連作對不同倍性蘆筍植株生長和抗氧化酶活性的影響

尹玉玲,葉艷英,張冰冰,湯泳萍,周勁松,羅紹春

(江西省農業科學院蔬菜花卉研究所,南昌330200)

蘆筍(Asparagus officinalisL.)又名石刁柏,富含皂甙、黃酮和植物多糖等多種活性成分,具有很好的抗腫瘤、抗氧化和降血壓等功效[1],被譽為“蔬菜之王”。近年來,蘆筍消費量與日俱增,種植面積不斷擴大。目前,中國已成為世界上蘆筍種植的第一大國,蘆筍產量居全球首位[2-3]。隨著蘆筍種植面積不斷增加,蘆筍連作障礙問題逐漸顯現,原因之一是其根際存在自毒物質[4-5]。蘆筍為多年生植物,根系發達,橫向分布達3 m,縱向達2 m[6],生長到8—10年時,產量顯著下降。另外,前茬種植過蘆筍的田塊,土壤中存在大量蘆筍殘根,影響下茬蘆筍的正常生長[7-9]。

不同倍性植株對環境的適應性存在一定差異。一般來說,高倍性作物較其低倍性作物表現出較強的環境適應性[10-12]。蘆筍有二倍體和四倍體2 種倍性栽培品種,二倍體蘆筍品種間在連作障礙耐受性方面存在化感差異性[13-14]。目前,不同倍性蘆筍品種間對連作的耐受性差異情況尚未見報道。本試驗以二倍體蘆筍品種和四倍體蘆筍品種為材料,研究連作對其生長和抗氧化酶活性的影響,以期為蘆筍的品種選育和生產上品種的選擇提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

蘆筍二倍體品種‘井岡701’和四倍體品種‘井岡紅’均由江西省農業科學院蔬菜花卉研究所提供。

1.2 試驗方法

試驗于2018年在江西省農業科學院蔬菜花卉研究所蘆筍試驗大棚內進行。選擇籽粒大小一致的蘆筍種子,浸種36 h,其間換水2 次。種子吸脹后于25—28 ℃條件下保濕催芽,每天用清水洗1—2 次。挑選發芽一致的種子,采取營養缽直播的方式進行播種,營養缽規格(直徑×高)為13 cm×15 cm,栽培基質為草炭(PINDSTRUP,Denmark)與田園土為1∶3(V∕V)的混合基質,每盆1 株。每處理10 盆,3 次重復,隨機排列。栽植60 d 后(CK),取出植株,快速清洗植株及其根系;測定植株株高、植株地上部和根系鮮質量,并取葉片和根系樣品于-20 ℃冰箱保存,用于測定酶指標。第一次連作處理將露白蘆筍種子播種于含有2 g 上茬蘆筍根系的混合基質中,種植60 d 后再次測定植株株高、地上部和根系鮮質量及酶指標;第二次連作處理及取樣測定同第一次。每處理均設3 次重復。

植株株高采用卷尺測量,植株鮮質量采用電子天平測定。

苯丙氨酸解氨酶(PAL)、多酚氧化酶(PPO)、超氧化物歧化酶(SOD)和過氧化物酶(POD)的活性采用蘇州科銘生物技術有限公司的相關試劑盒進行測定。

連作對蘆筍株高和植株鮮質量的抑制率=(對照-連作處理)∕對照×100%。

1.3 數據分析

試驗數據采用Excel 2007 軟件繪圖,采用DPS 7.05 統計軟件對數據進行單因素方差分析,并使用Duncan 法對數據進行多重比較,分析處理間差異顯著性。

2 結果與分析

2.1 連作對不同倍性蘆筍品種植株地上部鮮質量的影響

如圖1 所示,2 次連作處理均對不同倍性蘆筍品種地上部鮮質量有一定的抑制作用,抑制率在17%—24%。與第一次連作相比,第二次連作使二倍體蘆筍品種‘井岡701’的植株地上部鮮質量顯著下降。連作對四倍體蘆筍品種‘井岡紅’植株地上部鮮質量的抑制作用小于二倍體蘆筍品種‘井岡701’。

圖1 連作對不同倍性蘆筍品種植株地上部鮮質量的影響Fig.1 Effects of continuous cropping on aboveground part fresh weight of different ploidy asparagus varieties

2.2 連作對不同倍性蘆筍品種植株根系鮮質量的影響

如圖2 所示,2 次連作處理均對不同倍性蘆筍品種根系鮮質量有一定的抑制作用,抑制率在18%—32%。與第一次連作相比,第二次連作顯著抑制了不同倍性蘆筍品種的根系鮮質量。連作對四倍體蘆筍品種‘井岡紅’根系鮮質量的抑制作用顯著小于二倍體蘆筍品種‘井岡701’。

2.3 連作對不同倍性蘆筍品種株高的影響

如圖3 所示,2 次連作處理均對不同倍性蘆筍品種株高有一定的抑制作用,抑制率在16%—23%。與第一次連作相比,第二次連作對不同倍性蘆筍品種株高抑制率顯著增加。連作對四倍體蘆筍品種‘井岡紅’株高的抑制率顯著小于二倍體蘆筍品種‘井岡701’。

圖2 連作對不同倍性蘆筍品種根系鮮質量的影響Fig.2 Effects of continuous cropping on root system fresh weight of different ploidy asparagus varieties

圖3 連作對不同倍性蘆筍品種株高的影響Fig.3 Effects of continuous cropping on plant height of different ploidy asparagus varieties

2.4 連作對不同倍性蘆筍品種植株抗氧化酶活性的影響

2.4.1 連作對蘆筍葉片抗氧化酶活性的影響

如圖4 所示,連作處理增加了2個倍性蘆筍品種葉片的PPO、SOD 和POD 活性,但PAL 活性均有所下降,‘井岡紅’葉片的PAL 活性略高于‘井岡701’。連作處理后,‘井岡紅’葉片的PPO 活性與‘井岡701’處于同一顯著水平;‘井岡701’葉片的SOD 活性低于‘井岡紅’,但‘井岡701’葉片的SOD 活性增加幅度較大;2個品種POD 活性均顯著增高,且‘井岡紅’葉片的POD 活性高于‘井岡701’。以上結果表明,與二倍體蘆筍品種‘井岡701’相比,四倍體蘆筍品種‘井岡紅’葉片具有較強的抗氧化能力,且在連作脅迫下,葉片的抗氧化酶活性增強。

圖4 連作對不同倍性蘆筍品種葉片抗氧化酶活性的影響Fig.4 Effects of continuous cropping on antioxidant enzyme activities in leaves of different ploidy asparagus varieties

2.4.2 連作對蘆筍根系抗氧化酶活性的影響

如圖5 所示,總體來看,連作處理后,2個蘆芛品種根系的PAL 和PPO 活性增加,SOD 和POD 活性下降。‘井岡紅’根系的PAL 活性在連作前低于‘井岡701’,PPO、SOD 和POD 活性均高于‘井岡701’;連作處理后,‘井岡紅’根系的PAL、PPO 和SOD 活性均高于‘井岡701’,僅POD 活性低于‘井岡701’。連作處理后,‘井岡紅’根系的PAL 活性顯著增加,‘井岡701’略有下降;2個品種根系的POD 活性均有所下降;連作前后,‘井岡紅’根系SOD 活性均高于‘井岡701’。以上結果表明,在連作脅迫下,與二倍體蘆筍品種‘井岡701’相比,四倍體蘆筍品種‘井岡紅’根系抗氧化酶活性較強。

圖5 連作對不同倍性蘆筍根系抗氧化酶活性的影響Fig.5 Effects of continuous cropping on antioxidant enzyme activities in root system of different ploidy asparagus varieties

3 結論與討論

通常情況下,多倍性作物對環境的適應能力更強,在逆境脅迫下表現出較強的抗逆性[15-16]。本研究發現,連作處理顯著降低了不同倍性蘆筍品種植株地上部和根系鮮質量,且對二倍體品種的影響較四倍體品種更大,表明四倍體蘆筍品種具有較強的抗逆性。

在正常情況下,植物體內活性氧的產生與清除是一個動態平衡的狀態;在受到外界逆境脅迫時,該平衡會被打破,活性氧積累增加。活性氧作為信號分子對脅迫做出反應,經過一系列的信號傳遞,激發和誘導多種抗氧化酶活性增強[17],這是植物在長期進化適應過程中形成的一種保護系統,用以清除過量的活性氧(ROS),減輕氧化脅迫傷害。植物啟動的抗氧化酶包括SOD、PPO、POD、CAT 和APX(抗壞血酸過氧化物酶)等,能夠在清除和維持植物體內自由基平衡方面發揮重要作用,清除體內過剩的·OH 和H2O2等,從而減輕其對植物細胞膜的過氧化等傷害[18-20]。在自毒作用脅迫下,植株葉片SOD、POD、CAT 活性均顯著下降,可能是自毒脅迫使植物體內產生過多活性氧,且不能被有效清除,抑制了酶活性,降低了植物自身的保護能力[21-22]。本研究發現,在首茬條件下,四倍體蘆筍品種‘井岡紅’抗氧化酶活性高于二倍體蘆筍品種‘井岡701’,連作處理增加了2個不同倍性蘆筍品種體內抗氧化酶活性,且四倍體品種抗氧化酶活性顯著高于二倍體品種,表明多倍性蘆筍品種具有較強的活性氧清除能力,在連作脅迫下可以增強抗氧化物代謝以消除逆境損傷。