蔡倩 孫占祥 鄭家明 白偉 馮良山 楊寧 馮晨 張哲

摘要：為探明風(fēng)沙半干旱地區(qū)仁用杏葉片對(duì)水分脅迫的生理響應(yīng)機(jī)制，以二年生仁用杏為試材，采用盆栽方法，設(shè)置了正常供水（土壤含水量為田間最大持水量的75%）、輕度水分脅迫（55%）、中度水分脅迫（45%）和重度水分脅迫（30%）4個(gè)處理，開展了水分脅迫對(duì)幼齡仁用杏葉片滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量及保護(hù)酶活性影響的研究。結(jié)果表明，水分脅迫不同程度地增加了幼齡仁用杏葉片的可溶性糖、脯氨酸、MDA含量及SOD、POD活性，且增加幅度隨著脅迫程度的加重而增大；輕度水分脅迫增加幅度較小，中度和重度水分脅迫增加幅度較大，該結(jié)果可為仁用杏栽培管理提供理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：仁用杏；水分脅迫；滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)；保護(hù)酶

中圖分類號(hào)：S662.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：0439-8114（2016）06-1474-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2016.06.028

干旱是遼西地區(qū)植物生長(zhǎng)發(fā)育的主要制約因素；為適應(yīng)干旱脅迫，不少植物形成了一套生理調(diào)節(jié)機(jī)制和保護(hù)酶系統(tǒng)，從而在受到水分虧缺損傷之前，就對(duì)水分脅迫作出調(diào)節(jié)反應(yīng)，使其自身適應(yīng)逆境[1]；而植物體所具有的滲透調(diào)節(jié)功能及保護(hù)體系也是植物在進(jìn)化過程中形成的適應(yīng)干旱機(jī)制，是其忍耐干旱脅迫的重要物質(zhì)基礎(chǔ)[2]。仁用杏是以杏仁為主要產(chǎn)品的經(jīng)濟(jì)林樹種，其經(jīng)濟(jì)效益高，抗逆性強(qiáng)，在遼西地區(qū)具有廣闊的發(fā)展前景[3]。目前國(guó)內(nèi)外有關(guān)仁用杏抗旱生理方面的研究較少，尤其是水分脅迫對(duì)其主要滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)和保護(hù)酶活性方面的研究很少。試驗(yàn)采用盆栽試驗(yàn)方法模擬了不同程度的土壤水分脅迫狀況，研究水分脅迫對(duì)幼齡仁用杏滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)積累和保護(hù)酶活性的影響，進(jìn)而了解仁用杏適應(yīng)干旱的生理機(jī)制，為其抗旱機(jī)理的研究和栽培管理技術(shù)的制定提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料及處理

試驗(yàn)于2011年和2012年5～10月在遼寧省農(nóng)業(yè)科學(xué)院阜新市章古臺(tái)試驗(yàn)站進(jìn)行，以二年生盆栽超仁仁用杏為試材，苗木栽于直徑30 cm、高34 cm的瓷盆中，盆土為當(dāng)?shù)仫L(fēng)沙土，共16盆。試材生長(zhǎng)發(fā)育正常，管理水平基本一致。用稱重法控制盆土含水量，其土壤含水量按田間最大持水量的百分率計(jì)算。處理前進(jìn)行一次性充分灌水，直至盆底漏水孔向外滲水，所需水量為土壤飽和狀態(tài)的最大持水量。試驗(yàn)采用完全隨機(jī)設(shè)計(jì)，共設(shè)4個(gè)處理，處理1：正常供水（CK），土壤含水量為田間最大持水量的75%；處理2：輕度水分脅迫（I），土壤含水量為田間最大持水量的55%；處理3：中度水分脅迫（II），土壤含水量為田間最大持水量的45%；處理4：重度水分脅迫（Ⅲ），土壤含水量為田間最大持水量的30%；每個(gè)處理重復(fù)4次。分別于處理后1、3、5、10、15 d取仁用杏葉片樣測(cè)定有關(guān)生理指標(biāo)。

1.2 生理指標(biāo)測(cè)定

在遼寧省旱作節(jié)水工程中心實(shí)驗(yàn)室測(cè)定幼齡仁用杏葉片的有關(guān)生理指標(biāo)，其中，可溶性糖含量采用蒽酮比色法[4]測(cè)定；脯氨酸含量采用酸性茚三酮染色法[4]測(cè)定；丙二醛（MDA）含量采用硫代巴比妥酸法[4]測(cè)定；超氧化物歧化酶（SOD）活性采用NBT光化學(xué)還原法測(cè)定，以抑制50%NBT反應(yīng)為1個(gè)酶活性單位[5]；過氧化物酶（POD）活性用愈創(chuàng)木酚顯色法測(cè)定， 以每分鐘內(nèi)A470變化0.01為一個(gè)酶活性單位[5]。

1.3 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)結(jié)果以測(cè)定的平均值表示。采用Microsoft Office Excel 2003軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理并作圖，利用鄧肯氏新復(fù)極差檢驗(yàn)法（Duncan′s new multiple range test，DMRT）進(jìn)行差異顯著性檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 水分脅迫對(duì)幼齡仁用杏葉片可溶性糖含量的影響

糖類物質(zhì)是葉片光合作用的主要產(chǎn)物，是植物葉片等組織、器官的主要結(jié)構(gòu)物質(zhì)；水分脅迫對(duì)幼齡仁用杏葉片可溶性糖含量的影響情況見圖1。由圖1可知，隨著水分脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)，仁用杏葉片的可溶性糖含量呈逐漸上升趨勢(shì)，在脅迫處理的1～3 d，各處理差異不大；從第三天開始，各處理葉片的可溶性糖含量增加幅度加大；處理10 d后，重度脅迫的仁用杏葉片中的可溶性糖積累處在一個(gè)明顯的上升階段，說明葉片中可溶性糖含量對(duì)于干旱脅迫的反應(yīng)是敏感的，且隨著脅迫程度加重，可溶性糖積累越來越多。在試驗(yàn)設(shè)置的水分脅迫條件下，葉片可溶性糖含量的累積程度各處理表現(xiàn)為重度干旱脅迫>中度干旱脅迫>輕度干旱脅迫>對(duì)照。由此可見，水分脅迫使幼齡仁用杏葉片內(nèi)可溶性糖含量升高，細(xì)胞滲透勢(shì)降低，增加了葉片的吸水保水能力，以維持細(xì)胞內(nèi)代謝的正常進(jìn)行，這是植物對(duì)逆境脅迫的一種適應(yīng)性調(diào)節(jié)反應(yīng)。

2.2 水分脅迫對(duì)幼齡仁用杏葉片脯氨酸含量的影響

脯氨酸是反映細(xì)胞膜脂過氧化水平的重要指標(biāo)，是植物適應(yīng)干旱環(huán)境的重要調(diào)節(jié)物質(zhì)；水分脅迫對(duì)幼齡仁用杏葉片脯氨酸含量的影響情況見圖2。從圖2可見，在整個(gè)試驗(yàn)期內(nèi)，水分脅迫能誘導(dǎo)幼齡仁用杏葉片大量合成脯氨酸，并且隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，脯氨酸含量逐漸增加。水分脅迫處理1～5 d脯氨酸含量迅速增加，在第五天時(shí)，輕度脅迫、中度脅迫和重度脅迫處理的脯氨酸含量比對(duì)照分別增加了47.27%、157.01%、177.92%；之后脯氨酸含量緩慢增加，到水分脅迫第15天時(shí)，輕度脅迫、中度脅迫和重度脅迫處理比對(duì)照分別增加了54.19%、180.91%、207.03%。在試驗(yàn)設(shè)置的水分脅迫條件下，幼齡仁用杏葉片脯氨酸含量各處理表現(xiàn)為重度干旱脅迫>中度干旱脅迫>輕度干旱脅迫>對(duì)照。由此可見，正常水分條件下，脯氨酸含量很低；但在水分脅迫條件下，隨著脅迫程度的加重其含量成倍增加。

2.3 水分脅迫對(duì)幼齡仁用杏葉片MDA含量的影響

MDA是膜脂過氧化的最終產(chǎn)物，是膜系統(tǒng)受到傷害的重要標(biāo)志之一，其含量多少可以表示膜脂過氧化作用的輕重程度；水分脅迫對(duì)幼齡仁用杏葉片MDA含量的影響情況見圖3。由圖3可知，在整個(gè)試驗(yàn)期內(nèi)，3種脅迫處理的MDA含量均呈上升趨勢(shì)，處理后1～5 d緩慢上升，5 d后上升幅度增大，于第15天升至最高，分別比對(duì)照提高了13.23%、33.72%、48.56%。在試驗(yàn)設(shè)置的水分脅迫條件下，幼齡仁用杏葉片MDA含量的累積程度各處理表現(xiàn)為重度干旱脅迫>中度干旱脅迫>輕度干旱脅迫>對(duì)照。在處理后3～15 d，重度干旱脅迫和中度干旱脅迫葉片的MDA含量明顯高于輕度干旱脅迫和對(duì)照的水平，而輕度干旱脅迫葉片的MDA含量略高于對(duì)照?？梢?，長(zhǎng)時(shí)間水分脅迫使MDA增加，說明細(xì)胞質(zhì)膜受到的傷害程度在加大。

2.4 水分脅迫對(duì)幼齡仁用杏葉片SOD活性的影響

SOD是植物體內(nèi)清除·O2-的關(guān)鍵酶，也受·O2-的調(diào)節(jié)；水分脅迫對(duì)幼齡仁用杏葉片SOD活性的影響情況見圖4。由圖4可見，在水分脅迫初期，3個(gè)脅迫處理的SOD活性均呈上升趨勢(shì)。1～3 d，3個(gè)脅迫處理的SOD活性變化不明顯；處理第五天后，輕度干旱脅迫處理的SOD活性增幅變大；而中度干旱脅迫和重度干旱脅迫處理在第三天后SOD活性增加幅度變大，3個(gè)處理的SOD活性均在脅迫第15天時(shí)達(dá)到最高值。在試驗(yàn)設(shè)置的水分脅迫條件下，幼齡仁用杏葉片的SOD活性高低表現(xiàn)為重度干旱脅迫>中度干旱脅迫>輕度干旱脅迫>對(duì)照。

2.5 水分脅迫對(duì)幼齡仁用杏葉片POD活性的影響

POD是植物體內(nèi)清除H2O2的主要酶類之一，POD能催化H2O2氧化其他底物后產(chǎn)生H2O，從而化解H2O2的毒害作用；水分脅迫對(duì)幼齡仁用杏葉片POD活性的影響情況見圖5。由圖5可見，水分脅迫增加了幼齡仁用杏葉片的POD活性；在輕度干旱脅迫下，POD活性隨脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)呈緩慢上升趨勢(shì)，在第15天達(dá)到高峰，比對(duì)照增加了10.70%；在中度干旱脅迫下，POD活性在脅迫前期呈緩慢上升趨勢(shì)，在第15天達(dá)到高峰，比對(duì)照增加了27.41%；在重度干旱脅迫下，POD活性在脅迫第五天時(shí)迅速升高，在第15天時(shí)達(dá)到高峰，比對(duì)照增加了35.29%。在水分脅迫期間，POD活性高低表現(xiàn)為重度干旱脅迫>中度干旱脅迫>輕度干旱脅迫>對(duì)照?？梢?，水分脅迫增加了POD含量。

3 討論

脯氨酸在植物體內(nèi)起著滲透調(diào)節(jié)作用，干旱會(huì)引起游離脯氨酸的積累，其積累量常被作為植物抗旱性高低的標(biāo)志之一[6]。糖類物質(zhì)是葉片光合作用的主要產(chǎn)物，是植物葉片等器官的主要結(jié)構(gòu)物質(zhì)。試驗(yàn)結(jié)果表明，水分脅迫使幼齡仁用杏葉片脯氨酸和可溶性糖含量增加，且隨著干旱脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)而逐漸遞增，這與杜金偉等[7]在山杏上的研究結(jié)果基本一致；這說明脯氨酸含量對(duì)干旱的響應(yīng)很敏感。仁用杏在嚴(yán)重干旱狀態(tài)下會(huì)產(chǎn)生脫水保護(hù)劑，如可溶性糖等，這對(duì)細(xì)胞能起到保護(hù)作用，使細(xì)胞保持穩(wěn)定的狀態(tài)。丙二醛的積累是反映細(xì)胞膜脂過氧化作用強(qiáng)弱和質(zhì)膜被破壞程度的重要指標(biāo)，也是反映干旱脅迫對(duì)植物造成傷害的重要參數(shù)；當(dāng)細(xì)胞受到干旱脅迫時(shí)，細(xì)胞膜發(fā)生氧化分解，丙二醛就大量積累[8-10]。短時(shí)間的輕度水分脅迫對(duì)丙二醛積累的影響較小，說明在一定范圍內(nèi)幼齡仁用杏葉片對(duì)水分脅迫具有自我調(diào)節(jié)能力；但隨著水分脅迫程度的加劇、脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)，幼齡仁用杏葉片中的過氧化物丙二醛的含量會(huì)升高。與曹慧等[11]的研究結(jié)果相比，3個(gè)脅迫處理丙二醛升高的幅度均小于新紅星蘋果。說明在干旱脅迫下，幼齡仁用杏細(xì)胞膜受傷害程度相對(duì)較輕，植株的抗旱能力較強(qiáng)。SOD、POD是保護(hù)酶系統(tǒng)中的關(guān)鍵保護(hù)酶，可清除植物細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)生的·O2-和H2O2等活性氧物質(zhì)，以達(dá)到一種生理平衡，因此對(duì)活性氧清除的能力是決定細(xì)胞對(duì)脅迫產(chǎn)生抗性的關(guān)鍵因素[12]。在試驗(yàn)中，3個(gè)水分脅迫處理的SOD和POD活性都高于對(duì)照，且隨脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)而增加，這與羅夢(mèng)等[13]在長(zhǎng)柄扁桃葉片保護(hù)酶活性研究中，SOD、POD活性在不同程度水分脅迫下表現(xiàn)出先升后降的趨勢(shì)結(jié)果不一致；其原因可能是試驗(yàn)脅迫時(shí)間未達(dá)到幼齡仁用杏葉片細(xì)胞忍受的活性氧水平閾值所致，在這個(gè)閾值之內(nèi)植株能夠提高保護(hù)酶活性，有效消除氧自由基帶來的傷害；但如果超過這個(gè)閾值，保護(hù)酶活性就會(huì)下降，活性氧的積累超過了其清除能力，植株就會(huì)受到損害[7]。

綜上所述，幼齡仁用杏具有較強(qiáng)的耐旱能力是由于各種滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的積累和保護(hù)酶活性變化的結(jié)果。但是幼齡仁用杏的抗旱機(jī)理還受其他因素的影響，如光合效應(yīng)、氣孔導(dǎo)度等生理指標(biāo)，其中原因還需進(jìn)一步試驗(yàn)和探討。

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