多效唑?qū)ι?shù)抗旱能力的調(diào)控效應(yīng)研究

李健 李琲 黃團(tuán) 農(nóng)艷豐

(百色學(xué)院，廣西 百色 533000)

桑樹(shù)(Morus albaL.)是養(yǎng)蠶的直接原料來(lái)源，其果實(shí)桑椹是一種美味的水果，廣西的桑蠶產(chǎn)業(yè)排名全國(guó)首位，也是廣西桑農(nóng)的重要收入來(lái)源，為廣西鄉(xiāng)村振興的發(fā)展提供了重要保障。但廣西因地處山區(qū)，且人多地少，桑樹(shù)種植區(qū)域缺乏良好的灌溉條件，干旱時(shí)常發(fā)生，威脅了桑蠶業(yè)的穩(wěn)定發(fā)展。

在受到干旱脅迫時(shí)，植物通過(guò)調(diào)節(jié)自身生理代謝，增加抗氧化酶活性，以增強(qiáng)其抗氧化防御能力，從而達(dá)到適應(yīng)干旱環(huán)境的目的。植物的抗氧化系統(tǒng)的一部分由過(guò)氧化氫酶(CAT)、過(guò)氧化物酶(POD)、多酚氧化酶(PPO)、超氧化物歧化酶(SOD)等抗氧化酶類(lèi)構(gòu)成，這些酶在植物體內(nèi)主要是抵抗活性氧(ROS)對(duì)植物造成的傷害方面的協(xié)同作用[1]。在干旱脅迫下，可溶性蛋白、可溶性糖等滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的積累水平通常與植物的抗逆性成正比或是產(chǎn)生不同程度效應(yīng)。滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的積累可減少植物體內(nèi)水分的流失，同時(shí)這些滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)還能調(diào)節(jié)植物葉片氣孔的開(kāi)放程度、不同程度的影響到植物自身水分吸收功能，調(diào)節(jié)光合作用的進(jìn)行，從而減緩干旱造成的傷害[2]。

多效唑是一種通過(guò)抑制植物體內(nèi)赤霉素的合成從而達(dá)到矮化植物目的的生長(zhǎng)延緩劑，主要起到延緩縱向生長(zhǎng)，促進(jìn)橫向生長(zhǎng)，提高植物對(duì)干旱的抗逆能力，延緩衰老程度的作用[3]。多效唑能減弱植被蒸騰損失，降低植物耗水，可有效解決供水不足地區(qū)植物的正常生長(zhǎng)[4]。干旱脅迫下，多效唑處理的高羊茅葉綠素含量、超氧化物歧化酶和過(guò)氧化物酶活性下降幅度減少，葉片保水能力提高[5]；玉米葉片干旱脅迫前噴施多效唑，可以降低甾醇類(lèi)物質(zhì)的合成，保護(hù)細(xì)胞膜透性[6]。多效唑的抗旱功效已經(jīng)在不少植物上得到驗(yàn)證，但在桑樹(shù)上的應(yīng)用還未見(jiàn)報(bào)道。因此，本研究旨在通過(guò)對(duì)桑樹(shù)進(jìn)行干旱脅迫，并施用不同濃度的多效唑，研究其對(duì)桑樹(shù)抗旱生理生化及生長(zhǎng)特性的影響效應(yīng)，為桑樹(shù)抗旱栽培技術(shù)的提高提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)于百色學(xué)院校內(nèi)試驗(yàn)地進(jìn)行，選取芽點(diǎn)飽滿(mǎn)長(zhǎng)勢(shì)一致的“桂桑12號(hào)”桑樹(shù)苗進(jìn)行盆栽栽種，每盆栽種3棵大小一致的桑樹(shù)苗，并進(jìn)行日常管理。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 處理方法

待桑樹(shù)苗株高至60cm左右開(kāi)始對(duì)盆栽進(jìn)行分組干旱培養(yǎng)，設(shè)置4組試驗(yàn)，分別為對(duì)照(CK)，不進(jìn)行干旱脅迫處理并且不噴施多效唑，葉片同期噴施清水；處理1，干旱處理不噴施多效唑，噴施清水；處理2，干旱處理加200mg·L-1多效唑處理；處理3，干旱處理加400mg·L-1多效唑處理。每個(gè)處理均在干旱脅迫前(0d)及干旱后2d、4d、6d時(shí)分別對(duì)桑樹(shù)葉片進(jìn)行取樣。

1.2.2 株高莖徑的測(cè)量

在對(duì)桑樹(shù)苗進(jìn)行干旱脅迫前及恢復(fù)供水7d時(shí)分別測(cè)量其株高和莖徑的變化，每個(gè)處理測(cè)5株，取平均值，計(jì)算株高、莖徑增長(zhǎng)率。

1.2.3 生理指標(biāo)的測(cè)定

桑樹(shù)葉片葉綠素含量的測(cè)定參考明華等[7]改良的浸提法，葉片相對(duì)含水量的測(cè)定參考杜成忠[8]的方法，POD活性的測(cè)定參考李小芳等[9]方法，可溶性糖和MDA含量的測(cè)定參考林艷等[10]方法。每個(gè)處理3次重復(fù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 干旱脅迫噴施多效唑?qū)ι?shù)株高和莖徑的影響

由表1可知，干旱脅迫下，桑樹(shù)的株高增長(zhǎng)率顯著受影響，但噴施多效唑后，其株高增長(zhǎng)較慢，且多效唑的濃度越高，越能限制桑樹(shù)的株高增長(zhǎng)。正常生長(zhǎng)情況下，桑樹(shù)的株高增長(zhǎng)率為27.41%，而經(jīng)干旱脅迫后，同期其株高的增長(zhǎng)受到較大影響，特別是施用較高濃度(400mg·L-1)的多效唑后，其株高僅僅增長(zhǎng)了7.64%，極大限制了桑樹(shù)長(zhǎng)高。

表1 干旱脅迫噴施多效唑?qū)ι?shù)株高的影響

由表2可知，干旱脅迫下桑樹(shù)莖徑增長(zhǎng)率最高為噴施400mg·L-1多效唑的處理組，未噴施多效唑但進(jìn)行干旱脅迫的處理組莖徑增長(zhǎng)率最低，噴施200mg·L-1多效唑的處理組莖徑增長(zhǎng)率也顯著高于CK，干旱脅迫限制了桑樹(shù)植株莖的增粗，施用多效唑則使其莖顯著增粗。

表2 干旱脅迫噴施多效唑?qū)ι?shù)莖徑的影響

2.2 干旱脅迫噴施多效唑?qū)ι?shù)葉片含水量的影響

如圖1可知，桑樹(shù)葉片的相對(duì)含水量隨著干旱時(shí)間的延長(zhǎng)而逐漸降低，但多效唑的施用使桑樹(shù)葉片維持了顯著高于同期干旱對(duì)照處理的含水量，且2個(gè)濃度的多效唑?qū)τ谏?shù)葉片保水能力的功效相當(dāng)。正常情況下，桑樹(shù)葉片的相對(duì)含水量維持在90%左右，干旱使其葉片逐漸失水，到干旱脅迫第6天時(shí)，處理1的葉片含水量已經(jīng)降到40%左右，而噴施多效唑的處理則仍高于50%，多效唑的施用可有效減緩桑樹(shù)葉片的失水速度。

圖1 干旱脅迫噴施多效唑?qū)ι?shù)葉片含水量的影響

2.3 干旱脅迫噴施多效唑?qū)ι?shù)葉片葉綠素含量的影響

由圖2可知，桑樹(shù)葉片的葉綠素含量通常在4mg·g-1左右，隨著干旱程度的加劇，葉綠素不斷分解破壞，逐漸降低。其中，噴施清水的處理1葉片葉綠素含量下降十分迅速，到第2天時(shí)已經(jīng)降到3mg·g-1以下，后迅速降低，到第6天時(shí)已降至1mg·g-1左右，噴施多效唑則使桑樹(shù)葉片的葉綠素含量維持在一個(gè)較高水平，到脅迫的第4天、第6天，其葉綠素含量顯著高于處理1，到第6天時(shí)其含量仍大于2mg·g-1。

圖2 干旱脅迫噴施多效唑?qū)ι?shù)葉片葉綠素的影響

2.4 干旱脅迫噴施多效唑?qū)ι?shù)葉片可溶性糖含量的影響

由圖3可知，干旱脅迫對(duì)處理1桑樹(shù)可溶性糖含量影響顯著，其含量一直上升，到第6天已經(jīng)是正常條件下的2倍以上。2個(gè)濃度的多效唑處理之間則無(wú)顯著差異，但其葉片可溶性糖的積累量顯著低于處理1。

圖3 干旱脅迫噴施多效唑?qū)ι?shù)葉片可溶性糖含量的影響

2.5 干旱脅迫噴施多效唑?qū)ι?shù)葉片可溶性蛋白含量的影響

干旱前期，處理1的桑樹(shù)葉片可溶性蛋白迅速積累，在第4天時(shí)累積量達(dá)到最大，第6天又顯著減少，而對(duì)于施用多效唑的處理，則是呈緩慢上升的趨勢(shì)，從第4天的顯著低于處理1到第6天的顯著高于處理1，且2個(gè)濃度的多效唑處理之間并無(wú)顯著差異，兩者相當(dāng)，見(jiàn)圖4。

圖4 干旱脅迫噴施多效唑?qū)ι?shù)葉片可溶性蛋白含量的影響

2.6 干旱脅迫噴施多效唑?qū)ι?shù)葉片丙二醛含量的影響

各處理桑樹(shù)葉片丙二醛含量在干旱脅迫下均逐漸升高，見(jiàn)圖5，其中，以處理1的上升幅度最大，干旱第2天時(shí)其含量已接近對(duì)照的2倍，后續(xù)也一直大幅升高，到第4天、第6天時(shí)其含量分別達(dá)到對(duì)照的2.74倍和3.64倍，而噴施了多效唑的2個(gè)處理，其葉片丙二醛含量的增加顯得相對(duì)緩慢，第6天時(shí)約為對(duì)照的2倍。

圖5 干旱脅迫噴施多效唑?qū)ι?shù)丙二醛含量的影響

2.7 干旱脅迫噴施多效唑?qū)ι?shù)葉片POD活性的影響

由圖6可知，干旱脅迫對(duì)POD活性的影響較為顯著，3組處理桑樹(shù)葉片的POD活性均隨干旱脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)呈先上升后下降的趨勢(shì)，其中以噴施200mg·L-1多效唑的處理2上升幅度最大，到干旱脅迫第4天時(shí)達(dá)到對(duì)照的1.72倍，第6天時(shí)又降至1.48倍，其他2組處理的上升速度則相對(duì)平緩，但干旱第6天時(shí)處理3和處理2的POD酶活性相當(dāng)。

圖6 干旱脅迫噴施多效唑?qū)ι?shù)葉片POD活性的影響

3 討論

從本研究的結(jié)果來(lái)看，干旱脅迫會(huì)使桑樹(shù)正常生長(zhǎng)受到不同程度的影響，會(huì)對(duì)桑樹(shù)組織器官造成一定程度的損害，雖然在干旱脅迫后恢復(fù)供水，桑樹(shù)的株高和莖徑增長(zhǎng)率都受限制，但多效唑的施用會(huì)明顯限制植株的增高且使桑樹(shù)的莖顯著增粗，這主要也是由多效唑本身就是生長(zhǎng)延緩劑所決定，具有矮化增粗作用，而這樣的功效也增強(qiáng)了植物對(duì)于干旱脅迫的抵御能力。

葉片含水量體現(xiàn)植物組織水分狀況，一定程度上影響了植物光合作用和蒸騰能力，反映了植物組織供水與蒸騰速率的平衡狀況，是干旱脅迫狀態(tài)下評(píng)估植物抗旱性的一個(gè)重要指標(biāo)[11]。葉綠素在光能的利用環(huán)節(jié)起關(guān)鍵作用，葉綠素含量的減少引起光合作用的降低，導(dǎo)致葉片萎黃，降低生長(zhǎng)速度并且影響產(chǎn)量[12]。試驗(yàn)結(jié)果表明，干旱脅迫會(huì)引起桑樹(shù)葉片含水量和葉綠素含量的降低，尤其是葉片含水量降低趨勢(shì)明顯，未噴施多效唑的處理組其葉片在同期含水量較低，說(shuō)明葉片保水能力不強(qiáng)，而噴施多效唑的處理組葉片含水量要明顯高于噴施清水的處理，2個(gè)濃度的多效唑?qū)τ谔岣呱?shù)葉片保水能力相當(dāng)；從研究結(jié)果來(lái)看，噴施多效唑的又一突出作用是顯著維持了桑樹(shù)葉片葉綠素含量的穩(wěn)定，葉綠素受干旱脅迫的破壞程度較小，這與多效唑?qū)}脅迫下的玉米葉片的影響研究結(jié)果一致[13]。

干旱脅迫與可溶性蛋白和可溶性糖含量的變化密切相關(guān)，兩者的積累可有效調(diào)節(jié)植物的生理水平，增強(qiáng)植物細(xì)胞的保水能力從而防止細(xì)胞脫水，增加細(xì)胞自身的保水能力[14]。冀憲領(lǐng)等[15]對(duì)桑樹(shù)的抗旱性研究表明，桑樹(shù)的抗旱性可能與可溶性蛋白絕對(duì)含量和可溶性糖絕對(duì)含量的相關(guān)性不大，而是和干旱脅迫后桑樹(shù)的可溶性蛋白含量的變化幅度密切相關(guān)。本研究結(jié)果表明，噴施多效唑的處理組相較于未噴施多效唑的處理組可溶性蛋白和可溶性糖含量的變化沒(méi)有處理1明顯，可能是后期其葉片含水量顯著高于未噴施多效唑的處理1，不需要過(guò)多的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)來(lái)應(yīng)對(duì)干旱脅迫。

逆境經(jīng)常會(huì)導(dǎo)致植物體內(nèi)自由基代謝失衡，自由基積累會(huì)導(dǎo)致脂質(zhì)氧化產(chǎn)生最終產(chǎn)物丙二醛，丙二醛也作為檢測(cè)植物抗逆性的一個(gè)重要指標(biāo)。試驗(yàn)結(jié)果顯示，干旱脅迫情況下會(huì)導(dǎo)致桑樹(shù)葉片大量積累丙二醛，噴施多效唑后會(huì)使丙二醛的積累量顯著減少，表明其細(xì)胞膜的受損程度更少，從而降低丙二醛對(duì)桑樹(shù)的危害，更能有效保護(hù)干旱脅迫下的桑樹(shù)植株。植物體內(nèi)存在著活性氧傷害的保護(hù)酶系統(tǒng)，主要包括SOD、POD、CAT 3種抗氧化酶類(lèi)，在干旱脅迫時(shí)可以通過(guò)這個(gè)保護(hù)酶系統(tǒng)清除活性氧自由基，降低干旱脅迫對(duì)植物的傷害。本試驗(yàn)以POD為測(cè)定指標(biāo)，結(jié)果表明，干旱脅迫均能促進(jìn)桑樹(shù)葉片POD活性的提高，相比噴施清水的處理1，葉面噴施多效唑的處理組其葉片POD酶的活性更高，對(duì)于有害活性氧物質(zhì)的清除效果更好，其中，以噴施200mg·L-1多效唑?qū)τ赑OD酶活性的提高效果較好。

4 小結(jié)

干旱對(duì)桑樹(shù)的正常生長(zhǎng)和生理生化代謝都產(chǎn)生了不利影響，施用多效唑使桑樹(shù)植株長(zhǎng)得更為矮化、粗壯，提高了桑樹(shù)葉片的葉綠素含量和葉片相對(duì)含水量；滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)可溶性糖及可溶性蛋白的積累量都顯著低于噴灑清水的處理，同時(shí)MDA的積累量也更少，POD活性則更高。外源多效唑能有效地啟動(dòng)桑樹(shù)的防御系統(tǒng)，從而減小干旱對(duì)其造成的傷害程度。綜合幾項(xiàng)指標(biāo)的結(jié)果來(lái)看，干旱脅迫下噴施多效唑?qū)ι?shù)抗旱能力的提高具有顯著作用，從經(jīng)濟(jì)性及施用效果來(lái)看，200mg·L-1的施用濃度較為適宜。