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Studies on the Physiological Response of Sedum hybridum Cutting Seedlings to Drought Stress

德国景天扦插苗对干旱胁迫的生理响应



全 文 :植物科学学报  2015ꎬ 33(6): 840~846
Plant Science Journal
    DOI:10􀆰 11913 / PSJ􀆰 2095 ̄0837􀆰 2015􀆰 60840
德国景天扦插苗对干旱胁迫的生理响应
胡增辉1ꎬ 贾青青1ꎬ 郑 健1ꎬ 杨 柳2ꎬ 冷平生1∗
(1􀆰 北京农学院园林学院ꎬ 北京 102206ꎻ 2. 农业应用新技术北京市重点实验室ꎬ 北京 102206)
摘  要: 以耐旱性较强的德国景天(Sedum hybridum)扦插苗为材料进行干旱胁迫处理(60 d)ꎬ 并测定其叶片相
对含水量、 丙二醛含量、 细胞伤害率、 光合参数(净光合速率、 气孔导度、 蒸腾速率)、 荧光参数(Fv / Fm、 qP、
PHiPS2)ꎬ 以及苹果酸含量、 磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(PEPCase)活性等生理指标ꎮ 结果显示ꎬ 干旱胁迫导致
德国景天叶片相对含水量、 光合参数、 荧光参数降低ꎬ 细胞伤害率、 丙二醛含量升高ꎻ 干旱胁迫 30 d时ꎬ 各项
生理指标变化幅度较小ꎬ 但 40 d后变化幅度显著增加ꎬ 并且德国景天叶片的苹果酸含量和 PEPCase 活性显著
升高ꎬ 表明 C3光合途径不断减弱ꎬ 景天酸代谢(CAM)途径被激活ꎬ 参与了德国景天对干旱胁迫的响应ꎬ 提高了
其耐旱性ꎻ 当干旱胁迫达 60 d时ꎬ 因超过其耐受范围ꎬ 德国景天受损严重ꎬ 逐渐死亡ꎮ 这说明德国景天在生理
上表现出极强的耐旱性ꎬ 并且具有兼性 CAM植物的特征ꎬ 通过 CAM途径活化提高植株耐旱性是德国景天重要
的耐旱机理ꎮ
关键词: 德国景天ꎻ 干旱胁迫ꎻ 生理响应ꎻ 景天酸代谢
中图分类号: Q945􀆰78          文献标识码: A          文章编号: 2095 ̄0837(2015)06 ̄0840 ̄07
      收稿日期: 2015 ̄05 ̄23ꎬ 退修日期: 2015 ̄06 ̄28ꎮ
  基金项目: 国家自然科学基金项目(31201645)ꎻ 北京市属高等学校创新团队建设与教师职业发展计划项目( IDHT20150503)ꎮ
  作者简介: 胡增辉(1980-)ꎬ 男ꎬ 副教授ꎬ 研究方向为植物生理生态学(E ̄mail: 20098001@bua􀆰 edu􀆰 cn)ꎮ
  ∗通讯作者(Author for correspondence􀆰 E ̄mail: bualengpingsheng@163􀆰 com)ꎮ
Studies on the Physiological Response of Sedum hybridum
Cutting Seedlings to Drought Stress
HU Zeng ̄Hui1ꎬ JIA Qing ̄Qing1ꎬ ZHENG Jian1ꎬ YANG Liu2ꎬ LENG Ping ̄Sheng1∗
(1. College of Landscapeꎬ Beijing University of Agricultureꎬ Beijing 102206ꎬ Chinaꎻ 2. Beijing Key Laboratory
for Agricultural Application and New Techniqueꎬ Beijing University of Agricultureꎬ Beijing 102206ꎬ China)
Abstract: Sedum hybridum presents high drought resistance. In this studyꎬ the physiological
indexes of S. hybridum cutting seedlings were investigated in the 60 days of drought stressꎬ
including leaf relative water contentꎬ malondialdehyde (MDA) contentꎬ cell damage rateꎬ
photosynthetic parameters (net photosynthetic rateꎬ stomatal conductance and transpiration
rate)ꎬ fluorescence parameters (Fv / Fmꎬ qPꎬ PHiPS2)ꎬ malic acid content and phosphoeno ̄
lpyruvate carboxylase ( PEPCase ) activity. Results showed that drought stress led to a
decrease in leaf relative water contentꎬ photosynthetic parameters and fluorescence
parametersꎬ and an increase in cell damage rate and MDA content. Within the first 30 days of
drought stressꎬ the physiological indexes exhibited small amplitude variation. After 40 days of
stressꎬ the variation amplitude of physiological indexes increased rapidly. In the following
experimentsꎬ malic acid content and PEPCase activity increased significantlyꎬ demonstrating
that the C3 pathway was weakened and crassulacean acid metabolism (CAM) pathway was
stimulatedꎬ which was involved in the stress response of S. hybridum to enhance drought
resistance. After 60 daysꎬ stress exceeded the tolerance range of S. hybridum plantsꎬ leading
to serious damage and gradual death. Our results showed that S􀆰 hybridum cuttings exhibited
strong drought tolerance physiologicallyꎬ and possessed the characteristics of a facultative
CAM plant. Activation of the CAM pathway enhanced drought toleranceꎬ which was an
important mechanism of S. hybridum.
Key words: Sedum hybridumꎻ Drought stressꎻ Physiological responseꎻ Crassulacean acid
metabolism
    干旱缺水是我国北方城市园林植物面临的主要
逆境之一ꎬ 引种和筛选抗旱性强的园林绿化植物不
仅是当前重要的研究方向ꎬ 对于水资源严重短缺的
地区来说也是建设节水型园林绿地的重要途
径[1ꎬ2]ꎮ 景天类植物以其生长旺盛、 抗逆性强、 观
赏性好、 管理粗放等特点被广泛应用于城市园林绿
化及屋顶绿化建设中ꎮ 近年来对景天类植物的报道
主要集中在引种、 栽培、 种质筛选等方面ꎬ 同时也
开展了一些抗逆性研究[3-7]ꎮ 典型的景天植物碳同
化模式为景天酸代谢(crassulacean acid metabo ̄
lismꎬ CAM)ꎬ 对干旱环境具有极强的适应能力[8]ꎮ
苏丹[9]研究发现费菜(Sedum aizoon)和长药八宝
景天(S􀆰 spectabilis)的叶形态、 解剖结构与耐旱
性存在密切的相关性ꎮ 周伟伟等[10]对胭脂红(S.
spurium ‘Coccineum’)等 7 种景天类植物进行了
干旱胁迫研究ꎬ 并对抗旱能力进行鉴定和排序ꎮ 林
植芳等[11]对长叶景天(S. spectabile Boreau)干旱
胁迫下的光合特性研究发现ꎬ 干旱胁迫使长叶景天
叶片碳同化途径由 C3型转为 CAM型ꎬ 从而提高了
耐旱性ꎬ 但对相关响应机理少有深入研究ꎮ
德国景天(S. hybridum)植株整齐美观ꎬ 抗旱
能力强ꎬ 自引种到我国北方多个地区以来表现出了
良好的适应性[12]ꎮ 目前已有对其繁殖应用方面的
研究[13]ꎬ 但对抗逆性响应的报道较少ꎬ 特别是对
CAM途径在其抗旱反应中的作用还未见报道ꎮ 本
研究以德国景天扦插苗为材料ꎬ 研究干旱胁迫对其
叶片生理生化指标、 光合特性以及苹果酸含量、 磷
酸烯醇式丙酮酸羧化酶(PEPCase)活性等的影响ꎬ
探讨德国景天对干旱胁迫的生理响应及 CAM 途径
在耐旱中的作用ꎬ 以期为揭示德国景天的耐旱机理
提供依据ꎮ
1  材料与方法
1􀆰 1  植物材料
2013年 9月中旬ꎬ 剪取德国景天苗插穗扦插
种植于北京农学院组培中心的连栋温室内ꎮ 扦插
营养钵规格为 12 cm × 12 cm(口径×高)ꎬ 培养基
质为珍珠岩 ∶草炭 ∶蛭石 = 1 ∶ 1 ∶ 1ꎬ 温度 25℃ ±
2℃ꎬ 湿度 70%ꎬ 光照强度为 500 μmol􀅰m-2􀅰s-1ꎮ
待扦插苗生长 1个月并长出 6 ~ 8 片成熟叶片时ꎬ
选取生长健壮、 无病虫害、 长势一致的植株进行干
旱胁迫试验ꎬ 每处理设置 5个重复ꎮ
1􀆰 2  干旱处理
采用连续自然干旱的方法进行处理ꎮ 在一次性
浇足水后停止浇水且进行连续自然干旱ꎬ 于处理第
0、 10、 20、 30、 40、 50、 60 d 时测定叶片水势、
光合与荧光参数ꎬ 同时采集叶片测定相关生理生化
指标ꎬ 并以正常浇水的景天为对照ꎮ
1􀆰 3  叶片水势测定
选取供试德国景天植株中上部成熟叶片(从顶
端向下第 4 片叶)ꎬ 于上午 10 ∶ 00 使用 PSYPRO
植物水势仪(Wescor Incꎬ USA)测定叶片水势ꎬ
每片叶平衡 1 hꎬ 然后每 5 min 记录 1 次水势ꎬ 共
记录 3次ꎬ 取平均值作为此植株的水势值ꎮ
1􀆰 4  光合参数、 荧光参数测定
选取供试德国景天植株中上部成熟叶片ꎬ 使用
便携式光合仪(LI ̄6400ꎬ LI ̄COR Incꎬ USA)测定
净光合速率、 气孔导度、 蒸腾速率等光合参数ꎬ 以
及最大光量子光化学反应效率(Fv / Fm)、 潜在光化
学反应效率(PHiPS2)、 光化学淬灭系数(qP)等叶
绿素荧光参数ꎮ 测定光合参数时为了减少环境条件
带来的误差ꎬ 使用红蓝光固定光源ꎬ 设定光照强度
为 500 μmol􀅰m-2􀅰s-1ꎻ 测定荧光参数时ꎬ 通过前
期试验确定暗适应与光适应时间ꎻ 测定 Fv / Fm前叶
片先暗适应 12 hꎻ 测定 qP前叶片先光适应20 minꎻ
测定 PHiPS2前叶片先光适应 40 minꎮ
1􀆰 5  叶片生理生化指标测定
采用烘干法[14]测定叶片相对含水量ꎮ 于每次数
据采集日上午 8点ꎬ 剪取测定植株叶片立即称重(记
为鲜叶重)ꎬ 然后将叶片放入三角瓶中ꎬ 加入蒸馏
148  第 6期                        胡增辉等: 德国景天扦插苗对干旱胁迫的生理响应
水ꎬ 密封静置 24 hꎬ 使叶片充分吸水(期间晃动三
角瓶数次ꎬ 使叶片充分浸入水中)ꎬ 取出叶片ꎬ 用滤
纸吸干表面水分并称重(记为饱和鲜叶重)ꎻ 最后将
叶片放入烘箱 105℃杀青15 minꎬ 75℃烘干至恒重
(记为干叶重)ꎮ 每处理重复测定 3 次后取平均值ꎮ
计算公式为: 相对含水量 = [(鲜叶重 -干叶重) /
饱和鲜叶重] × 100%ꎮ
参考张乐华等的方法[15]测定丙二醛(MDA)含
量ꎮ 称取德国景天叶片 0􀆰 5 gꎬ 加入 10%三氯乙酸
(TCA)和 0􀆰 5% 硫代巴比妥酸(TBA)混合液 5 mLꎬ
再加入少许石英砂研磨成匀浆ꎬ 沸水中加热
30 minꎬ 冰浴速冷ꎬ 5000 g 离心 10 minꎬ 取上清
液于分光光度计上分别测定 450、 532、 600 nm 处
的吸光值(OD450、 OD532和 OD600)ꎮ 计算公式为:
MDA含量(μmol / g FW) = 6􀆰452×(OD532-OD600)
-0􀆰559 ×OD450ꎮ
采用质膜相对透性法[16]测定细胞伤害率ꎮ 使
用打孔器将德国景天叶片打成小圆片ꎬ 称取 0􀆰 5 g
放入小烧杯ꎬ 加蒸馏水 25 mLꎬ 使叶片全部浸入水
中ꎬ 真空抽气 10 minꎬ 震荡后静置 30 minꎬ 测定
溶液电导率ꎬ 然后置电炉上煮沸 3 ~ 5 minꎬ 冷却
后再测电导率ꎮ 质膜相对透性计算公式为: (煮沸
前电导率 /煮沸后电导率) × 100%ꎮ
采用高效液相色谱法[17ꎬ18]测定苹果酸含量ꎮ
于早上 8点采集叶样ꎬ 用超纯水洗净ꎬ 吸干表面水
分ꎬ 称取叶样 1􀆰 00 gꎬ 于研钵中液氮研磨成粉ꎬ
加入 5 mL 色谱纯甲醇、 250 μL 超纯水继续研磨ꎬ
将匀浆液倒入离心管ꎬ 4000 g 冷冻离心 15 minꎬ
取上清液 1 mL 注入 10 mL 鸡心瓶中ꎬ 于 39℃下
旋转蒸干甲醇ꎬ 浓缩液用色谱纯环己烷萃取 4 次ꎬ
再旋转蒸发除去环己烷ꎬ 浓缩液用流动相稀释ꎬ 过
0􀆰 45 μm微孔滤膜制成待测液ꎮ 色谱条件: 流动相
为 0􀆰 01 mol / L 磷酸氢二钾 ( pH 2􀆰 72 )ꎻ 流速
0􀆰 8 mL / minꎻ 检测波长 210 nmꎻ 柱温 25℃ꎮ
参照张治安等[16]和 Nievola 等[19]的方法测定
PEPCase活性ꎮ 于下午 3 点取叶样ꎬ 用超纯水洗
净ꎬ 吸干表面水分ꎬ 称取叶样 2􀆰 00 gꎬ 于瓷研钵
中液氮冰冻研磨ꎬ 加入提取缓冲液 8 mLꎬ 4000 g
冷冻离心 30 minꎬ 上清液即为 PEPCace 粗酶提
取液ꎮ 分别用饱和度 35%和 55%硫酸铵沉淀ꎬ 沉
淀用洗脱缓冲液 2􀆰 5 mL 溶解ꎬ 再用 Sephadex ̄
G25 柱(10 mL)层析ꎬ 上清液即为 PEPCase 纯
化酶液ꎮ 取试管一支ꎬ 依次加入 1􀆰 0 mL 反应缓
冲液、 0􀆰 1 mL PEP(40 mmol / L)、 0􀆰 3 mL NADH
(1 mg / mLꎬ pH 8􀆰 9)、 0􀆰 1 mL MDH、 0􀆰 1 mL 纯
化的 PEPCase 提取液、 1􀆰 5 mL 蒸馏水ꎬ 静置
10 min 后在 340 nm 处测定吸光度(A0)ꎬ 然后再
加入 0􀆰 1 mL NaHCO3 (100 mmol / L)启动反应ꎬ
立即计时ꎬ 每 30 s 记录一次 OD 值ꎬ 共记录
10 minꎬ 据此计算 PEPCase 活性ꎮ 采用 Bradford
法测定粗提液的蛋白浓度ꎮ
1􀆰 6  统计分析
实验数据采用 Excel 2003 进行处理ꎬ 利用
SPSS 17􀆰 0 进行单因素方差分析ꎬ 并采用 LSD 检
验进行差异比较(P < 0􀆰 05)ꎮ
2  结果与分析
2􀆰 1  干旱胁迫对德国景天叶片含水量和水势的
影响
随着干旱胁迫时间的延长ꎬ 德国景天叶片相对
含水量呈现出逐渐降低的趋势(图 1: A)ꎮ 在干旱
胁迫 0 ~ 30 d 时叶片含水量降低幅度相对较小ꎬ
随后含水量降幅明显加大ꎬ 到胁迫 40 d 时叶片含
水量显著低于对照(P < 0􀆰05)ꎻ 干旱胁迫 60 d 时
叶片相对含水量比对照降低了 27%ꎮ 叶片水势在
干旱胁迫 40 d时明显降低ꎬ 且显著低于对照(P <
0􀆰 05ꎬ 图 1: B)ꎻ 在干旱胁迫 60 d 时叶片水势继
续降低ꎬ 比对照下降了 3倍ꎮ
2􀆰 2  干旱胁迫对德国景天叶片细胞伤害率和丙二
醛(MDA)含量的影响
随着干旱胁迫时间的延长ꎬ 德国景天叶片细胞
伤害率呈明显上升趋势(图 2: A)ꎮ 干旱胁迫 30 d
时叶片细胞伤害率与对照相比显著升高(P < 0􀆰05ꎬ
增加了 37%)ꎻ 干旱胁迫 60 d 时叶片细胞伤害率
达到最大值ꎬ 为对照的 1􀆰6倍ꎮ 德国景天叶片中丙
二醛含量的变化规律与叶片细胞伤害率相似(图 2:
B)ꎬ 在干旱胁迫 40 d时丙二醛含量显著升高(P <
0􀆰05)ꎬ 比 0 d和对照分别增加 50%和 38%ꎻ 干旱
胁迫 60 d时丙二醛含量急剧升高ꎬ 比 50 d时增加
了 1倍ꎬ 为对照的 2􀆰 5倍ꎮ
248 植 物 科 学 学 报 第 33卷 
ab
abaa
*b
*b
*c
0
20
40
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80
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0 10 20 30 40 50 60
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-3.0
-2.5
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0.0 0 10 20 30 40 50 60
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A
B
图中数据为平均值 ±标准差(n = 5)ꎬ 数据经过显著性分析ꎮ ∗表示同一时间干旱处理与对照之间存在显著差异(P < 0􀆰05)ꎬ 不同字
母表示不同时间干旱处理之间存在显著差异(P < 0􀆰05)ꎮ 下同ꎮ
Data are means ± SD (n = 5) . Data were analyzed using LSD tests. Statistically significant differences between control and treat ̄
ments at the same time point are indicated by ∗ (P < 0􀆰05) . Statistically significant differences among the treatments at different
time points are indicated by different small letters (P < 0􀆰05) . Same below.
图 1  干旱胁迫对德国景天叶片相对含水量(A)和水势(B)的影响
Fig􀆰 1  Effect of drought stress on relative water content (A) and water potential (B) in Sedum hybridum leaves
*b
*b
*b
*ab
aaa
0
5
10
15
20
25
30
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0 10 20 30 40 50 60

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#$%& Drought stress #$%& Drought stress
12 Number of days 12 Number of days
图 2  干旱胁迫对德国景天叶片细胞伤害率(A)和丙二醛含量(B)的影响
Fig􀆰 2  Effect of drought stress on cell damage rate (A) and MDA content (B) in S. hybridum leaves
2􀆰 3  干旱胁迫对德国景天叶片净光合参数的影响
随着叶片形态和生理生化指标的变化ꎬ 德国景
天叶片的光合作用受到明显抑制ꎬ 连续的干旱胁迫
使德国景天叶片各光合参数降低 (图 3)ꎮ 在
500 μmol􀅰m-2􀅰s-1光照强度下ꎬ 随着干旱胁迫时
间的延长ꎬ 德国景天叶片净光合速率呈下降趋势
(图 3: A)ꎬ 干旱胁迫 0 ~ 20 d时净光合速率降低
幅度平缓ꎬ 随后迅速下降ꎬ 到干旱胁迫 40 d 时明
显低于对照(P < 0􀆰05ꎬ 仅为对照的 33%)ꎻ 当干
旱胁迫 60 d时净光合速率仅为对照的 23%ꎮ 德国
景天叶片胞间 CO2浓度(图 3: B)、 气孔导度(图
3: C)和蒸腾速率(图 3: D)的变化趋势与净光合
速率相似ꎬ 均随干旱胁迫时间的延长而下降ꎬ 胞间
CO2浓度和蒸腾速率在干旱胁迫 30 d 时下降显著
(P < 0􀆰05)ꎬ 且蒸腾速率的降幅较大ꎮ
2􀆰 4  干旱胁迫对德国景天叶片叶绿素荧光参数的
影响
干旱胁迫下ꎬ 德国景天叶片叶绿素荧光参数也
受到抑制ꎮ 从图 4 可看出ꎬ 叶片的 PSⅡ原初光化
学效率(Fv / Fm)、 光化学猝灭系数(qP)、 实际光化
学量子效率(PhiPS2)均随着干旱胁迫时间的延长逐
渐下降ꎬ 在 0 ~ 20 d时降幅较小ꎬ 20 d之后降幅加
大ꎮ qP和 PhiPS2在干旱胁迫 30 d时显著下降(P <
0􀆰05)ꎬ 分别比对照降低了 32%和 49%ꎬ 干旱胁迫
60 d时各参数均降到最低ꎮ Fv / Fm在干旱胁迫 50 d
时下降显著(P < 0􀆰05)ꎬ 比对照降低了 58%ꎮ
348  第 6期                        胡增辉等: 德国景天扦插苗对干旱胁迫的生理响应
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56 Number of days 56 Number of days
56 Number of days 56 Number of days
图 3  干旱胁迫对德国景天叶片光合参数的影响
Fig􀆰 3  Effect of drought stress on photosynthetic parameters in S. hybridum leaves
*bc
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0.2
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6- Number of days 6- Number of days
6- Number of days
图 4  干旱胁迫对德国景天叶片叶绿素荧光参数的影响
Fig􀆰 4  Effect of drought stress on photosynthetic chlorophyll fluorescence parameters in S. hybridum leaves
448 植 物 科 学 学 报 第 33卷 
2􀆰 5  干旱胁迫对德国景天叶片苹果酸含量和
PEPCase活性的影响
干旱胁迫下ꎬ 德国景天叶片中的苹果酸含量和
PEPCase活性均表现出先增加后减小的趋势ꎮ 从
图 5可看出ꎬ 在干旱胁迫 0 ~ 20 d 时ꎬ 叶片苹果
酸含量与对照相比无明显差异ꎻ 当干旱胁迫至 30 d
时显著增加(P < 0􀆰05ꎬ 为对照的 1􀆰6倍)ꎬ 随后迅
速升高ꎬ 胁迫 40 d 时增至最大值(为对照的 1􀆰9
倍)ꎻ 随后又逐渐下降ꎬ 胁迫 60 d 时降至对照水
平(图 5: A)ꎮ 随干旱胁迫时间的延长ꎬ PEPCase
活性与苹果酸的变化趋势相似(图 5: B)ꎬ 在胁迫
50 d时升至最大值ꎬ 随后又急剧下降ꎮ
3  讨论
干旱胁迫能够引起植物体多种生理过程的变
化ꎬ 最终导致细胞被破坏ꎬ 叶片含水量减少ꎬ 直至
死亡ꎮ 在干旱条件下ꎬ 植物能维持较高叶片含水量
的时间越长ꎬ 细胞膜受到伤害的程度就越小ꎬ 耐旱
性就越强[6]ꎮ 本研究中ꎬ 德国景天叶片相对含水
量等生理指标在干旱胁迫前期(0 ~ 20 d)降幅较
小ꎬ 说明短期的干旱胁迫未对德国景天造成明显影
响ꎬ 而当干旱胁迫达到 30 d 并逐渐延长时ꎬ 各生
理指标下降幅度明显加快ꎮ 在露地栽培试验中也发
现ꎬ 干旱处理前期(0 ~ 30 d)ꎬ 德国景天叶片相
对含水量和丙二醛含量变化不明显ꎬ 至60 d 时才
出现显著上升[7ꎬ20]ꎮ 由此可见ꎬ 德国景天肉质叶片
具有较强的保水能力ꎬ 在干旱胁迫前期具有较强的
耐受能力ꎬ 而在后期由于干旱胁迫程度超出了其耐
受范围ꎬ 从而导致其受到严重伤害ꎮ
CAM途径是景天科植物应对极端环境而进化
出来的一种特殊的光合碳同化模式ꎮ Herrera 研究
已经发现ꎬ 包括 33科 328属在内的大约 16 000多
种植物具有 CAM特征ꎬ 且大部分生长于高温、 干
旱、 强光地区[21]ꎮ CAM植物具有很高的水分利用
效率(比 C3植物高 3 ~ 10 倍) [22]ꎬ 对多种胁迫环
境(盐碱、 缺素、 强光、 高温、 干旱等)均能表现
出较高的耐受能力[23]ꎮ 其中有一些植物在水分条
件良好时表现出 C3植物的特点ꎬ 在受逆境胁迫(干
旱、 高温、 盐碱等)时转化为 CAM 途径ꎬ 称为兼
性 CAM 植物[23]ꎮ Winter 等研究发现ꎬ 砂尘团扇
仙人掌(Opuntia elatior)在受到干旱胁迫时ꎬ 白天
的光合作用逐渐减弱ꎬ 由 C3模式转变为 CAM 模
式[24]ꎮ 本实验中ꎬ 德国景天未受干旱胁迫以及干旱
胁迫前期(0 ~ 20 d)叶片的光合作用未受到明显影
响ꎬ 而随着干旱胁迫时间的延长ꎬ 特别是干旱胁迫
30 d后ꎬ 光合作用受到显著抑制ꎬ 并且其叶绿素荧
光参数在胁迫后期才明显下降ꎬ 表现出类似兼性
CAM植物的特性ꎮ
研究表明ꎬ 苹果酸含量与 PEPase活性可作为
衡量 CAM 途径的关键指标[25ꎬ26]ꎮ 在冰叶日中花
(Mesembryanthemum crystallinum L.) 从 C3 向
CAM模式转换过程中ꎬ 苹果酸含量[26]和 PEPcase
活性[27]急剧增加ꎮ 我们进一步对德国景天进行检
测发现ꎬ 干旱胁迫 30 d 后ꎬ 叶片中苹果酸含量和
PEPCase活性显著升高ꎬ 在 40 d 和 50 d 时达到
最高值ꎬ 表明 CAM 途径被激活ꎮ 干旱胁迫 60 d
时ꎬ 德国景天叶片受到不可逆的严重损伤ꎬ 苹果酸
含量和 PEPCase 活性迅速降低ꎮ Saruki 等在对冰
叶日中花的研究中也发现 NaCl 处理引起了叶片中
苹果酸的积累ꎬ 而到胁迫后期苹果酸含量逐渐降
*b
*b
*b
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0
20
40
60
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图 5  干旱胁迫对德国景天叶片苹果酸含量(A)和磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶活性(B)的影响
Fig􀆰 5  Effect of drought stress on malic acid content (A) and PEPCase activity (B) in S. hybridum leaves
548  第 6期                        胡增辉等: 德国景天扦插苗对干旱胁迫的生理响应
低[26]ꎮ 以上分析可见ꎬ 德国景天在未受干旱胁迫
以及干旱胁迫初期ꎬ 与 C3植物光合特征相似ꎬ 随
着胁迫程度的增加直至胁迫后期表现出 CAM 植物
的光合特性ꎬ 与长叶景天[11]类似ꎬ 具有兼性 CAM
植物的特征ꎬ 这也是德国景天应对干旱胁迫增强耐
旱性的有效途径之一ꎮ
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(责任编辑: 张 平)
648 植 物 科 学 学 报 第 33卷