淹水胁迫下山桑和蒙桑的生理生化指标响应研究

刘娟 (长江大学园艺园林学院，湖北 荆州 434025；长江大学植物生态与环境修复研究所，湖北 荆州 434025)

田维 (葛洲坝风景园林有限公司，湖北 宜昌443002)

马煜 (湖北省漳河工程管理局，湖北 荆门448000)

朱桂才

淹水胁迫下山桑和蒙桑的生理生化指标响应研究

刘娟
(长江大学园艺园林学院，湖北 荆州 434025；长江大学植物生态与环境修复研究所，湖北 荆州 434025)

田维
(葛洲坝风景园林有限公司，湖北 宜昌443002)

马煜
(湖北省漳河工程管理局，湖北 荆门448000)

模拟淹没和淹涝2种水分胁迫条件，研究了不同淹水处理时间对二年生山桑(Morusbombycis)和蒙桑(Morusmongotica)2种桑树植株的生理生化指标的影响。结果表明：(1)淹水胁迫条件下，桑树超氧化物歧化酶(SOD)活性、过氧化物酶(POD)活性和过氧化氢酶(CAT)活性均有应急性响应，淹没条件下比淹涝条件下响应程度大；(2)淹没条件下桑树的可溶性糖含量显著增加，其变化幅度高于淹涝条件下；可溶性蛋白质含量变化幅度相对小；(3)淹没后丙二醛(MDA)含量逐渐上升，中期有所回落，但随后又逐渐上升至对照水平；淹涝后MDA含量没有显著上升；(4)2种桑树在淹水胁迫条件下其生理生化指标产生应急响应程度不同。

桑树(MorusL.)；水分胁迫；生理生化指标

消涨带是当前江河湖泊生态研究的热点，选择合适的耐淹植物是解决消涨带植被恢复问题的关键[1]。桑属(MorusL.)植物资源丰富，种类繁多[2]。桑树具有抗干旱[3]、耐淹[4]等良好的环境适应性和抗逆能力[5～7]。研究表明，桑树成林后淹水20d，枝叶仍能成活[8]，经三峡库区10m水深下淹没6个月，桑树是水位下降后最早萌芽的灌木[9]。目前关于桑树淹涝胁迫的研究多集中在水分逆境下桑树长势变化、成活率等方面[10]，而关于淹水胁迫下桑树的生理指标响应的研究尚未见报道。因此，通过模拟水分胁迫处理条件，研究不同桑树种的生理生化指标变化规律，有利于从生理角度揭示桑树适应淹水胁迫的内在策略，可进一步促进桑树在消涨带植被恢复实践中的应用。

1 材料与方法

1.1 试验材料

二年生实生山桑(D1)(Morusbombycis)、蒙桑(D2)(Morusmongotica)分别取材于湖北省黄冈市和湖北省荆州市，2015年3月下旬移栽至长江大学植物园，露地栽培，常规水肥管理。当年7月上旬，桑树植株长至50cm时，选取长势相对一致的材料定植于直径20cm、高30cm的聚乙烯盆中。

1.2 试验方法及测定指标

采用盆栽控水法，处理设计如下：(1)淹没(T1)，将淹没组材料置于深水池中进行处理，保持水面高于植株顶端20cm左右；(2)淹涝(T2)，淹涝组将试验材料置于浅水池中进行处理，保持水面高于盆中土面5cm左右；(3)对照(CK)，保持土壤含水量为75%左右。每处理15盆，每盆1株。各处理均置于长江大学实践教学基地的玻璃温室内。分别于处理0、3、5、7、14、24、44d后采集T1和CK的叶片和处理后0、10、20、30、40、50、90d采集T2和CK的叶片，测定其各项生理生化指标。丙二醛(MDA)含量、可溶性糖含量、过氧化物酶(POD)活性及过氧化氢酶(CAT)活性、超氧化物歧化酶(SOD)活性及可溶性蛋白质含量测定方法参照文献[11，12]。

1.3 数据分析

采用Microsoft Excel 2007统计分析测定的各项生理生化指标，采用SPSS 19.0软件进行品种间各项生理生化指标差异显著性检验。

2 结果与分析

2.1 淹没和淹涝对桑树叶片保护酶活性的影响

受淹没胁迫后，2种桑树叶片内SOD活性变化趋势不同。处理后第3天，山桑(D1)和蒙桑(D2)的SOD活性均增加并显著高于对照，且蒙桑显著高于山桑(P<0.05)；第5天时，两者叶片SOD活性逐渐下降，蒙桑最小值288.59U·g-1FW，仍显著高于对照，同时也显著高于山桑；第7天时，山桑叶片的SOD活性降至最小值216.07U·g-1FW，显著低于对照和蒙桑；第14天时，蒙桑的SOD活性达到最大值456.98U·g-1FW；处理后第7～24天山桑叶片的SOD活性逐渐上升并达到最大值407.37U·g-1FW，此时均显著高于对照，但两者间差异不显著(表1)。随着淹涝时间的延长，2个桑树种叶片SOD活性均表现为先上升后下降，淹涝后前20d内，SOD活性与对照持平；处理后第20～30天时，2个桑树种的SOD活性显著增加，高于各自对照；第40天较快下降到略高于对照的水平(表2)，此后又上升并高于处理第0天的41.7%和19.1%。

表1 淹没不同时间后桑树叶片的SOD活性 U·g-1FW

表2 淹涝不同时间后桑树叶片的SOD活性 U·g-1FW

淹没后叶片POD活性变化与SOD活性变化类似，山桑叶片POD活性显著高于蒙桑。第24天山桑的POD活性达到最小值24.11U·g-1FW，蒙桑的POD活性最小出现在第14天且显著低于对照；从第24天开始，蒙桑叶片的POD活性逐步上升(表3)。淹涝后POD活性呈现下降—上升—下降—上升的趋势，两者POD活性在淹涝前期显著下降，第10天时，分别低于对照69.7%、62.4%；处理后10～20天两者POD活性略有上升，且显著低于对照，随后逐渐下降；第40天最小，分别为21.93U·g-1FW、23.89U·g-1FW；第50天两者POD活性显著上升，山桑的上升幅度大于蒙桑(表4)。

表3 淹没不同时间后桑树叶片的POD活性 U·g-1FW

表4 淹涝不同时间后桑树叶片的POD活性 U·g-1FW

淹没后蒙桑叶片CAT活性迅速上升，第3天时达到最大值2.79U·g-1·min-1FW(显著高于对照)，山桑CAT活性上升幅度与对照无显著性差异。随着胁迫程度的加剧，两者叶片的CAT活性整体呈下降趋势；第24天时，蒙桑达到最小值1.38U·g-1·min-1FW(表5)。淹涝胁迫条件下两者叶片的CAT活性呈下降—上升—下降的趋势。处理后第0～20天两者均直线下降，第30天时蒙桑略有上升，但仍显著低于对照，山桑继续下降至最小值0.51U·g-1·min-1FW；第30～40天时蒙桑逐渐下降，山桑开始上升，第40～50天时两者CAT活性均较快上升，分别低于对照的13.1%、10.1%(表6)。

表5 淹没不同时间后桑树叶片的CAT活性 U·g-1·min-1FW

表6 淹涝不同时间后桑树叶片的CAT活性 U·g-1·min-1FW

2.2 淹没和淹涝对桑树叶片渗透调节物质含量的影响

淹没胁迫后渗透调节物质可溶性蛋白质含量先下降后上升(表7)。处理后第3～7天，两者可溶性蛋白质含量均显著低于对照(P<0.05)；第7～14天，两者的可溶性蛋白质含量逐步上升并接近对照且无显著性差异水平，此后趋于稳定。淹涝处理第30天，两者的可溶性蛋白质含量的变化较小，随淹涝处理延长至第90天，两者的可溶性蛋白质含量分别比处理第0天增加了88.3%和104.9%，与各自对照差异不显著，蒙桑的可溶性蛋白质含量显著高于山桑(表8)。

表7 淹没不同时间后桑树叶片的可溶性蛋白质含量 μg·g-1FW

表8 淹涝不同时间后桑树叶片的可溶性蛋白质含量 μg·g-1FW

淹没处理后第3天山桑和蒙桑叶片可溶性糖的含量分别比第0天增加了127.7%和33.1%，显著高于对照。随着淹没时间的延长，两者叶片可溶性糖的含量逐渐增加，在第44天，比第0天增长了216.6%和126.5%(表9)。淹涝后，山桑和蒙桑叶片可溶性糖的含量峰值分别出现在第10天和第20天，此后表现为小幅波动趋势，在淹涝90天后比第0天增加了210.0%和36.2%(表10)。淹没胁迫对两者叶片可溶性糖的含量影响大于淹涝胁迫处理。

表9 淹没不同时间后桑树叶片的可溶性糖含量 mmol·g-1FW

表10 淹涝不同时间后桑树叶片的可溶性糖含量 mmol·g-1FW

2.3 淹没和淹涝对桑树叶片丙二醛(MDA)含量的影响

淹没胁迫后，MDA含量均表现出先上升后下降再上升的现象，两者的变化幅度不同(表11)。蒙桑在淹没胁迫第3天，叶片MDA含量显著高于对照，同时也比山桑高出4.7%，此后开始下降，至第7天达到最小值3.47nmol.g-1·FW，显著低于对照，显著高于山桑。从第7天开始至第14天，两者MDA的含量上升，山桑的上升74.1%高于蒙桑。淹涝胁迫第0～10天和第20～30天时，两者MDA含量均显著下降，显著低于对照(P<0.05)，且两者之间无显著性差异，第10～20天和30～50天时，MDA含量均有一定幅度的上升，但第1次上升幅度大于第2次，第90天时，两者MDA含量略低于对照，但与对照差异不显著(表12)。

表11 淹没不同时间后桑树叶片的MDA含量 nmol·g-1FW

表12 淹涝不同时间后桑树叶片的MDA含量 nmol·g-1FW

3 讨论

1)水分胁迫下，山桑和蒙桑叶片内清除氧自由基酶类SOD、POD、CAT的活性呈现总体增加后下降的趋势。在淹涝处理后期，山桑和蒙桑体内的SOD、CAT活性恢复至淹涝初期水平。3种抗氧化保护酶在受胁迫后表现出不同步性，与王哲宇等[13]关于水分胁迫下朴树生理生化指标变化的研究结论一致。植物在逆境下或衰老过程中都伴随着细胞膜系统的逐步破坏，植物体内自由基大量产生的毒害引发膜质过氧化作用，从而造成细胞膜系统的破坏[14]。植物的抗氧化作用是在逆境环境中的适应性表现，植物在长期进化过程中形成抗氧化酶保护系统，在清除活性氧的过程中起重要作用，从而使植物在一定成度上能忍耐、减缓或抵抗逆境胁迫[15]。桑树通过SOD、POD、CAT的活性变化，消除氧自由基对质膜等的危害，是桑树抵抗水分逆境的重要适应形式。

2)淹没后，桑树的可溶性蛋白质含量先降后升；淹涝处理前期(第40天前)，桑树的可溶性蛋白质含量基本维持不变，到第40天才略有上升。米海莉等[16]关于水分胁迫对牛心朴子、甘草叶片色素、可溶性糖、淀粉含量及碳氮比的影响研究中有类似结论。在逆境条件下，植物体内各种渗透调节物质大量积累，赋予多种植物渗透调节的能力[17～18]。张晓平等[19]指出植物通过渗透调节物质来维持细胞内的渗透势，是植物的一种对逆境的适应和保护机制。王忠[20]研究发现，游离脯氨酸与蛋白质相互作用，改变蛋白质的可溶性，减少蛋白质沉淀。因此，桑树在水分胁迫后可溶性蛋白质含量的变化动态可能是其渗透调节物质变化的结果，从而维持细胞内正常的渗透势。

3)淹水胁迫下，桑树的MDA含量变化幅度不大，但是不同的桑树品种反应有差异。而淹水后可溶性糖含量均显著上升，山桑比蒙桑的上升幅度大。桑树根系由于厌氧环境的加剧，地上部的呼吸作用加强，表现出可溶性糖含量显著上升，这一现象是否是桑树对逆境的适应和保护机制有待进一步研究。

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[编辑] 余文斌

2016-12-30

湖北省科技攻关项目(2014BBB022、2013BCB100)。

刘娟(1991-)，女，硕士生，研究方向为园林植物与观赏园艺。通信作者：朱桂才，zgchn@126.com。

Q945.78；Q949.737.4

A

1673-1409(2017)06-0013-05

[引著格式]刘娟,田维,马煜，等.淹水胁迫下山桑和蒙桑的生理生化指标响应研究[J].长江大学学报(自科版)，2017，14(6)：13～17,71.