李博書， 陳 晶， 楊 亮， 董宇辰， 關(guān)方碩， 劉 剛， 姜君學(xué)， 董守坤**

（1.東北農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院， 哈爾濱 150030； 2.哈爾濱市呼蘭區(qū)氣象局， 哈爾濱 150500）

大豆[Glycine max（L.）Merr.]是日常膳食中蛋白質(zhì)和植物油脂的重要來源[1]，也是亞洲地區(qū)主要糧食作物和經(jīng)濟作物。21 世紀(jì)以來，由于降水、灌溉等水分條件變化而引起的作物干旱脅迫現(xiàn)象時有發(fā)生，成為限制大豆植株群體生長發(fā)育和產(chǎn)量提升的重要因素之一。干旱脅迫從多個方面影響大豆生長發(fā)育，不僅在某種程度上阻抑大豆生長，還會直接影響大豆生理代謝，致使大豆產(chǎn)量降低、質(zhì)量下降[2]。黑龍江省是我國春大豆生產(chǎn)的主要區(qū)域，同時也是春季干旱發(fā)生頻率最高地區(qū)之一，頻率高達(dá)70%左右[3]，近幾年階段性干旱時有發(fā)生，對大豆生長發(fā)育產(chǎn)生重要影響。

不同生育期農(nóng)作物正常生長時，過氧化物酶（POD）活性隨著生長逐漸降低，成熟期顯著上升；過氧化氫酶（CAT）活性苗期降低，花期、鼓粒期升高，成熟期降至最低水平。在逆境脅迫條件下，通過生理活動和生化調(diào)節(jié)，植物自身具備了一定逃避或抵御脅迫的能力，以減少脅迫帶來的傷害[4-6]。逆境條件下植物自身清除活性氧主要是通過抗氧化酶活性的改變來保護細(xì)胞膜從而保護葉片，增強植株抗旱性和抵抗其他逆境脅迫的能力[6]，主要包括過氧化物酶（POD）、過氧化氫酶（CAT）等關(guān)鍵抗氧化酶。研究發(fā)現(xiàn)，耐旱性強的品種抗氧化能力明顯大于干旱敏感型品種[7]。大豆在遭受干旱脅迫時，葉片的抗氧化酶活性與抗氧化能力都只能在一定限度內(nèi)起作用，當(dāng)干旱程度突破這一限度時，大豆葉片的抗氧化能力就會逐漸下降[8-9]。通過在不同生育期測定春大豆品種黑農(nóng)84 和合豐46葉片在干旱條件下和復(fù)水后的過氧化物酶（POD）活性和過氧化氫酶（CAT）活性，研究探討了干旱脅迫條件下不同生育時期、不同抗旱能力春大豆品種黑農(nóng)84（耐旱性強）和合豐46（耐旱性弱）的過氧化物酶（POD）、過氧化氫酶（CAT）活性變化規(guī)律及抗氧化能力在何種干旱限度內(nèi)才能正常作用，以期為大豆耐旱生理研究提供理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試大豆品種黑農(nóng)84 和合豐46 均為春大豆品種，由黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院大豆研究所提供。其中春大豆品種黑農(nóng)84 耐旱性強，合豐46 耐旱性弱。

1.2 試驗設(shè)計

試驗于2019 年在東北農(nóng)業(yè)大學(xué)玻璃材質(zhì)防雨棚內(nèi)進行，全程采用土壤盆栽方法。所用容器為塑料桶，直徑32 cm，高30 cm，每個容器桶中裝土18 kg。選取無病蟲害、籽粒渾圓飽滿、大小基本一致的大豆種子。播種時，每桶播6～8 粒種子，試驗時每桶保留3 株。采用稱重法和土壤水分速測儀配合進行水分控制，分別于大豆植株苗期、開花期、鼓粒期進行干旱脅迫，具體方式為：

（1）苗期干旱脅迫（V3-R2）。從三節(jié)期（V3）開始對苗期大豆進行斷水處理，達(dá)到干旱脅迫的目的，對同一桶中植株逐級進行干旱處理，使土壤含水量按時間先后分別達(dá)到輕度干旱脅迫（田間持水量控制在60%～65%，用符號LS 表示）、中度干旱脅迫（田間持水量控制在50%～55%，用符號MS表示）、重度干旱脅迫（田間持水量控制在40%～45%，用符號SS 表示）3 個水平，當(dāng)植株群體達(dá)到重度脅迫程度取樣后的當(dāng)日傍晚對其進行復(fù)水，使土壤含水量與對照持平。

（2）開花期干旱脅迫（R2-R4）。從盛花期（R2）開始進行，處理方法同苗期。

（3）鼓粒期干旱脅迫（R5-R6）。自鼓粒始期（R5）開始進行，處理方法同苗期。

對照組田間持水量在整個生育期保持在70%～75%。當(dāng)土壤含水量分別處在預(yù)定范圍時，在清晨8：00 至9：00 混合對大豆葉片取樣，其他分別在三節(jié)期（V3）、初花期（R1）、盛花期（R2）、盛莢期（R4）、鼓粒始期（R5）、鼓粒滿期（R6）對大豆葉片進行取樣，每組處理重復(fù)取樣3 次，取樣時樣本保存在冷藏箱中，取樣完成后冷藏箱送回實驗室，取樣測定時只取葉片，盡量避開葉脈，研磨后進行各項指標(biāo)測定。

1.3 測試指標(biāo)與方法

采用蘇州科銘生物技術(shù)有限公司生產(chǎn)試劑盒，使用比色法對試驗各項指標(biāo)進行測定，測定指標(biāo)為過氧化物酶（POD）和過氧化氫酶（CAT）活性。

2 結(jié)果與分析

2.1 正常供水條件下大豆葉片中POD、CAT活性變化

隨著生育時期推進，在正常供水條件下，黑農(nóng)84 和合豐46 兩個春大豆品種的過氧化物酶（POD）與過氧化氫酶（CAT）活性均呈先升后降的趨勢，且均在盛莢期（R4）時達(dá)到峰值。兩品種相比，無論是過氧化物酶（POD）還是過氧化氫酶（CAT）活性均相差不大（見圖1，圖2）。

圖1 正常供水條件下大豆葉片中POD 活性變化

圖2 正常供水條件下大豆葉片中CAT 活性變化

2.2 干旱及復(fù)水對不同生育時期大豆葉片POD、CAT 活性的影響

在中度干旱脅迫（MS）及重度干旱脅迫（SS）條件下，黑農(nóng)84 葉片中的過氧化物酶（POD）活性始終高于合豐46；在輕度干旱脅迫（LS）、中度干旱脅迫（MS）及重度干旱脅迫（SS）條件下，黑農(nóng)84 葉片中過氧化氫酶（CAT）活性始終高于合豐46。以上結(jié)果表明，黑農(nóng)84 抗旱性高于合豐46。

2.2.1 干旱及復(fù)水對苗期大豆葉片POD、CAT 活性的影響 在干旱脅迫條件下，隨著干旱程度的加重，苗期大豆葉片中過氧化物酶（POD）活性呈先升后降的趨勢，在中度干旱脅迫（MS）條件下，其活性到達(dá)峰值。

苗期干旱脅迫下兩品種與充分供水處理相比，黑農(nóng)84 葉片中過氧化物酶活性（POD）在輕度干旱脅迫（LS）條件下增幅最小，為48.5%，在中度干旱脅迫（MS）條件下增幅最大，為230.9%；合豐46 葉片中過氧化物酶（POD）活性在輕度干旱脅迫（LS）條件下增幅最小，為47.4%，在中度干旱脅迫（MS）條件下增幅最大，為163.4%（見圖3）。

圖3 干旱及復(fù)水對苗期大豆葉片POD 活性的影響

苗期不同時期（V3、R1）干旱復(fù)水處理后，黑農(nóng)84 和合豐46 葉片中過氧化物酶（POD）活性均逐漸趨向于對照組水平。苗期干旱復(fù)水后，至盛花期（R2）時大豆葉片中過氧化物酶（POD）活性與對照組無明顯差異。

隨著干旱脅迫程度加重，苗期大豆葉片中過氧化氫酶（CAT）活性呈單峰曲線，在中度干旱脅迫（MS）條件下時，其活性達(dá)到峰值。苗期干旱脅迫下兩品種與充分供水處理相比，黑農(nóng)84 葉片中過氧化氫酶（CAT）活性在輕度干旱脅迫（LS）條件下增幅最小，為36.0%，在中度干旱脅迫（MS）條件下增幅最大，為131.0%；合豐46 葉片中過氧化氫酶（CAT）活性在輕度干旱脅迫（LS）條件下增幅最小，為24.3%，在中度干旱脅迫（MS）條件下增幅最大，為105.9%（見圖4）。

圖4 干旱及復(fù)水對苗期大豆葉片CAT 活性的影響

苗期干旱脅迫復(fù)水后，黑農(nóng)84 和合豐46 葉片中過氧化氫酶（CAT）活性均逐漸趨向于對照組水平。苗期干旱復(fù)水后到達(dá)盛花期（R2）時，大豆葉片中過氧化氫酶（CAT）活性指標(biāo)與對照組無顯著差別。

2.2.2 干旱及復(fù)水對花期大豆葉片POD、CAT 活性的影響 在干旱脅迫條件下隨著干旱脅迫程度的加重，花期大豆葉片中過氧化物酶（POD）活性一直呈升高趨勢，在重度干旱脅迫（SS）條件下達(dá)到峰值?；ㄆ诟珊得{迫下兩品種與充分供水處理相比，黑農(nóng)84 葉片中過氧化物酶活性（POD）在輕度干旱脅迫（LS）條件下增幅最小，為26.1%，在中度干旱脅迫（MS）條件下增幅最大，為89.2%；合豐46葉片中過氧化物酶（POD）活性在輕度干旱脅迫（LS）條件下增幅最小，為28.8%，在中度干旱脅迫（MS）條件下增加幅最大，為42.7%（見圖5）。

圖5 干旱及復(fù)水對花期大豆葉片POD 活性的影響

花期不同時期（R2、R4）干旱脅迫復(fù)水后，葉片中過氧化物酶（POD）活性逐漸趨向?qū)φ战M水平?；ㄆ趶?fù)水后到達(dá)盛莢期（R4）時，合豐46 葉片中過氧化物酶（POD）活性接近對照組水平，而黑農(nóng)84葉片中的過氧化物酶（POD）活性仍明顯高于對照。

隨著干旱脅迫程度加重，花期大豆葉片過氧化氫酶（CAT）活性呈單峰曲線，在中度干旱脅迫（MS）條件下，其活性達(dá)到峰值；花期干旱脅迫下兩品種與充分供水處理相比，黑農(nóng)84 葉片中過氧化氫酶（CAT）活性在輕度干旱脅迫（LS）條件下增幅最小，為30.2%，在中度干旱脅迫（MS）條件下增幅最大，為69.1%；合豐46 葉片中過氧化氫酶（CAT）活性在輕度干旱脅迫（LS）條件下增幅最小，為22.6%，在中度干旱脅迫（MS）條件下增加幅最大，為55.5%（見圖 6）。

不同時期干旱脅迫復(fù)水后，葉片中過氧化氫酶（CAT）活性逐漸趨向?qū)φ战M水平?；ㄆ诟珊祻?fù)水后到達(dá)盛莢期（R4）時，合豐46 葉片中過氧化氫酶（CAT）活性接近對照組水平，黑農(nóng)84 葉片中的過氧化氫酶（CAT）活性仍明顯高于對照組（見圖6）。

圖6 干旱及復(fù)水對花期大豆葉片CAT 活性的影響

2.2.3 鼓粒期干旱及復(fù)水對大豆葉片POD、CAT活性的影響 在干旱脅迫條件下，隨著干旱脅迫程度加重，鼓粒期大豆葉片中過氧化物酶（POD）活性一直呈升高趨勢，在重度干旱脅迫（SS）條件下達(dá)到峰值。鼓粒期干旱脅迫下兩品種與充分供水處理相比，黑農(nóng)84 葉片中過氧化物酶活性（POD）在輕度干旱脅迫（LS）條件下增幅最小，為24.9%，在重度干旱脅迫（SS）條件下增幅最大，為75.6%；合豐46葉片中過氧化物酶（POD）活性在輕度干旱脅迫（LS）條件下增幅最小，為14.7%，在重度干旱脅迫（SS）條件下增幅最大，為54.3%（見圖7）。

不同時期干旱復(fù)脅迫水后，葉片中過氧化物酶（POD）活性逐漸趨向?qū)φ战M水平。鼓粒滿期（R6）時，大豆葉片中過氧化物酶（POD）活性達(dá)到對照水平，黑農(nóng)84 和合豐46 表現(xiàn)較為一致（見圖7）。

圖7 干旱及復(fù)水對鼓粒期大豆葉片POD 活性的影響

隨著干旱脅迫程度加重，鼓粒期大豆葉片中過氧化氫酶（CAT）活性一直呈上升趨勢，在重度干旱脅迫（SS）條件下達(dá)到峰值。鼓粒期干旱脅迫下兩品種與充分供水處理相比，黑農(nóng)84 葉片中過氧化氫酶（CAT）活性在輕度干旱脅迫（LS）條件下增幅最小，為19.7%，在重度干旱脅迫（SS）條件下增幅最大，為86.4%；合豐46 葉片中過氧化氫酶（CAT）活性在輕度干旱脅迫（LS）條件下增幅最小，為11.7%，在重度干旱脅迫（SS）條件下增幅最大，為68.0%（見圖 8）。

圖8 干旱及復(fù)水對鼓粒期大豆葉片CAT 活性的影響

在鼓粒期進行干旱脅迫復(fù)水后，大豆葉片中過氧化氫酶（CAT）活性在鼓粒滿期（R6）時達(dá)到對照水平，黑農(nóng)84 和合豐46 表現(xiàn)一致（見圖8）。

3 結(jié)論

（1）在確保大豆植株正常供水情況下，大豆葉片中過氧化物酶（POD）活性變化隨著生育進程的推進呈現(xiàn)出單峰動態(tài)變化趨勢。在盛莢期（R4）時，過氧化物酶（POD）活性達(dá)到峰值。

（2）干旱脅迫條件下，大豆葉片中過氧化物酶（POD）活性隨干旱脅迫水平的增加呈先升后降的趨勢，其增長幅度表現(xiàn)為鼓粒期＜開花期＜苗期。

（3）干旱脅迫條件下，大豆葉片中過氧化氫酶（CAT）活性呈單峰變化趨勢，苗期和開花期在中度干旱脅迫（MS）時達(dá)到最大。過氧化氫酶（CAT）活性增長幅度表現(xiàn)為鼓粒期＜開花期＜苗期，鼓粒期在重度干旱脅迫（SS）時上升達(dá)到最大水平，復(fù)水后趨于對照組水平。

（4）苗期干旱脅迫復(fù)水后的過氧化物酶（POD）活性和過氧化氫酶（CAT）活性均能很快恢復(fù)，花期干旱脅迫復(fù)水后恢復(fù)時間較長，鼓粒期復(fù)水后難以恢復(fù)。