高溫干旱對庫爾勒香梨葉片生理指標的影響

穆蓁蓁++克熱木?伊力++王一靜

摘要：以庫爾勒香梨葉片為材料，在36 ℃高溫下，采用高溫干旱、灌水、噴水3種處理方式，以可溶性糖含量、可溶性蛋白含量、淀粉含量、超氧化物歧化酶（SOD）活性、過氧化物酶（POD）活性、過氧化氫酶（CAT）活性為測定指標，研究高溫干旱對庫爾勒香梨葉片生理指標的影響。結(jié)果表明：與灌水、噴水處理相比，高溫干旱處理下香梨葉片中可溶性糖含量和SOD、CAT活性呈上升趨勢，淀粉含量下降，可溶性蛋白含量和POD活性顯著升高，隨著處理時間的延長，可溶性蛋白含量、POD活性呈下降趨勢。說明高溫干旱對植株的生理指標產(chǎn)生一定影響。噴水條件下，香梨葉片中SOD、CAT活性呈逐漸下降趨勢，說明噴水處理不能清除葉片中積累的活性氧，也不能夠緩解高溫干旱對香梨帶來的傷害。在灌水條件下，香梨葉片的SOD、POD、CAT活性變化趨勢平緩，這是由于灌水降低了葉片中活性氧濃度，說明香梨在灌水條件下沒有受到高溫傷害。

關(guān)鍵詞：庫爾勒香梨；高溫干旱；灌水；噴水；生理指標

中圖分類號： S661.201文獻標志碼： A文章編號：1002-1302（2016）02-0209-04

收稿日期：2015-01-16

基金項目：新疆維吾爾自治區(qū)庫爾勒市科技資助項目（編號：2011005）；新疆維吾爾自治區(qū)果樹學(xué)重點學(xué)科資助項目。

作者簡介：穆蓁蓁（1991—），女，河南洛陽人，碩士研究生，研究方向為果樹栽培與生理。E-mail：626777221@qq.com。

通信作者：克熱木·伊力，博士，教授，研究方向為果樹栽培與生理。E-mail：karimali@xjau.edu.cn。高溫、干旱導(dǎo)致植物體大量缺水，使其物質(zhì)代謝發(fā)生改變。滲透調(diào)節(jié)是植物適應(yīng)、抵御干旱和高溫等逆境的重要生理機制，細胞能夠通過增加或減少溶質(zhì)來使細胞內(nèi)外的滲透勢相平衡[1]。在常見的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)中，可溶性糖除了能夠起到滲透調(diào)節(jié)作用外，在維持植物蛋白質(zhì)穩(wěn)定性方面也起重要作用[2]。可溶性蛋白具有防止細胞脫水、滲透調(diào)節(jié)等作用[3]。研究發(fā)現(xiàn)，淀粉在逆境下能夠轉(zhuǎn)化為糖類物質(zhì)，提高植物抵御逆境脅迫的能力[4]。高溫可導(dǎo)致植物體內(nèi)活性氧產(chǎn)生和清除系統(tǒng)平衡遭到破壞，從而使活性氧在細胞中大量積累，引起生理代謝紊亂，最終對細胞造成氧化傷害[5]。超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化物酶（POD）、過氧化氫酶（CAT）是細胞內(nèi)清除活性氧的保護酶[6]。SOD能夠清除生物體內(nèi)的超氧化物自由基，在防御活性氧對細胞膜傷害方面起著重要的作用[7]。POD能夠清除細胞內(nèi)的活性氧，阻止脂質(zhì)過氧化積累，減輕膜系統(tǒng)受傷害程度。CAT活性大小與植物代謝強度、抗性有密切關(guān)系[8]。本研究探討高溫干旱對庫爾勒香梨葉片中可溶性糖、可溶性蛋白、淀粉、SOD、POD、CAT的影響，深入了解夏季高溫干旱條件下庫爾勒香梨的生理生化機制，旨在為避免香梨受到高溫傷害提供參考。

1材料與方法

1.1材料

本試驗在新疆維吾爾自治區(qū)庫爾勒市阿瓦提鄉(xiāng)進行。選取2個管理較好的18年生庫爾勒香梨果園作為試驗園。在2個果園中選取樹冠大小、樹勢相對一致的15株庫爾勒香梨樹作為試驗材料。

1.2試驗處理

試驗設(shè)定3種處理方式：高溫干旱處理（該果園持續(xù)1個月無噴灌水）；灌水處理（該果園在測定前3 d采用河水進行灌溉）；葉面噴水處理（在高溫干旱處理的果園基礎(chǔ)上進行葉面噴水），其他管理條件一致。2014年7月22日、7月23日、7月24日選擇果園內(nèi)溫度達到32 ℃以上時12：00—17：00之間進行取樣。每處理選取5株香梨樹，每株選取樹冠外圍完整、無病蟲害功能葉20張，擦干凈取下，用液氮保存帶回實驗室。分別測定高溫干旱處理、灌水處理、噴水處理前、噴水處理后葉片中可溶性糖、可溶性蛋白質(zhì)、淀粉含量和SOD、POD、CAT活性。

1.3方法

采用蒽酮法測定葉片可溶性糖、淀粉含量。采用考馬斯亮藍G-250染色法測定葉片可溶性蛋白質(zhì)含量。采用NBT（氮藍四唑）顯色法測定葉片SOD活性。采用愈木酚氧化法測定葉片POD活性。采用鉬酸銨法測定葉片CAT活性。

1.4數(shù)據(jù)處理

采用DPS、SPSS 17.0軟件分析數(shù)據(jù)。

2結(jié)果與分析

2.1不同處理對庫爾勒香梨果園環(huán)境因子的影響

從表1可以看出，高溫干旱處理下，果園溫度于15：00達到最高（36.35 ℃）。隨著時間的推移，果園相對濕度從32.00%逐漸下降為20.50%。灌水處理下，果園12：00溫度為28.75 ℃，相對濕度為49.25%；17：00溫度為33.50 ℃，相對濕度為35.75%。噴水處理5 min后與噴水前相比，果園溫度下降了16.79%，相對濕度增加了60%。噴水30 min后，氣溫恢復(fù)到 34.25 ℃，空氣相對濕度也降低為噴水前的狀態(tài)。由此可知，灌水處理能夠顯著降低果園溫度，提高果園的相對濕度。葉面噴水處理只能暫時降低果園的溫度而不能達到給果園持續(xù)降溫增濕的目的。

2.2不同處理對庫爾勒香梨葉片可溶性糖含量的影響

從圖1可以看出，香梨經(jīng)高溫干旱處理后，隨著時間的推移，葉片中可溶性糖含量呈逐漸增加趨勢且香梨葉片中積累的可溶性糖含量高于灌水處理，處理17：00與12：00相比，香梨葉片中可溶性糖含量增加了5.02%，說明在高溫干旱處理下，庫爾勒香梨能夠積累可溶性糖來減少原生質(zhì)水分的損失，起到平衡液泡和細胞間滲透勢的作用。在灌水處理下，庫爾勒香梨葉片中可溶性糖含量變化趨勢平緩，說明灌水處理對香梨的生理代謝產(chǎn)生的影響較小。噴水處理5 min后，香梨葉片中可溶性糖含量降低了5.29%，但噴水處理30 min后，葉片中可溶性糖含量又升高了3.13%。灌水條件和高溫干旱條件下，各個時間段香梨葉片中可溶性糖含量差異不顯著。高溫干旱處理與同時期灌水處理相比，香梨葉片中可溶性糖含量差異顯著。噴水處理前后香梨葉片中可溶性糖含量差異不顯著。

2.3不同處理對庫爾勒香梨葉片可溶性蛋白含量的影響

由圖2可以看出，高溫干旱處理下，隨著時間的推移，庫爾勒香梨葉片中可溶性蛋白含量呈逐漸降低趨勢，處理 17：00與12：00相比，葉片中可溶性蛋白含量降低了1631%，說明高溫干旱能夠促進香梨體內(nèi)的可溶性蛋白質(zhì)的加速分解。灌水處理17：00和12：00相比，香梨葉片中可溶性蛋白質(zhì)含量增加了22.45%，說明庫爾勒香梨在灌水條件下能通過增加可溶性蛋白質(zhì)含量來提高滲透調(diào)節(jié)能力并維持較低的滲透勢，來抵御夏季高溫干旱對自身造成的傷害。噴水處理30 min后與噴水前相比，葉片中可溶性蛋白含量減少了14.26%。灌水條件下12：00和15：00、17：00相比，香梨葉片中可溶性蛋白含量差異極顯著。高溫干旱處理17：00和12：00、15：00相比，香梨葉片中可溶性蛋白含量的差異極顯著。噴水前和噴水后相比，香梨葉片中可溶性蛋白含量差異極顯著。

2.4不同處理對庫爾勒香梨葉片淀粉含量的影響

由圖3可知，高溫干旱處理下，各時期香梨葉片的淀粉含量顯著低于灌水處理，且分別降低了14.43%、22.38%、32.85%。隨著時間的推移，高溫干旱處理下，香梨葉片中淀粉含量呈逐漸降低趨勢，處理17：00與12：00相比，葉片中淀粉含量減少了12.36%，說明高溫干旱條件下，香梨葉片中的淀粉轉(zhuǎn)化為糖類物質(zhì)。灌水處理17：00與12：00相比，葉片中淀粉含量增加了11.68%。噴水處理5 min后，香梨葉片中淀粉含量增加了28.35%，但處理30 min后葉片中淀粉含量又下降了19.79%，恢復(fù)到了噴水前的水平。高溫干旱處理與同時期灌水處理相比，香梨葉片中淀粉含量差異顯著。噴水前、噴水后30 min和噴水后5 min相比，香梨葉片中淀粉含量差異顯著。

2.5不同處理對庫爾勒香梨葉片中SOD、CAT活性的影響

由圖4、圖5可以看出，不同處理下，香梨葉片中SOD、CAT活性變化趨勢相同。高溫干旱處理下，香梨葉片中SOD、CAT活性隨著時間的推移呈逐漸升高趨勢，處理17：00與12：00相比，葉片中SOD和CAT活性分別提高了74.72%、3.05%。說明高溫干旱條件下，香梨體內(nèi)的活性氧水平提高，從而使SOD、CAT活性提高進而減輕高溫干旱對膜系統(tǒng)的傷害。灌水處理條件下，香梨葉片的SOD、CAT活性變化不大，說明由于灌水導(dǎo)致香梨葉片中活性氧濃度很低。噴水30 min后與噴水前相比，香梨葉片中SOD、CAT活性分別下降了 28.63%、13.76%。高溫干旱條件下，各個時間段香梨葉片中SOD活性差異極顯著，說明高溫干旱處理對香梨葉片SOD活性影響較大。灌水條件下，香梨葉片中SOD活性差異不顯著。噴水前與噴水后相比，香梨葉片中SOD活性差異極顯著。高溫干旱處理下12：00與15：00、17：00相比，香梨葉片中CAT活性差異極顯著。灌水處理下香梨葉片中CAT活性差異不顯著。噴水30 min與噴水前、噴水5 min相比，香梨葉片中CAT活性差異極顯著。

2.6不同處理對庫爾勒香梨葉片中POD活性的影響

由圖6可知，高溫干旱處理下，香梨葉片中POD酶活性隨著時間的延長呈下降趨勢，處理17：00與12：00相比，葉片中POD酶活性降低了64.13%，POD活性的下降是由于隨著高溫干旱時間的延長，大量的活性氧鈍化了POD活性，使其發(fā)生變性。灌水處理下，香梨葉片中POD活性呈逐漸上升趨勢，但上升幅度不大。噴水5 min后與噴水前相比，香梨葉片中POD活性下降了28.20%，但噴水30 min后，葉片中POD活性又將近恢復(fù)到了噴水前的水平。高溫干旱處理17時與12時、15時相比，香梨葉片中POD活性差異極顯著。灌水條件下香梨葉片中POD活性差異不顯著。噴水5 min后與噴水前、噴水30 min后相比，香梨葉片中POD活性差異極顯著。

2.7高溫干旱處理下庫爾勒香梨生理指標相關(guān)性分析

從表2可以看出，高溫干旱處理下，庫爾勒香梨葉片中可溶性糖含量與淀粉含量、CAT活性之間分別呈極顯著負相關(guān)性和極顯著正相關(guān)關(guān)系。此外，庫爾勒香梨葉片可溶性蛋白含量與SOD活性呈顯著負相關(guān)。淀粉含量、CAT活性之間呈極顯著正相關(guān)。SOD活性與POD活性之間呈顯著負相關(guān)關(guān)

系。這與前面測定的庫爾勒香梨葉片各項指標含量變化趨勢基本一致。

3結(jié)論與討論

在高溫干旱條件下，可溶性糖含量的升高不僅有利于植物抵御逆境，而且能夠在維持蛋白質(zhì)穩(wěn)定性方面起重要作用[9-10]。郭智濤等研究表明，隨著脅迫時間的延長，皂莢葉片中可溶性蛋白含量呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢[3]。周瑞蓮等認為，高溫引起葉片中淀粉含量降低，可能是由于淀粉在高溫條件下轉(zhuǎn)化為糖類物質(zhì)，進而增加植物抵御逆境的能力[11]。徐劍鋒發(fā)現(xiàn)，高溫條件下甜椒葉片中POD酶活性表現(xiàn)為先上升后下降的趨勢[12]。孟聰睿研究發(fā)現(xiàn)，隨著高溫干旱時間的延長，櫻桃葉片中SOD、CAT酶活性呈逐漸升高趨勢[13]。本研究結(jié)果與以上研究結(jié)果相似，在高溫干旱處理下，香梨葉片中可溶性糖含量和SOD、CAT活性呈逐漸升高趨勢，葉片中的淀粉含量、可溶性蛋白含量、POD活性隨著處理時間的延長，呈現(xiàn)下降趨勢。灌水條件下，香梨葉片中SOD、POD、CAT活性變化趨勢平緩，這是由于灌水導(dǎo)致香梨葉片中活性氧濃度很低，說明灌水處理下高溫干旱沒有對香梨造成明顯傷害，因此香梨葉片中SOD、POD、CAT活性變化幅度不大。隨著灌水處理時間的延長，作為滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的可溶性糖、可溶性蛋白質(zhì)含量呈現(xiàn)逐漸上升趨勢，說明庫爾勒香梨在灌水處理下能夠適應(yīng)、抵御夏季自然高溫的環(huán)境。噴水30 min后與噴水前相比，香梨葉片中可溶性糖含量、可溶性蛋白質(zhì)含量和SOD、CAT、POD活性均下降。

綜上所述，庫爾勒香梨為了適應(yīng)夏季高溫干旱，能夠通過提高SOD、CAT活性來抵抗高溫干旱對自身的傷害，這是細胞防御活性氧傷害的一種保護反應(yīng)。但是這種防御能力是有局限性的，隨著高溫干旱時間的延長，葉片的淀粉含量降低速度、可溶性蛋白降解速度加快，POD活性呈顯著降低趨勢，說明庫爾勒香梨在高溫干旱條件下自身調(diào)節(jié)機制已經(jīng)減弱，香梨植株受到了高溫傷害。噴水處理30 min后，香梨果園的溫度、相對濕度恢復(fù)到噴水前的高溫干旱水平，葉片中SOD、CAT、POD活性呈逐漸降低趨勢，說明噴水處理不能持續(xù)降低果園溫度并提高果園相對濕度，更不能清除葉片中積累的活性氧進而緩解高溫干旱對香梨帶來的傷害。夏季高溫條件下對香梨進行灌水處理則能夠維持其正常的生理調(diào)節(jié)系統(tǒng)，保證香梨能夠較好地適應(yīng)夏季高溫進而安全越夏。

參考文獻：

[1]王濤，田雪瑤，謝寅峰，等. 植物耐熱性研究進展[J]. 云南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，2013，28（5）：719-726.

[2]劉毓俠，楊春英，曾凱，等. 發(fā)達國家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展[J]. 河南農(nóng)業(yè)科學(xué)，1994（2）：23-26.

[3]郭智濤，賀磊，陳芳，等. 干旱脅迫對皂莢光合及生理特性的影響[C]//張啟翔.中國觀賞園藝研究進展：2013.北京：中國林業(yè)出版社，2013：466-471.

[4]李愛國，屈霞，李小科，等. 植物耐熱性的研究進展[J]. 作物研究，2007（增刊）：493-497.

[5]劉易超，楊際雙，肖建忠，等. 高溫脅迫對菊花葉片部分生理參數(shù)的影響[J]. 河北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報，2011，34（6）：46-49.

[6]段九菊，王云山，康黎芳，等. 高溫脅迫對觀賞鳳梨葉片抗氧化系統(tǒng)和滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)積累的影響[J]. 中國農(nóng)學(xué)通報，2010，26（8）：164-169.

[7]杜秀敏，殷文璇，張慧，等. 超氧化物歧化酶（SOD）研究進展[J]. 中國生物工程雜志，2003，23（1）：48-51.

[8]劉德良，賴萬年. 夏季梅花品種耐熱性生理生化指標研究[J]. 北方園藝，2012（2）：57-61.

[9]賈開志，陳貴林. 高溫脅迫下不同品種茄子幼苗耐熱性研究[J]. 生態(tài)學(xué)雜志，2005，24（4）：398-401.

[10]楊東，羅群，曹慕嵐，等. 溫度脅迫對菊科雜草生理指標的影響及其適應(yīng)[J]. 吉首大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，2006，27（4）：75-79.

[11]周瑞蓮，孫國鈞，王海鷗. 沙生植物滲透調(diào)節(jié)物對干旱、高溫的響應(yīng)及其在抗逆性中的作用[J]. 中國沙漠，1999，19（增刊1）：19-23.

[12]徐劍鋒. 甜椒耐熱機理及熱脅迫下生理、生化變化的研究[D]. 福州：福建農(nóng)林大學(xué)，2003.

[13]孟聰睿. 高溫干旱脅迫對櫻桃的生理研究[D]. 晉中：山西農(nóng)業(yè)大學(xué)，2013.郭紹杰，王文革，張靜，等. 灌溉量對釀酒葡萄新梢及葉片生長的影響[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2016，44（2）：213-214.