?土壤干旱脅迫及復(fù)水對(duì)黑果腺肋花楸生理指標(biāo)的影響?

?胡艷 艾力江·麥麥提 安尼瓦爾·艾木都 古麗買(mǎi)然木·吐尼亞孜 阿不都外力·吐?tīng)柡?

摘 要：以2年生黑果腺肋花楸為材料，采用盆栽形式進(jìn)行土壤逐漸干旱脅迫及旱后復(fù)水處理，通過(guò)測(cè)定滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量及抗氧化酶活性等指標(biāo)，探討黑果腺肋花楸對(duì)土壤干旱及復(fù)水的響應(yīng)特點(diǎn)。結(jié)果表明：隨著干旱脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)，黑果腺肋花楸葉片超氧化物歧化酶活性、可溶性糖和游離脯氨酸含量均顯著增加（P<0.05），過(guò)氧化氫酶活性顯著降低（P<0.05），可溶性蛋白質(zhì)含量和過(guò)氧化物酶活性的變化不明顯;復(fù)水后，各項(xiàng)生理指標(biāo)都有所恢復(fù)，并保持相對(duì)較高的葉片相對(duì)含水量;表明在干旱脅迫下，黑果腺肋花楸通過(guò)調(diào)節(jié)自身滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量和抗氧化酶活性等一系列生理指標(biāo)適應(yīng)土壤干旱脅迫，表現(xiàn)出較強(qiáng)的抗旱力。

關(guān)鍵詞：黑果腺肋花楸;滲透調(diào)節(jié)物質(zhì);抗氧化酶;土壤逐漸干旱;復(fù)水

中圖分類號(hào)：Q945.78 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1006-060X（2020）04-0012-04

Effects of Soil Gradual Drought and Watering Recovery on Physiological Indexes of

Aronia melanocarpa

HU Yan，Ailijiang Maimaiti，Anniwaer Aimudu，Gulimairanmu Tuniyazi，Abuduwaili Tuerhong

（College of Forestry and Horticulture， Xinjiang Agricultural University， Urumqi 830052， PRC）

Abstract： Two-year-old Aronia melanocarpa plants were subjected to 30 d water deficit induced by withholding water， and its response to gradual drought stress and changes in the levels of osmotic regulation substance as well as in activities of antioxidant enzymes were investigated. The results showed that with the prolongation of drought stress， the activities of superoxide dismutase （SOD）， soluble sugar and

free proline content in the leaves of Aronia melanocarpa increased significantly （P <0.05）; the catalase activity （CAT） decreased significantly

（ P <0.05）; there was no significant change in soluble protein content and peroxidase activity（POD） during the treatment. After rewatering， all physiological indexes were recovered， and the relative water content of the leaves was relatively high. The maintenance of leaf physiological

function and high leaf water status suggests that Aronia melanocarpa resistance to drought stress could be associated with increases in the contents of proline and soluble sugars and higher oxidative scavenging ability， especially activities of superoxide dismutase.

Key words： Aronia melanocarpa; osmotic adjustment; antioxidant enzymes; soil gradual drought; watering recovery

在我國(guó)干旱及半干旱地區(qū)，土壤干旱限制林業(yè)的生產(chǎn)和推廣，因此，亟需培育抗旱性強(qiáng)的樹(shù)種[1]。通過(guò)植物對(duì)環(huán)境脅迫生理反應(yīng)的研究，了解植物對(duì)逆境的適應(yīng)機(jī)制，有助于在生產(chǎn)上采取相應(yīng)的措施，降低逆境對(duì)植物造成的傷害[2]。許多研究證實(shí)，在逆境條件下植物的抗氧化酶活性變化和滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的積累在植物抗逆中發(fā)揮著極大作用，是反映植物抗旱性強(qiáng)弱的重要生理指標(biāo)[3-5]。

黑果腺肋花楸（Aronia melanocarpa），屬薔薇科腺肋花楸屬落葉灌木，原產(chǎn)地在美國(guó)東北部[6]。在我國(guó)三北地區(qū)，符合下列生物氣候條件和土壤條件的地區(qū)都可以栽培[7]。黑果腺肋花楸是集食用、藥用、園林和生態(tài)等價(jià)值于一身的珍貴樹(shù)種[8]。目前，國(guó)內(nèi)外學(xué)者的研究大多集中在黑果腺肋花楸的繁殖育苗栽培、藥用價(jià)值等方面[9-10]，而有關(guān)黑果腺肋花楸抗旱性的研究則未見(jiàn)報(bào)道。筆者以盆栽形式進(jìn)行土壤逐漸干旱脅迫和干旱后復(fù)水處理，分析黑果腺肋花楸在土壤逐漸干旱脅迫及復(fù)水過(guò)程中滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量和抗氧化酶活性的變化，為在干旱及半干旱地區(qū)推廣種植黑果腺肋花楸提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料與試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)在新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)與園藝學(xué)院大棚網(wǎng)室里進(jìn)行。2018年5月，選取生長(zhǎng)健壯、長(zhǎng)勢(shì)基本一致的二年生黑果腺肋花楸苗木為供試材料，進(jìn)行苗木盆栽培育（每盆1株，花盆的內(nèi)徑38 cm，深45 cm），栽培基質(zhì)為園土∶沙子=2∶1 的混合基質(zhì)。處理前進(jìn)行常規(guī)管理，保證其生長(zhǎng)良好。2018年8月4日開(kāi)始進(jìn)行處理，干旱脅迫處理前1 d澆透水使土壤水分飽和（以花盆底部有水流出為準(zhǔn)），以后不再澆水使其自然干旱下形成土壤逐漸干旱脅迫梯度。采用模擬自然干旱脅迫的方法，在防雨棚中進(jìn)行，停止灌溉后在不同時(shí)期測(cè)得的土壤含水量作為不同處理組，分別干旱脅迫15和30 d，再進(jìn)行復(fù)水處理，以正常澆水管理組作為對(duì)照。在干旱脅迫15和30 d以及復(fù)水后5 d采集中上部葉片，沖洗干凈，用液氮冷凍，置于保鮮盒內(nèi)，帶回實(shí)驗(yàn)室-80℃低溫冰箱保存用于測(cè)定相關(guān)生理指標(biāo)。

1.2 項(xiàng)目測(cè)定與方法

土壤含水量的測(cè)定參照王燕凌等[11]的土壤烘干稱重法;葉片相對(duì)含水量的測(cè)定參照王燕凌等[11]的飽和稱重法;細(xì)胞膜相對(duì)透性采用電導(dǎo)儀測(cè)定[12];游離脯氨酸含量采用酸性茚三酮法測(cè)定[13];可溶性蛋白質(zhì)含量采用考馬斯亮藍(lán)染色法測(cè)定[13];可溶性糖采用硫酸蒽酮比色法測(cè)定[13];超氧化物歧化酶（SOD）活性采用氮藍(lán)四唑光還原法測(cè)定[12];過(guò)氧化物酶（POD）活性采用愈創(chuàng)木酚氧化法測(cè)定[14];過(guò)氧化氫酶（CAT）活性采用紫外吸收法測(cè)定[12]。

1.3 數(shù)據(jù)處理

應(yīng)用Execl 2010軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和作圖。利用SPSS 18.0軟件采用Dancan新復(fù)極差法進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 試驗(yàn)期間土壤含水量和葉片相對(duì)含水量的變化

由圖1A可知，隨著停灌時(shí)間的延長(zhǎng)，土壤含水量不斷降低。停灌后，表層和深層的土壤含水量變化趨勢(shì)一致，但深層的土壤含水量比表層的土壤含水量高。停灌30 d時(shí)，表層和深層的土壤含水量分別下降了20.06和17.41個(gè)百分點(diǎn)。

干旱脅迫及復(fù)水對(duì)黑果腺肋花楸葉片相對(duì)含水量的影響如圖1B所示。隨著干旱脅迫的逐漸加劇，黑果腺肋花楸葉片相對(duì)含水量明顯下降。干旱處理30 d時(shí)，黑果腺肋花楸葉片相對(duì)含水量下降到最小值，與CK相比，呈現(xiàn)顯著差異（P<0.05）。復(fù)水后，黑果腺肋花楸葉片相對(duì)含水量迅速升高，比干旱處理30 d高5.15 %。

2.2 干旱脅迫及復(fù)水對(duì)黑果腺肋花楸葉片質(zhì)膜透性的影響

由圖2可見(jiàn)，隨著干旱脅迫的逐漸加劇，細(xì)胞膜相對(duì)透性逐漸增加。干旱處理15和30 d時(shí)，細(xì)胞膜相對(duì)透性分別比CK高11.91和25.28個(gè)百分點(diǎn)，干旱處理30 d時(shí)的細(xì)胞膜相對(duì)透性比干旱處理15 d高13.37個(gè)百分點(diǎn)。復(fù)水后，細(xì)胞膜相對(duì)透性有明顯的恢復(fù)，與CK相比無(wú)顯著性差異（P>0.05）。

2.3 干旱脅迫及復(fù)水對(duì)黑果腺肋花楸葉片抗氧化酶活性的影響

黑果腺肋花楸葉片抗氧化酶活性對(duì)干旱脅迫的響應(yīng)，其受干旱影響的變化見(jiàn)圖3。干旱脅迫15 d（圖3A），葉片中的SOD活性高于CK，處理30 d時(shí)及復(fù)水后，SOD活性顯著增加（P<0.05），說(shuō)明干旱脅迫激活了SOD活性;復(fù)水后SOD值仍保持較高水平，其值與干旱脅迫處理30 d時(shí)差異不顯著（P>0.05）。由圖3B可知，POD活性隨著脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)呈現(xiàn)先降后升的趨勢(shì);干旱處理30 d，POD活性達(dá)到最大值，為1 510.82 U/mg·h FW，干旱脅迫和復(fù)水過(guò)程中POD活性變化不明顯（P>0.05）。由圖3C可看出，在干旱脅迫處理15和30 d，CAT活性分別比CK顯著性降低;復(fù)水后，CAT活性增加不顯著（P>0.05）。

2.4 干旱脅迫及復(fù)水對(duì)黑果腺肋花楸葉片滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量的影響

從干旱脅迫及復(fù)水后黑果腺肋花楸葉滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量測(cè)定結(jié)果（圖4）可看出，干旱脅迫處理15和30 d，可溶性蛋白質(zhì)含量分別為39.44和34.30 mg/g FW，分別比CK下降了22.04%和32.21%;復(fù)水后，可溶性蛋白質(zhì)含量略有上升（圖4A）。由圖4B可知，隨著干旱脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)，脯氨酸含量逐漸增加，干旱處理15和30 d，脯氨酸含量分別為116.94和146.24 μg/g FW，分別比CK增加了36.37%和70.54%

（P<0.05）;復(fù)水后，脯氨酸含量迅速降低。由圖4C可知，經(jīng)干旱脅迫處理15和30 d，可溶性糖含量為2 970.71和3 588.23 μg/g FW，分別比CK著性增加了20.49%和45.54%（P<0.05）;復(fù)水后，可溶性糖含量迅速降低。

3 討論與結(jié)論

葉片相對(duì)含水量是植物組織水重占飽和組織水的比率，它對(duì)環(huán)境中水分的變化較為敏感，能在一定程度上反映植物水分虧缺程度[15]。在試驗(yàn)中，黑果腺肋花楸葉片相對(duì)含水量隨著干旱脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)而逐漸下降，干旱脅迫處理30 d，黑果腺肋花楸葉片相對(duì)含水量仍然保持70.29%，復(fù)水后，黑果腺肋花楸葉片相對(duì)含水量迅速升高，說(shuō)明黑果腺肋花楸具有較強(qiáng)的保水力，與在木本植物[16]和甘蔗[17]等作物上的研究結(jié)果相同。隨著脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)，黑果腺肋花楸葉片細(xì)胞膜相對(duì)透性呈上升趨勢(shì)，說(shuō)明干旱脅迫對(duì)黑果腺肋花楸的細(xì)胞膜造成一定的傷害。復(fù)水后，黑果腺肋花楸葉片細(xì)胞膜相對(duì)透性有所下降，說(shuō)明旱后復(fù)水能減輕干旱脅迫對(duì)黑果腺肋花楸細(xì)胞膜造成的傷害。

植物體內(nèi)的抗氧化物酶起著清除逆境下產(chǎn)生的活性氧，防止膜脂過(guò)氧化的重要作用[18]。在試驗(yàn)中，隨著干旱脅迫的逐漸加劇，SOD活性逐漸增加，CAT活性顯著降低，POD活性變化不明顯。隨著干旱時(shí)間的不同，各處理的變化幅度也不相同，其中對(duì)照和干旱15 d 的SOD活性并無(wú)顯著差異，但是干旱30 d后黑果腺肋花楸的SOD活性迅速上升，表明干旱脅迫加劇激活了SOD活性水平，使其清除自由基的能力加強(qiáng)，進(jìn)而有效保護(hù)植物膜系統(tǒng)。POD活性變化不明顯，這可能是POD作為細(xì)胞內(nèi)的一種保護(hù)酶，對(duì)黑果腺肋花楸起保護(hù)作用所需時(shí)間較長(zhǎng)。隨著干旱脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)，CAT活性呈現(xiàn)一直下降的趨勢(shì)，說(shuō)明黑果腺肋花楸對(duì)輕度干旱有一定忍耐能力。綜上所述，黑果腺肋花楸葉片中的SOD和CAT在干旱脅迫防御膜脂過(guò)氧化過(guò)程中發(fā)揮了重要作用。

可溶性蛋白質(zhì)、脯氨酸和可溶性糖是具有滲透調(diào)節(jié)能力的有機(jī)物質(zhì)，是植物逆境脅迫的產(chǎn)物，是體現(xiàn)植物抗逆性的重要指標(biāo)[19]。在試驗(yàn)中，隨著干旱脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)，黑果腺肋花楸葉片中可溶性糖含量和脯氨酸含量均逐漸增加，且復(fù)水后，可溶性糖含量和游離脯氨酸含量均迅速降低。這說(shuō)明黑果腺肋花楸受到干旱脅迫時(shí)，通過(guò)增加可溶性糖含量和游離脯氨酸含量來(lái)有效降低細(xì)胞的滲透勢(shì)，保證植物內(nèi)物質(zhì)新陳代謝的正常運(yùn)行。

總的來(lái)說(shuō)，黑果腺肋花楸受到土壤干旱脅迫時(shí)，通過(guò)增加體內(nèi)的可溶性糖和脯氨酸含量，提高SOD活性，同時(shí)降低自身的CAT活性，并保持相對(duì)較高的葉片相對(duì)含水量、可溶性蛋白質(zhì)含量和POD活性以適應(yīng)干旱環(huán)境。復(fù)水后，各項(xiàng)生理指標(biāo)都有所恢復(fù)，說(shuō)明黑果腺肋花楸具有較強(qiáng)的抗干旱和恢復(fù)能力。

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（責(zé)任編輯：肖彥資）