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摘 要 为探明木薯苗在干旱胁迫下的生理特性，以木薯品种新选048为材料，用桶栽方法人工模拟土壤干旱条件，设置供水量为土壤田间最大持水量的20%、40%、60%和80% 4个水分处理水平，以不供水为对照，研究不同程度干旱胁迫对木薯苗生理特性的影响。结果表明：木薯株高、茎粗、叶片的总含水量、自由水的含量、自由水和束缚水的比值均随着供水量的增加而升高；叶片脯氨酸含量、可溶性糖含量、可溶性蛋白质含量、细胞膜透性、SOD酶活性、POD酶活性均随着供水量的增加而降低。可见，干旱胁迫越严重对木薯生长越不利，土壤含水量占田间最大持水量的80%时最有利于木薯苗的生长。
关键词 木薯；苗；干旱胁迫；生理特性
中图分类号 S533 文献标识码 A
木薯（Manihot esculenta Crantz）是世界三大薯类作物之一，有“地下粮仓”“淀粉之王”和“特用作物”的誉称[1]，是一种用途很广，经济价值较高的作物。中国木薯主要种植在广西、广东、海南和云南等地，且多为贫瘠易旱的坡地。木薯虽然为优良的耐旱、耐贫瘠作物，但当遭受长期干旱威胁，特别是苗期受旱时，常导致木薯大幅度减产[2]。当植物遭受不同程度干旱胁迫时，其生长状况、形态结构、光合特性与生理生化特性等会产生显著影响，而为了在干旱胁迫条件下保证生存或保持生物量，植物就会相应地做出一系列响应，如气孔调控、渗透调节和抗氧化防御等，以减轻干旱胁迫对植物正常生长所造成的伤害[3]。目前，对于干旱胁迫对木薯生长的影响方面的研究已有一些报道[4-6]，但对于木薯干旱胁迫下生理特性的研究较少。于晓玲等[7]对3个木薯栽培品种进行了不同梯度的干旱处理，利用相关及判别分析方法研究其相关生理生化指标与木薯抗旱性的关系，研究结果表明，随着水分胁迫强度的增加，不同木薯品种Fv/Fm（光化学效率）有不同程度的降低，测试品种中SCl24（华南124）降低幅度最大，SC5（华南5号）变化最小；ABA（脱落酸）含量则有所增强，变化幅度因供试品种而异，SCl24变化最为显著，SC5增强幅度最小；周芳等[8]研究了经前期干旱锻炼后再次水分胁迫对木薯叶片内脱落酸、脯氨酸及可溶性糖含量的影响等。为进一步探讨不同供水量对木薯苗生理指标的影响，本研究以木薯品种新选048为试材，研究了木薯苗在干旱胁迫下的生理特性，以探讨木薯的抗旱性规律，寻求适合木薯苗生长的供水量，为木薯的栽培提供理论依据。
1 材料与方法
1.1 材料
供试木薯品种为广西大学农学院自育的新选048。
供试土壤取自大田耕层，风干后混匀过筛，土壤质地为轻砂壤土，田间最大持水量为8.49%，土壤pH值5.88，有机质含量21.44 g/kg，速效氮含量44.97 mg/kg，有效磷含量5.95 mg/kg，速效钾含量49.02 mg/kg。
1.2 方法
1.2.1 试验设计 试验于2014年在广西大学农学院科研基地温室大棚内进行。试验采用桶栽土培法，桶高39 cm，口径58 cm（含2 cm外沿），底径40 cm，每个桶底部各打3个孔以防积水，在桶底垫一层纱网防止土壤损失，装入5 kg沙、75 kg风干土。将木薯茎杆桶栽于温室大棚中，每周给予浇水，保证木薯正常生长，1个月后，待幼苗长至约30 cm时进行试验处理。
试验设5个处理，分别是土壤含水量占田间最大持水量的20%（T1）、40%（T2）、60%（T3）、80%（T4）和不供水处理，其中以不供水为对照（CK），每个处理重复3次，每周浇1次水。3周后，测定各处理株高和茎粗，同时取木薯苗功能叶，即从上往下第4片展开叶，去掉中脉，均匀剪碎、混匀，测定各处理叶片的生理指标。
1.2.2 生理指标测定方法 株高为地上茎基部到生长点的距离，茎粗为株高下三等分点处的茎径；叶片自由水和束缚水含量采用阿贝折射仪（WZS-1，上海长方光学仪器公司）测定[9]；游离脯氨酸含量采用磺基水杨酸法测定[10]，可溶性糖含量采用蒽酮比色法测定可溶性蛋白质含量采用考马斯亮蓝G-250染色法测定，细胞膜透性采用电导仪法测定[11]，超氧化物歧化酶（SOD）活性采用氮蓝四唑光化还原法测定，过氧化物酶（POD）活性采用愈创木酚法测定，过氧化氢酶（CAT）活性采用KMnO4滴定法测定[9-10]。
1.3 统计分析
采用Excel 2003进行数据整理及制图，SPSS 18.0软件进行方差分析。
2 结果与分析
2.1 干旱胁迫对木薯苗株高、茎粗的影响
由表1可看出，随着供水量的增加，株高、茎粗都呈上升的趋势。T1的株高和茎粗与对照（CK）差异不显著；T2的株高和茎粗与CK差异显著；T3和T4的株高、茎粗与CK差异达极显著，T3和T4的株高比CK分别高74.09%和133.95%，茎粗分别比CK高31.34%和45.08%。由此可见，苗期干旱胁迫对木薯的延伸生长和加粗生长具有明显的抑制作用，抑制程度与胁迫程度有关，对延伸生长的抑制程度比对加粗生长的抑制更加明显。
2.2 干旱胁迫对木薯苗叶片束缚水、自由水含量的影响
植物组织中的水分以自由水和束缚水2种不同的状态存在。自由水与束缚水含量的高低与植物的生长及抗性有密切关系。当自由水/束缚水比值高时，植物组织或器官的代谢活动旺盛，生长也较快，抗逆性较弱；反之，则生长较缓慢，但抗性较强。由表2可看出，随着供水量的增加，木薯苗叶片的总含水量逐渐增加，T4与CK差异达极显著，自由水含量也逐渐增加，T3和T4与CK间差异均达极显著，束缚水含量逐渐降低，各处理与CK均达极显著差异，自由水/束缚水比值也逐渐增加，T2、T3、T4与对照差异均达极显著。
2.3 干旱胁迫对木薯苗叶片脯氨酸含量的影响
由图1可看出，随着供水量的增加，木薯苗叶片中的脯氨酸含量呈降低趋势，T2、T3、T4与CK差异极显著，分别比CK降低26.44%、28.27%和38.74%。这表明干旱胁迫严重时，木薯苗叶片表现出明显的脯氨酸积累效应，随着供水量的增加，累积效应逐渐降低。这种特征有利于木薯苗受到干旱胁迫时提高渗透调节能力，维持细胞的膨压，有助于提高其自身保水和主动吸水的能力，是木薯叶片在水分亏缺时的一种保护性反应。
2.4 干旱胁迫对木薯苗叶片可溶性糖含量的影响
由图2可看出，随着供水量的增加，木薯苗叶片中的可溶性糖含量逐渐降低，T1、T2与CK差异不显著，T3、T4与CK差异极显著，可溶性糖含量比CK分别降低了28.67%、33.62%。由此可见，在供水量较多情况下，木薯幼苗体内的可溶性糖含量减少，在干旱胁迫下木薯苗能积累更多的可溶性糖，增强渗透调节能力，提高抗旱性。
2.5 干旱胁迫对木薯苗叶片可溶性蛋白质含量的影响
在逆境条件下，植物体内可溶性蛋白质的含量会显著增加。其含量变化与植物的抗旱性有密切关系，可作为抗胁迫性的重要生理指标。由图3可以看出，随着供水量的增加，木薯苗叶片中的可溶性蛋白质含量逐渐降低，T1与CK差异不显著，T2与CK差异显著，T3、T4与CK差异极显著，T3、T4可溶性蛋白质含量比CK分别降低了30.61%、34.67%。
2.6 干旱胁迫对木薯苗叶片细胞膜透性的影响
在干旱胁迫下，木薯叶片细胞的膜透性增大，造成电解质外渗，干旱胁迫越严重，电解质外渗量越多。由图4可看出，随着供水量的不断增加，电解质相对外渗率随之减少，T1、T2、T3与CK差异不显著，T4与CK差异显著，T4电解质相对外渗率比CK降低了21.67%。
2.7 干旱胁迫对木薯苗叶片SOD酶活性的影响
SOD酶普遍存在于动、植物体内，是一种清除超氧阴离子自由基的酶，与植物抗逆性有密切的关系。由图5可以看出，各处理的SOD酶活性均低于对照，随着供水量的增加，木薯苗叶片中SOD酶活性逐渐降低，T1、T2、T3与CK差异不显著，T4与CK差异显著，T4 SOD酶活性比CK降低了4.68%。
2.8 干旱胁迫对木薯苗叶片POD酶活性的影响
POD是活性氧物质的清除剂，由图6可看出，各处理的POD酶活性均低于对照，随着供水量的增加，木薯苗叶片中POD酶活性逐渐降低，T1与CK差异不显著，T2、T3、T4与CK差异极显著，T2、T3、T4 POD酶活性比CK分别降低了24.50%、42.05%、75.83%。
2.9 干旱胁迫对木薯苗叶片CAT酶活性的影响
CAT和POD一样，也是活性氧物质的清除剂，由图7可看出，CK中CAT含量很低，说明在木薯苗叶片中，干旱太严重会造成CAT含量急剧下降，其它处理随着供水量的增加而降低，但相互之间差异不显著。
2.10 干旱胁迫对木薯苗生理指标的相关性分析
植物受到胁迫时的抗逆反应是一个复杂的生理生化过程，各生理生化指标之间相互影响、相互作用。由表3可知，供水量与株高、茎粗、自由水含量呈极显著正相关，与脯氨酸含量、可溶性糖含量、可溶性蛋白质含量、细胞膜透性、SOD酶活性、POD酶活性均呈极显著负相关；株高与茎粗、自由水含量呈极显著正相关，与脯氨酸含量、可溶性糖含量、POD酶活性呈极显著负相关，与可溶性糖含量、细胞膜透性呈显著负相关；茎粗与自由水含量呈极显著正相关，与脯氨酸含量、可溶性糖含量、可溶性蛋白质含量、POD酶活性呈极显著负相关；自由水含量脯氨酸含量、可溶性糖含量、可溶性蛋白质含量、POD酶活性呈极显著负相关；脯氨酸含量与可溶性糖含量、POD酶活性呈极显著正相关，与可溶性蛋白质含量呈显著负相关；可溶性糖含量与POD酶活性呈极显著正相关；可溶性蛋白质含量与SOD酶活性、POD酶活性呈极显著正相关；细胞膜透性与POD酶活性呈显著正相关。
3 讨论与结论
植物受到干旱胁迫时，其生长就会受到抑制。本研究得出，随着干旱胁迫的加深，木薯植株生长越缓慢，株高、茎粗越小，其中，土壤含水量占田间最大持水量的80%时最有利于木薯苗的生长。
干旱胁迫下，植物叶片的组织水、自由水含量都会受到很大影响。本研究结果表明，木薯叶片的组织水、自由水、自由水和束缚水比值与其干旱胁迫的程度呈负相关关系。这与张德炎[12]对辣椒的研究结果相似。
本研究中，干旱胁迫下，渗透调节物质脯氨酸、可溶性糖和可溶性蛋白质含量大量积累，且随着胁迫程度的增加积累逐渐增加，这是木薯苗在干旱逆境下的一种主动防御机制，渗透调节物质含量的增加，可以维持细胞膨压，使植物组织免遭失水的破坏，这与卢琼琼等[12]对大豆及韩苗苗等[13]对玉米的研究结果一致。
通过测定不同干旱梯度下木薯苗叶片电解质相对外渗率，比较其膜透性增加的程度，根据差异性来判断不同梯度胁迫下幼苗叶片细胞膜的稳定性。随着胁迫程度增加，电解质的相对外渗率增加，说明膜质透性增加，细胞膜的稳定性减小。这是由于受到干旱胁迫时，细胞类囊体被破坏，使细胞内溶液外渗，引起电解质相对外渗率增大，当胁迫程度加强时，电解质相对外渗率显著增加。刘海龙等[14]也研究表明，干旱胁迫下，玉米苗叶片的质膜相对透性上升。
对干旱胁迫下木薯苗叶片中SOD、POD、CAT含量研究表明，这3种酶的活性随着供水量的升高而降低，说明在干旱胁迫下，叶片通过增强保护酶活性来抵御干旱逆境对其所造成的伤害，从而使木薯苗表现出较强的抗旱能力。桑子阳等[15]对红花玉兰研究表明，随着干旱胁迫程度的加重，叶片SOD、CAT和POD活性逐渐增强，这与本研究结果一致。由CAT在CK中含量较低，结合SOD和POD分析，可能是由于达到一定限度其活性都会下降，CAT下降较其它二者早。
干旱胁迫下，植物能够进行相关抗旱基因的表达，随之产生一系列生理、生化及形态结构等方面的变化，从而显现出抗旱性的综合性状。从形态和生理方面反映了木薯对不同程度干旱环境的适应能力特性，对于开展木薯对干旱胁迫与适应的机制研究及揭示木薯的抗旱机理具有重要意义。
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