摘要：沙棘在干旱環(huán)境下的適應(yīng)策略，重點(diǎn)聚焦于膜透性和滲透調(diào)節(jié)機(jī)制。通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究，分析了沙棘在干旱脅迫下膜透性的變化、滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的種類和含量變化，以及相關(guān)生理生化過(guò)程的響應(yīng)。研究結(jié)果有助于深入理解沙棘的抗旱機(jī)制，為干旱地區(qū)植被恢復(fù)和沙棘的進(jìn)一步開(kāi)發(fā)利用提供理論依據(jù)。

一、引言

干旱是全球范圍內(nèi)限制植物生長(zhǎng)和分布的主要環(huán)境因素之一。在長(zhǎng)期的進(jìn)化過(guò)程中，植物發(fā)展出了多種適應(yīng)干旱脅迫的策略。沙棘（Hippophae rhamnoides L.）作為一種具有重要生態(tài)和經(jīng)濟(jì)價(jià)值的植物，廣泛分布于干旱、半干旱地區(qū)。了解沙棘在干旱環(huán)境下的適應(yīng)策略對(duì)于揭示其在惡劣環(huán)境中的生存奧秘以及在生態(tài)修復(fù)和資源開(kāi)發(fā)中的應(yīng)用具有至關(guān)重要的意義。

膜透性和滲透調(diào)節(jié)是植物應(yīng)對(duì)干旱脅迫的關(guān)鍵生理過(guò)程。細(xì)胞膜作為細(xì)胞與外界環(huán)境的屏障，其透性的變化直接影響細(xì)胞內(nèi)的離子平衡和代謝活動(dòng)。在干旱條件下，植物通過(guò)調(diào)節(jié)膜透性來(lái)維持細(xì)胞內(nèi)環(huán)境的相對(duì)穩(wěn)定。同時(shí)，滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的積累可以降低細(xì)胞水勢(shì)，增強(qiáng)植物從干旱土壤中吸收水分的能力。因此，深入研究沙棘干旱適應(yīng)過(guò)程中的膜透性和滲透調(diào)節(jié)機(jī)制，將為全面解析沙棘的抗旱策略提供重要線索。

二、材料與方法

（一）植物材料

選取生長(zhǎng)健壯、年齡和生長(zhǎng)狀況一致的沙棘幼苗，移栽至裝有特定基質(zhì)的花盆中，在溫室條件下適應(yīng)一段時(shí)間（例如兩周），保持適宜的溫度、濕度和光照條件。

（二）干旱處理

通過(guò)控制澆水的方式對(duì)沙棘幼苗進(jìn)行干旱脅迫處理。設(shè)置不同的干旱梯度，例如正常澆水（對(duì)照組）、輕度干旱、中度干旱和重度干旱，根據(jù)土壤含水量來(lái)確定干旱程度。可以使用土壤水分傳感器來(lái)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)土壤水分含量。每個(gè)處理設(shè)置多個(gè)重復(fù)（例如 5 - 6 盆幼苗）。

（三）膜透性測(cè)定

相對(duì)電導(dǎo)率測(cè)定

定期（例如每隔 2 - 3 天）采集沙棘葉片，用去離子水沖洗干凈，吸干表面水分。將葉片剪成小段，放入含有一定體積（如 20ml）去離子水的刻度試管中，靜置一段時(shí)間（如 2 - 3 小時(shí)），然后用電導(dǎo)率儀測(cè)定溶液電導(dǎo)率（P1）。接著將試管放入沸水浴中煮一定時(shí)間（如 15 - 20 分鐘），冷卻至室溫后再次測(cè)定電導(dǎo)率（P2）。相對(duì)電導(dǎo)率計(jì)算公式為：相對(duì)電導(dǎo)率（%）=(P1/P2)×100。相對(duì)電導(dǎo)率的變化可以反映細(xì)胞膜透性的改變。

丙二醛（MDA）含量測(cè)定

采用硫代酸（TBA）比色法。取一定量（如 0.5g）沙棘葉片，加入液氮研磨成粉末，加入提取緩沖液（含有一定濃度的磷酸緩沖液和抗氧化劑等），離心（如 10000rpm，10 - 15 分鐘）取上清液。取上清液與 TBA 反應(yīng)液混合，在沸水浴中加熱一定時(shí)間（如 30 分鐘），迅速冷卻后在特定波長(zhǎng)（如 532nm 和 600nm）下測(cè)定吸光度。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線計(jì)算 MDA 含量，MDA 含量可間接反映膜脂過(guò)氧化程度，進(jìn)而反映膜透性狀況。

（四）滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)測(cè)定

脯氨酸含量測(cè)定

采用酸性茚三酮比色法。取沙棘葉片（如 0.5g），加入磺基水楊酸研磨提取，離心取上清液。取上清液與酸性茚三酮試劑混合，在沸水浴中加熱一定時(shí)間（如 1 小時(shí)），冷卻后用甲苯萃取，在特定波長(zhǎng)（如 520nm）下測(cè)定吸光度。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線計(jì)算脯氨酸含量。脯氨酸是一種重要的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，其含量變化可反映植物的滲透調(diào)節(jié)能力。

可溶性糖含量測(cè)定

采用蒽酮比色法。將沙棘葉片烘干后粉碎，加入一定體積的蒸餾水提取，離心取上清液。取上清液與蒽酮試劑混合，在沸水浴中加熱一定時(shí)間（如 10 分鐘），冷卻后在特定波長(zhǎng)（如 620nm）下測(cè)定吸光度。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線計(jì)算可溶性糖含量?？扇苄蕴窃谥参锔珊颠m應(yīng)的滲透調(diào)節(jié)中也起著重要作用。

（五）其他生理生化指標(biāo)測(cè)定

抗氧化酶活性測(cè)定

超氧化物歧化酶（SOD）活性測(cè)定：采用氮藍(lán)四唑（NBT）光還原法。取沙棘葉片提取液，加入含有 NBT、核黃素等反應(yīng)體系，在光照下反應(yīng)一定時(shí)間（如 15 - 20 分鐘），在特定波長(zhǎng)（如 560nm）下測(cè)定吸光度。通過(guò)抑制 NBT 光還原的能力來(lái)計(jì)算 SOD 活性。

過(guò)氧化物酶（POD）活性測(cè)定：采用愈創(chuàng)木酚法。取沙棘葉片提取液，加入含有愈創(chuàng)木酚、過(guò)氧化氫等反應(yīng)體系，在特定波長(zhǎng)（如 470nm）下測(cè)定吸光度變化率，以此計(jì)算 POD 活性?？寡趸冈谇宄珊得{迫產(chǎn)生的活性氧、保護(hù)細(xì)胞膜方面具有重要作用。

葉綠素含量測(cè)定

采用分光光度法。取沙棘葉片，用乙醇 - 丙酮混合液（如 1:1）提取葉綠素，在特定波長(zhǎng)（如 663nm 和 645nm）下測(cè)定吸光度，根據(jù)公式計(jì)算葉綠素 a、葉綠素 b 和總?cè)~綠素含量。葉綠素含量的變化可以反映干旱脅迫對(duì)沙棘光合作用的影響。

（六）數(shù)據(jù)分析

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采用統(tǒng)計(jì)分析軟件（如 SPSS）進(jìn)行分析。對(duì)不同干旱處理下各指標(biāo)的數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析（ANOVA），并采用 LSD 法進(jìn)行多重比較，以確定不同處理組之間的差異顯著性（P < 0.05）。同時(shí)，對(duì)膜透性、滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量等指標(biāo)與干旱脅迫程度之間進(jìn)行相關(guān)性分析，以揭示它們之間的內(nèi)在聯(lián)系。

三、結(jié)果

（一）膜透性變化

隨著干旱脅迫程度的增加，沙棘葉片的相對(duì)電導(dǎo)率呈現(xiàn)逐漸上升的趨勢(shì)，表明細(xì)胞膜透性增大。在重度干旱條件下，相對(duì)電導(dǎo)率顯著高于對(duì)照組。同時(shí)，MDA 含量也隨著干旱脅迫加劇而增加，說(shuō)明膜脂過(guò)氧化程度加重，這與相對(duì)電導(dǎo)率的變化趨勢(shì)一致，進(jìn)一步證實(shí)了干旱脅迫對(duì)沙棘細(xì)胞膜透性的破壞作用。

（二）滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量變化

脯氨酸含量

在干旱脅迫下，沙棘葉片脯氨酸含量顯著增加。輕度干旱時(shí)脯氨酸含量開(kāi)始上升，中度和重度干旱時(shí)增加更為明顯。脯氨酸的積累有助于降低細(xì)胞水勢(shì)，增強(qiáng)沙棘的吸水能力，從而緩解干旱脅迫對(duì)細(xì)胞水分平衡的影響。

可溶性糖含量

干旱脅迫導(dǎo)致沙棘葉片可溶性糖含量升高。隨著干旱程度的加重，可溶性糖積累量逐漸增加。可溶性糖在維持細(xì)胞膨壓和保護(hù)細(xì)胞結(jié)構(gòu)方面發(fā)揮了積極作用，參與了沙棘的滲透調(diào)節(jié)過(guò)程。

（三）抗氧化酶活性變化

SOD 活性

在輕度干旱時(shí)，SOD 活性有所升高，表明沙棘啟動(dòng)了抗氧化防御機(jī)制來(lái)應(yīng)對(duì)干旱脅迫產(chǎn)生的活性氧。但在重度干旱條件下，SOD 活性有所下降，可能是由于干旱脅迫過(guò)于嚴(yán)重，超出了抗氧化系統(tǒng)的應(yīng)對(duì)能力。

POD 活性

POD 活性在干旱脅迫過(guò)程中呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì)。在中度干旱時(shí)達(dá)到最高值，之后隨著干旱加劇而降低。這表明 POD 在中度干旱時(shí)對(duì)活性氧的清除作用較強(qiáng)，但在重度干旱下其功能受到抑制。

（四）葉綠素含量變化

干旱脅迫導(dǎo)致沙棘葉綠素含量下降，尤其是重度干旱時(shí)，葉綠素 a、葉綠素 b 和總?cè)~綠素含量均顯著低于對(duì)照組。葉綠素含量的減少會(huì)影響沙棘的光合作用，降低光合效率，進(jìn)一步影響其生長(zhǎng)和發(fā)育。

四、討論

（一）膜透性與干旱適應(yīng)

干旱脅迫引起沙棘膜透性的增加，這可能是由于膜脂過(guò)氧化作用增強(qiáng)和膜蛋白結(jié)構(gòu)的改變。膜透性的變化會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)離子和代謝物質(zhì)的泄漏，破壞細(xì)胞內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定。然而，沙棘在一定程度上能夠通過(guò)自身的抗氧化防御系統(tǒng)和膜修復(fù)機(jī)制來(lái)減輕這種損害。例如，在輕度干旱時(shí)，抗氧化酶活性的升高有助于減少活性氧對(duì)膜的攻擊，從而維持相對(duì)穩(wěn)定的膜透性。

（二）滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的作用

脯氨酸和可溶性糖在沙棘干旱適應(yīng)的滲透調(diào)節(jié)過(guò)程中發(fā)揮了關(guān)鍵作用。它們的積累可以降低細(xì)胞水勢(shì)，促進(jìn)植物從干旱土壤中吸收水分。同時(shí)，這些滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)還可能具有保護(hù)細(xì)胞結(jié)構(gòu)和功能的作用，如穩(wěn)定蛋白質(zhì)和膜結(jié)構(gòu)。在不同干旱程度下，脯氨酸和可溶性糖的協(xié)同積累為沙棘細(xì)胞提供了有效的滲透保護(hù)，使其能夠在干旱環(huán)境中維持一定的膨壓和生理功能。

（三）抗氧化酶與干旱脅迫

抗氧化酶在沙棘應(yīng)對(duì)干旱脅迫產(chǎn)生的活性氧方面具有重要意義。SOD 和 POD 等抗氧化酶通過(guò)協(xié)同作用來(lái)清除活性氧，減輕氧化損傷。然而，在重度干旱條件下，抗氧化酶活性的下降可能導(dǎo)致活性氧積累過(guò)多，加劇膜脂過(guò)氧化和細(xì)胞損傷。這表明沙棘的抗氧化防御系統(tǒng)在重度干旱下存在一定的局限性，可能需要進(jìn)一步的適應(yīng)性調(diào)整或與其他防御機(jī)制協(xié)同作用來(lái)提高其抗旱能力。

（四）葉綠素含量與光合作用

干旱脅迫下葉綠素含量的降低會(huì)直接影響沙棘的光合作用。光合作用的減弱會(huì)導(dǎo)致碳水化合物合成減少，進(jìn)而影響植物的生長(zhǎng)和能量供應(yīng)。沙棘可能通過(guò)調(diào)整自身的光合機(jī)制，如改變光合色素的組成和比例、調(diào)節(jié)氣孔開(kāi)閉等方式來(lái)適應(yīng)干旱環(huán)境。但在重度干旱下，光合作用受到嚴(yán)重抑制，這可能成為限制沙棘生長(zhǎng)和生存的重要因素。

五、結(jié)論

本研究系統(tǒng)地研究了沙棘在干旱脅迫下的膜透性和滲透調(diào)節(jié)機(jī)制。結(jié)果表明，沙棘通過(guò)調(diào)節(jié)膜透性、積累滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)、激活抗氧化酶系統(tǒng)等多種策略來(lái)適應(yīng)干旱環(huán)境。然而，在重度干旱條件下，這些適應(yīng)機(jī)制可能受到一定程度的破壞，影響沙棘的生長(zhǎng)和發(fā)育。未來(lái)的研究可以進(jìn)一步深入探究沙棘在干旱適應(yīng)過(guò)程中的基因表達(dá)調(diào)控和信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)機(jī)制，為利用沙棘進(jìn)行干旱地區(qū)的生態(tài)修復(fù)和開(kāi)發(fā)其經(jīng)濟(jì)價(jià)值提供更全面的理論支持。同時(shí)，本研究結(jié)果也為其他植物在干旱適應(yīng)機(jī)制方面的研究提供了參考。