葉面噴施過氧化氫對(duì)桑樹抗旱生理的影響

李健 陳英 李琲 農(nóng)艷豐

摘 要 干旱脅迫是造成經(jīng)濟(jì)作物減產(chǎn)的主要非生物脅迫之一。桑樹是養(yǎng)蠶的直接原料來源，在其生命周期中經(jīng)常會(huì)遭受到干旱脅迫的影響而造成桑葉產(chǎn)量和品質(zhì)的下降。為了研究外源過氧化氫（H2O2）對(duì)桑樹抗旱生理的影響，對(duì)桑樹進(jìn)行不同的干旱脅迫處理（2 d，4 d，6 d），并葉面噴施不同濃度的H2O2（1 mmol·L-1，2 mmol·L-1），測(cè)定抗旱相關(guān)生理生化指標(biāo)及生長(zhǎng)指標(biāo)變化。結(jié)果表明：葉面噴施H2O2可有效維持干旱脅迫下桑樹植株的正常生長(zhǎng)，促進(jìn)葉綠素的穩(wěn)定性，有效提高過氧化物酶（POD）的活性，葉片累積更多的可溶性糖和更少的丙二醛（MDA）;1 mmol·L-1的H2O2是有效調(diào)控桑樹抗旱生理的葉面噴施較適宜濃度。

關(guān)鍵詞 過氧化氫（H2O2）;葉面噴施;桑樹;干旱脅迫;生理變化

中圖分類號(hào)：S888.2 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2021.34.017

桑樹在中國(guó)資源豐富，種植廣泛，是養(yǎng)蠶的直接原料來源，種桑養(yǎng)蠶的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式在中國(guó)具有悠久的歷史[1-2]。作為一種重要的經(jīng)濟(jì)作物，桑樹除具有清肺祛熱、明目抗菌的藥用價(jià)值外，還具有十分高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值[3-4]。廣西是全國(guó)最大的桑樹種植基地，近年來種桑養(yǎng)蠶已經(jīng)成為廣西百色市貧困戶增收致富的重要產(chǎn)業(yè)，但百色桑蠶業(yè)因地理環(huán)境的特殊性，桑樹主要種植于沒有灌溉條件的山地及旱坡地上，干旱嚴(yán)重影響了桑樹的正常生長(zhǎng)和發(fā)育，嚴(yán)重制約了桑蠶業(yè)的穩(wěn)定發(fā)展。因此，研發(fā)桑樹的抗旱栽培技術(shù)是保證百色桑蠶產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要舉措。

干旱脅迫是造成全球作物產(chǎn)量損失的主要原因，降低了大多數(shù)主要作物的平均產(chǎn)量。與其他環(huán)境脅迫一樣，干旱脅迫的常見影響是氧化損傷。在干旱脅迫下，植物會(huì)生成并累積大量滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)來提高其體內(nèi)的滲透壓以減少水分流失，維持體內(nèi)水分代謝，減少干旱給植物帶來的傷害。可溶性糖、可溶性蛋白等是植物體內(nèi)重要的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)。植物在受到干旱脅迫時(shí)，其體內(nèi)的生理生化特性會(huì)發(fā)生一系列的變化來抵御干旱環(huán)境對(duì)自身造成的傷害，而外源調(diào)節(jié)物質(zhì)能在一定程度上去彌補(bǔ)植物內(nèi)源物質(zhì)調(diào)節(jié)機(jī)制的缺陷，從而提高植物的耐脅迫能力。干旱會(huì)導(dǎo)致植物體內(nèi)活性氧（ROS）的產(chǎn)生失去平衡，例如超氧化物（O2）、過氧化氫（H2O2）、羥基自由基（OH）和單線態(tài)氧（O2）與其清除潛力[5]。ROS過量產(chǎn)生是植物在生物和非生物脅迫條件下的普遍現(xiàn)象，可引起大分子和細(xì)胞結(jié)構(gòu)的氧化損傷，導(dǎo)致植物生長(zhǎng)發(fā)育受到抑制，甚至死亡。在所有ROS中，H2O2作為應(yīng)激信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路的核心參與者與對(duì)非生物和生物脅迫的耐受性相關(guān)，還能夠作為信號(hào)分子在植物對(duì)逆境的適應(yīng)過程中發(fā)揮作用[6]。Guler和Pehlivan[7]以盆栽大豆為材料，在施加干旱脅迫后，將1 mmol·L-1 H2O2或蒸餾水噴灑到每株植物的葉子上，發(fā)現(xiàn)干旱脅迫降低了葉水勢(shì)、相對(duì)水分含量和光合色素含量，但增強(qiáng)了脂質(zhì)過氧化和內(nèi)源性H2O2濃度。相比之下，外源性H2O2改善了干旱脅迫下的水分狀況、色素含量和脂質(zhì)過氧化。與單獨(dú)的干旱處理相比，外源性H2O2降低了內(nèi)源性H2O2濃度。在干旱期間，H2O2預(yù)處理誘導(dǎo)了所有抗氧化酶活性，其程度大于對(duì)照的葉片，表明低劑量H2O2預(yù)處理通過誘導(dǎo)抗氧化系統(tǒng)來減輕水分損失和H2O2含量并提高干旱脅迫耐受性。Terzi等發(fā)現(xiàn)外源H2O2預(yù)處理通過增加玉米幼苗中的可溶性糖、脯氨酸和多胺水平來誘導(dǎo)滲透脅迫耐受[8]。而干旱條件下噴施H2O2，可使萱草保持更高的葉片相對(duì)含水量和氣孔密度以及更低的葉片相對(duì)電導(dǎo)率和氣孔開度，使部分品種萱草的抗旱性得到了顯著提高[9]。此外，H2O2直接調(diào)節(jié)參與植物防御和相關(guān)途徑的眾多基因的表達(dá)，如抗氧化酶、防御蛋白和轉(zhuǎn)錄因子[10]。

目前關(guān)于H2O2在桑樹抗旱調(diào)控上的應(yīng)用還未見報(bào)道，因此，本研究根據(jù)前人在其他植物上的相關(guān)研究基礎(chǔ)，對(duì)桑樹在苗期噴灑一定濃度的H2O2并進(jìn)行干旱脅迫處理，測(cè)定抗旱相關(guān)的生理生化指標(biāo)，旨在通過研究施用不同濃度的H2O2溶液對(duì)提高桑樹抗旱生理生化及生長(zhǎng)特性的影響效應(yīng)，為進(jìn)一步提高桑樹的抗旱栽培技術(shù)、培育抗旱品種提供技術(shù)支持和理論依據(jù)。

1? 材料與方法

1.1? 試驗(yàn)材料

以桂桑優(yōu)12號(hào)實(shí)生苗（根部直徑0.5 cm，株高25 cm）為材料，所用過氧化氫為西隴化工產(chǎn)品（30%H2O2），試驗(yàn)地點(diǎn)為百色學(xué)院校內(nèi)試驗(yàn)地。

1.2? 試驗(yàn)方法

將生長(zhǎng)良好的桑苗移栽于盆中（每盆3株），30 d后（此時(shí)桑苗高約60 cm，每株約12片完全葉），挑選20盆長(zhǎng)勢(shì)較好且大小一致的植株，將其分成10組（1組2盆）。一組用作正常澆水對(duì)照（CK）;剩下的材料分成三個(gè)處理（一個(gè)處理3組），其中兩個(gè)處理分別用兩種濃度的H2O2（用蒸餾水配置成1、2 mmol·L-1，分別為處理2、處理3）對(duì)桑苗葉片進(jìn)行噴灑處理，另一個(gè)處理為正常干旱處理（噴施蒸餾水作為對(duì)照，為處理1），每天用小噴壺對(duì)葉片噴灑一次（以覆蓋全部葉片為準(zhǔn)）。對(duì)三個(gè)處理下的桑苗進(jìn)行2、4、6 d的干旱脅迫。試驗(yàn)分別于干旱2、4、6 d后對(duì)各組處理進(jìn)行采樣（取中上部完全葉片混合），測(cè)量其株高、葉綠素含量、可溶性蛋白含量、可溶性糖含量、過氧化物酶（POD）活性、丙二醛（MDA）含量等相關(guān)生長(zhǎng)生理指標(biāo)。最后一次取樣后恢復(fù)正常供水，7 d后測(cè)量復(fù)水后桑樹的株高。

1.3? 生長(zhǎng)及生理指標(biāo)測(cè)定

1.3.1? 株高增長(zhǎng)率的測(cè)定

桑苗種植30 d后，每處理隨機(jī)挑選3株苗，測(cè)量其株高，取平均值。復(fù)水7 d后測(cè)量其株高，取平均值，計(jì)算株高增長(zhǎng)率。

1.3.2? 生理指標(biāo)的測(cè)定

葉片葉綠素含量的測(cè)定用丙酮乙醇（2∶1）浸提新鮮葉片的方法[11]，POD活性的測(cè)定參考李小芳和張志良的方法[12]，可溶性糖和MDA含量的測(cè)定參考林艷等的方法[13]。每個(gè)處理3次重復(fù)。

2? 結(jié)果與分析

2.1? 噴施H2O2對(duì)桑苗株高的影響

由表1可見，干旱明顯抑制桑苗的正常生長(zhǎng)，噴施H2O2有效緩解了干旱脅迫對(duì)桑樹植株生長(zhǎng)的抑制作用，其中以1 mmol·L-1 H2O2噴灑處理為最佳，復(fù)水7 d后的株高相比干旱前增加了19.48%，2 mmol·L-1 H2O2處理的株高增長(zhǎng)率也達(dá)到18.99%。不噴施H2O2時(shí)，株高增長(zhǎng)率僅有13.68%，顯著低于噴施H2O2的兩個(gè)處理。由此可見，噴灑1、2 mmol·L-1 H2O2溶液均有效緩解了干旱對(duì)桑樹造成的傷害，從一定程度上有利于植株的正常生長(zhǎng)。

2.2? 噴施H2O2對(duì)干旱脅迫下桑樹葉片葉綠素含量的影響

葉綠素是植物進(jìn)行光合作用的最重要物質(zhì)，可以將光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能然后將其儲(chǔ)存入植物體內(nèi)的有機(jī)物中，為植物體的生長(zhǎng)發(fā)育提供物質(zhì)基礎(chǔ)。由圖1可見，與CK相比，干旱脅迫極大破壞了桑樹葉片的葉綠素，隨著干旱程度的加劇，桑樹葉片葉綠素含量也急劇減少。在干旱2 d時(shí)，三個(gè)處理的葉綠素含量沒有顯著差異，但隨著干旱時(shí)間的延長(zhǎng)，噴施H2O2的兩個(gè)處理的葉綠素含量顯著高于處理1（清水對(duì)照），其中以1 mmol·L-1 H2O2的處理效果最佳，有效緩解了干旱對(duì)桑樹葉片葉綠素含量的影響，對(duì)于保持桑樹葉片的正常光合作用有較大的促進(jìn)作用。

2.3? 噴施H2O2對(duì)干旱脅迫下桑樹葉片POD活性的影響

從圖2可見，干旱脅迫下，桑樹葉片的POD活性顯著升高，噴灑H2O2高于處理1（清水對(duì)照），在干旱2、4、6 d時(shí)都是1 mmol·L-1 H2O2處理下的桑樹葉片的POD活性最高，且顯著高于噴施2 mmol·L-1 H2O2的處理，三個(gè)處理都是在干旱脅迫4 d時(shí)達(dá)到最高，到6 d時(shí)又開始回落。

2.4? 噴施H2O2對(duì)干旱脅迫下桑樹葉片可溶性糖和MDA含量的影響

由圖3可見，干旱脅迫促進(jìn)了桑樹葉片可溶性糖的積累，在干旱4 d時(shí)，三個(gè)處理葉片的可溶性糖含量達(dá)到最高，在干旱6 d時(shí)又緩慢回落。H2O2的噴施顯著提高了干旱脅迫下桑樹葉片可溶性糖的累積，其中以2 mmol·L-1 H2O2處理效果最佳，干旱2、4、6 d時(shí)都是2 mmol·L-1 H2O2處理下的桑樹葉片的可溶性糖含量最高，且顯著高于噴施1 mmol·L-1 H2O2的處理。

干旱脅迫會(huì)擾亂植物體內(nèi)自由基產(chǎn)生與消除之間的相對(duì)平衡，且傾向于自由基的累積，從而引起細(xì)胞膜過氧化，脂質(zhì)過氧化物進(jìn)一步被分解為MDA[14]。由圖4可見，干旱脅迫下，桑樹葉片大量積累MDA，顯著高于CK（正常澆水植株），三個(gè)處理葉片的MDA含量都隨著干旱時(shí)間的延長(zhǎng)而升高，在干旱6 d時(shí)達(dá)到最高，其中以處理1（清水對(duì)照）累積量最大，H2O2的噴施顯著減少了干旱脅迫下桑樹葉片MDA的累積，且兩個(gè)噴施H2O2的處理效果均比較明顯，其中以1 mmol·L-1 H2O2處理效果最佳。

3? 討論

干旱脅迫下，植物的生長(zhǎng)會(huì)受到不同程度的影響。干旱脅迫可造成桑樹植株供水不足，會(huì)嚴(yán)重影響到葉片和植株的生長(zhǎng)。本試驗(yàn)中，三個(gè)處理的桑樹在經(jīng)歷了6 d的干旱脅迫后，盡管恢復(fù)了正常供水，但是干旱脅迫造成的損傷依舊存在，其生長(zhǎng)在短期內(nèi)仍然受到較大影響，因此，復(fù)水后干旱處理的株高增長(zhǎng)率顯著低于正常澆水的對(duì)照。但H2O2的施用可減少干旱造成的這種傷害，有利于維持干旱脅迫下桑樹植株的正常生長(zhǎng)。從結(jié)果上來看，葉面噴施1 mmol·L-1和2 mmol·L-1 H2O2的應(yīng)用效果相當(dāng)。

桑樹葉片較大，屬于喜光植物，葉片作為其光合作用的最主要器官，葉片內(nèi)的葉綠素對(duì)增加光合反應(yīng)能力起著重要作用。葉綠素是植物基本的色素之一，干旱脅迫會(huì)促使植物葉片的葉綠素濃度降低，導(dǎo)致葉片枯萎發(fā)黃，降低植物的生長(zhǎng)速度并影響產(chǎn)量[15]。干旱脅迫下，植物葉片中的葉綠素含量高低可以反映出其光合作用能力的強(qiáng)弱，較高的葉綠素含量可以防止葉肉細(xì)胞過度脫水，保護(hù)細(xì)胞膜系統(tǒng)，以維持細(xì)胞內(nèi)膜結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性[16-17]。從本研究的結(jié)果可以看出，噴灑H2O2兩個(gè)處理葉片的葉綠素含量均顯著高于噴灑清水，其中較低濃度的H2O2（1 mmol·L-1）處理效果最佳，能調(diào)節(jié)干旱脅迫下其葉片細(xì)胞的滲透壓，有效緩解干旱對(duì)桑樹葉片葉綠素的破壞作用，對(duì)于提高桑樹的抗旱性，保持桑樹葉片的正常光合作用有較大的促進(jìn)作用。

POD是植物細(xì)胞防御系統(tǒng)的關(guān)鍵酶，在本研究中，桑樹葉片在干旱脅迫下POD酶活性顯著升高，噴灑H2O2高于噴灑清水，其中以較低濃度的H2O2（1 mmol·L-1）處理下桑樹葉片的POD活性最高。作為滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，植物體內(nèi)的可溶性糖含量會(huì)隨著滲透脅迫的加劇而不斷積累，以緩解滲透脅迫對(duì)植株的傷害。本研究中，在干旱4 d時(shí)，三個(gè)處理葉片的可溶性糖含量達(dá)到最高，在干旱6 d時(shí)又緩慢回落，但是H2O2的噴施顯著提高了干旱脅迫下桑樹葉片可溶性糖的累積，其中較高濃度的H2O2（2 mmol·L-1）處理效果最為顯著。MDA在植物組織中的積累也是ROS毒性作用影響的表現(xiàn)，并且可用于評(píng)估ROS介導(dǎo)的植物損傷[18]。干旱脅迫下，三個(gè)處理葉片的MDA含量都隨著干旱時(shí)間的延長(zhǎng)而逐漸升高，表明桑樹葉片的細(xì)胞膜受到了較大的損害，但是 H2O2的噴施顯著減少了干旱脅迫下桑樹葉片MDA的累積，且兩個(gè)噴施H2O2的處理效果均比較明顯，但是更低濃度的H2O2（1 mmol·L-1）處理效果最佳。

4? 小結(jié)

本試驗(yàn)以H2O2作為外源物質(zhì)，研究其對(duì)干旱脅迫下桑樹生長(zhǎng)及生理生化的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明，干旱脅迫對(duì)桑苗的正常生長(zhǎng)和生理生化代謝都造成了不利影響，外源H2O2的施用使桑樹葉片的葉綠素含量、可溶性糖及POD酶活性都顯著高于噴灑清水的對(duì)照，并積累了更少的MDA，表明外源H2O2能有效地啟動(dòng)桑樹的防御系統(tǒng)，從而減小干旱對(duì)其造成的傷害程度。綜合分析表明， 1 mmol·L-1的H2O2是能在一定程度上增強(qiáng)桑樹的抗旱生理，緩解干旱脅迫對(duì)桑樹造成傷害的葉面噴施較適濃度。

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（責(zé)任編輯：丁志祥）

收稿日期：2021-08-10

基金項(xiàng)目：百色學(xué)院校級(jí)科研項(xiàng)目“外源調(diào)節(jié)物質(zhì)對(duì)桑樹抗旱能力的調(diào)控效應(yīng)研究”（2018KN04）。

作者簡(jiǎn)介：李健（1986—），男，廣西德保人，博士，講師，主要從事植物生長(zhǎng)發(fā)育與分子生物學(xué)研究。E-mail：337375159@qq.com。