淹水脅迫下山桑和蒙桑的生理生化指標響應研究

劉娟 (長江大學園藝園林學院，湖北 荊州 434025；長江大學植物生態與環境修復研究所，湖北 荊州 434025)

田維 (葛洲壩風景園林有限公司，湖北 宜昌443002)

馬煜 (湖北省漳河工程管理局，湖北 荊門448000)

朱桂才

淹水脅迫下山桑和蒙桑的生理生化指標響應研究

劉娟
(長江大學園藝園林學院，湖北 荊州 434025；長江大學植物生態與環境修復研究所，湖北 荊州 434025)

田維
(葛洲壩風景園林有限公司，湖北 宜昌443002)

馬煜
(湖北省漳河工程管理局，湖北 荊門448000)

模擬淹沒和淹澇2種水分脅迫條件，研究了不同淹水處理時間對二年生山桑(Morusbombycis)和蒙桑(Morusmongotica)2種桑樹植株的生理生化指標的影響。結果表明：(1)淹水脅迫條件下，桑樹超氧化物歧化酶(SOD)活性、過氧化物酶(POD)活性和過氧化氫酶(CAT)活性均有應急性響應，淹沒條件下比淹澇條件下響應程度大；(2)淹沒條件下桑樹的可溶性糖含量顯著增加，其變化幅度高于淹澇條件下；可溶性蛋白質含量變化幅度相對小；(3)淹沒后丙二醛(MDA)含量逐漸上升，中期有所回落，但隨后又逐漸上升至對照水平；淹澇后MDA含量沒有顯著上升；(4)2種桑樹在淹水脅迫條件下其生理生化指標產生應急響應程度不同。

桑樹(MorusL.)；水分脅迫；生理生化指標

消漲帶是當前江河湖泊生態研究的熱點，選擇合適的耐淹植物是解決消漲帶植被恢復問題的關鍵[1]。桑屬(MorusL.)植物資源豐富，種類繁多[2]。桑樹具有抗干旱[3]、耐淹[4]等良好的環境適應性和抗逆能力[5～7]。研究表明，桑樹成林后淹水20d，枝葉仍能成活[8]，經三峽庫區10m水深下淹沒6個月，桑樹是水位下降后最早萌芽的灌木[9]。目前關于桑樹淹澇脅迫的研究多集中在水分逆境下桑樹長勢變化、成活率等方面[10]，而關于淹水脅迫下桑樹的生理指標響應的研究尚未見報道。因此，通過模擬水分脅迫處理條件，研究不同桑樹種的生理生化指標變化規律，有利于從生理角度揭示桑樹適應淹水脅迫的內在策略，可進一步促進桑樹在消漲帶植被恢復實踐中的應用。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

二年生實生山桑(D1)(Morusbombycis)、蒙桑(D2)(Morusmongotica)分別取材于湖北省黃岡市和湖北省荊州市，2015年3月下旬移栽至長江大學植物園，露地栽培，常規水肥管理。當年7月上旬，桑樹植株長至50cm時，選取長勢相對一致的材料定植于直徑20cm、高30cm的聚乙烯盆中。

1.2 試驗方法及測定指標

采用盆栽控水法，處理設計如下：(1)淹沒(T1)，將淹沒組材料置于深水池中進行處理，保持水面高于植株頂端20cm左右；(2)淹澇(T2)，淹澇組將試驗材料置于淺水池中進行處理，保持水面高于盆中土面5cm左右；(3)對照(CK)，保持土壤含水量為75%左右。每處理15盆，每盆1株。各處理均置于長江大學實踐教學基地的玻璃溫室內。分別于處理0、3、5、7、14、24、44d后采集T1和CK的葉片和處理后0、10、20、30、40、50、90d采集T2和CK的葉片，測定其各項生理生化指標。丙二醛(MDA)含量、可溶性糖含量、過氧化物酶(POD)活性及過氧化氫酶(CAT)活性、超氧化物歧化酶(SOD)活性及可溶性蛋白質含量測定方法參照文獻[11，12]。

1.3 數據分析

采用Microsoft Excel 2007統計分析測定的各項生理生化指標，采用SPSS 19.0軟件進行品種間各項生理生化指標差異顯著性檢驗。

2 結果與分析

2.1 淹沒和淹澇對桑樹葉片保護酶活性的影響

受淹沒脅迫后，2種桑樹葉片內SOD活性變化趨勢不同。處理后第3天，山桑(D1)和蒙桑(D2)的SOD活性均增加并顯著高于對照，且蒙桑顯著高于山桑(P<0.05)；第5天時，兩者葉片SOD活性逐漸下降，蒙桑最小值288.59U·g-1FW，仍顯著高于對照，同時也顯著高于山桑；第7天時，山桑葉片的SOD活性降至最小值216.07U·g-1FW，顯著低于對照和蒙桑；第14天時，蒙桑的SOD活性達到最大值456.98U·g-1FW；處理后第7～24天山桑葉片的SOD活性逐漸上升并達到最大值407.37U·g-1FW，此時均顯著高于對照，但兩者間差異不顯著(表1)。隨著淹澇時間的延長，2個桑樹種葉片SOD活性均表現為先上升后下降，淹澇后前20d內，SOD活性與對照持平；處理后第20～30天時，2個桑樹種的SOD活性顯著增加，高于各自對照；第40天較快下降到略高于對照的水平(表2)，此后又上升并高于處理第0天的41.7%和19.1%。

表1 淹沒不同時間后桑樹葉片的SOD活性 U·g-1FW

表2 淹澇不同時間后桑樹葉片的SOD活性 U·g-1FW

淹沒后葉片POD活性變化與SOD活性變化類似，山桑葉片POD活性顯著高于蒙桑。第24天山桑的POD活性達到最小值24.11U·g-1FW，蒙桑的POD活性最小出現在第14天且顯著低于對照；從第24天開始，蒙桑葉片的POD活性逐步上升(表3)。淹澇后POD活性呈現下降—上升—下降—上升的趨勢，兩者POD活性在淹澇前期顯著下降，第10天時，分別低于對照69.7%、62.4%；處理后10～20天兩者POD活性略有上升，且顯著低于對照，隨后逐漸下降；第40天最小，分別為21.93U·g-1FW、23.89U·g-1FW；第50天兩者POD活性顯著上升，山桑的上升幅度大于蒙桑(表4)。

表3 淹沒不同時間后桑樹葉片的POD活性 U·g-1FW

表4 淹澇不同時間后桑樹葉片的POD活性 U·g-1FW

淹沒后蒙桑葉片CAT活性迅速上升，第3天時達到最大值2.79U·g-1·min-1FW(顯著高于對照)，山桑CAT活性上升幅度與對照無顯著性差異。隨著脅迫程度的加劇，兩者葉片的CAT活性整體呈下降趨勢；第24天時，蒙桑達到最小值1.38U·g-1·min-1FW(表5)。淹澇脅迫條件下兩者葉片的CAT活性呈下降—上升—下降的趨勢。處理后第0～20天兩者均直線下降，第30天時蒙桑略有上升，但仍顯著低于對照，山桑繼續下降至最小值0.51U·g-1·min-1FW；第30～40天時蒙桑逐漸下降，山桑開始上升，第40～50天時兩者CAT活性均較快上升，分別低于對照的13.1%、10.1%(表6)。

表5 淹沒不同時間后桑樹葉片的CAT活性 U·g-1·min-1FW

表6 淹澇不同時間后桑樹葉片的CAT活性 U·g-1·min-1FW

2.2 淹沒和淹澇對桑樹葉片滲透調節物質含量的影響

淹沒脅迫后滲透調節物質可溶性蛋白質含量先下降后上升(表7)。處理后第3～7天，兩者可溶性蛋白質含量均顯著低于對照(P<0.05)；第7～14天，兩者的可溶性蛋白質含量逐步上升并接近對照且無顯著性差異水平，此后趨于穩定。淹澇處理第30天，兩者的可溶性蛋白質含量的變化較小，隨淹澇處理延長至第90天，兩者的可溶性蛋白質含量分別比處理第0天增加了88.3%和104.9%，與各自對照差異不顯著，蒙桑的可溶性蛋白質含量顯著高于山桑(表8)。

表7 淹沒不同時間后桑樹葉片的可溶性蛋白質含量 μg·g-1FW

表8 淹澇不同時間后桑樹葉片的可溶性蛋白質含量 μg·g-1FW

淹沒處理后第3天山桑和蒙桑葉片可溶性糖的含量分別比第0天增加了127.7%和33.1%，顯著高于對照。隨著淹沒時間的延長，兩者葉片可溶性糖的含量逐漸增加，在第44天，比第0天增長了216.6%和126.5%(表9)。淹澇后，山桑和蒙桑葉片可溶性糖的含量峰值分別出現在第10天和第20天，此后表現為小幅波動趨勢，在淹澇90天后比第0天增加了210.0%和36.2%(表10)。淹沒脅迫對兩者葉片可溶性糖的含量影響大于淹澇脅迫處理。

表9 淹沒不同時間后桑樹葉片的可溶性糖含量 mmol·g-1FW

表10 淹澇不同時間后桑樹葉片的可溶性糖含量 mmol·g-1FW

2.3 淹沒和淹澇對桑樹葉片丙二醛(MDA)含量的影響

淹沒脅迫后，MDA含量均表現出先上升后下降再上升的現象，兩者的變化幅度不同(表11)。蒙桑在淹沒脅迫第3天，葉片MDA含量顯著高于對照，同時也比山桑高出4.7%，此后開始下降，至第7天達到最小值3.47nmol.g-1·FW，顯著低于對照，顯著高于山桑。從第7天開始至第14天，兩者MDA的含量上升，山桑的上升74.1%高于蒙桑。淹澇脅迫第0～10天和第20～30天時，兩者MDA含量均顯著下降，顯著低于對照(P<0.05)，且兩者之間無顯著性差異，第10～20天和30～50天時，MDA含量均有一定幅度的上升，但第1次上升幅度大于第2次，第90天時，兩者MDA含量略低于對照，但與對照差異不顯著(表12)。

表11 淹沒不同時間后桑樹葉片的MDA含量 nmol·g-1FW

表12 淹澇不同時間后桑樹葉片的MDA含量 nmol·g-1FW

3 討論

1)水分脅迫下，山桑和蒙桑葉片內清除氧自由基酶類SOD、POD、CAT的活性呈現總體增加后下降的趨勢。在淹澇處理后期，山桑和蒙桑體內的SOD、CAT活性恢復至淹澇初期水平。3種抗氧化保護酶在受脅迫后表現出不同步性，與王哲宇等[13]關于水分脅迫下樸樹生理生化指標變化的研究結論一致。植物在逆境下或衰老過程中都伴隨著細胞膜系統的逐步破壞，植物體內自由基大量產生的毒害引發膜質過氧化作用，從而造成細胞膜系統的破壞[14]。植物的抗氧化作用是在逆境環境中的適應性表現，植物在長期進化過程中形成抗氧化酶保護系統，在清除活性氧的過程中起重要作用，從而使植物在一定成度上能忍耐、減緩或抵抗逆境脅迫[15]。桑樹通過SOD、POD、CAT的活性變化，消除氧自由基對質膜等的危害，是桑樹抵抗水分逆境的重要適應形式。

2)淹沒后，桑樹的可溶性蛋白質含量先降后升；淹澇處理前期(第40天前)，桑樹的可溶性蛋白質含量基本維持不變，到第40天才略有上升。米海莉等[16]關于水分脅迫對牛心樸子、甘草葉片色素、可溶性糖、淀粉含量及碳氮比的影響研究中有類似結論。在逆境條件下，植物體內各種滲透調節物質大量積累，賦予多種植物滲透調節的能力[17～18]。張曉平等[19]指出植物通過滲透調節物質來維持細胞內的滲透勢，是植物的一種對逆境的適應和保護機制。王忠[20]研究發現，游離脯氨酸與蛋白質相互作用，改變蛋白質的可溶性，減少蛋白質沉淀。因此，桑樹在水分脅迫后可溶性蛋白質含量的變化動態可能是其滲透調節物質變化的結果，從而維持細胞內正常的滲透勢。

3)淹水脅迫下，桑樹的MDA含量變化幅度不大，但是不同的桑樹品種反應有差異。而淹水后可溶性糖含量均顯著上升，山桑比蒙桑的上升幅度大。桑樹根系由于厭氧環境的加劇，地上部的呼吸作用加強，表現出可溶性糖含量顯著上升，這一現象是否是桑樹對逆境的適應和保護機制有待進一步研究。

[1]卓仁英，陳益泰.木本植物抗澇性研究進展[J].林業科學研究，2001，14(2)：215～222．

[2]歐陽臻，王團結，宿樹蘭，等.中國桑屬(MorusL.)植物資源的研究利用現狀與展望[A].2006海峽兩岸暨CSNR全國第七屆天然藥物資源學術研討會論文集[C].2006，7：410～416.

[3]毛景山，朱淑杰.桑樹的生長特性及適生條件[J].農業與技術，2013，33(2)：45～47.

[4]姚芳，倪吾鐘，楊肖娥.桑樹的種質資源生態適應性及其應用前景[J].科技通報，2004，20(4)：289～292.

[5]劉蕓.桑樹在三峽庫區植被恢復中的應用前景[J].蠶業科學，201l，37(1)： 93～97.

[6]賀秀斌，謝宗強，南宏偉，等.三峽庫區消落帶植被修復與蠶桑生態經濟發展模式[J].科技導報，2007，25(23)：59～63.

[7]繆馳遠，陳田飛，何丙輝，等.桑樹在紫色土水土保持效應方面研究[J].水土保持學報，2005，19(1)：117～123.

[8]李佳杏，黃小輝，劉蕓，等.模擬三峽庫區消落帶土壤水分條件下的桑樹幼苗生長狀況[J].蠶業科學，2012，38(2)：210～215.

[9]賀秀斌，謝宗強，南宏偉，等.三峽庫區消落帶植被修復與蠶桑生態經濟發展模式[J].科技導報，2007，27(23)：59～63.

[10]董瑞華，陳偉國，戴建忠，等.冬春季不同淹澇脅迫強度對桑苗和桑樹生長的影響[J].蠶桑通報，2011，24(3)：12～16.

[11]王學奎.植物生理生化實驗原理和技術[M].北京：高等教育出版社，2006.

[12]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.

[13]王哲宇，童麗麗，湯庚國.淹水脅迫對樸樹幼苗形態及生理特性的影響[J].林業科技開發，2013，27(4)：44～47.

[14]林永英.水分脅迫對青岡葉片活性氧的傷害[J].福建林學院學報，2002，22(1)：1～3.

[15]Camp W V，Capiau K，Montagu M M，etal.Enhancement or oxidatives stress tolerance in transgenic tobacco plants overproducing Fe-superoxide dismutase in chloroplasts[J].Plant Physiology，1996，112：1703～1714.

[16]米海莉，許興，李樹華.水分脅迫對牛心樸子、甘草葉片色素、可溶性糖、淀粉含量及碳氮比的影響[J].西北植物學報，2004，24(10)：1816～1821.

[17]Jones M M,Turner N C.Osmotic Adjustment in Leaves of Sorghum in Response to Water Deficits[J].Plant Physiology，1978，61：122～128.

[18]Maureal C.Aquaporins and water permeability of plant Membrances[J].Annual Review of Plant Physiology & Plant Molecular Biology.1997，48：399～429.

[19]張曉平，方炎明，陳永江.淹澇脅迫對鵝掌楸屬植物葉片部分生理指標的影響[J].植物資源與環境學報，2006，15(1)：41～44．

[20]王忠.植物生理學[M].北京：中國農業出版社，2000.

[編輯] 余文斌

2016-12-30

湖北省科技攻關項目(2014BBB022、2013BCB100)。

劉娟(1991-)，女，碩士生，研究方向為園林植物與觀賞園藝。通信作者：朱桂才，zgchn@126.com。

Q945.78；Q949.737.4

A

1673-1409(2017)06-0013-05

[引著格式]劉娟,田維,馬煜，等.淹水脅迫下山桑和蒙桑的生理生化指標響應研究[J].長江大學學報(自科版)，2017，14(6)：13～17,71.