姜露露，于 坤，劉冬冬，王軍武，包興成，鄭 重

（1石河子大學(xué)農(nóng)學(xué)院/新疆兵團(tuán)綠洲生態(tài)農(nóng)業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，新疆石河子832000；2新疆石大國(guó)利農(nóng)業(yè)科技股份有限公司，新疆阿拉爾843300）

0 引言

新疆南疆地區(qū)干旱少雨，大部分地區(qū)被沙漠包裹，很多城市有著不同程度的干旱脅迫。目前，由于環(huán)境問(wèn)題的加重，果樹(shù)干旱缺水的情況愈加嚴(yán)重，極大地影響了果樹(shù)的生長(zhǎng)發(fā)育和水果的品質(zhì)。植物在面對(duì)干旱脅迫時(shí)首先表現(xiàn)出器官的收縮或生長(zhǎng)停止，而且變化趨勢(shì)明顯，當(dāng)植物遭受干旱脅迫時(shí)將會(huì)出現(xiàn)負(fù)增長(zhǎng)[1-2]；其次果樹(shù)的生長(zhǎng)發(fā)育長(zhǎng)期處于高溫天氣和水源缺乏會(huì)導(dǎo)致果樹(shù)樹(shù)體發(fā)育受到威脅[3]，無(wú)論是休眠時(shí)期還是生長(zhǎng)季節(jié)，都會(huì)對(duì)樹(shù)體各環(huán)節(jié)起到抑制作用。但是在一定干旱脅迫程度內(nèi)，果樹(shù)植物可以通過(guò)合成調(diào)節(jié)物質(zhì)平衡代謝，從而適應(yīng)環(huán)境所帶來(lái)的負(fù)面影響[4-5]。

無(wú)花果(Ficus carica)為?？崎艑僦参?，雌雄異花，花隱于囊狀總花托內(nèi)，只能看見(jiàn)果實(shí)而無(wú)法看到其開(kāi)花，所以稱(chēng)其為無(wú)花果，是最早馴化的樹(shù)種之一[6-8]，在國(guó)內(nèi)已有2000多年的種植歷史。無(wú)花果是經(jīng)濟(jì)價(jià)值較高的果樹(shù)，富含18種氨基酸，是氨基酸含量最多的果實(shí)[9-12]。無(wú)花果生長(zhǎng)發(fā)育能在一定程度上適應(yīng)多種惡劣環(huán)境，其抗逆性研究仍需理論支撐，目前研究大多集中在提高產(chǎn)量、品質(zhì)、抗逆性等方面，抗逆性研究主要集中于耐鹽堿[13]和抗寒性[14]等，其他鮮有報(bào)道。前人對(duì)果樹(shù)的干旱脅迫方做了很多研究，劉競(jìng)擇等[15]找到了適合西北干旱地區(qū)的葡萄砧木；里程輝等[16]通過(guò)分析水分虧缺對(duì)蘋(píng)果葉片生理特性的影響，得出‘岳冠’蘋(píng)果綜合抗旱性較好；朱京民等[17]分析了植株地上部與地下部的關(guān)系，提出加大根冠比，可以減少水分虧缺對(duì)果樹(shù)細(xì)胞膜的傷害程度，以抵御干旱脅迫。筆者以多年生無(wú)花果果樹(shù)為研究對(duì)象，將土壤含水量設(shè)置成不同梯度，對(duì)無(wú)花果進(jìn)行干旱脅迫處理，分析測(cè)定無(wú)花果產(chǎn)量及各項(xiàng)指標(biāo)[18-19]，研究無(wú)花果的抗旱生理生化機(jī)制，旨在為無(wú)花果生產(chǎn)栽培提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)時(shí)間、地點(diǎn)

試驗(yàn)于2020年5—9月在產(chǎn)學(xué)研聯(lián)合培養(yǎng)研究生示范基地開(kāi)展。試驗(yàn)地位于塔克拉瑪干大沙漠北緣，東經(jīng) 80°87′、北緯 40°59′，平均海拔1100 m，溫室大棚日平均溫度12～44℃，相對(duì)濕度40%～94%。

1.2 試驗(yàn)材料

所用材料為本基地引進(jìn)的多年生無(wú)花果品種‘布蘭瑞克’。2020年5月初將無(wú)花果進(jìn)行干旱脅迫梯度劃區(qū)，并進(jìn)行小區(qū)隔離，各試驗(yàn)小區(qū)長(zhǎng)7 m、寬0.8 m、深1.2 m，土質(zhì)為沙壤土，其理化性質(zhì)見(jiàn)表1。

表1 試驗(yàn)地土壤理化性質(zhì)

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

對(duì)試驗(yàn)地各小區(qū)無(wú)花果進(jìn)行隔離之后，每個(gè)小區(qū)安裝一套土壤墑情儀器、一套農(nóng)業(yè)氣象站，外部安裝主管道及滴灌帶，處理前各小區(qū)澆透水，當(dāng)土壤含水量達(dá)到灌溉下限時(shí)，根據(jù)儀器水分反饋情況進(jìn)行人工補(bǔ)水。2020年6月中旬開(kāi)始干旱脅迫處理，設(shè)置4個(gè)水脅迫梯度，分別為正常供水（CK，田間持水量的65%～75%）、輕度干旱（LD，田間持水量的50%～55%）、重度干旱（MD，田間持水量的40%～45%）、極度干旱（ED，田間持水量的30%～35%）。每個(gè)小區(qū)7棵無(wú)花果果樹(shù)，總計(jì)28棵。

1.4 指標(biāo)測(cè)定及方法

1.4.1 無(wú)花果產(chǎn)量、葉綠素相對(duì)含量及葉片含水量的測(cè)定 9月1日起每隔15天9:00—11:00，選取3株標(biāo)記植株測(cè)定單株結(jié)果數(shù)，各取3果測(cè)定單果重，計(jì)算平均單果重及小區(qū)產(chǎn)量；從植株新梢頂端向下數(shù)第3片成熟葉測(cè)葉綠素相對(duì)含量（便攜式葉綠素儀）后求平均值。9月28日各處理隨機(jī)選取3片功能葉迅速帶回實(shí)驗(yàn)室，將表面擦拭干凈測(cè)定其鮮重W1，待烘箱(75℃)48 h烘至質(zhì)量不變稱(chēng)其干重W2，計(jì)算葉片相對(duì)含水量(RWC)，如式(1)。

1.4.2 生理生化指標(biāo)的測(cè)定 9月28日各處理隨機(jī)選取3片功能葉（圖1）帶回實(shí)驗(yàn)室測(cè)定葉片蛋白含量、可溶性總糖含量、丙二醛(MDA)含量、超氧化物歧化酶(SOD)活性、過(guò)氧化物酶(POD)活性、過(guò)氧化氫酶(CAT)活性、游離脯氨酸(Pro)的含量。葉片蛋白含量采用考馬斯亮藍(lán)法測(cè)定，可溶性總糖含量采用蒽酮比色法測(cè)定，丙二醛(MDA)含量采用硫代巴比妥酸(TAB)法測(cè)定，超氧化物歧化酶(SOD)活性采用氮藍(lán)四唑(NBT)光還原法測(cè)定，過(guò)氧化物酶(POD)活性采用愈創(chuàng)木酚法測(cè)定，過(guò)氧化氫酶(CAT)活性采用磷酸緩沖液法測(cè)定，游離脯氨酸(Pro)含量采用磺基水楊酸法測(cè)定[19]。

圖1 無(wú)花果葉片測(cè)定部位示意圖

1.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)及處理在WPS 2019中完成，采用Excel 2019進(jìn)行繪圖制圖，采用SPSS 17.0軟件進(jìn)行方差顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 干旱脅迫下無(wú)花果葉片相對(duì)含水量及葉綠素相對(duì)含量的變化

葉片相對(duì)含水量(RWC)直接反映出植物在干旱環(huán)境中水分虧缺的程度。由圖2A可知，隨著干旱脅迫強(qiáng)度的增加無(wú)花果葉片相對(duì)含水量呈下降趨勢(shì)，ED處理下達(dá)到最低為54.1%，較CK處理顯著(P<0.05)下降了26.37%；MD較CK處理顯著(P<0.05)下降了18.66%。由圖2B可知，隨著脅迫程度的增加，無(wú)花果葉片葉綠素相對(duì)含量逐漸降低，處理間差異顯著(P<0.05)，在ED處理下達(dá)最小值(36.1)，較CK處理降低了44.40%。同時(shí)可以看到，有些葉片在ED處理下出現(xiàn)變黃的情況，表明水分虧缺使得無(wú)花果葉片葉綠素合成受阻，隨著干旱脅迫強(qiáng)度的增加葉片葉綠素的分解也開(kāi)始加快。

圖2 干旱脅迫下無(wú)花果葉片相對(duì)含水量及葉綠素相對(duì)含量的變化

2.2 干旱脅迫下無(wú)花果葉片可溶性糖含量及蛋白含量的變化

由圖3A可知，隨著干旱脅迫程度的增加，無(wú)花果葉片的可溶性糖含量明顯增加。ED處理下的無(wú)花果葉片可溶性糖含量最大，達(dá)到了3.713%，比CK處理增加了120%；MD處理下的無(wú)花果葉片的可溶性糖含量為2.673%，較CK處理增加了60%。由圖3B可知，在干旱脅迫下無(wú)花果葉片蛋白隨著脅迫強(qiáng)度的增加而增加，在ED處理下達(dá)到最大，較CK處理提高了260%；MD處理次之，較CK處理提高了230%。說(shuō)明植株在受到脅迫時(shí)會(huì)誘導(dǎo)合成大量蛋白質(zhì)，通過(guò)合成調(diào)節(jié)物質(zhì)來(lái)抵御惡劣的環(huán)境因素，保護(hù)組織免受干旱脅迫帶來(lái)的傷害。

圖3 干旱脅迫下無(wú)花果葉片可溶性糖含量及蛋白含量的變化

2.3 干旱脅迫下無(wú)花果葉片滲透物質(zhì)及酶活性的變化

Pro作為植物體內(nèi)滲透調(diào)節(jié)的細(xì)胞溶質(zhì)，其含量的變化直接反映無(wú)花果葉片在干旱脅迫下的抗性。由表2可知，隨著水分虧缺程度的增加，無(wú)花果葉片內(nèi)的脯氨酸含量呈現(xiàn)出緩慢增加的趨勢(shì)，ED和MD處理相較于CK分別提高了33%和19%，隨著水分虧缺程度的增加，無(wú)花果葉片通過(guò)合成游離脯氨酸來(lái)調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)微環(huán)境，以抵抗環(huán)境帶來(lái)的威脅。

MDA是具有毒性的膜脂過(guò)氧化產(chǎn)物，會(huì)導(dǎo)致植物細(xì)胞內(nèi)環(huán)境失調(diào)，它的含量也直接反映了植物細(xì)胞受脅迫的程度。隨著干旱脅迫的加劇，各處理下的無(wú)花果葉片MDA含量表現(xiàn)為上升趨勢(shì)；ED處理顯著升高，說(shuō)明該處理葉片細(xì)胞受脅迫程度最為嚴(yán)重；ED及MD相較于CK處理分別增加了473%和114%，LD與CK處理差異不明顯，表明受干旱脅迫的程度不大。

SOD、CAT及POD活性是反映植物受脅迫程度的重要指標(biāo)，它們的含量在一定范圍內(nèi)可以表明植物細(xì)胞在水分虧缺下受脅迫的相應(yīng)強(qiáng)度。SOD的含量大小表明植物葉片清除自由基的能力；CAT能夠清除植物細(xì)胞內(nèi)由生理過(guò)程形成而積累的H2O2，它和POD共同為細(xì)胞消除H2O2，以達(dá)到解毒的效果，防止葉片內(nèi)細(xì)胞形成大量的自由基。從表2中可以看出，隨著干旱強(qiáng)度的增加，無(wú)花果葉片內(nèi)的POD、SOD和CAT的活性均呈現(xiàn)出上升趨勢(shì)；POD活性上升幅度較小，其ED、MD、LD較CK處理分別增加了6.2%、5.1%、2.3%。SOD活性上升趨勢(shì)顯著，ED處理下的SOD活性達(dá)到了最大，較CK處理增加了360%；在MD、LD處理下較CK處理分別增加了280%、150%。CAT活性在ED處理下達(dá)到最大，較CK增加了240%，在MD、LD處理下分別增加了90%、40%。表明在干旱脅迫下無(wú)花果葉片SOD、CAT及POD的活性顯著增強(qiáng)。

表2 干旱脅迫下無(wú)花果葉片滲透物質(zhì)及酶活性的變化

2.4 干旱脅迫對(duì)無(wú)花果單果重及小區(qū)產(chǎn)量的影響

隨著時(shí)間的推移各處理間無(wú)花果單果重均逐漸增加，直至成熟。由圖4A可知，果實(shí)平均單果重在MD處理下達(dá)到最大值為62.11 g，較CK增加了26.15%；LD處理次之，較CK增加了13.94%；ED處理最小，較CK處理增加了6.09%。由圖4B可知，小區(qū)產(chǎn)量隨著時(shí)間的推移呈逐漸增加趨勢(shì)；隨著水分處理程度的增加，表現(xiàn)為ED處理下的小區(qū)產(chǎn)量最大(13.90 kg)，較CK處理增加了41%；LD處理次之，較CK增加了40.27%。ED處理下的單果重相對(duì)較小，表明該處理下的無(wú)花果座果率較高。

圖4 干旱脅迫對(duì)無(wú)花果單果重及小區(qū)產(chǎn)量的影響

3 結(jié)論

干旱脅迫下無(wú)花果可以合成大量的可溶性糖、蛋白質(zhì)，通過(guò)增加滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)和提高抗氧化酶的活性等方式來(lái)降低干旱脅迫帶來(lái)的危害。無(wú)花果葉片的葉綠素含量及相對(duì)含水量等指標(biāo)在LD處理下就開(kāi)始出現(xiàn)下降，表明干旱脅迫會(huì)影響無(wú)花果體內(nèi)水分利用率和葉綠素的含量，降低葉片的光合作用，導(dǎo)致無(wú)花果產(chǎn)量降低；隨著干旱強(qiáng)度的增加，處理中有無(wú)花果葉片變黃的現(xiàn)象；葉片內(nèi)的膜質(zhì)過(guò)氧化物大量存在，說(shuō)明干旱脅迫對(duì)無(wú)花果葉片內(nèi)細(xì)胞膜有很大影響。同時(shí)，干旱脅迫下無(wú)花果各項(xiàng)指標(biāo)表現(xiàn)不同，說(shuō)明單一指標(biāo)不能夠?qū)ü目购敌赃M(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，應(yīng)分析多項(xiàng)指標(biāo)來(lái)對(duì)其進(jìn)行評(píng)價(jià)。本研究結(jié)果表明，在干旱脅迫下，‘布蘭瑞克’無(wú)花果比較耐旱的生理機(jī)制是積累了大量的可溶性糖和蛋白，葉片內(nèi)的抗氧化酶活性高。

4 討論

在干旱環(huán)境脅迫下，植物的生物量有明顯變化。干旱脅迫會(huì)造成植物葉片水分和養(yǎng)分供應(yīng)不足，嚴(yán)重時(shí)直接導(dǎo)致植株缺水萎蔫甚至是死亡，最終導(dǎo)致產(chǎn)量降低。本研究表明，MD處理下無(wú)花果平均果重表現(xiàn)為最大(62.11 g)，小區(qū)產(chǎn)量在ED處理下表現(xiàn)為最大(13.90 kg)；說(shuō)明隨著時(shí)間的推移，ED處理下的無(wú)花果結(jié)果量較其他處理多。葉綠素作為光合作用過(guò)程中最重要的光合色素之一，可以直接反映植株受干旱脅迫的程度[21]。本研究表明，隨著干旱脅迫強(qiáng)度的增加，無(wú)花果葉片葉綠素含量逐漸降低，葉綠素被逐漸分解，光合產(chǎn)能降低。由于無(wú)花果葉片的含水量下降導(dǎo)致葉片質(zhì)量降低，造成葉綠素處于相對(duì)濃縮的狀態(tài)。干旱脅迫下無(wú)花果葉片積累了大量的可溶性糖和蛋白質(zhì)，誘導(dǎo)了某些調(diào)控蛋白的表達(dá)，導(dǎo)致蛋白質(zhì)濃度的增加[22-23]。無(wú)花果葉片在正常條件下可溶性糖含量維持在一定范圍內(nèi)，遭遇干旱逆境時(shí)會(huì)大量積累，使得無(wú)花果葉片細(xì)胞液濃度升高，降低了無(wú)花果葉片的細(xì)胞水勢(shì)，增強(qiáng)了持水力，從而提高無(wú)花果應(yīng)對(duì)干旱的能力。葉片相對(duì)含水量作為植株抗旱能力的重要指標(biāo)，直接反映植物組織水分虧缺程度[24]。本研究結(jié)果表明，無(wú)花果葉片相對(duì)含水量隨著干旱脅迫強(qiáng)度的增加呈現(xiàn)出下降趨勢(shì)，說(shuō)明干旱環(huán)境導(dǎo)致葉片組織水分大量虧損。

在干旱脅迫下植株體內(nèi)細(xì)胞膜選擇透過(guò)性功能會(huì)降低或者喪失，細(xì)胞內(nèi)離子平衡發(fā)生紊亂，使得組織浸出液的相對(duì)電導(dǎo)率上升[25-26]；細(xì)胞體內(nèi)會(huì)產(chǎn)生大量的MDA等膜脂過(guò)氧化物，從而破壞植株體內(nèi)細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)和功能[27-28]。本研究表明，隨著干旱脅迫強(qiáng)度的增加，植株體內(nèi)MDA的含量呈上升趨勢(shì)，LD、MD處理下的MDA含量較CK處理上升不明顯，表明細(xì)胞膜脂受傷害的程度輕微，ED處理下的MDA含量顯著上升，表明膜脂受傷害嚴(yán)重而發(fā)生過(guò)氧化；隨著干旱脅迫程度的增加無(wú)花果葉片脯氨酸含量呈上升趨勢(shì)，這與前人[29-31]的研究結(jié)果一致。無(wú)花果通過(guò)合成滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)Pro的含量來(lái)維持較高的細(xì)胞滲透壓，在極度干旱脅迫中，無(wú)花果合成高于CK處理1.33倍的脯氨酸維持細(xì)胞膨壓，從而緩解干旱帶來(lái)的威脅。

SOD首先參與抗氧化損傷，它可以通過(guò)反應(yīng)消除植物體內(nèi)多余的超氧陰離子，協(xié)同POD和CAT分解H2O2，從而消除活性氧物質(zhì)來(lái)降低膜脂過(guò)氧化造成的傷害，維持細(xì)胞代謝平衡[32-34]。本研究結(jié)果表明，隨著干旱脅迫強(qiáng)度的增加，無(wú)花果葉片體內(nèi)的SOD、POD、CAT活性均出現(xiàn)上升趨勢(shì)，其中POD活性變化相對(duì)平緩，說(shuō)明干旱脅迫下POD始終在發(fā)揮作用，但是POD的變化對(duì)無(wú)花果抗旱性影響相對(duì)較??；而SOD與CAT活性在干旱脅迫處理之后均顯著增加，ED處理下的SOD、CAT活性均達(dá)到了最大，較CK高360%和240%，說(shuō)明在干旱脅迫時(shí)SOD與CAT對(duì)無(wú)花果的抗旱性起著最主要的作用。無(wú)花果在干旱脅迫下通過(guò)誘導(dǎo)增強(qiáng)SOD、POD、CAT的活性共同抵御活性氧帶來(lái)的損傷。

人們對(duì)無(wú)花果的認(rèn)知程度不斷提高，無(wú)花果在鮮食市場(chǎng)所占份額也是逐年增大。新疆無(wú)花果大多是經(jīng)驗(yàn)栽培，產(chǎn)量低、品質(zhì)差限制了無(wú)花果的高效發(fā)展。筆者主要針對(duì)‘布蘭瑞克’無(wú)花果的抗旱性做了部分研究，旨在探究其面對(duì)水分脅迫帶來(lái)的危害時(shí)做出的反應(yīng)，從而掌握無(wú)花果適宜的需水狀況。由于儀器限制，本研究測(cè)定的無(wú)花果葉片生理指標(biāo)還不夠全面，不能對(duì)無(wú)花果抗旱性進(jìn)行系統(tǒng)分析，例如無(wú)花果葉片的熒光參數(shù)、光合特性指標(biāo)[凈光合速率(Pn)、蒸騰速率(Tr)、氣孔導(dǎo)度(Gs)、胞間二氧化碳濃度(Ci)]等未進(jìn)行測(cè)定，后續(xù)的試驗(yàn)中還需進(jìn)一步補(bǔ)充完善。