澇漬脅迫下生姜幼苗生長及體內(nèi)保護(hù)酶活性變化

陳娟　梁明霞　潘開文

摘要：研究澇漬脅迫下生姜幼苗生長和體內(nèi)保護(hù)酶活性的變化。結(jié)果顯示，澇漬脅迫下生姜幼苗生長明顯受到抑制，與對照相比，澇漬10d時(shí)生姜地下干質(zhì)量降低46.45%；地上生物量降低37.69%，根莖比顯著下降，根中ADH活性在澇漬5、10d時(shí)均顯著升高。澇漬處理下植株體內(nèi)保護(hù)酶活性變化明顯，澇漬前期SOD、CAT、APX活性均上升，澇漬后期酶活性下降，而POD活性則一直受到抑制。葉片中葉綠素a、葉綠素b含量和可溶性蛋白含量顯著下降。膜脂過氧化產(chǎn)物（MDA）在澇漬5d后明顯升高，顯示植株體內(nèi)氧化壓力增加。

關(guān)鍵詞：生姜；幼苗；澇漬脅迫；生長；生理；抗氧化酶活性

中圖分類號：Q945.78；S632.501 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1002-1302（2015）05-0152-03

澇漬是制約植物生長和發(fā)育的水分逆境因子，澇漬脅迫下植物正常生理過程和功能受到干擾，在農(nóng)林業(yè)上常造成作物嚴(yán)重減產(chǎn)。姜（ZingiberofficinaleRosc）是姜屬多年生單子葉草本植物，藥食兩用，是重要的經(jīng)濟(jì)作物。生姜的根系不發(fā)達(dá)，生長中對水分條件要求嚴(yán)格。生姜的幼苗期處于多雨季節(jié)，易遭受暴雨、河水泛濫、灌溉不當(dāng)、土壤排水不良等所致的澇漬脅迫；且澇漬促進(jìn)姜瘟病原菌和其他土傳性病菌的擴(kuò)散，擴(kuò)大生姜植株感染面積，致使其嚴(yán)重減產(chǎn)甚至絕產(chǎn)，因此澇漬是生姜生長、發(fā)育、品質(zhì)和產(chǎn)量的重要限制因子。研究澇漬對生姜的影響對于生姜的高效高產(chǎn)栽培非常必要，但是有關(guān)生姜澇害機(jī)制的研究卻鮮見報(bào)道。本研究探討了生姜幼苗在澇漬脅迫下的生長和體內(nèi)保護(hù)酶活性等的變化，旨在闡明澇漬脅迫對生姜生長和生理的影響機(jī)制，為生姜的科學(xué)生產(chǎn)提供數(shù)據(jù)和理論支持。

1.材料與方法

供試姜種為四川省生姜道地產(chǎn)區(qū)楗為縣的黃姜，盆栽用土取自楗為縣從未栽過生姜的土壤，土壤為三迭紀(jì)須家河組碳壩泥土。土壤取回后首先過2遍1cm篩，篩去較大的石塊及粗枝等，用50%對二甲基氨基苯重氮磺酸鈉可濕性粉劑1000倍液進(jìn)行土壤消毒處理，然后施入N、P、K肥料，將土混勻，裝入上口徑25Cnl、深30Cnl的花盆，每盆裝土約5kg。每盆播大小和質(zhì)量大致均一的種姜1個(gè)，當(dāng)生姜長到三股權(quán)時(shí)將生姜幼苗放入澇漬池，保持水層高于土面2cm，進(jìn)行澇漬10d處理，以不澇漬植株為對照，每個(gè)處理重復(fù)10次。每隔2d取生姜葉片測定保護(hù)酶（SOD、CAT、POD、APX）活性和MDA、葉綠素、可溶性蛋白的含量等生理指標(biāo)的變化。在澇漬5、10d時(shí)分別測定生姜的地下和地上生物量的干質(zhì)量、根系A(chǔ)DH酶的活性。

超氧化物歧化酶（sOD）活性測定參照Giannopolitis等的方法，抗壞血酸過氧化物酶（APX）活性測定參照Nakano等的方法，過氧化氫酶（CAT）活性測定參照Cakmak等的方法，丙二醛（MDA）含量參照Gossett等的方法進(jìn)行測定，過氧化物酶（POD）、乙醇脫氫酶（ADH）活性和可溶性蛋白、葉綠素含量測定參照李合生等的方法。所有的數(shù)據(jù)采用SPSS16.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行單因素方差分析（Duncan's檢驗(yàn)）和相關(guān)性分析。

2.結(jié)果與分析

2.1澇漬脅迫對生姜幼苗地上和地下生物量的影響

如表1所示，澇漬脅迫下生姜植株生長明顯受到抑制，澇漬5、10d時(shí)生姜地下生物量干質(zhì)量與對照相比分別降低28.95%、46.45%；地上生物量干質(zhì)量的降低值分別為17.02%和37.82%，由此可見澇漬對生姜地下生物量的抑制要大于地上生物量。澇漬5d后根中ADH活性上升，在10d后下降，但活性仍高于對照。

2.2澇漬脅迫對生姜葉片中葉綠素含量的影響

葉綠素總量在澇漬5d后極顯著下降（P<0.01），澇漬5d時(shí)葉綠素總量為對照的58.29%；澇漬10d時(shí)葉片中葉綠素總量僅為對照的35.83%。與對照相比，葉綠素b含量在整個(gè)澇漬期間顯著下降，但葉綠素a僅在澇漬5d后顯著下降（圖1）。

2.3澇漬脅迫對生姜葉片保護(hù)酶（SOD、POD、CAT、APX）活性的影響

澇漬對生姜葉片中CAT、APX、SOD、POD酶活性影響顯著（P<0.05）。如圖2一d所示，CAT活性除澇漬10d低于對照外，其余處理均高于對照，澇漬5d時(shí)酶活性最高，隨后呈下降趨勢。隨著澇漬時(shí)間延長，APX活性上升，澇漬5d時(shí)達(dá)到最高，隨后下降，澇漬10d時(shí)降為對照的68.79%（圖2一c）。SOD活性在澇漬3d時(shí)最高，與對照相比升高22.35%，而在澇漬10d時(shí)酶活性僅為對照的16.09%（圖2-a）。POD活性隨著澇漬時(shí)間延長呈下降趨勢，除澇漬3d及以后的酶活性與對照相比差異均達(dá)到顯著水平（P<0.05）（圖2-b）。

2.4澇漬脅迫對葉片中MDA、可溶性蛋白含量的影響

如圖3所示，在澇漬前期MDA含量升高不顯著，而澇漬5d后顯著升高（P<0.05），澇漬10d時(shí)MDA含量比對照增加了110.69%。澇漬7、10d時(shí)葉片中可溶性蛋白含量顯著下降（P<0.05），較對照分別降低8.49%、8.39%。

2.5相關(guān)性分析

如表2所示，相關(guān)性分析結(jié)果顯示，SOD活性、POD活性與MDA含量、葉綠素a含量、葉綠素b含量極顯著相關(guān)（P<0.01）；地上生物量干質(zhì)量與地下生物量干質(zhì)量極顯著相關(guān)（P<0.01），與葉綠素a含量、ADH活性顯著相關(guān)（P<0.05）；可溶性蛋白含量與MDA含量、葉綠素a含量、葉綠素b含量極顯著相關(guān)（P<0.01）。

3.討論

研究認(rèn)為澇漬下植物體內(nèi)活性氧清除酶系統(tǒng)活性下降，膜脂過氧化產(chǎn)物增多，氧化壓力升高，植物衰老加快是植物澇害的原因之一。澇漬脅迫下植物中保護(hù)酶活性的變化是植物對澇漬的響應(yīng)，在不同植物種類、發(fā)育時(shí)期或不同澇漬時(shí)間下其響應(yīng)趨勢有差異，保護(hù)酶之間也存在響應(yīng)敏感度差異。澇漬前期生姜葉片中保護(hù)酶SOD、APX、CAT活性均上升，隨著澇漬時(shí)間延長而下降；而POD活性則呈一直下降趨勢。膜質(zhì)過氧化產(chǎn)物MDA含量在澇漬前期增加不顯著，澇漬后期MDA含量水平上升。澇漬前期酶活性的升高可能是對澇漬的應(yīng)激反應(yīng)，能有效清除體內(nèi)的活性氧，從而使MDA含量水平未有明顯上升，隨著澇漬時(shí)間延長，保護(hù)酶系統(tǒng)受到傷害，活性降低，MDA含量也相應(yīng)增加。相關(guān)性分析顯示，生姜葉片中SOD、POD活性與MDA含量均極顯著相關(guān)，因此生姜幼苗中活性氧酶促系統(tǒng)的變化可以作為澇漬脅迫下的生理指示因子和抗?jié)承栽u價(jià)指標(biāo)之一。相關(guān)性分析結(jié)果表明，生姜幼苗葉片中SOD對澇漬的響應(yīng)最敏感，其次是POD、APX和CAT。

澇漬下生姜幼苗葉片中葉綠素含量呈下降趨勢，相關(guān)分析結(jié)果顯示澇漬植株中葉綠素含量降低與SOD、POD活性變化和MDA含量水平顯著相關(guān)，說明澇漬下膜質(zhì)過氧化作用可能損傷了葉綠體膜的穩(wěn)定性。晏斌等的研究也顯示，活性氧清除劑均使活性氧產(chǎn)生速率和H2O2濃度明顯下降；且使受漬玉米葉片的葉綠素含量顯著提高。生姜幼苗中葉綠素含量與可溶性蛋白含量呈極顯著正相關(guān)，提示葉綠素含量降低，光合作用受抑，使可溶性蛋白合成減少，加之澇漬下根系吸收水分和營養(yǎng)能力下降，物質(zhì)分解大于合成，導(dǎo)致可溶性蛋白含量在澇漬后期明顯降低。ADH是厭氧脅迫時(shí)根系主要產(chǎn)能途徑中的關(guān)鍵酶，有助于植物避免由乙醇積累所致的傷害。生姜幼苗澇漬后根中ADH活性在澇漬5d時(shí)高于澇漬10d，說明隨著澇漬時(shí)間延長，ADH活性下降，因而不能有效抑制乙醇對植物的毒害，加劇了根系功能的損傷。與對照相比，澇漬脅迫下生姜的地上和地下生物量干質(zhì)量均有明顯的下降，地下生物量的抑制更明顯。相關(guān)性分析顯示，生姜幼苗地上和地下生物量干質(zhì)量降低與根ADH活性顯著相關(guān)，提示澇漬下生姜根狀莖和根系受到毒害，水分、營養(yǎng)吸收和運(yùn)輸功能受損，影響植株物質(zhì)合成，而使分解加快，導(dǎo)致生物量下降。葉綠素含量也與生物量降低相關(guān)，葉綠素下降所致的光合作用受抑，物質(zhì)合成減少，導(dǎo)致了生物量降低。