油桃生理特性對水分脅迫的響應

尤 超， 沈 虹， 張營營， 程芳梅， 郭世榮， 孫 錦

[1.南京農業大學(宿遷)設施園藝研究院，江蘇宿遷 223800； 2.南京農業大學園藝學院，江蘇南京 210095]

干旱是制約果樹產業可持續發展的重要因素，如何利用旱地有限降水資源、提高水資源利用率、提高植物抗旱性已成為未來發展旱地農業的重要研究課題之一[1]。油桃(Prunuspersicavar.nectarina)為重要的經濟林作物，因其主栽產區大多分布在干旱或半干旱區域，干旱環境成為油桃生產推廣的“瓶頸”。近年來，有關光合作用和細胞膜功能結構等植物抗旱性生理分析已取得實質性進展，如姚立新等研究表明，干旱等不良環境是影響植物生長的重要因子，它會引起植物體內生物膜結構組成等一系列生理生化和分子生物學上的變化，導致植物體生長代謝受到抑制[2-3]；余玲等認為，干旱及半干旱環境大大降低土壤含水量，影響了植株的光合作用，導致植株產量和品質下降[4-5]。但關于油桃水分脅迫生理響應等方面的研究鮮見報道，尤其是與油桃抗旱性相關的研究較少[6-8]。因此，開展油桃耐旱性及其機制的研究，對選育和推廣優良耐旱油桃品種具有重要意義。筆者通過分析干旱脅迫下油桃植株的生理變化，闡明其耐旱特性，旨在篩選耐旱性優異的油桃品種。

1 材料與方法

1.1 試驗時間與地點

田間試驗于2015年11月在南京農業大學(宿遷)設施園藝研究院油桃種質資源圃進行，室內試驗在植物生理學實驗室內進行。

1.2 試驗材料

在南京農業大學(宿遷)設施園藝研究院油桃資源圃內，選用2個抗旱性不同的油桃品種映秋紅(抗旱性較強)和中農金輝(抗旱性較弱)為試驗材料。于2015年5月選取生長健壯的油桃枝條在資源圃內嫁接繁殖，具體方法參照尤超等的方法[9]。于2015年10月選取生長勢一致的嫁接苗定植于營養缽內，放置于溫室內培養。于2015年11月移至旱棚內口徑為30 cm、高為20 cm的花盆中，每盆裝30 kg表土。

1.3 試驗方法

1.3.1 試驗設計 每個品種設對照(CK)與干旱脅迫處理(ST)2個水平。從定植后翌年花芽分化期進行干旱處理，按土壤含水量每日減少5%的速度從75%降至25%，對照土壤含水量為75%，土壤含水量采用稱質量法調控，脅迫1、3、5、7、9、11 d后取樣分析測定，每個處理重復3次。

1.3.2 測定方法 供試植株光合速率分析采用LI-6400光合儀(美國LI-COR公司)測主莖倒數第3葉，在晴天10：00自然光照條件下測定；丙二醛(malondialdehyde，簡稱MDA)含量測定參照王學奎的方法[10]；可溶性糖含量測定采用蒽酮比色法；過氧化物酶(peroxidase，簡稱POD)活性分析采用愈創木酚法；過氧化氫酶(catalase，簡稱CAT)活性分析采用紫外吸收法[11]；并測定三氯均二苯脲(triclocarban，簡稱TCC)還原強度。

1.3.3 統計分析 采用Excel 2003、DPS軟件對數據進行統計分析[12]，油桃種間耐旱性綜合評價和主成分分析參照張文娥等的方法[13-14]。

2 結果與分析

2.1 單項生理生化指標耐旱性分析

2.1.1 土壤水分脅迫對油桃根系活力的影響 三氯均二苯脲還原強度是反映植株根系活力的重要指標，根系活力反映植株吸收水分的特性。由圖1可知，水分脅迫對根系活力影響比較明顯，干旱脅迫處理初期根系活力小幅度上升，隨著脅迫程度的加深，根系活力整體下降，供試品種趨勢相同，但其變化的幅度差異較大。干旱脅迫處理3、5、7、9、11 d后，與對照相比，供試抗旱品種映秋紅TCC還原強度分別下降6.12%、11.92%、23.45%、30.85%、43.51%；而抗旱性較弱的中農金輝的TCC還原強度下降幅度較大，分別為11.75%、14.55%、35.70%、48.90%、54.26%。說明抗旱性較強的品種根系活力受干旱影響程度明顯小于抗旱性較弱的品種。

2.1.2 土壤水分脅迫對油桃光合速率的影響 由表1可知，水分脅迫初期對油桃植株光合速率的影響較小，脅迫7 d后的光合速率大幅度下降，供試抗旱性較強的品種映秋紅的葉片的光合速率下降20.79%，抗旱性較弱的品種中農金輝葉片的光合速率下降 35.01%。說明干旱條件下映秋紅能維持較高的光合速率，這是抗旱品種的重要特征。

表1 水分脅迫下油桃植株葉片的光合速率

2.1.3 土壤水分脅迫對油桃葉片抗氧化酶活性的影響 抗氧化酶系統是植株應對逆境脅迫產生的系統性防御機制之一[15]。由圖2-a可知，過氧化氫酶活性對干旱脅迫反應在不同抗旱性品種之間的表現差異較大，供試抗旱性較強的品種映秋紅在水分脅迫處理前5 d的CAT活性呈持續上升趨勢，之后開始快速下降；抗旱性較弱的品種中農金輝的CAT活性被水分脅迫誘導增加活性的時間較短，僅在脅迫的1、3 d后CAT活性高于對照，之后開始急劇下降，到干旱脅迫5 d后時CAT活性下降至對照的65.56%，說明干旱對抗旱性較弱品種的傷害早于對抗旱性較強的品種。由圖2-b可知，干旱脅迫前5 d，映秋紅POD活性無明顯變化，在脅迫9 d后時達到峰值后下降，但幅度不大；中農金輝在水分脅迫下呈波浪式的變化趨勢，脅迫初期時達到峰值，后期開始下降，7 d后時小幅上升后再次下降。映秋紅的POD活性略高于中農金輝。

2.1.4 土壤水分脅迫對油桃葉片MDA含量的影響 MDA為膜脂過氧化產物，水分脅迫對膜脂過氧化水平的影響比較明顯。由圖3可知，隨著脅迫周期延長和程度加深，MDA含量整體升高。抗旱性較弱的品種中農金輝油桃葉片中MDA含量增幅大于抗旱性較強的品種映秋紅，水分脅迫下抗旱性較弱的油桃膜脂過氧化反應水平明顯高于抗旱性較強的品種，但MDA指標數值大小與耐旱特性之間呈反比關系，說明后者耐旱特性優于前者。

2.1.5 土壤水分脅迫對油桃葉片可溶性糖含量的影響 由圖4可知，水分脅迫下油桃葉片中可溶性糖含量與對照相比均有不同程度的下降。供試抗旱性較弱品種中農金輝葉片可溶性糖含量下降幅度大于映秋紅，干旱處理11 d后土壤相對含水量降至25%時，映秋紅和中農金輝葉片可溶性糖含量分別為對照的46.78%、32.66%。說明抗旱性較強的品種在干旱脅迫下葉片中可溶性糖的含量較高。

2.2 不同油桃耐旱性綜合評價

2.2.1 主成分分析 由表2可知，第1個綜合指標的貢獻率達80.428%，該指標表示所測6個單項生理生化指標80.428%的信息，即將相互影響的6個單項生理生化指標轉換為1個新的綜合指標。由表3可知，這個主成分包含葉片光合速率、POD活性、CAT活性、MDA含量、TCC還原強度、可溶性蛋白含量等指標。根據各綜合指標系數及各單項指標標準化值，求出每份油桃品種綜合指標得分值[16]。

表2 主成分特征值、貢獻率、累計貢獻率

表3 主成分分析因子載荷陣

2.2.2 隸屬函數值和權重確定 根據得分值，分別求出不同油桃品種公因子(第1主成分)的隸屬函數值。根據公因子貢獻率(80.428%)的大小，得出公因子權重，為0.977 5。

2.2.3 綜合評價 利用隸屬函數法，分析供試材料耐澇性綜合評價值，綜合評價值是[0，1]閉區間上的純數，它們的差異也具有可比性。由表4可知，綜合評價值的最大值、最小值分別為1.542、1.329，平均值為1.447。綜合評價值反映油桃品種耐旱能力的大小，綜合評價值越大表明其越耐旱，結合干旱脅迫對油桃根系活力的影響及其他單項指標耐旱性分析，結果表明，映秋紅的抗旱性強于中農金輝，供試油桃對照處理耐旱能力均高于干旱處理。

表4 油桃品種和處理的隸屬函數值和綜合評價值

3 結論

油桃根系活力隨著土壤水分脅迫程度的加強而降低，抗旱性較弱的中農金輝下降幅度明顯大于抗旱性較強的品種映秋紅，而前者光合速率明顯低于后者；中農金輝油桃葉片中MDA含量增加幅度明顯大于映秋紅，后者耐旱特性優于前者；油桃葉片中可溶性蛋白含量在水分脅迫下降低，抗旱性較強的品種在干旱脅迫下葉片可溶性蛋白含量較高。

結果表明，隨著持續干旱脅迫，抗旱性較強的品種映秋紅CAT活性始終高于抗旱性較弱的中農金輝；在POD活性方面，除干旱脅迫處理3 d后時，映秋紅和中農金輝基本持平外，其他干旱脅迫過程中前者明顯高于后者。說明油桃植株在遭受水分脅迫時CAT活性、POD活性可以較好地反映其品種抗旱性。抗旱品種受水分脅迫的危害較輕，植株受損后恢復周期短，且在可以控制的范圍內。

不同油桃品種和處理條件下植株干旱脅迫耐受能力差異較大，其中映秋紅油桃的抗旱性強于中農金輝。油桃植株的根系活力、光合速率、CAT活性、可溶性蛋白含量、MDA含量等指標受脅迫影響較大，均可以作為抗旱鑒定的重要生理指標。

4 討論

4.1 油桃品種資源耐澇評價因素分析

水分是影響植物生長發育的重要因素，油桃品種資源耐澇性科學評價體系較多，干旱環境可引起植物一系列代謝功能變化[17]，分析水分脅迫下植株生理生化指標變化是其主要途徑之一。鑒定油桃植株耐旱特性，還應綜合分析植株脅迫下的萎蔫系數等抗逆性指標，形成更加完善的耐旱性評價體系，但本試驗未作探討，不同油桃耐澇及抗旱機制亟待探索。本研究在設施高效栽培條件下進行，至于不同栽培模式、立地條件、品種(品系)油桃耐旱性評價須進一步驗證。

4.2 質膜相對透性與油桃耐澇性的關系

水分脅迫下植株細胞膜傷害與膜脂過氧化作用關系密切，脅迫處理引起的油桃植株MDA含量變化與品種抗旱性有關。MDA等膜脂過氧化產物含量的提高可以直接影響植物細胞蛋白質的代謝，引起可溶性蛋白含量下降[15]，可溶性蛋白含量又直接反映葉片RuBp羧化酶活性[18]，同時膜脂過氧化還能引起植株光合速率的下降和葉綠素的降解[19]。

4.3 油桃耐旱特性產生作用與活性氧物質之間的關系

CAT和POD均為植物重要的內源性保護酶，其活性變化與植株耐澇特性關聯較大[20]。本試驗結果表明，隨著干旱脅迫的延長導致植株葉片CAT活性變化，抗旱性較強的品種映秋紅的CAT活性始終高于抗旱性較弱的品種中農金輝。說明油桃干旱脅迫時葉片的CAT活性等指標能較好地反映品種抗旱性情況，抗旱品種因其清除自由基的能力強，抗氧化酶活性受脅迫影響程度小，光合速率下降慢。生產實踐中可以通過研究內源性保護酶對油桃抗逆性的調控機制，提高其抗逆性。

4.4 油桃品種和處理類型耐旱性狀表現

研究表明，同一立地條件下，不同果樹及品種(品系)、脅迫處理的適應性差異較大，其耐澇特性生理表現也隨之發生變化[21]。在本試驗條件下，不同油桃品種和處理條件下植株性狀表現不同，抗旱性較強的油桃品種映秋紅耐旱特性表現優于中農金輝。這可能是由外界自然環境不同所致，如尤超等認為，不同油桃品種鹽脅迫下抗鹽性表現差異性較大，其中黃肉品種中油桃4的耐鹽性優于千年紅[22]。