淹水脅迫對不同絲瓜品種根系生長及抗氧化酶活性的影響

朱進　徐蘭婷　李文靜

摘 ? ?要：為篩選耐澇絲瓜砧木，分析絲瓜耐澇機制，采用雙因素完全隨機設計研究了淹水脅迫對3個不同類型的絲瓜品種荊李1號、早佳、綠冠的根系生長和抗氧化酶活性的影響。結果表明，淹水脅迫下，3個絲瓜品種根系生長均受到抑制，且均形成不定根，根系總長度均始終顯著低于對照，根系平均直徑均是先顯著低于對照，隨后均顯著高于對照;不定根的丙二醛（MDA）含量均與對照差異不顯著，過氧化物酶（POD）和過氧化氫酶（CAT）活性均是先顯著高于對照，隨后與對照差異不顯著。3個品種中，早佳根系生長受抑制最輕，根系總長度減少幅度最小，根系平均直徑和體積的增加幅度最大，主根MDA含量的增加幅度最小，不定根形成最早，POD和CAT活性升高最快，恢復平衡也最快。綜上所述，3個絲瓜品種均耐淹，其中，早佳最耐淹，是最理想的耐澇絲瓜砧木。

關鍵詞：絲瓜;淹水脅迫;根系;抗氧化酶

中圖分類號：S642.4 文獻標志碼：A 文章編號：1673-2871（2022）06-022-07

Waterlogging stress affects root growth and antioxidant enzymes activities of different luffa varieties

ZHU Jin XU Lanting LI Wenjing

（College of Horticulture and Gardening， Yangtze University， Jingzhou 434025， Hubei， China; Hubei Key Laboratory of Vegetable Germplasm Enhancement and Genetic Improvement， Wuhan 430070， Hubei， China）

Abstract： In order to screen waterlogging tolerant luffa rootstocks and analyze the waterlogging tolerant mechanism in luffa， the effects of waterlogging stress on root growth and antioxidant enzyme activity of three different luffa varieties Jingli No. 1， Zaojia and Green luffa were studied by two-factor completely random design. The results showed that under waterlogging condition root growth of three luffa varieties was inhibited and adventitious roots were formed. The total root length was significantly lower than that of the control， and the average root diameter was initially significantly lower than that of the control， and then significantly higher than that of the control. The content of malondialdehyde （MDA） in adventitious roots was not significantly different from that of the control， and the activities of peroxidase （POD） and catalase （CAT） in adventitious roots were significantly higher than that of the control initially， then there was no significant difference between the control and the waterlogging stress. Among the three varieties， the growth of Zaojia was inhibited the least， the total root length decreased the least， the average root diameter and volume increased the most， the content of MDA in taproots increased the least， the adventitious roots formed the earliest， and the activities of POD and CAT increased the fastest， and the equilibrium was restored the fastest. Therefore， the three luffa varieties are all waterlogging tolerant， among which， Zaojia is the most waterlogging tolerant rootstock.

Key words： Luffa; Waterlogging stress; Root system; Antioxidant enzymes

植物生長發育過程中會面臨各種不利的環境條件，而淹水脅迫是最具有破壞性的不利條件之一[1]。淹水脅迫嚴重威脅植物的生長發育，極大地制約著植物產量及品質的提升[2]。淹水脅迫阻礙植物生長的根本原因并不在于水體自身，而在于由于水分過多產生土壤空間封閉并最終導致土壤低氧或缺氧，使植物根系無法正常獲得氧氣，從而引起植物的生長受到抑制[3]。由于根系是直接接觸土壤的器官，淹水脅迫對植物的影響首先作用于根系，而后與地上部進行物質交換及養分轉運，根系的生長狀況會直接影響到植株的生長水平和營養水平。研究表明，淹水脅迫易造成土壤氧氣含量急劇降低，根長度、根平均直徑和體積迅速下降[4]。淹水脅迫會促進活性氧的產生，產生大量丙二醛（MDA），致使細胞功能紊亂[5]，植物根系會提高抗氧化酶活性來抵抗和適應不良環境。超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化物酶（POD）和過氧化氫酶（CAT）對活性氧的清除具有關鍵作用，因而其活性被認為是反映植物對淹水脅迫耐受性的重要指標之一[6-7]。

絲瓜[Luffa cylindrica （L.） Roem.] 根系發達，是瓜類蔬菜中最耐澇漬的種類[8]。研究表明，以絲瓜作砧木嫁接能提高苦瓜的耐澇性，是解決苦瓜不耐澇的一種有效方法[9]。但是同一物種的不同基因型對淹水脅迫的耐性也存在顯著差異[10]。Sharma等[11]研究表明，砧木的耐澇性強弱直接影響植株的抗澇程度。李艷等[12]對葡萄砧木的研究也證明了砧木在抵抗淹水脅迫中起到了主導作用。目前，關于不同基因型絲瓜對淹水脅迫的耐性試驗較少，其適應機制的研究還未見報道。因此，筆者以3個不同類型的絲瓜品種為試驗材料，比較它們對淹水脅迫的耐性及適應機制，篩選耐澇性更好的絲瓜品種，可為苦瓜嫁接栽培提供基礎，對解析植物耐澇機制也具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 材料

荊李1號為本地普通絲瓜類型，由荊州市農業科學院提供;早佳為肉絲瓜類型，由株洲市農之子有限公司提供;綠冠為有棱絲瓜類型，由廣西桂林天宇種子有限公司提供。栽培基質由江蘇培蕾基質科技發展有限公司提供。

1.2 試驗設計

試驗采用雙因素完全隨機設計，因素一為荊李1號、早佳和綠冠，3個絲瓜品種，即3個水平;因素二為淹水（WL）（水面與植株子葉下1 cm平齊） 和不淹水（CK），2種方法，即2個水平;共6個處理。

1.3 方法

試驗于2020年10—12月在長江大學園藝園林學院溫室大棚內和蔬菜生理實驗室進行，將絲瓜種子在晴好天氣下曬種4～6 h，用0.1%高錳酸鉀消毒10 min，溫水浸種6 h，然后置于30 ℃的恒溫箱中催芽，每天用清水清洗種子，待85%種子露白后在50孔穴盤中播種育苗。待絲瓜幼苗長到2葉1心時移至直徑20 cm、高15 cm的培養盆中進行容器育苗，每盆1株。4葉1心時進行淹水處理（水面與植株子葉下1 cm平齊），每個處理60盆，3次重復，分別于淹水0、2、4、8、16 d后隨機取樣測定各項形態指標和生理指標，每個處理取6株，3次重復。

1.4 測定方法

將植株的根沖洗干凈后，照相。采用EPSON V700彩色圖像掃描儀采集所有完整的根系圖片，然后用WINRHIZO根系分析軟件分析根系圖片，直接獲得根系構型參數，包括根系總長度、體積和平均直徑。MDA含量以及SOD、POD和CAT活性的測定均參照王學奎等[13]的方法。

1.5 數據分析

試驗數據采用DPS 7.05軟件進行統計分析，差異顯著比較采用鄧肯氏新復極差法。統計圖使用Excel 2016繪制。照片圖使用Photoshop 6.0軟件標記。

2 結果與分析

2.1 淹水脅迫對不同絲瓜品種根系形態的影響

2.1.1 淹水脅迫對不同絲瓜品種根系外觀形態的影響 從圖1可以看出，與對照相比，淹水脅迫抑制了3個絲瓜品種的根系生長，早佳受抑制程度最輕，綠冠受抑制程度最重;3個絲瓜品種在淹水脅迫下均形成了不定根，早佳在淹水2 d就形成了不定根，且隨著淹水時間的延長，不定根越來越多，荊李1號在淹水4 d形成不定根，根數居中，綠冠在淹水8 d才形成不定根，且不定根數量最少。

2.1.2 淹水脅迫對不同絲瓜品種根系總長度的影響 從表1可知，與對照相比，淹水脅迫顯著降低了3個絲瓜品種的根系總長度，且隨著淹水時間的延長降低的程度加重。3個品種中，早佳的根系總長度最大，淹水脅迫后根系總長度的減小幅度最小，荊李1號次之，綠冠的減小幅度最大。

2.1.3 淹水脅迫對不同絲瓜品種根系平均直徑的影響 從表2可知，淹水脅迫2 d時，3個絲瓜品種的根系平均直徑與對照差異不顯著;淹水4 d時，3個絲瓜品種的根系平均直徑均顯著低于對照;淹水脅迫8 d時，3個絲瓜品種的根系平均直徑又與對照差異不顯著;淹水16 d時，3個絲瓜品種的根系平均直徑均顯著高于對照，即經歷了一個先降低后升高的過程。3個絲瓜品種中，早佳的根系平均直徑最大，荊李1號次之，綠冠最小。

2.1.4 淹水脅迫對不同絲瓜品種根系體積的影響 從表3可知，淹水脅迫2、4 d時，3個絲瓜品種的根系體積均顯著低于對照;淹水脅迫8 d，早佳和荊李1號的根系體積與對照已差異不顯著，但綠冠的根系體積仍顯著低于對照;淹水脅迫16 d，3個絲瓜品種的根系體積均已恢復到與對照差異不顯著的水平。淹水2～16 d，3個品種中，早佳的根系體積最大，荊李1號次之，綠冠最小。

2.2 淹水脅迫對不同絲瓜品種根系抗性生理的影響

2.2.1 ? ?淹水脅迫對不同絲瓜品種根系MDA含量的影響 ? ?從圖2可知，淹水脅迫2～4 d，3個絲瓜品種主根MDA含量均顯著高于對照，淹水8～16 d，早佳和荊李1號主根的MDA含量與對照差異不顯著，但綠冠主根的MDA含量仍顯著高于對照。3個品種中，淹水2～16 d，早佳主根的MDA含量最低，綠冠主根的MDA含量最高，早佳的MDA含量的增加幅度最小，綠冠的增加幅度最大。淹水脅迫下，3個絲瓜品種不定根的MDA含量始終與對照差異不顯著。

2.2.2 ? ?淹水脅迫對不同絲瓜品種根系SOD活性的影響 ? ?從圖3可知，淹水脅迫下，3個絲瓜品種主根的SOD活性均顯著低于對照;淹水2～8 d時，3個絲瓜品種不定根的SOD活性均顯著低于對照，淹水16 d時，3個絲瓜品種不定根的SOD活性恢復到與對照差異不顯著的水平。

2.2.3 ? ?淹水脅迫對不同絲瓜品種根系POD活性的影響 ? 從圖4可知，淹水脅迫2 d，早佳絲瓜品種主根的POD活性顯著低于對照，荊李1號、綠冠與對照差異不顯著;淹水脅迫4 d，3個絲瓜品種主根的POD活性與對照相比差異不顯著;淹水脅迫8 d，早佳、綠冠2個絲瓜品種主根的POD活性顯著高于對照，荊李1號與對照差異不顯著;淹水16 d時，3個絲瓜品種主根的POD活性均顯著高于對照。淹水8～16 d，綠冠主根的POD活性最高，早佳POD活性的升高幅度最大。

淹水脅迫2 d，早佳品種不定根的POD活性顯著高于對照;淹水脅迫4 d，早佳品種不定根的POD活性與對照差異不顯著，而荊李1號的顯著高于對照;淹水脅迫8 d，早佳不定根的POD活性與對照差異不顯著，荊李1號、綠冠2個絲瓜品種不定根的POD活性顯著高于對照;淹水脅迫16 d時，3個絲瓜品種不定根的POD活性恢復到與對照差異不顯著的水平。3個絲瓜品種中，早佳POD活性最早升高，最早恢復平衡，荊李1號次之，綠冠最晚。

2.2.4 ? ?淹水脅迫對不同絲瓜品種根系CAT活性的影響 ? ?從圖5可知，淹水脅迫2 d，早佳、荊李1號絲瓜品種主根的CAT活性顯著低于對照，綠冠與對照差異不顯著;淹水脅迫4 d，3個絲瓜品種主根的CAT活性與對照差異不顯著;淹水脅迫8～16 d，3個絲瓜品種主根的CAT活性顯著高于對照。淹水2～16 d，早佳主根的CAT活性最高，CAT活性的升高幅度最大，荊李1號次之，綠冠最小。

淹水脅迫2 d，早佳品種不定根的CAT活性顯著高于對照;淹水脅迫4 d，早佳品種不定根的CAT活性與對照差異不顯著，荊李1號的顯著高于對照;淹水脅迫8 d，早佳品種不定根的CAT活性與對照差異不顯著，荊李1號、綠冠的顯著高于對照;淹水脅迫16 d，3個絲瓜品種不定根的CAT活性與對照差異不顯著。 3個絲瓜品種中，早佳CAT活性最早升高，最早恢復平衡，荊李1號次之，綠冠最晚。

3 討論與結論

淹水脅迫下，植物根尖首先受到傷害，影響根系的生理生化活動，使根系生長發育受到抑制，從而引起根變細變短等形態特征的變化[14-15]。根系總長度、根體積和根系平均直徑可以反映根系與土壤的接觸情況，還可以反映根系對養分與水分的吸收能力[16]。本試驗結果表明，淹水脅迫2～4 d顯著減小了3個絲瓜品種的根系總長度、根系平均直徑、根系體積，這與以往的研究結果一致[17-19]。這是由于淹水脅迫下土壤中水分達到飽和狀態，植株不必通過根的伸長來吸收水分，且呼吸過程改變了能量代謝，抑制根系生長。不同品種間根系總長度、平均直徑、體積的減小幅度存在差異，以早佳的減小幅度最小，荊李1號次之，綠冠最大，說明淹水脅迫對早佳根系生長的抑制作用最小，對綠冠的根系生長抑制作用最大。絲瓜在淹水脅迫下能形成不定根，恢復根系吸收水分和養分的能力，因此，在淹水后期3個絲瓜品種的根體積、根平均直徑受到的抑制程度減弱，在淹水16 d時3個絲瓜品種的根體積恢復到對照水平，根系平均直徑增大至顯著高于對照的水平，表明3個絲瓜品種的根系在淹水脅迫下具有較好的適應和調節能力。3個品種中早佳在淹水2 d時形成不定根，荊李1號和綠冠分別在淹水4 d和淹水8 d形成不定根，由此可見不同品種在淹水脅迫下的自我調節能力和適應能力不同，不定根的形成對減輕淹水脅迫下根系生長的傷害起重要作用，這說明早佳絲瓜對淹水脅迫具有更好的耐性。

淹水脅迫嚴重限制了氧氣的擴散，導致根系缺氧，產生活性氧（ROS），積累MDA，導致細胞膜結構和功能受損[20-22]。本試驗中，淹水脅迫增加了3個絲瓜品種主根的MDA含量，3個品種中，早佳主根的MDA含量最低，表明其主根受到淹水脅迫的損傷最小。植物中的抗氧化酶（SOD、POD、CAT）可以清除多余的ROS，高效的酶促抗氧化系統對植物在淹水脅迫下的生存至關重要[23-24]。SOD將O2·-轉化為H2O2，H2O2是一種穩定的分子，既可以作為信號，也可以被POD和CAT進一步清除到水中[25-26]。本試驗中淹水脅迫降低了3個品種絲瓜主根的SOD活性，說明在絲瓜中，SOD不是清除O2·-的主要物質。POD活性和CAT活性都先降低再升高，早佳主根的POD、CAT活性升高幅度大，證明植物具有高效的抗氧化系統更耐受氧化損傷[27-29]。淹水脅迫下，3個絲瓜品種不定根的MDA含量與對照差異不顯著，說明3個品種的不定根沒受到氧化傷害。這是由于不定根剛形成時，不定根內SOD、POD、CAT酶活性升高，清除了多余的活性氧。隨著淹水脅迫時間的延長，不定根中形成通氣組織，輸送了氧氣，恢復了不定根中活性氧的代謝平衡，POD、CAT酶活性就逐漸降低至對照水平。

綜上所述，3個絲瓜品種對淹水脅迫都具有較強的耐性，在淹水脅迫下，主根中均保持較高的抗氧化酶活性來減輕淹水脅迫的傷害，并形成不定根恢復根系正常代謝適應淹水脅迫。說明3個絲瓜品種均可作耐澇砧木;3個不同類型的絲瓜品種中，早佳肉絲瓜最早形成不定根，生理響應程度最大，受傷害程度最小，說明其耐澇性最好，是最理想的耐澇絲瓜砧木。

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