淹水脅迫下不同中間砧對蘋果岳冠葉片和根系抗氧化酶和非酶類抗氧化物活性的影響

里程輝 于輝 劉志

摘要：以2年生盆栽岳冠/遼砧2號/山定子、岳冠/GM256/山定子、岳冠/77-34/山定子和岳冠/山定子為試驗材料，研究在持續淹水脅迫下，不同中間砧對岳冠葉片和根系抗氧化酶和非酶類抗氧化物活性的影響。結果表明，在整個淹水過程中，各砧穗組合葉片和根系中SOD、POD、CAT、APX活性和游離脯氨酸含量先上升后下降，說明樹體通過提高保護酶活性和非酶類抗氧化物含量抵抗氧化脅迫和增加滲透調節;在淹水7～14 d出現差異，GM256組合的保護酶活性和游離脯氨酸含量顯著高于其他組合，遼砧2號組合最低。可見，在淹水7～14 d時，GM256作為中間砧抗淹水能力最強，建議在降水量較多的遼寧丹東、大連等地，可以優先考慮該組合。

關鍵詞：“岳冠”蘋果;中間砧;淹水;抗逆性酶;抗氧化物

澇害是蘋果在生長發育過程中受到的非生物脅迫之一。植物根系長期浸泡在水中，會產生乙醇等有害物質，并且O2虧缺，CO2和乙烯等過剩使植物缺氧受害[1-5]。近幾年，蘋果的矮化密植栽培方式因其產量高、品質優、早果早產、生產管理方便等優點，已成為我國蘋果產業的發展方向和趨勢[6]。岳冠（寒富×岳帥）是由遼寧省果樹科學研究所雜交選育的蘋果新品種，該品種在冷涼地區發展比寒富更有優勢[7]，并且近幾年發展迅速;遼砧2號（助列涅特×M9，引自遼寧省果樹科學研究所）、GM256（紅海棠× M9，引自吉林省農業科學院果樹研究所）、77-34（M9×小黃海棠，引自遼寧省果樹科學研究所）是3種適合在冷涼地區栽培的矮化、半矮化砧木，以山定子為基砧，這3種砧木為中間砧與岳冠嫁接后親和性良好。但在降雨期比較集中的大連、丹東東港等地，年降水量在1 000 mm 以上時，果樹易受澇害導致葉片黃化、脫落，產量降低，重則造成連續幾年樹體生長受阻[8-11]。本試驗利用淹水處理，測定不同砧穗組合岳冠蘋果中抗氧化酶和非酶類抗氧化物的變化，旨在全面反映淹水脅迫條件下各砧穗組合對岳冠生理特性的影響，篩選適宜水澇地區栽培的砧穗組合，以期為生產提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試材與處理

試驗于2017年6月至7月在沈陽農業大學果樹栽培與生理生態試驗基地（123°341′E，41°491′N）進行。供試的盆栽苗為2年生苗，接穗品種為岳冠，基砧為山定子（Malus baccata），中間砧分別為遼砧2號、GM256和77-34，基砧接口粗度1.5 cm左右，嫁接高度為10 cm，中間砧段長25 cm，2016年3月采用舌接方式進行嫁接，包括岳冠/遼砧2號/山定子（YG/L2/Mb）、岳冠/GM256/山定子（YG/GM256/Mb）、岳冠/77-34/山定子（YG/77-34/Mb）和岳冠/山定子（YG/Mb）4種砧穗組合;嫁接后在溫室內進行常規管理，管理水平一致。試驗用盆采用口徑30 cm、高30 cm的異形耐老化塑料營養缽;營養土為園土棕壤，質地為粘壤土，有機質含量14.25 g/kg，堿解氮含量78.39 mg/kg，速效磷含量 25.82 mg/kg，速效鉀含量178.21 mg/kg，pH值68。從2017年6月15日開始，每種砧穗組合選擇長勢一致的盆栽苗30株進行處理，將盆栽苗放入水池中，加水漫過盆的上沿，使根系處于淹水狀態，設置淹水后0、3、7、14、28、35 d 6個處理，達到處理指標后，采集葉片和根系，分別將同一處理葉片和根系的5株樣品混成1個樣品，用自來水和去離子水清洗，并用吸水紙吸干，樣品用鋁箔紙包好后立即放入液氮中速凍，在-80 ℃冰箱中保存，待所有樣品采集完后，冷凍樣品用研磨儀研磨成粉末，用于非酶類抗氧化物和抗氧化酶活性測定。葉片在中心干延長頭采集當年新稍第6～8張成熟無病蟲葉，細根按1/4圓法取樣。5次生物學重復。

1.2 測定方法

參照He等的方法[12]測定蘋果葉片和根系游離脯氨酸含量。樣品中過氧化物酶（POD）、過氧化氫酶（CAT）和抗壞血酸過氧化物酶（APX）活性測定參照He等的方法[13]，超氧化物歧化酶（SOD）活性利用蘇州科銘生物技術有限公司生產的試劑盒進行測定。

利用Microsoft Excel 2010和SPSS 17.0對數據進行統計分析。

2 結果與分析

2.1 淹水后不同砧穗組合對岳冠葉片和根系SOD活性的影響

從圖1可知，各組合葉片和根系的SOD活性隨著淹水時間的延長呈先上升后下降的趨勢，淹水后3 d后迅速上升，7 d達到最高值，之后持續下降，35 d 降至最低。各組合間葉片的SOD活性只在淹水后7 d和14 d出現差異，均是YG/GM256/Mb最高（438.8 nkat/mg和297.0 nkat/mg），并在淹水后7 d時明顯高于其他組合，在淹水后14 d時，明顯高于YG/L2/Mb，其他組合間差異不明顯;各組合間根系的SOD活性在淹水后3 d時就出現差異，其中YG/GM256/Mb和YG/77-34/Mb明顯高于其他2種組合，并且這種差異一直持續到淹水后14 d，YG/GM256/Mb 活性一直保持最高，淹水后7 d時明顯高于其他3種組合，淹水后14 d時明顯高于 YG/Mb和YG/L2/Mb。另外，在整個淹水過程中，各組合根系的SOD活性始終高于葉片。

2.2 淹水后不同砧穗組合對岳冠葉片和根系POD活性的影響

從圖2可知，各組合葉片和根系的POD活性與SOD相似，也呈現先上升后下降的趨勢，淹水后3 d迅速上升，淹水后7 d達到最高值，之后持續下降，35 d降至最低。各組合間葉片和根系POD活性只在淹水后3～14 d出現明顯差異，均是YG/GM256/Mb最高，YG/L2/Mb最低，二者間一直差異明顯;從淹水后3～14 d，YG/L2/Mb葉片POD活性一直明顯低于YG/Mb，根系POD活性一直明顯低于 YG/77-34/Mb。同時在整個淹水過程中，各組合根系的POD活性也始終高于葉片。

2.3 淹水后不同砧穗組合對岳冠葉片和根系CAT活性的影響

從圖3可知，各組合葉片和根系的CAT活性也呈現先上升后下降的趨勢，淹水后3 d迅速上升，YG/L2/Mb在淹水3 d時達到最高值，其他3種組合在7 d時達到最高值，之后持續下降，35 d降至最低。與SOD和POD活性相似，各組合間葉片和根系CAT活性也在淹水后3～14 d出現顯著差異，淹水后3 d時，YG/L2/Mb最高，明顯高于其他組合，到淹水后7 d和14 d，均是YG/GM256/Mb最高，YG/L2/Mb最低，且二者間差異明顯。同時在整個淹水過程中，各組合根系的CAT活性一直低于葉片。

2.4 淹水后不同砧穗組合對岳冠葉片和根系APX活性的影響

從圖4可知，各組合葉片和根系的APX活性與SOD、POD活性相似，也呈現先上升后下降的趨勢，淹水后3 d迅速上升，7 d達到最高值，之后持續下降，35 d降至最低。各組合間葉片的APX活性在淹水后3～28 d出現明顯差異，根系的APX活性在淹水后3～14 d出現明顯差異，也均是YG/GM256/Mb最高，YG/L2/Mb最低，且二者間一直差異明顯。另外在整個淹水過程中，各組合根系的APX活性也始終高于葉片。

2.5 淹水后不同砧穗組合對岳冠葉片和根系游離脯氨酸含量的影響

游離脯氨酸作為滲透調節物質之一，可以調節細胞內滲透式來緩解逆境對植物的傷害，逆境條件下其含量增加是對逆境的一種自衛反應。如圖5所示，在整個淹水過程中，各組合葉片和根系中的游離脯氨酸含量呈先上升后下降的趨勢，淹水后3 d迅速上升，7 d達到最高值，之后持續下降，但淹水后14 d仍處于較高水平，35 d降至最低，低于未淹水時含量。YG/GM256/Mb在整個淹水過程中一直處于最高;各組合間葉片僅在淹水7 d和14 d時存在明顯差異，淹水后7 d時，YG/GM256/Mb明顯高于其他組合，YG/L2/Mb明顯低于其他組合，淹水后14 d時，YG/Mb明顯低于YG/GM256/Mb;各組合間根系僅在淹水7 d時存在明顯差異，YG/GM256/Mb明顯高于其他組合，YG/L2/Mb明顯低于 YG/GM256/Mb 和YG/Mb。各組合在淹水14 d之前，游離脯氨酸含量根系高于葉片，但在淹水14 d之后，根系低于葉片。

3 討論與結論

植物遭受水分脅迫時，會啟動一系列適應機制，通過提高保護酶活性和一些非酶類抗氧化物含量，增強活性氧和自由基的清除能力，從而減輕對細胞的傷害。SOD是植物抗氧化系統的第一道防線，可以催化超氧陰離子自由基發生歧化反應，形成氧分子和過氧化氫，避免超氧自由基對細胞膜的過氧化作用。POD是以酚類化合物為底物分解H2O2，能夠反映植物生長發育的特點、體內代謝狀況以及對外界環境的適應性。CAT是生物體內清除過氧化氫的主要酶類之一，存在于植物組織的過氧化體中，主要作用是催化H2O2分解為H2O和O2[14]。APX廣泛存在于植物細胞的溶質、過氧化物酶體、線粒體和葉綠體中，能夠以抗壞血酸為電子供體還原H2O2為H2O，是葉綠體中清除H2O2的關鍵酶[15]。脯氨酸是植物體內主要滲透調節物質之一，可以保護酶和植物體內細胞膜結構和功能。本研究發現，在整個淹水過程中，各砧穗組合葉片和根系中SOD、POD、CAT和APX活性呈先上升后下降趨勢，說明淹水前期植株體內產生較多的活性氧誘導了酶保護系統，使4種抗氧化酶活性升高，以便清除活性氧，減輕傷害，隨著淹水時間延長，脅迫傷害加重，超過植株自身承受能力，導致4種抗氧化酶活性逐漸降低，這與楊寶銘等在蘋果[16]、彭克勤等在水稻[17-18]、王娟在牡丹[19]和陳玉明等在獼猴桃[20]上的研究結果一致。并且在淹水3～14 d出現差異，其中GM256組合的保護酶活性一直保持最高，說明該組合更加有效清除樹體組織中的活性氧和自由基，通過減少脂質過氧化水平増強對淹水的耐受性，喬砧和77-34組合居中，遼砧2號組合保護酶活性最低。游離脯氨酸變化趨勢與保護酶一致，淹水7～14 d出現差異，其中GM256組合的游離脯氨酸含量一直最高，說明緩解淹水毒害方面，作用更大一些，77-34組合居中，喬砧和遼砧2號組合含量較低。

GM256作為中間砧，在淹水7～14 d，葉片和根系中4種抗氧化酶活性和游離脯氨酸含量高于其他組合，增強活性氧和自由基的清除能力，降低細胞滲透勢，從而減輕對細胞的傷害，更能適應淹水環境，建議在降水量較多的遼寧丹東、大連等地，可以優先考慮該組合。

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