井大煒，張紅，李士平，王明友

（德州學院生態(tài)與園林建筑學院，山東，253023）

干旱脅迫對豇豆品質與抗氧化酶活性的影響

井大煒，張紅，李士平，王明友

（德州學院生態(tài)與園林建筑學院，山東，253023）

以德州白條豇豆品種為試材，研究了正常水分（對照）、輕度干旱脅迫和中度干旱脅迫等處理對豇豆品質與葉片抗氧化酶活性的影響。試驗結果表明，同對照相比，輕度與中度干旱脅迫下，豇豆葉片的相對含水量、光合特性和葉綠素含量呈逐漸下降的變化趨勢，且隨著脅迫程度的加大，降幅越大；而豇豆莢果的維生素C、硝酸鹽與可溶性糖含量則隨脅迫程度的加劇呈逐漸升高的趨勢。同時，葉片的SOD、CAT活性在干旱脅迫條件下顯著升高，葉片丙二醛含量和相對電導率亦明顯上升，且在中度干旱脅迫下的升高幅度明顯大于輕度脅迫，說明干旱脅迫程度的加劇對豇豆的細胞膜傷害較大，導致豇豆代謝紊亂而發(fā)生膜脂的過氧化。綜合分析認為，干旱脅迫能使豇豆葉片的生理特性發(fā)生改變，并導致豇豆產量顯著降低，但對莢果品質有一定的改善效應。

豇豆；干旱脅迫；相對含水量；品質；抗氧化酶

豇豆（Vigna unguiculataL.）是豆科豇豆屬豇豆種一年生纏繞草本植物，原產于非洲東北部和印度，中國是其第二起源中心[1，2]。豇豆容易栽培、產量高、品質佳，是解決夏秋淡季蔬菜供應的重要蔬菜作物之一[3]。同時其營養(yǎng)豐富，藥用價值高，是目前備受青睞的保健蔬菜[4]。在我國，豇豆以采食嫩莢為主，其經濟價值高，應用前景廣泛，并且栽培面積廣，自西北到東北、自華北到華南都有大面積種植[5，6]。當前，我國豇豆在生產中產量小、品質低的問題尤為突出。近年來隨著價格的不斷攀升，豇豆市場需求日益擴大，豇豆生產在部分地區(qū)已形成了產業(yè)化、規(guī)模化[6]。許多學者對豇豆做了大量的探索研究工作，但主要集中于育種[1]、施肥[7，8]與輪作栽培[9]等方面，而針對土壤干旱脅迫對豇豆影響的研究報道甚少。為此，采用盆栽模擬試驗的方法，探討了不同干旱脅迫處理對豇豆生長及光合生理特征的影響，旨在為豇豆的水分管理措施提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗于2015年4～8月在德州市九龍灣低碳生態(tài)農業(yè)循環(huán)經濟產業(yè)園的溫室大棚內進行，采用盆栽模擬進行水分脅迫試驗。供試豇豆品種為德州白條，由德州學院生態(tài)與園林建筑學院提供。試驗用盆由市場所購，具體規(guī)格為：上口徑、下口徑和高分別為35、25、35 cm，每盆裝干土11.2 kg，土壤為輕壤土，基本理化性狀為：有機質質量比8.26 g/kg，速效N、速效P和速效K質量比分別為35.97、92.81、216.29 mg/kg。

1.2 試驗設計

盆栽試驗共設3個處理：①對照（正常水分，CK），田間持水量的70%～80%；②輕度干旱脅迫（LS），田間持水量的55%～65%；③中度干旱脅迫（MS），田間持水量的40%～50%。

每個處理重復15次，每盆2株。2015年3月28日在營養(yǎng)缽中播種育苗，當植株3葉1心時（4月30日）開始定植，5月13日進行不同水分脅迫處理，8月18日試驗結束。在脅迫試驗過程中土壤含水量采用稱量法來控制，當土壤含水量低于試驗所設含水量的下限時開始補充水分。其他管理措施與常規(guī)保持一致。

1.3 測定項目與方法

在豇豆的收獲期采用稱量法測定豇豆產量，并隨機選取豇豆樣品測定莢果品質，其中莢果維生素C含量的測定采用2，6-二氯酚靛酚滴定法，硝酸鹽含量的測定采用紫外分光光度法，可溶性糖含量的測定采用蒽酮比色法，可溶性蛋白含量的測定采用考馬斯亮藍法[10]。

在豇豆結莢期，采用美國CID公司生產的CI-310便攜式光合儀，選擇晴天的9：00～11：00測定葉片光合特性；同時采集葉片采用乙醇-丙酮混合法提取葉片葉綠素，并計算出葉綠素含量。在豇豆結莢期測定葉片的相對含水量、過氧化氫酶（CAT）和超氧化物歧化酶（SOD）活性，其中葉片相對含水量采用烘干法測定，計算公式如下：相對含水量（%）=[（鮮生物量-干生物量）/（飽和鮮生物量-干生物量）]×100%；葉片CAT和SOD活性分別采用紫外吸收法和愈創(chuàng)木酚法測定；丙二醛（MDA）含量、相對電導率的測定分別采用硫代巴比妥酸比色法、電導儀法[10]。

1.4 數據處理

采用Excel 2013處理數據并制圖，采用SAS軟件進行方差分析和多重比較（LSD法，p＜0.05）。

2 結果與分析

2.1 葉片相對含水量

不同干旱脅迫處理對豇豆葉片相對含水量的影響作用如圖1所示，從圖1可以看出，隨土壤含水量的變化，豇豆葉片相對含水量亦發(fā)生了明顯改變。豇豆葉片的相對含水量在輕度、中度干旱脅迫下相比CK均顯著降低，LS和MS處理分別較CK處理顯著下降8.01%和20.33%。由此可知，隨著土壤干旱脅迫程度的加大，豇豆葉片的相對含水量呈明顯下降的變化趨勢。

2.2 豇豆產量與品質

從表1可以看出，土壤干旱脅迫對豇豆產量和部分品質指標具有顯著影響。與CK相比，豇豆產量在LS與MS處理下分別下降9.07%與36.51%，差異均達顯著水平，表明隨著干旱脅迫程度的增加，豇豆產量受到了明顯抑制。同時可見，莢果維生素C、硝酸鹽和可溶性糖含量隨著土壤水分含量的減少而表現出升高的變化趨勢，這說明豇豆部分品質指標與土壤含水量呈負相關關系。此外，莢果的可溶性蛋白含量在不同水分處理之間未表現出顯著的差異。綜合以上分析認為，干旱脅迫對豇豆的產量具有顯著的抑制作用，而豇豆莢果的部分品質指標則隨著干旱脅迫程度的加劇呈現出逐漸增加的趨勢。

圖1 干旱脅迫對豇豆葉片相對含水量的影響

2.3 葉片光合特性和葉綠素

干旱脅迫對豇豆葉片光合特性的影響效果如表2所示?？梢?，豇豆葉片凈光合速率在CK、LS與MS處理下分別達到23.86、19.35、14.72 μmol·m-2·s-1，LS和MS處理相比CK顯著降低18.90%和38.31%。葉片蒸騰速率的變化規(guī)律和凈光合速率基本一致，LS、MS處理分別較CK下降21.70%、36.57%，差異均達顯著水平。從表2可知，同CK相比，輕度和中度干旱脅迫使豇豆葉片的氣孔導度明顯降低，且隨著脅迫程度的增加，降幅越來越大。各干旱脅迫處理的胞間CO2濃度也表現出類似的變化規(guī)律，LS、MS處理分別較CK顯著降低20.72%、35.81%。

方差分析顯示，在輕度、中度干旱脅迫下，豇豆葉片的葉綠素含量顯著降低，LS和MS處理相比CK分別顯著下降10.79%和25.87%。綜上，豇豆葉片的光合特性和葉綠素含量對土壤含水量較為敏感，且隨著干旱脅迫程度的加大，其葉片光合特性和葉綠素含量受到了明顯的抑制。

2.4 葉片保護酶、丙二醛與相對電導率

不同干旱脅迫強度對豇豆葉片SOD、CAT活性的影響狀況如表3顯示?？梢姡谷~片的SOD與CAT活性隨干旱脅迫程度的加大而顯著升高，其中LS處理的 SOD、CAT活性分別較 CK顯著提高24.06%、17.02%，而MS處理分別顯著提高52.17%、27.21%。

由表3可見，隨著土壤含水量的減少，豇豆葉片的丙二醛含量與相對電導率表現出遞增的趨勢。LS處理的丙二醛含量與相對電導率相比CK分別顯著提高11.93%與33.26%，而MS處理分別顯著提高 40.91%與84.29%。由此可知，在干旱脅迫生境下，豇豆葉片的保護酶活性與丙二醛含量及相對電導率均明顯升高，且升高幅度隨著脅迫程度的加劇而增大。

表1 水分脅迫對豇豆產量與莢果品質的影響

表3 干旱脅迫對豇豆葉片SOD、CAT活性和丙二醛含量及相對電導率的影響

表2 干旱脅迫對豇豆葉片光合特性與葉綠素含量的影響

3 討論與結論

水分是植物生長發(fā)育的關鍵因子之一，適宜的水分對植株生長具有促進效應，而水分虧缺則會抑制生長[11，12]。葉片相對含水量是植物組織生理狀態(tài)的一個重要指標，對植物水分狀況可以起到較好的指示作用[13]。本研究得出，隨干旱脅迫程度的加劇，豇豆葉片的相對含水量呈逐漸遞減的趨勢，這與方增玉等[14]對北美丁香的研究結論相似。本試驗還表明，隨著土壤含水量的減少，豇豆莢果的維生素C和可溶性糖含量較CK有增加的趨勢，說明保持一定的土壤干旱能夠提高莢果品質，進而延長其儲藏期；但同時發(fā)現，豇豆的產量在干旱脅迫條件下顯著降低。因此，在實際生產中，可以在豇豆收獲前期進行適當的水分控制，在保證產量的前提下提高質量。此外，本研究還發(fā)現，在干旱脅迫環(huán)境下，豇豆葉片的光合特性指標和葉綠素含量相比對照均顯著降低，其中葉片氣孔導度與胞間CO2濃度在不同脅迫下均呈下降趨勢，表明氣孔限制因素是凈光合速率降低的主要誘因[15]。

諸多學者研究認為[12，16，17]，SOD、CAT活性易受干旱脅迫的影響，干旱傷害程度與這2種酶的活性呈負相關。水分脅迫下植物體內積累活性氧，但植物可通過內源性保護性酶促清除系統清除過多的活性氧，以保證細胞的正常機能[17]。本研究得出，豇豆葉片的SOD、CAT活性隨著干旱脅迫程度的加大而呈明顯遞增的趨勢，這表明輕度或中度脅迫激發(fā)了豇豆體內保護酶系統的活性來做出保護性反應。此外，本研究還發(fā)現，在輕度、中度干旱脅迫條件下，豇豆葉片的丙二醛（MDA）含量和相對電導率相比對照表現出顯著升高的趨勢，且MDA含量、相對電導率在輕度脅迫下的上升幅度明顯小于中度脅迫的，這說明豇豆的細胞膜在中度干旱脅迫下所受的傷害較大，已經超過了它的耐受上限，使豇豆代謝發(fā)生紊亂并進行膜脂過氧化，質膜受到損傷，從而導致MDA累積變多[18]，這與趙麗麗等[16]對金蕎麥的研究結論基本一致。此外，本研究只是采用盆栽模擬脅迫的方式對豇豆品質與葉片抗氧化保護酶活性進行了探討，而關于豇豆在不同干旱脅迫梯度下的動態(tài)變化規(guī)律還有待于后期進一步研究。

[1]劉長友，田靜，范保杰，等.豇豆屬3種主要食用豆類的抗豆象育種研究進展[J].中國農業(yè)科學，2010，43（12）：2 410-2 417.

[2]Siddiqui M H,Al-Whaibi M H,Basalah M O.Role of nitric oxide in tolerance of plants to abiotic stress[J].Protoplasma, 2011，248(3):447-455.

[3]徐兆生，王素，徐麗鳴，等.菜豆優(yōu)良品種綜合鑒定評價[J].中國蔬菜，2001（5）：19-20.

[4]鄭卓杰.中國食用豆類學[M].北京：中國農業(yè)出版社，1997.

[5]井大煒，王明友，張紅，等.雞糞對蕓豆土壤有機碳氧化穩(wěn)定性與碳庫管理指數的影響[J].農業(yè)機械學報，2016，47（8）：192-200.

[6]Moshiur R,Mosharrof H,Parvez A,et al.Plant density influence on yield and nutritional quality of soybean seed [J].Asian Journal of Plant Sciences,2011,10(2):125-132.

[7]賈德新，李士平，王風丹，等.蚯蚓糞對豇豆根際土壤生物學特征及微生物活性的影響[J].浙江農業(yè)學報，2016，28（2）：318-323.

[8]王明友，井大煒，張紅，等.蚯蚓糞對豇豆土壤活性有機碳及微生物活性的影響[J].核農學報，2016，30（7）：1 404-1 410.

[9]顧大路，王偉中，孫愛俠，等.不同輪作模式對日光溫室黃瓜生長的影響[J].江蘇農業(yè)學報，2016，32（4）：874-878.

[10]李合生.植物生理生化實驗原理和技術[M].北京：高等教育出版社，2000.

[11]井大煒，邢尚軍，劉方春，等.保水劑-尿素凝膠對側柏裸根苗細根生長和氮素利用率的影響[J].應用生態(tài)學報，2016，27（4）：1 046-1 052.

[12]高鑫宇，劉麗君，劉博，等.PEG模擬干旱對大豆抗氧化酶活性及抗氧化能力的影響[J].大豆科學，2016，35（4）：616-619.

[13]井大煒，邢尚軍，劉方春，等.保水劑施用方式對側柏根際微生態(tài)環(huán)境的影響[J].農業(yè)機械學報，2016，47（5）：146-154.

[14]方增玉，段艷欣，趙慶柱，等.干旱脅迫對北美丁香生長和部分抗旱生理生化指標的影響[J].北方園藝，2016（22）：92-96.

[15]陳征，許嘉陽，范藝寬，等.不同烤煙品種幼苗形態(tài)結構及光合參數對干旱脅迫響應機制的差異[J].中國生態(tài)農業(yè)學報，2016，24（11）：1 508，1 520.

[16]趙麗麗，王普昶，陳超，等.持續(xù)干旱對金蕎麥生長、生理生態(tài)特性的影響及抗旱性評價[J].草地學報，2016，24（4）：825-833.

[17]趙璞，李夢，及增發(fā)，等.植物干旱響應生理對策研究進展[J].中國農學通報，2016，32（15）：86-92.

[18]趙婷婷，鄭順林，萬年鑫，等.早期施氮對馬鈴薯苗期抗旱能力的影響[J].干旱區(qū)資源與環(huán)境，2016，30（5）：185-190.

Effects of Drought Stress on Quality and Antioxidant Enzyme Activities of Cowpea

JING Dawei,ZHANG Hong,LI Shiping,WANG Mingyou
(College of Ecology and Garden Architecture,Dezhou University,Shandong 253023)

A pot experiment was conducted to study the effects of different water treatments (normal irrigation,light drought,and moderate drought)on quality and antioxidant enzyme activities in leaves of cowpea.The results showed that, compared with those under normal irrigation,the relative water content,photosynthetic characteristics and chlorophyll content in leaves of cowpea under light and moderate drought stress had a trend of decreasing gradually,and with the increase extent of drought stress,the decreasing amplitude become larger and larger.However,as the increase of stress degree,the contents of vitamin C,nitrate and soluble sugar of cowpea legume showed a trend of increasing gradually.At the same time,the activities of superoxide dismutase (SOD)and catalase (CAT)in leaves under drought stress increased significantly.The leaf malondialdehyde (MDA)content and relative electric conductivity also had a significant increase, and the increasing amplitude under moderate stress was obviously higher than that under light stress,suggesting that moderate drought stress had larger damage to plasma membrane with metabolic disturbance and membrane lipid peroxidation.As a result,the physiological properties in leaves of cowpea could change under water stress and lead to yield decreasing significantly,while had an ameliorative effect on legume quality of cowpea.

Cowpea;Drought stress;Relative water content;Quality;Antioxidant enzyme

S643.4；S601

A

1001-3547（2017）04-0071-04

10.3865/j.issn.1001-3547.2017.04.025

山東省農業(yè)良種工程項目“德州特色豆類蔬菜品種資源的整理篩選與創(chuàng)新利用”[魯科字（2013）207號]

井大煒（1982-），男，講師，博士，主要從事植物營養(yǎng)機理與調控研究，電話：13791335850，E-mail：jingdawei009@163.com

王明友（1964-），通訊作者，男，教授，主要從事蔬菜高產生理生態(tài)的研究工作，E-mail：nwmy_sddz@163.com

2017-01-13