淹水胁迫对不同品种猕猴桃生理特性的影响

高敏霞，冯 新，赖瑞联，陈文光，陈义挺

(福建省农业科学院果树研究所，福州，350013)

在植物的生长发育过程中，水分作为重要的环境因子对植物形态、生理生化代谢及地理分布范围等方面起着至关重要的作用。许多植物都面临水分胁迫的问题，在干旱或者湿涝的条件下植株都会遭到不同程度的伤害，严重时甚至会死亡。近年来，受温室效应、厄尔尼诺现象等因素影响，全球海平面上升，世界各国洪涝灾害频繁发生。据统计，全球涝渍性土地面积约800万km2，占地球陆地面积的6%左右；在我国约有66万km2的涝渍土地，占陆地面积近6.6%[1]，涝害以黄淮平原、长江中下游、东南沿海、松花江和辽河中下游等地区最为严重，占全国受灾面积3/4以上[2]。可见，涝害已成为我国作物的主要灾害之一。

果树生长发育周期长、分布范围广，在整个生长周期中极易遇到涝害。猕猴桃为猕猴桃科猕猴桃属雌雄异株的落叶藤本植物，是一种重要的果树资源。中国是种植猕猴桃的主要国家之一，种植面积已超过其他各国种植面积总和。猕猴桃根系为肉质根，在土壤中分布较浅，对水分十分敏感，极不耐涝，因此常常遇到涝害威胁。福建省地处我国东南沿海地区，地貌主要以山地和丘陵为主，属于亚热带季风气候，年均降雨量大，加之土壤黏重，极易发生涝害，严重制约了猕猴桃种植业在福建的产业化发展。减少涝害的主要途径除了加强水利设施建设之外，最根本的方法是选育能够在生产上应用的耐涝性较好的品种，而耐涝资源的筛选是其基础。关于涝害胁迫的研究主要集中在主要粮食作物上，如水稻[3]、玉米[4]、小麦[5]等，也有关于苹果[6-7]、梨[8]、樱桃[9]、葡萄[10]等水果类经济作物的报道，而有关猕猴桃涝害研究的报道较少。通过研究猕猴桃对淹水胁迫的生理反应机制，建立耐涝性评价体系和筛选耐涝种质资源，对于耐涝性品种的培育和抗涝栽培具有较重要的意义。本研究以不同品种的猕猴桃组培苗为材料，利用“盆套盆”法模拟淹水试验，观察淹水胁迫下植株形态变化，测定不同生理指标的变化，比较品种间的耐涝性，以期为今后猕猴桃抗涝性研究提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

从美味猕猴桃“米良1号”、中华猕猴桃“红阳”和对萼猕猴桃“猫人参”移栽3个月的组培苗中，选择健壮、长势基本一致的植株为试验材料。

1.2 试验方法

1.2.1 形态观察

选择移栽时间相同、大小一致的植株，利用“盆套盆”法，模拟淹水胁迫，观察并记录淹水处理0(对照组)、5和10 d猕猴桃植株的形态变化。

1.2.2 测定指标及方法

叶片中叶绿素含量采用分光光度计进行测定[11]，可溶性蛋白含量采用紫外吸收法测定[11]，脯氨酸(PRO)含量用磺基水杨酸提取-茚三酮显色法测定[12]，丙二醛(MDA)含量采用硫代巴比妥酸法进行测定[13]，过氧化氢酶(CAT)活性采用紫外吸收法测定[13]，过氧化物酶(POD)活性采用愈创木酚法测定[14]，超氧化物歧化酶(SOD)活性采用李合生的方法进行测定[11]，总抗氧化能力测定(DPPH)参考Brandwilliams等[15]的方法。

1.3 数据分析

试验数据采用Excel 2003，SPSS 26.0软件进行处理，并进行方差分析。

2 结果与分析

2.1 对植株形态的影响

不同品种猕猴桃对淹水胁迫的耐受力不同。试验结果看出，淹水5 d时，3种猕猴桃的地上部均未见明显的受害症状。淹水10 d时，“米良1号”猕猴桃的地上部受害明显，1/2的叶片变黄、萎蔫；“红阳”猕猴桃的地上部下部叶片出现萎蔫；“猫人参”猕猴桃的地上部未见明显的受害症状(见图1)。由此可知，“猫人参”猕猴桃抗涝能力最强，“红阳”猕猴桃抗涝能力次之，“米良1号”猕猴桃抗涝能力最差。

注：A、B、C：“米良1号”猕猴桃；D、E、F：“猫人参”猕猴桃；A、D：淹水胁迫0 d；B、E：淹水胁迫5 d；C、F：淹水胁迫10 d。

2.2 对叶片中叶绿素含量的影响

试验结果看出，“米良1号”猕猴桃在淹水胁迫后，叶片中的叶绿素a、叶绿素b、叶绿素总含量呈上升趋势，淹水胁迫前5 d增加较快，5 d后增加变缓慢。“红阳”猕猴桃在淹水胁迫后，叶片中叶绿素a、叶绿素b、总叶绿素含量呈上升趋势，淹水胁迫前5 d增加较缓慢，5 d后增加迅速。“猫人参”猕猴桃淹水胁迫后，叶片中叶绿素a含量呈先升高后降低的变化趋势，淹水胁迫前5 d叶绿素a含量略微增加，5 d后迅速降低；淹水胁迫后，叶片中的叶绿素b、总叶绿素含量处于上升状态，且叶绿素b增加明显。方差分析表明，淹水胁迫后，3个品种间叶绿素a含量存在极显著差异，叶绿素b含量差异不显著，而总叶绿素含量“猫人参”与“米良1号”“红阳”存在极显著差异，“米良1号”与“红阳”存在显著差异(见表1)。

表1 淹水胁迫下叶片中叶绿素含量变化情况 mg/g

2.3 对叶片中渗透调节物质的影响

2.3.1 可溶性蛋白含量 淹水胁迫后，3种猕猴桃叶片中可溶性蛋白含量均呈增加趋势。“米良1号”猕猴桃叶片中的可溶性蛋白含量高于其他2个品种，一直维持在较高水平。“米良1号”猕猴桃叶片中蛋白质含量前期增加迅速，后期增加较缓慢，而“红阳”和“猫人参”前期增加缓慢，后期增加迅速。与对照组相比，淹水胁迫处理10 d，3种猕猴桃叶片中的可溶性蛋白含量分别增加了1.55、1.73、1.56倍。品种间相比，“米良1号”猕猴桃叶片中的可溶性蛋白质含量与“红阳”“猫人参”存在极显著差异，“红阳”与“猫人参”存在显著差异。在处理时间上，3个处理时间均存在极显著差异(见表2)。

2.3.2 游离脯氨酸(PRO)含量 淹水胁迫后，“米良1号”猕猴桃叶片中PRO含量呈先降低后增加的趋势，而“红阳”和“猫人参”猕猴桃叶片中的脯氨酸含量均呈增加趋势。3个品种间相比，“米良1号”猕猴桃叶片中PRO含量与“红阳”“猫人参”之间存在极显著差异，“红阳”和“猫人参”之间差异不显著。在处理时间上，对照组与处理5 d、处理10 d存在极显著差异，处理5 d与处理10 d存在显著差异(见表2)。

2.3.3 丙二醛(MDA)含量 试验结果看出，淹水胁迫后，3种猕猴桃叶片中MDA含量均呈增加的趋势。“米良1号”猕猴桃叶片中的MDA含量高于其他2个品种，其中“猫人参”猕猴桃叶片中的MDA含量增加最迅速，且增加趋势较平稳。方差分析表明，淹水胁迫下叶片中的MDA含量在3个猕猴桃品种间及3个处理时间上均存在极显著差异(见表2)。

表2 淹水胁迫下叶片中渗透调节物质含量变化情况

2.4 对叶片中保护酶活性的影响

淹水胁迫后，猕猴桃叶片中保护酶活性存在一定变化。3种猕猴桃叶片中过氧化氢酶(CAT)、过氧化物酶(POD)含量均呈下降趋势；超氧化物歧化酶(SOD)含量在“米良1号”“猫人参”猕猴桃叶片中呈下降趋势，而在“红阳”猕猴桃叶片中呈增加趋势(见表3)。

表3 淹水胁迫下叶片中保护酶活性变化情况 U/g

2.4.1 过氧化氢酶(CAT)活性 淹水胁迫后，“米良1号”猕猴桃叶片中CAT活性下降幅度较小，而“红阳”和“猫人参”处理前期变化幅度较小，后期迅速降低。3个品种间相比，“米良1号”猕猴桃叶片中CAT活性与“红阳”“猫人参”存在极显著差异，“红阳”与“猫人参”之间不存在显著差异；在处理时间上，处理10 d与对照组、处理5 d差异极显著，对照组与处理5 d差异显著。

2.4.2 过氧化物酶(POD)活性 淹水胁迫后，“米良1号”猕猴桃叶片中POD活性与“猫人参”猕猴桃变化趋势一致，均呈降低趋势。3个品种间相比，“红阳”猕猴桃叶片中POD活性与“米良1号”“猫人参”猕猴桃存在极显著差异，“米良1号”猕猴桃与“猫人参”猕猴桃差异显著；处理时间上相比，处理10 d与对照组、处理5 d存在极显著差异，对照组与处理5 d存在显著性差异。

2.4.3 超氧化物歧化酶(SOD)活性 淹水胁迫后，“猫人参”猕猴桃叶片中的SOD活性高于其他2个品种。3个品种间相比，叶片中SOD活性均存在极显著差异；在处理时间上，对照组与处理10 d相比，SOD活性差异极显著，处理5 d与对照组、处理10 d间差异不显著。

2.5 对叶片抗氧化能力的影响

淹水胁迫下，“米良1号”和“红阳”猕猴桃叶片的总抗氧化能力变化幅度较小，而“猫人参”猕猴桃总抗氧化能力不断增加，与其他2种猕猴桃存在极显著差异，“米良1号”猕猴桃与“红阳”猕猴桃差异不显著。处理时间上相比，对照组与处理10 d存在显著性差异，对照组与处理5 d差异不显著，处理5 d与处理10 d存在显著性差异(见表4)。

表4 淹水胁迫下叶片抗氧化能力变化情况(DPPH法)

3 结论与讨论

水分是生物体的重要组成部分，是植物赖以生存的基本条件，参与植物的各个生命代谢过程，对植物的生长发育极其重要。猕猴桃为肉质根且根系分布较浅，对水分比较敏感。不同品种猕猴桃在遭受淹水胁迫时表现出不同的耐受力[16-18]。本研究以美味猕猴桃“米良1号”、中华猕猴桃“红阳”和对萼猕猴桃“猫人参”为试验材料，比较了三者在淹水胁迫下的耐涝性，结果表明，耐涝性从高到低依次为对萼猕猴桃“猫人参”、中华猕猴桃“红阳”、美味猕猴桃“米良1号”。这与陈玉明等[16]报道的对萼猕猴桃较美味猕猴桃表现出较强的耐涝性研究结果相一致。但与张琛等[17]的试验结果有差异，可能同一种内不同品种的猕猴桃其耐涝性不同，或与所用材料的苗龄有关。

猕猴桃植株在遭受淹水胁迫后，叶片中的叶绿素含量前期增加迅速[19-20]，后期变缓，这可能是因为随着淹水胁迫的延长，叶绿素的合成减少，而降解加剧，使其含量相对降低。在淹水胁迫下，植物可以通过调节自身细胞的渗透势来适应外界环境的变化。不同品种的猕猴桃渗透调节能力不同。在本研究中，3种猕猴桃叶片中的渗透调节物质可溶性蛋白、游离脯氨酸(PRO)、丙二醛(MDA)等不断积累，但在积累速度和积累量上存在一定差异。植物在受到外界环境胁迫后，通过调节细胞内的渗透调节物质，以阻止水分胁迫，调节植株自身的水分平衡，保证植株不受或少受外界的危害，提高植株的适应性。

同时，植物在受到胁迫后，会产生一系列的应激反应，会诱发自身的保护酶系统，以适应外界的变化。植物可以利用体内的保护酶CAT、POD和SOD等来清除体内的活性氧，防止活性氧对细胞膜系统的伤害，抑制膜质过氧化，从而降低淹水胁迫对植物的伤害[21-22]。在本研究中发现，猕猴桃植株在受到淹水胁迫后，叶片中的保护酶均发生一定的变化。CAT、POD活性在3种猕猴桃中均呈下降趋势；SOD活性在“米良1号”“猫人参”猕猴桃中呈下降趋势，而在“红阳”猕猴桃叶片中呈增加趋势。其中“猫人参”猕猴桃叶片中的SOD活性高于其他2个品种，一直维持在较高水平。对3种猕猴桃的抗氧化能力进行比较，发现“猫人参”猕猴桃的抗氧化能力不断增强，而另2个品种抗氧化能力变化幅度较小，“猫人参”猕猴桃保护酶系统在清除体内活性氧的能力上高于其他2个品种。品种间各指标变化趋势与幅度存在一定差异，其中总抗氧化能力尤其明显，可作为衡量猕猴桃耐涝性的重要参考指标。

在后续试验中我们将进一步开展其他品种猕猴桃的淹水胁迫试验，同时结合代谢组和转录组检测，凝练相关指标的共性变化规律，较为准确地筛选猕猴桃耐涝性参考指标。