淹水脅迫對不同絲瓜品種根系呼吸生理和通氣組織的影響

朱 進，李文靜，徐蘭婷

（1.長江大學(xué)園藝園林學(xué)院 湖北荊州 434025； 2.蔬菜種質(zhì)創(chuàng)新與遺傳改良湖北省重點實驗室 武漢 430070）

淹水脅迫是植物生長發(fā)育過程中會面臨的最具有破壞性的不利環(huán)境條件之一。淹水脅迫阻礙植物生長的根本原因在于水分過多導(dǎo)致土壤低氧或缺氧，使植物根系無法正常獲得氧氣，從而使植物的生長受到抑制。由于根系是直接接觸土壤的器官，淹水脅迫對植物的影響首先作用于根系，因此，對根系的研究意義重大。研究表明，淹水脅迫易造成土壤氧氣含量急劇降低，根干質(zhì)量迅速下降。在淹水逆境下，植物根系會通過生理代謝和組織結(jié)構(gòu)變化來抵抗和適應(yīng)不良環(huán)境。淹水脅迫能顯著抑制植物的有氧呼吸，加強無氧呼吸。淹水脅迫下，植物根系缺氧，無氧呼吸增強，乳酸脫氫酶（LDH）、丙酮酸脫羧酶（PDC）和乙醇脫氫酶（ADH）活性提高，促進了植株根系對缺氧環(huán)境的適應(yīng)性。此外，淹水脅迫會刺激植物不定根的生長，不定根的形成是許多耐淹植物對淹水的一種主要適應(yīng)方式，淹水脅迫使得作物不定根細胞具有較高的分裂能力和生理活性，以提高根系攝取和運輸氧氣的能力。在淹水脅迫下，一些植物會形成通氣組織以適應(yīng)逆境。

絲瓜根系發(fā)達，是瓜類蔬菜中最耐澇漬的種類，以絲瓜作砧木嫁接能提高苦瓜的耐澇性，是解決苦瓜不耐澇問題的一種有效方法。砧木的耐澇性強弱直接影響植株的抗?jié)吵潭?，在抵抗淹水脅迫中起到了主導(dǎo)作用。但是不同基因型的同一物種對淹水脅迫的耐性也存在顯著差異，目前，關(guān)于不同基因型絲瓜對淹水脅迫的耐性試驗較少，其呼吸代謝生理及解剖結(jié)構(gòu)的適應(yīng)機制的研究還未見報道。因此，筆者以3 個不同類型的絲瓜品種為試驗材料，比較其在淹水脅迫下呼吸代謝生理的耐性及解剖結(jié)構(gòu)的適應(yīng)機制，篩選耐澇性更好的絲瓜品種，能為苦瓜嫁接栽培提供基礎(chǔ)，對豐富植物耐澇機理也具有重要意義。

顯示屏主要的工呢過是針對存儲的各項信息進行顯示，并且提供實時的信息動態(tài)，比如車輛的運行狀態(tài)、車輛遇到的故障類型以及處理狀況。顯示屏還要針對一些數(shù)據(jù)開展存儲，司機進行車輛的狀態(tài)了解就是利用顯示屏進行的。1型和2型的模擬輸入輸出機箱又被稱為RIOM箱，這二者的區(qū)別在于內(nèi)部的板卡配置，同類型的板卡硬件是相同的。

1 材料與方法

1.1 材料

荊李是本地絲瓜品種，由荊州農(nóng)業(yè)科學(xué)院提供；早佳是肉絲瓜類型的品種，由株洲市農(nóng)之子有限公司提供；綠冠是有棱絲瓜類型的品種，由廣西桂林天宇種子有限公司提供。栽培基質(zhì)由江蘇培蕾基質(zhì)科技發(fā)展有限公司提供。

1.2 試驗設(shè)計

試驗采用雙因素完全隨機設(shè)計，因素一為荊李絲瓜、早佳絲瓜和綠冠絲瓜，3 個品種；因素二為淹水（水面與植株子葉下1 cm 平齊）和不淹水，2 種方法；共6 個處理，3 次重復(fù)。

1.3 方法

1.4.2 生理指標的測定 根系活力的測定參照王學(xué)奎的方法。丙酮酸脫羧酶（PDC）、乳酸脫氫酶（LDH）和乙醇脫氫酶（ADH）活性的測定：參照Mustroph A 和Albrecht G 的方法提取酶液。稱取不同處理的根0.5 g 于研缽中，加入1.5 mL 預(yù)冷的提取液（內(nèi)含50 mmol·LTris-HCl、5 mmol·LMgCl、5 mmol·Lβ-巰基乙醇、15%甘油、1 mmol·LEDTA、1 mmol·LEGTA 和0.1 mmol·L苯甲基磺酰氟，pH 6.8），冰浴研磨成勻漿。4 ℃，10 000 r·min離心20 min，上清液即是粗酶液。取上清液轉(zhuǎn)入1.5 mL EP 管中，用于酶活性的測定。丙酮酸脫羧酶（PDC）以丙酮酸脫羧生成乙醛的方法，檢測NAD的還原，乳酸脫氫酶（LDH）活性測定以丙酮酸還原為乳酸的方法檢測NAD的再生，乙醇脫氫酶（ADH）活性測定以乙醇氧化為乙醛的方法檢測NAD的還原，均以每分鐘A增加或減少0.001為一個酶活性單位（U）。

1.4 測定方法

由圖2 可知，淹水脅迫2～16 d，3 個絲瓜品種主根的LDH 活性均顯著高于對照，在淹水時間相同情況下，3 個品種中以綠冠絲瓜主根內(nèi)LDH 活性最高，主根內(nèi)LDH 活性的升高幅度最大，荊李次之，早佳絲瓜最小。淹水脅迫2～16 d，早佳絲瓜品種不定根的LDH 活性與對照差異不顯著；淹水脅迫4～16 d，荊李絲瓜不定根的LDH 活性與對照差異不顯著；淹水脅迫8 d，綠冠絲瓜不定根的LDH 活性顯著高于對照，淹水脅迫16 d，綠冠絲瓜不定根內(nèi)LDH 活性與對照差異不顯著。

由圖1 可知，淹水脅迫2 d，3 個絲瓜品種主根的根系活力均與對照差異不顯著；淹水脅迫4～16 d，3 個絲瓜品種的主根根系活力均顯著低于對照。淹水2～16 d，在淹水時間相同情況下，3 個品種中以早佳絲瓜主根的根系活力最大，早佳絲瓜主根的根系活力降低幅度最小。淹水脅迫2 d，早佳絲瓜產(chǎn)生不定根，淹水2～4 d，早佳絲瓜不定根的根系活力與對照差異不顯著；淹水脅迫4 d，荊李絲瓜也產(chǎn)生不定根，不定根的根系活力也與對照差異不顯著；淹水8～16 d，3 個絲瓜品種的不定根根系活力均顯著高于對照。3 個品種在淹水時間相同情況下，以早佳絲瓜的不定根根系活力最大，早佳絲瓜不定根的根系活力升高幅度最大。

試驗于2020 年10 月至2021 年4 月在長江大學(xué)園藝園林學(xué)院溫室大棚內(nèi)和蔬菜生理實驗室進行。將絲瓜種子曬種4～6 h，用0.1%高錳酸鉀消毒10 min，再溫水浸種6 h，然后置于30 ℃的恒溫箱中催芽，待85%種子露白后在50 孔穴盤中播種育苗，待絲瓜幼苗長到2 葉1 心時栽到直徑為20 cm、高15 cm 的培養(yǎng)盆中，3 葉1 心時進行淹水處理（水面與植株子葉下1 cm 平齊），1 盆1 株，每個處理15盆，3 次重復(fù)，分別于淹水0、2、4、8、16 d 后隨機取樣進行各項形態(tài)指標和生理指標的測定，以不淹水樣品為對照，同時，取各處理的完整主根和不定根，用卡諾氏固定液固定，用70%乙醇保存至2021 年3—4 月進行通氣組織的觀察。

由表1 可知，淹水脅迫2 d，3 個品種絲瓜根系干質(zhì)量均低于對照，且均與對照差異不顯著；淹水脅迫4 d，3 個品種絲瓜的根系干質(zhì)量均顯著低于對照；淹水8 d 時，早佳絲瓜品種的根系干質(zhì)量已恢復(fù)到與對照差異不顯著的水平，其他2 個品種根系干質(zhì)量仍顯著低于對照；淹水16 d 時，3 個絲瓜品種的根系干質(zhì)量均恢復(fù)到與對照差異不顯著的水平。淹水2～16 d，在淹水時間相同情況下，3 個品種中均以早佳絲瓜的根系干質(zhì)量為最大；根系干質(zhì)量下降幅度最小，荊李次之，綠冠絲瓜最大。

民之饑，以其上食稅之多，是以饑。 民之難治，以其上之有為，是以難治。 民之輕死，以其求生之厚，是以輕死。

1.5 數(shù)據(jù)分析

三是一個很小的創(chuàng)新，就可能帶動一系列產(chǎn)品的開發(fā)。經(jīng)過幾年的發(fā)展，表情包現(xiàn)在已經(jīng)開始向其它領(lǐng)域擴展，在出售、提供下載表情包的基礎(chǔ)上，不少廠家已經(jīng)看到這些小卡通形象背后的商機，使這一產(chǎn)品的鏈條向玩偶、食品、飲料等行業(yè)進行了延伸，這也使得這一經(jīng)濟形態(tài)變得更加豐富和立體。因此，我們在觀察一個產(chǎn)品時，還要從更多的角度去考慮它的發(fā)展可能。

2 結(jié)果與分析

2.1 淹水脅迫對不同絲瓜品種根系干質(zhì)量的影響

1.4.3 解剖結(jié)構(gòu)的觀察 在解剖鏡下，采用徒手切片法在根毛區(qū)（距根尖5 cm 處）切片。用甲苯胺藍（TBO）染色觀察通氣組織。

表1 淹水脅迫下不同絲瓜品種的根系干質(zhì)量 mg

2.2 淹水脅迫對不同絲瓜品種根系活力的影響

國有林場半專業(yè)森林消防隊要加強與周邊林業(yè)單位和林農(nóng)合作、溝通，開展場村、場社開展共建聯(lián)防，合作演練，建立起共建聯(lián)防機制，把森林防火辦成全社會的共同事業(yè)。

圖1 淹水脅迫下不同絲瓜品種的根系活力

2.3 淹水脅迫對不同絲瓜品種根系LDH活性的影響

1.4.1 生長指標的測定 將植株的根沖洗干凈后，用紙擦干，置于105°C 烘箱中殺青15 min，72°C 烘72 h 后用電子天平測定干質(zhì)量。

5.2 加強植物檢疫，使用無病種苗：引進種子和秧苗，要經(jīng)過檢疫檢驗，確保種苗不帶病菌。使用無病種苗或建立無病留種田，選用包衣種子，或用60℃溫水浸種15分鐘，或種子浸泡10～12小時后，再用1%硫酸銅溶液浸種5分鐘,水洗干凈，催芽播種。

圖2 淹水脅迫下不同絲瓜品種的LDH 活性

2.4 淹水脅迫對不同絲瓜品種根系PDC 活性的影響

由圖3 可知，淹水脅迫2～16 d，3 個絲瓜品種主根的PDC 活性均顯著高于對照，在淹水時間相同時，3 個絲瓜品種中以早佳絲瓜主根內(nèi)PDC 活性最高，主根內(nèi)PDC 活性升高幅度最大。淹水脅迫2 d，早佳絲瓜品種不定根的PDC 活性顯著高于對照，淹水4～16 d 時，早佳絲瓜品種不定根的PDC活性恢復(fù)到與對照差異不顯著的水平；淹水脅迫4～8 d，荊李絲瓜的不定根內(nèi)PDC 活性顯著高于對照，淹水脅迫16 d 時，恢復(fù)到與對照差異不顯著的水平；淹水脅迫8～16 d，綠冠絲瓜的不定根PDC 活性均顯著高于對照。

圖3 淹水脅迫下不同絲瓜品種的PDC 活性

2.5 淹水脅迫對不同絲瓜品種根系A(chǔ)DH 活性的影響

由圖4 可知，淹水脅迫2～16 d，早佳絲瓜和荊李絲瓜主根內(nèi)ADH 活性顯著高于對照，綠冠絲瓜主根內(nèi)ADH 活性與對照無顯著差異。在淹水時間相同時，3 個品種中以早佳絲瓜主根內(nèi)ADH 活性最高，主根內(nèi)ADH 活性升高幅度最大。淹水脅迫2 d，早佳絲瓜不定根的ADH 活性顯著高于對照，淹水脅迫4～16 d，均恢復(fù)到與對照差異不顯著的水平；淹水脅迫4 d，荊李絲瓜不定根的ADH 活性顯著高于對照，淹水脅迫8～16 d，已恢復(fù)到與對照差異不顯著的水平；淹水脅迫8 d，綠冠絲瓜不定根的ADH 活性顯著高于對照，淹水脅迫16 d，恢復(fù)到與對照差異不顯著的水平。

試驗數(shù)據(jù)采用DPS 7.05 軟件進行統(tǒng)計分析，差異顯著比較采用鄧肯式新復(fù)極差法。使用Excel 2016 繪制統(tǒng)計圖，使用Photoshop 6.0 軟件進行照片標記。

圖4 淹水脅迫下不同絲瓜品種的ADH 活性

2.6 淹水脅迫對不同絲瓜品種不定根內(nèi)通氣組織的影響

由圖5 可知，3 個絲瓜品種在淹水脅迫下均形成了不定根和通氣組織。在3 個絲瓜品種中，早佳絲瓜在淹水脅迫2 d 時形成了不定根，荊李在淹水脅迫4 d 時形成不定根，綠冠絲瓜在淹水脅迫8 d時形成不定根。3 個絲瓜品種中，早佳絲瓜在淹水4 d 時不定根中形成通氣組織，荊李在淹水8 d 時不定根中形成通氣組織，綠冠絲瓜在淹水16 d 時不定根中形成通氣組織；早佳絲瓜不定根內(nèi)的通氣組織最發(fā)達。

圖5 淹水脅迫下不同絲瓜品種不定根的通氣組織

3 討論與結(jié)論

淹水脅迫下植物根尖首先受到傷害，影響根系的生理生化活動，使根系生長發(fā)育受到抑制，從而導(dǎo)致根系的質(zhì)量發(fā)生顯著變化。本試驗中，淹水脅迫4 d 顯著降低了3 個絲瓜品種的根系干質(zhì)量，這與前人的研究結(jié)果一致，這可能是由于淹水脅迫下土壤中水分達到飽和狀態(tài)，植株不必通過根的伸長來吸收水分，且呼吸過程改變了能量代謝，抑制根系生長。本試驗中，不同品種間根系干質(zhì)量的降低幅度存在差異，以早佳絲瓜的降低幅度最小，荊李次之，綠冠絲瓜最大，表明淹水脅迫對早佳絲瓜根系生長的抑制作用最小，對綠冠絲瓜的根系生長的抑制最大。絲瓜在淹水脅迫下能形成不定根，不定根能恢復(fù)根系吸收水分和養(yǎng)分的能力，因此在淹水后期3 個絲瓜品種的根系干質(zhì)量受到的抑制程度減小，在淹水16 d 時3 個絲瓜品種的根系干質(zhì)量恢復(fù)到與對照差異不顯著的水平，表明3個絲瓜品種的根系在淹水脅迫下具有較好的適應(yīng)和調(diào)節(jié)能力。3 個品種中，早佳絲瓜在淹水2 d 時形成不定根，荊李和綠冠絲瓜分別在淹水4 d 和淹水8 d 時形成不定根，由此可見不同絲瓜品種在淹水脅迫下的自我調(diào)節(jié)能力和適應(yīng)能力不同，不定根的形成對減輕淹水脅迫下根系生長的傷害起重要作用，這表明早佳絲瓜對淹水脅迫具有更好的耐性。

根系活力是反映根系生命活動的重要生理指標。研究表明，隨著淹水脅迫時間的延長，植物的根系活力顯著下降。本試驗中，淹水脅迫4 d開始3 個絲瓜品種的主根根系活力均顯著降低，與前人的結(jié)論一致；不同的是，在淹水脅迫下3 個絲瓜品種的不定根根系活力升高，這可能是造成不同植物耐淹性差異的重要原因之一。不同品種絲瓜的根系活力對淹水脅迫的響應(yīng)程度存在差異，早佳絲瓜的主根根系活力下降幅度最小，不定根根系活力升高幅度最大。根系活力越高，越有利于根系吸收水分和養(yǎng)分，在淹水脅迫下其根系的生理機能受影響最小，表明早佳絲瓜對淹水脅迫具有更好的耐性。

土壤淹水時，缺氧是最主要的脅迫因素。為減輕低氧脅迫的傷害，植物可通過無氧呼吸途徑產(chǎn)生部分能量來維持生命活動，無氧呼吸也是植物在淹水脅迫下的一種臨時的適應(yīng)性反應(yīng)。在無氧呼吸過程中，丙酮酸一方面可以在LDH 催化下形成乳酸，釋放少量能量；另一方面可以在PDC 作用下形成乙醛，然后在ADH 作用下形成乙醇，同時釋放少量能量。本試驗中，淹水脅迫下，3 個絲瓜品種主根中LDH、PDC 和ADH 活性隨淹水時間延長都表現(xiàn)為先升后降的趨勢，這可能是植物本身對淹水脅迫的一種應(yīng)激反應(yīng)。雖然3 個絲瓜品種在淹水脅迫下主根的無氧呼吸增強，但采取無氧呼吸的主要途徑不同。在缺氧條件下，早佳絲瓜主根中糖酵解代謝產(chǎn)物丙酮酸可能優(yōu)先在PDC 作用下生成乙醛，乙醛在ADH 作用下生成乙醇，減少了乙醛在植物體內(nèi)的積累。同時還可以通過乙醇發(fā)酵途徑獲得能量，減輕植物受到的傷害。在缺氧條件下綠冠絲瓜主根的LDH 活性升高幅度更大，丙酮酸可能優(yōu)先在LDH 作用下直接生成乳酸，導(dǎo)致乳酸在植物體內(nèi)積累較多，而乳酸積累過多會引起細胞質(zhì)酸化，并造成液泡膜和線粒體結(jié)構(gòu)的破壞，同時也可能造成乙醛的臨時積累。

淹水脅迫下，一些植物能通過形態(tài)改變適應(yīng)不良環(huán)境。通氣組織的形成是植物厭氧脅迫下重要的形態(tài)適應(yīng)性狀之一，研究表明通氣組織一般在新生的次生根中形成，而初生根中通氣組織形成較少。本試驗中，3 個絲瓜品種主根中均未形成通氣組織，不定根中均形成了通氣組織，表明3 個絲瓜品種都能通過不定根中形成通氣組織來恢復(fù)氧氣供應(yīng)，保證植物受到較少傷害。3 個絲瓜品種中，早佳絲瓜不定根中最早形成了通氣組織，通氣組織提供了氧氣輸送到根部的通道，這也是早佳絲瓜不定根中LDH、PDC 和ADH 活性最早降低的原因。發(fā)達的通氣組織為早佳絲瓜根系提供了更多氧氣，使其不定根從無氧呼吸向有氧呼吸轉(zhuǎn)變，同時通氣組織也能將根系中的乙醇、CO等物質(zhì)從根向上運輸，因此早佳絲瓜能更快地恢復(fù)氧氣供應(yīng)，進行正常的有氧呼吸，這也表明早佳絲瓜對淹水脅迫具有更好的耐性。

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綜上所述，3 個絲瓜品種對淹水脅迫都具有較好的耐性，在淹水脅迫下短期內(nèi)通過無氧呼吸途徑獲得能量，維持主根生長，通過形成不定根并在不定根中形成通氣組織，恢復(fù)根系正常代謝適應(yīng)淹水脅迫。3 個絲瓜品種中，早佳絲瓜最早形成不定根和通氣組織，生理響應(yīng)程度最大，其耐澇性最好，其次為荊李絲瓜，綠冠絲瓜最差。