PEG模擬干旱脅迫對(duì)不同桑樹砧木生理生化特性的影響

張朝華，張 娜，朱琳琳，莫榮利，于 翠

（1.廣西壯族自治區(qū)蠶業(yè)技術(shù)推廣站，南寧 530007；2.湖北省農(nóng)業(yè)科學(xué)院經(jīng)濟(jì)作物研究所，武漢 430064；3.南漳縣農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所，湖北 南漳 441500）

桑樹是桑科（Moraceae）桑屬（MorusL.）植物，是重要的經(jīng)濟(jì)林木。在中國，桑樹分布于南緯30°至北緯50°的廣闊疆域，且種質(zhì)資源類型豐富，桑種占有量為全世界的50%，擁有15個(gè)種4個(gè)變種近3 000多份種質(zhì)資源［1］。桑樹是生態(tài)效益和經(jīng)濟(jì)效益較佳的樹種［2］，已成為眾多省區(qū)用于干旱、半干旱及消落帶等生態(tài)脆弱區(qū)植被修復(fù)的主要經(jīng)濟(jì)樹種［3］。隨著“立桑為業(yè)，多元發(fā)展”的理念不斷深入，圍繞桑樹資源綜合利用的研究得到長(zhǎng)足發(fā)展，其中尤以果用桑最為突顯。

砧木是嫁接組合中的重要部分，也是嫁接苗的基礎(chǔ)，對(duì)接穗的影響主要表現(xiàn)為對(duì)生長(zhǎng)發(fā)育、樹體高矮、開花結(jié)實(shí)、營養(yǎng)輸導(dǎo)、抗性和對(duì)環(huán)境條件的適應(yīng)能力等方面。國內(nèi)外有關(guān)桑樹砧木抗性評(píng)價(jià)、利用及適應(yīng)性研究起步較晚且涉及面較為狹窄。張和禹等［4］對(duì)6種桑樹砧木耐鹽性進(jìn)行了評(píng)價(jià)，耐鹽性由高到低分別是安徽的華桑、新疆的白桑、河北的魯桑、安徽的魯桑、江蘇的山桑、廣東的廣東桑。張鴻等［5］探討了砧木對(duì)桑樹耐旱性的影響，結(jié)果顯示廣東桑為砧木的和田白桑嫁接苗葉片保水能力低于和田白桑扦插苗，以廣東桑為砧木可能不利于桑樹耐旱性的發(fā)揮。不同砧木具有不同的生理和生態(tài)特性，對(duì)不同氣候、土壤環(huán)境條件的敏感性和適應(yīng)能力也有不同。

本試驗(yàn)利用PEG模擬干旱脅迫條件，探討不同桑樹砧木對(duì)干旱脅迫的生理生化響應(yīng)特性，為不同的氣候及土壤生態(tài)環(huán)境條件，選擇適宜的桑樹砧木提供參考依據(jù)。

1 材料方法

1.1 試驗(yàn)材料及設(shè)計(jì)

采用6個(gè)桑樹砧木品種桂桑優(yōu)12號(hào)、桂桑優(yōu)62號(hào)、桑特優(yōu)2號(hào)、粵桑11號(hào)、粵桑51號(hào)和塘10×倫109當(dāng)年生實(shí)生苗為試驗(yàn)材料。2020年5月初在湖北省桑樹種質(zhì)資源圃蠶桑基地進(jìn)行露地播種，于2020年7月10日選擇整齊一致、健壯、無病蟲害的植株起苗清洗根部土壤（盡量保證根系的完整），并置于塑料大棚中遮陽清水培養(yǎng)2 d，然后放入Hoagland營養(yǎng)液中培養(yǎng)15 d，每3 d更換一次營養(yǎng)液。

選擇長(zhǎng)勢(shì)、株高及大小相近的植株，每個(gè)品種60株，隨機(jī)分成3組，每組為一個(gè)重復(fù)。用含5%的PEG6000 Hoagland營養(yǎng)液模擬干旱水分脅迫處理，分別于處理后0、24、48、72 h統(tǒng)計(jì)植株的萎焉情況，并采集葉片用液氮速凍，置于-80℃冰箱中用于測(cè)定逆境脅迫相關(guān)生理指標(biāo)。

1.2 植株萎焉率及生理生化的指標(biāo)測(cè)定

植株萎焉率=萎焉植株數(shù)/總植株數(shù)×100%。丙二醛含量、過氧化氫含量、脯氨酸含量、超氧化物歧化酶活性、過氧化物酶活性和過氧化氫酶活性測(cè)定采用南京建成生物工程研究所的試劑盒，其操作步驟按試劑盒說明書進(jìn)行。可溶性蛋白含量測(cè)定采用考馬斯亮藍(lán)法［6］。

1.3 數(shù)據(jù)分析

基于IBMSPSS19.0.0軟件系統(tǒng)，采用鄧肯氏單因素多重比較進(jìn)行差異顯著性分析（P＜0.05），用Origin 2018軟件作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 干旱脅迫下不同桑樹砧木萎焉情況

6個(gè)桑樹砧木品種植株在5%PEG6000模擬干旱脅迫處理24 h后呈現(xiàn)葉片萎縮、葉邊緣卷起，呈焦枯狀壞死，其中塘10×倫109最先表現(xiàn)旱害癥狀。由圖1可知，干旱脅迫24 h后，塘10×倫109就有45%的植株出現(xiàn)葉片萎焉干枯癥狀，其他5個(gè)品種萎焉植株不到15%。隨著干旱脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)，萎焉植株不斷增多，尤其是脅迫后期，但萎焉植株增加的數(shù)量及快慢表現(xiàn)出品種特異性。干旱脅迫處理階段，塘10×倫109萎焉植株率均顯著高于其他砧木品種，而粵桑11號(hào)和粵桑51號(hào)萎焉植株數(shù)量相對(duì)較低。

圖1 干旱脅迫下6個(gè)桑樹砧木植株萎焉情況

2.2 干旱脅迫下不同桑樹砧木葉片H 2O2和脯氨酸含量的變化

圖2結(jié)果顯示，干旱脅迫下，6個(gè)桑樹砧木品種葉片H2O2含量變化特點(diǎn)存在品種特異性，不同品種間葉片H2O2含量存在明顯的差異。干旱脅迫下，桂桑優(yōu)12號(hào)和桑特優(yōu)2號(hào)葉片H2O2含量呈先升高后下降，而桂桑優(yōu)62號(hào)呈降低的變化趨勢(shì)，尤其是后期變化幅度較大。粵桑11號(hào)、粵桑51號(hào)和塘10×倫109桑葉H2O2含量呈先升高后降低再升高的變化趨勢(shì)，總體變化幅度較小。

圖2 干旱脅迫下桑樹砧木葉片H 2O2含量的變化

由圖3可知，干旱脅迫下6個(gè)砧木葉片脯氨酸含量總體呈升高趨勢(shì)，除粵桑11號(hào)外，在脅迫后期（72 h）各砧木葉片脯氨酸累積最快，其中桑特優(yōu)2號(hào)葉片脯氨酸含量最高，變幅最大，其次是塘10×倫109和桂桑優(yōu)12號(hào)，分別較0 h增加了10.0倍、8.3倍和5.3倍。而粵桑11號(hào)葉片脯氨酸含量較低，變幅最小?；浬?1號(hào)不同于其他砧木品種，其在干旱脅迫初期便開始大量累積脯氨酸，而后又有所下降。

圖3 干旱脅迫下桑樹砧木葉片脯氨酸含量的變化

2.3 干旱脅迫下不同桑樹砧木葉片MDA含量和抗氧化酶活力的變化

由圖4可知，干旱脅迫下，各砧木品種間MDA含量及變化趨勢(shì)存在明顯差異，但整個(gè)脅迫期間各品種MDA含量總體變化幅度都較小。桂桑優(yōu)12號(hào)和桂桑優(yōu)62號(hào)葉片MDA含量總體高于其他品種。在整個(gè)干旱脅迫期間，桂桑優(yōu)12號(hào)、桑特優(yōu)2號(hào)和塘10×倫109葉片MDA含量無顯著變化，而桂桑優(yōu)62號(hào)和粵桑51號(hào)呈先增后降的趨勢(shì)，粵桑11號(hào)呈不斷下降的趨勢(shì)。

圖4 干旱脅迫下桑樹砧木葉片MDA含量的變化

圖5、圖6、圖7結(jié)果顯示，干旱脅迫下6個(gè)桑樹砧木品種葉片CAT、POD和SOD酶活力及變化趨勢(shì)存在明顯差異。干旱脅迫下，桂桑優(yōu)12號(hào)葉片CAT和SOD酶活力隨時(shí)間延長(zhǎng)先不斷增加，而后由于脅迫加重導(dǎo)致植株葉片萎焉枯死，CAT和SOD酶活力又降低；POD酶活力在干旱脅迫期間總體呈波動(dòng)式升高。桂桑優(yōu)62號(hào)葉片CAT、POD和SOD酶活力受干旱脅迫影響，0～48 h總體呈先下降后升高，而后因脅迫致使植株葉片枯萎，CAT、POD和SOD酶活力又降低。干旱脅迫下，桑特優(yōu)2號(hào)和粵桑11號(hào)葉片CAT和SOD酶活力呈先下降后上升再降低的趨勢(shì)，POD酶活力總體呈現(xiàn)不斷升高的趨勢(shì)；而粵桑51號(hào)葉片CAT和POD酶活力呈先升后降再升高的變化特點(diǎn)，SOD酶活力呈先降后升再降的趨勢(shì)。塘10×倫109葉片CAT、POD和SOD酶活力受干旱脅迫影響，總體上呈先升高后降低的趨勢(shì)。

圖5 干旱脅迫下桑樹砧木葉片CAT酶活力的變化

圖6 干旱脅迫下桑樹砧木葉片POD酶活力的變化

圖7 干旱脅迫下桑樹砧木葉片SOD酶活力的變化

干旱脅迫過程中，桂桑優(yōu)12號(hào)、桂桑優(yōu)62號(hào)、桑特優(yōu)2號(hào)和粵桑11號(hào)葉片CAT酶活力總體高于粵桑51號(hào)和塘10×倫109，且變化幅度較大；桂桑優(yōu)12號(hào)、桂桑優(yōu)62號(hào)和桑特優(yōu)2號(hào)葉片POD酶活力總體高于粵桑11號(hào)、粵桑51號(hào)和塘10×倫109；而SOD酶活力在6個(gè)砧木品種間相差不大，且變化幅度均較小。其中尤以塘10×倫109在整個(gè)脅迫期間，葉片CAT、POD和SOD酶活力變化幅度最小，且總體呈下降趨勢(shì)。

3 討論

植株水勢(shì)下降的程度與細(xì)胞滲透壓的調(diào)節(jié)能力直接相關(guān)［7］。重度干旱脅迫下，短時(shí)間內(nèi)植株葉片水分快速喪失，導(dǎo)致水勢(shì)下降，使葉片快速發(fā)生萎焉。因此，可以根據(jù)植株萎焉程度對(duì)植株的耐旱性進(jìn)行評(píng)價(jià)。

植物響應(yīng)干旱脅迫是一個(gè)涉及多種生理生化代謝途徑的過程［8］，如脅迫逆境通常會(huì)引起植物體內(nèi)活性氧的產(chǎn)生與清除系統(tǒng)失衡，導(dǎo)致超氧陰離子和H2O2等活性氧的積累。研究結(jié)果顯示，干旱脅迫導(dǎo)致不同桑樹砧木MDA含量總體上呈先升高后下降的趨勢(shì)，但不同品種間葉片H2O2含量存在明顯差異。MDA是膜脂過氧化最重要的產(chǎn)物之一，在一定程度上MDA含量的高低可以表示細(xì)胞膜脂過氧化的程度和植物對(duì)逆境條件反應(yīng)的強(qiáng)弱［9］。SOD、POD和CAT 3種酶都是生物體內(nèi)清除自由基的重要保護(hù)酶［10］，能阻止自由基對(duì)細(xì)胞的傷害，抑制膜脂過氧化作用的發(fā)生。馬文濤等［11］和劉曉納等［12］報(bào)道，干旱脅迫能引起柑橘M(fèi)DA含量以及SOD、CAT和POD等保護(hù)酶的活性不同程度地升高。在本研究中，MDA含量和3種酶活性的變化程度在不同桑樹砧木品種間存在明顯差異，但總體變化幅度不明顯，這可能與重度干旱脅迫條件下，短時(shí)間內(nèi)植物葉片快速萎焉和失水導(dǎo)致葉片各代謝功能紊亂及細(xì)胞失活有關(guān)。

脯氨酸作為一種重要的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，植物在干旱脅迫下，通過調(diào)劑脯氨酸的累積降低細(xì)胞滲透勢(shì)，促進(jìn)水分的吸收。試驗(yàn)結(jié)果表明，干旱脅迫下不同桑樹砧木脯氨酸含量總體呈不斷升高，尤其是干旱脅迫后期，迅速大量累積脯氨酸。而粵桑51號(hào)在脅迫早期（24 h）大量累積脯氨，能有效延緩干旱脅迫對(duì)植株的損傷，這也解釋整個(gè)干旱脅迫過程中粵桑11號(hào)植株萎焉率最低的原因。上述結(jié)果也進(jìn)一步佐證了脯氨酸是評(píng)價(jià)植株抗旱能力的重要指標(biāo)。