張愛慧， 崔群香， 楊夢嫻， 朱士農(nóng)

(金陵科技學(xué)院園藝園林學(xué)院，江蘇南京 210038)

隨著全球氣候的變化，局部干旱已經(jīng)成為影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的最大威脅之一。我國約有50%的耕地處于干旱或半干旱地區(qū)，干旱脅迫不僅影響植物的生長發(fā)育，而且對作物產(chǎn)量和品質(zhì)都構(gòu)成了嚴(yán)重威脅。蔬菜作物是喜水肥的經(jīng)濟作物，提高蔬菜作物的耐旱性或降低其對干旱脅迫的敏感性是增加蔬菜作物產(chǎn)量的有效途徑。已有研究發(fā)現(xiàn)，一定時間或強度的干旱脅迫能夠嚴(yán)重抑制植物地上部及根系的正常生長，影響植物的光合作用，使植物葉片萎蔫、黃化甚至導(dǎo)致植物葉片中的葉綠素發(fā)生降解，光合能力迅速減弱，進而造成植物的干物質(zhì)積累量下降。干旱脅迫還導(dǎo)致植物細胞內(nèi)活性氧積累，加劇細胞的膜脂過氧化程度，導(dǎo)致植物的抗旱能力減弱。

為了更好地研究干旱對作物的影響，研究者常以聚乙二醇-6000(PEG-6000)作為模擬干旱的理想水勢調(diào)節(jié)劑來研究植物的抗旱性能和機制。近年來，研究者采用PEG-6000模擬干旱脅迫，對不同作物的耐旱性能進行了大量研究，其中尤以幼苗期的抗旱性研究較多，但PEG-6000對植物生長發(fā)育的影響是一個復(fù)雜的問題，需要進一步研究干旱脅迫模式下植物的耐旱反應(yīng)及其生理機制。

茄子(L.)屬于茄科茄屬植物，是我國南北方栽培面積較大的蔬菜之一。茄子生長旺盛、葉面積較大，在茄子生長期間需水量較多，一般認(rèn)為土壤田間持水量達80%比較適宜其生長，茄子生長期間的耐旱力弱，在干旱條件下植株發(fā)育不良，會妨礙花的發(fā)育，已形成短柱花，使得果實發(fā)育受阻，果形小且無光澤，因此在茄子生長期間缺水會嚴(yán)重影響茄子的生長并造成產(chǎn)量降低。本研究以蘇琦1號茄子為材料，研究聚乙二醇-6000模擬干旱脅迫下茄子幼苗的抗旱性及其相關(guān)酶活性的變化，以期為茄子抗旱栽培及抗旱性鑒定提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

分析純PEG-6000，購自國藥集團化學(xué)試劑有限公司。蘇崎1號茄子種子，購自江蘇省江蔬種苗科技有限公司。

1.2 試驗方法

本試驗于2020年3月至2021年1月在金陵科技學(xué)院園藝實驗站玻璃溫室、實驗室內(nèi)進行。選取整齊一致、飽滿的茄子種子，用50 ℃溫水浸種 15 min，之后用100 mg/L GA浸種6 h，置于光—暗周期為16 h(30 ℃)—8 h(20 ℃)的光照培養(yǎng)箱中催芽，待70%種子露白后播種，育苗基質(zhì)為泥炭—珍珠巖—蛭石混合物(體積比為2 ∶1 ∶1)，按常規(guī)管理。待幼苗長至3～4張真葉時，用自來水將幼苗根系的基質(zhì)洗凈，再將幼苗移栽到盛有營養(yǎng)液的20孔水培箱中，接通增氧泵，按常規(guī)管理。待茄子幼苗長到3～4張真葉時，定植于水培槽中，幼苗緩苗后進行如下3種處理：處理1，5% PEG-6000；處理2，10% PEG-6000；處理3，15% PEG-6000。以純營養(yǎng)液栽培作為對照(CK)，共設(shè)3次重復(fù)。分別于PEG-6000干旱脅迫0、3、6 d時取生長點下第2～3張功能葉，測定相關(guān)指標(biāo)。

1.2 相關(guān)指標(biāo)的測定方法

1.2.1 茄子根、莖干、鮮質(zhì)量的測定 將洗凈的茄子幼苗根、莖、葉表面的水分吸干，分別稱其質(zhì)量，即得鮮質(zhì)量(FW)；將稱質(zhì)量的樣品裝入已知質(zhì)量的紙袋中，放入鼓風(fēng)干燥箱中于105 ℃殺青20 min，然后于75 ℃烘至恒質(zhì)量后稱質(zhì)量，即得干質(zhì)量(DW)。

1.2.2 葉綠素含量的測定 分別取不同處理茄子幼苗的最大功能葉，用蒸餾水清凈、吸干表面水分后，剪去葉脈、葉緣，將葉片剪碎，稱取0.1 g新鮮樣品放入10 mL離心管中，加入8 mL 95%乙醇提取液，蓋好蓋子，將離心管避光保存，浸提24 h后取出，分別在波長663、645、470 nm處測定吸光度，并計算不同處理茄子葉片葉綠素含量。

1.2.3 凈光合速率()的測定 處理第3天用便攜式葉綠素?zé)晒鈨x(Li-6400型，美國Li-Cor公司生產(chǎn))于10：00測定茄子葉片的凈光合速率。

1.2.4 茄子幼苗過氧化氫酶(CAT)、超氧化物歧化酶(SOD)、過氧化物酶(POD)活性的測定 將從金陵科技學(xué)院園藝實驗站取回的新鮮樣品放在冰袋上剪碎，并稱取0.2 g放入預(yù)冷的研缽中，加入2 mL配制好的磷酸緩沖液(0.01 mol/L，pH值=7.8)，在冰浴上充分研磨成勻漿，轉(zhuǎn)入10 mL離心管中，于12 000 r/min、4 ℃低溫離心20 min，小心吸取上清液，于4 ℃保存?zhèn)溆谩⒄胀鯇W(xué)奎的方法進行SOD、POD及CAT活性的測定。

1.2.5 茄子幼苗抗壞血酸過氧化物酶(APX)活性的測定 采用南京建成生物工程研究所提供的APX試劑盒測定。

1.3 數(shù)據(jù)分析

本試驗中的數(shù)據(jù)整理用Excel完成，并用SPSS 24.0對數(shù)據(jù)進行新復(fù)極差分析和多重比較分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 PEG-6000脅迫對茄子幼苗干、鮮質(zhì)量的影響

如表1所示，隨著PEG-6000處理濃度的提高，茄子幼苗地下部分干質(zhì)量、地下部分鮮質(zhì)量、地上部分干質(zhì)量、地上部分鮮質(zhì)量均呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢。PEG-6000脅迫3 d時，地下部分干質(zhì)量、鮮質(zhì)量在5% PEG-6000濃度處理下均達到最大值。在10%、15% PEG-6000處理下，茄子幼苗地下部分干質(zhì)量、鮮質(zhì)量下降，其中15% PEG-6000 處理的茄子地下部分干質(zhì)量、鮮質(zhì)量顯著低于對照，分別降低了35.7%、35.0%。地上部分鮮質(zhì)量在15% PEG-6000濃度處理下較對照降低了37.6%。脅迫6 d時，地下部分干質(zhì)量、鮮質(zhì)量在10%、15% PEG-6000處理下均有所降低，其中15% PEG-6000處理的地下部分干質(zhì)量、鮮質(zhì)量顯著低于CK，與CK相比分別降低了43.8%、43.9%。在10%、15% PEG-6000處理下，地上部干質(zhì)量顯著下降，與CK相比分別降低了32.4%、37.7%。地下部分干鮮質(zhì)量比、地上部分干鮮質(zhì)量比均在5% PEG-6000處理下達最大最大值，分別為16.67%、15.12%。由此可見，低濃度PEG-6000處理對茄子幼苗生長的影響較小，隨著PEG-6000處理濃度的提高，對茄子幼苗生長產(chǎn)生了明顯的抑制作用。

表1 PEG-6000對茄子幼苗干、鮮質(zhì)量的影響

2.2 PEG-6000脅迫對茄子幼苗葉綠素含量的影響

葉綠素是光合作用的主要色素之一，其含量的高低對植物光合能力的影響較大。由圖1可知，與對照相比，不同濃度PEG-6000處理顯著降低了茄子幼苗葉綠素含量，隨著PEG-6000脅迫濃度的增加、脅迫時間的延長，茄子幼苗中的葉綠素含量逐漸降低。PEG-6000處理3 d時，各處理葉綠素含量均顯著低于CK，與CK相比分別降低了19.2%、24.5%、26.0%。PEG-6000處理6 d時，隨著 PEG-6000 濃度的提高，葉綠素含量的降低幅度增加，與CK相比分別降低了48.2%、48.5%、66.2%，各處理與CK間的差異均達到顯著水平。

2.3 PEG-6000脅迫對茄子幼苗凈光合速率的影響

在用PEG-6000處理3 d時，測定茄子幼苗的光合參數(shù)，結(jié)果見表2。由表2可以看出，隨著PEG-6000處理濃度的增加，茄子幼苗的凈光合速率呈先升高后降低的趨勢，其中5%、10% PEG-6000處理的茄子幼苗凈光合速率較CK提高，分別為11.80、10.03 μmol/(m·s)，但二者與CK間沒有顯著差異。在15% PEG-6000處理下，茄子幼苗的凈光合速率下降為 7.04 μmol/(m·s)，顯著低于CK和其他處理，與CK相比降低了29.2%。在5%、10% PEG-6000處理下，茄子幼苗蒸騰速率與對照相比差異不顯著，當(dāng)PEG-6000濃度達到15%時，葉片蒸騰速率較CK顯著下降，僅為0.54 mmol/(m·s)，且顯著低于其他處理。隨著PEG-6000處理濃度的提高，茄子幼苗氣孔導(dǎo)度先升高后降低。

表2 不同濃度PEG-6000脅迫對茄子幼苗光合參數(shù)的影響

2.4 PEG-6000脅迫對茄子幼苗CAT活性的影響

CAT是活性氧清除系統(tǒng)中的重要反應(yīng)酶之一，在逆境條件下有明顯變化，一定程度上可以反映植物體受到逆境脅迫后自身應(yīng)對外界傷害能力大小的一種調(diào)節(jié)機制。由圖2可知，在PEG-6000脅迫下，茄子幼苗的CAT活性均有所提高，隨著處理時間和脅迫程度的增加，CAT活性呈現(xiàn)逐漸上升的變化趨勢。處理3 d時，各PEG-6000處理的CAT活性均高于CK，其中15% PEG-6000處理的CAT 活性最大，為4.38 U/(g·min)，與CK間的差異達到顯著水平(<0.05)，與對照相比提高了58.12%。處理6 d時，各PEG-6000處理的CAT活性均顯著高于CK，其中15% PEG-6000處理的CAT 活性達到最大值，為5.31 U/(g·min)，與CK間差異顯著。5%、10%、15% PEG-6000處理的CAT 活性分別比CK提高了30.63%、41.04%、61.74%，5%、10% PEG-6000處理間CAT活性差異不顯著。

2.5 PEG-6000脅迫對茄子幼苗SOD活性的影響

SOD活性反映了機體清除自由基的能力，活性的高低可反映植物對逆境的抵御能力。由圖3可知，干旱脅迫顯著增加了茄子幼苗的SOD活性，隨著處理時間和脅迫程度的增加，幼苗SOD活性呈現(xiàn)逐漸上升的變化趨勢。用PEG-6000處理3 d時，5% PEG-6000處理的SOD活性最低，為 143.49 U/(g·min)；在10%、15% PEG-6000處理下，SOD活性上升，與對照相比差異均顯著，其中15% PEG-6000處理的SOD活性最高，為 198.86 U/(g·min) 與對照相比提高了22.3%。用PEG-6000處理6 d時，與CK相比，各 PEG-6000 處理的SOD活性均顯著提高；在15% PEG-6000處理下，SOD活性達到最高值，為197.00 U/(g·min)；5%、10%、15% PEG-6000處理的SOD活性分別比CK提高了10.26%、14.31%、16.82%。

2.6 PEG-6000脅迫對茄子幼苗POD活性的影響

如圖4所示，干旱脅迫顯著提高了茄子幼苗的POD活性，隨著PEG-6000處理時間和脅迫程度的增加，POD活性呈現(xiàn)逐漸上升的變化趨勢。PEG-6000 處理3 d時，10%、15% PEG-6000處理的POD活性顯著高于CK，其中15% PEG-6000處理的POD活性最大，為6.59 U/(g·min)，10%、15% PEG-6000處理的POD活性與CK相比分別提高了76.41%、83.07%，5% PEG-6000處理的POD活性與CK間沒有顯著差異。處理6 d時，隨著PEG-6000濃度升高，各處理的POD活性與CK相比有較大幅度提高，其中15% PEG-6000 處理的POD活性達到最大值，為 10.17 U/(g·min)；各PEG-6000處理的POD活性均顯著高于CK(<0.05)，分別提高了0.70、1.09、1.57倍；不同處理的POD活性表現(xiàn)為15% PEG-6000>10% PEG-6000>5% PEG-6000>CK，各PEG-6000處理與CK間的差異均顯著。

2.7 PEG-6000脅迫對茄子幼苗APX活性的影響

由圖5可知，各處理茄子幼苗的APX活性與CK間的差異均顯著(<0.05)，5%、10%、15% PEG-6000處理的APX活性分別比CK提高了32.96%、49.16%、26.25%。PEG-6000處理3 d時，隨著PEG-6000處理濃度的增加，茄子幼苗中APX活性逐漸上升，并且各PEG-6000處理的APX活性均顯著高于CK，其中15% PEG-6000處理的APX活性最大，為2.09 U/(g·min)；5%、10%、15% PEG-6000處理分別比CK提高了18.14%、24.24%、41.50%。PEG-6000處理6 d時，10% PEG-6000處理的APX活性最高，為 2.67 U/(g·min)；而15% PEG-6000處理的APX活性低于10% PEG-6000處理，表明長時間高濃度的脅迫劑處理可能對植物造成了生理上的傷害。

3 結(jié)論與討論

在干旱脅迫下，植物為了保證自身正常生長，通過長期進化形成了特有的抗旱模式，如通過減小葉面積來減弱蒸騰作用，進而減少水分散失或使根系更加發(fā)達、根系量增加、葉表面蠟質(zhì)層增厚等。干旱脅迫還會引起植物根系從土壤中吸收水分、養(yǎng)分受到抑制，導(dǎo)致植物根系中的養(yǎng)分、根系活力下降，進而影響植物地上部進行光合作用等生理進程，使得植物地上部的碳水化合物積累量和有機物含量降低。通常在干旱脅迫初期植物葉片生長所受影響較大，植物葉片常出現(xiàn)萎蔫現(xiàn)象。隨著干旱脅迫的進一步增強或脅迫時間的延長，植物中的相對含水量會呈現(xiàn)下降的趨勢。干旱作為一種環(huán)境脅迫因素，會促進植物內(nèi)部物質(zhì)代謝加快，在短期內(nèi)提高物質(zhì)的積累量。本研究結(jié)果表明，隨著干旱脅迫程度的增加，茄子幼苗的葉綠素含量呈降低趨勢，而干質(zhì)量、鮮質(zhì)量和凈光合速率呈現(xiàn)先升高后降低的變化趨勢，在5% PEG-6000處理下達到最大值，說明適度脅迫有利于茄子幼苗生長，而當(dāng)脅迫程度超過植物體本身能承受的范圍后，植物幼苗生長量便會下降。

有研究認(rèn)為，滲透調(diào)節(jié)是植物體內(nèi)主要的調(diào)節(jié)途徑，植物體內(nèi)膨壓的降低會引起滲透保護液的積累，以此保持植物體內(nèi)的水分。當(dāng)植物體內(nèi)水分虧缺時，脯氨酸、可溶性蛋白等滲透物的積累量增加，相關(guān)生理變化有利于植物對逆境脅迫的適應(yīng)性。滲透調(diào)節(jié)過程中常見脯氨酸含量變化，脯氨酸是一種蛋白質(zhì)原五碳α-氨基酸，研究者早已發(fā)現(xiàn)其在植物中是一種滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)。干旱脅迫后，植物葉片中的脯氨酸含量明顯升高。脯氨酸的調(diào)節(jié)作用有利于維持細胞滲透調(diào)節(jié)，增強細胞保水能力，從而滿足正常生長所需水分和促進根部吸水，因此脯氨酸含量變化常常作為植物耐旱能力篩選指標(biāo)中的生化標(biāo)記物之一。

本研究發(fā)現(xiàn)，茄子幼苗在遭受干旱脅迫時會生成活性氧自由基，活性氧陰離子的產(chǎn)生可能參與細胞膜脂過氧化作用。研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)細胞受到逆境脅迫時，抗氧化酶活性降低，導(dǎo)致細胞中自由基不斷積累，進而加速了膜脂過氧化反應(yīng)，最終破壞膜系統(tǒng)，進而對植物體造成傷害，最終可能導(dǎo)致細胞死亡。因此，為抵抗逆境造成的傷害，植物體內(nèi)的抗氧化保護酶系統(tǒng)SOD、POD、CAT和APX會參與調(diào)節(jié)反應(yīng)，尤其在脅迫初期酶活性變化明顯，隨著脅迫程度的加劇，保護酶系統(tǒng)清除活性氧的能力受到抑制。本研究結(jié)果表明，干旱脅迫顯著增加了茄子幼苗中的CAT、SOD、POD活性，隨著處理時間和脅迫程度的增加，呈現(xiàn)逐漸上升的趨勢，各處理與對照間的差異均顯著，表明活性氧清除系統(tǒng)在植物耐旱反應(yīng)中具有重要作用，有關(guān)干旱脅迫下植物活性氧清除機制仍需要深入研究。