不同系統(tǒng)梨品種抗旱性初步評(píng)價(jià)

趙德英 ，徐 鍇 ，袁繼存 ，閆 帥 ，張少瑜 ，侯桂學(xué)

（1農(nóng)業(yè)部果樹種質(zhì)資源利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，遼寧 興城 125100；2中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院果樹研究所，遼寧 興城 125100）

近年來，受厄爾尼諾現(xiàn)象的影響，我國(guó)部分地區(qū)旱情嚴(yán)重，土壤水分虧缺成為限制干旱、半干旱地區(qū)果樹生長(zhǎng)、生存和產(chǎn)量的主要因子之一[1]。我國(guó)是梨樹植物的起源中心之一，中國(guó)梨的栽培品種涵蓋了白梨、砂梨、秋子梨、新疆梨和西洋梨5個(gè)種[2]。梨樹具有樹體高大、直根發(fā)達(dá)、須根少、根系分布深、單位面積土壤根系密度低的特征，且梨樹大多分布在灌溉條件差的山地或緩坡丘陵地，因此對(duì)水分脅迫反應(yīng)更加敏感[3]。干旱地區(qū)栽植梨樹除了改善灌溉條件之外，篩選抗旱性強(qiáng)的栽培品種也是有效途徑之一。滲透調(diào)節(jié)是果樹抵御和忍耐干旱的重要生理機(jī)制，對(duì)果樹干旱適應(yīng)性或抗旱品種選擇有著重要的意義[4]。果樹為保證樹體代謝機(jī)能的正常，對(duì)干旱脅迫條件下細(xì)胞內(nèi)自由基產(chǎn)生和傷害具有抵御、適應(yīng)和調(diào)節(jié)的能力，通過抗氧化酶系統(tǒng)可有效清除膜脂過氧化產(chǎn)物丙二醛[5]。本試驗(yàn)通過不同系統(tǒng)梨主栽品種水分脅迫條件下膜脂過氧化產(chǎn)物、滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)和抗氧化酶系統(tǒng)指標(biāo)的變化，旨在為評(píng)價(jià)不同系統(tǒng)梨品種的抗旱能力、篩選抗旱梨品種、實(shí)現(xiàn)梨優(yōu)質(zhì)高效栽培提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)于2013年4月—2015年10月在中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院果樹研究所溫泉試驗(yàn)基地進(jìn)行。2013年4月在加侖盆（規(guī)格為36cm×28cm×32cm）中栽植一年生杜梨幼苗，栽培基質(zhì)配置比例為園土∶有機(jī)肥=4∶1。同年8月從國(guó)家梨種質(zhì)資源圃采集品種接穗于地面以上5cm處進(jìn)行芽接，2014年4月剪砧，秋季成苗。2015年選擇生長(zhǎng)整齊一致的盆栽苗為試材，每10株為1次重復(fù)，重復(fù)3次。所有盆栽植株土肥水管理保持一致。試材包括白梨（Pyrus bretschneideri Rehd.）、砂梨（Pyrus pyrifolia(Burm.f.）Nakai）、 西洋梨 （Pyrus communis L.）、 新疆梨（Pyrus sinkiangensis Yü）和秋子梨（Pyrus ussuriensis Maxim.）5大品系共計(jì)20個(gè)品種，分別為‘碭山酥梨’（Dang Shan Su Li）、‘鴨梨’（Ya Li）、‘秋白梨’（Qiu Bai Li）、‘錦豐’（Jin Feng）、‘翠冠’（Cui Guan）、‘黃花’（Huang Hua）、‘黃金 ’（Whangkeumbae）、‘豐 水 ’（Housui）、‘ 巴 梨 ’（Bartlett）、‘康弗倫斯’（Conference）、‘早紅考蜜斯’（Red Doyenne du Comice）、‘阿巴特’（Abbe Fetel）、‘庫爾勒香梨’（Ku Er Le Xiang Li）、‘奎克句句’（Kui Ke Ju Ju）、‘紅那禾’（Hong Na He）、‘昆切克’（Kun Qie Ke）、‘南果梨’（Nan Guo Li）、‘京白梨’（Jing Bai Li）、‘花蓋’（Hua Gai）、‘尖把梨’（Jian Ba Li）。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

2015年6月初，選擇生長(zhǎng)均勻一致的2年生盆栽梨苗移入避雨棚內(nèi)進(jìn)行持續(xù)干旱處理，第9天脅迫植株進(jìn)行復(fù)水處理。處理前采用LI-6400便攜式光合系統(tǒng)測(cè)定不同系統(tǒng)梨品種的凈光合速率（Pn）、蒸騰速率（Tr）等光合指標(biāo)，Pn/Tr為水分效率，葉面飽和蒸汽壓虧缺（Vpdl）按照葉溫的飽和蒸汽壓計(jì)算[6]。分別于處理后 1、3、5、7、9、11d 取樣，第 11 天取樣后復(fù)水，復(fù)水 2d后取樣，每次每個(gè)品種選3盆取樣。選擇新梢頂部第5～第7節(jié)位功能葉片，迅速放入冰盒，液氮處理后保存于-70℃冰箱中待測(cè)。各系統(tǒng)4個(gè)栽培品種測(cè)定數(shù)值取平均數(shù)作為本系統(tǒng)的最后測(cè)定值。

1.3 測(cè)定方法和數(shù)據(jù)處理

丙二醛（MDA）含量采用硫代巴比妥酸法測(cè)定，活性氧產(chǎn)生速率采用羥胺法測(cè)定，脯氨酸含量采用磺基水氨酸法測(cè)定，超氧化物歧化酶（SOD）采用氮藍(lán)四唑光化學(xué)還原法測(cè)定，過氧化物酶（POD）活性采用愈創(chuàng)木酚法測(cè)定[6]。

利用Excel2010進(jìn)行數(shù)據(jù)處理及作圖，SPSS17.0軟件分析進(jìn)行Duncan多重比較和單因素方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同系統(tǒng)梨品種水分利用效率差異分析

由表1可以看出，5個(gè)系統(tǒng)梨品種凈光合速率差異顯著。秋子梨系統(tǒng)梨葉片凈光合速率最大，其次為白梨、新疆梨，最小為西洋梨系統(tǒng)。不同系統(tǒng)梨的蒸騰速率存在顯著差異，砂梨系統(tǒng)最大，新疆梨系統(tǒng)最小。氣孔導(dǎo)度秋子梨最大，西洋梨最小。各系統(tǒng)品種梨的水分利用效率差異也很明顯，秋子梨系統(tǒng)的水分利用率最高，其次為新疆梨和白梨，最小的為砂梨系統(tǒng)。葉面飽和蒸汽壓虧缺各系統(tǒng)差異顯著，砂梨最大，秋子梨最小。

表1 不同系統(tǒng)梨品種光合生理特性差異分析

2.2 水分脅迫處理對(duì)不同系統(tǒng)梨品種葉片丙二醛含量的影響

丙二醛作為膜脂過氧化的主要產(chǎn)物之一，是判斷膜脂過氧化傷害程度的主要指標(biāo)。如圖1所示，隨著水分脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)，不同系統(tǒng)梨品種的MDA含量總體呈上升趨勢(shì)，白梨系統(tǒng)梨品種在處理后第9天達(dá)到最高值，其余梨栽培品種均在處理后第11天達(dá)到峰值。處理第11天，秋子梨、新疆梨、白梨、西洋梨和砂梨的MDA含量分別比處理第1天增加82.37%，85.94%，100.43%，137.91%和321.44%。復(fù)水后，不同系統(tǒng)梨品種MDA含量均呈下降趨勢(shì)，秋子梨、新疆梨和白梨的MDA含量比處理第1天降低6.31%，3.57和26.58%，西洋梨和砂梨的MDA含量仍分別比處理第1天增加80.84%和75.93%。

2.3 水分脅迫處理對(duì)不同系統(tǒng)梨品種葉片超氧陰離子含量的影響

如圖2所示，西洋梨在水分脅迫過程中O2·-（超氧陰離子）產(chǎn)生速率呈持續(xù)上升的變化趨勢(shì)，在處理后第11 d達(dá)到最高值，此時(shí)O2·-產(chǎn)生速率比處理第1天增加189.1%。砂梨在處理7d前變化不明顯，之后急劇上升，第11天達(dá)到最高值，比處理第1d增加263.9%。秋子梨和白梨O2·-產(chǎn)生速率較為平穩(wěn)，處理第11天比處理第1天增加40.2%和80.5%。新疆梨在水分脅迫過程中呈波動(dòng)性上升趨勢(shì)，比處理第1天增加53.8%。復(fù)水處理后，各品種O2·-產(chǎn)生速率呈降低趨勢(shì)，秋子梨O2·-產(chǎn)生速率比處理第1天降低5.0%，新疆梨、白梨、西洋梨和砂梨的O2·-產(chǎn)生速率仍分別比處理第1d增加49.5%，9.8%，73.3%和72.5%。

2.4 水分脅迫處理對(duì)不同系統(tǒng)梨品種葉片脯氨酸含量的影響

脯氨酸在植物細(xì)胞中主要起滲透調(diào)節(jié)作用，葉片脯氨酸含量增加，可提高細(xì)胞溶質(zhì)含量，增強(qiáng)其滲透調(diào)節(jié)能力。如圖3所示，在水分脅迫處理5d前，不同系統(tǒng)梨品種的脯氨酸含量變化不明顯。5d后，西洋梨和白梨的脯氨酸含量大幅增加，在處理11d達(dá)到最高值，分別比處理第1天增加226.8%和144.8%。新疆梨在處理7 d后脯氨酸含量增長(zhǎng)迅速，比處理第1天增加232.6%。砂梨脯氨酸含量前期變化不大，在處理11d突然升高，達(dá)到最高值，比處理第1天增加157.2%。秋子梨脯氨酸含量呈波動(dòng)式變化趨勢(shì)，處理11d達(dá)到峰值，比處理第1天增加95.9%。復(fù)水處理后，梨品種的脯氨酸含量有所降低，但仍高于處理初期，秋子梨、新疆梨、白梨、西洋梨和砂梨的脯氨酸含量分別比處理第1天增加94.8%，51.3%，108.6%，76.5%和 101.9%。

2.5 水分脅迫處理對(duì)不同系統(tǒng)梨品種葉片超氧化物歧化酶（SOD）活性的影響

如圖4所示，水分脅迫條件下，秋子梨、西洋梨和砂梨在處理第7天SOD活性達(dá)到峰值，分別比處理后第1天增加316.6%，85.8%和70.1%。白梨系統(tǒng)梨品種在處理后第5天 達(dá)到最高值，比處理后第1天增加197.9%，之后SOD活性迅速降低并維持在一定水平。水分脅迫過程中新疆梨SOD活性在處理第3天略有升高，之后變化較為平穩(wěn)。復(fù)水處理后，新疆梨SOD活性有所增加，其他系統(tǒng)梨SOD活性變化不大。

2.6 水分脅迫處理對(duì)不同系統(tǒng)梨品種葉片過氧化物酶（POD）活性的影響

從圖5可以看出，水分脅迫過程中白梨和砂梨系統(tǒng)梨品種POD活性在處理后第5天達(dá)到峰值，分別比處理后第1天增加284.38%和47.72%，之后呈持續(xù)降低趨勢(shì)。秋子梨、新疆梨和西洋梨系統(tǒng)梨品種POD活性在處理后7d達(dá)到峰值，分別比處理后第1天增加131.49%，79.99%和79.07%，之后一直降低。復(fù)水處理后，秋子梨、新疆梨和白梨的POD活性有所回升，西洋梨和砂梨POD活性則變化不大。

3 結(jié)論與討論

水分利用效率是反映品種抗旱性強(qiáng)弱的重要性狀[7]。研究表明，高光合速率、高水分利用率和低蒸騰速率品種具有較強(qiáng)的抗旱能力，抗旱性強(qiáng)的品種在低水勢(shì)下具有較強(qiáng)的滲透調(diào)節(jié)能力，能夠維持一定的膨壓，進(jìn)而維持相對(duì)高的氣孔導(dǎo)度和凈光合速率[8]。本試驗(yàn)條件下，秋子梨系統(tǒng)梨品種具有較高的凈光合速率、氣孔導(dǎo)度和水分利用效率，較低的蒸騰速率和葉面飽和蒸汽壓虧缺，抗旱性強(qiáng)于其他品種。砂梨則抗旱性最弱。

干旱導(dǎo)致細(xì)胞膜脂過氧化增強(qiáng)，使膜脂中不飽和脂肪酸含量下降，飽和脂肪酸增加，膜透性增強(qiáng)；同時(shí)，過氧化產(chǎn)物丙二醛使膜中的酶蛋白發(fā)生交聯(lián)失活，質(zhì)膜透性加大，促進(jìn)了膜磷脂的脫脂化反應(yīng)，結(jié)果導(dǎo)致細(xì)胞膜解體，膜結(jié)構(gòu)和功能遭到破壞，離子外流，代謝紊亂，最終導(dǎo)致細(xì)胞死亡[9～11]。因此，MDA可作為衡量植物抗旱性強(qiáng)弱的重要指標(biāo)之一[12]。本試驗(yàn)研究結(jié)果表明，水分脅迫前期各品種的MDA含量和O2·-產(chǎn)生速率略有升高，但差異不明顯，而隨著水分脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)，抗旱性較弱的西洋梨和砂梨MDA和O2·-含量迅速增加，細(xì)胞液的外滲率增加，表明膜系統(tǒng)受到嚴(yán)重的傷害，可能是由于重度的水分脅迫引起了氣孔關(guān)閉，光合作用減弱，光合電子大量堆積，誘發(fā)產(chǎn)生大量高度反應(yīng)性氧自由基，減弱了抗氧化防御系統(tǒng)，嚴(yán)重破壞了細(xì)胞內(nèi)自由基的產(chǎn)生和清除平衡，自由基首先攻擊質(zhì)膜系統(tǒng)，使其透性增大，從而使細(xì)胞受到傷害，電導(dǎo)率增大，葉片相對(duì)含水量下降，進(jìn)而對(duì)植株產(chǎn)生危害。

脯氨酸是果樹體內(nèi)重要的有機(jī)滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)之一，當(dāng)植株遭受水分脅迫時(shí)，樹體內(nèi)會(huì)累積大量脯氨酸，脯氨酸的累積量隨著水分脅迫的增強(qiáng)而增加。脯氨酸的積累可降低蛋白質(zhì)水解導(dǎo)致的游離氨的毒害，為水分脅迫解除后提供碳源和呼吸基質(zhì)[13]。在相同的水分脅迫程度下，不同品種脯氨酸含量不同，脯氨酸含量變化程度與品種的抗旱性密切相關(guān)。本研究研究表明，西洋梨和白梨在干旱脅迫前期脯氨酸變化幅度一直很小，但在干旱脅迫的第7天其含量驟增，表明大量積累脯氨酸需要持續(xù)干旱的脅迫信號(hào)刺激。砂梨和秋子梨在整個(gè)水分脅迫期間脯氨酸累含量變化幅度不大，表明砂梨和秋子梨滲透調(diào)節(jié)對(duì)水分脅迫反應(yīng)不敏感。

SOD是機(jī)體防御超氧陰離子的第一道防線，在清除因水分脅迫而導(dǎo)致活性氧傷害細(xì)胞膜方面比POD起著更為重要的作用，抗旱品種SOD的增加量大于不抗旱品種。水分脅迫大幅度提高了保護(hù)酶系統(tǒng)SOD、POD活性，能有效地清除活性氧，從而使細(xì)胞免于傷害或減輕傷害。SOD和POD活性與品種抗旱性呈極顯著正相關(guān)[14]。果樹受傷害的程度與滲透物質(zhì)及內(nèi)源保護(hù)酶在對(duì)水分脅迫的反映上存在某種聯(lián)系[3]。本研究結(jié)果表明，水分脅迫前期，不同系統(tǒng)梨品種SOD和POD活性呈持續(xù)上升趨勢(shì)，隨著脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)，活性降低。表明不同系統(tǒng)梨品種受到水分脅迫時(shí)，O2·-的增加誘導(dǎo)了SOD活性的增加，SOD活性的升高使H2O2必然增多，進(jìn)而使清除H2O2的POD活性開始增高，這是植物的自我保護(hù)機(jī)制。脅迫后期酶活性的降低表明梨品種體內(nèi)保護(hù)酶維持膜系統(tǒng)穩(wěn)定性的能力是有限的，隨著水分脅迫的加劇，這種能力會(huì)逐漸喪失，可能是由于植物體內(nèi)膜受到嚴(yán)重傷害而影響了酶活。

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