不同程度干旱脅迫對苦菜生理生化及功能物質(zhì)含量的影響

曹世宇，張效寧，翟錫嬌，張偉興，劉婷婷，衛(wèi)旭陽，鄭少文*，雷逢進

1(山西農(nóng)業(yè)大學(xué) 園藝學(xué)院，山西 太谷, 030801)2(山西農(nóng)業(yè)大學(xué)棉花研究所，山西 運城, 044000)

苦菜(SonchusoleraceusL.)作為一類藥食同源的功能型植物，因苦味而得名，又名苦荬菜，在我國西北、華北、東北、華中地區(qū)都有分布，野生資源非常豐富[1]?？嗖艘虻赜虻牟町悾钢参锊煌?，一般指菊科、苦苣菜屬(Sonchus)一類植物?？嗖巳暧腥橹瓲I養(yǎng)成分豐富，具有耐寒、耐旱、耐鹽堿等特點，苦菜富含對人體有益的內(nèi)酯、萜類、酚類、多糖、氨基酸及黃酮類化合物等成分[2]，具有較強的藥理學(xué)作用，是上乘綠色保健品。近年來，國內(nèi)外學(xué)者對苦苣菜屬植物化學(xué)成分及生物活性的研究取得較大進展，研究發(fā)現(xiàn)苦苣菜屬植物除含有多種萜類成分外，還含有多酚、黃酮類、甘油酸酯苷類等化學(xué)物質(zhì)，具有抗氧化、抗腫瘤、保護心腦血管系統(tǒng)等的生理活性[3]，已成為學(xué)者們的研究熱點[4-5]。弓玉紅等[6]對呂梁地區(qū)苦菜營養(yǎng)成分做了分析，測定了苦菜中糖、總類黃酮、脂肪、粗纖維以及礦物質(zhì)元素的含量。張群等[7]采用超聲波輔助提取法和紫外分光光度法分析測定了花椒葉中總類黃酮的含量，發(fā)現(xiàn)花椒葉總類黃酮含量與日照百分率、降水量和空氣濕度顯著相關(guān)。水分是影響植物栽培的重要因素之一，水分供給可直接影響到植物生長和各項機理[8]?，F(xiàn)有研究表明，干旱脅迫能刺激植物體內(nèi)次生代謝產(chǎn)物的產(chǎn)生與積累[9]，一定的干旱脅迫會引起植物葉片黃酮類化合物含量的變化[10-11]，任園宇等[12]研究了干旱脅迫對不同品種玉米幼苗總類黃酮含量的影響，表明干旱脅迫后3個玉米幼苗總類黃酮含量均有所提升。何岸镕等[13]研究發(fā)現(xiàn)葡萄在受到可承受范圍內(nèi)的水分缺失時，果實的品質(zhì)有不同效果的提升。目前關(guān)于植物抗氧化類物質(zhì)的研究大多集中在茶多酚、葡萄多酚等方面[14-15]，尚未有關(guān)于苦菜干旱脅迫對其生理生化及功能物質(zhì)代謝的影響，本試驗通過不同干旱梯度處理，比較苦菜基本品質(zhì)、葉片保護酶活性和功能物質(zhì)的變化，闡明不同水分供給下苦菜的生理變化和對功能物質(zhì)含量的影響，以期對苦菜種植灌溉方式提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗用的苦菜栽培于山西農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝工作站，進行常規(guī)田間管理，待苦菜幼苗長至5片真葉，進行水分控制處理。

1.2 試驗方法

試驗處理土壤相對含水量設(shè)置3個水平，土壤相對含水量保持在(90±5)%為充分灌溉處理(control treatment，CK)、土壤相對含水量保持在(65±5)%為輕度干旱脅迫處理(mild stress treatment，MST)、土壤相對含水量保持在(35±5)%為重度干旱脅迫處理(severe stress treatment，SST)，通過隨機組合進行試驗，每個處理20盆，重復(fù)3次，處理共180盆。待苦菜幼苗長至5片真葉，進行不同水分梯度控水處理，每天18∶00 利用水分測定儀結(jié)合稱重法保持水分在處理值[16]，在干旱處理的第0、5、10、15天及復(fù)水后7 d取樣并保存到冰箱，在實驗室進行相關(guān)指標的測定。

1.2.1 生理數(shù)據(jù)的測定

根冠比：在各采樣時間每個處理取3盆苦菜苗，小心將盆內(nèi)苦菜連根取出，并將根系清洗干凈，在70 ℃ 烘箱中烘48 h至恒重，稱量根系和葉片的重量，重復(fù)3次。根冠比=根系干重/地上部干重[17]。

各采樣時間每個處理葉片鮮樣中可溶性蛋白含量采用考馬斯亮藍G-250法測定[18]。

1.2.2 抗氧化酶的測定

苦菜葉片中抗氧化酶提取參照李光忠等方法進行提取，參照《植物生理學(xué)實驗教程》[18]，采用核黃素—NBT 法測定超氧化物歧化酶(superoxide dismutase，SOD)活性，采用紫外吸收法測定過氧化氫酶(catalase，CAT)活性，采用愈創(chuàng)木酚法測定過氧化物酶(peroxidase，POD)活性。

1.2.3 酚類物質(zhì)的測定

苦菜葉片干樣中總酚和總類黃酮提取參照葡萄果皮中酚類物質(zhì)的提取[19]，采用Folin-Ciocalteu法測定總酚含量，用沒食子酸等價表示(mg/g)；采用氯化鋁法測定總類黃酮含量的測定，以蘆丁等價表示(mg/g)；苦菜葉片干樣中總?cè)坪坎捎孟悴萑?冰乙酸法，在548 nm下測定吸光值，結(jié)果以齊墩果酸等價表示(mg/g)[20]。

1.3 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2016軟件進行數(shù)據(jù)整理，通過SAS 9.0軟件進行不同程度干旱脅迫和不同處理時間之間的顯著性差異分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同程度干旱脅迫下苦菜根冠比比較

干旱脅迫后植物地下部分和地上部分干物質(zhì)質(zhì)量受到明顯影響。如圖1所示，苦菜在土壤相對含水量為65%(MST)和相對含水量為35%(SST)與相對含水量為90%的對照(CK)下不同時間及復(fù)水7 d后根冠比，在處理0 d時，不同程度干旱脅迫下根冠比間于0.18～0.20(P>0.05)，且在干旱脅迫5 d時，SST根冠比較CK大33.33%(P>0.05)；在干旱脅迫達到10 d時，SST和MST根冠比顯著高于CK，且在該處理時間下，SST和MST根冠比差異不顯著(P>0.05)；在處理時間15 d時，SST根冠比是CK的2倍(P<0.05)；在復(fù)水7 d后，MST與CK根冠比為分別為0.18和0.16，且與脅迫處理0 d時差異不顯著(P>0.05)，而SST由于地上部分失水嚴重，在復(fù)水后根冠比為0.25，顯著高于MST和CK，且顯著高于SST處理0 d時的根冠比。

圖1 不同程度干旱脅迫處理及復(fù)水后對苦菜干物質(zhì)的影響Fig.1 Effects of different drought stress treatments and rewatering on dry matter of Sonchus oleraceus L.注：a、b、c 表示苦菜在不同處理時間不同干旱脅迫及復(fù)水后之間差異顯著性(P<0.05)(下同)

2.2 不同程度干旱脅迫下苦菜葉片中可溶性蛋白含量比較

苦菜葉片中可溶性蛋白含量隨脅迫處理時間的增加而變化，圖2所示為干旱脅迫下苦菜葉片中可溶性蛋白含量的變化，其中不同程度干旱脅迫在處理0 d 和5 d時，葉片中可溶性蛋白含量為14.98～18.72 mg/g，且差異不顯著(P>0.05)。在處理時間10 d時，干旱脅迫中可溶性蛋白含量均達到最大值，其中SST葉片中可溶性蛋白含量顯著高于CK(P<0.05)。在處理15 d時，3個脅迫處理下葉片中可溶性蛋白含量均較處理10 d時下降，其中MST中可溶性蛋白含量均顯著低于處理10 d時MST葉片中含量(P<0.05)。復(fù)水7 d后3個脅迫葉片中可溶性蛋白含量差異不顯著(P>0.05)，但顯著高于處理0 d時葉片中可溶性蛋白含量(P<0.05)。

圖2 不同程度干旱脅迫處理及復(fù)水后苦菜葉片中可溶性蛋白含量Fig.2 Effects of different drought stress and rewatering on soluble protein content in leaves of Sonchus oleraceus L.

2.3 不同程度干旱脅迫下苦菜葉片保護酶活性的比較

2.3.1 不同程度干旱脅迫下苦菜葉片SOD活性的比較

苦菜葉片在受到干旱脅迫后其葉片中的保護酶活性會發(fā)生變化。圖3所示為苦菜在3種程度干旱脅迫處理及復(fù)水7 d后SOD活性比較。在處理0 d時，SST葉片中SOD活性顯著高于MST和CK(P<0.05)，隨著處理時間的增加，酶活性呈先上升后下降趨勢，其中MST葉片中SOD活性在處理10 d時活性最高，顯著高于MST其他處理時間中葉片中SOD活性(P<0.05)；CK葉片中SOD活性中在處理5～15 d間差異不顯著(P>0.05)。在復(fù)水7 d后，3種程度干旱脅迫葉片中SOD活性差異不顯著(P>0.05)，但顯著高于處理0 d時CK和MST(P<0.05)。

圖3 不同程度干旱脅迫處理及復(fù)水后對苦菜葉片SOD活性的影響Fig.3 Effects of different drought stress treatments and rewatering on SOD activity in leaves of Sonchus oleraceus L.

2.3.2 不同程度干旱脅迫下苦菜葉片POD活性的比較

圖4所示為3種程度干旱脅迫處理時間及復(fù)水后對苦菜葉片中POD活性的比較。POD活性隨脅迫處理時間的增加先升高后降低，其中在處理0 d時，3種程度干旱脅迫間差異不顯著，當(dāng)脅迫處理達到5 d時，MST和SST下苦菜葉片中POD活性顯著高于該時期CK(P<0.05)；SST在處理10 d時，POD活性達到整個處理中最高值，且在該時期POD活性比MST高41.04%(P<0.05)，比CK高86.42%(P<0.05)；在處理15 d時，POD活性在3種程度干旱脅迫下均下降，但MST和SST葉片中POD活性顯著高于CK；在復(fù)水7 d后，MST和SST葉片中POD活性顯著高于CK，且顯著高于處理0 d時葉片中POD活性。

圖4 不同程度干旱脅迫處理及復(fù)水后對苦菜葉片POD活性的影響Fig.4 Effects of different drought stress treatments and rewatering on POD activity in leaves of Sonchus oleraceus L.

2.3.3 不同程度干旱脅迫下苦菜葉片CAT活性的比較

在不同程度干旱脅迫下，CAT表現(xiàn)不同的活性，圖5 所示為苦菜葉片中CAT活性隨3種程度干旱脅迫時間延長而活性降低。在干旱脅迫處理0 d和5 d時，CAT活性顯著高于處理10 d和15 d及復(fù)水7 d后的CAT活性。SST下苦菜葉片中CAT在脅迫處理5 d時達到活性顯著最高(P<0.05)。在脅迫處理10 d和15 d時，SST葉片中CAT活性均顯著高于MST和CK；在復(fù)水后，CK和MST下葉片中CAT活性與處理10 d和15 d時變化不顯著(P>0.05)，SST在復(fù)水后顯著低于SST處理10 d和15 d時的CAT活性(P<0.05)。

圖5 不同程度干旱脅迫處理及復(fù)水后對苦菜葉片CAT活性的影響Fig.5 Effects of different drought stress treatments and rewatering on CAT activity of in leaves Sonchus oleraceus L.

2.4 不同程度干旱脅迫下苦菜葉片中功能物質(zhì)含量比較

2.4.1 不同程度干旱脅迫下苦菜葉片中總酚含量比較

苦菜葉片中總酚物質(zhì)含量和干旱脅迫處理時間的關(guān)系如圖6所示。3種不同程度干旱脅迫處理0 d 時，苦菜葉片中總酚含量為38.97～39.29 mg/g，且3種干旱脅迫間差異不顯著(P>0.05)；在3種干旱脅迫處理5 d時，不同脅迫苦菜中總酚含量顯著高于干旱脅迫處理0 d時的含量，其中SST和MST處理5 d時葉片中總酚含量顯著高于CK(P<0.05)；在處理5、10、15 d時，同一干旱脅迫不同處理時間組間差異不顯著(P>0.05)，且與復(fù)水7 d后葉片中總酚含量差異不顯著。

圖6 不同程度干旱脅迫處理及復(fù)水后苦菜葉片中總酚含量Fig.6 Effects of different drought stress and rewatering on total phenols content in leaves of Sonchus oleraceus L.

2.4.2 不同程度干旱脅迫下苦菜葉片中總類黃酮物質(zhì)含量比較

圖7所示為苦菜葉片中總類黃酮物質(zhì)含量在3種程度干旱脅迫不同處理時間及復(fù)水7 d后的變化。其中SST在處理0 d時，葉片中總類黃酮含量達到21.37 mg/g，顯著高于CK和MST，而在處理5 d時，SST葉片中總類黃酮物質(zhì)含量變化不顯著，且與該處理時間MST葉片中總類黃酮物質(zhì)含量差異不顯著，MST處理5 d時總類黃酮物質(zhì)含量顯著高于處理0 d時(P<0.05)；在處理10 d時，CK和MST葉片總類黃酮含量分別為15.32、15.01 mg/g，顯著高于SST處理10 d時葉片中含量(P<0.05)；當(dāng)脅迫處理時間達到15 d時，MST和CK葉片中總類黃酮含量差異不顯著，但均顯著高于SST處理15 d時葉片含量；在復(fù)水7 d后，總類黃酮物質(zhì)含量均在3種程度干旱脅迫中含量差異不顯著，但均顯著高于CK處理0 d時葉片中含量(P<0.05)。

圖7 不同程度干旱脅迫處理及復(fù)水后苦菜葉片中總類黃酮含量Fig.7 Effects of different drought stress and rewatering on flavonoids content in leaves of Sonchus oleraceus L.

2.4.3 不同程度干旱脅迫下苦菜葉片中總?cè)莆镔|(zhì)含量比較

苦菜葉片中總?cè)坪侩S不同程度干旱脅迫處理時的變化如圖8所示?？嗖巳~片中總?cè)侩S生長時間的延長呈先增加后減少的趨勢，在脅迫處理0 d 時，SST和MST與CK葉片中總?cè)坪坎町惒伙@著，隨著脅迫時間的增加，在脅迫處理10 d時，SST和MST葉片中總?cè)坪窟_到最大值，且均顯著高于CK；CK在脅迫處理5～15 d，總?cè)坪块g于2.41～2.53 mg/g(P>0.05)，且在脅迫處理15 d時，CK葉片中總?cè)坪匡@著高于SST和MST。在復(fù)水7 d后，葉片中總?cè)坪砍氏陆第厔?，該時期CK和MST葉片中總?cè)坪坎町惒伙@著，但均顯著高于SST葉片中含量，且SST葉片總?cè)坪匡@著低于處理0 d和15 d時含量。

圖8 不同程度干旱脅迫處理及復(fù)水后苦菜葉片中總?cè)坪縁ig.8 Effects of different drought stress and rewatering on total triterpenoids content in leaves of Sonchus oleraceus L.

3 討論

植株在受到干旱脅迫時最直接的表現(xiàn)為植株干物質(zhì)的變化，干旱脅迫使苦菜根冠比增大，且隨著脅迫處理時間的延長根冠比增大，復(fù)水7 d后相應(yīng)恢復(fù)，表現(xiàn)出一定的補償效應(yīng)，補償效果與受脅迫強度和時間相關(guān)。這與李明達等[17]研究水分脅迫對豌豆根冠比結(jié)果一致。可溶性蛋白是重要的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)[21]，其含量與干旱脅迫有顯著的關(guān)系[22]。本研究中，隨脅迫的增加，可溶性蛋白含量顯著增加且顯著高于對照，在復(fù)水后其含量相應(yīng)恢復(fù)，可通過把握復(fù)水時間，調(diào)節(jié)灌溉時間。受到脅迫時植株體內(nèi)會產(chǎn)生大量的有害物質(zhì)活性氧，而SOD、POD、CAT具有清除體內(nèi)活性氧的功效[23-24]。郝舒雪[25]研究不同生育期水分脅迫及復(fù)水對番茄的影響發(fā)現(xiàn)茄葉片中的SOD、POD、CAT的活性在水分脅迫下均升高，但隨著脅迫時間增加有所下降，在復(fù)水后活性出現(xiàn)恢復(fù)。TAHIRA等[26]研究干旱脅迫對馬鈴薯抗氧化酶的活性影響表明，在干旱脅迫下，SOD、POD、CAT的活性增加，總可溶性糖、可溶性蛋白等含量增加響應(yīng)水分缺失，以保證植物的持續(xù)健康的生長。這均與本研究中苦菜在受到重度和輕度干旱脅迫時，3種抗氧化酶活性均上升的結(jié)論一致。植物在干旱脅迫下通過代謝抗氧化酶和滲透調(diào)節(jié)物等維持植物正常的生理功能，是一種積極的響應(yīng)機制。在重度干旱脅迫處理10 d和輕度脅迫15 d時，苦菜葉片與對照組相比，出現(xiàn)葉片較窄，根部較短現(xiàn)象，復(fù)水處理雖然對脅迫處理后苦菜葉片和根有一定的恢復(fù)能力，但是其長勢不如對照處理。

酚類物質(zhì)是天然存在于水果和蔬菜中的化合物，由于其疾病預(yù)防治療效果和潛在的技術(shù)應(yīng)用，越來越受到人們的關(guān)注[27-28]，葡萄酒的保健功能也主要來源于酒中的酚類物質(zhì)[29]。干旱脅迫對總酚、黃酮等抗氧化物質(zhì)的積累有一定的促進作用，雷瑞祥等[30]研究了干旱脅迫對愈傷組織中總酚、總類黃酮含量的影響，發(fā)現(xiàn)一定程度的干旱脅迫顯著提高了愈傷組織中其次生代謝產(chǎn)物的含量。楊慧芹等[31]發(fā)現(xiàn)煙草在干旱脅迫早期，總酚積累量明顯升高，之后隨脅迫時間的延長逐漸降低，且發(fā)現(xiàn)C4H、4CL、CAD表達量與總酚含量的變化趨勢一致。對紫花苜蓿不同程度的干旱脅迫研究發(fā)現(xiàn)，適度干旱脅迫能顯著促進黃酮類化合物含量增加[32]?？嗖嗽谳p度脅迫處理5～10 d時，葉片中總酚物質(zhì)和總類黃酮物質(zhì)含量顯著高于對照，且在復(fù)水后與對照差異不顯著。對苦蕎干旱脅迫7 d時黃酮類物質(zhì)含量顯著增高，且顯著高于干旱脅迫14 d時葉片中黃酮類化合物含量[33]。這與苦菜葉片中總類黃酮物質(zhì)含量在干旱脅迫10 d時呈下降趨勢結(jié)論一致，可能由于干旱脅迫時間過長，導(dǎo)致合成類黃酮物質(zhì)的營養(yǎng)供應(yīng)不足，從而影響葉片中總類黃酮物質(zhì)的積累?？?cè)莆镔|(zhì)是靈芝中主要的功效物質(zhì)，具有良好的抗腫瘤活性[34]?？嗖俗鳛樗幨惩吹墓δ苄椭参?，含有較豐富的總?cè)莆镔|(zhì)[35]。本研究中苦菜在不同程度干旱脅迫時期，葉片中總?cè)莆镔|(zhì)含量為1.00～3.00 mg/g，且在脅迫處理10 d時達到最大值，且在該處理時期輕度脅迫和重度脅迫處理含量顯著高于對照，表現(xiàn)為適度的干旱脅迫能夠促進總?cè)莆镔|(zhì)的代謝。

苦菜在受到一定干旱脅迫及適度的脅迫時間處理時，會導(dǎo)致地下根系生長量大于地上部分，使得通過代謝可溶性蛋白滲透調(diào)節(jié)物和抗氧化酶等以減緩脅迫對植株造成的傷害，且會增強代謝總酚、總類黃酮、總?cè)频染哂锌寡趸钚晕镔|(zhì)的次生代謝，在復(fù)水后會出現(xiàn)一定的超補償?shù)男Ч?。因而輕度的干旱脅迫及脅迫10 d左右，能夠保證植株正常生長且增強代謝酚類等功能物質(zhì)，以提升苦菜的品質(zhì)。