不同桑品種在干旱脅迫下葉綠素、水分飽和虧及丙二醛的變化規律研究

任迎虹，尹福強，劉松青，祁偉亮

(1.成都師范學院化學生命科學學院,四川 成都 610013；2.西昌學院農業科學學院,四川 西昌 615000)

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不同桑品種在干旱脅迫下葉綠素、水分飽和虧及丙二醛的變化規律研究

任迎虹1，尹福強2，劉松青1，祁偉亮1

(1.成都師范學院化學生命科學學院,四川 成都 610013；2.西昌學院農業科學學院,四川 西昌 615000)

以6個四川桑樹品種為對象, 研究在干旱脅迫下不同桑樹品種葉綠素含量、水分飽和虧及丙二醛的含量變化。結果表明：在干旱脅迫下，各桑樹品種間葉綠素含量、水分飽和虧及丙二醛的含量變化葉呈負相關，差異極顯著。在輕度干旱脅迫時，葉綠素含量都呈現上升趨勢且達到最大值，而水分飽和虧及丙二醛的含量變化不明顯。在中度干旱脅迫時，葉綠素含量變化呈下降趨勢，水分飽和虧及丙二醛的含量變化呈上升趨勢，變化幅度均較為緩慢，而在重度干旱脅迫下變化幅度均較大，這表明隨著干旱脅迫加劇桑樹生理功能遭到不同程度破壞,在葉片形態上也出現差異。

葉綠素；水分飽和虧；丙二醛

近年來，桑樹(MorusalbaL.)具有對惡劣自然環境的超強適應性和突出的保持水土、涵養水源、綠化美化環境等生態功能,以及果用、藥用、飼料等高經濟價值而受到廣泛的關注[1]。中國是世界最大的繭絲生產國，蠶桑產業是四川傳統特色產業，是四川省重點發展的“十大”農業產業之一。而干旱是我國主要的自然災害,其發生頻率高、持續時間長、波及范圍廣。西南地區歷來就是我國旱災的主要頻發區之一[2]，近幾年干旱脅迫的加劇也在一定程度上，嚴重影響桑葉的產量和品質[3-4]。為此研究不同桑樹品種在干旱脅迫條件下的生長、利用品種之間抗旱能力的差異，培育抗旱、高產新品種便成為桑蠶研究中的重要方向[5]。任迎虹等選擇攀西地區不同桑品種進行干旱脅迫處理，對不同品種桑樹生理及桑葉品質影響進行了相關研究[6]。而干旱脅迫下對不同桑樹品種水分飽和虧、葉綠素含量及丙二醛的相關分析報道不多，此項試驗通過對3個指標進行動態研究分析,為研究桑樹抗旱生理生化機制及為四川西南地區退耕還桑篩選抗旱品種提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試材料品種1充桑，品種2荷葉白1號，品種3九龍拐，品種4油桑，品種5湖桑32號，品種6云桑1號。采集于四川省西昌市蠶種場品保園。材料在2015年4月份進行種子發芽后進行盆栽，自然條件下生長。土壤混合比例(土壤∶營養土為1∶1)。在7月份苗木高度在40 cm左右時，選擇長勢相對一致的苗木,對供試桑樹品種進行連續的人工干旱處理。

1.2 干旱脅迫

試驗苗木在處理前連續澆水3d，然后讓其自然干旱。正常處理時土壤含水量控制在85 %～100 %、輕度處理時土壤含水量的變化控制在65 %～75 %、中度處理時土壤含水量的變化控制在65 %～50%、重度處理時土壤含水量的變化控制在35 %～40 %，各項指標6 d 測1次，試樣均取上部同葉位葉片，3次重復。

1.3 指標測定方法

MDA含量測定:采用硫代巴比妥酸法[7]；葉綠素含的測定：采用分光光度法測定葉綠素含量[8]；水分飽和虧的的測定:在同一葉位取各重復樣株的葉稱鮮重(Wf)[9],浸入水中12 h后稱飽和重(Wt),然后烘干稱干重(Wd),計算WSD=(Wt-Wf) (Wt-Wd)×100。

1.4 試驗數據分析

試驗數據均為3次重復的平均值,采用EXCEL和SPSS軟件進行統計分析。

2 結果與分析

2.1 水分飽和虧的變化

水分飽和虧缺(water saturation deficit)是植物組織的實際含水量距離其飽和含水量的差值的百分數表示的數值,WST愈大說明水分虧缺愈嚴重,該指標能較好地比較植物保水能力的強弱[10]。隨著干旱脅迫的加重，水分飽和虧的變化趨勢均呈升高的趨勢(圖1)。在各脅迫處理水平下,6個桑樹品種的水分含量變化存在顯著差異，各桑樹品種的水分飽和虧從大到小順序如下：荷葉白1號>云桑1號>充桑>九龍拐>油桑>湖桑32。在整個處理過程中，湖桑32號的水分飽和虧變化比較平緩，油桑、九龍拐、充桑次之，而荷葉白1號和云桑1號在中度處理后，水分飽和虧的變化趨勢陡增。這表明受到脅迫后抗旱性強的品種湖桑32保水能力好，云桑1號、充桑、九龍拐、油桑的保水能力居中，而荷葉白1號的抗旱性最差。

A、B、C、D分別表示正常處理、輕度脅迫、中度脅迫、重度脅迫A,B,C,D are representative to normal stress, mild stress and moderate stress and severe stress, respectively圖1 干旱脅迫下桑樹水分飽和虧的含量變化Fig.1 The variation of WSD content of mulberry under water stress

A、B、C、D分別表示正常處理、輕度脅迫、中度脅迫、重度脅迫A,B,C,D are representative to normal stress, mild stress and moderate stress and severe stress, respectively圖2 干旱脅迫下桑樹MDA的含量變化Fig.2 The variation of MDA content of mulberry under water stress

2.2 水分脅迫對不同桑樹品種丙二醛(MDA)的影響

在干旱條件下，水分虧缺時導致活性氧自由基產生過多,抗氧化防御系統作用減弱,體內自由基不能被完全清除而累積 ,往往發生膜脂過氧化作用，MDA是膜脂過氧化的最終分解產物，其含量的高低可以反映植物膜傷害的程度[11]。本試驗結果表明，隨著干旱脅迫的進行，MDA的含量均呈現出升高的趨勢。圖2分析得出：在各脅迫水平下,6個桑樹品種的丙二醛MDA的含量變化存在顯著差異，各品種的丙二醛含量的變化幅度從大到小順序如下：充桑>荷葉白一號>油桑>云桑1號>湖桑32>九龍拐。在中度處理之前各品種MDA的含量的變化增加趨勢比較緩慢，說明各桑樹品種在一定的干旱范圍內具有較好的適應能力；在中度處理之后MDA的含量均呈現增加的趨勢，說明隨著干旱脅迫的加深，細胞膜的破壞性受到不同程度的影響，從而導致MDA的含量積累也不同。九龍拐和湖桑32的變化趨勢較緩慢，說明其干旱適應能力比較強，油桑、云桑1號的變化趨勢次之，荷葉白1號和充桑的膜脂氧化程度比較大，說明其耐旱性較差。

2.3 水分脅迫對不同桑樹品種葉綠素含量的影響

水分脅迫使葉綠素的片層結構遭到破壞，使葉綠素的生物合成過程減弱[12-13]，并且導致已經合成的葉綠素分解加快，葉綠素含量下降，一般認為，葉綠素含量的變化幅度可以作為品種對水分脅迫敏感性強弱的指標，變幅較大的抗旱性差[14]。隨著干旱脅迫的增加，葉綠素在桑樹葉片當中的含量均呈現出升高再下降的趨勢。在各脅迫水平下,6個桑樹品種的葉綠素含量變化存在顯著差異。圖3分析得出：6個品種的葉綠素含量變化從大到小的順序為充桑>荷葉白1號>云桑1號>油桑>湖桑32>九龍拐。在輕度處理時個品種的葉綠素含量達到最高值，這表明此時土壤含水量有利于葉片葉綠素的積累。輕度處理之后葉綠素含量呈下降趨勢，九龍拐和湖桑32的下降趨勢較為緩慢，表明耐旱性強葉片結構遭到破壞程度低，云桑1號和油桑的下降趨勢次之，而充桑和荷葉白1號的較快，表明對水分脅迫的敏感性強耐旱性弱。

3 討 論

3.1 干旱脅迫下各桑樹品種的葉綠素含量變化

葉綠素含量是反映光合強度的重要生理指標。植物體葉綠素含量的變化不僅能反映植物在逆境脅迫下同化物質的能力,而且可以指示出植物對水分脅迫的敏感性[15-16]。研究表明水分脅迫使桑樹樹葉綠素含量下降，抗旱性弱的品種受的影響大，葉綠素含量減少的快[17],嚴重時會出現葉片黃化。在干旱脅迫下,桑樹葉片的葉綠素總量都呈現不同程度的下降,甚至干枯的情況。通過葉綠素變化趨勢的比較，抗旱性弱的品種葉片出現黃化九龍拐和湖桑32的下降的趨勢比較緩慢，說明對干旱脅迫的敏感性大,適應干旱的能力強。而荷葉白1號和充桑下降的趨勢較大，說明荷葉白1號和充桑對干旱脅迫的敏感性大。荷葉白1號在重度干旱下葉片出現黃化甚至出現大面積干枯，充桑頂部新葉出現黃化，可以推測抗旱性弱的品種光合器官的生理功能遭到破壞,可能因為自由基積累超過了抗氧化劑的清除能力,使細胞受到損傷。

A、B、C、D分別表示正常處理、輕度脅迫、中度脅迫、重度脅迫A,B,C,D are representative to normal stress, mild stress and moderate stress and severe stress, respectively圖3 干旱脅迫下桑樹葉綠素的含量變化Fig.3 The variation of chlorophyll content of mulberry under water stress

陸新華等認為,抗旱性強的植物,即使在水分脅迫下,也能保持較高的葉綠素含量,從而保持較高的生長速率。王益奎等在烤煙的干旱處理研究中發現，土壤相對含水量在65 %～85 %時，有利葉綠素含量增加[18]。在本次實驗中，在干旱脅迫輕度處理時，6個桑樹品種的葉綠素含量都出現一定的上升趨勢且葉綠素含量達到最大值。這表明在土壤相對含水量在65 %～85 %時，有利于桑樹葉片葉綠素的積累，可以推測控制桑樹的施水量有利于葉綠素的積累，以增強葉片的光和能力。

3.2 葉綠素含量變化與水分飽和虧和MDA的關系

葉綠素含量越高,其水分飽和虧越小,葉綠素含量與其保水能力有極大關系。Kupper等在研究發現，葉綠素含量與水分飽和虧呈極顯著負相關[19]。在本次實驗中，干旱脅迫的加重，抗旱性強的品種九龍拐、湖桑32水分飽和虧變化較小而葉綠素的含量高，相反抗旱性弱的品種荷葉白1號、充桑葉綠素含量較小其水分飽和虧越大。水分飽和虧缺越大，說明植物達到飽和時所需水分越高，維持水分平衡的能力越差。

在干旱脅迫下,由于土壤失水，植物葉片的葉綠素含量和水分飽和虧缺都發生了一定的變化，抗旱性弱的品種細胞內活性氧自由基代謝失調,會導致植物體內MDA積累增多[20]。 在本次試驗中,隨著干旱脅迫的增加，抗旱性弱的品種充桑，云桑1號的MDA含量一直呈快速增加的趨勢、葉綠素的的分解加快，這說明活性氧自由基的積累對膜的破壞程度較大從而導致葉綠素的片層結構遭到破壞，使葉綠素的生物合成過程減弱；而抗旱性較好的九龍拐、湖桑32則相對緩慢，說明對干旱的適應能力強。

3.3 桑樹品種選育

桑樹育種主要采取選種、雜交育種、誘導育種和多倍體育種等方法，主要目標是選育高產葉量、高營養價值、適口性好、且具有抗逆性的品種。在本研究中我們通過桑樹品種間抗生理生化機制研究，為四川西南地區退耕還桑篩選抗旱品種。試驗結果表明，隨著干旱脅迫的加劇，湖桑32和九龍的拐抗旱性較好。湖桑32高產葉量、適口性好，因此可以在四川的干旱地區及二半山坡區域進行大面積推廣。而九龍拐的產葉量低，但對干旱的適應能力較好，因此九龍拐可以作為抗旱的種質資源對現有的桑樹品種進行改良。

[1]秦 儉, 何寧佳, 黃先智, 等. 桑樹生態產業與蠶絲業的發展[J]. 蠶業科學, 2010, 36(6): 984-989.

[2]李永華, 徐海明, 劉 德. 2006 年夏季西南地區東部特大干旱及其大氣環流異常 [J]. 氣象學報, 2009, 67(1): 122-132.

[3]劉建剛, 譚徐明, 萬金紅, 等. 2010 年西南特大干旱及典型場次旱災對比分析[J]. 中國水利, 2011(9): 17-19.

[4]黃榮輝, 劉 永, 王 林, 等. 2009 年秋至 2010 年春我國西南地區嚴重干旱的成因分析 [J]. 大氣科學, 2012, 36(3): 443-457.

[5]姜德貴.旱情評價及抗旱減災研究[D].合肥工業大學碩士論文，2002.

[6]任迎虹. 干旱脅迫對不同桑品種保護酶和桑樹生理的影響研究[J]. 西南大學學報(自然科學版), 2009(4): 23.

[7]艾克拜爾.伊垃洪，周抑強，等. 土壤水分對不同品種棉花葉綠素含量及光合速率的影響[J].中國棉花，2000，27(2):21-22

[8]沈 艷, 謝應忠. 干旱對紫花苜蓿葉綠素含量與水分飽和虧缺的影響[J]. 寧夏農學院學報, 2004, 25(2): 25-28.

[9]李合生.植物生理生化實驗原理和技術[M].北京:高等教育出版社,2000.

[10]鄒 琦.干旱條件下大豆水分狀況與滲透調節[J].大豆科學,1994,13(4):312-320.

[11]Rizhsky L, Liang H, Mittler R. The water-water cycle is essential for chloroplast protection in the absence of stress[J]. Journal of Biological Chemistry, 2003(1).

[12]張明生.甘薯膜脂過氧化作用和膜保護系統的變化與品種抗旱性的關系[J].中國農業科學，2003，36(11)：1395-1398.

[13]井春喜，張懷剛，師生波.土壤水分脅迫對不同耐旱性春小麥品種葉片色素含量的影響[J].西北植物學報，2003，23(5)：811-814.

[14]Yang L. Effects water stress on the chloroplasts in leaves ofCitrusmedicavar.sarcofactyls[J]. Chinese Agri Sci Bulletin, 2001, 17(1): 20-22.

[15]王萌萌,陳忠林,賈 楠,等.水分脅迫前的干旱鍛煉對小麥光合生理特性的影響[J].農業環境科學學報,2010,29(10):1930-1935.

[16]田知海,陳勵虹,劉東玉.干旱脅迫下苣荬菜光合性能及水分利用率研究[J].衡水學院學報,2010,12(2):85-87.

[17]周 麗，梁新樂，勵建榮，類胡蘿卜素抗氧化作用研究進展[J].食品研究與開發，2003,24(20)：21-23.

[18]陸新華,葉春海,孫光明.干旱脅迫下菠蘿苗期葉綠素含量變化研究[J].安徽農業科學,2010,38(8):3972-3973.

[19]Kupper H,Kupper F,Spiller M.Environmental relevance of heavy metal substituded chlorophylls using the example of water plants[J].J Exp Bot,1996,47:259-266.

[20]Yang L. Effects water stress on the chloroplasts in leaves ofCitrusmedicavar.sarcofactyls[J]. Chinese Agri Sci Bulletin, 2001, 17(1): 20-22.

(責任編輯 李 潔)

Effects of Drought Stress on Mulberry Varieties of Chlorophyll,Water Saturation Deficit and Malondialdehyde

REN Ying-hong1, YIN Fu-qiang2, LIU Song-qing1, QI Wei-linag1

(1. College of Chemistry And Life Science, Chengdu Normal University，Sichuan Chengdu 610013, China ;2. School of Agriculture Science of Xichang College, Sichuan Xichang 615000,China )

Six mulberry varieties in Sichuan were used to study the chlorophyll content, water saturation deficit and malondialdehyde content changes under drought stress.The results showed that，under drought stress，the change of chlorophyll content and water saturation deficit was negatively correlated with malondialdehyde and the difference was very significant. Under mild drought stress，the chlorophyll content rose and reached the maximum value and the saturation deficit and malondialdehyde content had no obvious change. Under moderate drought stress, The chlorophyll content showed a decrease trend and the water saturation deficit and malondialdehyde content showed a rising trend，but the change ranges were slow. Under severe drought stress, the change ranges were big.Accordingly，with drought stress aggravated，the physiological functions of mulberry varieties were destroyed in different degree and the leaf morphology appeared differences.

Chlorophyll content;Water saturation deficit ; Malondialdehyde content

1001-4829(2016)11-2583-05

10.16213/j.cnki.scjas.2016.11.013

2016-04-19

四川省科技廳應用基礎資助項目(2015JY0144); 四川省教育廳創新團隊資助項目(15TD0036 )

任迎虹(1964-)，女，教授，從事作物遺傳育種研究，E-mail: renyinghong@163.com。

S888.2

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