD 催化植物
体内产生较多的 H2O2 等过氧化物，诱导过氧化物
酶活性的提高，解除 O －2 对细胞的毒害作用，可维持
活性氧产生与清除代谢保持平衡状态，避免膜脂过
氧化，从而使植物能在一定程度上忍耐、减缓或抵抗
干旱环境，这是植物自我保护的机制［11］。SOD在生
物体内的水平高低是生物衰老与死亡的直观指标。
因此抗旱性强的品种能维持较高水平的酶活性，而
抗旱性弱的品种酶活性变化幅度较大。
本实验测试了菘蓝不同四倍体株系在发生水分
胁迫时 SOD 活性，分析其反应敏感程度(图 1)。
PEG胁迫后，DB4、DB7、DB12 和 DB15 SOD 活性增
加，其余株系的 SOD 活性均降低，尤其 DB2、DB10、
DB13 和 DB16 的 SOD 活性降低较大。当菘蓝遭受
水分胁迫时会产生大量的活性氧类，对菘蓝造成氧
化胁迫，导致细胞膜生理功能受损，作为清除活性氧
类的主要酶类，超氧化物歧化酶(SOD)能催化 O －2
的歧化反应，生成 H2O2 和 O2 而清除活性氧的毒害
作用。本实验结果表明，经干旱胁迫后，DB4、DB7、
DB12 和 DB15 的 SOD活性提高，对活性氧的清除能
力较强，具有较高的抗干旱能力。
2． 2 PEG胁迫对菘蓝不同四倍体株系 POD活力的
影响
POD是植物体内重要的活性氧清除酶，对减少
活性氧积累，清除丙二醛(MDA)抵御膜脂过氧化和
维护膜结构的完整性有重要作用［12］。它与 SOD 相
互协调配合，清除过剩的自由基，使体内自由基维持
在一个正常的水平，从而避免或减轻了自由基对生
100
80
60
40
20
0
-20
-40
-60
-80 菘蓝不同株系（%）
SO
D
变
化
率
（ %
）
图 1 PEG胁迫对菘蓝不同四倍体株系 SOD活性的影响
Fig． 1 Effects of PEG stress on the activity of SOD in Isatis indigoti-
ca Fort． tetraploids
9011 期 马艳芝等:菘蓝不同四倍体株系对干旱胁迫的生理反应
200
150
100
50
-0
-50
-100 菘蓝不同株系（%）
PO
D
变
化
率
（ %
）
图 2 PEG胁迫对菘蓝不同四倍体株系 POD活性的影响
Fig． 2 Effects of PEG stress on the activity of POD in Isatis indigoti-
ca Fort． tetraploids
物大分子如核酸、蛋白质(酶)等的降解破坏及对生
物膜的损害，以提高植物的抗逆性。从图 2 可以看
出，POD活性与 SOD 变化结果基本一致(图 2)，这
主要因为 POD 与 SOD 作用相似，二者是植物体内
重要的抗氧化酶，在保护植物体免受活性氧伤害，维
持活性氧代谢平衡上处于重要的地位，供试材料中
DB5、DB7 和 DB12 的 POD 活性保持在较高的一个
水平，其余均呈现降低。
2． 3 PEG胁迫对菘蓝不同四倍体株系电导率的影
响
植物细胞膜对维持细胞的微环境和正常的代谢
起着重要的作用。在正常情况下，细胞膜对物质具
有选择透性能力。当植物受到逆境影响时，细胞膜
遭到破坏，膜透性增大，从而使细胞内的电解质外
渗。一般以植物组织外渗液电导率来表征质膜透性
的变化，反映胁迫条件下植物质膜受损伤的程
度［13］。膜透性增大的程度与植物抗逆性的强弱有
关。对不同的菘蓝四倍体株系进行 PEG处理后，结
果如图 3 所示，其中，以 DB2、DB3、DB5、DB8、DB10、
DB12、DB13 和 DB15 的电导率变化幅度较低，尤其
DB5、8、10 和 15 变化幅度最小，而 DB4 变化幅度最
大。
菘蓝不同株系（%）
电
导
率
变
化
率
（ %
）
1000
900
800
700
600
500
400
300
200
100
0
图 3 PEG胁迫对菘蓝不同四倍体株系电导率的影响
Fig． 3 Effects of PEG stress on conductivity in Isatis indigotica Fort．
tetraploids
菘蓝不同株系（%）
脯
氨
酸
含
量
变
化
率
（ %
）
25
20
15
10
5
0
图 4 PEG胁迫对菘蓝不同四倍体株系脯氨酸含量的影响
Fig． 4 Effects of PEG stress on the content of proline in Isatis indig-
otica Fort． tetraploids
2． 4 PEG胁迫对菘蓝不同四倍体株系脯氨酸含量
的影响
逆境条件下植物体内游离脯氨酸积累，其含量
约为正常条件下的数十倍至数百倍。脯氨酸作为渗
透调节物质和细胞质渗透物质，当植物受环境胁迫
时可保持膨压。脯氨酸水溶解度最大，有助于增加
细胞持水力，对原生质起保护与保水作用。在逆境
条件下，金钗石斛幼苗体内脯氨酸的含量增加［13］。
因此，植物体内脯氨酸含量在一定程度上反映了植
物的抗逆性，抗旱性强的品种往往积累较多的脯氨
酸，因此脯氨酸含量可以作为抗旱育种的生理指标。
PEG胁迫菘蓝不同四倍体株系，脯氨酸含量均有不
同程度的提高(图 4) ，尤其以 DB2、DB3、DB5 最为
明显，而 DB1、DB4、DB10 提高最少。
3 讨 论
干旱是影响作物生长发育和产量的主要环境因
素之一。药用植物中有效成分的形成与其生态环境
息息相关，即对药用植物起作用的是生态环境中各
因子的综合作用正常情况下，植物细胞中自由基的
产生和清除处于动态平衡状态，自由基水平很低，不
会伤害细胞;逆境胁迫下，促进活性氧的产生，自由
基积累过多，损伤膜系统。保护酶系统 SOD、POD
等可清除活性氧自由基，防止膜的伤害。在植物抗
旱性机理研究中，保护酶系统的变化已广泛作为植
物抵御逆境伤害的指标。本实验表名干旱胁迫后，
DB4、DB7、DB12 和 DB15 的 SOD 活性提高较明显，
对活性氧的清除能力较强，具有较高的抗干旱能力。
干旱胁迫下，外渗率升高，是因为胁迫使得细胞
膜系统受到伤害，膜选择透性功能下降，细胞外渗液
增加，表现为外渗电导率增加。本实验结果也表明，
干旱胁迫下，供试材料均有电导率上升趋势。其中
DB5、8、10 和 15 变化幅度最小，表明其受胁迫损害
程度较轻，干旱胁迫的抗性较强。
011 西 南 农 业 学 报 27 卷
植物在遭受到 PEG胁迫时，体内会积累大量的
脯氨酸，水分胁迫条件下脯氨酸起着调节细胞水势
的作用，因此，脯氨酸积累反映了植物对不良环境条
件的忍耐能力。本实验结果标明，PEG 胁迫下，供
试材料游离脯氨酸含量均有不同程度的增加，其中
DB2、3、5 增加幅度最大，表明其抗旱性较强。
综合上述指标的测定结果，仅从抗旱性上分析
DB2、DB3、DB5、DB7、DB8、DB10、DB12、DB13、DB15
都具有一定的抗旱能力，而结合胁迫后课题组其他
成员所测定的靛蓝、靛玉红含量的变化，DB2、DB3、
DB5、DB6、DB12 和 DB13 会引起至少一个有效成分
的提高，且另一有效成分降低较少;其中 DB3、DB5
和 DB12 在抗旱性和提高有效成分上表现均优。
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(责任编辑 陈 虹)
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