多胺及其合成抑制劑對旱脅迫下杏幼苗葉片光合作用和游離態多胺含量的影響

王尚堃+孫玲凌

摘要：以金太陽杏盆栽幼苗為試驗材料，設置6個處理隨機區組排列，通過噴灑1 mmol/L亞精胺、1 mmol/L多胺合成抑制劑甲基乙二醛雙脒基腙（MGBG），進行多胺及其合成抑制劑對旱脅迫下杏幼苗葉片葉綠素含量、光合指標（光合速率、氣孔導度、胞間CO2濃度、蒸騰速率）、游離態多胺（腐胺、亞精胺、精胺）含量的影響研究。結果表明，旱脅迫下杏幼苗葉片噴灑亞精胺后可增加其葉綠素總含量，增強其光合性能，相對降低其游離態多胺腐胺含量，增加亞精胺、精胺的含量；噴灑MGBG后降低其葉綠素總含量，相對降低其光合性能，增加游離態多胺腐胺含量，降低游離態多胺亞精胺、精胺含量，分別噴灑MGBG、亞精胺后，可相對提高其葉綠素總含量和光合性能，游離態多胺腐胺含量最高，亞精胺、精胺含量則相對提高。由此得出，多胺及其合成抑制劑可調節旱脅迫下杏幼苗葉片的光合性能和3種游離態多胺的含量。

關鍵詞：多胺；多胺合成抑制劑；旱脅迫；杏；幼苗葉片；光合作用；游離態多胺

中圖分類號： S662.201文獻標志碼： A

文章編號：1002-1302（2017）04-0088-03

多胺是一類廣泛存在于生物體內的具有強烈生物活性的低分子量脂肪族含氮堿化合物，包括腐胺（putrescine，簡稱Put）、亞精胺（spermidine，簡稱Spd）、精胺（spermine，簡稱Spm）等[1]。其中，Spd分子結構獨特，與逆境脅迫關系非常密切[2]，可以提高植物的抗逆性[3-4]。杏（Armeniaca vulgaris Lam.）原產于我國，是營養和藥用價值較高的時令水果。其用途廣泛，除鮮食外，還可用于加工，是食品工業的重要的原料[5]。金太陽杏又名太陽杏，是從美國農業部太平洋沿岸實驗室選種圃中選出的杏優良品種[6]，具有敗育花少、抗霜凍、自花結實坐果率高、早果性強等優點[7]，具有較高的栽培推廣價值。干旱作為一種主要的自然災害，是制約果樹優質豐產的一個重要因素：水分供應狀況對果樹能否正常生長和結果起決定性作用[8]。光合作用是一系列復雜代謝反應的總和，是生物界賴以生存的基礎，也是地球碳氧循環的重要媒介。有關水分脅迫對杏光合作用的影響已有一些報道，如高峻等以金太陽杏為試驗材料（簡稱試材），發現土壤水分脅迫條件下，光合速率（Pn）、蒸騰速率（Tr）、氣孔導度（Gs）均降低[9]。有關多胺對果樹光合作用的影響有較多報道，如李曉東等以5～7年生早實核桃遼寧1號、晚實核桃禮品1號為試材，研究了外源多胺及其合成抑制劑對核桃光合作用的影響，結果發現禮品1號核桃Pn日變化呈雙峰曲線；不同濃度多胺及其合成抑制劑顯著降低了遼寧1號核桃Pn，1 mmol/L Spd、0.1 mmol/L Put、0.1 mmol/L Spd處理5.5～8.0 h能顯著提高遼寧1號核桃Pn，處理7～9 h能顯著提高禮品1號核桃Pn[10]。張媛等以富士、嘎啦2個蘋果品種1年生組培苗為試材，研究了不同濃度的Spd對其光合特性的影響，發現不同濃度的Spd效果不同，在品種間反應也有差異，其中 0.01 mmol/L Spd對富士效果最明顯，嘎啦則以0.1 mmol/L效果最佳，2種處理均明顯提高了2品種的Pn、Gs，降低了胞間CO2濃度（Ci）[11]。但目前有關多胺及其合成抑制劑甲基乙二醛雙脒基腙（mitoguazone，簡稱MGBG）對旱脅迫下杏幼苗葉片光合作用、游離態多胺含量的影響尚未見報道。為此，本試驗以盆栽金太陽杏幼苗為試材，研究同一濃度的Spd、MGBG處理對其幼苗葉片光合作用及游離態多胺含量的影響，以期為杏抗旱栽培提供理論依據。

1材料與方法

1.1材料

供試材料為1年生金太陽杏嫁接苗成品幼苗，砧木為毛桃，引自中國農業科學院鄭州果樹研究所。試驗用苗于2014年秋季引進后預先假植在周口職業技術學院生物工程系苗圃基地。試驗用花盆規格為口徑45 cm，高25 cm，盆底有孔，以免積水。盆土為周口職業技術學院生物工程系苗圃基地肥沃苗圃壤土。供試藥品Spd、MGBG，均購自美國Sigma公司；電子天平JA1003，由上海舜宇恒平科學儀器有限公司生產；LI-6400便攜式光合作用測量系統，由美國Li-COR公司生產；Waters c2695高效液相色譜儀，由美國Waters公司生產；臺式高速離心機TGL-20M，由湖南湘儀實驗室儀器開發有限公司生產；離心管為高15 cm的底端尖形離心管。

1.2方法

1.2.1試驗設計

試驗于2015年4—5月在周口職業技術學院生物工程系果樹教學基地進行（有防雨設施）。試驗共設6個處理：處理1為對照（），露地植株葉片噴清水，除下雨外，每7 d植株盆內澆1次水；處理2為干旱（drought，簡稱Dr），露地植株葉片噴清水，盆內不澆水，下雨天將該處理搬到防雨設施內；處理3為+Spd，露地植株葉片噴 1 mmol/L Spd，除下雨外，每7 d植株盆內澆1次水；處理4為Dr+Spd，露地植株葉片噴1 mmol/L Spd，盆內不澆水，下雨天將該處理搬到防雨設施內；處理5為Dr+MGBG，露地植株葉片噴1 mmol/L MGBG，植株盆內不澆水，下雨天將該處理搬到防雨設施內；處理6為Dr+MGBG+Spd，露地植株葉片分別依次噴1 mmol/L MGBG、1 mmol/L Spd，盆內不澆水，下雨天將該處理搬到防雨設施內。將各個處理都置于事先搭好的SZW-16型遮陽網下，避免強光高溫使杏樹根部溫度過高而造成傷害。每處理3次重復，以單盆單株為1個小區，隨機區組排列。4月22日18：00點按照試驗設計統一處理1次，以后每隔2 d在同樣時間處理1次，共處理15次。30 d后進行葉綠素含量、光合指標、游離態多胺含量各項指標的測定。

1.2.2測定方法

葉綠素總含量采用研磨提取法[12]測定。光合指標測定選晴朗天氣9：00—11：30，選擇不同處理生長一致且受光良好的葉片，每處理3個單株，各選擇1個典型葉片，采用LI-6400便攜式光合作用測量系統同步測定葉片Pn、Gs、Ci、Tr等生理指標。游離態多胺含量測定按劉俊等方法[13]進行制樣，略作修改：取0.5 g植物材料制成1 mL醚相后，用電熱吹風機吹風干燥，100 μL甲醇渦旋溶解后，不過濾膜，取10 μL樣液直接進Waters c2695高效液相色譜儀測定。

1.2.3數據處理

用Excel 2003對數據進行處理，用SPSS 10.0統計軟件進行差異顯著性分析。

2結果與分析

2.1Spd、MGBG對旱脅迫下金太陽杏幼苗葉片葉綠素總含量的影響[HT]

由圖1可見，各處理對杏幼苗葉片葉綠素總含量有明顯的影響，其中處理3中葉綠素總含量最高，與其他5個處理差異顯著（P<0.05），說明杏幼苗葉片正常植株噴灑Spd可促進葉綠素合成。處理2與處理1相比，葉綠素總含量下降不大，差異不顯著，說明杏是一種相對比較耐旱的果樹。處理4與處理3相比，葉綠素總含量降低，差異顯著（P<0.05），說明正常條件下噴灑Spd提高葉綠素總含量的效果比旱脅迫下好；與處理2相比，葉綠素總含量上升，差異顯著，說明旱脅迫下噴灑Spd可促進葉綠素的合成。處理5中葉綠素含量最低，說明旱脅迫下噴灑1 mmol/L MGBG，促進了葉綠素降解。處理6與處理5處理相比，葉綠素總含量上升，說明旱脅迫下MGBG與Spd主要表現為拮抗關系，Spd相對抑制了葉綠素的分解。

2.3Spd、MGBG對旱脅迫下金太陽杏幼苗葉片游離態多胺含量影響[HT]

由表2可見，旱脅迫下3種游離態多胺（Put、Spd、Spm）含量均比處理1高，且差異顯著（P<0.05）。處理3游離態多胺Put含量高于處理1，低于處理2，3者之間差異顯著（P<0.05）；游離態多胺Spd、Spm含量比處理1和處理2均高，其中，游離態多胺Spd含量在3個處理之間差異顯著（P<0.05），而游離態多胺Spm含量與處理1差異顯著（P<0.05），與處理2差異不顯著。旱脅迫下，噴灑Spd，游離態多胺Put含量低于單獨的旱脅迫，二者之間差異顯著（P<005），而游離態多胺Spd、Spm含量則最高，與其他5個處理差異顯著（P<0.05）；噴灑MGBG后，游離態多胺Put含量繼續升高，與其他5個處理差異顯著（P<0.05），而游離態多胺Spd、Spm含量則達到旱脅迫下最低，與旱脅迫下其他處理間差異顯著（P<0.05）；依次噴灑MGBG、Spd后，游離態多胺Put含量達到旱脅迫下的最高值，與其他各處理差異顯著（P<0.05），游離態多胺Spd、Spm含量則相對升高，與處理5（Dr+MGBG）差異顯著（P<0.05）。由于游離態多胺Put是[JP+1]一種腐胺，因此，在旱脅迫下噴灑多胺及其合成抑制劑后呈現先降后升趨勢。在旱脅迫下噴灑Spd后，游離態多胺Spd、Spm含量升高，噴灑MGBG后，其含量下降，依次噴灑MGBG、Spd后，其含量相對升高。說明旱脅迫下，噴灑Spd有利于游離態多胺Spd、Spm的生成；噴灑MGBG后則促進了其分解；依次噴灑MGBG、Spd后，則相對抑制了游離態多胺Spd、Spm的分解。綜合考慮3種游離態多胺含量，以處理4效果最好。

3結論與討論

旱脅迫下，Spd有利于促進杏幼苗葉片葉綠素的形成，多胺合成抑制劑MGBG則促進了杏幼苗葉片葉綠素的降解，MGBG、Spd結合使用則相對抑制了杏幼苗葉片葉綠素分解。多胺及其合成抑制劑可調節旱脅迫下杏幼苗葉片的光合性能。在旱脅迫下，杏幼苗葉片噴灑Spd后，4個光合指標均上升，而噴灑MGBG則相對下降，依次噴灑MGBG、Spd后4個光合指標則相對升高。多胺及其合成抑制劑可調節旱脅迫下杏幼苗葉片3種游離態多胺含量。游離態多胺Put含量以 Dr+MGBG+Spd處理最高，游離態多胺Spd、Spm含量均以Dr+Spd處理最高。

多胺和植物對外界環境的不良反應的關系非常密切[14-15]。本研究結果表明：旱脅迫下，噴灑Spd可提高杏幼苗葉片葉綠素總含量，噴灑MGBG則降低葉綠素總含量，依次噴灑MGBG、Spd后葉綠素含量相對升高。結果在一定程度上驗證了Spd與MGBG的生物學效應相左的理論，同時與劉彥超等在蘋果上的研究結果[16]相同。

逆境對植物的危害是多元化的。其中，光合作用對各種非生物逆境的反應甚為敏感。Pn、Ci、Gs、Tr是光合生理生態研究中4個主要的生理指標。一般在逆境條件下，作物產量的降低，主要原因是逆境降低了植物的光能利用效率。因此，探索逆境下提高植物光合效率的途徑成為近些年光合作用研究領域的熱點。在一般干旱條件下，植物光合作用的4個指標下降，下降的主要原因是這些脅迫導致植物葉片的氣孔關閉，使Gs、Ci降低，同時Pn、Tr下降[17]。本研究結果表明，旱脅迫下噴灑多胺及其合成抑制劑可調節杏幼苗葉片的光合性能。噴灑Spd可提高杏幼苗葉片Pn，噴灑MGBG則降低葉片Pn，這與李曉東等在核桃上研究結果[10]基本一致；噴灑Spd可提高Gs，這與王志琴等在水稻上研究結果[18]也大致相同。Ci的變化方向是確定Pn變化的主要原因和是否為氣孔因素的必不可少的判斷依據[19-20]。CO2是植物光合作用的反應物之一，干旱條件下噴灑Spd增加Ci濃度，有利于光合作用的進行。對于Tr，由于蒸騰與光合是相關的，也是引起凈光合速率變化的一個因素，因此設法提高植物的Tr，對保證植物光合作用的正常進行非常重要。

水分脅迫和植物體內游離態多胺變化存在復雜性和不確定性[21]。本研究結果表明，旱脅迫下經多胺及其合成抑制劑處理后，3種游離態多胺含量均增加，其中Put含量在Dr+MGBG+Spd處理中最高，Spd、Spm含量都是在Dr+Spd處理中最高。這與周小梅等在水稻幼苗上研究的結果[22]相吻合。

本試驗研究了Spd、MGBG相同濃度處理對杏幼苗葉片光合作用和游離態多胺含量的影響，且葉片光合指標的測定是在一定時間段內進行的，至于不同濃度、不同時間段對其光合指標的影響，不同濃度對其游離態多胺含量的影響，尚有待進一步研究。

參考文獻：

[1]僧珊珊，王群，張永恩，等. 外源亞精胺對淹水脅迫玉米的生理調控效應[J]. 作物學報，2012，38（6）：1042-1050.

[2]He L，Nada K，Kasukabe Y，et al. Enhanced susceptibility of photo-synthesis to low-temperature photoinhibition due to interruption of chill-induced increase of S-adenosylmethionine decarboxylase activity in leaves of spinach（Spinacin oleracea L.）[J]. Plant & Cell Physiology，2002，43（2）：196-206.

[3]周琳，王進，杜紅陽，等. 亞精胺浸種對玉米幼苗根尖線粒體ATPase活性與結合態亞精胺含量的影響[J]. 河南農業科學，2009（8）：29-31，35.

[4]Kasukabe Y，He L，Nada K，et al. Over expression of spermidine synthase enhances tolerance to multiple environmental stresses and up-regulates the expression of various stress-regulated genes in transgenic Arabidopsis thaliana[J]. Plant & Cell Physiology，2004，45（6）：712-722.

[5]王尚堃，蔡明臻，晏芳. 北方果樹露地無公害生產技術大全[M]. 北京：中國農業大學出版社，2014：410.

[6]王尚堃，張傳來. 美國金太陽杏無公害豐產栽培技術[J]. 農業科技通訊，2007（5）：46-47.

[7]楊麗娟，宋利霞. 金太陽杏豐產栽培試驗[J]. 現代農村科技，2012（4）：59.

[8]尚曉峰. 果樹生產技術（北方本）[M]. 重慶：重慶大學出版社，2014：124.

[9]高峻，吳斌，孟平，等. 水分脅迫對金太陽杏幼樹蒸騰、光合特性的影響[J]. 河北農業大學學報，2007，30（3）：36-40.

[10]李曉東，徐繼忠，史寶勝，等. 外源多胺及合成抑制劑對核桃葉片光合作用的影響[J]. 果樹學報，2003，20（1）：73-75.

[11]張媛，徐繼忠，陳海江，等. 亞精胺對蘋果葉片光合日變化的影響[J]. 河北農業大學學報，2005，28（3）：34-37，41.

[12]劉萍，李明軍. 植物生理學實驗技術[M]. 北京：科學出版社，2007：41.

[13]劉俊，吉曉佳，劉友良. 檢測植物組織中多胺含量的高效液相色譜法[J]. 植物生理學通訊，2002，38（6）：596-598.

[14]Sairam R K，Tyagi A. Physiology and molecular biology of salinity stress tolerance in plants[J]. Current Science，2004，86（3）：407-421.

[15]師晨娟，劉勇，荊濤. 植物激素抗逆性研究進展[J]. 世界林業研究，2006，19（5）：21-26.

[16]劉彥超，左仲武，胡景江. 外源多胺對蘋果幼苗生長及抗旱性的影響[J]. 西北林學院學報，2010，25（1）：39-42.

[17]Xu X，Fan R，Zheng R，et al. Proteomic analysis of seed germination under salt stress in soybeans[J]. Journal of Zhejiang University-Science B，2011，12（7）：507-517.

[18]王志琴，楊建昌，朱慶森，等. 水分脅迫下外源多胺對水稻葉片光合速率與籽粒充實的影響[J]. 中國水稻科學，1998，12（3）：185-188.

[19]Farquhar G D，Sharkey T D. Stomatal conductance and photosynthesis[J]. Annual Review of Plant Physiology，1982，33：317-345.

[20]許大全. 光合作用氣孔限制分析中的一些問題[J]. 植物生理學通訊，1997，33（4）：241-244.

[21]杜紅陽，劉懷攀，李潮海，等. 植物體內特殊形態多胺與水分脅迫關系研究進展[J]. 河南農業科學，2007（12）：9-13.

[22]周小梅，趙運林，周樸華，等. 水分脅迫下水稻幼苗多胺含量變化與抗旱性的關系[J]. 湖南農業大學學報（自然科學版），2010，36（1）：17-21.