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      外源脫落酸對茶樹生理指標(biāo)的影響

      2020-07-20 03:26:38周琳申加枝段玉
      江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué) 2020年12期
      關(guān)鍵詞:生理生化指標(biāo)抗氧化酶脫落酸

      周琳 申加枝 段玉

      摘要:以二年生龍井43茶苗為材料,研究不同濃度外源脫落酸(ABA)對茶樹生理指標(biāo)的影響。結(jié)果表明,不同濃度外源ABA均可顯著提高茶苗葉片中可溶性蛋白、可溶性糖、游離脯氨酸含量,顯著增強超氧化物歧化酶(SOD)、過氧化氫酶(CAT)和過氧化物酶(POD)的活性;但也提高了葉片中丙二醛(MDA)和ABA的含量。對照組在48 h內(nèi),可溶性物質(zhì)含量、抗氧化酶活性、MDA和ABA含量略有波動;在不同濃度外源ABA處理下,低濃度(10、20、50 mg/L)ABA處理可在48 h時內(nèi)提高可溶性物質(zhì)含量及抗氧化酶,高濃度(100、200 mg/L)的ABA可導(dǎo)致葉片中MDA的大量積累,并導(dǎo)致內(nèi)源ABA含量的顯著增加,可能是由于高濃度ABA對茶苗造成脅迫傷害,進而引發(fā)可溶性物質(zhì)的大量積累和抗氧化酶活性的增強。結(jié)合各項指標(biāo),施加低濃度的ABA可提高滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量以及抗氧化酶活力,從而提高植物抗逆性;而高濃度的ABA,則可能會對茶苗造成一定的脅迫傷害。因此,在冬季或初春時,適當(dāng)施用低濃度的ABA可在一定程度上提高茶苗的抗逆性,增加新植茶園茶苗的成活率。

      關(guān)鍵詞:茶樹;脫落酸;葉片;生理生化指標(biāo);可溶性物質(zhì);抗氧化酶;抗逆性

      脫落酸(ABA)是廣泛存在于植物體不同組織中且具有多種功能的激素[1],在種子休眠、生長發(fā)育、生物和非生物脅迫響應(yīng)等方面均起著重要作用[2-3]。近幾十年來,ABA在低溫、干旱、鹽堿、重金屬等非生物脅迫中的作用備受關(guān)注,其作用機制和信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑現(xiàn)已有深入的研究[4-6]。逆境脅迫下,植物內(nèi)源ABA積累以緩解逆境脅迫對植物的傷害,并提高植物的抗逆性[7]。施加外源ABA可提高植物抗寒性、抗旱性、耐鹽性等非生物脅迫抗性,近年來,已在多種植物中先后被證實。例如,外源ABA處理可提高玉米[8]、辣椒[9]、小麥[10]、番茄[11]等植物的抗寒性;可提高大豆[12]、玉米[13]、美國紅楓[14]等的抗旱性;此外,還可提高菜豆[15]、灰氈毛忍冬[16]、玉米[17]等的耐鹽性。黨秋玲等的研究結(jié)果表明,0.01%~0.06%的ABA浸種可提高番茄幼苗內(nèi)容物含量,增強幼苗抗寒性[11];杜鵑花和山茶花的最適ABA處理濃度均為 10 mg/L[18-19];番木瓜的最佳ABA處理濃度則為5 mg/L[20],可見不同物種的最適ABA處理濃度存在一定差異。不同品種間最適ABA處理濃度也不同,孫慶玲等對狗牙根的研究發(fā)現(xiàn),抗寒性強品種的最適ABA處理濃度為15 mg/L,而寒敏感品種則為5 mg/L[21]。

      茶樹[Camellia Sinensis (L.) O. Kuntze.]為山茶科山茶屬多年生常綠木本植物,是我國的重要經(jīng)濟作物,喜溫暖濕潤氣候。全球氣候的變化導(dǎo)致極端氣候(低溫、干旱、高溫等)頻發(fā),春季的“倒春寒”、夏季的高溫以及秋季的干旱嚴(yán)重影響了茶樹生長,并降低了茶葉的產(chǎn)量和品質(zhì),最終嚴(yán)重影響茶農(nóng)和企業(yè)的效益,制約茶葉產(chǎn)業(yè)的穩(wěn)步發(fā)展[22-23]。因此,通過施加外源ABA來預(yù)防低溫、高溫和干旱脅迫對茶園茶苗成活率、茶樹發(fā)芽和茶葉產(chǎn)量、品質(zhì)的危害,對茶產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有極其重要的意義。前期研究已證實,外源ABA可提高茶樹的抗寒性[24]和抗旱性[25],例如張麗等以舒茶早1年生離體的枝條為材料,比較了5組不同濃度的ABA對低溫脅迫下茶樹葉片可溶性物質(zhì)含量的影響[26]。但尚未見不同濃度ABA對茶樹完整植株的生理生化尤其是內(nèi)源激素含量變化影響的報道。龍井43為江浙地區(qū)優(yōu)質(zhì)茶樹品種,近年來其無性系被大量用于替換老茶樹;然而,江浙地區(qū)的“倒春寒”使新植茶園幼齡茶樹長勢欠佳,嚴(yán)重時甚至導(dǎo)致新植菜苗大量死亡。研究不同濃度的外源ABA對茶樹生理生化指標(biāo)的影響,可篩選出適宜的外源ABA施用濃度,有利于預(yù)防春季凍害對新建茶園的影響,避免過量施用導(dǎo)致生產(chǎn)成本增加,甚至影響茶樹生長。因此,本試驗以龍井43為材料,研究不同濃度外源ABA對茶樹可溶性物質(zhì)含量、抗氧化酶活性和激素含量的影響,為篩選最適外源ABA施用濃度奠定基礎(chǔ)。

      1 材料與方法

      1.1 材料

      試驗于2014年4月在南京農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院茶葉研究所進行。以南京雅潤茶業(yè)有限公司扦插繁育的二年生龍井43茶苗為試驗材料,栽培方法參照李磊等的茶苗水培方法[24]。茶苗培養(yǎng)于南京農(nóng)業(yè)大學(xué)茶葉研究所人工氣候箱中,光照度為 120 μmol/(m2·s)、光照時間為12 h/d,晝/夜溫度為(25±2) ℃/(20±2) ℃,相對濕度為75%。

      1.2 處理方法

      試驗設(shè)6組處理,分別為蒸餾水處理(對照)和5種不同濃度(10、20、50、100、200 mg/L)外源ABA處理,每組處理均設(shè)6個重復(fù)。對茶苗整株噴施蒸餾水和外源ABA,直至葉片完全濕潤。在處理的0、4、8、12、24、48 h時,采集茶苗頂部從上往下數(shù)第 2~4 張葉片,稱質(zhì)量后用液氮進行速凍,然后在 -80 ℃ 下凍存,用于后續(xù)生理生化指標(biāo)測定。

      1.3 測定指標(biāo)及測定方法

      可溶性蛋白含量的測定參考Bradford的考馬斯亮藍法[27];可溶性糖含量的測定參考Yemm等的蒽酮比色法[28];丙二醛(MDA)含量的測定參考李合生的硫代巴比妥酸法[29];游離脯氨酸(Pro)含量的測定參考李合生的酸性茚三酮顯色法[29];超氧化物歧化酶(SOD)活性的測定參考Giannopolitis等的氮藍四唑(NBT)法[30];過氧化氫酶(CAT)活性的測定參考Aebi的紫外吸收法[31];參考Bergmeyer的愈創(chuàng)木酚法[32]測定過氧化物酶(POD)活性;采用酶聯(lián)免疫吸附分析法(ELISA)[33]測定葉片中脫落酸含量。

      1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

      試驗數(shù)據(jù)采用Excel 2010與SPSS 22.0統(tǒng)計軟件進行處理和分析,差異顯著性分析采用Duncan's新復(fù)極差法。

      2 結(jié)果與分析

      2.1 不同濃度ABA對茶樹葉片可溶性物質(zhì)含量的影響

      2.1.1 可溶性蛋白含量變化 由表1可知,對照處理中茶樹可溶性蛋白含量在15.60~16.17 μg/g之間波動,不同時間點差異并不顯著。施加外源ABA后,葉片中可溶性蛋白含量明顯增加,且其含量始終高于同時期的對照。10、20 mg/L ABA處理下的可溶性蛋白含量在處理12 h時分別增加至20.50、23.14 μg/g,為初始濃度的1.25、1.42倍,48 h時含量分別達到初始濃度的1.41、1.51 倍;50 mg/L ABA處理下,可溶性蛋白含量在處理4~24 h 期間與20 mg/L ABA處理較為接近,但在處理48 h時濃度增加并顯著高于 20 mg/L ABA處理,達到初始濃度的1.62倍;100、200 mg/L ABA處理下,處理12 h時可溶性蛋白含量分別達到25.40、26.72 μg/g,為初始濃度的1.57、1.65 倍,處理48 h時分別為初始濃度的1.66、1.96倍。

      2.1.2 可溶性糖含量變化 由表2可知,對照組可溶性糖含量在處理 0~48 h 內(nèi)變化不顯著,范圍為10.23%~11.07%。施加外源ABA后,可溶性糖含量變化與可溶性蛋白相似,即隨著施加濃度的增加總體增加。不同濃度ABA處理下,在處理4~48 h內(nèi)可溶性糖含量極顯著增加,處理12 h時分別是初始濃度的1.33、1.32、1.33、2.00、2.24倍,處理48 h時分別為初始濃度的1.52、1.52、1.58、2.23、2.62倍。10、20、50 mg/L ABA處理下,同期可溶性糖含量較接近;而100、200 mg/L ABA處理下,4~48 h內(nèi)可溶性糖含量顯著高于同時期對照組及10、20、50 mg/L ABA處理。

      2.1.3 游離脯氨酸含量變化 由表3可知,對照處理的游離脯氨酸含量為9.58~11.11 μg/g,在處理0~48 h期間變化不顯著,且在處理4~48 h內(nèi)顯著低于施加外源ABA處理。施加不同濃度外源ABA后,各處理的游離脯氨酸含量在處理0~48 h均極顯著增加。10、20、50 mg/L ABA處理下,處理12 h時的游離脯氨酸含量分別為初始濃度的1.40、1.67、1.74倍,處理48 h時分別為初始濃度的 1.72、2.26、2.34倍;100、200 mg/L ABA處理下,處理12 h時游離脯氨酸含量分別為初始濃度的1.74、1.99倍,處理48 h時則為初始濃度的2.92、3.89倍。

      2.1.4 丙二醛含量變化 由表4可知,對照組的丙二醛含量為0.44~0.59 nmol/g。施加10 mg/L ABA時,處理48 h后丙二醛含量由初始的 0.44 nmol/g 增加至0.88 nmol/g,為初始濃度的2倍;施加20、50、100、200 mg/L ABA時,丙二醛含量在處理0~24 h期間,隨著時間延長而增加,均在處理24 h時達到最高值,隨后在處理48 h時有所下降。10、20、50 mg/L ABA處理下,丙二醛含量在處理 48 h 時均下降至 1.00 nmol/g 左右;然而,高濃度(100、200 mg/L)的ABA處理下,處理24 h時丙二醛含量分別是初始值的 4.81、7.50倍,即使在處理48 h時有所下降,但含量分別為1.90、3.12 nmol/g,仍是初始值的 3.96、6.78倍。雖然高濃度ABA可顯著提高葉片中可溶性糖、可溶性蛋白和游離脯氨酸的含量,但同時也導(dǎo)致丙二醛含量較高,可能導(dǎo)致過量施用后對茶樹造成脅迫傷害。

      2.2 不同濃度ABA對茶樹葉片抗氧化酶活性的影響

      表5、表6、表7分別為不同濃度ABA對茶樹SOD、CAT、POD活性的影響。對照組的SOD、CAT、POD活性在處理48 h內(nèi)變化不顯著。經(jīng)外源ABA處理后,茶樹葉片中SOD活性在處理0~12 h內(nèi)極顯著增強,12~48 h內(nèi)極顯著下降。10 mg/L ABA處理下,SOD活性在處理12 h時達到111.36 U/g,48 h時下降至84.91 U/g。20、50、100、200 mg/L ABA處理下,在處理12 h時SOD活力分別為125.02、157.17、158.66、167.98 U/g,48 h時分別下降至100.33、107.00、113.64、125.46 U/g,但仍極顯著高于初始活力。茶樹葉片中CAT活力變化趨勢與SOD類似,除了對照外,其他處理的CAT活力均在0~12 h內(nèi)增強,12~48 h內(nèi)下降,且處理48 h時CAT活力仍高于初始活力。高濃度(100、200 mg/L)ABA處理下,茶樹葉片CAT活力顯著增強,但隨著時間延長(24~48 h),200 mg/L ABA處理下的CAT活力略高于100 mg/L ABA處理。除了對照與 200 mg/L ABA處理外,經(jīng)外源ABA處理后,茶樹葉片中POD活性總體在處理0~24 h內(nèi)增強,24~48 h 內(nèi)下降,處理48 h時仍保持較高活力。200 mg/L ABA處理下,茶樹葉片POD活性在處理 0~12 h 內(nèi)增強,12~48 h內(nèi)先下降再增強。由表5、表6和表7可知,外源ABA基本在處理12 h內(nèi)顯著提高了茶樹葉片中抗氧化酶活力,雖然在處理 12~48 h內(nèi)有所波動,但在處理48 h時仍能保持較高活力,對于提高茶樹抗逆性具有重要意義。

      2.3 不同濃度外源ABA對茶樹葉片ABA含量的影響

      由表8可知,未施加外源ABA時,茶樹葉片中ABA含量為55.72~62.71 ng/g,其中,在處理4 h時最高,為62.71 ng/g;在處理12 h時最低,為55.72 ng/g。噴施不同濃度ABA后,葉片中ABA含量在0~48 h內(nèi)均顯著增加,并在48 h時達到最大值;在處理12 h時,各處理(對照除外)ABA濃度分別為初始濃度的1.25、1.27、1.63、1.75、1.98倍,而 48 h 時則為初始濃度的1.35、1.42、1.73、1.81、2.17倍。由此可見,施加外源ABA可在12 h內(nèi)顯著增加茶樹葉片中ABA含量,并且可使其在48 h 時仍保持在較高濃度,從而提高茶樹的抗逆性。

      3 討論

      3.1 外源ABA對茶樹可溶性物質(zhì)含量和抗氧化酶活力的影響

      以往的研究結(jié)果表明,施加外源ABA可提高植物中可溶性糖、可溶性蛋白、游離脯氨酸等滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的含量,從而增強植物的抗寒性,并逐漸適應(yīng)低溫環(huán)境[9,18-20]。本試驗中,常溫下,施加不同濃度的外源ABA均能使茶樹葉片中可溶性蛋白、可溶性糖和游離脯氨酸的含量明顯增加;基本在處理4 h時含量顯著增加,且隨著施用時間和濃度的增加而增加,可見外源ABA可在短時間內(nèi)提高茶苗中滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量,且使其在處理48 h后仍維持較高濃度,進而提高茶樹的抗性。

      丙二醛作為膜脂過氧化作用的最終分解產(chǎn)物,在植物衰老和逆境脅迫下會大量積累,其含量的高低可反映植物受傷害的程度。在冬小麥、山茶花、玉米等的研究[10,19,34]中,外源ABA可降低植物中MDA的積累量,從而減輕低溫脅迫對細(xì)胞膜的破壞作用。本試驗中,不同濃度的ABA處理0~24 h內(nèi),茶樹葉片中MDA含量均有所升高。10、20、50 mg/L ABA處理下,MDA含量雖然明顯增加,但其最終含量保持在1.0 nmol/g左右;然而,高濃度(100、200 mg/L)的ABA處理下,MDA含量在處理期間極顯著增加,且在處理48 h時含量為初始值的3倍左右。不同濃度外源ABA處理下,茶樹葉片MDA含量可顯著增加,可能由于試驗使用了2年生的茶苗,對外源ABA處理較為敏感。

      以往研究表明,外源施加ABA后,抗氧化酶活力呈先上升后下降的趨勢[20,25]。經(jīng)外源ABA處理后,茶苗葉片中SOD、CAT活力基本表現(xiàn)為0~12 h內(nèi)增強,12~48 h內(nèi)下降;POD活力為0~24 h內(nèi)增強,24~48 h內(nèi)下降;但SOD、CAT、POD的活力在48 h時總體仍高于初始活力??梢娡庠碅BA可提高茶苗抗氧化酶活性并使其在一定時期內(nèi)保持較高活性,進而引起相應(yīng)的抗性反應(yīng),從而增強茶苗抗逆性。

      結(jié)合以上數(shù)據(jù),可見低濃度(10、20、50 mg/L)ABA處理有利于滲透物質(zhì)的積累和抗氧化酶活力的提高,從而可提高茶苗抗逆性;而高濃度(100、200 mg/L)ABA處理下滲透物質(zhì)雖然大量積累,但其MDA含量和抗氧化酶活力均較高,可能大量施加外源ABA已對茶苗造成一定脅迫。

      3.2 外源ABA對茶樹ABA含量的影響

      除了關(guān)注外源ABA對滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量和抗氧化酶活力的影響外,相較于其他研究,本試驗檢測了不同濃度的外源ABA施用對茶苗葉片中內(nèi)源ABA濃度的影響。結(jié)果表明,施加外源ABA促進了內(nèi)源ABA的積累,這也可能是可溶性糖、可溶性蛋白和游離脯氨酸積累以及抗氧化酶活力提高的原因。同時,研究發(fā)現(xiàn),施用高濃度(100、200 mg/L)的ABA導(dǎo)致葉片中ABA含量極顯著增加,甚至增長近1倍。黃丹娟等研究發(fā)現(xiàn),葉片成熟度越高,其ABA含量越低,老葉中積累水楊酸(SA),嫩葉中積累脫落酸,葉片通過合成代謝平衡控制ABA含量和SA含量,以響應(yīng)逆境脅迫[35]。在本試驗中,采樣部位為嫩葉,外源ABA促進了其內(nèi)源ABA的積累,并伴隨著可溶性物質(zhì)含量增加和抗氧化酶活力的增強,可見外源ABA可通過增加內(nèi)源ABA含量增強茶樹的抗逆性。值得關(guān)注的是,黃丹娟等在茶樹抗逆性評價研究中發(fā)現(xiàn),ABA含量與大多數(shù)生理指標(biāo)變化趨勢相反[35],而本試驗中外源ABA施用導(dǎo)致內(nèi)源ABA的增加,并伴隨著可溶性物質(zhì)含量增加和抗氧化酶活力的增強,有可能是由于過高濃度的ABA對于茶苗嫩葉造成一定脅迫,最終引起游離脯氨酸、MDA等的大量積累以及抗氧化酶活力的顯著增強。

      以往的研究結(jié)果表明,抗性越強的品種對外源ABA敏感性越差,例如孫慶玲等發(fā)現(xiàn),抗寒性強的狗牙根最適ABA處理濃度高于寒敏感品種[21]。然而,梁新華等以抗旱耐瘠品種——紅芒麥為研究材料時發(fā)現(xiàn),該品種在試驗中并未表現(xiàn)出對外源ABA不敏感性最大[36]。因此,施加外源ABA后,不同抗性茶樹品種中生理生化指標(biāo)的變化、抗性強弱與ABA敏感性的相關(guān)性均有待進一步的深入研究。

      4 結(jié)論

      綜上,施加外源ABA在48 h內(nèi)可提高茶苗葉片中可溶性糖、可溶性蛋白和游離脯氨酸的含量,并且提高SOD、CAT、POD的活性。低濃度(10、20、50 mg/L)的ABA在促進可溶性物質(zhì)積累和提高抗氧化酶活力時,可增強茶苗抗逆性,但也會導(dǎo)致MDA的少量積累;而高濃度的ABA則會引起MDA的大量積累,可能會對茶苗造成脅迫傷害,繼而引發(fā)可溶性物質(zhì)的大量積累和抗氧化酶活力的顯著增強。本試驗比較了不同濃度外源ABA對常溫下龍井43茶苗的影響,篩選出的ABA施用濃度,可以避免低濃度ABA不能顯著提高抗逆性,同時避免過高濃度ABA抑制生長的情況,對新植茶園利用外源ABA提高茶苗抗寒性以及安全越冬具有重要意義。

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