姜宗慶，李成忠，余 樂，湯庚國

(江蘇農(nóng)牧科技職業(yè)學(xué)院，泰州 225300)

隨著全球氣候變暖，干旱氣候呈高頻率出現(xiàn)態(tài)勢。據(jù)不完全統(tǒng)計，全球干旱半干旱地區(qū)約占土地面積的40%，我國干旱半干旱地區(qū)占國土面積超過50%[1-4]。干旱脅迫強(qiáng)度達(dá)到一定程度后，植物水分平衡被打破，將會對植物造成永久性傷害[5]。隨著干旱處理時間的延長，植物表現(xiàn)為根系活力明顯下降，呼吸作用降低[6]。植物在干旱脅迫條件下，葉片細(xì)胞體積變小，膜系統(tǒng)受到破壞，光合器官受到影響，角質(zhì)層變厚，光合速率和蒸騰速率出現(xiàn)不同程度的下降[7-10]。干旱脅迫會導(dǎo)致植物體內(nèi)丙二醛(MDA)含量和抗氧化酶活性發(fā)生變化，干旱脅迫下植物體內(nèi)MDA含量增高，其可以作為衡量植物耐旱性強(qiáng)弱的重要指標(biāo)[11]。植物受干旱脅迫后產(chǎn)生大量活性氧自由基，超氧化物歧化酶(SOD)和過氧化物酶(POD)可以保護(hù)植物細(xì)胞免受其造成的傷害[12-13]。水分虧缺會引起植物葉片過氧化氫酶(CAT)活性增強(qiáng)，減緩植物細(xì)胞的膜脂質(zhì)過氧化[14-15]。

薄殼山核桃(CaryaillinoensisK.Koch)原產(chǎn)于美國或者墨西哥，屬胡桃科山核桃屬落葉喬木，又稱美國山核桃或長山核桃，被我國作為珍貴的多用途樹種引進(jìn)[16]。劉春風(fēng)等[17]研究表明，薄殼山核桃樹體具有較強(qiáng)的耐澇性，造林前景廣闊。趙靖明等[18-19]研究認(rèn)為，薄殼山核桃幼苗的生長量和光合作用在鹽脅迫下顯著降低。前人關(guān)于薄殼山核桃逆境生理的研究報道較少，特別是薄殼山核桃耐旱性生理機(jī)制研究鮮見報道。本試驗探討干旱脅迫下，薄殼山核桃葉片中丙二醛含量和3種抗氧化酶活性的變化，旨在為不同水分管理條件下薄殼山核桃的栽植提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地點和材料

試驗地位于江蘇農(nóng)牧科技職業(yè)學(xué)院園林園藝系苗木基地(北緯32°27′30.28″，東經(jīng)119°56′20.40″)，屬亞熱帶季風(fēng)氣候，常年平均氣溫14.5℃，年平均積溫5 365.6℃，常年平均降雨日118d，年平均降水量992.5mm，年平均日照時數(shù)22 059h，無霜期215d。

試驗材料為薄殼山核桃1年生盆栽實生苗，每盆1株，平均苗高25cm，平均地徑4.5mm。盆缽規(guī)格為30cm×40cm(上緣直徑×高)，每盆裝土約10kg。盆土質(zhì)地為沙壤土，pH 6.8，有機(jī)質(zhì)13.1%，速效氮4.65 mg/kg，速效磷2.28 mg/kg，速效鉀5.49 mg/kg。

1.2 試驗方法

采用單因素隨機(jī)試驗設(shè)計，參照夏鵬云等[20]的方法，將PEG-6000溶于霍格蘭營養(yǎng)液中，配制4種不同質(zhì)量濃度的滲透液，并設(shè)對照(CK，霍格蘭營養(yǎng)液)，共5個處理(表1)。試驗于2016年4月下旬進(jìn)行，選取生長基本一致的健壯薄殼山核桃苗，每個處理20盆，3次重復(fù)。每5d澆1次處理液，以澆透土壤為準(zhǔn)。試驗開始后每5d取樣1次，共采樣7次。采集葉片樣品置于液氮中快速冷凍，然后置于-70 ℃冰箱保存待測。

表1 不同濃度PEG-6000滲透液處理

1.3 測定項目與方法

丙二醛(MDA)含量、超氧化物歧化酶(SOD)活性、過氧化物酶(POD)活性和過氧化氫酶(CAT)活性分別采用硫代巴比妥酸法、氮藍(lán)四唑(NBT)染色法、愈創(chuàng)木酚染色法和紫外吸收法測定[21-22]。

1.4 數(shù)據(jù)處理

試驗數(shù)據(jù)處理和分析均采用Excel 2013軟件進(jìn)行。顯著性分析采用SPSS 20.0軟件，P<0.05表示差異顯著。

2 結(jié)果與分析

2.1 干旱脅迫下薄殼山核桃葉片MDA含量的變化

由圖1可以看出，隨著干旱脅迫程度的加強(qiáng)和脅迫時間的延長，薄殼山核桃葉片膜脂過氧化程度加劇，細(xì)胞受到的傷害變大，各干旱脅迫處理葉片MDA含量均高于CK，表現(xiàn)為P4>P3>P2>P1>CK。輕度脅迫P1處理在脅迫5d時，MDA含量略有下降，與CK 差異不顯著;其他干旱處理的MDA含量顯著高于CK。隨著干旱程度的加劇和脅迫的持續(xù)，薄殼山核桃葉片中的MDA含量表現(xiàn)出一直上升的趨勢。脅迫開始至第15天，P1、P2和P3處理的MDA含量增速較慢，之后增速加大，而重度脅迫P4處理的MDA含量一直呈快速上升趨勢，脅迫30d時各處理間MDA含量差異顯著。

2.2 干旱脅迫下薄殼山核桃葉片SOD活性的變化

由圖2可以看出，重度脅迫P4處理的葉片SOD活性一直呈下降趨勢，P1、P2和P3處理的SOD活性隨脅迫時間延長呈先上升后下降的變化趨勢。脅迫第5天后，各干旱處理的SOD活性均開始下降，表現(xiàn)為CK> P1> P2>P3> P4。干旱脅迫10—15d時，P1和P2處理的SOD活性略有回升，之后繼續(xù)下降，20d后各處理的SOD活性均顯著低于CK，重度脅迫P4處理與其他處理差異顯著。

圖1 干旱脅迫下薄殼山核桃葉片MDA含量的變化Fig.1 Changes of MDA content in leaves ofC.illinoensis under drought stress

圖2 干旱脅迫下薄殼山核桃葉片SOD活性的變化Fig.2 Changes of SOD activity in leaves ofC.illinoensis under drought stress

2.3 干旱脅迫下薄殼山核桃葉片POD活性的變化

由圖3可以看出，脅迫開始至第5天，P4處理的葉片POD活性下降，而P1、P2和P3處理的POD活性上升，第5天之后，各干旱處理的POD活性均下降，20d后，各干旱處理的POD活性均顯著低于CK，表現(xiàn)為CK> P3> P2>P1> P4。

2.4 干旱脅迫下薄殼山核桃葉片CAT活性的變化

由圖4可以看出，脅迫開始至第5天，干旱處理P1、P2和P3的葉片CAT活性均處于上升趨勢，第5天時各干旱處理的CAT活性均顯著高于對照，隨后下降。第15天時，P1、P2和P3處理的CAT活性基本接近對照，而P4處理明顯低于對照。干旱脅迫20d之后，各干旱處理的CAT活性均低于對照，此后一直下降，至30d時各干旱處理均顯著低于對照，表現(xiàn)為CK> P1> P2> P3> P4。

圖3 干旱脅迫下薄殼山核桃葉片POD活性的變化Fig.3 Changes of POD activity in leaves ofC.illinoensis under drought stress

圖4 干旱脅迫下薄殼山核桃葉片CAT活性的變化Fig.4 Changes of CAT activity in leaves ofC.illinoensis under drought stress

3 結(jié)論與討論

水分虧缺是一種最普遍的影響植物生長的環(huán)境脅迫，脅迫強(qiáng)度與脅迫時長對植物均有影響[23]。MDA是植物受干旱脅迫時脂質(zhì)過氧化作用的產(chǎn)物，可以用來表示植物細(xì)胞膜損傷程度[11]。本試驗表明，薄殼山核桃葉片MDA含量隨干旱脅迫強(qiáng)度增加而上升，重度脅迫P4處理的MDA含量最高，對照處理最低，各干旱處理葉片的MDA含量顯著高于CK。隨著脅迫時間延長，干旱處理薄殼山核桃葉片MDA含量繼續(xù)上升，脅迫初期增速較慢，可能是因為薄殼山核桃在遭受干旱脅迫后的自身調(diào)節(jié)和保護(hù)，脅迫后期增速加大，說明隨著干旱脅迫越來越重，葉片積累了大量的活性氧，從而促進(jìn)了MDA的積累，導(dǎo)致葉片細(xì)胞膜的損傷不可逆。

當(dāng)細(xì)胞脂質(zhì)受到過氧化傷害時，植物體會調(diào)節(jié)保護(hù)酶活性來降低活性氧自由基帶來的傷害，從而提高植物的抗逆性[24-27]?？寡趸富钚钥梢苑从持参锬は到y(tǒng)受損傷程度，SOD、POD和CAT均是植物受逆境脅迫時起防御作用的重要保護(hù)酶[28-31]。本試驗中，干旱處理的薄殼山核桃葉片SOD、POD和CAT活性均與對照差異顯著。重度脅迫P4處理葉片的SOD、POD和CAT活性一直呈下降趨勢，輕中度脅迫P1、P2和P3處理呈先上升后下降的變化趨勢。隨著脅迫時間延長，重度脅迫P4處理與其他處理的3種抗氧化酶活性均差異顯著，脅迫初期葉片沒有明顯的傷害癥狀，脅迫末期各干旱處理的葉片表現(xiàn)出不同程度的脫水萎蔫，重度脅迫P4處理最為嚴(yán)重。其原因可能是薄殼山核桃植株在輕度干旱脅迫條件下，植物體內(nèi)的保護(hù)酶會同時啟動來抵御不良環(huán)境，植物具有一定的自身調(diào)節(jié)與適應(yīng)機(jī)制，而重度干旱脅迫和持續(xù)干旱脅迫對細(xì)胞膜的傷害嚴(yán)重且不可逆。

綜上所述，薄殼山核桃植株在輕度干旱脅迫條件下，能夠調(diào)節(jié)自身SOD等保護(hù)酶活性來提高抗旱性，具有一定的抗旱耐旱能力；而在重度干旱脅迫條件下，遭受的脅迫傷害不可逆，說明保護(hù)酶的防御及自我修復(fù)能力存在一定閥值。