水分胁迫对幼龄仁用杏叶片渗透调节物质及保护酶的影响

2016-10-19蔡倩孙占祥郑家明白伟冯良山杨宁冯晨张哲

湖北农业科学 2016年6期

蔡倩孙占祥郑家明白伟冯良山杨宁冯晨张哲

摘要：为探明风沙半干旱地区仁用杏叶片对水分胁迫的生理响应机制，以二年生仁用杏为试材，采用盆栽方法，设置了正常供水（土壤含水量为田间最大持水量的75%）、轻度水分胁迫（55%）、中度水分胁迫（45%）和重度水分胁迫（30%）4个处理，开展了水分胁迫对幼龄仁用杏叶片渗透调节物质含量及保护酶活性影响的研究。结果表明，水分胁迫不同程度地增加了幼龄仁用杏叶片的可溶性糖、脯氨酸、MDA含量及SOD、POD活性，且增加幅度随着胁迫程度的加重而增大；轻度水分胁迫增加幅度较小，中度和重度水分胁迫增加幅度较大，该结果可为仁用杏栽培管理提供理论依据。

关键词：仁用杏；水分胁迫；渗透调节物质；保护酶

中图分类号：S662.2 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2016）06-1474-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2016.06.028

干旱是辽西地区植物生长发育的主要制约因素；为适应干旱胁迫，不少植物形成了一套生理调节机制和保护酶系统，从而在受到水分亏缺损伤之前，就对水分胁迫作出调节反应，使其自身适应逆境[1]；而植物体所具有的渗透调节功能及保护体系也是植物在进化过程中形成的适应干旱机制，是其忍耐干旱胁迫的重要物质基础[2]。仁用杏是以杏仁为主要产品的经济林树种，其经济效益高，抗逆性强，在辽西地区具有广阔的发展前景[3]。目前国内外有关仁用杏抗旱生理方面的研究较少，尤其是水分胁迫对其主要渗透调节物质和保护酶活性方面的研究很少。试验采用盆栽试验方法模拟了不同程度的土壤水分胁迫状况，研究水分胁迫对幼龄仁用杏渗透调节物质积累和保护酶活性的影响，进而了解仁用杏适应干旱的生理机制，为其抗旱机理的研究和栽培管理技术的制定提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料及处理

试验于2011年和2012年5～10月在辽宁省农业科学院阜新市章古台试验站进行，以二年生盆栽超仁仁用杏為试材，苗木栽于直径30 cm、高34 cm的瓷盆中，盆土为当地风沙土，共16盆。试材生长发育正常，管理水平基本一致。用称重法控制盆土含水量，其土壤含水量按田间最大持水量的百分率计算。处理前进行一次性充分灌水，直至盆底漏水孔向外渗水，所需水量为土壤饱和状态的最大持水量。试验采用完全随机设计，共设4个处理，处理1：正常供水（CK），土壤含水量为田间最大持水量的75%；处理2：轻度水分胁迫（I），土壤含水量为田间最大持水量的55%；处理3：中度水分胁迫（II），土壤含水量为田间最大持水量的45%；处理4：重度水分胁迫（Ⅲ），土壤含水量为田间最大持水量的30%；每个处理重复4次。分别于处理后1、3、5、10、15 d取仁用杏叶片样测定有关生理指标。

1.2 生理指标测定

在辽宁省旱作节水工程中心实验室测定幼龄仁用杏叶片的有关生理指标，其中，可溶性糖含量采用蒽酮比色法[4]测定；脯氨酸含量采用酸性茚三酮染色法[4]测定；丙二醛（MDA）含量采用硫代巴比妥酸法[4]测定；超氧化物歧化酶（SOD）活性采用NBT光化学还原法测定，以抑制50%NBT反应为1个酶活性单位[5]；过氧化物酶（POD）活性用愈创木酚显色法测定，以每分钟内A470变化0.01为一个酶活性单位[5]。

1.3 数据处理

试验结果以测定的平均值表示。采用Microsoft Office Excel 2003软件对数据进行整理并作图，利用邓肯氏新复极差检验法（Duncan′s new multiple range test，DMRT）进行差异显著性检验。

2 结果与分析

2.1 水分胁迫对幼龄仁用杏叶片可溶性糖含量的影响

糖类物质是叶片光合作用的主要产物，是植物叶片等组织、器官的主要结构物质；水分胁迫对幼龄仁用杏叶片可溶性糖含量的影响情况见图1。由图1可知，随着水分胁迫时间的延长，仁用杏叶片的可溶性糖含量呈逐渐上升趋势，在胁迫处理的1～3 d，各处理差异不大；从第三天开始，各处理叶片的可溶性糖含量增加幅度加大；处理10 d后，重度胁迫的仁用杏叶片中的可溶性糖积累处在一个明显的上升阶段，说明叶片中可溶性糖含量对于干旱胁迫的反应是敏感的，且随着胁迫程度加重，可溶性糖积累越来越多。在试验设置的水分胁迫条件下，叶片可溶性糖含量的累积程度各处理表现为重度干旱胁迫>中度干旱胁迫>轻度干旱胁迫>对照。由此可见，水分胁迫使幼龄仁用杏叶片内可溶性糖含量升高，细胞渗透势降低，增加了叶片的吸水保水能力，以维持细胞内代谢的正常进行，这是植物对逆境胁迫的一种适应性调节反应。

2.2 水分胁迫对幼龄仁用杏叶片脯氨酸含量的影响

脯氨酸是反映细胞膜脂过氧化水平的重要指标，是植物适应干旱环境的重要调节物质；水分胁迫对幼龄仁用杏叶片脯氨酸含量的影响情况见图2。从图2可见，在整个试验期内，水分胁迫能诱导幼龄仁用杏叶片大量合成脯氨酸，并且随着时间的延长，脯氨酸含量逐渐增加。水分胁迫处理1～5 d脯氨酸含量迅速增加，在第五天时，轻度胁迫、中度胁迫和重度胁迫处理的脯氨酸含量比对照分别增加了47.27%、157.01%、177.92%；之后脯氨酸含量缓慢增加，到水分胁迫第15天时，轻度胁迫、中度胁迫和重度胁迫处理比对照分别增加了54.19%、180.91%、207.03%。在试验设置的水分胁迫条件下，幼龄仁用杏叶片脯氨酸含量各处理表现为重度干旱胁迫>中度干旱胁迫>轻度干旱胁迫>对照。由此可见，正常水分条件下，脯氨酸含量很低；但在水分胁迫条件下，随着胁迫程度的加重其含量成倍增加。

2.3 水分胁迫对幼龄仁用杏叶片MDA含量的影响

MDA是膜脂过氧化的最终产物，是膜系统受到伤害的重要标志之一，其含量多少可以表示膜脂过氧化作用的轻重程度；水分胁迫对幼龄仁用杏叶片MDA含量的影响情况见图3。由图3可知，在整个试验期内，3种胁迫处理的MDA含量均呈上升趋势，处理后1～5 d缓慢上升，5 d后上升幅度增大，于第15天升至最高，分别比对照提高了13.23%、33.72%、48.56%。在试验设置的水分胁迫条件下，幼龄仁用杏叶片MDA含量的累积程度各处理表现为重度干旱胁迫>中度干旱胁迫>轻度干旱胁迫>对照。在处理后3～15 d，重度干旱胁迫和中度干旱胁迫叶片的MDA含量明显高于轻度干旱胁迫和对照的水平，而轻度干旱胁迫叶片的MDA含量略高于对照。可见，长时间水分胁迫使MDA增加，说明细胞质膜受到的伤害程度在加大。

2.4 水分胁迫对幼龄仁用杏叶片SOD活性的影响

SOD是植物体内清除·O2-的关键酶，也受·O2-的调节；水分胁迫对幼龄仁用杏叶片SOD活性的影响情况见图4。由图4可见，在水分胁迫初期，3个胁迫处理的SOD活性均呈上升趋势。1～3 d，3个胁迫处理的SOD活性变化不明显；处理第五天后，轻度干旱胁迫处理的SOD活性增幅变大；而中度干旱胁迫和重度干旱胁迫处理在第三天后SOD活性增加幅度变大，3个处理的SOD活性均在胁迫第15天时达到最高值。在试验设置的水分胁迫条件下，幼龄仁用杏叶片的SOD活性高低表现为重度干旱胁迫>中度干旱胁迫>轻度干旱胁迫>对照。

2.5 水分胁迫对幼龄仁用杏叶片POD活性的影响

POD是植物体内清除H2O2的主要酶类之一，POD能催化H2O2氧化其他底物后产生H2O，从而化解H2O2的毒害作用；水分胁迫对幼龄仁用杏叶片POD活性的影响情况见图5。由图5可见，水分胁迫增加了幼龄仁用杏叶片的POD活性；在轻度干旱胁迫下，POD活性随胁迫时间的延长呈缓慢上升趋势，在第15天达到高峰，比对照增加了10.70%；在中度干旱胁迫下，POD活性在胁迫前期呈缓慢上升趋势，在第15天达到高峰，比对照增加了27.41%；在重度干旱胁迫下，POD活性在胁迫第五天时迅速升高，在第15天时达到高峰，比对照增加了35.29%。在水分胁迫期间，POD活性高低表现为重度干旱胁迫>中度干旱胁迫>轻度干旱胁迫>对照。可见，水分胁迫增加了POD含量。

3 讨论

脯氨酸在植物体内起着渗透调节作用，干旱会引起游离脯氨酸的积累，其积累量常被作为植物抗旱性高低的标志之一[6]。糖类物质是叶片光合作用的主要产物，是植物叶片等器官的主要结构物质。试验结果表明，水分胁迫使幼龄仁用杏叶片脯氨酸和可溶性糖含量增加，且随着干旱胁迫时间的延长而逐渐递增，这与杜金伟等[7]在山杏上的研究结果基本一致；这说明脯氨酸含量对干旱的响应很敏感。仁用杏在严重干旱状态下会产生脱水保护剂，如可溶性糖等，这对细胞能起到保护作用，使细胞保持稳定的状态。丙二醛的积累是反映细胞膜脂过氧化作用强弱和质膜被破坏程度的重要指标，也是反映干旱胁迫对植物造成伤害的重要参数；当细胞受到干旱胁迫时，细胞膜发生氧化分解，丙二醛就大量积累[8-10]。短时间的轻度水分胁迫对丙二醛积累的影响较小，说明在一定范围内幼龄仁用杏叶片对水分胁迫具有自我调节能力；但随着水分胁迫程度的加剧、胁迫时间的延长，幼龄仁用杏叶片中的过氧化物丙二醛的含量会升高。与曹慧等[11]的研究结果相比，3个胁迫处理丙二醛升高的幅度均小于新红星苹果。说明在干旱胁迫下，幼龄仁用杏细胞膜受伤害程度相对较轻，植株的抗旱能力较强。SOD、POD是保护酶系统中的关键保护酶，可清除植物细胞内产生的·O2-和H2O2等活性氧物质，以达到一种生理平衡，因此对活性氧清除的能力是决定细胞对胁迫产生抗性的关键因素[12]。在试验中，3个水分胁迫处理的SOD和POD活性都高于对照，且随胁迫时间的延长而增加，这与罗梦等[13]在长柄扁桃叶片保护酶活性研究中，SOD、POD活性在不同程度水分胁迫下表现出先升后降的趋势结果不一致；其原因可能是试验胁迫时间未达到幼龄仁用杏叶片细胞忍受的活性氧水平阈值所致，在这个阈值之内植株能够提高保护酶活性，有效消除氧自由基带来的伤害；但如果超过这个阈值，保护酶活性就会下降，活性氧的积累超过了其清除能力，植株就会受到损害[7]。

综上所述，幼龄仁用杏具有较强的耐旱能力是由于各種渗透调节物质的积累和保护酶活性变化的结果。但是幼龄仁用杏的抗旱机理还受其他因素的影响，如光合效应、气孔导度等生理指标，其中原因还需进一步试验和探讨。

参考文献：

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