九個不同品種油棕抗旱性的生理生化鑒定

金龍飛 楊蒙迪 周麗霞 馮美利 曹紅星

(中國熱帶農業科學院椰子研究所/農業農村部熱帶油料科學觀測實驗站 海南文昌571339)

油棕（Elaeis guineensis）是重要的熱帶木本油料作物，產油效率極高，是花生的5～6 倍，大豆的9～10 倍。油棕原產于非洲幾內亞灣的熱帶河谷地區，性喜濕熱，不耐干旱，年降雨低于2 000 mm 或者月降雨量低于100 mm 即會影響油棕的產量［1］。油棕廣泛栽培于南緯10°至北緯15°的熱帶地區，我國主要在海南、云南、廣西和雷州半島等地區種植，這些地區的季節性干旱嚴重影響油棕的產量。中國熱帶農業科學院椰子研究所從尼日利亞、哥斯達黎加以及馬來西亞引進了9個油棕品種進行試種，對這些品種在干旱脅迫下的抗旱性評價是引種試驗的重要內容。在干旱脅迫下，植物通過一系列生理生化變化來增強抗旱性，包括增加可溶性糖（SS）、可溶性蛋白（SP）、游離脯氨酸（Pro）等滲透調節物質；通過提高抗氧化酶活性［例如超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化氫酶（CAT）和過氧化物酶（POD）等］來增強對干旱引起的活性氧的清除能力；通過提高非酶類抗氧化物質含量（例如酚類物質和谷胱甘肽等）來增強對干旱引起的活性氧的清除能力［2］。孫程旭等［3］對干旱脅迫下油棕幼苗生理生化指標進行測定，發現干旱脅迫下油棕葉片的膜透性、丙二醛（MDA）含量和脯氨酸含量均有不同程度的升高，SOD 酶和POD 酶活性先上升后下降。曹建華等［4］通過對不同程度干旱脅迫下油棕的葉綠素、游離脯氨酸、可溶性蛋白、可溶性糖、丙二醛含量、相對電導率、SOD 與POD 酶活性進行主成分分析，對10 個油棕新品種進行抗旱性評價。本研究從生理生化的角度對9 個油棕的抗旱性進行評價和鑒定，通過對干旱脅迫處理的油棕葉片的SS、SP 和Pro等滲透調節物質、總酚（TP）和MDA 的含量以及SOD、CAT、POD 等抗氧化酶的活性進行測定，并采用隸屬函數對9個品種的抗旱性進行綜合評價，為培育適合中國栽培的油棕新品種提供參考依據。

1 材料與方法

1.1 材料

供試油棕取自中國熱帶農業科學院椰子研究所（海南省文昌市）育苗基地，選取生長健壯，長勢一致，無病害的2 年生盆栽苗，品種依次為RYNG1， RYCR2， RYCR3， RYCR4， RYCR5， RYCR6，RYCR7，RYMY8和RYMY9。

1.2 方法

1.2.1 干旱脅迫處理

在人工防雨棚（透光）中進行干旱脅迫處理。從9個油棕品種中選取生長一致的盆栽苗置于人工防雨棚中，干旱處理的土壤含水量控制在15%～20%；對照（CK）為常規澆水，土壤含水量控制在45%以上。每個處理重復3 次，每個處理3 株苗。處理30 d后采樣，進行葉片生理生化指標測定。

1.2.2 指標測定

采用蒽酮比色法測定SS 含量，二喹啉甲酸法測定SP 含量，分光光度法測定TP 含量，硫代巴比妥酸法測定MDA含量；采用南京建成生物工程研究所生產的總超氧化物歧化酶（T-SOD） 測試盒（A001-1-2）、過氧化物酶（POD） 測定試劑盒（A084-3-1） 和過氧化氫酶（CAT） 測定試劑盒（A007-1-1）分別測定SOD、POD和CAT活性。

1.2.3 數據分析

數據采用SPSS 13.0 進行差異顯著性分析。采用隸屬函數值法對抗旱性進行綜合評價，分別計算干旱脅迫下SS、SP、TP、Pro、MDA 含量以及SOD、POD和CAT活性等指標變化的隸屬函數值。

分析指標與抗旱性呈正相關，則計算公式為：

分析指標與抗旱性呈負相關，則計算公式為：

式中：Xijk表示第i個品種第j個處理下的第k個指標的測定值；U（Xijk）表示第i個品種第j個處理下的第k個指標的隸屬函數值；Xmax和Xmin表示測定值中的最大值和最小值。先對分別計算各指標隸屬函數值，再計算所有指標平均值，值越大，抗旱性越強，反之則越弱。

2 結果與分析

2.1 干旱脅迫對油棕葉片滲透調節物質含量的影響

干旱脅迫下，9 個油棕品種葉片的滲透調節物質含量變化情況如圖1 所示。7 個油棕品種葉片的SS 含量高于對照，RYCR4 和RYMY9 的變化差異不顯著；RYCR4 的SS 含量最高，為53.28 mg/g；RYCR3的SS 含量增幅最大，是對照的1.6 倍。干旱脅迫下，7 個油棕葉片品種的SP 含量顯著高于對照，RYCR3 和RYMY9 的差異不顯著；RYCR2 葉片SP 含量最高（2.88 mg/g），其增幅也最大，是對照的2.3倍。干旱脅迫下，8 個油棕品種葉片Pro 含量顯著高于對照，RYCR4 與對照的差異不顯著；RYCR3 的Pro 含量最高（36.54 μg/g），其增幅也最大，是對照的1.4倍。

2.2 不同干旱處理對油棕葉片總酚（TP）和丙二醛含量（MDA）的影響

圖1 干旱處理對不同品種油棕葉片滲透調節物質含量的影響

干旱脅迫下，9 個油棕品種葉片TP 和MDA 含量變化情況如圖2 所示。干旱脅迫下，RYCR2、RYCR3、RYCR4、RYCR6 和RYCR7 葉片TP 含量顯著高于對照，而RYMY8 和RYMY9 葉片TP 含量顯著低于對照，其中RYNG1 的TP 含量最高，為15.71 mg/g；RYCR6 的TP 含量增幅最大，是對照的1.7 倍。干旱脅迫下，油棕葉片的MDA含量顯著高于對照，其中RYMY8 的MDA 含量最高，為57.63 μmol/g；RYCR3的MDA含量增幅最大，是對照的1.9倍。

2.3 不同干旱處理對油棕葉片抗氧化酶活性的影響

圖2 干旱處理對不同品種油棕葉片總酚和丙二酮含量變化的影響

干旱脅迫下，9 個油棕品種葉片抗氧化酶活性變化情況見圖3。干旱脅迫下，8 個油棕品種葉片的SOD 酶活性顯著高于對照，RYMY8 與對照的差異不顯著；RYCR6 葉片的SOD 酶活性活性最高，為4.90 U/g；RYCR4 增幅最大，是對照的2.4 倍。干旱脅迫下，8 個油棕品種葉片的POD 酶活性顯著高于對照，RYMY8與對照的差異不顯著；RYCR4的POD酶活性最高，為121.83 U/g，其增幅也最大，是對照的1.5 倍。干旱脅迫下，5 個油棕葉片CAT 酶活性顯著高于對照，RYCR5，RYCR7，RYCR8 和RYCR9與對照的差異不顯著；RYCR3 的CAT 酶活性最高（20.51 U/g），其增幅也最大，是對照的1.4倍。

2.4 不同品種油棕各指標隸屬函數值和綜合評價

對干旱脅迫下油棕葉片的SS、SP、TP、Pro、MDA 含量和SOD、POD、CAT 活性8 項抗旱相關指標變化幅度的隸屬函數值求平均值，按其大小排序得到9 個油棕抗旱性的綜合評價結果（表1），9 個油棕的抗旱能力依次是RYCR3＞RYNG1＞RYCR5＞RYCR6＞RYCR4＞RYCR2＞RYCR7＞RYMY9＞RYMY8。

3 討論與結論

圖3 干旱處理對油棕不同品種葉片保護酶活性活性的影響

油棕起源于熱帶雨林，性喜濕潤，不耐干旱，在長期的栽培、引種和馴化中抗旱性也逐漸增強［5］。SS、SP和Pro是植物細胞內重要的滲透調節物質，在干旱脅迫下，滲透調節物質含量的增加能夠改變細胞質濃度，提高細胞的保水能力，進而有效緩解干旱對植物細胞的傷害，其含量的高低也能從一定程度上反映抗旱性的強弱［6］。SS 與水結合形成束縛水，提高原生質的粘度，能夠降低細胞的水勢，植物中SS 含量越高，植物的抗旱性越強［7］。干旱脅迫下7 個油棕品種的SS 含量顯著高于對照，其中RYNG1、RYCR3 和RYCR5 的SS 含量增幅最大，表明干旱脅迫下，這3個品種在通過積累大量的SS，緩解干旱造成的細胞損傷，提高抗旱性。干旱脅迫下，抗旱相關基因表達被激活，相關的蛋白質合成受到誘導，導致植株SP 含量增加，提高植株抗旱性，因此SP 含量可作為抗旱性的評價指標［8-9］。干旱脅迫下7 個油棕品種的SP 含量顯著高于對照，其中RYCR2、RYCR4 和RYCR5 的SP含量增幅較大，表明干旱脅迫下，這3個品種在能夠積累大量的SP，以增強對干旱脅迫的抗性。在環境適宜的情況下植物細胞的Pro含量較低，在干旱脅迫下Pro 迅速積累，外源噴施Pro 能夠增強植物的抗旱性［10］。干旱脅迫下8 個油棕品種的游離脯氨酸含量顯著高于對照，其中RYNG1、RYCR3和RYCR6的脯氨酸含量上升幅度最大，表明在干旱脅迫下，這3個品種能夠積累大量的脯氨酸，以增強對干旱脅迫的抗性。

干旱脅迫下細胞內會產生大量的活性氧，包括超氧陰離子、過氧化氫、羥自由基、一氧化氮等［11］。過量的活性氧積累會對蛋白質、核酸和脂質等生物大分子造成損傷，從而影響其正常的生理生化功能［12］。MDA是活性氧與脂質發生過氧化反應的終產物，會引起蛋白質、核酸等生物大分子的交聯結合，且具有細胞毒性［12］。干旱脅迫下RYCR4、RYCR5和RYCR7的丙二醛積累量顯著低于其他品種，表明這3個油棕品種受干旱脅迫的影響較小。酚類物質是植物重要的非酶類抗氧化劑，在逆境脅迫下，酚類物質的積累能夠有效降低活性氧的積累［13］。不同油棕品種在干旱脅迫下的TP 含量變化差異較大，其中RYCR2、RYCR3 和RY CR6 的TP含量增幅較大，表明這3個油棕品種在干旱脅迫下能夠積累大量的酚類物質，以此增強抗旱性。SOD、POD和CAT是植物細胞內重要的抗氧化酶，其通過清除膜脂過氧化產生的活性氧來保護細胞免受傷害，減少細胞膜損傷，提高植物的抗旱能力［14-15］。干旱脅迫下SOD、POD 和CAT 活性的高低也能在一定程度上反映植物的抗旱能力［16］。在干旱脅迫下，9 個油棕品種的SOD、POD 和CAT 活性都有不同程度的上升，其中RYCR4 的SOD 活性增幅最大，RYCR3的POD和CAT活性增幅最大，表明這2個油棕品種在干旱脅迫下能夠通過增強抗氧化酶的活性來提高對活性氧的清除能力，進而增強對干旱脅迫的抗性。

表1 油棕葉片在干旱脅迫下8項指標的隸屬函數值及抗旱性綜合評價

抗旱性是植物對干旱長期適應的一種機制，通過外部形態和內部解剖結構及生理生化指標等的變化來體現。因此，很難用單一指標來評價。基于隸屬函數評價法對多項指標進行綜合分析，可較準確地反映不同植物種間及種內不品種（系）的抗旱性差異，已在玉米［17］、高粱［18］、馬鈴薯［19］、花生［20］、枇杷［21］等多種作物的抗旱性評價中得到了廣泛應用。本試驗利用隸屬函數評價法對油棕在干旱脅迫下的生理生化指標進行綜合分析，得出9 個油棕品種的抗旱性依次為：RYCR3＞RYNG1＞RYCR5＞RYCR6＞RYCR4＞RYCR2＞RYCR7＞RYMY9＞RYMY8。油棕抗旱品種的選育是一個長期過程，本試驗僅從生理生化的角度對油棕品種幼苗的抗旱性進行評價，因此還存在一定片面性，還需從大田成年植株中進行篩選和評價。