油桃生理特性對(duì)水分脅迫的響應(yīng)

尤 超， 沈 虹， 張營(yíng)營(yíng)， 程芳梅， 郭世榮， 孫 錦

[1.南京農(nóng)業(yè)大學(xué)(宿遷)設(shè)施園藝研究院，江蘇宿遷 223800； 2.南京農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院，江蘇南京 210095]

干旱是制約果樹(shù)產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要因素，如何利用旱地有限降水資源、提高水資源利用率、提高植物抗旱性已成為未來(lái)發(fā)展旱地農(nóng)業(yè)的重要研究課題之一[1]。油桃(Prunuspersicavar.nectarina)為重要的經(jīng)濟(jì)林作物，因其主栽產(chǎn)區(qū)大多分布在干旱或半干旱區(qū)域，干旱環(huán)境成為油桃生產(chǎn)推廣的“瓶頸”。近年來(lái)，有關(guān)光合作用和細(xì)胞膜功能結(jié)構(gòu)等植物抗旱性生理分析已取得實(shí)質(zhì)性進(jìn)展，如姚立新等研究表明，干旱等不良環(huán)境是影響植物生長(zhǎng)的重要因子，它會(huì)引起植物體內(nèi)生物膜結(jié)構(gòu)組成等一系列生理生化和分子生物學(xué)上的變化，導(dǎo)致植物體生長(zhǎng)代謝受到抑制[2-3]；余玲等認(rèn)為，干旱及半干旱環(huán)境大大降低土壤含水量，影響了植株的光合作用，導(dǎo)致植株產(chǎn)量和品質(zhì)下降[4-5]。但關(guān)于油桃水分脅迫生理響應(yīng)等方面的研究鮮見(jiàn)報(bào)道，尤其是與油桃抗旱性相關(guān)的研究較少[6-8]。因此，開(kāi)展油桃耐旱性及其機(jī)制的研究，對(duì)選育和推廣優(yōu)良耐旱油桃品種具有重要意義。筆者通過(guò)分析干旱脅迫下油桃植株的生理變化，闡明其耐旱特性，旨在篩選耐旱性?xún)?yōu)異的油桃品種。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)時(shí)間與地點(diǎn)

田間試驗(yàn)于2015年11月在南京農(nóng)業(yè)大學(xué)(宿遷)設(shè)施園藝研究院油桃種質(zhì)資源圃進(jìn)行，室內(nèi)試驗(yàn)在植物生理學(xué)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行。

1.2 試驗(yàn)材料

在南京農(nóng)業(yè)大學(xué)(宿遷)設(shè)施園藝研究院油桃資源圃?xún)?nèi)，選用2個(gè)抗旱性不同的油桃品種映秋紅(抗旱性較強(qiáng))和中農(nóng)金輝(抗旱性較弱)為試驗(yàn)材料。于2015年5月選取生長(zhǎng)健壯的油桃枝條在資源圃?xún)?nèi)嫁接繁殖，具體方法參照尤超等的方法[9]。于2015年10月選取生長(zhǎng)勢(shì)一致的嫁接苗定植于營(yíng)養(yǎng)缽內(nèi)，放置于溫室內(nèi)培養(yǎng)。于2015年11月移至旱棚內(nèi)口徑為30 cm、高為20 cm的花盆中，每盆裝30 kg表土。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 每個(gè)品種設(shè)對(duì)照(CK)與干旱脅迫處理(ST)2個(gè)水平。從定植后翌年花芽分化期進(jìn)行干旱處理，按土壤含水量每日減少5%的速度從75%降至25%，對(duì)照土壤含水量為75%，土壤含水量采用稱(chēng)質(zhì)量法調(diào)控，脅迫1、3、5、7、9、11 d后取樣分析測(cè)定，每個(gè)處理重復(fù)3次。

1.3.2 測(cè)定方法 供試植株光合速率分析采用LI-6400光合儀(美國(guó)LI-COR公司)測(cè)主莖倒數(shù)第3葉，在晴天10：00自然光照條件下測(cè)定；丙二醛(malondialdehyde，簡(jiǎn)稱(chēng)MDA)含量測(cè)定參照王學(xué)奎的方法[10]；可溶性糖含量測(cè)定采用蒽酮比色法；過(guò)氧化物酶(peroxidase，簡(jiǎn)稱(chēng)POD)活性分析采用愈創(chuàng)木酚法；過(guò)氧化氫酶(catalase，簡(jiǎn)稱(chēng)CAT)活性分析采用紫外吸收法[11]；并測(cè)定三氯均二苯脲(triclocarban，簡(jiǎn)稱(chēng)TCC)還原強(qiáng)度。

1.3.3 統(tǒng)計(jì)分析 采用Excel 2003、DPS軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析[12]，油桃種間耐旱性綜合評(píng)價(jià)和主成分分析參照張文娥等的方法[13-14]。

2 結(jié)果與分析

2.1 單項(xiàng)生理生化指標(biāo)耐旱性分析

2.1.1 土壤水分脅迫對(duì)油桃根系活力的影響 三氯均二苯脲還原強(qiáng)度是反映植株根系活力的重要指標(biāo)，根系活力反映植株吸收水分的特性。由圖1可知，水分脅迫對(duì)根系活力影響比較明顯，干旱脅迫處理初期根系活力小幅度上升，隨著脅迫程度的加深，根系活力整體下降，供試品種趨勢(shì)相同，但其變化的幅度差異較大。干旱脅迫處理3、5、7、9、11 d后，與對(duì)照相比，供試抗旱品種映秋紅TCC還原強(qiáng)度分別下降6.12%、11.92%、23.45%、30.85%、43.51%；而抗旱性較弱的中農(nóng)金輝的TCC還原強(qiáng)度下降幅度較大，分別為11.75%、14.55%、35.70%、48.90%、54.26%。說(shuō)明抗旱性較強(qiáng)的品種根系活力受干旱影響程度明顯小于抗旱性較弱的品種。

2.1.2 土壤水分脅迫對(duì)油桃光合速率的影響 由表1可知，水分脅迫初期對(duì)油桃植株光合速率的影響較小，脅迫7 d后的光合速率大幅度下降，供試抗旱性較強(qiáng)的品種映秋紅的葉片的光合速率下降20.79%，抗旱性較弱的品種中農(nóng)金輝葉片的光合速率下降 35.01%。說(shuō)明干旱條件下映秋紅能維持較高的光合速率，這是抗旱品種的重要特征。

表1 水分脅迫下油桃植株葉片的光合速率

2.1.3 土壤水分脅迫對(duì)油桃葉片抗氧化酶活性的影響 抗氧化酶系統(tǒng)是植株應(yīng)對(duì)逆境脅迫產(chǎn)生的系統(tǒng)性防御機(jī)制之一[15]。由圖2-a可知，過(guò)氧化氫酶活性對(duì)干旱脅迫反應(yīng)在不同抗旱性品種之間的表現(xiàn)差異較大，供試抗旱性較強(qiáng)的品種映秋紅在水分脅迫處理前5 d的CAT活性呈持續(xù)上升趨勢(shì)，之后開(kāi)始快速下降；抗旱性較弱的品種中農(nóng)金輝的CAT活性被水分脅迫誘導(dǎo)增加活性的時(shí)間較短，僅在脅迫的1、3 d后CAT活性高于對(duì)照，之后開(kāi)始急劇下降，到干旱脅迫5 d后時(shí)CAT活性下降至對(duì)照的65.56%，說(shuō)明干旱對(duì)抗旱性較弱品種的傷害早于對(duì)抗旱性較強(qiáng)的品種。由圖2-b可知，干旱脅迫前5 d，映秋紅POD活性無(wú)明顯變化，在脅迫9 d后時(shí)達(dá)到峰值后下降，但幅度不大；中農(nóng)金輝在水分脅迫下呈波浪式的變化趨勢(shì)，脅迫初期時(shí)達(dá)到峰值，后期開(kāi)始下降，7 d后時(shí)小幅上升后再次下降。映秋紅的POD活性略高于中農(nóng)金輝。

2.1.4 土壤水分脅迫對(duì)油桃葉片MDA含量的影響 MDA為膜脂過(guò)氧化產(chǎn)物，水分脅迫對(duì)膜脂過(guò)氧化水平的影響比較明顯。由圖3可知，隨著脅迫周期延長(zhǎng)和程度加深，MDA含量整體升高?？购敌暂^弱的品種中農(nóng)金輝油桃葉片中MDA含量增幅大于抗旱性較強(qiáng)的品種映秋紅，水分脅迫下抗旱性較弱的油桃膜脂過(guò)氧化反應(yīng)水平明顯高于抗旱性較強(qiáng)的品種，但MDA指標(biāo)數(shù)值大小與耐旱特性之間呈反比關(guān)系，說(shuō)明后者耐旱特性?xún)?yōu)于前者。

2.1.5 土壤水分脅迫對(duì)油桃葉片可溶性糖含量的影響 由圖4可知，水分脅迫下油桃葉片中可溶性糖含量與對(duì)照相比均有不同程度的下降。供試抗旱性較弱品種中農(nóng)金輝葉片可溶性糖含量下降幅度大于映秋紅，干旱處理11 d后土壤相對(duì)含水量降至25%時(shí)，映秋紅和中農(nóng)金輝葉片可溶性糖含量分別為對(duì)照的46.78%、32.66%。說(shuō)明抗旱性較強(qiáng)的品種在干旱脅迫下葉片中可溶性糖的含量較高。

2.2 不同油桃耐旱性綜合評(píng)價(jià)

2.2.1 主成分分析 由表2可知，第1個(gè)綜合指標(biāo)的貢獻(xiàn)率達(dá)80.428%，該指標(biāo)表示所測(cè)6個(gè)單項(xiàng)生理生化指標(biāo)80.428%的信息，即將相互影響的6個(gè)單項(xiàng)生理生化指標(biāo)轉(zhuǎn)換為1個(gè)新的綜合指標(biāo)。由表3可知，這個(gè)主成分包含葉片光合速率、POD活性、CAT活性、MDA含量、TCC還原強(qiáng)度、可溶性蛋白含量等指標(biāo)。根據(jù)各綜合指標(biāo)系數(shù)及各單項(xiàng)指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化值，求出每份油桃品種綜合指標(biāo)得分值[16]。

表2 主成分特征值、貢獻(xiàn)率、累計(jì)貢獻(xiàn)率

表3 主成分分析因子載荷陣

2.2.2 隸屬函數(shù)值和權(quán)重確定 根據(jù)得分值，分別求出不同油桃品種公因子(第1主成分)的隸屬函數(shù)值。根據(jù)公因子貢獻(xiàn)率(80.428%)的大小，得出公因子權(quán)重，為0.977 5。

2.2.3 綜合評(píng)價(jià) 利用隸屬函數(shù)法，分析供試材料耐澇性綜合評(píng)價(jià)值，綜合評(píng)價(jià)值是[0，1]閉區(qū)間上的純數(shù)，它們的差異也具有可比性。由表4可知，綜合評(píng)價(jià)值的最大值、最小值分別為1.542、1.329，平均值為1.447。綜合評(píng)價(jià)值反映油桃品種耐旱能力的大小，綜合評(píng)價(jià)值越大表明其越耐旱，結(jié)合干旱脅迫對(duì)油桃根系活力的影響及其他單項(xiàng)指標(biāo)耐旱性分析，結(jié)果表明，映秋紅的抗旱性強(qiáng)于中農(nóng)金輝，供試油桃對(duì)照處理耐旱能力均高于干旱處理。

表4 油桃品種和處理的隸屬函數(shù)值和綜合評(píng)價(jià)值

3 結(jié)論

油桃根系活力隨著土壤水分脅迫程度的加強(qiáng)而降低，抗旱性較弱的中農(nóng)金輝下降幅度明顯大于抗旱性較強(qiáng)的品種映秋紅，而前者光合速率明顯低于后者；中農(nóng)金輝油桃葉片中MDA含量增加幅度明顯大于映秋紅，后者耐旱特性?xún)?yōu)于前者；油桃葉片中可溶性蛋白含量在水分脅迫下降低，抗旱性較強(qiáng)的品種在干旱脅迫下葉片可溶性蛋白含量較高。

結(jié)果表明，隨著持續(xù)干旱脅迫，抗旱性較強(qiáng)的品種映秋紅CAT活性始終高于抗旱性較弱的中農(nóng)金輝；在POD活性方面，除干旱脅迫處理3 d后時(shí)，映秋紅和中農(nóng)金輝基本持平外，其他干旱脅迫過(guò)程中前者明顯高于后者。說(shuō)明油桃植株在遭受水分脅迫時(shí)CAT活性、POD活性可以較好地反映其品種抗旱性?？购灯贩N受水分脅迫的危害較輕，植株受損后恢復(fù)周期短，且在可以控制的范圍內(nèi)。

不同油桃品種和處理?xiàng)l件下植株干旱脅迫耐受能力差異較大，其中映秋紅油桃的抗旱性強(qiáng)于中農(nóng)金輝。油桃植株的根系活力、光合速率、CAT活性、可溶性蛋白含量、MDA含量等指標(biāo)受脅迫影響較大，均可以作為抗旱鑒定的重要生理指標(biāo)。

4 討論

4.1 油桃品種資源耐澇評(píng)價(jià)因素分析

水分是影響植物生長(zhǎng)發(fā)育的重要因素，油桃品種資源耐澇性科學(xué)評(píng)價(jià)體系較多，干旱環(huán)境可引起植物一系列代謝功能變化[17]，分析水分脅迫下植株生理生化指標(biāo)變化是其主要途徑之一。鑒定油桃植株耐旱特性，還應(yīng)綜合分析植株脅迫下的萎蔫系數(shù)等抗逆性指標(biāo)，形成更加完善的耐旱性評(píng)價(jià)體系，但本試驗(yàn)未作探討，不同油桃耐澇及抗旱機(jī)制亟待探索。本研究在設(shè)施高效栽培條件下進(jìn)行，至于不同栽培模式、立地條件、品種(品系)油桃耐旱性評(píng)價(jià)須進(jìn)一步驗(yàn)證。

4.2 質(zhì)膜相對(duì)透性與油桃耐澇性的關(guān)系

水分脅迫下植株細(xì)胞膜傷害與膜脂過(guò)氧化作用關(guān)系密切，脅迫處理引起的油桃植株MDA含量變化與品種抗旱性有關(guān)。MDA等膜脂過(guò)氧化產(chǎn)物含量的提高可以直接影響植物細(xì)胞蛋白質(zhì)的代謝，引起可溶性蛋白含量下降[15]，可溶性蛋白含量又直接反映葉片RuBp羧化酶活性[18]，同時(shí)膜脂過(guò)氧化還能引起植株光合速率的下降和葉綠素的降解[19]。

4.3 油桃耐旱特性產(chǎn)生作用與活性氧物質(zhì)之間的關(guān)系

CAT和POD均為植物重要的內(nèi)源性保護(hù)酶，其活性變化與植株耐澇特性關(guān)聯(lián)較大[20]。本試驗(yàn)結(jié)果表明，隨著干旱脅迫的延長(zhǎng)導(dǎo)致植株葉片CAT活性變化，抗旱性較強(qiáng)的品種映秋紅的CAT活性始終高于抗旱性較弱的品種中農(nóng)金輝。說(shuō)明油桃干旱脅迫時(shí)葉片的CAT活性等指標(biāo)能較好地反映品種抗旱性情況，抗旱品種因其清除自由基的能力強(qiáng)，抗氧化酶活性受脅迫影響程度小，光合速率下降慢。生產(chǎn)實(shí)踐中可以通過(guò)研究?jī)?nèi)源性保護(hù)酶對(duì)油桃抗逆性的調(diào)控機(jī)制，提高其抗逆性。

4.4 油桃品種和處理類(lèi)型耐旱性狀表現(xiàn)

研究表明，同一立地條件下，不同果樹(shù)及品種(品系)、脅迫處理的適應(yīng)性差異較大，其耐澇特性生理表現(xiàn)也隨之發(fā)生變化[21]。在本試驗(yàn)條件下，不同油桃品種和處理?xiàng)l件下植株性狀表現(xiàn)不同，抗旱性較強(qiáng)的油桃品種映秋紅耐旱特性表現(xiàn)優(yōu)于中農(nóng)金輝。這可能是由外界自然環(huán)境不同所致，如尤超等認(rèn)為，不同油桃品種鹽脅迫下抗鹽性表現(xiàn)差異性較大，其中黃肉品種中油桃4的耐鹽性?xún)?yōu)于千年紅[22]。