外源ABA對(duì)水分脅迫條件下甘薯幼苗生理特性的影響

李浩，解備濤，馮向陽，汪寶卿，董順旭，段文學(xué)，張海燕，張立明

（1.青島農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，山東 青島 266109；2.山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物研究所/農(nóng)業(yè)農(nóng)村部黃淮海薯類科學(xué)觀測(cè)實(shí)驗(yàn)站/特色作物山東省工程實(shí)驗(yàn)室，山東 濟(jì)南 250100；3.昌樂縣農(nóng)業(yè)農(nóng)村局，山東 昌樂 262400；4.山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院，山東 濟(jì)南 250100）

甘薯是我國(guó)僅次于水稻、小麥和玉米的第四大糧食作物，因其適應(yīng)性廣、耐貧瘠等特性，多種植在水分等條件惡劣地區(qū)［1］。近年來，極端天氣頻繁發(fā)生，干旱問題不斷，其潛在的生產(chǎn)能力因水分供應(yīng)不足而不能正常發(fā)揮，產(chǎn)量下降。在干旱及半干旱貧瘠地區(qū)種植甘薯是增加糧食產(chǎn)量的一種有效可行方式。甘薯雖耐旱，但在土壤水分不足情況也會(huì)受到干旱脅迫的影響，導(dǎo)致產(chǎn)量下降。

我國(guó)北方甘薯種植區(qū)干旱多發(fā)生在4月中下旬至7月上旬［2］，影響甘薯田間栽培和根系生長(zhǎng)，尤以苗期最為嚴(yán)重，成為甘薯幼苗生長(zhǎng)的主要限制因素。研究表明，干旱條件下，甘薯幼苗成活率下降，地上部生長(zhǎng)明顯減慢，而且干旱持續(xù)時(shí)間愈長(zhǎng)，其受傷害程度越大［3］。

目前甘薯的抗旱研究多集中于覆蓋地膜、干旱脅迫后供水和施氮施鉀肥等栽培方法［4-6］；干旱脅迫下噴施生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑可緩解干旱脅迫的影響［7］，其中外源ABA可顯著降低干旱脅迫條件下甘薯減產(chǎn)的幅度［8］。植物響應(yīng)水分脅迫的一種重要調(diào)節(jié)因子是植物激素脫落酸ABA，在干旱、鹽漬以及低溫條件下，植物細(xì)胞內(nèi)ABA積累［9］。ABA作為一種脅迫信號(hào)，在調(diào)節(jié)植物的水分平衡以及誘導(dǎo)脅迫的耐性方面起著重要作用［10］。目前，關(guān)于ABA提高植物抗旱性的研究在小麥、玉米、大豆等作物［11-13］中已有相關(guān)報(bào)道。甘薯作為干旱地區(qū)的主栽作物，有關(guān)干旱脅迫對(duì)甘薯生理特性、產(chǎn)量影響的研究較多，而干旱脅迫下噴施外源激素對(duì)其影響的研究報(bào)道較少。因此篩選ABA最佳施用濃度對(duì)其在甘薯生產(chǎn)上的推廣應(yīng)用具有重要意義。本研究以濟(jì)薯21和濟(jì)紫薯1號(hào)為試驗(yàn)材料，研究甘薯幼苗在水分脅迫條件下，不同濃度外源ABA處理對(duì)其生理特性的影響，以探討外源ABA對(duì)水分脅迫下甘薯幼苗生長(zhǎng)的緩解機(jī)制，篩選最佳的施用濃度，為干旱地區(qū)甘薯的抗旱栽培提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料與設(shè)計(jì)

供試品種為抗旱品種濟(jì)薯21（國(guó)品鑒甘薯2007001；JS21）和不抗旱品種濟(jì)紫薯1號(hào)（國(guó)品鑒甘薯2015009；JZ1）。試驗(yàn)在山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物研究所人工氣候室內(nèi)進(jìn)行。大田中剪取已萌發(fā)至株高約20 cm的幼苗移入1/2 Hoagland培養(yǎng)液中，光照下23～30℃培養(yǎng)10 d后，葉面分別噴清水和不同濃度的ABA溶液，3 d后將長(zhǎng)出大量根系的培養(yǎng)苗轉(zhuǎn)入5%、10%、15%、20%濃度聚乙二醇（PEG-6000）的1/2 Hoagland培養(yǎng)液中進(jìn)行根際脅迫處理，時(shí)間間隔3 d，脅迫時(shí)間共12 d（表1）。

1.2 測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.2.1 取樣方法 分別于培養(yǎng)10 d、葉面噴施ABA 3 d、干旱脅迫12 d，選取代表性植株5株，取主莖第4片展開葉，用于測(cè)定功能葉相對(duì)含水量、相對(duì)電導(dǎo)率和葉綠素含量；部分樣品錫箔紙包裝，編號(hào)后放置液氮中，用于葉片MDA含量測(cè)定。取纖維根根尖處5 cm用于根系活力和MDA含量的測(cè)定。

表1 溶液培養(yǎng)與根際脅迫處理設(shè)計(jì)

1.2.2 功能葉相對(duì)含水量測(cè)定 采用稱重法［16］測(cè)定。分別稱取鮮重（Wf）、飽和重（Wt）和干重（Wd）。葉片相對(duì)含水量（LWC，%）=（Wf-Wd）/（Wt-Wd）×100。

1.2.3 功能葉相對(duì)電導(dǎo)率測(cè)定 采用Lutts等［17］的方法。稱取樣品0.1 g，蒸餾水洗凈表面2～3次后置于25 mL蒸餾水的燒杯中浸泡24 h，測(cè)定電導(dǎo)率（L1）；放置燒杯沸水浴30 min，冷卻后補(bǔ)充蒸餾水到原位置，測(cè)定電導(dǎo)率（L2）。相對(duì)電導(dǎo)率（%）=L1/L2×100。

1.2.4 功能葉葉綠素含量測(cè)定 參考李合生［18］的方法。稱取樣品0.1 g，充分研磨后裝入試管，加95%乙醇15 mL，封口，閉光保存48 h，中間振蕩數(shù)次，以95%乙醇為空白，在波長(zhǎng)665、649 nm下測(cè)定光密度。Ca=13.95D665-6.88D649；Cb=24.96D649-7.32D665，其中，D665和D649為葉綠素溶液在波長(zhǎng)665 nm和649 nm處的吸光度，Ca、Cb分別為葉綠素a和b的濃度。葉綠素含量（mg/gFW）=葉綠素濃度 （mg/L）×提取液體積（L）/樣品鮮重（g）。

1.2.5 根系活力測(cè)定 采用TTC還原法測(cè)定。

1.2.6 MDA含量測(cè)定 采用硫代巴比妥酸比色法。稱取樣品0.2 g，加入10%三氯乙酸5 mL迅速研成勻漿，于12 000×g離心10 min，取上清液2 mL，加入0.6%硫代巴比妥酸2 mL，于沸水浴中反應(yīng)15 min，冰水浴中迅速冷卻后，分別在600、532 nm 和450 nm 波 長(zhǎng) 下 比 色。MDA 含 量（μmol/gFW）=［6.45×（D532-D600）-0.56×D450］×（酶液體積）/樣品重。

1.3 數(shù)據(jù)分析

用DPS v8.01軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，用Microsoft Excel 2007制圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 外源ABA對(duì)水分脅迫條件下甘薯功能葉生理特性的影響

2.1.1 功能葉相對(duì)電導(dǎo)率 隨著水分脅迫的加劇，甘薯葉片的相對(duì)電導(dǎo)率逐漸升高，ABA處理的甘薯葉片相對(duì)電導(dǎo)率均比PEG+清水處理低。脅迫12 d后，耐旱品種濟(jì)薯21和不耐旱品種濟(jì)紫薯1號(hào)的150μmol/L ABA處理的葉片相對(duì)電導(dǎo)率均高于CK，但都低于其它處理。說明葉片噴施ABA可有效緩解水分脅迫對(duì)甘薯細(xì)胞膜系統(tǒng)的損傷，降低細(xì)胞膜的破裂，減少胞質(zhì)的胞液外滲，150μmol/L是最有效濃度（圖1）。

圖1 水分脅迫下外源ABA對(duì)葉片相對(duì)電導(dǎo)率的影響

2.1.2 功能葉MDA含量 圖2可見，水分脅迫使葉片MDA含量上升，噴施ABA處理的MDA含量隨著ABA濃度的增加呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，其中以150μmol/L處理的MDA值最低?？购灯贩NJS21和不抗旱品種JZ1均表現(xiàn)出同樣趨勢(shì)，JZ1噴施不同濃度ABA處理的變化幅度要高于JS21。說明葉片噴施外源ABA可以有效降低水分脅迫導(dǎo)致的MDA升高，降低膜脂過氧化作用，以150 μmol/L ABA處理最有效。

2.1.3 功能葉相對(duì)含水量 圖3可見，隨著水分脅迫的加劇，甘薯葉片的相對(duì)含水量逐漸降低。ABA各濃度處理中以150μmol/L處理的葉片相對(duì)含水量最高。脅迫12 d后，耐旱品種濟(jì)薯21、不耐旱品種濟(jì)紫薯1號(hào)的150μmol/L ABA處理的葉片相對(duì)含水量均低于CK，但都高于其它處理。說明葉片噴施ABA可有效緩解水分脅迫對(duì)甘薯幼苗生長(zhǎng)的抑制作用，150μmol/L濃度效果最好。

圖2 水分脅迫下外源ABA對(duì)葉片MDA含量的影響

圖3 水分脅迫下外源ABA對(duì)葉片相對(duì)含水量的影響

2.1.4 功能葉片葉綠素含量 隨著水分脅迫的加劇，甘薯葉片葉綠素含量下降，ABA處理后的葉綠素含量高于脅迫后噴施清水處理。各濃度處理中，耐旱品種濟(jì)薯21和不耐旱品種濟(jì)紫薯1號(hào)存在差異，但均以150μmol/L ABA處理的葉片葉綠素含量最高（圖4）。說明葉片噴施ABA可有效緩解水分脅迫條件下葉綠素的降解，150 μmol/L是最有效濃度。

圖4 水分脅迫下外源ABA對(duì)葉綠素含量的影響

2.2 外源ABA對(duì)水分脅迫條件下甘薯根系生理特性的影響

2.2.1 對(duì)根系活力的影響 圖5可見，水分脅迫12 d后甘薯根系活力低于CK，而噴施ABA可有效緩解水分脅迫對(duì)根系的損傷，表現(xiàn)為ABA處理的根系活力均高于PEG+清水處理，說明水分脅迫下噴施外源ABA能夠提高甘薯幼苗的根系活力且ABA濃度為150μmol/L效果最佳。

圖5 水分脅迫下外源ABA對(duì)根系活力的影響

2.2.2 對(duì)根MDA含量的影響 由圖6可以看出，水分脅迫使根的MDA含量上升，噴施ABA處理的MDA含量隨濃度增加呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，其中以150μmol/L處理的MDA值最低?？购灯贩NJS21和不抗旱品種JZ1均表現(xiàn)出相同趨勢(shì)，JZ1不同濃度ABA處理的變化幅度要高于JS21。說明噴施外源ABA可以有效降低水分脅迫導(dǎo)致的MDA升高，降低膜脂過氧化作用，以150μmol/L ABA處理效果最好。

圖6 水分脅迫下外源ABA對(duì)根MDA含量的影響

3 討論與結(jié)論

ABA是一種重要的植物激素，受到生物脅迫和非生物脅迫的調(diào)控，在植物對(duì)脅迫耐受性和抗性中發(fā)揮著重要作用［19］。ABA的重要生理功能就是促進(jìn)離子流出保衛(wèi)細(xì)胞和降低保衛(wèi)細(xì)胞膨壓，誘導(dǎo)氣孔關(guān)閉，從而降低水分損耗，增加植株在干旱條件下的保水能力［20］。植物在遭遇干旱脅迫時(shí)，葉綠體膨脹，排列紊亂，基質(zhì)片層模糊，基粒間連接松弛，類囊體層腫脹或解體，葉綠素含量下降［21］。干旱脅迫下根系吸收的水分不足，根系生長(zhǎng)緩慢繼而改變植株生長(zhǎng)發(fā)育進(jìn)程，并且隨著生育進(jìn)程的推進(jìn)，根系活力呈下降趨勢(shì)［22-24］。干旱脅迫下活性氧的動(dòng)態(tài)平衡遭到破壞，質(zhì)膜發(fā)生過氧化，導(dǎo)致丙二醛（MDA）含量和相對(duì)電導(dǎo)率升高［25］；膜質(zhì)的過氧化會(huì)導(dǎo)致膜系統(tǒng)的破壞，對(duì)細(xì)胞組分和結(jié)構(gòu)造成氧化損傷［26］；細(xì)胞膜容易破裂，膜蛋白受傷害因而使胞質(zhì)的胞液外滲而使相對(duì)電導(dǎo)率增大［27］。

郭貴華等［28］研究發(fā)現(xiàn)，干旱脅迫可以誘導(dǎo)葉片中ABA含量升高，這使葉片氣孔開度受抑、蒸騰作用下降，從而減少水分消耗，提高植物的保水能力。孫哲等［14］研究發(fā)現(xiàn)，外施ABA能使可溶性糖和脯氨酸等滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量上升，活性氧代謝能力和根系吸水能力增強(qiáng)，從而提高凈光合效率；外施ABA能增強(qiáng)甘薯的抗氧化防護(hù)系統(tǒng)，提高甘薯抗旱性。解備濤等［29］發(fā)現(xiàn)，干旱脅迫下噴施外源激素還能提高甘薯移栽成活率、須根數(shù)目、生物量和抗氧化酶活性。本研究認(rèn)為，施加外源ABA對(duì)增強(qiáng)甘薯幼苗抗旱性有明顯作用?？购灯贩N濟(jì)薯21和不抗旱品種濟(jì)紫薯1號(hào)在水分脅迫條件下施加外源ABA均表現(xiàn)為：葉綠素含量和葉片相對(duì)含水量增加，根系活力增強(qiáng)，MDA和葉片相對(duì)電導(dǎo)率降低，二者表現(xiàn)趨勢(shì)一致，且JZ1表現(xiàn)更敏感，這說明外源ABA對(duì)提高植物抗旱性作用明顯。

阮英慧等［30］在大豆研究中發(fā)現(xiàn)，不同濃度ABA在不同方面的作用效果不同，可能由于大豆花期對(duì)不同濃度的激素較敏感。楊波等［31］研究發(fā)現(xiàn)，葉片噴施外源激素2，4-D、6-BA、IBA可減輕干旱脅迫對(duì)煙草幼苗的傷害，并且不同濃度的同種激素對(duì)提高煙草幼苗的抗逆性有差異，說明可能存在某一最適濃度使煙草幼苗的抗逆性達(dá)到最強(qiáng)。種培芳等［32］發(fā)現(xiàn)，不同濃度ABA處理紅砂幼苗能提高其抗旱性，但是ABA對(duì)紅砂干旱脅迫下的調(diào)節(jié)作用有一定的限制值，即10μmol/L，超過此濃度作用會(huì)降低。本試驗(yàn)中隨著脅迫程度增加甘薯幼苗對(duì)不同濃度的外源ABA表現(xiàn)出，隨著ABA濃度升高幼苗的抗旱能力隨之增強(qiáng)，這說明ABA對(duì)緩解甘薯幼苗的干旱脅迫存在濃度效應(yīng)，其中以150μmol/L處理效果最好。

李長(zhǎng)寧等［33］在甘蔗抗旱方面的研究發(fā)現(xiàn)，外源ABA處理通過增加內(nèi)源ABA含量，加強(qiáng)甘蔗植株對(duì)逆境信號(hào)的感受，從而更快地調(diào)節(jié)植株內(nèi)的各種抗氧化酶活性，以顯著增強(qiáng)對(duì)逆境的適應(yīng)能力。王金強(qiáng)［34］的研究也發(fā)現(xiàn)，干旱脅迫下，前期噴施外源植物激素對(duì)甘薯內(nèi)源激素含量的下降能起到緩解作用，外源ABA導(dǎo)致甘薯葉片中ZR、IAA和ABA含量均顯著升高。楊東清等［35］研究發(fā)現(xiàn)，小麥幼苗在不同氮素處理下噴施外源細(xì)胞分裂素可以通過調(diào)節(jié)內(nèi)源Zt、IAA、ABA含量，進(jìn)而調(diào)控GS和NR活性，從而提高葉片氮素同化能力和光能捕獲、傳遞轉(zhuǎn)化能力，改善葉片光合性能。本試驗(yàn)中，在水分脅迫前噴施ABA，脅迫后ABA處理甘薯幼苗的根系活力、葉片葉綠素含量、葉片相對(duì)電導(dǎo)率有較為明顯的增加，這可能是因?yàn)閲娛┩庠碅BA誘導(dǎo)內(nèi)源ABA的產(chǎn)生，使得在下一階段水分脅迫出現(xiàn)時(shí)甘薯幼苗對(duì)干旱的反應(yīng)能力加快，顯著增強(qiáng)了甘薯幼苗對(duì)水分脅迫的適應(yīng)能力。

綜上所述，植物對(duì)水分脅迫的適應(yīng)程度變化是一個(gè)復(fù)雜的生理生化過程。本試驗(yàn)中，在施加外源ABA后，甘薯幼苗的葉片相對(duì)電導(dǎo)率、MDA含量、葉綠素含量、葉片相對(duì)含水量、根系活力等指標(biāo)在水分脅迫下都不同程度增強(qiáng)抗旱性。外源ABA促進(jìn)水分脅迫下甘薯幼苗的生長(zhǎng)發(fā)育，幼苗抗旱性增強(qiáng)，其中以150μmol/L處理的效果最佳。脫落酸（ABA）作為一種植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑，在植物抗旱方面具有廣闊的應(yīng)用前景，但ABA在強(qiáng)光下易分解，若田間施用時(shí)遇強(qiáng)光會(huì)導(dǎo)致藥性降低，這也是下一步生產(chǎn)實(shí)際中要解決的問題。