水分脅迫對幼齡仁用杏葉片滲透調節物質及保護酶的影響

蔡倩 孫占祥 鄭家明 白偉 馮良山 楊寧 馮晨 張哲

摘要：為探明風沙半干旱地區仁用杏葉片對水分脅迫的生理響應機制，以二年生仁用杏為試材，采用盆栽方法，設置了正常供水（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個處理，開展了水分脅迫對幼齡仁用杏葉片滲透調節物質含量及保護酶活性影響的研究。結果表明，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，該結果可為仁用杏栽培管理提供理論依據。

關鍵詞：仁用杏；水分脅迫；滲透調節物質；保護酶

中圖分類號：S662.2 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2016）06-1474-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2016.06.028

干旱是遼西地區植物生長發育的主要制約因素；為適應干旱脅迫，不少植物形成了一套生理調節機制和保護酶系統，從而在受到水分虧缺損傷之前，就對水分脅迫作出調節反應，使其自身適應逆境[1]；而植物體所具有的滲透調節功能及保護體系也是植物在進化過程中形成的適應干旱機制，是其忍耐干旱脅迫的重要物質基礎[2]。仁用杏是以杏仁為主要產品的經濟林樹種，其經濟效益高，抗逆性強，在遼西地區具有廣闊的發展前景[3]。目前國內外有關仁用杏抗旱生理方面的研究較少，尤其是水分脅迫對其主要滲透調節物質和保護酶活性方面的研究很少。試驗采用盆栽試驗方法模擬了不同程度的土壤水分脅迫狀況，研究水分脅迫對幼齡仁用杏滲透調節物質積累和保護酶活性的影響，進而了解仁用杏適應干旱的生理機制，為其抗旱機理的研究和栽培管理技術的制定提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料及處理

試驗于2011年和2012年5～10月在遼寧省農業科學院阜新市章古臺試驗站進行，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，盆土為當地風沙土，共16盆。試材生長發育正常，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算。處理前進行一次性充分灌水，直至盆底漏水孔向外滲水，所需水量為土壤飽和狀態的最大持水量。試驗采用完全隨機設計，共設4個處理，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%；每個處理重復4次。分別于處理后1、3、5、10、15 d取仁用杏葉片樣測定有關生理指標。

1.2 生理指標測定

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

1.3 數據處理

試驗結果以測定的平均值表示。采用Microsoft Office Excel 2003軟件對數據進行整理并作圖，利用鄧肯氏新復極差檢驗法（Duncan′s new multiple range test，DMRT）進行差異顯著性檢驗。

2 結果與分析

2.1 水分脅迫對幼齡仁用杏葉片可溶性糖含量的影響

糖類物質是葉片光合作用的主要產物，是植物葉片等組織、器官的主要結構物質；水分脅迫對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，隨著水分脅迫時間的延長，仁用杏葉片的可溶性糖含量呈逐漸上升趨勢，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明顯的上升階段，說明葉片中可溶性糖含量對于干旱脅迫的反應是敏感的，且隨著脅迫程度加重，可溶性糖積累越來越多。在試驗設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為重度干旱脅迫>中度干旱脅迫>輕度干旱脅迫>對照。由此可見，水分脅迫使幼齡仁用杏葉片內可溶性糖含量升高，細胞滲透勢降低，增加了葉片的吸水保水能力，以維持細胞內代謝的正常進行，這是植物對逆境脅迫的一種適應性調節反應。

2.2 水分脅迫對幼齡仁用杏葉片脯氨酸含量的影響

脯氨酸是反映細胞膜脂過氧化水平的重要指標，是植物適應干旱環境的重要調節物質；水分脅迫對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，在整個試驗期內，水分脅迫能誘導幼齡仁用杏葉片大量合成脯氨酸，并且隨著時間的延長，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，輕度脅迫、中度脅迫和重度脅迫處理的脯氨酸含量比對照分別增加了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，輕度脅迫、中度脅迫和重度脅迫處理比對照分別增加了54.19%、180.91%、207.03%。在試驗設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為重度干旱脅迫>中度干旱脅迫>輕度干旱脅迫>對照。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 水分脅迫對幼齡仁用杏葉片MDA含量的影響

MDA是膜脂過氧化的最終產物，是膜系統受到傷害的重要標志之一，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，在整個試驗期內，3種脅迫處理的MDA含量均呈上升趨勢，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，分別比對照提高了13.23%、33.72%、48.56%。在試驗設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為重度干旱脅迫>中度干旱脅迫>輕度干旱脅迫>對照。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照的水平，而輕度干旱脅迫葉片的MDA含量略高于對照?？梢?，長時間水分脅迫使MDA增加，說明細胞質膜受到的傷害程度在加大。

2.4 水分脅迫對幼齡仁用杏葉片SOD活性的影響

SOD是植物體內清除·O2-的關鍵酶，也受·O2-的調節；水分脅迫對幼齡仁用杏葉片SOD活性的影響情況見圖4。由圖4可見，在水分脅迫初期，3個脅迫處理的SOD活性均呈上升趨勢。1～3 d，3個脅迫處理的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個處理的SOD活性均在脅迫第15天時達到最高值。在試驗設置的水分脅迫條件下，幼齡仁用杏葉片的SOD活性高低表現為重度干旱脅迫>中度干旱脅迫>輕度干旱脅迫>對照。

2.5 水分脅迫對幼齡仁用杏葉片POD活性的影響

POD是植物體內清除H2O2的主要酶類之一，POD能催化H2O2氧化其他底物后產生H2O，從而化解H2O2的毒害作用；水分脅迫對幼齡仁用杏葉片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活性隨脅迫時間的延長呈緩慢上升趨勢，在第15天達到高峰，比對照增加了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，在第15天達到高峰，比對照增加了27.41%；在重度干旱脅迫下，POD活性在脅迫第五天時迅速升高，在第15天時達到高峰，比對照增加了35.29%。在水分脅迫期間，POD活性高低表現為重度干旱脅迫>中度干旱脅迫>輕度干旱脅迫>對照?？梢?，水分脅迫增加了POD含量。

3 討論

脯氨酸在植物體內起著滲透調節作用，干旱會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志之一[6]。糖類物質是葉片光合作用的主要產物，是植物葉片等器官的主要結構物質。試驗結果表明，水分脅迫使幼齡仁用杏葉片脯氨酸和可溶性糖含量增加，且隨著干旱脅迫時間的延長而逐漸遞增，這與杜金偉等[7]在山杏上的研究結果基本一致；這說明脯氨酸含量對干旱的響應很敏感。仁用杏在嚴重干旱狀態下會產生脫水保護劑，如可溶性糖等，這對細胞能起到保護作用，使細胞保持穩定的狀態。丙二醛的積累是反映細胞膜脂過氧化作用強弱和質膜被破壞程度的重要指標，也是反映干旱脅迫對植物造成傷害的重要參數；當細胞受到干旱脅迫時，細胞膜發生氧化分解，丙二醛就大量積累[8-10]。短時間的輕度水分脅迫對丙二醛積累的影響較小，說明在一定范圍內幼齡仁用杏葉片對水分脅迫具有自我調節能力；但隨著水分脅迫程度的加劇、脅迫時間的延長，幼齡仁用杏葉片中的過氧化物丙二醛的含量會升高。與曹慧等[11]的研究結果相比，3個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，幼齡仁用杏細胞膜受傷害程度相對較輕，植株的抗旱能力較強。SOD、POD是保護酶系統中的關鍵保護酶，可清除植物細胞內產生的·O2-和H2O2等活性氧物質，以達到一種生理平衡，因此對活性氧清除的能力是決定細胞對脅迫產生抗性的關鍵因素[12]。在試驗中，3個水分脅迫處理的SOD和POD活性都高于對照，且隨脅迫時間的延長而增加，這與羅夢等[13]在長柄扁桃葉片保護酶活性研究中，SOD、POD活性在不同程度水分脅迫下表現出先升后降的趨勢結果不一致；其原因可能是試驗脅迫時間未達到幼齡仁用杏葉片細胞忍受的活性氧水平閾值所致，在這個閾值之內植株能夠提高保護酶活性，有效消除氧自由基帶來的傷害；但如果超過這個閾值，保護酶活性就會下降，活性氧的積累超過了其清除能力，植株就會受到損害[7]。

綜上所述，幼齡仁用杏具有較強的耐旱能力是由于各種滲透調節物質的積累和保護酶活性變化的結果。但是幼齡仁用杏的抗旱機理還受其他因素的影響，如光合效應、氣孔導度等生理指標，其中原因還需進一步試驗和探討。

參考文獻：

[1] 程炳浩.植物生理與農業研究[M].北京：中國農業出版社，1995.332-337.

[2] 劉建新，趙國林.干旱脅迫下駱駝蓬抗氧化酶活性與滲透調節物質的變化[J].干旱地區農業研究，2005，23（5）：127-131.

[3] 楊建民，李艷華，楊敏生，等.幾個仁用杏品種抗寒性比較研究[J].中國農業科學，1999，32（1）：46-50.

[4] 鄒 琦.植物生理生化實驗指導[M].北京：中國農業出版社，1995.

[5] 李合生.植物生理生化試驗原理和技術[M].北京：高等教育出版社，2000.258-260.

[6] 劉旻霞，馬建祖.6種植物在逆境脅迫下脯氨酸的累積特點研究[J].草業科學，2010，27（4）：134-138.

[7] 杜金偉，崔世茂，金麗萍，等.水分脅迫對山杏滲透調節物質積累及保護酶活性的影響[J].內蒙古農業大學學報，2009，30（2）：88-93.

[8] 嚴美玲，李向東，林英杰，等.苗期干旱脅迫對不同抗旱花生品種生理特性、產量和品質的影響[J].作物學報，2007，33（1）：113-119.

[9] 崔京日，黃世臣.水分脅迫及接種VAM對山杏葉片SOD活性和MDA含量變化的影響[J].延邊大學農學學報，2009，31（2）：64-68.

[10] 楊順強，任廣鑫，楊改河，等.8種美國引進禾本科牧草保護酶活性與抗旱性研究[J].干旱地區農業研究，2009，27（6）：144-148.

[11] 曹 慧，蘭彥平，高 峰，等.水分脅迫對短枝型蘋果葉片活性氧清除酶類活性的影響[J].山西農業科學，2000，28（4）：48-51.

[12] 童德龍，徐雅麗，焦培培.土壤水分脅迫對胡楊、灰葉胡楊滲透調節物質和保護酶活性的影響[J].江蘇農業科學，2013，41（1）：169-173.

[13] 羅 夢，郭春會.水分脅迫對長柄扁桃葉片含水量及保護酶活性的影響[J].干旱地區農業研究，2006，24（6）：103-106.