姜瑤 汪寶卿 解備濤 張海燕 段文學(xué) 王慶美 張立明

摘要：本試驗(yàn)以耐旱性較強(qiáng)的JS21和耐旱性較差的JZS1為材料，采用水培和PEG-6000模擬田間梯度干旱脅迫的方法，研究了烯效唑?qū)Σ煌秃敌愿适砥贩N苗期根系可溶性蛋白和抗氧化酶同工酶的影響。結(jié)果表明：在正常供水條件下，烯效唑處理對(duì)兩品種可溶性蛋白含量無明顯影響，干旱條件下增加JZS1的可溶性蛋白含量，stripe2～stripe4明顯變粗；降低JS21的可溶性蛋白含量，stripe3、 stripe 4明顯變細(xì)、變淡。正常供水條件下，烯效唑處理增加JS21的SOD2和SOD3、JZS1的CAT2和CAT3同工酶表達(dá)量，對(duì)JZS1的SOD同工酶表達(dá)量、兩品種的POD同工酶表達(dá)量和JS21的CAT同工酶表達(dá)量均無明顯影響。與正常供水條件相比，干旱處理增加JZS1的SOD1、SOD2、POD2和JS21的POD2、POD3的同工酶條帶的表達(dá)量，降低JS21的SOD2同工酶表達(dá)量。干旱條件下，烯效唑處理增加JZS1中SOD1、SOD2、POD1、POD3、CAT2、CAT3同工酶條帶的表達(dá)量。總之，與耐旱性較強(qiáng)的品種相比，干旱條件下烯效唑處理更能明顯增強(qiáng)耐旱性較差的甘薯品種的抗氧化酶同工酶表達(dá)量。

關(guān)鍵詞：干旱；甘薯；苗期；根系；烯效唑；抗氧化酶同工酶；可溶性蛋白

中圖分類號(hào)：S531.034文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)號(hào)：A文章編號(hào)：1001-4942（2016）06-0023-05

甘薯（Ipomoea batatas Lam.）廣泛分布在111個(gè)國家和地區(qū)，不僅是世界第五大食物能源供應(yīng)作物[1]，也是我國第四大糧食作物，在維護(hù)糧食安全和緩解能源危機(jī)方面的重要性日漸突出[2]。我國是世界最大的甘薯種植和產(chǎn)出國，2013年我國甘薯種植面積達(dá)352.5×104 hm2，總產(chǎn)達(dá)7 909.0×104 t，分別占世界的42.8%和71.4%[3]。

干旱造成的農(nóng)作物損失在所有非生物脅迫中占首位[4]。甘薯根系雖較發(fā)達(dá)，也較耐旱，但其栽插的是薯苗，對(duì)土壤環(huán)境和水分狀況十分敏感，一旦遭受干旱脅迫地上部易枯萎，地下部不定根、側(cè)根的形成[5，6]和塊根的分化[7]受阻；另一方面，甘薯一般種植在丘陵山區(qū)及無灌溉條件的旱作區(qū)，多依靠自然降水滿足自身水分需求，一旦遇到干旱脅迫，必然嚴(yán)重影響產(chǎn)量和品質(zhì)[8]。因此，甘薯苗期耐旱性的優(yōu)劣對(duì)薯苗成活率至關(guān)重要。

外源植物生長調(diào)節(jié)物質(zhì)可通過改變甘薯內(nèi)源系統(tǒng)平衡來達(dá)到調(diào)控植株生長發(fā)育的目的，在大田生產(chǎn)中，化學(xué)調(diào)控是抵御逆境脅迫的有效措施[9]。前人研究發(fā)現(xiàn)，吲哚丁酸（IBA）和萘乙酸（NAA）均可減緩干旱脅迫下甘薯根系的傷害[10]。烯效唑（Uniconazole，S3307）是赤霉素合成抑制劑，具有控制營養(yǎng)生長、縮短節(jié)間、增強(qiáng)抗逆性等作用，用量少且易降解，土壤殘留量約為多效唑的1/10。杜召海等[11]研究了烯效唑?qū)Ω珊禇l件下6個(gè)甘薯品種苗期根系生理生化特性的影響，發(fā)現(xiàn)甘薯品種對(duì)烯效唑的反應(yīng)差異不敏感，應(yīng)用上具有廣譜性。Yuan等[12]研究了烯效唑?qū)Σ煌秃敌愿适砥贩N苗期根系抗氧化特性的影響，發(fā)現(xiàn)烯效唑有顯著增強(qiáng)甘薯苗期根系中抗氧化酶活性的作用。

同工酶不僅于植物個(gè)體發(fā)育過程中發(fā)揮作用，還在抵抗不良環(huán)境過程中發(fā)揮重要作用。前人研究了不同逆境下不同作物POD同工酶譜的變化[13～15]。而對(duì)于甘薯而言，大部分學(xué)者均是利用過氧化物酶同工酶來鑒定親緣關(guān)系遠(yuǎn)近及分析種內(nèi)種間的遺傳差異等[16，17]。

而國內(nèi)外尚無烯效唑?qū)Ω珊得{迫下甘薯苗期根系抗氧化酶同工酶和可溶性蛋白調(diào)控方面的研究。本試驗(yàn)以苗期干旱敏感型甘薯品種濟(jì)紫薯1（JZS1）和苗期耐旱型甘薯品種濟(jì)薯21（JS21）為試材對(duì)此進(jìn)行研究，旨在通過烯效唑的化學(xué)調(diào)控提高甘薯在干旱環(huán)境條件下的產(chǎn)量和品質(zhì)。

1材料與方法

1.1試驗(yàn)材料

試驗(yàn)材料來源于山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物研究所甘薯室，經(jīng)耐旱性篩選[18]，選用苗期干旱敏感型甘薯品種濟(jì)紫薯1（JZS1）和苗期耐旱型甘薯品種濟(jì)薯21（JS21），于2015年5月30日剪取薯苗。苗期采用1/2 Hoagland營養(yǎng)液培養(yǎng)在規(guī)格為50 cm×40 cm×15 cm的塑料盆中，塑料盆上層鋪蓋規(guī)格為50 cm×40 cm×2.5 cm的泡沫板，每個(gè)泡沫板上打孔24個(gè)，橫向4排，每排6孔，孔直徑為2.5 cm，用氣泵裝置對(duì)栽植后的薯苗進(jìn)行通氣。

1.2試驗(yàn)處理

應(yīng)用PEG-6000模擬干旱脅迫。每品種設(shè)4個(gè)處理，分別為正常處理（N）、正常+烯效唑（N+S）、干旱處理（D）、干旱+烯效唑（D+S）。采用完全隨機(jī)設(shè)計(jì)，重復(fù)3次，每重復(fù)12棵苗。烯效唑濃度根據(jù)文獻(xiàn)[12]確定為30 mg/L。

從育苗圃中剪取兩品種株高約20 cm、長勢(shì)均一的幼苗，17∶00將薯苗基部固定在泡沫板上，保證三個(gè)節(jié)沒入營養(yǎng)液，在水培系統(tǒng)中緩苗過夜。培養(yǎng)室溫度17～24℃，自然光散射，所有處理先在1/2 Hoagland營養(yǎng)液中培養(yǎng)7 d。梯度干旱處理參考陳京[19]的試驗(yàn)設(shè)計(jì)，略有改動(dòng)：采用PEG-6000模擬土壤梯度干旱過程，用1/2 Hoagland營養(yǎng)液溶解并配置含有5%（W/V）、10%和20% PEG-6000的溶液。將每個(gè)品種正常生長7 d的一半薯苗基部浸泡于烯效唑溶液中5 min進(jìn)行預(yù)處理，然后轉(zhuǎn)入正常或干旱處理中。正常處理的薯苗每隔3 d換一次營養(yǎng)液。干旱處理過程中，分別將烯效唑預(yù)處理和未預(yù)處理的薯苗轉(zhuǎn)入5% PEG-6000溶液中生長3 d，然后轉(zhuǎn)入10% PEG-6000溶液中生長3 d，再轉(zhuǎn)入20% PEG-6000溶液中生長3 d，之后統(tǒng)一測(cè)定兩個(gè)甘薯品種各處理的可溶性蛋白含量和抗氧化酶同工酶指標(biāo)。

1.3測(cè)定方法

薯苗培養(yǎng)16 d后，每處理隨機(jī)選取5株，剪取幼苗根系并用清水沖洗干凈后保存在自封袋中。參照汪家政等[20]的方法進(jìn)行可溶性蛋白電泳和染色，參照李東曉[21]的方法進(jìn)行SOD同工酶的電泳和染色，參照楊宗娟[22]的方法進(jìn)行POD同工酶電泳和染色，參照孫彩霞等[23]的方法進(jìn)行CAT同工酶電泳和染色，參照Chen和Asada[24]的方法進(jìn)行APX同工酶電泳及染色。

2結(jié)果與分析

2.1烯效唑?qū)Σ煌秃敌愿适砥贩N苗期根系可溶性蛋白的影響

如圖1所示，兩品種不同處理?xiàng)l件下可溶性蛋白均表達(dá)出4條條帶。正常條件下，烯效唑處理對(duì)可溶性蛋白的影響不明顯。與正常處理相比，干旱處理增加了耐旱性較弱的JZS1可溶性蛋白含量，stripe2～stripe4明顯變粗；而對(duì)于耐旱性較強(qiáng)的JS21來說，干旱處理降低了苗期根系中可溶性蛋白含量，stripe3、stripe4明顯變細(xì)、變淡。與干旱處理相比，干旱+烯效唑處理增加了JS21的可溶性蛋白含量，stripe2～stripe4明顯增粗，也增加了JZS1的stripe3粗度。在干旱條件下，烯效唑能顯著增加耐旱性較強(qiáng)的JS21可溶性蛋白含量。

根系可溶性蛋白含量的影響

2.2烯效唑?qū)Σ煌秃敌愿适砥贩N苗期根系抗氧化酶同工酶的影響

如圖2所示，兩品種不同處理?xiàng)l件下SOD均表達(dá)出3條同工酶條帶。在正常供水條件下，烯效唑處理增加了耐旱性較強(qiáng)的JS21的SOD同工酶表達(dá)量，使SOD2、SOD3兩條同工酶條帶明顯增粗、變亮；而對(duì)耐旱性較差的JZS1的SOD同工酶表達(dá)量影響較小，差異不明顯。與正常供水相比，干旱處理增加了JZS1苗期根系中SOD同工酶表達(dá)量，SOD1、SOD2同工酶條帶明顯增粗、變亮；而對(duì)于JS21來說，干旱處理降低了苗期根系中SOD同工酶表達(dá)量，SOD2同工酶條帶明顯變細(xì)、暗。干旱條件下，烯效唑處理增加了JZS1中SOD1、SOD2同工酶條帶的表達(dá)量，而對(duì)JS21的SOD同工酶影響較小，變化不明顯?？梢姡诟珊禇l件下，烯效唑能增加耐旱性較差的JZS1的SOD同工酶表達(dá)量。

兩品種不同處理?xiàng)l件下POD表達(dá)出3條同工酶條帶。在正常供水條件下，烯效唑處理對(duì)兩品種3條POD同工酶條帶的影響均不明顯。與正常供水相比，干旱處理增加了JS21和JZS1的POD同工酶表達(dá)量，尤其是 JS21的POD2、POD3同工酶條帶和JZS1的POD2同工酶條帶明顯加粗、加深。干旱條件下，烯效唑處理降低了JS21的POD同工酶表達(dá)量，POD2、POD3同工酶條帶變細(xì)；增加了JZS1的POD1、POD3同工酶條帶的表達(dá)量，增粗。可見，在干旱條件下，烯效唑能增加耐旱性較差的JZS1的POD同工酶表達(dá)量。

兩品種不同處理?xiàng)l件下CAT表達(dá)出3條同工酶條帶。從圖2中可以看出，3種同工酶在各處理間變化趨勢(shì)并不明顯。正常供水條件下，烯效唑處理對(duì)耐旱性較強(qiáng)的JS21的CAT同工酶表達(dá)量影響不明顯，卻使耐旱性較差的JZS1的CAT2、CAT3同工酶條帶略有增粗。在干旱條件下，烯效唑增加了耐旱性較差的JZS1的CAT同工酶表達(dá)量。

兩品種不同處理?xiàng)l件下APX均表達(dá)出2條同工酶條帶，其中APX1條帶變化較紊亂。干旱條件下，烯效唑處理增強(qiáng)了耐旱性較強(qiáng)的JS21的APX2同工酶表達(dá)量，但對(duì)耐旱性較差的JZS1的APX2同工酶表達(dá)量無明顯影響。

3討論與結(jié)論

在高等植物體內(nèi)，抗氧化酶同工酶酶譜種類和數(shù)量體現(xiàn)了其活性高低和變化特征[25]。

本研究發(fā)現(xiàn)，烯效唑能夠提高干旱條件下耐旱性較差的JZS1苗期根系中SOD1、SOD2、POD1、POD3、CAT2和CAT3同工酶表達(dá)量，烯效唑?qū)Ω珊禇l件下耐旱性較強(qiáng)的JS21的各抗氧化酶同工酶的影響不明顯。Yuan等[12]的研究結(jié)論與本研究基本一致。這種同工酶之間的差異充分表明了品種間耐旱性不同，同時(shí)也可以充分利用同工酶作為品種耐旱性篩選的重要指標(biāo)。袁照年等[26]就曾利用POD同工酶譜的差異進(jìn)行耐旱性強(qiáng)的玉米雜交種篩選。

脅迫條件下同工酶在小麥、玉米、棉花等作物上研究較多[27]，但在甘薯上，僅有正常供水條件下甘薯不同類型根中抗氧化酶同工酶酶譜表達(dá)[28]的研究報(bào)道，干旱條件下甘薯苗期根系抗氧化酶同工酶酶譜研究較少。

譚曉榮等[29]研究了不同干旱方式對(duì)小麥幼苗可溶性蛋白含量及總抗氧化酶活力的影響。陳明濤等[30]研究了干旱對(duì)四種苗木根系可溶性蛋白組分和含量的影響?？悼∶返萚31] 研究了干旱對(duì)苜蓿葉片可溶性蛋白的影響。這些報(bào)道均表明在中度和重度干旱脅迫下植物可溶性蛋白含量有所增加。本試驗(yàn)結(jié)果表明：在干旱條件下，烯效唑處理能夠明顯增加耐旱性較差的JZS1的可溶性蛋白含量和抗氧化酶同工酶的表達(dá)量，增強(qiáng)耐旱性較差甘薯品種的耐旱性，為耐旱性較差甘薯品種在不良水分狀況下的種植和生長提供支持和保證。

本研究作為干旱條件下甘薯苗期根系抗氧化酶同工酶的初步探索，試驗(yàn)中很多細(xì)節(jié)還需要完善，爭(zhēng)取在下一步工作中提高膠圖質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉慶昌. 甘薯在我國糧食和能源安全中的重要作用[J]. 科技導(dǎo)報(bào)， 2004（9）：21-22.

[2]馬代夫. 世界甘薯生產(chǎn)現(xiàn)狀與發(fā)展預(yù)測(cè)[J]. 世界農(nóng)業(yè)， 2001（1）：17-19.

[3]FAO. http：//faostat.fao.org/， 2012.

[4]Carpita N C，McCann M. The cell wall[C]//In：Buchanan B B，Gruissem W，Jones R L， eds. Biochemistry and molecular biology of plants. American Society of Plant Physiologists.Rockville，2000：52-108.

[5]Pardales J R，Yamauchi A. Regulation of root development in sweetpotato and cassava by soil moisture during their establishment period[J]. Plant and Soil， 2003，255：201-208.

[6]Villordon A Q. Characterization of lateral root development at the onset of storage root initiation in ‘Beauregard sweetpotato adventitious roots[J]. HortScience，2012，47（7）：961-968.

[7]Ravi V，Indira P. Anatomical studies on tuberization in sweet potato under water deficit stress and stress free conditions [J]. Tropical Root Tuber Crops，1996， 22：105-111.

[8]Wang Q M，Hou F Y，Dong S X，et al. Effects of shading on the photosynthetic capacity，endogenous hormones and root yield in purple-fleshed sweetpotato （Ipomoea batatas（L.） Lam）[J].Plant Growth Regulation，2014，72（2）：113-122.

[9]汪云，陳勝勇，李觀康，等. 甘薯抗旱性研究進(jìn)展[J]. 廣東農(nóng)業(yè)科學(xué)，2011（11）：35-38.

[10]解備濤，王慶美，張立明. 不同水分條件下植物生長調(diào)節(jié)劑對(duì)甘薯移栽后根系的影響 [J]. 青島農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2008，25（4）：247-253.

[11] 杜召海，汪寶卿，王慶美，等. 模擬干旱條件下植物生長調(diào)節(jié)劑對(duì)夏薯苗期根系生理 生化特性的影響[J]. 西北農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2014，23（10）：97-104.

[12]Yuan Z，Wang B Q，Jiang Y，et al. Effects of uniconazole on physiological and biochemical properties of roots of different sweetpotato cultivars at seedling stage[J]. Agricultural Science & Technology，2015，16（4）：629-633，638.

[13]王振鎰，郭藹光，羅淑萍. 水分脅迫對(duì)玉米SOD和POD活力及同工酶的影響[J]. 西北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，1989，17（1）：45-49.

[14]赫延齡，張東向，鄭蔚虹. 低溫對(duì)玉米幼苗過氧化物酶同工酶的影響[J]. 黑龍江農(nóng)業(yè)科學(xué)， 1990（1）：26-29.

[15]谷俊濤，郭秀林，李廣敏，等. 水分脅迫下鈣、鈣調(diào)素對(duì)小麥幼苗生長及過氧化物酶同工酶的影響[J]. 華北農(nóng)學(xué)報(bào)，2001，16（3）：62-67.

[16]巫水欽，馮瑞集. 甘薯品種過氧化物酶同工酶分析初報(bào)[J]. 福建農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，1995，10（3）：35-39.

[17]薛啟漢，師素云，劉藹民，等. 甘薯屬植物過氧化物酶同工酶分析[J]. 遺傳學(xué)報(bào)，1998， 15（4）：247-253.

[18]袁振，汪寶卿，姜瑤，等. 甘薯耐旱性品種的苗期篩選及耐旱性指標(biāo)研究[J]. 山東農(nóng)業(yè)科學(xué)，2015，47（3）：22-26，36.

[19]陳京. 抗旱性不同的甘薯品種對(duì)滲透脅迫的生理響應(yīng)[J]. 作物學(xué)報(bào)，1999，25（2）： 232-236.

[20]汪家政，范明. 蛋白質(zhì)技術(shù)手冊(cè)[M]. 北京：科學(xué)出版社，2000.

[21]李東曉. 干旱對(duì)棉花葉片的衰老生理及抗氧化酶同工酶譜特征的影響[D]. 保定：河北農(nóng)業(yè)大學(xué)，2010.

[22]楊宗娟. 兩種圓柏屬植物葉片抗氧化酶系統(tǒng)對(duì)低溫脅迫的響應(yīng)機(jī)制研究[D]. 蘭州：蘭州交通大學(xué)，2013.

[23]孫彩霞，劉志剛，荊艷東. 水分脅迫對(duì)玉米葉片關(guān)鍵防御酶系活性及其同工酶的影響[J]. 玉米科學(xué)，2003，11（1）：63-66.

[24]Chen G X，Asada K. Ascorbate peroxidase in tea leaves： occurrence of two isozymes and the differences in their enzymatic and molecular properties [J]. Plant Cell Physiology，1989，30（7）：987-998.

[25]Ayaz F A，Demir O，Torun H，et al. Characterization of polyphenoloxidase （PPO） and total phenolic contents in medlar （Mespilus germanica L.）fruit during ripening and over ripening[J]. Food Chemistry，2008，106：291-298.

[26]袁照年，羅淑平，員海燕. 水分脅迫對(duì)玉米兩個(gè)生育時(shí)期EST和POD同工酶的影響[J]. 西北農(nóng)林科技大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），1995，23（增刊）：90-94.

[27]雷濘菲，蘇智先，陳勁松. 同工酶技術(shù)在植物研究中的應(yīng)用[J]. 四川師范學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2000，21（4）：321-325.

[28]Kim Y H，Park S C，Ji CY，et al. Diverse antioxidant enzyme levels in different sweetpotato root types during storage root formation[J]. Plant Growth Regulation，2015，75（1）：155-164.

[29]譚曉榮，胡韜綱，戴媛，等. 不同干旱方式對(duì)小麥幼苗可溶性蛋白質(zhì)含量及總抗氧化力的影響[J]. 河南工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2008，29（1）：42-47.

[30]陳明濤，趙忠，權(quán)金娥. 干旱對(duì)4種苗木根尖可溶性蛋白組分和含量的影響[J]. 西北植物學(xué)報(bào)，2010，30（6）：1157-1165.

[31]康俊梅，楊青川，樊奮成. 干旱對(duì)苜蓿葉片可溶性蛋白的影響[J]. 草地學(xué)報(bào)，2005， 13（3）：199-202.