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        澇漬脅迫下生姜幼苗生長及體內(nèi)保護酶活性變化

        2015-10-20 00:33:08陳娟梁明霞潘開文
        江蘇農(nóng)業(yè)科學 2015年5期
        關鍵詞:生姜生理幼苗

        陳娟 梁明霞 潘開文

        摘要:研究澇漬脅迫下生姜幼苗生長和體內(nèi)保護酶活性的變化。結(jié)果顯示,澇漬脅迫下生姜幼苗生長明顯受到抑制,與對照相比,澇漬10d時生姜地下干質(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時均顯著升高。澇漬處理下植株體內(nèi)保護酶活性變化明顯,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。

        關鍵詞:生姜;幼苗;澇漬脅迫;生長;生理;抗氧化酶活性

        中圖分類號:Q945.78;S632.501 文獻標志碼:A 文章編號:1002-1302(2015)05-0152-03

        澇漬是制約植物生長和發(fā)育的水分逆境因子,澇漬脅迫下植物正常生理過程和功能受到干擾,在農(nóng)林業(yè)上常造成作物嚴重減產(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)濟作物。生姜的根系不發(fā)達,生長中對水分條件要求嚴格。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、土壤排水不良等所致的澇漬脅迫;且澇漬促進姜瘟病原菌和其他土傳性病菌的擴散,擴大生姜植株感染面積,致使其嚴重減產(chǎn)甚至絕產(chǎn),因此澇漬是生姜生長、發(fā)育、品質(zhì)和產(chǎn)量的重要限制因子。研究澇漬對生姜的影響對于生姜的高效高產(chǎn)栽培非常必要,但是有關生姜澇害機制的研究卻鮮見報道。本研究探討了生姜幼苗在澇漬脅迫下的生長和體內(nèi)保護酶活性等的變化,旨在闡明澇漬脅迫對生姜生長和生理的影響機制,為生姜的科學生產(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生姜的土壤,土壤為三迭紀須家河組碳壩泥土。土壤取回后首先過2遍1cm篩,篩去較大的石塊及粗枝等,用50%對二甲基氨基苯重氮磺酸鈉可濕性粉劑1000倍液進行土壤消毒處理,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,當生姜長到三股權(quán)時將生姜幼苗放入澇漬池,保持水層高于土面2cm,進行澇漬10d處理,以不澇漬植株為對照,每個處理重復10次。每隔2d取生姜葉片測定保護酶(SOD、CAT、POD、APX)活性和MDA、葉綠素、可溶性蛋白的含量等生理指標的變化。在澇漬5、10d時分別測定生姜的地下和地上生物量的干質(zhì)量、根系ADH酶的活性。

        超氧化物歧化酶(sOD)活性測定參照Giannopolitis等的方法,抗壞血酸過氧化物酶(APX)活性測定參照Nakano等的方法,過氧化氫酶(CAT)活性測定參照Cakmak等的方法,丙二醛(MDA)含量參照Gossett等的方法進行測定,過氧化物酶(POD)、乙醇脫氫酶(ADH)活性和可溶性蛋白、葉綠素含量測定參照李合生等的方法。所有的數(shù)據(jù)采用SPSS16.0統(tǒng)計軟件進行單因素方差分析(Duncan's檢驗)和相關性分析。

        2.結(jié)果與分析

        2.1澇漬脅迫對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明顯受到抑制,澇漬5、10d時生姜地下生物量干質(zhì)量與對照相比分別降低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%,由此可見澇漬對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,但活性仍高于對照。

        2.2澇漬脅迫對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時葉綠素總量為對照的58.29%;澇漬10d時葉片中葉綠素總量僅為對照的35.83%。與對照相比,葉綠素b含量在整個澇漬期間顯著下降,但葉綠素a僅在澇漬5d后顯著下降(圖1)。

        2.3澇漬脅迫對生姜葉片保護酶(SOD、POD、CAT、APX)活性的影響

        澇漬對生姜葉片中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低于對照外,其余處理均高于對照,澇漬5d時酶活性最高,隨后呈下降趨勢。隨著澇漬時間延長,APX活性上升,澇漬5d時達到最高,隨后下降,澇漬10d時降為對照的68.79%(圖2一c)。SOD活性在澇漬3d時最高,與對照相比升高22.35%,而在澇漬10d時酶活性僅為對照的16.09%(圖2-a)。POD活性隨著澇漬時間延長呈下降趨勢,除澇漬3d及以后的酶活性與對照相比差異均達到顯著水平(P<0.05)(圖2-b)。

        2.4澇漬脅迫對葉片中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MDA含量比對照增加了110.69%。澇漬7、10d時葉片中可溶性蛋白含量顯著下降(P<0.05),較對照分別降低8.49%、8.39%。

        2.5相關性分析

        如表2所示,相關性分析結(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(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(P<0.01),與葉綠素a含量、ADH活性顯著相關(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(P<0.01)。

        3.討論

        研究認為澇漬下植物體內(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酶活性的變化是植物對澇漬的響應,在不同植物種類、發(fā)育時期或不同澇漬時間下其響應趨勢有差異,保護酶之間也存在響應敏感度差異。澇漬前期生姜葉片中保護酶SOD、APX、CAT活性均上升,隨著澇漬時間延長而下降;而POD活性則呈一直下降趨勢。膜質(zhì)過氧化產(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澇漬的應激反應,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,隨著澇漬時間延長,保護酶系統(tǒng)受到傷害,活性降低,MDA含量也相應增加。相關性分析顯示,生姜葉片中SOD、POD活性與MDA含量均極顯著相關,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價指標之一。相關性分析結(jié)果表明,生姜幼苗葉片中SOD對澇漬的響應最敏感,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,相關分析結(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,說明澇漬下膜質(zhì)過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,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養(yǎng)能力下降,物質(zhì)分解大于合成,導致可溶性蛋白含量在澇漬后期明顯降低。ADH是厭氧脅迫時根系主要產(chǎn)能途徑中的關鍵酶,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時高于澇漬10d,說明隨著澇漬時間延長,ADH活性下降,因而不能有效抑制乙醇對植物的毒害,加劇了根系功能的損傷。與對照相比,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,提示澇漬下生姜根狀莖和根系受到毒害,水分、營養(yǎng)吸收和運輸功能受損,影響植株物質(zhì)合成,而使分解加快,導致生物量下降。葉綠素含量也與生物量降低相關,葉綠素下降所致的光合作用受抑,物質(zhì)合成減少,導致了生物量降低。

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