噴施亞精胺對(duì)淹水脅迫下福建山櫻花幼苗生理特性的影響

陸日惠， 周曉星， 唐 麗， 許 琪， 周桂圓， 陳 釧， 盛世紅

(1.中南林業(yè)科技大學(xué)林學(xué)院， 湖南 長沙 410004； 2.岳陽市林業(yè)科學(xué)研究所，湖南 岳陽 414000； 3.農(nóng)業(yè)農(nóng)村部規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，北京 100125； 4.岳陽市林業(yè)局，湖南 岳陽 414000)

福建山櫻花(Cerasuscampanulata)又名鐘花櫻桃或山櫻花等，為薔薇科(Rosaceae)櫻屬(Cerasus)落葉喬木，先花后葉，其花期早，花朵色彩艷麗呈鐘狀下垂，因其花多色艷而具有重要的觀賞價(jià)值，是早春時(shí)節(jié)重要的觀賞樹種[1]。近年來，作者種植于岳陽市林業(yè)科學(xué)研究所科研基地的福建山櫻花在雨季都出現(xiàn)了水淹現(xiàn)象，導(dǎo)致其生長不良甚至死亡。因此，緩解淹水對(duì)福建山櫻花的傷害成為一個(gè)值得研究的問題。由于全球氣候持續(xù)變暖，極端天氣增多，降水分布不均，常出現(xiàn)短時(shí)間內(nèi)的強(qiáng)降水，導(dǎo)致排水不良，易形成澇害環(huán)境，對(duì)植物的生長十分不利。改善淹水對(duì)植物生長的影響一般采用兩種方式，一是改變環(huán)境，解除逆境對(duì)植物的脅迫，此種方式費(fèi)時(shí)、費(fèi)工；二是提高植物對(duì)逆境的適應(yīng)性和抵抗能力，如用藥劑改變植物的生長方式、生理狀態(tài)，增強(qiáng)植物對(duì)逆境的抵抗能力。亞精胺(Spermidine，簡稱Spd)是一種能夠提高植物對(duì)逆境脅迫抵抗能力的生物活性物質(zhì)[2]。關(guān)于噴施Spd調(diào)控作物淹水脅迫的研究較多，如調(diào)控玉米(Zeamays)[3-5]、小麥(Triticumaestivum)[6]、水稻(Oryzasativa)[7]、大豆(Phaseolusvulgaris)[8]和黃瓜(Cucumissativus)[9]等作物淹水脅迫的研究。另外，噴施亞精胺對(duì)淹水脅迫下紫丁香(Syringaoblata)和小葉丁香(Syringamicrophylla)[10]、油茶(Camelliaoleifera)[11]、桃樹(Amygdaluspersica)[12]和東北櫻桃(Cerasussachalinensis)等產(chǎn)生的傷害[13]具有一定的緩解作用。對(duì)淹水敏感的植物在遭遇淹水時(shí)，其生長、光合特性及細(xì)胞膜系統(tǒng)會(huì)受到負(fù)面影響，當(dāng)噴施亞精胺時(shí)，植物應(yīng)對(duì)淹水的耐受性會(huì)提高[2]。本試驗(yàn)對(duì)福建山櫻花葉片噴施亞精胺，研究亞精胺是否能緩解淹水脅迫對(duì)福建山櫻花造成的傷害，為確定福建山櫻花生長的適宜環(huán)境，促進(jìn)福建山櫻花的推廣提供參考。

1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)地位于湖南省岳陽市林業(yè)科學(xué)研究所苗圃，地處29°18′E，113°10′N。該區(qū)屬亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候區(qū)，年平均氣溫18.12 ℃，全年無霜期258～275 d；年均降雨量1 200～1 800 mm，降雨量主要集中在4—7月，4—7月的降雨量占全年降雨量的51.27%。

2 材料與方法

2.1 試驗(yàn)材料

福建山櫻花種子由浙江省林業(yè)科學(xué)院提供。2020年10月下旬精選經(jīng)沙藏破殼一致的福建山櫻花種子，播種于底部帶孔的32孔穴盤中，每孔1粒種子，播種后置于岳陽市林業(yè)科學(xué)研究所苗圃養(yǎng)護(hù)。

2.2 研究方法

2.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 2021年8月中旬，選擇長勢(shì)一致、健康的福建山櫻花幼苗，采用套盆法開展試驗(yàn)。共設(shè)置3種處理，分別為：對(duì)照(CK， 正常管理，不進(jìn)行淹水脅迫)、淹水脅迫(WT， 水位高于基質(zhì)2 cm)、淹水脅迫+噴施亞精胺(WT+Spd)。詳見表1。每種處理15株，共計(jì)45株。脅迫時(shí)間共12 d，分別于第3、第6、第9、第12天早上8: 00—9: 00取幼苗中上部著生位置大體相同的成熟葉片用于生理指標(biāo)測定。試驗(yàn)期間，每天17: 00—18: 00噴施亞精胺或清水于植株葉面，以葉片正反面滴水為度。

表1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

2.2.2 生理指標(biāo)測定

(1) 葉綠素和類胡蘿卜素含量。用打孔器(φ 4 mm)在完全展開的成熟葉片主葉脈兩側(cè)區(qū)域取樣，稱取葉片0.1 g，然后將稱取的葉片浸沒于10 ml 85%的丙酮溶液中，暗中提取，不定時(shí)搖晃，直到葉片全部變成白色；以85%的丙酮為對(duì)照，用紫外可見光分光光度計(jì)(型號(hào):SPECORD 210PLUS)測定葉綠素和類胡蘿卜素濃度。設(shè)置3個(gè)波長(440 nm、645 nm、662 nm)測吸光度，按照以下公式計(jì)算葉綠素a(Chla)、葉綠素b(Chlb)和類胡蘿卜素(Car)的濃度(mg·L-1)[14]。

Ca=9.78×E662-0.99×E645

(1)

Cb=21.4×E645-4.65×E662

(2)

Cc=4.69×E440-0.268×C(a+b)

(3)

式中：Ca為葉綠素a濃度；Cb為葉綠素b濃度；Cc為類胡蘿卜素濃度；E440、E645和E662分別代表提取液在440 nm、645 nm和662 nm處的吸光度。求得各種色素濃度后再計(jì)算其含量(mg·g-1)。色素含量(mg·g-1)=(色素濃度×提取液總體積×稀釋倍數(shù))/鮮質(zhì)量。

(2) 其他生理指標(biāo)測定?？扇苄蕴?SS)含量測定采用蒽酮比色法；可溶性蛋白(SP)含量測定采用考馬斯亮藍(lán)G-250染色法；丙二醛(MDA)含量測定采用硫代巴比妥酸法；過氧化物酶(POD)活性測定采用愈創(chuàng)木酚染色法。這4個(gè)指標(biāo)的測定方法參考《植物生理生化實(shí)驗(yàn)原理和技術(shù)》[15]。

2.2.3 數(shù)據(jù)處理 用Excel 2010軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)錄入及繪圖；用SPSS 22.0軟件進(jìn)行單因素方差分析；用Duncan檢驗(yàn)法進(jìn)行多重比較。

3 結(jié)果與分析

3.1 噴施亞精胺對(duì)淹水脅迫下福建山櫻花葉綠素含量的影響

3.1.1 葉綠素a和葉綠素b含量 如圖1 A所示：淹水脅迫處理的Chla含量相對(duì)CK處理的均呈先下降后上升再下降的趨勢(shì)(P<0.05)，但WT處理的較WT+Spd處理的下降幅度更大。脅迫至第3天時(shí)，WT+Spd和WT處理的分別較CK處理的下降了7.71%、15.53%(P<0.05)；脅迫至第6天時(shí)，2種脅迫處理的均顯著上升，WT+Spd和WT處理的分別較其脅迫至第3天時(shí)的上升了30.13%、18.92%；脅迫至第12天時(shí)，WT+Spd和WT處理的分別較CK處理的下降了18.69%、26.24%。WT+Spd處理的下降緩慢可能是因?yàn)镾pd有一定的調(diào)節(jié)作用，能夠緩解淹水脅迫導(dǎo)致的Chla降解。

如圖1 B所示：Chlb含量的變化趨勢(shì)與Chla的基本一致。脅迫至第3天時(shí)，WT+Spd和WT處理的Chlb含量相對(duì)CK處理的顯著(P<0.05)下降，較CK處理的分別下降了10.63%、22.29%；脅迫至第6天時(shí)，WT+Spd處理的上升至最大值，較CK處理的上升了27.07%；脅迫至第9天、第12天時(shí)，WT+Spd和WT處理的均顯著(P<

圖1 噴施Spd對(duì)淹水脅迫下福建山櫻花Chla含量和Chlb含量的影響Fig.1 Effect of spraying spermidine on Chla content and Chlb content of C.campanulata under flooding stress注：不同小寫字母表示處理間差異顯著(P<0.05)。下同。

0.05)低于CK處理的，WT+Spd處理的較CK處理的分別下降了5.96%、12.81%，WT處理的較CK處理的分別下降了17.27%、21.69%。

3.1.2 胡蘿卜素含量 Car具有保護(hù)葉綠素免受光氧化的功能。如圖2所示：WT+Spd和WT處理的Car含量相對(duì)CK處理的總體均呈先上升后下降的趨勢(shì)。脅迫至第6天時(shí)，WT+Spd和WT處理的均顯著(P<0.05)高于CK處理的，分別較CK處理的上升了2.69%、9.40%。脅迫至第9天時(shí)，WT+Spd和WT處理的較CK處理的分別下降了0.70%、1.98%。脅迫至第12天時(shí)，WT+Spd和WT處理的均下降至最低水平，分別較CK處理的下降了13.21%、20.14%。

圖2 噴施Spd對(duì)淹水脅迫下福建山櫻花Car含量的影響Fig.2 Effect of spraying spermidine on Car content of C.campanulata under flooding stress

3.1.3 葉綠素(a+b)含量和葉綠素a/b比值 如圖3 A所示：Chl(a+b)含量相對(duì)CK處理的總體呈下降趨勢(shì)，變化趨勢(shì)與Chla和Chlb基本一致。脅迫至第3天時(shí)，WT+Spd和WT處理的Chl(a+b)含量分別較CK處理的下降了8.56%、17.51%；脅迫至第6天時(shí)，WT+Spd和WT處理的分別較其脅迫至第3天時(shí)的上升了35.20%、20.34%；此后，Chl(a+b)含量一直下降。Chl(a+b)含量的變化規(guī)律由Chla和Chlb含量共同變化引起，Chla和Chlb含量與Chl(a+b)含量的變化具有同步性。

Chla/b比值反映植物葉片光合活性的強(qiáng)弱[16]。如圖3 B所示：WT+Spd和WT處理的Chla/b比值相對(duì)CK處理的總體變化趨勢(shì)均為先上升后下降，在不同的脅迫時(shí)間內(nèi)變化有些差異。脅迫至第3天時(shí)，WT+Spd和WT處理的Chla/b比值較CK處理的分別上升了3.26%、8.68%；脅迫至第12天時(shí)，WT+Spd和WT處理的較CK處理的分別下降了6.75%、5.28%。

圖3 噴施Spd對(duì)淹水脅迫下福建山櫻花Chl(a+b)含量和Chla/b比值的影響Fig.3 Effect of spraying spermidine on Chl(a+b)content and Chla/b ratio of C.campanulata under flooding stress

3.1.4 類胡蘿卜素/葉綠素(a+b)比值 如圖4所示：WT處理的Car/Chl(a+b)比值總體呈下降趨勢(shì)，WT+Spd處理的變化趨勢(shì)與WT處理的大體一致。脅迫至第3天時(shí)，WT+Spd和WT處理的Car/Chl(a+b)比值分別較CK處理的上升了19.26%、21.01%。脅迫至第9、第12天時(shí)，WT+Spd和WT處理的Car/Chl(a+b)比值相對(duì)CK處理的均呈上升趨勢(shì)；WT+Spd處理的分別較CK處理的上升了7.85%、4.51%，WT處理的分別較CK處理的上升了15.06%、6.24%。說明淹水脅迫降低了Car含量，且Car降解速率慢于Chl(a+b)，因此提高了Car/Chl(a+b)的比值。

圖4 噴施Spd對(duì)淹水脅迫下福建山櫻花Car/Chl(a+b)比值的影響Fig.4 Effect of spraying spermidine on Car/Chl(a+b) of C.campanulata under flooding stress

3.2 噴施亞精胺對(duì)淹水脅迫下福建山櫻花可溶性糖和可溶性蛋白含量的影響

3.2.1 可溶性糖含量 可溶性糖是植物組織中調(diào)節(jié)細(xì)胞滲透平衡的重要物質(zhì)[17]。如圖5 A所示：WT處理的SS含量相對(duì)CK處理的呈上升趨勢(shì)，前期上升緩慢，后期急速上升；WT+Spd處理的與WT處理的變化趨勢(shì)一致，但上升速度較慢，與CK處理的差異顯著(P<0.05)。脅迫至第3天時(shí)，WT+Spd和WT處理的較CK處理的分別上升了12.88%、35.76%；脅迫至第12天時(shí)，WT+Spd和WT處理的分別較CK處理的上升了13.44%、49.27%，WT+Spd處理的較WT處理的下降了24.00%。

3.2.2 可溶性蛋白含量 如圖5 B所示：WT處理的SP含量相對(duì)CK處理的不斷上升，WT+Spd處理的較WT處理的上升相對(duì)較緩慢。脅迫至第3天時(shí)，WT+Spd和WT處理的較CK處理的分別上升了61.33%、193.22%；脅迫至第9、12天時(shí)，與CK處理的相比，WT處理的分別上升了230.57%和353.67%(P<0.05)，WT+Spd處理的分別上升了94.51%、205.38%(P<0.05)，WT+Spd處理的比WT處理的分別低41.16%、32.69%。

圖5 噴施Spd對(duì)淹水脅迫下福建山櫻花SS含量和SP含量的影響Fig.5 Effect of spraying spermidine on soluble sugar content and souluble protein content of C.campanulata under flooding stress

3.3 噴施亞精胺對(duì)淹水脅迫下福建山櫻花丙二醛含量和過氧化物酶活性的影響

3.3.1 丙二醛含量 如圖6 A所示：隨著淹水脅迫時(shí)間的延長，脅迫處理的MDA含量均呈上升趨勢(shì)，與CK處理的差異顯著(P<0.05)。脅迫至在第3、第6、第9和第12天時(shí)，與CK處理的相比，WT處理的MDA含量分別上升了46.45%、52.05%、72.04%和96.48%(P<0.05)，WT+Spd處理的分別上升了30.90%、30.12%、29.80%和78.67%(P<0.05)， WT+Spd處理的較WT處理的上升緩慢。

3.3.2 過氧化物酶活性 如圖6 B所示：WT處理的POD活性呈先上升后下降的趨勢(shì)，與CK處理的差異顯著(P<0.05)，而WT+Spd處理的則一直呈上升的趨勢(shì)。脅迫至第3、第6、第9天時(shí)，WT處理的較CK處理的分別上升了55.81%、96.78%、162.84%；脅迫至第12天時(shí)，WT處理的較其脅迫至第9天時(shí)的下降了42.61%(P<0.05)，但仍比CK處理的高16.57%。脅迫至第3、第6、第9和第12天時(shí)，WT+Spd處理的較CK處理的分別上升了23.53%、35.74%、100.68%和80.48%(P<0.05)，說明噴施Spd在一定程度上提高了POD活性。

圖6 噴施Spd對(duì)淹水脅迫下福建山櫻花MDA含量和POD活性的影響Fig.6 Effect of spraying spermidine on MDA content and POD activity of C.campanulata under flooding stress.

4 結(jié)論與討論

(1) 葉綠素是植物體內(nèi)普遍存在的色素，也是光合作用中重要的吸光色素。研究表明，水分脅迫會(huì)導(dǎo)致植物光合色素含量及組成比例發(fā)生改變[18-20]。Chla和Chlb都可以吸收光能，但只有少數(shù)特殊狀態(tài)的Chla可以將光能轉(zhuǎn)換為電能[21]；Chlb決定植物可吸收的波長(460～645 nm)[22]；Car可清除逆境中植物產(chǎn)生的活性氧自由基，使光合反應(yīng)中心免遭破壞[23]。本試驗(yàn)中，淹水脅迫降低了福建山櫻花葉片中葉綠素含量，其中Chla含量的下降速率大于Chlb含量的，因此，Chla/b的比值降低了。淹水脅迫至第12天時(shí)，淹水脅迫處理的Chla含量和Chlb含量分別較CK處理的下降了26.24%、21.69%。這可能是因?yàn)镃hla比Chlb對(duì)淹水脅迫更敏感[24]，也有可能是Chla的降解產(chǎn)物可以促進(jìn)Chlb的產(chǎn)生[25]，這樣Chlb可以在Chla的降解過程中得到補(bǔ)償。淹水脅迫也降低了Car的含量，并且Chl(a+b)的降解速率快于Car的，淹水脅迫至第12天時(shí)，淹水脅迫處理的Chl(a+b)和Car含量分別較CK處理的下降了24.90%、20.14%，因此Car/Chl(a+b)的比值提高了，這可能是福建山櫻花應(yīng)對(duì)淹水脅迫的一種保護(hù)機(jī)制。噴施Spd前期，福建山櫻花的Chl(a+b)和Car含量有所增加，隨后緩慢下降，并提高了Chla/b的比值。這可能是因?yàn)镾pd能調(diào)節(jié)淹水脅迫下福建山櫻花葉綠素生物合成和分解代謝相關(guān)酶的活性，延緩了葉綠素的分解和代謝[26]。

(2) 植物滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)可在植物葉片失去膨壓，體內(nèi)水勢(shì)、滲透勢(shì)降低時(shí)發(fā)生調(diào)節(jié)作用。本試驗(yàn)中，淹水脅迫下噴施Spd仍能增加SS含量，但是上升幅度較不噴施Spd僅淹水處理的小，如淹水脅迫至第12天時(shí)，WT+Spd處理(淹水+噴施Spd)和WT處理(淹水)的SS含量分別較CK處理的上升了7.97%、29.21%，說明Spd對(duì)緩解淹水脅迫下福建山櫻花SS含量的變化有效果。這一結(jié)果與尤東玲等[3]對(duì)玉米研究的結(jié)果一致。

(3)植物遭遇淹水脅迫時(shí)體內(nèi)會(huì)積累可溶性蛋白，以平衡細(xì)胞的吸水和保水。本試驗(yàn)中，WT+Spd處理的福建山櫻花SP含量明顯低于WT處理的，淹水脅迫至第12天時(shí)，WT+Spd處理的SP含量比WT處理的低11.24%。說明隨著淹水時(shí)間的延長，福建山櫻花受到的傷害越大；噴施Spd能緩慢提高福建山櫻花SP含量，以維持細(xì)胞較低的滲透勢(shì)，在一定程度上抑制或減輕淹水脅迫對(duì)福建山櫻花的傷害，這與劉聰聰[27]對(duì)番茄(Solsnumlycopersicum)的研究結(jié)果一致。

(4)植物細(xì)胞內(nèi)過量的MDA會(huì)造成其膜損傷和脂質(zhì)過氧化。本試驗(yàn)中，相對(duì)CK處理，WT+Spd處理的MDA含量較WT處理的上升緩慢，說明噴施Spd使MDA含量減少，抑制了MDA對(duì)氧化的損傷作用。噴施Spd對(duì)于保護(hù)細(xì)胞膜系統(tǒng)和清除淹水脅迫下福建山櫻花所產(chǎn)生的膜脂過氧化物有一定的作用。這一結(jié)果與黃金富等[2]對(duì)油茶在淹水脅迫下噴施Spd的研究結(jié)果相似。

(5)缺氧或少氧環(huán)境下會(huì)導(dǎo)致植株活性氧的過量積累[28]。本試驗(yàn)中，在淹水脅迫的前9天，WT+Spd處理較WT處理在一定程度上降低了福建山櫻花的POD活性，但淹水脅迫至第12天時(shí)，WT+Spd處理的POD活性仍呈上升趨勢(shì)，較CK處理的上升了80.48%，而WT處理的則明顯下降，較其脅迫至第9天時(shí)的下降了42.61%。WT+Spd處理的POD活性上升可能是因?yàn)镾pd降低了活性氧數(shù)量，提高了福建山櫻花淹水適應(yīng)能力，這與王雙玥琪[13]對(duì)東北山櫻的研究結(jié)果一致。WT處理的POD活性在后期下降可能是因?yàn)楦＝ㄉ綑鸦ú荒芾^續(xù)抵抗淹水脅迫對(duì)其的傷害。有研究[29]表明，淹水脅迫造成桐花樹(Aegicerascorniculatum)的POD活性先升后降，與本研究的結(jié)果一致。