多胺及其合成抑制剂对旱胁迫下杏幼苗叶片光合作用和游离态多胺含量的影响

王尚堃+孙玲凌

摘要：以金太阳杏盆栽幼苗为试验材料，设置6个处理随机区组排列，通过喷洒1 mmol/L亚精胺、1 mmol/L多胺合成抑制剂甲基乙二醛双脒基腙（MGBG），进行多胺及其合成抑制剂对旱胁迫下杏幼苗叶片叶绿素含量、光合指标（光合速率、气孔导度、胞间CO2浓度、蒸腾速率）、游离态多胺（腐胺、亚精胺、精胺）含量的影响研究。结果表明，旱胁迫下杏幼苗叶片喷洒亚精胺后可增加其叶绿素总含量，增强其光合性能，相对降低其游离态多胺腐胺含量，增加亚精胺、精胺的含量；喷洒MGBG后降低其叶绿素总含量，相对降低其光合性能，增加游离态多胺腐胺含量，降低游离态多胺亚精胺、精胺含量，分别喷洒MGBG、亚精胺后，可相对提高其叶绿素总含量和光合性能，游离态多胺腐胺含量最高，亚精胺、精胺含量则相对提高。由此得出，多胺及其合成抑制剂可调节旱胁迫下杏幼苗叶片的光合性能和3种游离态多胺的含量。

关键词：多胺；多胺合成抑制剂；旱胁迫；杏；幼苗叶片；光合作用；游离态多胺

中图分类号： S662.201文献标志码： A

文章编号：1002-1302（2017）04-0088-03

多胺是一类广泛存在于生物体内的具有强烈生物活性的低分子量脂肪族含氮碱化合物，包括腐胺（putrescine，简称Put）、亚精胺（spermidine，简称Spd）、精胺（spermine，简称Spm）等[1]。其中，Spd分子结构独特，与逆境胁迫关系非常密切[2]，可以提高植物的抗逆性[3-4]。杏（Armeniaca vulgaris Lam.）原产于我国，是营养和药用价值较高的时令水果。其用途广泛，除鲜食外，还可用于加工，是食品工业的重要的原料[5]。金太阳杏又名太阳杏，是从美国农业部太平洋沿岸实验室选种圃中选出的杏优良品种[6]，具有败育花少、抗霜冻、自花结实坐果率高、早果性强等优点[7]，具有较高的栽培推广价值。干旱作为一种主要的自然灾害，是制约果树优质丰产的一个重要因素：水分供应状况对果树能否正常生长和结果起决定性作用[8]。光合作用是一系列复杂代谢反应的总和，是生物界赖以生存的基础，也是地球碳氧循环的重要媒介。有关水分胁迫对杏光合作用的影响已有一些报道，如高峻等以金太阳杏为试验材料（简称试材），发现土壤水分胁迫条件下，光合速率（Pn）、蒸腾速率（Tr）、气孔导度（Gs）均降低[9]。有关多胺对果树光合作用的影响有较多报道，如李晓东等以5～7年生早实核桃辽宁1号、晚实核桃礼品1号为试材，研究了外源多胺及其合成抑制剂对核桃光合作用的影响，结果发现礼品1号核桃Pn日变化呈双峰曲线；不同浓度多胺及其合成抑制剂显著降低了辽宁1号核桃Pn，1 mmol/L Spd、0.1 mmol/L Put、0.1 mmol/L Spd处理5.5～8.0 h能显著提高辽宁1号核桃Pn，处理7～9 h能显著提高礼品1号核桃Pn[10]。张媛等以富士、嘎啦2个苹果品种1年生组培苗为试材，研究了不同浓度的Spd对其光合特性的影响，发现不同浓度的Spd效果不同，在品种间反应也有差异，其中 0.01 mmol/L Spd对富士效果最明显，嘎啦则以0.1 mmol/L效果最佳，2种处理均明显提高了2品种的Pn、Gs，降低了胞间CO2浓度（Ci）[11]。但目前有关多胺及其合成抑制剂甲基乙二醛双脒基腙（mitoguazone，简称MGBG）对旱胁迫下杏幼苗叶片光合作用、游离态多胺含量的影响尚未见报道。为此，本试验以盆栽金太阳杏幼苗为试材，研究同一浓度的Spd、MGBG处理对其幼苗叶片光合作用及游离态多胺含量的影响，以期为杏抗旱栽培提供理论依据。

1材料与方法

1.1材料

供试材料为1年生金太阳杏嫁接苗成品幼苗，砧木為毛桃，引自中国农业科学院郑州果树研究所。试验用苗于2014年秋季引进后预先假植在周口职业技术学院生物工程系苗圃基地。试验用花盆规格为口径45 cm，高25 cm，盆底有孔，以免积水。盆土为周口职业技术学院生物工程系苗圃基地肥沃苗圃壤土。供试药品Spd、MGBG，均购自美国Sigma公司；电子天平JA1003，由上海舜宇恒平科学仪器有限公司生产；LI-6400便携式光合作用测量系统，由美国Li-COR公司生产；Waters c2695高效液相色谱仪，由美国Waters公司生产；台式高速离心机TGL-20M，由湖南湘仪实验室仪器开发有限公司生产；离心管为高15 cm的底端尖形离心管。

1.2方法

1.2.1试验设计

试验于2015年4—5月在周口职业技术学院生物工程系果树教学基地进行（有防雨设施）。试验共设6个处理：处理1为对照（），露地植株叶片喷清水，除下雨外，每7 d植株盆内浇1次水；处理2为干旱（drought，简称Dr），露地植株叶片喷清水，盆内不浇水，下雨天将该处理搬到防雨设施内；处理3为+Spd，露地植株叶片喷 1 mmol/L Spd，除下雨外，每7 d植株盆内浇1次水；处理4为Dr+Spd，露地植株叶片喷1 mmol/L Spd，盆内不浇水，下雨天将该处理搬到防雨设施内；处理5为Dr+MGBG，露地植株叶片喷1 mmol/L MGBG，植株盆内不浇水，下雨天将该处理搬到防雨设施内；处理6为Dr+MGBG+Spd，露地植株叶片分别依次喷1 mmol/L MGBG、1 mmol/L Spd，盆内不浇水，下雨天将该处理搬到防雨设施内。将各个处理都置于事先搭好的SZW-16型遮阳网下，避免强光高温使杏树根部温度过高而造成伤害。每处理3次重复，以单盆单株为1个小区，随机区组排列。4月22日18：00点按照试验设计统一处理1次，以后每隔2 d在同样时间处理1次，共处理15次。30 d后进行叶绿素含量、光合指标、游离态多胺含量各项指标的测定。

1.2.2测定方法

叶绿素总含量采用研磨提取法[12]测定。光合指标测定选晴朗天气9：00—11：30，选择不同处理生长一致且受光良好的叶片，每处理3个单株，各选择1个典型叶片，采用LI-6400便携式光合作用测量系统同步测定叶片Pn、Gs、Ci、Tr等生理指标。游离态多胺含量测定按刘俊等方法[13]进行制样，略作修改：取0.5 g植物材料制成1 mL醚相后，用电热吹风机吹风干燥，100 μL甲醇涡旋溶解后，不过滤膜，取10 μL样液直接进Waters c2695高效液相色谱仪测定。

1.2.3数据处理

用Excel 2003对数据进行处理，用SPSS 10.0统计软件进行差异显著性分析。

2结果与分析

2.1Spd、MGBG对旱胁迫下金太阳杏幼苗叶片叶绿素总含量的影响[HT]

由图1可见，各处理对杏幼苗叶片叶绿素总含量有明显的影响，其中处理3中叶绿素总含量最高，与其他5个处理差异显著（P<0.05），说明杏幼苗叶片正常植株喷洒Spd可促进叶绿素合成。处理2与处理1相比，叶绿素总含量下降不大，差异不显著，说明杏是一种相对比较耐旱的果树。处理4与处理3相比，叶绿素总含量降低，差异显著（P<0.05），说明正常条件下喷洒Spd提高叶绿素总含量的效果比旱胁迫下好；与处理2相比，叶绿素总含量上升，差异显著，说明旱胁迫下喷洒Spd可促进叶绿素的合成。处理5中叶绿素含量最低，说明旱胁迫下喷洒1 mmol/L MGBG，促进了叶绿素降解。处理6与处理5处理相比，叶绿素总含量上升，说明旱胁迫下MGBG与Spd主要表现为拮抗关系，Spd相对抑制了叶绿素的分解。

2.3Spd、MGBG对旱胁迫下金太阳杏幼苗叶片游离态多胺含量影响[HT]

由表2可见，旱胁迫下3种游离态多胺（Put、Spd、Spm）含量均比处理1高，且差異显著（P<0.05）。处理3游离态多胺Put含量高于处理1，低于处理2，3者之间差异显著（P<0.05）；游离态多胺Spd、Spm含量比处理1和处理2均高，其中，游离态多胺Spd含量在3个处理之间差异显著（P<0.05），而游离态多胺Spm含量与处理1差异显著（P<0.05），与处理2差异不显著。旱胁迫下，喷洒Spd，游离态多胺Put含量低于单独的旱胁迫，二者之间差异显著（P<005），而游离态多胺Spd、Spm含量则最高，与其他5个处理差异显著（P<0.05）；喷洒MGBG后，游离态多胺Put含量继续升高，与其他5个处理差异显著（P<0.05），而游离态多胺Spd、Spm含量则达到旱胁迫下最低，与旱胁迫下其他处理间差异显著（P<0.05）；依次喷洒MGBG、Spd后，游离态多胺Put含量达到旱胁迫下的最高值，与其他各处理差异显著（P<0.05），游离态多胺Spd、Spm含量则相对升高，与处理5（Dr+MGBG）差异显著（P<0.05）。由于游离态多胺Put是[JP+1]一种腐胺，因此，在旱胁迫下喷洒多胺及其合成抑制剂后呈现先降后升趋势。在旱胁迫下喷洒Spd后，游离态多胺Spd、Spm含量升高，喷洒MGBG后，其含量下降，依次喷洒MGBG、Spd后，其含量相对升高。说明旱胁迫下，喷洒Spd有利于游离态多胺Spd、Spm的生成；喷洒MGBG后则促进了其分解；依次喷洒MGBG、Spd后，则相对抑制了游离态多胺Spd、Spm的分解。综合考虑3种游离态多胺含量，以处理4效果最好。

3结论与讨论

旱胁迫下，Spd有利于促进杏幼苗叶片叶绿素的形成，多胺合成抑制剂MGBG则促进了杏幼苗叶片叶绿素的降解，MGBG、Spd结合使用则相对抑制了杏幼苗叶片叶绿素分解。多胺及其合成抑制剂可调节旱胁迫下杏幼苗叶片的光合性能。在旱胁迫下，杏幼苗叶片喷洒Spd后，4个光合指标均上升，而喷洒MGBG则相对下降，依次喷洒MGBG、Spd后4个光合指标则相对升高。多胺及其合成抑制剂可调节旱胁迫下杏幼苗叶片3种游离态多胺含量。游离态多胺Put含量以 Dr+MGBG+Spd处理最高，游离态多胺Spd、Spm含量均以Dr+Spd处理最高。

多胺和植物对外界环境的不良反应的关系非常密切[14-15]。本研究结果表明：旱胁迫下，喷洒Spd可提高杏幼苗叶片叶绿素总含量，喷洒MGBG则降低叶绿素总含量，依次喷洒MGBG、Spd后叶绿素含量相对升高。结果在一定程度上验证了Spd与MGBG的生物学效应相左的理论，同时与刘彦超等在苹果上的研究结果[16]相同。

逆境对植物的危害是多元化的。其中，光合作用对各种非生物逆境的反应甚为敏感。Pn、Ci、Gs、Tr是光合生理生态研究中4个主要的生理指标。一般在逆境条件下，作物产量的降低，主要原因是逆境降低了植物的光能利用效率。因此，探索逆境下提高植物光合效率的途径成为近些年光合作用研究领域的热点。在一般干旱条件下，植物光合作用的4个指标下降，下降的主要原因是这些胁迫导致植物叶片的气孔关闭，使Gs、Ci降低，同时Pn、Tr下降[17]。本研究结果表明，旱胁迫下喷洒多胺及其合成抑制剂可调节杏幼苗叶片的光合性能。喷洒Spd可提高杏幼苗叶片Pn，喷洒MGBG则降低叶片Pn，这与李晓东等在核桃上研究结果[10]基本一致；喷洒Spd可提高Gs，这与王志琴等在水稻上研究结果[18]也大致相同。Ci的变化方向是确定Pn变化的主要原因和是否为气孔因素的必不可少的判断依据[19-20]。CO2是植物光合作用的反应物之一，干旱条件下喷洒Spd增加Ci浓度，有利于光合作用的进行。对于Tr，由于蒸腾与光合是相关的，也是引起净光合速率变化的一个因素，因此设法提高植物的Tr，对保证植物光合作用的正常进行非常重要。

水分胁迫和植物体内游离态多胺变化存在复杂性和不确定性[21]。本研究结果表明，旱胁迫下经多胺及其合成抑制剂处理后，3种游离态多胺含量均增加，其中Put含量在Dr+MGBG+Spd处理中最高，Spd、Spm含量都是在Dr+Spd处理中最高。这与周小梅等在水稻幼苗上研究的结果[22]相吻合。

本试验研究了Spd、MGBG相同浓度处理对杏幼苗叶片光合作用和游离态多胺含量的影响，且叶片光合指标的测定是在一定时间段内进行的，至于不同浓度、不同时间段对其光合指标的影响，不同浓度对其游离态多胺含量的影响，尚有待进一步研究。

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