吸水劑對(duì)三種脅迫下珙桐幼苗保護(hù)酶系的影響

周大寨，肖 強(qiáng)，肖 浩，鄭小江

(湖北省生物資源保護(hù)與利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(湖北民族學(xué)院)，湖北 恩施 445000)

珙桐(DavidiainvolucrataBaill)為我國(guó)特有的珙桐科(Nyssaceac)、珙桐屬(Davidia)單屬單種落葉喬木，是世界著名的孑遺植物，在生態(tài)學(xué)、地質(zhì)學(xué)和植物資源學(xué)上都有重要價(jià)值，被國(guó)內(nèi)外大量引種.但由于珙桐葉片忍耐脫水、抗旱及抗高溫能力均差，引種的成活率低，從而限制了其廣泛應(yīng)用于園林綠化.具有超強(qiáng)吸水、保水性能的吸水劑為解決這一難題提供了新的有效途徑，農(nóng)林業(yè)生產(chǎn)上的大量應(yīng)用表明其可有效地增加植物抗旱性，提高幼苗的成活率[1-3].本文通過(guò)研究干旱、鹽及干旱+鹽三種脅迫下，兩種吸水劑處理對(duì)珙桐幼苗超氧化物歧化酶(SOD)、過(guò)氧化物酶(POD)、過(guò)氧化氫酶(CAT)、抗壞血酸過(guò)氧化物酶(APX)活性的影響，以期揭示保護(hù)酶系在脅迫及吸水劑處理下的變化規(guī)律，為吸水劑在珙桐的引種運(yùn)用提供技術(shù)依據(jù).

1 材料與方法

1.1 材料與處理

1.1.1 試驗(yàn)材料 珙桐苗：湖北省利川市星斗山國(guó)家自然保護(hù)區(qū)培育的2年生珙桐幼苗.Hydrogel G：Stocksorb 500 XL(顆粒)，為德國(guó)Stockhausen化學(xué)公司研制生產(chǎn)的新型吸水劑，其成份為鉀-聚丙烯酸脂-聚丙烯酰胺共聚體，含有21.4%的氧化鉀養(yǎng)分；Hydrogel P：LuquasorR系列產(chǎn)品(粉末)，由德國(guó)BASF(巴斯夫)公司生產(chǎn)的超強(qiáng)吸水劑，其主要成分為聚丙烯酸-丙烯酸鈉交聯(lián)體.

1.1.2 材料的培養(yǎng) 選擇生長(zhǎng)良好，大小一致的珙桐苗植入培養(yǎng)缽中，采用珍珠巖與洗凈的細(xì)砂以3∶7的重量比混勻作為培養(yǎng)基質(zhì)；按基質(zhì)干重的0.5%施入吸水劑，混勻，兩種吸水劑分開處理；對(duì)照處理不加入吸水劑；每個(gè)培養(yǎng)缽按實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)裝入2 kg培育基質(zhì)，每缽定植1株，移栽后澆灌Hoagland完全營(yíng)養(yǎng)液(pH=6.0)使水杉苗正常生長(zhǎng)，待苗木長(zhǎng)2個(gè)月后按試驗(yàn)設(shè)計(jì)進(jìn)行處理，處理前按常規(guī)方式管理，定期澆水以保持土壤濕度，每2周澆1次Hoagland全營(yíng)養(yǎng)液.

1.2 藥品規(guī)格

試驗(yàn)所用藥品均為國(guó)產(chǎn)分析純?cè)噭┖蛧?guó)產(chǎn)進(jìn)口分裝生化試劑.

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與處理

1.3.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 采用完全隨機(jī)區(qū)組試驗(yàn)設(shè)計(jì)，分成12組，每組3株，設(shè)3次重復(fù)(control：對(duì)照處理(CK)；salt：鹽脅迫(S)； drought：干旱脅迫(D)； granule：顆粒吸水劑(G)； powder：粉末吸水劑(P).

1)對(duì)照處理(CK)

2)顆粒吸水劑處理(CKG)

3)粉末吸水劑處理(CKP)

4)鹽脅迫處理(S)

5)鹽脅迫+顆粒吸水劑處理(SG)

6)鹽脅迫+粉末吸水劑處理(SP)

7)干旱脅迫處理(D)

8)干旱脅迫+顆粒吸水劑處理(DG)

9)干旱脅迫+粉末吸水劑處理(DP)

10)干旱+鹽脅迫處理(DS)

11)干旱+鹽脅迫+顆粒吸水劑處理(DSP)

12)干旱+鹽脅迫+粉末吸水劑處理(DSP)

1.3.2 試驗(yàn)處理 試驗(yàn)在溫室中進(jìn)行，待苗木培育2個(gè)月后進(jìn)行對(duì)照、干旱、鹽和干旱+鹽處理.

對(duì)照處理：充分澆入Hoagland完全營(yíng)養(yǎng)液，達(dá)到土壤基質(zhì)最大田間持水量的80%～90%，在整個(gè)處理期間維持80%～90%田間持水量；

鹽處理：澆灌足量100 mM NaCl溶液(1～2 L)，在實(shí)驗(yàn)期間保持土壤水分為最大田間持水量的80%～90%；

干旱處理：澆足Hoagland完全營(yíng)養(yǎng)液，自然干旱，期間稱重，測(cè)定干旱進(jìn)程，達(dá)到40%田間持水量后，均勻澆水維持40%田間持水量；

干旱+鹽處理：澆灌足量100 mM NaCl溶液(1～2 L)后，自然干旱，期間稱重，測(cè)定干旱進(jìn)程，達(dá)到40%田間持水量后，均勻澆水維持40%田間持水量.

所有苗木在試驗(yàn)開始時(shí)，用塑料袋完全包裹缽身，使苗木靠蒸騰失水.

1.4 采樣及酶活測(cè)定

在珙桐苗木出現(xiàn)干旱、鹽害癥狀時(shí)進(jìn)行采樣.超氧化物歧化酶(SOD)活性測(cè)定采用氮藍(lán)四唑(NBT)比色法[4]；過(guò)氧化氫酶(CAT)活性測(cè)定參照J(rèn)iang M Y[5]的方法；過(guò)氧化物酶(POD)活性測(cè)定采用愈創(chuàng)木酚法[4]；抗壞血酸過(guò)氧化物酶(APX)活性測(cè)定參照Mishr[6]的方法并略加改進(jìn).

2 結(jié)果與分析

2.1 吸水劑對(duì)三種脅迫處理下珙桐葉片SOD活性的影響

如圖1所示，無(wú)吸水劑處理時(shí)，與對(duì)照相比，三種脅迫均增加了珙桐葉片中SOD活性，其中干旱及干旱+鹽脅迫處理間達(dá)顯著差異水平.吸水劑處理后，珙桐葉片中SOD活性均有不同程度降低，鹽脅迫下吸水劑處理間差異不顯著；干旱及干旱+鹽脅迫下，吸水劑處理顯著降低了珙桐葉片SOD活性，顆粒吸水劑分別降低了3.0%和3.1%，粉末吸水劑分別降低了9.2%和4.9%.

2.2 吸水劑對(duì)三種脅迫處理下珙桐葉片CAT活性的影響

如圖2可見，無(wú)吸水劑處理時(shí)，與對(duì)照相比，三種脅迫均不同程度增加了珙桐葉片中CAT活性，尤其是在干旱脅迫處理下，CAT活性提高了46.4%.吸水劑處理使不同脅迫處理下珙桐葉片的CAT活性表現(xiàn)出下降趨勢(shì)，同樣以干旱脅迫處理的變化最為顯著，與無(wú)吸水劑處理相較，顆粒吸水劑和粉末吸水劑分別使CAT活性下降了31.1%和30.0%.鹽脅迫處理下，顆粒吸水劑顯著降低了CAT活性，達(dá)到38.7%.

注：不同小寫字母表示同脅迫不同吸水劑處理間差異顯著(P<0.05)，不同大寫字母表示同吸水劑不同脅迫處理間差異顯著(P<0.05)，下同.

2.3 吸水劑對(duì)三種脅迫處理下珙桐葉片POD活性的影響

圖3所示，無(wú)吸水劑處理時(shí)，三種脅迫處理均使得珙桐葉片的POD活性提高，其中干旱脅迫和鹽脅迫處理下達(dá)到顯著水平，與對(duì)照相比，POD活性分別提高了84.2%和66.7%.吸水劑處理后，三種脅迫處理下珙桐葉片的POD活性有較大幅度的變化.干旱脅迫下，顆粒吸水劑和粉末吸水劑分別使POD活性降低42.9%和42.3%；鹽脅迫及干旱+鹽脅迫下，分別降低20.7%和50.5%、22.5%和33.7%，均達(dá)到顯著差異水平.

2.4 吸水劑對(duì)三種脅迫處理下珙桐葉片APX活性的影響

如圖4可見，無(wú)吸水劑處理時(shí)，與對(duì)照相比，干旱、鹽及干旱+鹽三種脅迫下珙桐葉片中APX活性分別增加17.0%、31.8%和21.3%，差異顯著.吸水劑處理后，干旱脅迫和鹽脅迫處理下，顆粒吸水劑使APX活性分別下降26.3%和67.7%；干旱+鹽脅迫處理下，粉末吸水劑使APX活性下降了45.5%，均達(dá)到顯著差異水平.

圖3 不同處理下珙桐葉片POD活性 圖4 不同處理下珙桐葉片APX活性

3 結(jié)論與討論

在逆境或脅迫下，葉片失水萎蔫時(shí)間和生長(zhǎng)期長(zhǎng)短是植物抗逆最直觀明了的指標(biāo).本試驗(yàn)脅迫期間，兩種吸水劑處理均使珙桐出現(xiàn)萎焉狀態(tài)的時(shí)間推遲，不同程度減輕了脅迫對(duì)珙桐幼苗的傷害，這與大多數(shù)研究吸水劑提高木本植物抗旱耐鹽的觀測(cè)結(jié)果相同[7-9].

在正常情況下，為了保護(hù)細(xì)胞免受過(guò)量活性氧(ROS)的傷害，植物體發(fā)展了一套完整的防御系統(tǒng)，即活性氧清除系統(tǒng)，包括酶促系統(tǒng)和非酶促系統(tǒng)，SOD、POD、CAT和APX屬于前者.朱利君等[10,11]研究了不同年齡級(jí)、葉位、層次的珙桐葉SOD、POD活性和丙二醛(MDA)差異，認(rèn)為珙桐的SOD活性和POD活性及MDA含量受生物和非生物因子影響較大，表明珙桐是一種對(duì)環(huán)境因子比較敏感的植物.本試驗(yàn)結(jié)果表明，脅迫處理均使珙桐葉片內(nèi)活性氧的含量增加，因而SOD、POD、CAT和APX的活性均上升，差異表現(xiàn)為不同的脅迫處理下，發(fā)揮主要作用的酶有所區(qū)別，在干旱脅迫處理下，主要為SOD、CAT和POD；在鹽脅迫處理下，主要為POD和APX；在干旱+鹽脅迫處理下則為SOD.

吸水劑處理后，保護(hù)酶系的活性均有不同程度的改變，主要呈現(xiàn)出下降的趨勢(shì).干旱及干旱+鹽脅迫下，吸水劑處理顯著降低了珙桐葉片SOD活性；鹽脅迫處理下，顆粒吸水劑顯著降低了CAT活性；鹽脅迫及干旱+鹽脅迫下，兩種吸水劑顯著降低了POD活性；干旱+鹽脅迫處理下，粉末吸水劑顯著降低了APX活性.說(shuō)明吸水劑的使用有效緩解了干旱、鹽及干旱+鹽脅迫對(duì)珙桐幼苗葉片的傷害，進(jìn)而提高了珙桐幼苗的抗旱耐鹽性.

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