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

摘 要：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)。

關(guān)鍵詞：豇豆；干旱脅迫；相對(duì)含水量；品質(zhì)；抗氧化酶

豇豆（Vigna unguiculata L.）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)模化[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)。

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。可見，豇豆葉片凈光合速率在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?？梢?，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。

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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