干旱及復(fù)水對野生苦瓜幼苗生長和生理特性的影響

者國雄 王愣 楊樸麗 龍繼明 楊焱 張祖兵

摘 要： 為了研究干旱及復(fù)水處理對野生苦瓜幼苗生長和生理特性的影響，探討野生苦瓜的抗旱機(jī)制，為其栽培育種提供理論依據(jù)。以野生苦瓜‘JH01為試驗材料，對干旱脅迫4、8、12、16 d和復(fù)水處理2、5 d野生苦瓜幼苗部分生理指標(biāo)的變化進(jìn)行研究。結(jié)果顯示，隨著干旱脅迫時間的延長，植株長勢變?nèi)?，葉片萎蔫程度加重，葉片相對電導(dǎo)率、丙二醛含量、超氧陰離子含量、過氧化氫含量和脯氨酸含量逐漸上升，葉綠素含量呈先升高后降低的變化趨勢;復(fù)水后，各指標(biāo)得到了不同程度的恢復(fù)，復(fù)水5 d時葉綠素含量、相對電導(dǎo)率、過氧化氫含量均恢復(fù)到接近對照水平;此外，脯氨酸的可塑性指數(shù)達(dá)0.98，明顯大于其他生理指標(biāo)，葉綠素含量的可塑性指數(shù)最小為0.29。綜上表明，野生苦瓜幼苗具有一定的耐旱能力，復(fù)水對干旱脅迫具有緩解作用。

關(guān)鍵詞： 野生苦瓜; 干旱; 復(fù)水; 幼苗生長; 生理特性

中圖分類號：S642.5? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ?文章編號：1673-2871（2020）04-038-05

Abstract： The research aimed at the effects of drought stress and rewatering on the growth and physiological properties of wild bitter gourd seedlings， discussing the drought resistance mechanism of wild bitter gourd and providing the theoretical basis for its cultivation and breeding. Wild bitter gourd ‘JH01was selected as experimental material in order to study the growth and physiological response of seedlings subjected to 4，8，12，16 days drought stress and subsequent 2 d，5 d rewatering treatments. The results showed that with the extension of drought stress time， the plant grew weaker and the degree of leaf wilting increased， and the relative conductivity， the contents of malondialdehyde， superoxide radicals， hydrogen peroxide and proline increased， while the level of chlorophyll increased firstly and then decreased. After rewatering treatments，most parameters recovered in certain degree. The content of chlorophyll， relative conductivity and hydrogen peroxide all recovered approximately to the control level at 5 d after rewatering. In addition， the plasticity index of proline was 0.98， which was significantly higher than other physiological indexes， and the plasticity index of chlorophyll content was 0.29 at the minimum. It was concluded that the wild bitter gourd seeding had certain drought tolerance and rewatering could release the drought stress.

Key words： Wild bitter gourd; Drought stress; Rewatering; Seedling growth; Physiological property

苦瓜（Momordica charantia Linnaeus）又名涼瓜，屬葫蘆科（Cucurbitaceae）苦瓜屬（Momordica）一年生蔓性攀緣草本植物，原產(chǎn)于東印度或南亞熱帶地區(qū)[1-2]。有報道顯示，葫蘆科苦瓜屬植物約有40種，我國有5種，分布于全國各省[3]?？喙喜粌H是夏季佳蔬，又是一味良藥，其果實富含苦瓜皂苷、苦瓜黃酮、苦瓜素、苦瓜凝集素、苦瓜甙等多種生物活性成分，具有降血糖、抗病毒、抗氧化、減肥瘦身等功效[4-7]，近幾年，隨著苦瓜在抗腫瘤、艾滋病治療等方面的藥理作用逐步被揭示[8]，苦瓜作為對人體無副作用的天然藥食同源蔬菜，成為藥物提取及加工的重要原材料，種植面積不斷攀升，然而栽培種苦瓜的抗性有限，受環(huán)境因素制約嚴(yán)重，影響產(chǎn)業(yè)發(fā)展。大量研究表明，野生種質(zhì)遺傳基礎(chǔ)廣泛、蘊(yùn)藏豐富的優(yōu)異基因，是苦瓜的重要抗性資源[9-10]。因此，對該類資源需進(jìn)行充分調(diào)查研究，才能使其在抗病和抗逆育種中得到更有效的利用。目前國內(nèi)外學(xué)者對野生苦瓜的抗癌活性成分[11]、抗腫瘤[12]、表型性狀評價和種質(zhì)遺傳多樣性[13-16]、染色體數(shù)目與核型分析[1]、生物學(xué)特性和光合特性[10]、栽培管理技術(shù)[9，17]等方面進(jìn)行了研究，但對野生苦瓜抗逆性方面的研究還鮮見報道。筆者通過盆栽試驗研究不同干旱處理條件下對野生苦瓜幼苗長勢和生理特性的影響，探索野生苦瓜的抗旱機(jī)制，以期為野生苦瓜栽培管理、抗逆性篩選、抗旱品種的選育提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 材料

供試材料野生苦瓜‘JH01的種子于2018年7月采自云南省西雙版納，海拔為580 m，地理位置為北緯22°01′，東經(jīng)100°46′，年均氣溫22.5 ℃，年均降雨量1 200 mm，土壤為酸性紅土，pH 4.8。野生苦瓜‘JH01比市售苦瓜小，呈長卵形，表面有疣狀突起及軟刺，未成熟果皮為濃綠色，成熟果皮為橙黃色，熟透后果皮自然炸裂露出種子，種子由紅色種衣包裹。

1.2 試驗設(shè)計

試驗于2018年8月在云南省熱帶作物科學(xué)研究所育苗大棚內(nèi)開展，棚內(nèi)平均溫度為20～28 ℃，相對濕度為60%～70%。從苗床上選取生長良好、大小一致的苦瓜幼苗移栽至口徑規(guī)格為14 cm×10 cm塑料花盆中，每盆1株苗，每處理5株苗，3次重復(fù)，隨機(jī)排列，澆足水，待4葉1心時選取生長一致的幼苗進(jìn)行干旱脅迫處理。持續(xù)干旱16 d后復(fù)水，分別在持續(xù)干旱4 d（D4）、8 d（D8）、12 d（D12）、16 d（D16）和復(fù)水2 d（R2）、5 d（R5）時觀察盆栽野生苦瓜幼苗植株長勢情況并采集成熟葉片進(jìn)行相關(guān)生理指標(biāo)測定。以正常澆水為對照（CK），每處理5株苗，3次重復(fù)。

1.3 測定指標(biāo)與方法

1.3.1 植株生長形態(tài)觀測 采用田間實物現(xiàn)場觀察的方法，對不同干旱及復(fù)水處理下的盆栽野生苦瓜植株的生長表現(xiàn)（生長旺盛或受抑制）、葉片狀況（色澤變化，萎蔫狀況）等進(jìn)行描述記錄。

1.3.2 生理指標(biāo)測定 葉綠素（Chl）含量測定采用浸提法，相對電導(dǎo)率（REC）測定采用電導(dǎo)儀法，丙二醛（MDA）含量采用硫代巴比妥酸法測定，游離脯氨酸（Pro）含量采用磺基水楊酸提取茚三酮顯色法測定[19];超氧陰離子自由基（O2-·）和過氧化氫（H2O2）含量采用蘇州科銘生物技術(shù)有限公司生產(chǎn)的試劑盒測定（貨號分別為：SA-2-G和H2O2-2-Y）。

葉樣研磨使用北京旭鑫盛科儀器設(shè)備公司生產(chǎn)的ST-M 200組織研磨儀，生理指標(biāo)的測定用上海元析UV-5500 H型分光光度儀進(jìn)行測定。

此外，可塑性指數(shù)（plasticity index，PI）=（不同處理下某參數(shù)的最大值-最小值）/最大值[20]。

1.4 數(shù)據(jù)分析

試驗數(shù)據(jù)采用SPSS 23.0軟件進(jìn)行差異顯著性分析，用Excel 2010軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行制圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 干旱和復(fù)水對野生苦瓜幼苗生長的影響

從表1中可看出，干旱脅迫處理嚴(yán)重抑制了野生苦瓜植株正常生長，導(dǎo)致植株長勢變?nèi)?，新稍新葉抽發(fā)速度下降。野生苦瓜在干旱脅迫后的第8天植株下部葉片呈現(xiàn)邊緣變黃并下垂，隨著脅迫時間的延長，植株中部、上部葉片也出現(xiàn)下垂，并逐漸加劇;在干旱后第12 天，植株生長受到嚴(yán)重抑制，整株葉片呈現(xiàn)下垂，下部葉片變黃萎蔫;在干旱后第16天，植物停止生長，莖稈倒伏，上部葉片萎蔫，中下部葉片枯萎部分脫落，下部莖稈發(fā)干。在復(fù)水2d后，葉片萎蔫程度減弱，中上部葉片不再下垂，色澤正常;復(fù)水5d后，植株生長勢基本恢復(fù)，頂梢開始抽發(fā)。

2.2 干旱和復(fù)水對野生苦瓜幼苗葉綠素含量的影響

由圖1可知，野生苦瓜幼苗葉綠素a（Chla）與總?cè)~綠素（Chl（a+b））含量的變化趨勢基本一致，隨著干旱程度的加劇均呈上升—下降趨勢，隨著復(fù)水時間的延長，Chla、Chlb含量均呈上升趨勢，且在不同水分處理下的差異達(dá)到顯著水平。其中，Chla含量在D16時降至最低，復(fù)水后逐漸升高，而Chlb含量在受到干旱脅迫12 d時達(dá)到最大值，比CK顯著增加了51.4%， 在持續(xù)干旱16 d后進(jìn)行復(fù)水（R2、R5），其Chla和Chl（a+b）迅速回升，Chl（a+b）較復(fù)水前分別增長了21.5%和41.5%，復(fù)水5 d（R5）處理的Chla、Chlb和Chl（a+b）含量顯著高于對照水平。

2.3 干旱和復(fù)水對野生苦瓜幼苗相對電導(dǎo)率的影響

REC是衡量細(xì)胞質(zhì)膜是否受到傷害的指標(biāo)之一，通常情況下，當(dāng)細(xì)胞膜遭受某種傷害時，電解質(zhì)則大量涌向細(xì)胞外，導(dǎo)致REC激增。由圖2可以看出，干旱4 d（D4）處理的REC略低于對照但差異不顯著，隨著干旱處理時間的延長，REC呈上升趨勢，干旱處理與對照間差異不顯著，在干旱16 d時REC達(dá)最大，比對照顯著增加了1.3倍，連續(xù)干旱16 d后進(jìn)行復(fù)水，REC迅速下降，R2的REC比的D16顯著下降了48%，隨著復(fù)水次數(shù)的增加，REC逐漸降低，R2的REC含量接近對照水平，R5的REC低于R2和對照，R2、R5與對照間沒有顯著差異。

2.4 干旱和復(fù)水對野生苦瓜幼苗丙二醛含量的影響

MDA是脂膜過氧化物作用的最終產(chǎn)物，MDA的積累可能會對膜和細(xì)胞造成一定的傷害。由圖3可以看出，不同干旱脅迫及復(fù)水處理后，葉片內(nèi)MDA含量發(fā)生了不同的變化。在D4處理時，MDA含量與對照相比雖有所下降，但差異不明顯，野生苦瓜葉片MDA含量在D8處理時開始較對照組顯著增加，隨干旱脅迫時間的延長，丙二醛含量呈上升趨勢，D8、D12、D16分別較對照增加了26.58%、36.02%和59.53%，在D16處理時達(dá)最大值。復(fù)水2 d，葉片中MDA含量降至2.95 μmol·g-1，相比對照下降5.7%，復(fù)水5 d后葉片的MDA含量顯著高于對照，MDA含量在復(fù)水期間呈先降后升趨勢。

2.5 干旱和復(fù)水對野生苦瓜幼苗超氧陰離子含量的影響

由圖4可知，在干旱及復(fù)水處理下野生苦瓜葉片O2-·含量呈單峰曲線變化趨勢。在輕度干旱D4處理下，O2-·含量較對照顯著下降了21.05%;隨干旱脅迫程度加劇O2-·含量持續(xù)增加，在脅迫8～12 d內(nèi)O2-·含量保持在一個穩(wěn)定水平且顯著高于對照;在脅迫16 d，O2-·含量最大為405.78 nmol·g-1，是CK的2.04倍;復(fù)水期間，R2處理時O2-·含量急劇下降，且略低于對照，差異不明顯，R5處理時下降幅度雖小，O2-·含量雖降至較低水平卻與對照間不存在顯著差異，降幅為18.61%。這與REC的變化趨勢相似。

2.6 干旱和復(fù)水對野生苦瓜幼苗H2O2含量的影響

如圖5所示，野生苦瓜的H2O2含量隨脅迫時間的延長呈緩慢遞增趨勢。干旱脅迫12 d前，H2O2含量上升幅度不大，與對照沒有顯著差異，且D4和D8處理的H2O2低于對照;而在干旱脅迫12 d時，H2O2含量顯著高于對照，在D16處理條件下，H2O2含量達(dá)最大，比對照顯著增加23.31%。野生苦瓜葉片H2O2含量在復(fù)水后呈先降后升，與MDA、Chlb復(fù)水處理后的變化趨勢相似;R2和R5處理下H2O2含量與對照間差異顯著，其中R2大幅度下降，與D16相比降幅為50.16%，比對照顯著下降了31.93%，在復(fù)水5 d時其H2O2含量有所上升，比對照顯著增加了18.60%。

2.7 干旱和復(fù)水對野生苦瓜幼苗脯氨酸含量的影響

在正常環(huán)境條件下，植物體內(nèi)的Pro含量相對較低，但受到逆境脅迫后會急劇增加從而緩解膜質(zhì)過氧化對細(xì)胞膜造成的傷害。由圖6可知，不同干旱和復(fù)水處理下，Pro含量變化幅度不同，且達(dá)顯著水平。在干旱脅迫處理D4、D8和D12條件下野生苦瓜葉片中的Pro含量均顯著低于對照，其降幅分別為71.81%、35.89%和13.86%;隨著干旱時間的持續(xù)，Pro在植物體內(nèi)大幅度積累，D16時其含量顯著高于對照并達(dá)最大值，比對照增加了7.32倍;復(fù)水2 d（R2）后葉片Pro含量較復(fù)水前顯著下降，Pro含量略低于對照水平，差異不顯著，且隨著復(fù)水時間的延長，R5的Pro含量顯著上升高于對照。

2.8 干旱脅迫對野生苦瓜生理參數(shù)可塑性指數(shù)的影響

由表2可知，測定的生理指標(biāo)可塑性指數(shù)由大到小的順序為Pro> O2-·>REC> H2O2>MDA> Chla> Chlb> Chl（a+b），Pro的可塑性指數(shù)（PI）值最大為0.98，Chl（a+b）總含量的PI最小為0.29。所有生理指標(biāo)的可塑性指數(shù)的均值為0.56，Pro、O2-·和REC明顯大于均值，說明它們能較其他指標(biāo)更好反映野生苦瓜對干旱脅迫的響應(yīng)。

3 討論與結(jié)論

植物抗旱性強(qiáng)弱體現(xiàn)在干旱脅迫下的植株生長狀態(tài)和復(fù)水后的恢復(fù)能力。干旱脅迫會誘導(dǎo)O2-·和H2O2的產(chǎn)生，啟動膜質(zhì)過氧化反應(yīng)，造成膜脂過氧化產(chǎn)物（MDA）的積累，此時植物體內(nèi)積累大量Pro等滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)來緩解膜質(zhì)過氧化對細(xì)胞膜造成的傷害[20-21]。筆者發(fā)現(xiàn)，在持續(xù)干旱16 d后，野生苦瓜葉片呈現(xiàn)出植株倒伏，葉片萎蔫嚴(yán)重，中下部葉片枯萎，部分脫落，復(fù)水5d后，植株生長勢基本恢復(fù)。試驗結(jié)果表明，隨干旱處理時間的延長，野生苦瓜葉片葉綠素含量呈先升后降的趨勢，與王寧等[19]對節(jié)節(jié)麥的研究一致。從這些結(jié)果可推斷出干旱使土壤含水量大幅下降，葉片失水，嚴(yán)重制約野生苦瓜葉綠素的合成并導(dǎo)致葉綠素分解，復(fù)水后又迅速恢復(fù)，表明葉綠素的合成未受到根本性破壞，野生苦瓜可通過自身調(diào)節(jié)恢復(fù)。

植物在干旱脅迫下細(xì)胞膜質(zhì)過氧化產(chǎn)生O2-·和H2O2，而REC和MDA是評價膜質(zhì)過氧化的重要參數(shù)[22-23]。在本研究中，隨著干旱處理時間的增加，野生苦瓜葉片中REC、MDA、O2-·和H2O2含量一直呈逐漸上升趨勢，這與節(jié)節(jié)麥[19]、雅安紫云菜[22]和白三葉[24]等的研究結(jié)果一致。在脅迫8～12 d內(nèi)O2-·與MDA含量均保持在一個穩(wěn)定水平且顯著高于對照，在干旱脅迫12 d前，H2O2含量上升幅度不大，與對照沒有顯著差異，在D16處理時，電導(dǎo)率、MDA、O2-·和H2O2含量皆達(dá)最大值，表明此時野生苦瓜的細(xì)胞膜損害程度嚴(yán)重。復(fù)水后各指標(biāo)又大幅度下降，R2與R5的REC呈下降趨勢，這與O2-·的變化趨勢相似，R5時REC和O2-·略低于對照水平且差異不顯著，復(fù)水期間，隨復(fù)水時間的延長，MDA與H2O2含量變化總體趨勢相似，呈明顯先降后升現(xiàn)象，由此可見，通過自身的調(diào)節(jié)機(jī)制，野生苦瓜對干旱脅迫造成的膜系統(tǒng)損傷進(jìn)行了積極地修復(fù)。這也可能是野生苦瓜對干旱脅迫的重要適應(yīng)機(jī)制。

Pro作為滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)對維持膜的完整性及提高植株的抗逆性具有重要意義[25]，Pro可以維持細(xì)胞的滲透壓來抵抗干旱脅迫帶來的傷害[26]。在本研究中，干旱脅迫造成Pro含量持續(xù)增加，在處理12 d后大幅增加，D16處理時達(dá)最高值，比對照增加了7.32倍，由此表明野生苦瓜幼苗通過Pro含量的增加來降低細(xì)胞滲透勢，保障其體內(nèi)正常的代謝活動，從而抵御干旱脅迫，復(fù)水2 d后Pro含量較復(fù)水前顯著下降，略低于對照，但差異不顯著，隨著復(fù)水時間的延長，R5的Pro含量顯著上升，這可能是干旱脅迫致使野生苦瓜滲透調(diào)節(jié)能力增強(qiáng)所致。

綜上所述，野生苦瓜在干旱脅迫下，膜質(zhì)過氧化產(chǎn)物和滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)均隨脅迫程度加強(qiáng)而增加，其中Pro增幅較大;經(jīng)復(fù)水處理后，野生苦瓜幼苗的植株長勢、Chl含量、REC、MDA、O2-·、H2O2和Pro含量均得到了一定程度的恢復(fù)。在干旱脅迫16 d時植株莖稈倒伏，中下部葉片枯萎部分脫落呈現(xiàn)極度萎蔫，但是復(fù)水2 d后中上部葉片不再下垂，生長勢得以恢復(fù)，復(fù)水5 d后頂梢開始抽發(fā)，恢復(fù)正常生長能力。因此野生苦瓜具有一定的耐旱能力及復(fù)水后迅速恢復(fù)生長的能力。

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