干旱及复水对不同种源河北木蓝气孔结构与内源激素等生理特征的影响

doi:10.11686/cyxb2025383

摘要/Abstract

摘要：

为了系统探究不同种源河北木蓝在干旱胁迫及复水后生理生化响应机制的差异，本研究以野生种和栽培种河北木蓝为材料，设置持续干旱处理3、6、10和13 d以及复水2、7 d，通过盆栽控水试验系统比较分析2种木蓝生物量积累、气孔结构变化、叶片相对含水量、细胞膜稳定性、抗氧化水平［过氧化氢酶（CAT）活性和过氧化氢（H₂O₂）含量］以及内源激素［生长素（IAA）、乙烯（ETH）和脱落酸（ABA）］含量等多个生理生化指标的动态变化。结果表明：1）在干旱处理下，2种木蓝的总生物量、气孔密度和孔径、叶片相对含水量及乙烯含量较CK均下降，而叶片相对电导率、CAT活性、生长素和脱落酸含量较CK均升高。在干旱下，野生种木蓝的叶绿素总含量和叶片H₂O₂含量降低，根部H₂O₂含量升高；而栽培种叶绿素总含量和H₂O₂含量均升高。2）复水处理后，各指标均逐渐恢复至对照水平，具有补偿生长能力。3）相关性分析表明，2种木蓝的气孔密度与叶片相对含水量、叶绿素与H₂O₂和激素含量、相对电导率与CAT活性、H₂O₂与激素含量均呈极显著正相关（P<0.01）关系。主成分分析显示，ABA、IAA、H?O?含量和气孔孔径等主要指标在第一主成分上对干旱胁迫响应的累积贡献率为57.6%，而叶片相对含水量和CAT活性等主要指标在第二主成分上累积贡献率为20.9%。由此可见，2种木蓝均能通过调节气孔结构以减缓水分流失，激活抗氧化防御系统和内源激素信号通路，维持膜稳定性，从而提高耐旱性。其中，栽培种在各指标响应上更为显著，表现出更强的干旱适应能力。

关键词: 河北木蓝, 干旱及复水, 气孔形态, 细胞膜稳定性, 内源激素

Abstract:

The aim of this study was to quantify and compare the physiological and biochemical responses between wild and cultivated Indigofera bungeana lines under drought stress and rehydration. Wild and cultivated varieties of I. bungeana were subjected to a progressive drought stress treatment for 3， 6， 10 and 13 days， imposed by controlling the water level in pots， followed by rehydration for 2 and 7 days. We conducted a comparative analysis based on multiple physiological and biochemical indicators， including biomass accumulation， stomatal morphology， leaf relative water content （RWC）， cell membrane stability， antioxidant indexes ［catalase （CAT） activity and hydrogen peroxide （H₂O₂） content］， and the contents of endogenous hormones ［auxin （IAA）， ethylene （ETH）， abscisic acid （ABA）］. The main results were as follows： 1） Under drought stress， compared with CK， the total biomass， stomatal density and aperture， leaf RWC， and ETH content decreased， whereas leaf relative electrical conductivity （REC）， CAT activity， and IAA and ABA contents increased. Under drought stress， total chlorophyll and leaf H₂O₂ contents decreased in the wild variety， while root H₂O₂ contents increased. In contrast， both total chlorophyll and H₂O₂ contents increased under drought stress in the cultivated variety. 2） After rehydration， all indexes gradually returned to the control level， indicating that the plants were capable of compensatory growth after drought. 3） Correlation analyses revealed extremely significant positive correlations （P<0.01） between stomatal density and leaf RWC， chlorophyll content， H₂O₂ content， hormone contents， REC， and CAT activity in the two varieties of I. bungeana. In a principal component analysis， the first principal component （PC1） accounted for 57.6% of the variance， and was predominantly characterized by high loadings of ABA， IAA， H₂O₂ contents， and stomatal aperture； the second principal component （PC2） explained 20.9% of the variance， and was mainly associated with leaf RWC and CAT activity. These results show that both varieties of I. bungeana reduced the rate of water loss under drought stress by regulating stomatal structure， activating their antioxidant defense system and endogenous hormone signaling pathways and maintaining membrane stability， as resistance responses to drought stress. Of the tested varieties， the cultivated variety showed more significant responses of the various indexes to drought stress， demonstrating stronger drought adaptability.

Key words: Indigofera bungeana, drought and rehydration, stomatal morphology, cell membrane stability, endogenous hormones

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图/表 7

图1 干旱胁迫与复水对2种木蓝总生物量的影响ML：野生种Wild species； MJ：栽培种Cultivated species； CK：对照Control； DR：干旱胁迫和复水处理Drought stress and rehydration treatment. 不同小写字母表示同一种木蓝的不同处理（CK或DR）在不同干旱处理时间下差异显著（P<0.05）；*和**表示同一干旱处理时间下同种木蓝干旱胁迫和复水处理（DR）与对照（CK）差异显著（*： P<0.05，**： P<0.01）。3、6、10、13 为干旱天数；R-2、R-7表示复水2、7 d。下同。Different lowercase letters indicate significant differences in different drought treatment times among different treatments （CK or DR） of the same I. bungeana species （P<0.05）； *， ** denote significant difference between drought stress and rehydration treatment （DR） and control （CK） of the same species of I. bungeana under the same drought duration （*： P<0.05，**： P<0.01）. 3， 6， 10， 13： Drought duration （days）； R-2， R-7： 2，7 days after rehydration. The same below.

Fig.1 Effects of drought stress and rehydration on the total biomass of two species of I. bungeana

图2 干旱胁迫与复水对2种木蓝气孔密度和孔径的影响

Fig.2 Effects of drought stress and rehydration on stomatal density and aperture of two species of I. bungeana

图3 干旱胁迫与复水对2种木蓝叶绿素含量的影响

Fig.3 Effects of drought stress and rehydration on chlorophyll contents of two species of I. bungeana

图4 干旱胁迫与复水对2种木蓝叶片相对电导率和相对含水量的影响

Fig.4 Effects of drought stress and rehydration on the leaf relative electrical conductivity and relative water content of two species of I. bungeana

图5 干旱胁迫与复水对2种木蓝过氧化氢含量和过氧化氢酶活性的影响

Fig.5 Effects of drought stress and rehydration on H2O2 contents and catalase activity of two species of I. bungeana

图6 干旱胁迫与复水对2种木蓝内源激素含量的影响

Fig.6 Effects of drought stress and rehydration on endogenous hormones contents of two species of I. bungeana

图7 干旱胁迫与复水条件下2种木蓝各指标间的相关性和主成分分析A：野生种Wild species； B：栽培种Cultivated species； C：主成分分析Principal component analysis. X1：总生物量Total biomass； X2：气孔密度Stomatal density； X3：气孔孔径Stomatal aperture； X4：叶绿素a Chlorophyll a； X5：叶绿素b Chlorophyll b； X6：叶绿素总量Total chlorophyll； X7：相对电导率Relative electrical conductivity； X8：相对含水量Relative water content； X9：过氧化氢Hydrogen peroxide； X10：过氧化氢酶Catalase； X11：生长素Auxin； X12：乙烯Ethylene； X13：脱落酸Abscisic acid.

Fig.7 Correlation and principal component analysis of each index among two I. bungeana speciesunder drought stress and rehydration conditions

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