澇漬對小白菜生長及活性氧代謝的影響

李德明 張秀娟 鄧丹鳳

（長江大學(xué)園藝園林學(xué)院，湖北荊州，434025）

澇漬對小白菜生長及活性氧代謝的影響

李德明 張秀娟 鄧丹鳳

（長江大學(xué)園藝園林學(xué)院，湖北荊州，434025）

以盆栽小白菜（四月蔓）為試材，研究澇漬及恢復(fù)期間小白菜表觀傷害及活性氧代謝的變化。試驗結(jié)果表明，澇漬后小白菜植株黃化嚴(yán)重，澇漬4 d，8 d和12 d（恢復(fù)4 d）后植株死亡率分別為20%，50%和80%；澇漬后葉片葉綠素含量呈直線下降趨勢，恢復(fù)4 d略有回升；澇漬使小白菜葉片細胞膜透性逐漸增強；澇漬后造成活性氧代謝平衡體系破壞，澇漬期間葉片愈創(chuàng)木酚-過氧化物酶（G-POD）活性持續(xù)升高，恢復(fù)期間有所下降；受澇后超氧化物歧化酶（SOD）活性先升后降，恢復(fù)期間逐漸升高；受澇后抗壞血酸過氧化物酶（AsA-POD）持續(xù)升高，恢復(fù)期間緩慢下降；受澇及恢復(fù)期間葉片的丙二醛（MDA）和脯氨酸（PRO）含量變化同AsA-POD一致。總之，澇漬造成小白菜活性氧代謝失常，引起小白菜產(chǎn)量顯著降低。

小白菜 澇漬 活性氧代謝

小白菜（Brassica chinesisL.）為十字花科蕓薹屬蔬菜，是非常受人們喜愛的綠葉蔬菜之一。近年來，隨著氣候的變暖，海洋水位升高，許多地方澇漬頻頻發(fā)生，隨著全球生態(tài)系統(tǒng)的不斷惡化，我國大約有2/3國土面積存在不同程度的澇害，為害極大[1]。澇害對小白菜及其他農(nóng)作物的產(chǎn)量和品質(zhì)造成很大影響，有研究表明，植物在受澇漬脅迫時，活性氧代謝能力減弱，膜脂過氧化加劇[2]。澇漬對小白菜及其他農(nóng)作物的產(chǎn)量和品質(zhì)影響很大[3]，會導(dǎo)致農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率下降，直接影響到人們的生產(chǎn)和生活。對植物澇漬為害機制進行研究，可部分解決農(nóng)作物抗?jié)硢栴}，以期達到優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)目的。但到目前為止，研究澇漬對小白菜活性氧代謝影響的研究領(lǐng)域尚未涉入，因此，本研究探討澇漬對小白菜生長發(fā)育及活性氧代謝的影響，以期為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上合理地選擇和定向培育耐澇品種及澇漬地區(qū)小白菜增產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗材料為“四月蔓”小白菜種子。

1.2 試驗處理

試驗于2007年3～8月在長江大學(xué)園藝園林學(xué)院設(shè)施園藝基地及植物逆境生理生化實驗室完成。將供試小白菜種子進行先期育苗，育苗基質(zhì)為椰糠∶珍珠巖=1∶1的混合物；待苗長到一定大小 （4葉1心）時挑選長勢一致的苗植于塑料盆 （18 cm×15 cm）中培養(yǎng)，每盆3株，采用龍山通用營養(yǎng)液根外噴施或澆灌，每周3次，噴澆肥料后用清水噴灑葉片，防止燒苗。待小白菜植株培養(yǎng)到8葉1心時開始進行澇漬處理，即選取20盆植株長勢一致的小白菜，15盆隨機放入栽培槽中，保持灌水深度為水面淹至小白菜心葉部，分別進行4，8 d澇漬及澇漬恢復(fù)（解除水分脅迫）4 d處理；5盆對照水分管理按正常栽培措施進行。

1．3 試驗方法

在不同澇漬及恢復(fù)時間（澇漬4，8 d和澇漬后恢復(fù)的第4天）取樣（葉片），采用相應(yīng)方法測定質(zhì)膜相對透性[4]，愈創(chuàng)木酚-過氧化物酶（G-POD）活性參照朱祝軍等[5]的方法，超氧化物歧化酶（SOD）、抗壞血酸過氧化物酶（AsA-POD）活性參照Giannopol itis等[6]的方法，丙二醛含量的測定參照Cakmak等[7]的方法，脯氨酸（PRO）含量參照湯章城[8]的方法，葉綠素含量按呂軍[9]的方法，各指標(biāo)均測定3次，取平均值。澇漬12 d后（澇漬后恢復(fù)的第4天）取植株地上部，洗凈烘干后統(tǒng)計單株地上部干質(zhì)量，計為單株產(chǎn)量。

2 結(jié)果與分析

2．1 澇漬對小白菜生長的影響

試驗結(jié)果表明，澇漬后小白菜單株產(chǎn)量為30.00±0.81 g，只有對照的1/5，極顯著地低于對照，表明小白菜地上部干物質(zhì)積累量嚴(yán)重減少，澇漬造成小白菜嚴(yán)重減產(chǎn)。

2．2 澇漬對小白菜葉片葉綠素含量的影響

如表1所示，澇漬后四月蔓小白菜葉綠素含量呈直線下降。其中葉綠素a含量處理4 d后明顯降低，處理8 d與對照組呈差異極顯著（P＜0.01），澇漬12 d（恢復(fù)4 d）葉綠素a含量略有回升的趨勢，但與對照差異仍達極顯著（P＜0.01）；葉綠素b含量澇漬處理4 d與對照差異顯著（P＜0.05），澇漬處理8 d與對照差異極顯著（P＜0.01），澇漬處理12 d（恢復(fù)4 d）葉綠素b含量略有回升的趨勢，但與對照差異仍達極顯著（P＜0.01）；澇漬處理葉綠素總含量降低，第4 d葉綠素含量的減少不很明顯，第8 d明顯下降與對照差異極異顯著 （P＜0.01），第12 d（恢復(fù)4 d）略有回升的趨勢，但仍極顯著的低于對照。

表1 不同澇漬時間對小白菜葉綠素含量的影響

圖1 澇漬對小白菜保護性酶與非酶系統(tǒng)的影響

2.3 澇漬對小白菜葉片細胞膜相對透性的影響

由圖1可知，澇漬造成小白菜細胞膜相對透性高于對照，且隨澇漬時間延長而持續(xù)增強，僅在澇漬后恢復(fù)期有所減弱。澇漬處理8 d，小白菜細胞膜相對透性達到90%，顯著高于對照（P＜0.05）。

2.4 澇漬對小白菜葉片活性氧代謝的影響

由圖1可知，正常情況下小白菜G-POD活性持續(xù)升高；澇漬造成小白菜G-POD活性在澇漬第8天達到2.82 mmol·min-1·g-1，顯著高于對照，澇漬恢復(fù)期略有降低，但仍高于對照。正常情況下小白菜SOD活性持續(xù)升高；澇漬造成小白菜SOD活性在澇漬4 d達到0.62 mmol·min-1·g-1，顯著高于對照，4～8 d呈下降趨勢，第8天與對照相同（0.52 mmol·min-1·g-1），澇漬恢復(fù)期略有上升。正常情況下小白菜MDA含量持續(xù)升高；澇漬8 d小白菜MDA含量達到0.28 mg/g，顯著高于對照，澇漬恢復(fù)期略有降低，但仍高于對照。正常情況下小白菜AsAPOD活性持續(xù)升高；澇漬4 d小白菜AsA-POD含量達到4.4 mmol·min-1·g-1，顯著高于對照，澇漬第8天小白菜AsA-POD含量達到5.2 mmol·min-1·g-1，極顯著高于對照，澇漬恢復(fù)期略有降低，但仍高于對照 （圖1）。正常情況下小白菜PRO含量持續(xù)升高；澇漬4 d小白菜PRO含量達到1.6 mg/g，顯著高于對照，澇漬8 d小白菜PRO含量達到2.2 mg/g，顯著高于對照，澇漬恢復(fù)期略有降低，但仍高于對照。

3 小結(jié)與討論

在正常的條件下，植物體內(nèi)活性氧的產(chǎn)生與清除（細胞保護系統(tǒng)）處于平衡狀態(tài)，當(dāng)植物處于衰老、澇害、干旱、高溫等逆境時，這種平衡遭到破壞，植物體內(nèi)發(fā)生 O2-，2OH-，H2O2等活性氧的積累。從而破壞膜的選擇透性并由此引發(fā)和加劇膜脂過氧化作用，導(dǎo)致植物細胞受到傷害，甚至使植物死亡[9～10]。本試驗表明，澇害逆境導(dǎo)致小白菜葉片細胞保護系統(tǒng)的平衡體系受到破壞。葉片的葉綠素含量前8 d急劇下降，這與前人在小麥[9]、烤煙[11]中觀察的結(jié)果一致；恢復(fù)4 d后呈略回升趨勢。葉綠素含量略上升的原因可能是受澇漬傷害后小白菜植株根系受損，吸水困難，澇漬恢復(fù)期仍繼續(xù)失水而造成單位面積鮮葉片可能的葉綠素相對含量略高。由于植物體內(nèi)自由基積累，啟動細胞膜脂過氧化作用是造成細胞膜系統(tǒng)受損傷、植物體受傷害的重要原因，而植物體內(nèi)的 SOD、過氧化氫酶（CAT）和 G-POD是生物自由基的清除劑，在防御植物活性氧傷害方面具有重要作用[12～13]。本研究結(jié)果表明，小白菜G-POD活性在受澇害的第4天略有升高，第8天急劇回升，澇漬恢復(fù)期間呈下降趨勢。前8 d與楊暹等[12]在菜心中觀察的結(jié)果一致。葉片的 SOD活性在受澇害的前4 d逐漸提高，第8天降低，第12天（恢復(fù)4 d）開始回升。前8 d與汪宗立等[14]對夏玉米研究相近。澇漬后小白菜葉片的MDA含量不斷增加，第4天有明顯的升高，第8天急劇升高。此結(jié)果與前人在玉米[15～16]和淫羊藿[17]中觀察到的結(jié)果相近。 試驗表明澇漬造成小白菜細胞膜脂過氧化嚴(yán)重，細胞膜結(jié)構(gòu)被破壞，功能喪失。第12天（恢復(fù)4 d）MDA含量略有降低，表明澇漬恢復(fù)對小白菜細胞傷害有一定程度的緩解。澇漬前8 d AsA-POD含量不斷增加與前人在玉米[18]中研究的結(jié)果一致。脯氨酸是水溶性最大的氨基酸，其在細胞內(nèi)的積累有助于細胞的保水、維持細胞內(nèi)膨壓、保護酶和膜系統(tǒng)免受傷害和增強植物的抗?jié)承浴Ｑ退?天后，游離脯氨酸（PRO）含量開始顯著增高，這與前人在銀杏中觀察的結(jié)果一致[19]，第 12天（恢復(fù) 4 d）升高的速度變緩。這些結(jié)果表明小白菜隨著澇漬的加劇小白菜植株受到的傷害越來越嚴(yán)重。植株體內(nèi)各種代謝是非常復(fù)雜的，它們相互聯(lián)系，相互制約，某個單一的生理過程或指標(biāo)的變化尚不足以表征其抗?jié)衬芰Φ膹娙?。由于植株保護系統(tǒng)的平衡受到破壞，膜脂過氧化作用加劇，從而影響植株的生長與發(fā)育，最后導(dǎo)致植株死亡[20]。

總體而言，澇漬處理后小白菜葉片細胞保護系統(tǒng)的平衡受到破壞，葉片的葉綠素呈一直下降趨勢，第12天（恢復(fù)4 d）雖略有回升，但也極顯著低于對照；澇漬造成小白菜產(chǎn)量嚴(yán)重降低。通過對小白菜澇漬及恢復(fù)期活性氧代謝系統(tǒng)的研究，期望就澇漬對小白菜的傷害的生理機制有更進一步的了解，以便在易發(fā)生澇漬為害的區(qū)域栽培小白菜及其他葉菜的生產(chǎn)策略制定或栽培技術(shù)（如品種選擇或定向育種或栽培措施的改進）上作相應(yīng)調(diào)整，以達到增產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的目的。

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Effect of Waterlogging Stress on Growth and Active Oxygen Metabolism of Pakchoi

LI Deming,ZHANG Xiujuan,DENG Danfeng
(College of Horticulture and Gardening,Yangtze University,Jinzhou,Hubei 434025)

Using pakchoi(Siyueman)as material,we observed plant visible injuries under waterlogging stress for 4,8 d and physiological influence after recovery 4 d The results showed that plant etiolate seriously after waterlogging,and root decayed to death (death rates were about 20%,50%and 80%after plant waterlogged 4,8 d and recovered 4 d).Leaf chlorophyll content showed descending trend,but gently increased at 4th day after recovery.Waterlogging caused plants membrane permeability gradually increasing.Waterlogging destroyed the balance of Chinese cabbage cell protective systems.After waterlogging,guaiacol peroxidase(G-POD)and superoxide dismutase(SOD)activities gently increased at 4th day,then G-POD activity rapidly increased at 8th day,but SOD activity decreased at 8th day.During the period of recovery,G-POD activity gently decreased,then SOD activity gradually increased.With waterlogging degree increasing, leaves ascorbic acid peroxidase (AsA-POD)activities gently increased at 4th day after waterlogging,then rapidly increased at 8th day after waterlogging,but decreased during the period of recovery.Malonaldehyde (MDA)activities increased at 4th day after waterlogging,then rapidly increased at 8th day after waterlogging,but decreased during the period of recovery.Proline (PRO)content gently increased at 4th day after waterlogging,then rapidly increased at 8th day after waterlogging,but decreased during the period of recovery.

Pakchoi;Waterlogging stress;Active oxygen metabolism

10.3865/j.issn.1001-3547.2009.24.014

長江大學(xué)博士啟動基金（2007018）

李德明（1972-），男，副教授，浙江大學(xué)博士/博士后，主要研究方向為植物礦質(zhì)營養(yǎng)、逆境生理生化及發(fā)育生理和園林植物應(yīng)用，電話：13207295391。E-mail：lidmn@163.com

2009-08-14