保水劑對干旱脅迫檳榔幼苗生理特征的影響

李佳 劉立云 李艷 周煥起

摘要：【目的】探討不同劑量保水劑對干旱脅迫檳榔幼苗生理特征的影響，為檳榔節(jié)水抗旱栽培提供理論依據(jù)?！痉椒ā恳耘柙詿嵫幸惶枡壚朴酌鐬椴牧?，在干旱條件下施用0.1%-0.4%保水劑20 d后，測定不同處理檳榔幼苗葉片的相對水含量、可溶性蛋白含量、丙二醛（MDA）含量、葉綠素含量、超氧化物歧化酶（sOD）和過氧化物酶（POD）活性，分析檳榔幼苗葉綠素熒光參數(shù)、光能利用和耗散指標的變化情況?！窘Y(jié)果】在干旱脅迫下，施用0.1%～0.4%保水劑可有效提高檳榔幼苗葉片的相對水含量、葉綠素和可溶性蛋白含量及SOD和POD活性；當保水劑施用劑量為0.3%時，檳榔幼苗葉片的相對水含量、可溶性蛋白含量和葉綠素含量最高，MDA含量最低，POD活性最高；檳榔葉片的葉綠素熒光參數(shù)光系統(tǒng)Ⅱ（PSII）最大光能轉(zhuǎn)化效率（F_vF_m）和PSII實際光化學量子產(chǎn)量[Y（Ⅱ）]在保水劑施用劑量為0.3%時最大，光化學猝滅系數(shù)（qP）隨保水劑施用劑量的增大而增加，非光化學猝滅系數(shù)（NPQ）隨保水劑劑量的增大呈先下降后上升的變化趨勢。【結(jié)論】施用保水劑可有效提高干旱脅迫檳榔幼苗葉片的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量及其抗氧化酶活性，保障光合作用順利進行，緩解干旱脅迫對檳榔幼苗的傷害，以施用0.3%保水劑的效果最佳。

關(guān)鍵詞：檳榔；干旱脅迫；保水劑；生理特征；葉綠素熒光參數(shù)

0引言

【研究意義】檳榔（Areca catechu L）為檳榔科檳榔屬多年生植物，是海南省的第二大經(jīng)濟作物，因其具有助消化、抗氧化和抗菌等重要藥用價值而被列為四大南藥之首。海南檳榔主要種植在山坡地，水分條件較差，每年11月至次年4月常出現(xiàn)連續(xù)干旱，致使檳榔生長遲緩，嚴重影響產(chǎn)量，而制約了檳榔產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。保水劑（SAP）是一類吸水能力超強的高分子聚合物，在短時間內(nèi)吸水達幾百倍，在干旱情況下又可將水分緩慢釋放供作物利用（莊文化等，2007）。有研究表明，聚丙烯酰胺類保水劑的使用效果明顯優(yōu)于淀粉接枝丙烯酸納類保水劑（李中陽等，2015），但至今有關(guān)保水劑對干旱脅迫檳榔幼苗生長發(fā)育影響的機理尚不清楚。因此，探討不同劑量聚丙烯酰胺類保水劑對干旱脅迫檳榔幼苗生理特征的影響，對實施檳榔大田節(jié)水抗旱栽培具有重要意義。【前人研究進展】王春明等（2001）研究發(fā)現(xiàn)，保水劑用量過低無法保證保水效果，用量過高則會影響土壤的通透性，造成根系呼吸困難而導致根系腐爛。李楊和王百田（2012）研究認為，保水劑可有效改善土壤的持水能力，且土壤容重隨保水劑質(zhì)量濃度的增大而降低，土壤總孔隙度隨保水劑質(zhì)量濃度的增大而增大。趙陟峰等（2013）的研究結(jié)果表明，煤矸石基質(zhì)中添加保水劑能促使高羊茅將煤矸石中的營養(yǎng)元素從地下部向地上部轉(zhuǎn)移。侯賢清等（2015）研究認為，穴施保水劑可有效改善馬鈴薯關(guān)鍵生育期的土壤水分狀況，提高馬鈴薯的產(chǎn)量和水分利用效率。李柯妮等（2015）研究發(fā)現(xiàn)，施用一定濃度保水劑可增加桔梗幼苗葉片的相對水含量，增強抗氧化酶活性，提高葉片游離脯氨酸及可溶性蛋白含量，從而減少干旱脅迫對細胞膜的破壞。黃慧青等（2016）研究發(fā)現(xiàn)，在干旱條件下保水劑可提高海濱雀稗的光合速率、蒸騰速率和氣孔導度，減少電解質(zhì)滲透率和提高丙二醛（MDA）含量?！颈狙芯壳腥朦c】目前，關(guān)于保水劑對檳榔幼苗干旱脅迫下生理特征影響的研究鮮見報道。【擬解決的關(guān)鍵問題】通過盆栽試驗探討不同劑量保水劑對干旱脅迫熱研一號檳榔幼苗抗旱生理指標及葉綠素熒光參數(shù)的影響，為保水劑在檳榔抗旱栽培中的應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1材料與方法

1.1試驗材料

供試檳榔品種為中國熱帶農(nóng)業(yè)科學院椰子研究所選育的熱研一號，供試聚丙烯酰胺類保水劑為北京漢力淼新技術(shù)有限公司生產(chǎn)的XM型顆粒狀保水劑，主要成分為丙烯酰胺一丙烯酸鉀鹽。

1.2試驗方法

1.2.1試驗設(shè)計選擇形態(tài)一致、大小相近的5月齡兩葉一心檳榔幼苗，定植于中國熱帶農(nóng)業(yè)科學院椰子研究所溫室大棚中內(nèi)徑15 cm、高20 cm的塑料花盆，每盆定植1株。盆中基質(zhì)由營養(yǎng)土和蛭石按體積比3：1混合而成，每盆基質(zhì)定量1.0 kg干土，依據(jù)田問最大持水量澆650 mL水。定植幼苗前倒出盆中上層10 cm基質(zhì)與不同劑量保水劑混合均勻后再裝入盆中。試驗用保水劑設(shè)0（CK）、0.1%（S1處理）、0.2%（S2處理）、0.3%（S3處理）和0.4%（S4處理）5個處理（即每盆分別施用0、1.0、2.0、3.0和4.0 g保水劑），5個重復。幼苗在正常管理期間每2 d用稱重法補充一次水分，正常管理4周后停止給水，進行自然干旱處理，并在干旱處理20 d后取樣測定相關(guān)指標。

1.2.2測定指標及方法葉片相對水含量測定：取新展開的葉片，先測定葉片鮮重（Fw），然后將葉片置于4℃、完全黑暗環(huán)境下吸水12 h，測定飽和重（TW），再將葉片置于60℃烘箱中烘烤48 h后測定干重（Dw），最后計算葉片相對水含量（RWC）。

RWC（%）=（FW-DW）/（TW-DW）

生理生化指標測定：取各處理組檳榔幼苗從頂端往下數(shù)第2片葉測定相關(guān)生理生化指標。參照王學奎（2005）的方法，葉綠素含量采用95%乙醇研磨法測定；可溶性蛋白（SP）含量采用Bradford考馬斯亮藍G-250染色法測定；MDA含量采用硫代巴比妥酸（TBA）法測定。超氧化物歧化酶（SOD）和過氧化物酶（POD）活性按照南京建成生物工程研究所提供的試劑盒說明進行測定。每個指標重復測定3次，取平均值。

葉綠素熒光參數(shù)測定：在有正常光照的上午9：00～11：00，采用PAM-2500便攜式熒光儀（德國，WALZ公司），選取檳榔幼苗從頂端往下數(shù)第2片葉暗適應(yīng)20 min后測定初始熒光（F_O）、最大熒光（F_m）、光系統(tǒng)Ⅱ（PSII）最大光能轉(zhuǎn)化效率及PSII實際光化學量子產(chǎn)量[Y（II）]、光化學猝滅系數(shù)（qP）和非光化學猝滅系數(shù)（NPQ）。

1.3統(tǒng)計分析

采用SPSS 19.0對試驗數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析。

2結(jié)果與分析

2.1不同劑量保水劑對干旱脅迫檳榔幼苗抗旱生理指標的影響

2.1.1對葉片RWC的影響

由表1可知，S3處理檳榔幼苗葉片的RWC最高，S4處理次之，分別較CK提高3.58%和2.40%，但差異不顯著（P>0.05，下同）；S1和S2處理檳榔幼苗葉片的RWC與CK相當。說明施用較高劑量（0.3%和0.4%）保水劑對提高檳榔幼苗葉片的RWC、增強其抗干旱脅迫能力的效果優(yōu)于施用較低劑量（0.1%和0.2%）保水劑。

2.1.2對MDA含量的影響

由表1可知，施用不同劑量保水劑均能降低干旱脅迫檳榔幼苗葉片的MDA含量，各處理MDA含量隨保水劑劑量的增加呈先下降后上升的變化趨勢。其中，S3處理檳榔幼苗葉片的MDA含量最低，顯著低于CK 39.2%（P<0.05，下同），S2和S4處理的MDA含量分別比CK顯著降低19.6%和13.9%。說明施用適宜劑量保水劑可緩解干旱脅迫對檳榔幼苗造成的傷害，尤其以施用0.3%保水劑的效果最佳；隨著施用保水劑劑量（0.4%）過大，檳榔幼苗葉片對干旱脅迫所受傷害的緩解效應(yīng)降低。

2.1.3對可溶性蛋白含量的影響由表1可知，在干旱脅迫下，s 1-$4處理檳榔幼苗葉片的可溶性蛋白含量均高于CK，其中，S2、S3和S4處理的可溶性蛋白含量顯著高于CK和S1處理，尤其以S3處理的可溶性蛋白含量最高。說明施用0.3%保水劑對提高檳榔幼苗葉片可溶性蛋白含量的效果最佳，最有利于維持檳榔幼苗細胞的正常代謝，提高細胞的保水能力。

2.1.4對抗氧化酶活性的影響從圖1和圖2可看出，施用不同劑量保水劑均可提高檳榔幼苗葉片的POD和SOD活性。其中，POD活性隨保水劑劑量的增大呈先上升后下降的變化趨勢，但均顯著高于CK，尤其以S3處理的POD活性最高，較CK提高17.1%；SOD活性以S2處理最高，較CK顯著提高19.4%，其他處理與CK差異不顯著。說明施用保水劑能使干旱脅迫檳榔幼苗葉片的保護酶活性維持在較高水平，以抵抗自由基積累對自身的傷害，尤其以施用0.2%和0.3%保水劑處理的效果較佳。

2.2不同劑量保水劑對干旱脅迫檳榔幼苗葉片葉綠素含量及葉綠素熒光參數(shù)的影響

2.2.1對葉綠素含量的影響

由表2可知，隨保水劑劑量的增大，檳榔幼苗的葉綠素含量呈先上升后下降的變化趨勢。其中，S1處理的葉綠素含量與CK無顯著差異，S2、S3和S4處理的葉綠素含量分別較CK顯著提高45.6%、60.0%和55.2%。說明施用適宜劑量保水劑有利于促進檳榔幼苗葉片葉綠素的合成，尤其以施用0.3%保水劑的效果最佳。

2.2.2對葉綠素熒光參數(shù)的影響

由表2可知，隨保水劑劑量的增大，檳榔幼苗葉片的Y（II）呈先上升后略有下降的變化趨勢。其中，各劑量保水劑處理的F_v/F_m均高于CK，說明CK檳榔幼苗受干旱脅迫最嚴重，而施用保水劑可緩解干旱對檳榔幼苗的脅迫；S3和S4處理的Y（II）顯著高于CK，說明施用0.3%和0.4%保水劑可顯著提高檳榔幼苗葉片的光能轉(zhuǎn)化率，減輕干旱對檳榔幼苗的脅迫。

由表2還可知，施用不同劑量保水劑均能提高檳榔幼苗的qP，且qP隨保水劑劑量的增大呈上升趨勢，說明施用保水劑可促進檳榔幼苗的光合效率和對光能的利用效率。S2、S3和S4處理檳榔幼苗的NPQ顯著低于CK和S1處理，S1處理的NPQ與CK差異不顯著，說明干旱脅迫已對CK的檳榔幼苗產(chǎn)生光抑制，檳榔幼苗以增加NPO來適應(yīng)逆境，而施用0.2%-0.4%保水劑對檳榔幼苗光合機構(gòu)具有保護作用，熱耗散光能少，有利于檳榔幼苗提高抗旱能力。

2.3檳榔幼苗葉片各生理指標的相關(guān)性分析結(jié)果

檳榔幼苗在保水劑處理下不同生理指標間的相關(guān)性分析結(jié)果（表3）表明，RWC與Y（II）呈極顯著正相關(guān)（P<0.01，下同），說明檳榔葉片RWC下降是導致Y（II）降低的主要原因；MDA含量與SP含量呈極顯著負相關(guān)，與POD活性和F_v/F_m呈顯著負相關(guān)，說明檳榔幼苗可通過積累滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)和提高抗氧化酶活性來緩解干旱脅迫對細胞造成的損傷，從而保證光合作用正常進行；SP含量與F_v/F_m呈極顯著正相關(guān)，POD活性與F_v/F_m呈極顯著正相關(guān)。綜上所述，檳榔幼苗對水分脅迫的響應(yīng)是多種生理生化過程綜合作用的結(jié)果，各生理指標問存在一定的內(nèi)在聯(lián)系。

3討論

保水劑能儲存大量水分，施入土壤后能將吸收的水分緩慢釋放供植物利用，從而保證當土壤水分虧缺時植株仍能維持正常的生理代謝（Tongo et al，2014）。葉片相對水含量能直接反映干旱脅迫后植物體內(nèi)水分的虧缺情況（Rampino et al，2006）。本研究中，施用0.3%保水劑可顯著提高干旱脅迫檳榔幼苗葉片的相對水含量，從而降低干旱脅迫對檳榔幼苗的損傷，與Islam等（2011a，2011b）對燕麥和玉米的研究結(jié)果相似。

本研究中，保水劑處理檳榔幼苗葉片中的可溶性蛋白含量高于CK，說明施用保水劑可通過促使檳榔幼苗積累滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)來緩解干旱脅迫造成的損傷，與李柯妮等（2015）對桔幼苗的研究結(jié)果一致。施用保水劑后檳榔幼苗葉片的SOD和POD活性較高，表明檳榔幼苗對自由基和膜脂質(zhì)過氧化產(chǎn)物的積累產(chǎn)生了響應(yīng)，而CK檳榔幼苗因干旱脅迫其葉片的SOD和POD活性較低，細胞清除自由基和膜脂質(zhì)過氧化產(chǎn)物能力明顯減弱，表現(xiàn)出嚴重的光氧化現(xiàn)象，與井大煒（2014）對楊樹的研究結(jié)果一致。施用不同劑量保水劑均能顯著降低干旱脅迫檳榔幼苗葉片的MDA含量，有效緩解干旱脅迫對其膜系統(tǒng)造成的損傷，尤其以施用0.3%保水劑的效果最佳，與郝樹榮等（2010）對玉米的研究結(jié)果相似。

Woo等（2008）、Yamazaki等（2011）研究發(fā)現(xiàn)，葉綠素熒光參數(shù)可作為鑒定植物抗逆性的理想指標，植物受到脅迫程度越高，F(xiàn)_v/F_m和Y（II）降幅越大。本研究結(jié)果表明，施用不同劑量保水劑均可提高檳榔幼苗的F_v/F_m，且以施用0.3%保水劑的效果最佳；施用0.2%～0.4%保水劑可提高檳榔幼苗的Y（II），而處于自然干旱條件下CK檳榔幼苗的F_vF_mm和Y（Ⅱ）均顯著低于施用0.3%～0.4%保水劑處理，說明CK檳榔幼苗受干旱脅迫較嚴重，施用適宜劑量保水劑可緩解外界干旱脅迫對檳榔幼苗PSII系統(tǒng)造成的損傷，提高檳榔幼苗的光合能力，進而促進檳榔幼苗正常生長發(fā)育，與馮建燦等（2002）對刺槐、高天鵬等（2009）對馬鈴薯、陳芳泉等（2016）對煙草的研究結(jié)果相似。本研究結(jié)果顯示，干旱脅迫CK檳榔幼苗的qP顯著低于施用0.2%～0.4%保水劑處理，NPQ則顯著升高，說明干旱脅迫已對CK的檳榔幼苗產(chǎn)生光抑制，檳榔幼苗以增加NPO來適應(yīng)逆境，與王可玢和許春輝（1997）的研究結(jié)果一致。本研究僅探討施用不同劑量保水劑對檳榔幼苗干旱脅迫下生理特征的影響，其成年樹施用保水劑后的增產(chǎn)效果有待進一步研究驗證。

4結(jié)論

施用保水劑可有效提高干旱脅迫檳榔幼苗葉片的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量及抗氧化酶活性，穩(wěn)定光合作用系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能，保障光合作用順利進行，緩解干旱脅迫對檳榔幼苗的傷害，尤其以施用0.3%保水劑的效果最佳。