多胺及其合成抑制劑對旱脅迫下杏幼苗葉片光合作用和游離態(tài)多胺含量的影響

王尚堃+孫玲凌

摘要：以金太陽杏盆栽幼苗為試驗材料，設(shè)置6個處理隨機區(qū)組排列，通過噴灑1 mmol/L亞精胺、1 mmol/L多胺合成抑制劑甲基乙二醛雙脒基腙（MGBG），進行多胺及其合成抑制劑對旱脅迫下杏幼苗葉片葉綠素含量、光合指標（光合速率、氣孔導度、胞間CO2濃度、蒸騰速率）、游離態(tài)多胺（腐胺、亞精胺、精胺）含量的影響研究。結(jié)果表明，旱脅迫下杏幼苗葉片噴灑亞精胺后可增加其葉綠素總含量，增強其光合性能，相對降低其游離態(tài)多胺腐胺含量，增加亞精胺、精胺的含量；噴灑MGBG后降低其葉綠素總含量，相對降低其光合性能，增加游離態(tài)多胺腐胺含量，降低游離態(tài)多胺亞精胺、精胺含量，分別噴灑MGBG、亞精胺后，可相對提高其葉綠素總含量和光合性能，游離態(tài)多胺腐胺含量最高，亞精胺、精胺含量則相對提高。由此得出，多胺及其合成抑制劑可調(diào)節(jié)旱脅迫下杏幼苗葉片的光合性能和3種游離態(tài)多胺的含量。

關(guān)鍵詞：多胺；多胺合成抑制劑；旱脅迫；杏；幼苗葉片；光合作用；游離態(tài)多胺

中圖分類號： S662.201文獻標志碼： A

文章編號：1002-1302（2017）04-0088-03

多胺是一類廣泛存在于生物體內(nèi)的具有強烈生物活性的低分子量脂肪族含氮堿化合物，包括腐胺（putrescine，簡稱Put）、亞精胺（spermidine，簡稱Spd）、精胺（spermine，簡稱Spm）等[1]。其中，Spd分子結(jié)構(gòu)獨特，與逆境脅迫關(guān)系非常密切[2]，可以提高植物的抗逆性[3-4]。杏（Armeniaca vulgaris Lam.）原產(chǎn)于我國，是營養(yǎng)和藥用價值較高的時令水果。其用途廣泛，除鮮食外，還可用于加工，是食品工業(yè)的重要的原料[5]。金太陽杏又名太陽杏，是從美國農(nóng)業(yè)部太平洋沿岸實驗室選種圃中選出的杏優(yōu)良品種[6]，具有敗育花少、抗霜凍、自花結(jié)實坐果率高、早果性強等優(yōu)點[7]，具有較高的栽培推廣價值。干旱作為一種主要的自然災(zāi)害，是制約果樹優(yōu)質(zhì)豐產(chǎn)的一個重要因素：水分供應(yīng)狀況對果樹能否正常生長和結(jié)果起決定性作用[8]。光合作用是一系列復雜代謝反應(yīng)的總和，是生物界賴以生存的基礎(chǔ)，也是地球碳氧循環(huán)的重要媒介。有關(guān)水分脅迫對杏光合作用的影響已有一些報道，如高峻等以金太陽杏為試驗材料（簡稱試材），發(fā)現(xiàn)土壤水分脅迫條件下，光合速率（Pn）、蒸騰速率（Tr）、氣孔導度（Gs）均降低[9]。有關(guān)多胺對果樹光合作用的影響有較多報道，如李曉東等以5～7年生早實核桃遼寧1號、晚實核桃禮品1號為試材，研究了外源多胺及其合成抑制劑對核桃光合作用的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)禮品1號核桃Pn日變化呈雙峰曲線；不同濃度多胺及其合成抑制劑顯著降低了遼寧1號核桃Pn，1 mmol/L Spd、0.1 mmol/L Put、0.1 mmol/L Spd處理5.5～8.0 h能顯著提高遼寧1號核桃Pn，處理7～9 h能顯著提高禮品1號核桃Pn[10]。張媛等以富士、嘎啦2個蘋果品種1年生組培苗為試材，研究了不同濃度的Spd對其光合特性的影響，發(fā)現(xiàn)不同濃度的Spd效果不同，在品種間反應(yīng)也有差異，其中 0.01 mmol/L Spd對富士效果最明顯，嘎啦則以0.1 mmol/L效果最佳，2種處理均明顯提高了2品種的Pn、Gs，降低了胞間CO2濃度（Ci）[11]。但目前有關(guān)多胺及其合成抑制劑甲基乙二醛雙脒基腙（mitoguazone，簡稱MGBG）對旱脅迫下杏幼苗葉片光合作用、游離態(tài)多胺含量的影響尚未見報道。為此，本試驗以盆栽金太陽杏幼苗為試材，研究同一濃度的Spd、MGBG處理對其幼苗葉片光合作用及游離態(tài)多胺含量的影響，以期為杏抗旱栽培提供理論依據(jù)。

1材料與方法

1.1材料

供試材料為1年生金太陽杏嫁接苗成品幼苗，砧木為毛桃，引自中國農(nóng)業(yè)科學院鄭州果樹研究所。試驗用苗于2014年秋季引進后預(yù)先假植在周口職業(yè)技術(shù)學院生物工程系苗圃基地。試驗用花盆規(guī)格為口徑45 cm，高25 cm，盆底有孔，以免積水。盆土為周口職業(yè)技術(shù)學院生物工程系苗圃基地肥沃苗圃壤土。供試藥品Spd、MGBG，均購自美國Sigma公司；電子天平JA1003，由上海舜宇恒平科學儀器有限公司生產(chǎn)；LI-6400便攜式光合作用測量系統(tǒng)，由美國Li-COR公司生產(chǎn)；Waters c2695高效液相色譜儀，由美國Waters公司生產(chǎn)；臺式高速離心機TGL-20M，由湖南湘儀實驗室儀器開發(fā)有限公司生產(chǎn)；離心管為高15 cm的底端尖形離心管。

1.2方法

1.2.1試驗設(shè)計

試驗于2015年4—5月在周口職業(yè)技術(shù)學院生物工程系果樹教學基地進行（有防雨設(shè)施）。試驗共設(shè)6個處理：處理1為對照（），露地植株葉片噴清水，除下雨外，每7 d植株盆內(nèi)澆1次水；處理2為干旱（drought，簡稱Dr），露地植株葉片噴清水，盆內(nèi)不澆水，下雨天將該處理搬到防雨設(shè)施內(nèi)；處理3為+Spd，露地植株葉片噴 1 mmol/L Spd，除下雨外，每7 d植株盆內(nèi)澆1次水；處理4為Dr+Spd，露地植株葉片噴1 mmol/L Spd，盆內(nèi)不澆水，下雨天將該處理搬到防雨設(shè)施內(nèi)；處理5為Dr+MGBG，露地植株葉片噴1 mmol/L MGBG，植株盆內(nèi)不澆水，下雨天將該處理搬到防雨設(shè)施內(nèi)；處理6為Dr+MGBG+Spd，露地植株葉片分別依次噴1 mmol/L MGBG、1 mmol/L Spd，盆內(nèi)不澆水，下雨天將該處理搬到防雨設(shè)施內(nèi)。將各個處理都置于事先搭好的SZW-16型遮陽網(wǎng)下，避免強光高溫使杏樹根部溫度過高而造成傷害。每處理3次重復，以單盆單株為1個小區(qū)，隨機區(qū)組排列。4月22日18：00點按照試驗設(shè)計統(tǒng)一處理1次，以后每隔2 d在同樣時間處理1次，共處理15次。30 d后進行葉綠素含量、光合指標、游離態(tài)多胺含量各項指標的測定。

1.2.2測定方法

葉綠素總含量采用研磨提取法[12]測定。光合指標測定選晴朗天氣9：00—11：30，選擇不同處理生長一致且受光良好的葉片，每處理3個單株，各選擇1個典型葉片，采用LI-6400便攜式光合作用測量系統(tǒng)同步測定葉片Pn、Gs、Ci、Tr等生理指標。游離態(tài)多胺含量測定按劉俊等方法[13]進行制樣，略作修改：取0.5 g植物材料制成1 mL醚相后，用電熱吹風機吹風干燥，100 μL甲醇渦旋溶解后，不過濾膜，取10 μL樣液直接進Waters c2695高效液相色譜儀測定。

1.2.3數(shù)據(jù)處理

用Excel 2003對數(shù)據(jù)進行處理，用SPSS 10.0統(tǒng)計軟件進行差異顯著性分析。

2結(jié)果與分析

2.1Spd、MGBG對旱脅迫下金太陽杏幼苗葉片葉綠素總含量的影響[HT]

由圖1可見，各處理對杏幼苗葉片葉綠素總含量有明顯的影響，其中處理3中葉綠素總含量最高，與其他5個處理差異顯著（P<0.05），說明杏幼苗葉片正常植株噴灑Spd可促進葉綠素合成。處理2與處理1相比，葉綠素總含量下降不大，差異不顯著，說明杏是一種相對比較耐旱的果樹。處理4與處理3相比，葉綠素總含量降低，差異顯著（P<0.05），說明正常條件下噴灑Spd提高葉綠素總含量的效果比旱脅迫下好；與處理2相比，葉綠素總含量上升，差異顯著，說明旱脅迫下噴灑Spd可促進葉綠素的合成。處理5中葉綠素含量最低，說明旱脅迫下噴灑1 mmol/L MGBG，促進了葉綠素降解。處理6與處理5處理相比，葉綠素總含量上升，說明旱脅迫下MGBG與Spd主要表現(xiàn)為拮抗關(guān)系，Spd相對抑制了葉綠素的分解。

2.3Spd、MGBG對旱脅迫下金太陽杏幼苗葉片游離態(tài)多胺含量影響[HT]

由表2可見，旱脅迫下3種游離態(tài)多胺（Put、Spd、Spm）含量均比處理1高，且差異顯著（P<0.05）。處理3游離態(tài)多胺Put含量高于處理1，低于處理2，3者之間差異顯著（P<0.05）；游離態(tài)多胺Spd、Spm含量比處理1和處理2均高，其中，游離態(tài)多胺Spd含量在3個處理之間差異顯著（P<0.05），而游離態(tài)多胺Spm含量與處理1差異顯著（P<0.05），與處理2差異不顯著。旱脅迫下，噴灑Spd，游離態(tài)多胺Put含量低于單獨的旱脅迫，二者之間差異顯著（P<005），而游離態(tài)多胺Spd、Spm含量則最高，與其他5個處理差異顯著（P<0.05）；噴灑MGBG后，游離態(tài)多胺Put含量繼續(xù)升高，與其他5個處理差異顯著（P<0.05），而游離態(tài)多胺Spd、Spm含量則達到旱脅迫下最低，與旱脅迫下其他處理間差異顯著（P<0.05）；依次噴灑MGBG、Spd后，游離態(tài)多胺Put含量達到旱脅迫下的最高值，與其他各處理差異顯著（P<0.05），游離態(tài)多胺Spd、Spm含量則相對升高，與處理5（Dr+MGBG）差異顯著（P<0.05）。由于游離態(tài)多胺Put是[JP+1]一種腐胺，因此，在旱脅迫下噴灑多胺及其合成抑制劑后呈現(xiàn)先降后升趨勢。在旱脅迫下噴灑Spd后，游離態(tài)多胺Spd、Spm含量升高，噴灑MGBG后，其含量下降，依次噴灑MGBG、Spd后，其含量相對升高。說明旱脅迫下，噴灑Spd有利于游離態(tài)多胺Spd、Spm的生成；噴灑MGBG后則促進了其分解；依次噴灑MGBG、Spd后，則相對抑制了游離態(tài)多胺Spd、Spm的分解。綜合考慮3種游離態(tài)多胺含量，以處理4效果最好。

3結(jié)論與討論

旱脅迫下，Spd有利于促進杏幼苗葉片葉綠素的形成，多胺合成抑制劑MGBG則促進了杏幼苗葉片葉綠素的降解，MGBG、Spd結(jié)合使用則相對抑制了杏幼苗葉片葉綠素分解。多胺及其合成抑制劑可調(diào)節(jié)旱脅迫下杏幼苗葉片的光合性能。在旱脅迫下，杏幼苗葉片噴灑Spd后，4個光合指標均上升，而噴灑MGBG則相對下降，依次噴灑MGBG、Spd后4個光合指標則相對升高。多胺及其合成抑制劑可調(diào)節(jié)旱脅迫下杏幼苗葉片3種游離態(tài)多胺含量。游離態(tài)多胺Put含量以 Dr+MGBG+Spd處理最高，游離態(tài)多胺Spd、Spm含量均以Dr+Spd處理最高。

多胺和植物對外界環(huán)境的不良反應(yīng)的關(guān)系非常密切[14-15]。本研究結(jié)果表明：旱脅迫下，噴灑Spd可提高杏幼苗葉片葉綠素總含量，噴灑MGBG則降低葉綠素總含量，依次噴灑MGBG、Spd后葉綠素含量相對升高。結(jié)果在一定程度上驗證了Spd與MGBG的生物學效應(yīng)相左的理論，同時與劉彥超等在蘋果上的研究結(jié)果[16]相同。

逆境對植物的危害是多元化的。其中，光合作用對各種非生物逆境的反應(yīng)甚為敏感。Pn、Ci、Gs、Tr是光合生理生態(tài)研究中4個主要的生理指標。一般在逆境條件下，作物產(chǎn)量的降低，主要原因是逆境降低了植物的光能利用效率。因此，探索逆境下提高植物光合效率的途徑成為近些年光合作用研究領(lǐng)域的熱點。在一般干旱條件下，植物光合作用的4個指標下降，下降的主要原因是這些脅迫導致植物葉片的氣孔關(guān)閉，使Gs、Ci降低，同時Pn、Tr下降[17]。本研究結(jié)果表明，旱脅迫下噴灑多胺及其合成抑制劑可調(diào)節(jié)杏幼苗葉片的光合性能。噴灑Spd可提高杏幼苗葉片Pn，噴灑MGBG則降低葉片Pn，這與李曉東等在核桃上研究結(jié)果[10]基本一致；噴灑Spd可提高Gs，這與王志琴等在水稻上研究結(jié)果[18]也大致相同。Ci的變化方向是確定Pn變化的主要原因和是否為氣孔因素的必不可少的判斷依據(jù)[19-20]。CO2是植物光合作用的反應(yīng)物之一，干旱條件下噴灑Spd增加Ci濃度，有利于光合作用的進行。對于Tr，由于蒸騰與光合是相關(guān)的，也是引起凈光合速率變化的一個因素，因此設(shè)法提高植物的Tr，對保證植物光合作用的正常進行非常重要。

水分脅迫和植物體內(nèi)游離態(tài)多胺變化存在復雜性和不確定性[21]。本研究結(jié)果表明，旱脅迫下經(jīng)多胺及其合成抑制劑處理后，3種游離態(tài)多胺含量均增加，其中Put含量在Dr+MGBG+Spd處理中最高，Spd、Spm含量都是在Dr+Spd處理中最高。這與周小梅等在水稻幼苗上研究的結(jié)果[22]相吻合。

本試驗研究了Spd、MGBG相同濃度處理對杏幼苗葉片光合作用和游離態(tài)多胺含量的影響，且葉片光合指標的測定是在一定時間段內(nèi)進行的，至于不同濃度、不同時間段對其光合指標的影響，不同濃度對其游離態(tài)多胺含量的影響，尚有待進一步研究。

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