干旱脅迫對(duì)豇豆品質(zhì)與抗氧化酶活性的影響

井大煒，張紅，李士平，王明友

（德州學(xué)院生態(tài)與園林建筑學(xué)院，山東，253023）

干旱脅迫對(duì)豇豆品質(zhì)與抗氧化酶活性的影響

井大煒，張紅，李士平，王明友

（德州學(xué)院生態(tài)與園林建筑學(xué)院，山東，253023）

以德州白條豇豆品種為試材，研究了正常水分（對(duì)照）、輕度干旱脅迫和中度干旱脅迫等處理對(duì)豇豆品質(zhì)與葉片抗氧化酶活性的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明，同對(duì)照相比，輕度與中度干旱脅迫下，豇豆葉片的相對(duì)含水量、光合特性和葉綠素含量呈逐漸下降的變化趨勢(shì)，且隨著脅迫程度的加大，降幅越大；而豇豆莢果的維生素C、硝酸鹽與可溶性糖含量則隨脅迫程度的加劇呈逐漸升高的趨勢(shì)。同時(shí)，葉片的SOD、CAT活性在干旱脅迫條件下顯著升高，葉片丙二醛含量和相對(duì)電導(dǎo)率亦明顯上升，且在中度干旱脅迫下的升高幅度明顯大于輕度脅迫，說明干旱脅迫程度的加劇對(duì)豇豆的細(xì)胞膜傷害較大，導(dǎo)致豇豆代謝紊亂而發(fā)生膜脂的過氧化。綜合分析認(rèn)為，干旱脅迫能使豇豆葉片的生理特性發(fā)生改變，并導(dǎo)致豇豆產(chǎn)量顯著降低，但對(duì)莢果品質(zhì)有一定的改善效應(yīng)。

豇豆；干旱脅迫；相對(duì)含水量；品質(zhì)；抗氧化酶

豇豆（Vigna unguiculataL.）是豆科豇豆屬豇豆種一年生纏繞草本植物，原產(chǎn)于非洲東北部和印度，中國(guó)是其第二起源中心[1，2]。豇豆容易栽培、產(chǎn)量高、品質(zhì)佳，是解決夏秋淡季蔬菜供應(yīng)的重要蔬菜作物之一[3]。同時(shí)其營(yíng)養(yǎng)豐富，藥用價(jià)值高，是目前備受青睞的保健蔬菜[4]。在我國(guó)，豇豆以采食嫩莢為主，其經(jīng)濟(jì)價(jià)值高，應(yīng)用前景廣泛，并且栽培面積廣，自西北到東北、自華北到華南都有大面積種植[5，6]。當(dāng)前，我國(guó)豇豆在生產(chǎn)中產(chǎn)量小、品質(zhì)低的問題尤為突出。近年來隨著價(jià)格的不斷攀升，豇豆市場(chǎng)需求日益擴(kuò)大，豇豆生產(chǎn)在部分地區(qū)已形成了產(chǎn)業(yè)化、規(guī)?；痆6]。許多學(xué)者對(duì)豇豆做了大量的探索研究工作，但主要集中于育種[1]、施肥[7，8]與輪作栽培[9]等方面，而針對(duì)土壤干旱脅迫對(duì)豇豆影響的研究報(bào)道甚少。為此，采用盆栽模擬試驗(yàn)的方法，探討了不同干旱脅迫處理對(duì)豇豆生長(zhǎng)及光合生理特征的影響，旨在為豇豆的水分管理措施提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)于2015年4～8月在德州市九龍灣低碳生態(tài)農(nóng)業(yè)循環(huán)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)園的溫室大棚內(nèi)進(jìn)行，采用盆栽模擬進(jìn)行水分脅迫試驗(yàn)。供試豇豆品種為德州白條，由德州學(xué)院生態(tài)與園林建筑學(xué)院提供。試驗(yàn)用盆由市場(chǎng)所購，具體規(guī)格為：上口徑、下口徑和高分別為35、25、35 cm，每盆裝干土11.2 kg，土壤為輕壤土，基本理化性狀為：有機(jī)質(zhì)質(zhì)量比8.26 g/kg，速效N、速效P和速效K質(zhì)量比分別為35.97、92.81、216.29 mg/kg。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

盆栽試驗(yàn)共設(shè)3個(gè)處理：①對(duì)照（正常水分，CK），田間持水量的70%～80%；②輕度干旱脅迫（LS），田間持水量的55%～65%；③中度干旱脅迫（MS），田間持水量的40%～50%。

每個(gè)處理重復(fù)15次，每盆2株。2015年3月28日在營(yíng)養(yǎng)缽中播種育苗，當(dāng)植株3葉1心時(shí)（4月30日）開始定植，5月13日進(jìn)行不同水分脅迫處理，8月18日試驗(yàn)結(jié)束。在脅迫試驗(yàn)過程中土壤含水量采用稱量法來控制，當(dāng)土壤含水量低于試驗(yàn)所設(shè)含水量的下限時(shí)開始補(bǔ)充水分。其他管理措施與常規(guī)保持一致。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

在豇豆的收獲期采用稱量法測(cè)定豇豆產(chǎn)量，并隨機(jī)選取豇豆樣品測(cè)定莢果品質(zhì)，其中莢果維生素C含量的測(cè)定采用2，6-二氯酚靛酚滴定法，硝酸鹽含量的測(cè)定采用紫外分光光度法，可溶性糖含量的測(cè)定采用蒽酮比色法，可溶性蛋白含量的測(cè)定采用考馬斯亮藍(lán)法[10]。

在豇豆結(jié)莢期，采用美國(guó)CID公司生產(chǎn)的CI-310便攜式光合儀，選擇晴天的9：00～11：00測(cè)定葉片光合特性；同時(shí)采集葉片采用乙醇-丙酮混合法提取葉片葉綠素，并計(jì)算出葉綠素含量。在豇豆結(jié)莢期測(cè)定葉片的相對(duì)含水量、過氧化氫酶（CAT）和超氧化物歧化酶（SOD）活性，其中葉片相對(duì)含水量采用烘干法測(cè)定，計(jì)算公式如下：相對(duì)含水量（%）=[（鮮生物量-干生物量）/（飽和鮮生物量-干生物量）]×100%；葉片CAT和SOD活性分別采用紫外吸收法和愈創(chuàng)木酚法測(cè)定；丙二醛（MDA）含量、相對(duì)電導(dǎo)率的測(cè)定分別采用硫代巴比妥酸比色法、電導(dǎo)儀法[10]。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2013處理數(shù)據(jù)并制圖，采用SAS軟件進(jìn)行方差分析和多重比較（LSD法，p＜0.05）。

2 結(jié)果與分析

2.1 葉片相對(duì)含水量

不同干旱脅迫處理對(duì)豇豆葉片相對(duì)含水量的影響作用如圖1所示，從圖1可以看出，隨土壤含水量的變化，豇豆葉片相對(duì)含水量亦發(fā)生了明顯改變。豇豆葉片的相對(duì)含水量在輕度、中度干旱脅迫下相比CK均顯著降低，LS和MS處理分別較CK處理顯著下降8.01%和20.33%。由此可知，隨著土壤干旱脅迫程度的加大，豇豆葉片的相對(duì)含水量呈明顯下降的變化趨勢(shì)。

2.2 豇豆產(chǎn)量與品質(zhì)

從表1可以看出，土壤干旱脅迫對(duì)豇豆產(chǎn)量和部分品質(zhì)指標(biāo)具有顯著影響。與CK相比，豇豆產(chǎn)量在LS與MS處理下分別下降9.07%與36.51%，差異均達(dá)顯著水平，表明隨著干旱脅迫程度的增加，豇豆產(chǎn)量受到了明顯抑制。同時(shí)可見，莢果維生素C、硝酸鹽和可溶性糖含量隨著土壤水分含量的減少而表現(xiàn)出升高的變化趨勢(shì)，這說明豇豆部分品質(zhì)指標(biāo)與土壤含水量呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。此外，莢果的可溶性蛋白含量在不同水分處理之間未表現(xiàn)出顯著的差異。綜合以上分析認(rèn)為，干旱脅迫對(duì)豇豆的產(chǎn)量具有顯著的抑制作用，而豇豆莢果的部分品質(zhì)指標(biāo)則隨著干旱脅迫程度的加劇呈現(xiàn)出逐漸增加的趨勢(shì)。

圖1 干旱脅迫對(duì)豇豆葉片相對(duì)含水量的影響

2.3 葉片光合特性和葉綠素

干旱脅迫對(duì)豇豆葉片光合特性的影響效果如表2所示?？梢姡谷~片凈光合速率在CK、LS與MS處理下分別達(dá)到23.86、19.35、14.72 μmol·m-2·s-1，LS和MS處理相比CK顯著降低18.90%和38.31%。葉片蒸騰速率的變化規(guī)律和凈光合速率基本一致，LS、MS處理分別較CK下降21.70%、36.57%，差異均達(dá)顯著水平。從表2可知，同CK相比，輕度和中度干旱脅迫使豇豆葉片的氣孔導(dǎo)度明顯降低，且隨著脅迫程度的增加，降幅越來越大。各干旱脅迫處理的胞間CO2濃度也表現(xiàn)出類似的變化規(guī)律，LS、MS處理分別較CK顯著降低20.72%、35.81%。

方差分析顯示，在輕度、中度干旱脅迫下，豇豆葉片的葉綠素含量顯著降低，LS和MS處理相比CK分別顯著下降10.79%和25.87%。綜上，豇豆葉片的光合特性和葉綠素含量對(duì)土壤含水量較為敏感，且隨著干旱脅迫程度的加大，其葉片光合特性和葉綠素含量受到了明顯的抑制。

2.4 葉片保護(hù)酶、丙二醛與相對(duì)電導(dǎo)率

不同干旱脅迫強(qiáng)度對(duì)豇豆葉片SOD、CAT活性的影響狀況如表3顯示。可見，豇豆葉片的SOD與CAT活性隨干旱脅迫程度的加大而顯著升高，其中LS處理的 SOD、CAT活性分別較 CK顯著提高24.06%、17.02%，而MS處理分別顯著提高52.17%、27.21%。

由表3可見，隨著土壤含水量的減少，豇豆葉片的丙二醛含量與相對(duì)電導(dǎo)率表現(xiàn)出遞增的趨勢(shì)。LS處理的丙二醛含量與相對(duì)電導(dǎo)率相比CK分別顯著提高11.93%與33.26%，而MS處理分別顯著提高 40.91%與84.29%。由此可知，在干旱脅迫生境下，豇豆葉片的保護(hù)酶活性與丙二醛含量及相對(duì)電導(dǎo)率均明顯升高，且升高幅度隨著脅迫程度的加劇而增大。

表1 水分脅迫對(duì)豇豆產(chǎn)量與莢果品質(zhì)的影響

表3 干旱脅迫對(duì)豇豆葉片SOD、CAT活性和丙二醛含量及相對(duì)電導(dǎo)率的影響

表2 干旱脅迫對(duì)豇豆葉片光合特性與葉綠素含量的影響

3 討論與結(jié)論

水分是植物生長(zhǎng)發(fā)育的關(guān)鍵因子之一，適宜的水分對(duì)植株生長(zhǎng)具有促進(jìn)效應(yīng)，而水分虧缺則會(huì)抑制生長(zhǎng)[11，12]。葉片相對(duì)含水量是植物組織生理狀態(tài)的一個(gè)重要指標(biāo)，對(duì)植物水分狀況可以起到較好的指示作用[13]。本研究得出，隨干旱脅迫程度的加劇，豇豆葉片的相對(duì)含水量呈逐漸遞減的趨勢(shì)，這與方增玉等[14]對(duì)北美丁香的研究結(jié)論相似。本試驗(yàn)還表明，隨著土壤含水量的減少，豇豆莢果的維生素C和可溶性糖含量較CK有增加的趨勢(shì)，說明保持一定的土壤干旱能夠提高莢果品質(zhì)，進(jìn)而延長(zhǎng)其儲(chǔ)藏期；但同時(shí)發(fā)現(xiàn)，豇豆的產(chǎn)量在干旱脅迫條件下顯著降低。因此，在實(shí)際生產(chǎn)中，可以在豇豆收獲前期進(jìn)行適當(dāng)?shù)乃挚刂?，在保證產(chǎn)量的前提下提高質(zhì)量。此外，本研究還發(fā)現(xiàn)，在干旱脅迫環(huán)境下，豇豆葉片的光合特性指標(biāo)和葉綠素含量相比對(duì)照均顯著降低，其中葉片氣孔導(dǎo)度與胞間CO2濃度在不同脅迫下均呈下降趨勢(shì)，表明氣孔限制因素是凈光合速率降低的主要誘因[15]。

諸多學(xué)者研究認(rèn)為[12，16，17]，SOD、CAT活性易受干旱脅迫的影響，干旱傷害程度與這2種酶的活性呈負(fù)相關(guān)。水分脅迫下植物體內(nèi)積累活性氧，但植物可通過內(nèi)源性保護(hù)性酶促清除系統(tǒng)清除過多的活性氧，以保證細(xì)胞的正常機(jī)能[17]。本研究得出，豇豆葉片的SOD、CAT活性隨著干旱脅迫程度的加大而呈明顯遞增的趨勢(shì)，這表明輕度或中度脅迫激發(fā)了豇豆體內(nèi)保護(hù)酶系統(tǒng)的活性來做出保護(hù)性反應(yīng)。此外，本研究還發(fā)現(xiàn)，在輕度、中度干旱脅迫條件下，豇豆葉片的丙二醛（MDA）含量和相對(duì)電導(dǎo)率相比對(duì)照表現(xiàn)出顯著升高的趨勢(shì)，且MDA含量、相對(duì)電導(dǎo)率在輕度脅迫下的上升幅度明顯小于中度脅迫的，這說明豇豆的細(xì)胞膜在中度干旱脅迫下所受的傷害較大，已經(jīng)超過了它的耐受上限，使豇豆代謝發(fā)生紊亂并進(jìn)行膜脂過氧化，質(zhì)膜受到損傷，從而導(dǎo)致MDA累積變多[18]，這與趙麗麗等[16]對(duì)金蕎麥的研究結(jié)論基本一致。此外，本研究只是采用盆栽模擬脅迫的方式對(duì)豇豆品質(zhì)與葉片抗氧化保護(hù)酶活性進(jìn)行了探討，而關(guān)于豇豆在不同干旱脅迫梯度下的動(dòng)態(tài)變化規(guī)律還有待于后期進(jìn)一步研究。

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Effects of Drought Stress on Quality and Antioxidant Enzyme Activities of Cowpea

JING Dawei,ZHANG Hong,LI Shiping,WANG Mingyou
(College of Ecology and Garden Architecture,Dezhou University,Shandong 253023)

A pot experiment was conducted to study the effects of different water treatments (normal irrigation,light drought,and moderate drought)on quality and antioxidant enzyme activities in leaves of cowpea.The results showed that, compared with those under normal irrigation,the relative water content,photosynthetic characteristics and chlorophyll content in leaves of cowpea under light and moderate drought stress had a trend of decreasing gradually,and with the increase extent of drought stress,the decreasing amplitude become larger and larger.However,as the increase of stress degree,the contents of vitamin C,nitrate and soluble sugar of cowpea legume showed a trend of increasing gradually.At the same time,the activities of superoxide dismutase (SOD)and catalase (CAT)in leaves under drought stress increased significantly.The leaf malondialdehyde (MDA)content and relative electric conductivity also had a significant increase, and the increasing amplitude under moderate stress was obviously higher than that under light stress,suggesting that moderate drought stress had larger damage to plasma membrane with metabolic disturbance and membrane lipid peroxidation.As a result,the physiological properties in leaves of cowpea could change under water stress and lead to yield decreasing significantly,while had an ameliorative effect on legume quality of cowpea.

Cowpea;Drought stress;Relative water content;Quality;Antioxidant enzyme

S643.4；S601

A

1001-3547（2017）04-0071-04

10.3865/j.issn.1001-3547.2017.04.025

山東省農(nóng)業(yè)良種工程項(xiàng)目“德州特色豆類蔬菜品種資源的整理篩選與創(chuàng)新利用”[魯科字（2013）207號(hào)]

井大煒（1982-），男，講師，博士，主要從事植物營(yíng)養(yǎng)機(jī)理與調(diào)控研究，電話：13791335850，E-mail：jingdawei009@163.com

王明友（1964-），通訊作者，男，教授，主要從事蔬菜高產(chǎn)生理生態(tài)的研究工作，E-mail：nwmy_sddz@163.com

2017-01-13