卓熱木·塔西，木合塔爾·扎熱，盧明艷，帕麗旦·阿布什，吳正保

(1. 新疆林科院防沙治沙研究所,新疆 烏魯木齊 830063；2. 新疆林科院經(jīng)濟(jì)林研究所，新疆 烏魯木齊 830063；3.新疆林科院園林綠化研究所，新疆 烏魯木齊 830063；4. 哈密市林業(yè)管理站，新疆 哈密 839000)

石榴(PunicagranatumL.)屬石榴科(Punicaceae)石榴屬植物，原產(chǎn)于印度、阿富汗等中亞地區(qū)，是一種集生態(tài)、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益、觀賞價(jià)值與保健功能于一身的優(yōu)良果樹(shù)[1]。其果實(shí)富含類黃酮、安石榴苷、酚酸等生物活性物質(zhì)，保健功能強(qiáng)，越來(lái)越受到消費(fèi)者的喜愛(ài)[2-4]。我國(guó)石榴栽培已有2000多年歷史，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的自然選擇和人工馴化，逐漸形成了如新疆葉城、陜西臨潼、山東棗莊、河南開(kāi)封、安徽懷遠(yuǎn)、四川會(huì)理、云南蒙自等特色鮮明的栽培群體和綜合性狀優(yōu)良的系列遺傳種質(zhì)資源，種質(zhì)資源豐富，發(fā)展前景廣闊[5]。近年來(lái)，隨著新疆特色林果業(yè)的迅速發(fā)展，與其它新疆特色優(yōu)質(zhì)樹(shù)種一樣，石榴也在種植面積和產(chǎn)量上得到了前所未有的發(fā)展，已變成了南疆多個(gè)縣城果農(nóng)的精準(zhǔn)脫貧致富支柱產(chǎn)業(yè)之一。但是，由于新疆當(dāng)?shù)厥裰髟云贩N較單一，在果實(shí)形態(tài)、顏色、品味等品質(zhì)指標(biāo)的豐富多彩性上無(wú)法滿足消費(fèi)者日益提高的需求，亟待科研工作者通過(guò)引進(jìn)和選育等手段，篩選出適合新疆氣候條件的新品種。雖然引進(jìn)石榴新品種是迅速將外地優(yōu)良品種引入本地，解決石榴生產(chǎn)迫切需要新品種的一條最經(jīng)濟(jì)、最簡(jiǎn)單、最有效的途徑之一，但是首先需驗(yàn)證其對(duì)新環(huán)境的生態(tài)適應(yīng)能力[6-7]。新疆是典型的內(nèi)陸干旱、半干旱地區(qū)，尤其是石榴主栽區(qū)南疆四地(州)基本屬于水資源虧缺區(qū)，干旱脅迫是影響干旱、半干旱地區(qū)果樹(shù)生長(zhǎng)和環(huán)境變化最主要、最直接的因素，具有分布范圍廣，延續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，發(fā)生頻率高和威脅危害大等特點(diǎn)[8-10]。因此，新疆引進(jìn)石榴新品種時(shí)，研究其對(duì)干旱環(huán)境的生理形態(tài)響應(yīng)是評(píng)價(jià)石榴生態(tài)適應(yīng)性的主要依據(jù)之一。目前，在干旱條件下石榴光合作用、滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量、膜脂過(guò)氧化程度及保護(hù)酶活性等方面的研究較少[11-12]，其對(duì)自然干旱的生理生化響應(yīng)研究尚未見(jiàn)報(bào)道。本研究以引進(jìn)的石榴優(yōu)良品種中農(nóng)紅和突尼斯作為研究對(duì)象，采用盆栽人工控水法，研究自然干旱條件下的2個(gè)石榴品種干物質(zhì)積累率、根冠比、光合速率(Pn)、蒸騰速率(Tr)、水分利用效率(WUE)、氣孔導(dǎo)度(Gs)、胞間CO2濃度(Ci)、葉片細(xì)胞相對(duì)電導(dǎo)率、丙二醛含量、抗氧化酶活性、可溶性糖、可溶性蛋白和游離脯氨酸含量等指標(biāo)的變化趨勢(shì)，探討其在自然干旱下的生理生化反應(yīng)機(jī)理，為石榴在干旱區(qū)的適栽區(qū)劃分和栽培管理模式的制定提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料與試驗(yàn)設(shè)計(jì)

以中農(nóng)紅和突尼斯的一年生石榴幼苗為材料，于2017年3月15日從河南鄭州市高村鄉(xiāng)引進(jìn)中農(nóng)紅和突尼斯一年生幼苗各100株，在冷庫(kù)保存。到4月13日選取基徑和根系基本一致，無(wú)病蟲(chóng)害和無(wú)機(jī)械損傷的幼苗植入已裝土10.5 kg(濕土)的花盆(35 cm × 40 cm)中，土質(zhì)為壤土(商品松針土)，土壤田間持水量為29.3%(即土壤相對(duì)含水量100%時(shí)的土壤凈含水量)。每盆種植1株，按常規(guī)管理，每天早、晚補(bǔ)充當(dāng)天耗散的水量(用稱量法)，土壤相對(duì)含水量保持在70%左右，試驗(yàn)開(kāi)始之前不進(jìn)行遮雨，試驗(yàn)開(kāi)始之后，當(dāng)下雨時(shí)對(duì)全部幼苗采取了遮雨措施，試驗(yàn)期間空氣溫度、濕度和降雨量情況見(jiàn)圖1。到7月4日，根據(jù)幼苗長(zhǎng)勢(shì)情況對(duì)石榴各品種進(jìn)行再次選苗(每個(gè)處理5個(gè)重復(fù))，并開(kāi)始進(jìn)行自然干旱脅迫處理(停止?jié)菜?，當(dāng)土壤相對(duì)含水量從70%(對(duì)照，7月5日)分別降到60%(7月6日)、50%(7月7日)、40%(7月8日)、30%(7月10日)、20%(7月17日)和10%(8月3日)時(shí)，首先測(cè)定光合特性參數(shù)指標(biāo)及生長(zhǎng)量特征參數(shù)指標(biāo)，然后各干旱處理的每株幼苗隨機(jī)選取2片功能葉測(cè)定葉片相對(duì)電導(dǎo)率，并對(duì)干旱處理的每株幼苗隨機(jī)采葉樣，共10片用鋁箔紙包囊后放入液氮固定，-80℃超低溫冰箱保存，待用測(cè)定MDA、抗氧化酶活性和滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量等指標(biāo)。

圖1 試驗(yàn)地空氣溫、濕度和降雨量情況Fig.1 Rainfall and air temperature, humidity in the study area

1.2 測(cè)定方法

1.2.1 土壤相對(duì)含水量測(cè)定 土壤相對(duì)含水量采用稱量法測(cè)定[13]。在花盆裝土過(guò)程中，不同時(shí)間段另取一定量(500 g左右)的濕土5份，裝入密封袋拿到實(shí)驗(yàn)室備用。稱取100 g濕土(TM)放入已知質(zhì)量的鋁盒中，然后在80℃下烘至恒量，稱干質(zhì)量(TD)。同時(shí)稱取100 g濕土放入已知質(zhì)量的底篩網(wǎng)PVC環(huán)管中，將其置于另一個(gè)環(huán)管(空的)上面，中間用濾紙隔開(kāi)以免流土，開(kāi)始灌水一直到土壤表面淹蓋水層為止，靜置2 h使重力水滴流，稱其質(zhì)量，然后減去PVC環(huán)管的質(zhì)量，計(jì)算出飽和水狀態(tài)的土質(zhì)量(TB)，5次重復(fù)。土壤相對(duì)含水量的計(jì)算公式如下：

1.2.2 生長(zhǎng)量特征參數(shù)測(cè)定 當(dāng)土壤相對(duì)含水量降到目標(biāo)干旱梯度時(shí)，將每一盆中的幼苗采用自來(lái)水沖洗法從盆中小心取出，前兩次用自來(lái)水沖洗，第三次用無(wú)離子水沖洗干凈，吸水紙吸干，從根頸剪開(kāi)根部和地上部分，并迅速稱其鮮重(FW)，然后放置烘箱在110℃下殺青5 min，80℃下烘至恒重，稱干重(DW)，記錄并進(jìn)一步計(jì)算干物質(zhì)積累率和根冠比。計(jì)算公式[14]如下：

1.2.3 光合參數(shù)測(cè)定 當(dāng)土壤相對(duì)含水量降到目標(biāo)干旱梯度時(shí)，于9∶00-12∶30，在每個(gè)石榴品種每株幼苗上選擇功能葉(從枝條頂部倒數(shù)第5～8個(gè)完全葉)2片，采用光合測(cè)定系統(tǒng)(CIRAS-2，美國(guó)PP SYSTEMS公司)自動(dòng)闊葉葉室PLC6(U)Broad測(cè)定其光合速率(Pn)、蒸騰速率(Tr)、氣孔導(dǎo)度(Gs)和胞間CO2濃度(Ci)，每個(gè)葉片記錄3組穩(wěn)定值，每個(gè)梯度的干旱處理共測(cè)5株，并采用光合速率與蒸騰速率比值計(jì)算水分利用效率(WUE)，每次測(cè)定時(shí)的光強(qiáng)度均控制在1 300 μmol·m-2·s-1，CO2濃度控制在385±5 μmol·m-2·s-1。2個(gè)石榴品種的光合參數(shù)的測(cè)定以株為單位同步進(jìn)行，以免測(cè)定時(shí)間段不同而產(chǎn)生誤差。

1.2.4 膜脂過(guò)氧化及其保護(hù)酶活性的測(cè)定 葉片相對(duì)電導(dǎo)率和膜脂過(guò)氧化程度的測(cè)定參照文獻(xiàn)[15]。其中葉片相對(duì)電導(dǎo)率的測(cè)定采用電解質(zhì)外滲量法；丙二醛(MDA)含量參考硫代巴比妥酸(TBA)顯色法。

膜脂過(guò)氧化保護(hù)酶活性測(cè)定前，每個(gè)處理的每個(gè)重復(fù)取葉樣0.2 g，置于預(yù)冷的研缽中，加5 mL預(yù)冷0.05 mmol·L-1磷酸緩沖液(pH=7.8)，在冰上研磨成漿，在4℃，10 000 r·min-1下離心20 min，分離上清液，4℃下保存?zhèn)溆谩３趸锲缁?SOD)活性測(cè)定參照Giannopolitis和Ries的方法[16]；過(guò)氧化物酶(POD)活性采用愈創(chuàng)木酚顯色法測(cè)定[17]；過(guò)氧化氫酶(CAT)活性測(cè)定采用Grace的方法[18]。

1.2.5 滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量測(cè)定 滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量的測(cè)定參考植物生理生化試驗(yàn)原理和技術(shù)[19]。其中可溶性糖含量的測(cè)定采用蒽酮比色法；可溶性蛋白含量的測(cè)定采用考馬斯亮藍(lán)染色法；游離脯氨酸含量的測(cè)定采用茚三酮顯色—比色法。

1.3 統(tǒng)計(jì)分析

用IBM SPSS Statistics Version 22.0統(tǒng)計(jì)軟件對(duì)試驗(yàn)所測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行單因素方差分析(Duncan法)，用SigmaPlot for Windows Version 12.5進(jìn)行作圖。圖表中的不同小寫字母表示在不同干旱處理間有顯著(P<0.05)差異，所有數(shù)據(jù)均取(n≥3)平均值(means±Std. Deviation)。

2 結(jié)果與分析

2.1 自然干旱下2個(gè)石榴品種生長(zhǎng)特征參數(shù)變化

由圖2可知，隨著土壤相對(duì)含水量的自然下降，2個(gè)石榴品種的干物質(zhì)積累率呈現(xiàn)出先平穩(wěn)后迅速升高的變化趨勢(shì)。在土壤相對(duì)含水量從70%降到40%期間，中農(nóng)紅的干物質(zhì)積累率變化不大，各干旱梯度間的差異均不顯著(P>0.05)，而土壤相對(duì)含水量降到30%開(kāi)始，其干物質(zhì)積累率有了顯著的上升趨勢(shì)，土壤相對(duì)含水量分別為30%、20%和10%時(shí)候的中農(nóng)紅整株干物質(zhì)積累率均顯著高于對(duì)照(P<0.05)，其值分別為56.21%、62.91%和82.63%，比對(duì)照分別高8.8%、21.8%和59.9%。突尼斯的整株干物質(zhì)積累率在土壤相對(duì)含水量從70%降到30%的期間均沒(méi)有顯著變化(P>0.05)，土壤相對(duì)含水量降到20%時(shí)，其干物質(zhì)積累率顯著增高(P<0.05)，土壤相對(duì)含水量繼續(xù)降到10%時(shí)，其干物質(zhì)積累率顯著上升到82.44%，比對(duì)照高59.6%。

由圖3可知，土壤相對(duì)含水量從70%降到10%期間，2個(gè)石榴品種的根冠比表現(xiàn)出不規(guī)則的變化趨勢(shì)。土壤相對(duì)含水量降到40%時(shí)，中農(nóng)紅和突尼斯根冠比均顯著低于其對(duì)照，其它自然干旱梯度下的根冠比與對(duì)照間均差異不顯著(P>0.05)。

2.2 自然干旱下2個(gè)石榴品種光合參數(shù)變化

如表1所示，隨著土壤相對(duì)含水量的降低，2個(gè)石榴品種光合速率(Pn)均逐漸減少，而水分利用效率(WUE)均表現(xiàn)出先降后升再降的變化趨勢(shì)，蒸騰速率(Tr)和氣孔導(dǎo)度(Gs)均呈現(xiàn)出先升后降的趨勢(shì)，胞間CO2濃度(Ci)均呈現(xiàn)出先升后降再升的變化趨勢(shì)，到土壤相對(duì)含水量下降為10%時(shí)，因葉片基本都枯萎，無(wú)法測(cè)定光合特性特征參數(shù)。對(duì)Pn而言，2個(gè)石榴品種的最大Pn均出現(xiàn)在土壤相對(duì)含水量為70%的條件下，中農(nóng)紅和突尼斯的Pn分別為17.117 μmol·m-2·s-1和15.783 μmol·m-2·s-1，顯著高于其它干旱處理(P<0.05)，土壤相對(duì)含水量下降到20%時(shí)，中農(nóng)紅和突尼斯的Pn降到分別為1.000 μmol·m-2·s-1和0.800 μmol·m-2·s-1，比對(duì)照減少16.117 μmol·m-2·s-1和14.983 μmol·m-2·s-1。中農(nóng)紅和突尼斯的最高Tr分別出現(xiàn)在土壤相對(duì)含水量為50%和60%，其值分別為6.733 mmol·m-2·s-1和6.583 mmol·m-2·s-1，比相應(yīng)對(duì)照分別高49.62%和61.86%，土壤相對(duì)含水量下降到20%時(shí)，中農(nóng)紅和突尼斯的Tr分別降到0.450 mmol·m-2·s-1和0.433 mmol·m-2·s-1，比對(duì)照減少4.050 mmol·m-2·s-1和3.634 mmol·m-2·s-1。在自然干旱條件下，土壤相對(duì)含水量分別為70%和30%時(shí)，中農(nóng)紅和突尼斯的WUE均表現(xiàn)出2個(gè)高峰，中農(nóng)紅的峰值分別為3.798 μmol·mmol-1、4.338 μmol·mmol-1，突尼斯的峰值分別為3.893 μmol·mmol-1、2.912 μmol·mmol-1。土壤相對(duì)含水量降到為50%時(shí)，中農(nóng)紅的Gs均最高，其值為357.833 mmol·m-2·s-1，比對(duì)照處理高47.76%，突尼斯的Gs最高值出現(xiàn)在土壤相對(duì)含水量為60%時(shí)，其值為397.000 mmol·m-2·s-1，比對(duì)照高75.53%。中農(nóng)紅和突尼斯的Ci最高值出現(xiàn)在土壤相對(duì)含水量分別為50%和60%，其值分別為316.133 μmol·m-2·s-1和308.0 μmol·m-2·s-1，而后逐漸下降，中農(nóng)紅的最低Ci出現(xiàn)在土壤相對(duì)含水量為30%的條件，而突尼斯的最低Ci出現(xiàn)在土壤相對(duì)含水量為40%的條件，隨后二者的Ci又開(kāi)始上升。

圖2 自然干旱下2個(gè)石榴品種干物質(zhì)積累率變化Fig.2 Changes of dry matter accumulation rate of two pomegranate cultivars under natural drought

圖3 自然干旱下2個(gè)石榴品種根冠比變化Fig.3 Changes of root-shoot ratio of two pomegranate cultivars under natural drought

2.3 自然干旱條件下2個(gè)石榴品種相對(duì)電導(dǎo)率與丙二醛含量變化

由圖4可知，隨著土壤相對(duì)含水量的自然下降，2個(gè)石榴品種的葉片細(xì)胞相對(duì)電導(dǎo)率均呈現(xiàn)出緩慢上升趨勢(shì)，土壤相對(duì)含水量從70%降到30%期間，中農(nóng)紅和突尼斯的葉片細(xì)胞相對(duì)電導(dǎo)率均無(wú)顯著的變化(P>0.05)。到土壤相對(duì)含水量降到20%時(shí)，2個(gè)石榴品種的葉片細(xì)胞相對(duì)電導(dǎo)率均顯著高于其對(duì)照(P<0.05)，中農(nóng)紅的為68.702%，比其對(duì)照高13.44%，突尼斯的為77.317%，比其對(duì)照高17.04%。土壤相對(duì)含水量下降到10%時(shí)，中農(nóng)紅和突尼斯的葉片相對(duì)電導(dǎo)率分別升高到90.278%和92.437%，比其對(duì)照分別高35.02%和32.16%，葉片基本上均發(fā)黃枯萎。

由圖5可知，隨著土壤相對(duì)含水量的自然下降，中農(nóng)紅的丙二醛含量呈現(xiàn)出逐漸上升的變化趨勢(shì)，而突尼斯的丙二醛含量呈現(xiàn)出先穩(wěn)定不變后劇烈上升趨勢(shì)。土壤相對(duì)含水量下降到30%的時(shí)候，中農(nóng)紅的丙二醛含量最高，值為0.015 μmol·g-1，顯著高于對(duì)照、60%、50%和40%的干旱處理(P<0.05)。土壤相對(duì)含水量從70%自然下降到30%期間，突尼斯的丙二醛含量基本上無(wú)顯著變化(P>0.05)，但土壤相對(duì)含水量分別下降為20%和10%時(shí)，其丙二醛含量迅速上升，值分別為0.065 μmol·g-1和0.055 μmol·g-1，比對(duì)照高8.52倍和7.85倍。

表1 自然干旱下2個(gè)石榴品種光合特性參數(shù)的變化

注：同一列不同小寫字母表示在同一品種不同土壤相對(duì)含水量梯度間有顯著差異(P<0.05)。

Note: The different letters in same columns indicated that there were significant differences between different soil relative water content atP<0.05 level.

圖4 自然干旱下2個(gè)石榴品種葉片細(xì)胞相對(duì)電導(dǎo)率變化Fig.4 Changes of leaf cell relative conductivity of two pomegranate cultivars under natural drought

2.4 自然干旱下2個(gè)石榴品種膜脂過(guò)氧化保護(hù)酶類活性變化

由圖6可以看出，隨著土壤相對(duì)含水量的自然下降，除了土壤相對(duì)含水量為50%時(shí)中農(nóng)紅葉片超氧化物歧化酶(SOD)活性顯著下降外(P<0.05)，其它干旱條件下的SOD活性與對(duì)照相比均無(wú)顯著差異(P>0.05)。突尼斯的葉片SOD活性隨著土壤相對(duì)含水量下降而呈現(xiàn)出先下降后上升的變化趨勢(shì)，對(duì)照SOD活性最高，其值為48.332 U·g-1。到土壤相對(duì)含水量下降為10%時(shí)，因葉片基本均枯萎，無(wú)法測(cè)定SOD活性。

由圖7可知，隨著土壤相對(duì)含水量的自然下降，中農(nóng)紅的過(guò)氧化物酶(POD)活性呈現(xiàn)出先降后升再降的變化趨勢(shì)，而突尼斯POD活性呈現(xiàn)出先升后降再升的變化趨勢(shì)。土壤相對(duì)含水量從70%降到50%時(shí)，中農(nóng)紅POD活性逐漸下降，到土壤相對(duì)含水量為40%時(shí)，其POD活性劇烈上升，并達(dá)到最高值(5.107 U·min-1·g-1)，之后其POD活性又開(kāi)始下降，土壤相對(duì)含水量下降到20%時(shí)，其POD活性降為0.997 U·min-1·g-1。土壤相對(duì)含水量從70%降到50%時(shí)，突尼斯POD活性逐漸上升，到土壤相對(duì)含水量為50%時(shí)，其POD活性達(dá)到最高值，為5.111 U·min-1·g-1，土壤相對(duì)含水量為40%時(shí)，其POD活性表現(xiàn)最低值(1.220 U·min-1·g-1)，之后又開(kāi)始上升，但各干旱條件下POD活性均低于對(duì)照。到土壤相對(duì)含水量下降為10%時(shí)，因葉片基本枯萎，無(wú)法測(cè)定POD活性。

由圖8可見(jiàn)，隨著土壤相對(duì)含水量的自然下降，中農(nóng)紅過(guò)氧化氫酶(CAT)活性呈現(xiàn)出緩慢降低趨勢(shì)，而突尼斯CAT活性呈現(xiàn)出先升高再下降又升高的變化趨勢(shì)。土壤相對(duì)含水量從70%自然下降到30%期間，雖然中農(nóng)紅CAT活性有所變化，但各干旱處理間的差異均不顯著(P>0.05)，土壤相對(duì)含水量下降為20%時(shí)，其CAT活性顯著低于50%和40%干旱處理(P<0.05)。土壤相對(duì)含水量從70%自然下降到50%期間，突尼斯各自然干旱處理下CAT活性間均無(wú)顯著差異(P>0.05)，到土壤相對(duì)含水量為40%時(shí)，突尼斯的CAT活性達(dá)到最高值(44.767 mg H2O·g-1)，而土壤相對(duì)含水量為30%時(shí)，其CAT活性達(dá)到最低值(6.600 mg H2O·g-1)，之后又開(kāi)始上升。到土壤相對(duì)含水量下降為10%時(shí)，因葉片基本均枯萎，無(wú)法測(cè)定CAT活性。

圖5 自然干旱下2個(gè)石榴品種葉片丙二醛含量變化Fig.5 Changes of MDA content of two pomegranate cultivars under natural drought

圖6 自然干旱下2個(gè)石榴品種SOD酶活性變化Fig.6 Changes of SOD activity of two pomegranate cultivars under natural drought

2.5 自然干旱下2個(gè)石榴品種滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量的變化

由表2可以看出，隨著土壤相對(duì)含水量的自然下降，中農(nóng)紅可溶性糖含量呈現(xiàn)出先降后升又降的趨勢(shì)，而突尼斯可溶性糖含量呈現(xiàn)出先上升后下降趨勢(shì)。土壤相對(duì)含水量從70%自然下降到60%期間，中農(nóng)紅可溶性糖含量顯著下降，隨后逐漸增加，土壤相對(duì)含水量為30%時(shí)可溶性糖含量達(dá)到最高值(7.052%)，之后又開(kāi)始逐漸下降。土壤相對(duì)含水量從70%自然下降到30%時(shí)，突尼斯可溶性糖含量基本上逐漸上升，最高值出現(xiàn)在相對(duì)含水量為30%的干旱條件下，其值為7.414%，而后隨著土壤相對(duì)含水量的下降，其可溶性糖含量也減少。

中農(nóng)紅可溶性蛋白含量隨著土壤相對(duì)含水量的自然下降而逐漸增高，土壤相對(duì)含水量從70%下降到40%期間，其可溶性蛋白含量基本沒(méi)有顯著變化(P>0.05)，之后開(kāi)始顯著上升(P<0.05)，到土壤相對(duì)含水量為10%條件下，其可溶性蛋白含量達(dá)6.382 mg·g-1，比其對(duì)照高3.881 mg·g-1。隨著土壤相對(duì)含水量的自然下降，突尼斯的可溶性蛋白含量呈現(xiàn)出先降后升再降又升的變化趨勢(shì)，最高值出現(xiàn)在土壤相對(duì)含水量為40%條件下，其值為5.239 mg·g-1。

隨著土壤相對(duì)含水量的自然下降，2個(gè)石榴品種的游離脯氨酸含量均呈現(xiàn)上升趨勢(shì)。土壤相對(duì)含水量從70%降到30%期間，中農(nóng)紅和突尼斯游離脯氨酸含量在各干旱處理間的差異均不顯著(P>0.05)，之后其含量開(kāi)始明顯增加，到土壤相對(duì)含水量為10%時(shí)，2個(gè)品種的游離脯氨酸含量均達(dá)最高值，其值分別為1.411 μg·g-1和1.324 μg·g-1，比其對(duì)照分別高17.21倍和10.76倍。

3 討 論

干旱是嚴(yán)重影響植物生長(zhǎng)和生存的環(huán)境脅迫因子之一，生長(zhǎng)量是植物對(duì)干旱脅迫的綜合反應(yīng)，也是評(píng)估干旱脅迫程度和植物抗旱能力的可靠指標(biāo)，干旱脅迫下植株生長(zhǎng)受到抑制，且脅迫越嚴(yán)重受抑制越明顯[20-21]。本研究表明，隨著土壤相對(duì)含水量的自然下降，初期2個(gè)石榴品種基本沒(méi)出現(xiàn)萎蔫或枯干現(xiàn)象，其干物質(zhì)積累率也沒(méi)有顯著的變化，可能是遇到短期干旱時(shí)，2個(gè)石榴品種有一定的體內(nèi)保水自我保護(hù)功能，但隨著自然干旱持續(xù)時(shí)間的延長(zhǎng)，2個(gè)石榴品種的葉片均開(kāi)始枯萎，體內(nèi)所保存的水分開(kāi)始減少，其干物質(zhì)積累率也顯著升高。自然干旱條件下，雖然2個(gè)石榴品種的根冠比均有所變化，但總體上變化幅度不太顯著，可能原因一是干旱處理時(shí)間較短，根冠比沒(méi)有足夠時(shí)間做出反應(yīng)；二是2個(gè)石榴品種本身沒(méi)有具備通過(guò)根冠比的調(diào)整來(lái)應(yīng)對(duì)干旱脅迫的能力[14]，這方面有待進(jìn)一步深入研究。

圖7 自然干旱下2個(gè)石榴品種POD酶活性變化Fig.7 Changes of POD activity of two pomegranate cultivars under natural drought

圖8 自然干旱下2個(gè)石榴品種CAT酶活性變化Fig.8 Changes of CAT activity of two pomegranate cultivars under natural drought

品種名稱Cultivar土壤相對(duì)含水量/%Relative water content of soil可溶性糖含量/%Soluble sugar content可溶性蛋白含量/(mg·g-1)Soluble protein content 游離脯氨酸含量/(μg·g-1)Free proline content 中農(nóng)紅Zhongnonghong706.985±1.910a2.501±0.116c0.082±0.003bc603.292±0.649b2.749±0.159c0.112±0.010bc503.456±0.448b2.629±0.135c0.041±0.007c404.079±0.656ab2.611±0.236c0.034±0.001c307.052±0.949a3.410±0.204b0.109±0.014bc206.998±1.296a3.742±0.178b0.164±0.019b104.795±0.110ab6.382±0.284a1.411±0.063a突尼斯Tunisia705.978±0.327ab5.063±0.155a0.123±0.006b606.679±0.134a3.196±0.267c0.102±0.019b506.323±0.917ab3.731±0.139bc0.126±0.021b406.756±0.462a5.239±0.793a0.095±0.018b307.414±1.628a3.775±0.077bc0.067±0.006b206.604±0.322a3.231±0.102c0.129±0.002b103.910±0.380c4.381±0.272ab1.324±0.052a

注：同一列不同小寫字母表示在同一品種不同土壤相對(duì)含數(shù)量梯度間有顯著差異(P<0.05)。

Note: The different letters in same columns indicated that there were significant differences between different soil relative water content atP<0.05 level.

水分虧缺是限制植物光合作用的主要因子之一，影響植物光合作用的因素有氣孔限制和非氣孔限制之說(shuō)，當(dāng)Pn和Ci趨向相同時(shí)，兩者都同時(shí)減小，且氣孔阻力(Ls)增大，此時(shí)Pn的減小主要是由Gs引起；否則Pn的下降主要是由葉綠體活性、Rubisco活性和RuBP羧化酶再生能力降低等非氣孔限制影響[22]。本研究表明，在輕度自然干旱條件(土壤相對(duì)含水量大于50%)下，隨著葉片Gs的增大，Tr和Ci均開(kāi)始上升，而Pn逐漸下降，Pn的下降主要是非氣孔因子的限制，有可能是Gs的增大，導(dǎo)致Ci的增高，但光合系統(tǒng)Ⅰ對(duì)過(guò)高的Ci無(wú)法完成同化，起到反饋?zhàn)饔?，從而其Pn依然減少。在中度自然干旱條件(土壤相對(duì)含水量為50%～30%)下，隨著葉片Gs的降低，Pn、Tr和Ci均開(kāi)始下降，Pn的減少主要是氣孔因子的限制而導(dǎo)致的。在重度自然干旱條件(土壤相對(duì)含水量少于30%)下，隨著葉片Gs的降低，Pn和Tr均開(kāi)始下降，而Ci逐漸下降，Pn的減少主要是非氣孔因子的限制[23]。

細(xì)胞膜對(duì)逆境的反應(yīng)最為敏感，良好的膜穩(wěn)定性是植物耐旱的生理機(jī)制之一[24]。土壤相對(duì)含水量從70%自然下降到30%期間，2個(gè)石榴品種的葉片細(xì)胞相對(duì)電導(dǎo)率均無(wú)顯著的變化，反映了在短期的自然干旱下2個(gè)石榴品種均沒(méi)有受到傷害，但隨著干旱時(shí)間的延續(xù)和干旱程度的加重，2個(gè)石榴品種的相對(duì)電導(dǎo)率均顯著升高，細(xì)胞質(zhì)膜的穩(wěn)定性受到一定的破壞，受傷害程度越嚴(yán)重[25]。MDA是膜脂過(guò)氧化的產(chǎn)物，表示細(xì)胞膜脂過(guò)氧化程度和植物對(duì)逆境條件反應(yīng)的強(qiáng)弱[26]，本研究結(jié)果表明，雖然中農(nóng)紅MDA較對(duì)照有所變化，但含量始終保持較低，而突尼斯的MDA含量在土壤相對(duì)含水量≤30%時(shí)有劇烈的增加，表明其膜脂過(guò)氧化程度較嚴(yán)重。在干旱脅迫下，植物體內(nèi)的活性氧大量積累，破壞了正常代謝時(shí)活性氧的產(chǎn)生與清除的平衡[27]，本試驗(yàn)表明，土壤相對(duì)含水量從70%降到為50%期間，中農(nóng)紅SOD和POD活性均有所下降，而其CAT活性保持穩(wěn)定，突尼斯SOD和CAT活性均有所下降，但其POD活性顯著升高；土壤相對(duì)含水量從40%降到為20%期間，中農(nóng)紅SOD活性基本穩(wěn)定不變，而POD和CAT活性逐漸下降，突尼斯的SOD和POD活性也緩慢升高，但CAT活性基本降低，2個(gè)石榴品種的膜脂過(guò)氧化保護(hù)酶類活性對(duì)自然干旱的響應(yīng)比較復(fù)雜，其機(jī)理有待進(jìn)一步研究。

滲透調(diào)節(jié)是植物在水分脅迫下降低滲透勢(shì)和維持一定膨壓、抵御逆境脅迫的一種重要方式，可溶性糖、可溶性蛋白和脯氨酸是植物理想的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，并與植物的抗逆性有關(guān)[29]。本研究中隨著土壤相對(duì)含水量的自然下降，中農(nóng)紅的可溶性糖含量雖然呈先升后降趨勢(shì)，但其可溶性蛋白和游離脯氨酸含量均一直上升，減少了干旱脅迫對(duì)石榴葉片造成的損傷，起到保護(hù)作用；突尼斯可溶性糖含量隨干旱程度的加重呈現(xiàn)先升后降趨勢(shì)，游離脯氨酸含量保持上升趨勢(shì)，對(duì)干旱脅迫做出相應(yīng)的調(diào)節(jié)，一定程度上減輕了干旱對(duì)葉片的損傷[30]。

綜上所述，自然干旱條件下，土壤相對(duì)含水量≥50%時(shí)，2個(gè)石榴品種光合能力雖然均下降，但通過(guò)膜脂過(guò)氧化保護(hù)酶類活性及可溶性糖、可溶性蛋白和游離脯氨酸等滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的綜合調(diào)控，細(xì)胞質(zhì)膜基本沒(méi)受到傷害；土壤相對(duì)含水量在50%～30%范圍內(nèi)，2個(gè)石榴品種雖然光合能力依然下降，但通過(guò)膜脂過(guò)氧化保護(hù)酶類活性和滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量的調(diào)整，一定程度上減輕了干旱脅迫對(duì)細(xì)胞質(zhì)膜的傷害，此干旱條件下，2個(gè)石榴品種受到輕度的干旱脅迫；土壤相對(duì)含水量<30%，2個(gè)石榴品種的整株嚴(yán)重缺水，細(xì)胞膜被嚴(yán)重破壞，膜脂過(guò)氧化保護(hù)酶類活性和滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)均起不到調(diào)節(jié)作用，2個(gè)石榴品種均受到嚴(yán)重傷害或不可恢復(fù)的損失。