陳娟 梁明霞 潘開(kāi)文
摘要:研究澇漬脅迫下生姜幼苗生長(zhǎng)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(zhǎng)明顯受到抑制,與對(duì)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(guò)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(zhǎng);生理;抗氧化酶活性
中圖分類(lèi)號(hào):Q945.78;S632.501 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A 文章編號(hào):1002-1302(2015)05-0152-03
澇漬是制約植物生長(zhǎng)和發(fā)育的水分逆境因子,澇漬脅迫下植物正常生理過(guò)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(zhǎng)中對(duì)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(zhǎng)、發(fā)育、品質(zhì)和產(chǎn)量的重要限制因子。研究澇漬對(duì)生姜的影響對(duì)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(jiàn)報(bào)道。本研究探討了生姜幼苗在澇漬脅迫下的生長(zhǎng)和體內(nèi)保護(hù)酶活性等的變化,旨在闡明澇漬脅迫對(duì)生姜生長(zhǎng)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(guò)生姜的土壤,土壤為三迭紀(jì)須家河組碳?jí)文嗤痢M寥廊』睾笫紫冗^(guò)2遍1cm篩,篩去較大的石塊及粗枝等,用50%對(duì)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(zhǎng)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(duì)照,每個(gè)處理重復(fù)10次。每隔2d取生姜葉片測(cè)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(cè)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(cè)定參照Giannopolitis等的方法,抗壞血酸過(guò)氧化物酶(APX)活性測(cè)定參照Nakano等的方法,過(guò)氧化氫酶(CAT)活性測(cè)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(cè)定,過(guò)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(cè)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(duì)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(zhǎng)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(duì)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(jiàn)澇漬對(duì)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(duì)照。
2.2澇漬脅迫對(duì)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(duì)照的58.29%;澇漬10d時(shí)葉片中葉綠素總量?jī)H為對(duì)照的35.83%。與對(duì)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(duì)生姜葉片保護(hù)酶(SOD、POD、CAT、APX)活性的影響
澇漬對(duì)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(duì)照外,其余處理均高于對(duì)照,澇漬5d時(shí)酶活性最高,隨后呈下降趨勢(shì)。隨著澇漬時(shí)間延長(zhǎng),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(duì)照的68.79%(圖2一c)。SOD活性在澇漬3d時(shí)最高,與對(duì)照相比升高22.35%,而在澇漬10d時(shí)酶活性?xún)H為對(duì)照的16.09%(圖2-a)。POD活性隨著澇漬時(shí)間延長(zhǎng)呈下降趨勢(shì),除澇漬3d及以后的酶活性與對(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(guò)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(duì)澇漬的響應(yīng),在不同植物種類(lèi)、發(fā)育時(shí)期或不同澇漬時(shí)間下其響應(yīng)趨勢(shì)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(zhǎng)而下降;而POD活性則呈一直下降趨勢(shì)。膜質(zhì)過(guò)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(duì)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(zhǎng),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(píng)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(duì)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(shì),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(shuō)明澇漬下膜質(zhì)過(guò)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(yíng)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(shuō)明隨著澇漬時(shí)間延長(zhǎng),ADH活性下降,因而不能有效抑制乙醇對(duì)植物的毒害,加劇了根系功能的損傷。與對(duì)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(yíng)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。