項洪濤，李琬，何寧，王強，曾玲玲，王曼力，楊純杰，馮延江

（1.黑龍江省農(nóng)業(yè)機械工程科學研究院綏化分院，黑龍江 綏化 152054；2.黑龍江省農(nóng)業(yè)科學院耕作栽培研究所，哈爾濱 150086；3.黑龍江省農(nóng)業(yè)科學院作物資源研究所，哈爾濱 150086；4.黑龍江省農(nóng)業(yè)科學院齊齊哈爾分院，黑龍江 齊齊哈爾 161006）

近年來，我國強降雨次數(shù)逐年增加，致使作物洪澇災害面積不斷擴大，作物生長及產(chǎn)量受到嚴重影響[1]。黑龍江省屬于氣候變化敏感和生態(tài)脆弱區(qū)，農(nóng)田澇漬災害多發(fā)[2]。澇害已成為黑龍江省重要的自然災害之一，嚴重制約著農(nóng)作物的高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)。

小豆（Vigna angularis）又名紅小豆、赤豆等，是豆科豇豆屬一年生草本植物，屬于藥食兼用作物[3]，是我國重要的食用豆類作物之一。小豆耐瘠薄和鹽堿，但對淹水脅迫敏感，我國春播地區(qū)的春澇、夏播地區(qū)的多雨都會對小豆苗期生長發(fā)育造成水分脅迫，極易形成淹水危害[4]。

淹水條件下，水分阻礙了根系與環(huán)境間的氣體交換，造成根系組織缺氧，導致根系生長受阻、生理機能紊亂，最終影響產(chǎn)量[5]。淹水脅迫會誘導細胞產(chǎn)生自由基，導致離子滲漏和細胞死亡。為抵御淹水脅迫下活性氧（reactive oxygen species，ROS）的毒害作用，植物體內(nèi)的抗氧化酶類活性提高，能夠清除更多的自由基。研究表明，高水平的超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，SOD）、過氧化物酶（peroxidase，POD）和過氧化氫酶（catalase，CAT）活性在植物抵御淹水脅迫中發(fā)揮重要作用[4]。淹水逆境下，植物ROS代謝失衡，導致過氧化氫（H2O2）、超氧根陰離子（）等過度積累，過多的ROS會引起膜系統(tǒng)損傷和細胞氧化[6]，生成包括丙二醛（malondialdehyde，MDA）在內(nèi)的膜質過氧化物，MDA能與酶蛋白發(fā)生鏈式反應，引起膜系統(tǒng)變性，影響正常生理代謝，最終導致產(chǎn)量下降。研究表明，玉米苗期淹水3~7 d產(chǎn)量下降58.80%~69.80%[7]；綠豆始粒期淹水可減產(chǎn)18.07%~28.87%[8]；大豆V3期淹水導致單株產(chǎn)量下降11.11%[9]。

烯效唑（S3307）是一種廣譜、高效、低毒、低殘留的植物生長延緩劑，可通過提高植物體內(nèi)保護酶活性、增加植物體內(nèi)滲透調節(jié)物質含量、降低生物膜透性等來提高植物對水漬等不良生長環(huán)境的耐受能力[10]。噴施S3307能有效提高作物的耐淹性[11]，幼苗期噴施S3307能顯著降低淹水后小豆葉片MDA和H2O2含量[4]；始花期噴施S3307能提高脅迫條件下小豆葉片SOD、POD和CAT活性，并顯著提高產(chǎn)量23.06%~43.88%[12]。于奇等[8]也指出，噴施S3307可有效提高淹水脅迫下綠豆葉片的生理功能，進而緩解減產(chǎn)幅度。

當作物受到淹水脅迫時，根系的形態(tài)結構和生理功能都會受到影響，無氧代謝產(chǎn)物累積[13]，最終導致粒重下降，產(chǎn)量降低[14]。目前，國內(nèi)關于水分脅迫的研究主要集中于大宗糧食作物，且多數(shù)研究集中在干旱領域。對食用豆類作物淹水脅迫的研究較少，而關于植物生長調節(jié)劑緩解淹水脅迫的生理響應研究也鮮見報道。因此，本研究于小豆幼苗期進行淹水處理，研究預噴施S3307對淹水脅迫下小豆根系抗逆生理及產(chǎn)量的影響，分析S3307對小豆抵御苗期淹水的作用，以期為小豆抗?jié)吃耘嗵峁├碚撝С帧?/p>

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試小豆品種為龍小豆4號和天津紅，由國家食用豆產(chǎn)業(yè)技術體系蕓豆育種崗位饋贈。供試植物生長調節(jié)劑為S3307，由黑龍江八一農(nóng)墾大學化控研究中心提供。

1.2 試驗設計

試驗于2019年在黑龍江省農(nóng)業(yè)科學院耕作栽培研究所盆栽場（E 126°63′，N 45°75′）及人工氣候室內(nèi)進行。試驗共設4個處理，每個處理設3次重復，具體設計詳見表1。試驗采用盆栽方式，盆高23 cm、直徑25 cm，每盆裝自然風干壤土5.5 kg，播種后覆土200 g，每盆播種15株（5穴×3株）。選取長勢均勻的材料進行試驗，每處理30盆，其中，15盆用于生理取樣，另15盆用于產(chǎn)量測定。待植株生長至幼苗期，即真葉完全展開、第1片復葉露頭的當天上午9:00葉面噴施20 mg·L-1的S3307，折合用液量為22.5 mL·m-2。翌日上午9:00進行淹水處理，淹水處理采取套盆方式，淹水程度以水面高于土壤表面1.5~2.0 cm為準，以適宜土壤含水量為對照（相對含水量為70%~80%）。淹水24 h后，開始第1次取樣，之后每24 h進行取樣，本試驗共取樣5次，記為取樣1~5 d。同時各處理在取樣期間每天去除套盆、解除淹水脅迫3盆，逐步恢復正常土壤含水量，期間進行間苗、拔草等，最終每盆保苗5株（5穴×1株），根據(jù)實際氣溫和降雨情況，適時澆水直至成熟測定產(chǎn)量。

表1 試驗設計方案Table 1 Experiment design

1.3 測定指標與方法

1.3.1 取樣方法 各處理分別將小豆根系迅速剪下后裝入預先標記好的自封袋內(nèi)，然后立即放入液氮中，充分冷凍后置于-80℃冰箱中保存，用于生理指標測定。

1.3.2 測定方法 使用試劑盒測定過氧化氫（H2O2）含量，采用氮藍四唑（nitroblue tetrazolium，NBT）法測定超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，SOD）活性，采用愈創(chuàng)木酚法測定過氧化物酶（peroxidase，POD）活性，采用分解過氧化氫含量速率法測定過氧化氫酶（catalase，CAT）活性，采用硫代巴比妥酸（thibabituric acid，TBA）法測定丙二醛（malonaldehyde，MDA）含量，采用考馬斯亮藍G-250染色法測定可溶性蛋白（soluble protein，SP）含量，具體操作規(guī)程按照李合生等[15]的方法。采用硫酸蒽酮比色法測定可溶性糖（soluble suger，SS）含量，采用茚三酮比色法測定脯氨酸（proline，Pro）含量，具體操作規(guī)程按照張憲政等[16]的方法。

1.4 數(shù)據(jù)處理

利用Excel 2010處理試驗數(shù)據(jù)并作圖，使用DPS軟件選擇新復極差法進行差異顯著性檢驗。

2 結果與分析

2.1 淹水脅迫及噴施S3307對小豆幼苗根系膜損傷的影響

2.1.1 對根系H2O2含量的影響 對不同處理幼苗根系H2O2含量進行分析，結果（圖1）表明，對于龍小豆4號，正常水分條件下T1與T2處理各取樣時期根系H2O2含量均差異不顯著，即預噴施S3307對幼苗根系影響較??；淹水脅迫后，根系H2O2含量呈快速升高趨勢，其中，T3處理根系H2O2含量在淹水1~5 d較T1處理分別提高68.62%、120.95%、169.89%、205.17%和288.47%，而預噴施S3307的T4處理較T3處理分別下降11.51%、25.79%、5.41%、12.39%和12.66%，其中，淹水2~5 d差異顯著。對于天津紅，正常水分條件下T2處理在第2和第5天根系H2O2含量較T1處理分別顯著提高16.15%和34.02%；淹水脅迫后，根系H2O2含量顯著升高，其中，T3處理在淹水1~5 d分別較T1處理顯著升高125.70%、147.85%、214.31%、222.32%和331.40%；T4處理較T3處理分別顯著降低26.73%、16.10%、22.84%、22.95%和25.71%。綜上所述，預噴施S3307能夠降低淹水條件下小豆根系H2O2含量。

圖1 不同處理下小豆幼苗根系的H2O2含量Fig.1 H2O2 contents in root of adzukibean seedlings under different treatments

2.1.2 對根系MDA含量的影響 對不同處理幼苗根系MDA含量進行分析，結果（圖2）表明，正常水分條件下，預噴施S3307對根系MDA含量影響較小，龍小豆4號僅第3天表現(xiàn)為T2處理較T1處理顯著升高13.50%，天津紅在第5天表現(xiàn)為T2處理較T1處理顯著高7.67%；淹水脅迫后，小豆根系MDA含量呈上升趨勢，而噴施S3307可有效降低根系MDA含量，其中，對于龍小豆4號，T3處理在淹水2~5 d時根系MDA含量分別較T1處理提高36.41%、53.27%、66.43%和102.10%，而T4處理在淹水3~5 d時根系MDA含量分別較T3處理下降10.71%、6.71%和18.44%；對于天津紅，T3處理在淹水1~5 d時根系MDA含量分別較T1處理提高16.43%、40.30%、50.19%、76.88%和97.57%，而T4處理在淹水3~5 d時根系MDA含量分別較T3處理降低11.22%、5.77%和13.29%。

圖2 不同處理下小豆根系的MDA含量Fig.2 MDA contents in root of adzukibean seedlings under different treatments

2.2 淹水脅迫及噴施S3307對小豆幼苗根系抗氧化酶系統(tǒng)的影響

2.2.1 對根系SOD活性的影響 圖3表明，正常水分條件下，預噴施S3307對小豆幼苗根系SOD活性影響較小，僅天津紅在第2天表現(xiàn)為T2處理較T1處理顯著高12.55%；淹水脅迫后，根系SOD活性隨著淹水時間的延長呈先升后降趨勢，其中，T3處理SOD活性在淹水3 d達到峰值，而T4處理在淹水4 d時達到峰值。對于龍小豆4號，淹水2和3 d時，T3處理根系SOD活性在淹水2~3 d分別較T1處理顯著提高13.53%和30.55%；T4處理在淹水3 d時根系SOD活性較T3處理顯著提高21.49%。對于天津紅，T3處理在淹水1~4 d時根系SOD活性分別較T1處理顯著提高18.56%、26.80%、41.41%和27.12%；淹水脅迫下噴施S3307能有效提高天津紅根系SOD活性，T4處理在淹水1~4 d時根系SOD活性分別較T3處理顯著提高8.53%、11.76%、7.63%和24.89%。

圖3 不同處理下小豆根系的SOD活性Fig.3 SODactivities in root of adzukibean seedlings under different treatments

2.2.2 對根系POD活性的影響 從圖4可以看出，正常水分條件下，預噴施S3307對小豆幼苗根系POD活性影響較小，龍小豆4號僅在第1天表現(xiàn)為T2處理較T1處理顯著升高16.54%，天津紅在第3天表現(xiàn)為T2處理較T1處理顯著升高8.68%；淹水脅迫后，根系POD活性呈先升高后降低的趨勢，噴施S3307可進一步提高POD活性。對于龍小豆4號，各時期均表現(xiàn)T3＞T1，處理1~5 d時，T3處理在淹水1、3和4 d時根系POD活性分別較T1處理顯著提高7.71%、19.61%和20.86%；T4處理在淹水2~5 d時分別較T3處理顯著提高14.16%、10.21%、10.94%和19.39%。對于天津紅，T3處理在淹水1~5 d時根系POD活性分別較T1處理顯著提高9.21%、21.28%、27.00%、23.81%和11.22%；T4處理在淹水4和5 d時分別較T3處理顯著提高12.50%和11.85%。

圖4 不同處理下小豆根系的POD活性Fig.4 PODactivities in root of adzuki bean seedlings under different treatments

2.2.3 對根系CAT活性的影響 由圖5可知，正常水分條件下，預噴施S3307對小豆幼苗根系POD活性無顯著影響；淹水脅迫后，小豆根系CAT活性呈先升高后降低的變化趨勢，在淹水3 d達到峰值。對于龍小豆4號，T3處理在1~3 d時根系CAT活性分別較T1處理顯著提高46.15%、64.29%和130.77%；T4處理在淹水4和5 d時分別較T3處理顯著提高93.75%和63.64%。對于天津紅，T3處理在淹水1~4 d時根系CAT活性分別較T1處理顯著提高88.89%、120.00%、188.89%和70.00%；T4處理根系CAT活性均高于T3處理，但兩者間差異不顯著。

圖5 不同處理下小豆根系的CAT活性Fig.5 CATactivitiesin root of adzuki bean seedlings under different treatments

2.2.4 對根系SOD/CAT比值的影響 由表2可知，正常水分條件下，SOD/CAT比值隨著植株的生長逐漸降低，T2處理的SOD/CAT比值小于T1處理，但差異不顯著；淹水脅迫后，小豆根系SOD/CAT比值先下降后升高，各處理均在第3天達到谷值，且噴施S3307進一步降低了SOD/CAT比值。對于龍小豆4號，淹水1~4 d表現(xiàn)為T1＞T3，淹水5 d變現(xiàn)為T3＞T1；T4處理的SOD/CAT比值均低于T3處理，且在淹水5 d時顯著低于T3處理。對于天津紅，T3處理的SOD/CAT比值均小于T1處理，其中在淹水2和3 d時差異顯著；T4和T3處理間均差異不顯著。

表2 不同處理下小豆幼苗根系的SOD/CAT比值Table 2 SOD/CATratio in root of seedlings of adzukibean under different treatments

2.3 淹水脅迫及噴施S3307對小豆幼苗根系滲透調節(jié)物質含量的影響

2.3.1 對根系脯氨酸含量的影響 由圖6可知，正常水分條件下，預噴施S3307對小豆幼苗根系脯氨酸含量影響較小，T2處理根系脯氨酸含量與T1處理間均無顯著差異；淹水脅迫后，小豆根系脯氨酸含量增加，噴施S3307可進一步增加脯氨酸含量。對于龍小豆4號，T3處理在淹水2~5 d時根系脯氨酸含量分別較T1處理顯著提高26.17%、29.25%、46.97%和22.79%；T4處理在淹水1~5 d時根系脯氨酸含量分別較T3處理顯著提高21.21%、31.29%、65.14%、13.18%和21.91%。對于天津紅，在淹水2~4 d時，T3處理根系脯氨酸含量較T1處理分別顯著提高22.69%、33.07%和44.03%；T4處理較T3處理分別顯著提高42.63%、49.17%和28.33%。

圖6 不同處理下小豆根系的脯氨酸含量Fig.6 Proline contents in root of adzukibean seedlings under different treatments

2.3.2 對根系可溶性糖含量的影響 由圖7可知，正常水分條件下，預噴施S3307對可溶性糖含量影響較小，僅天津紅在第2天表現(xiàn)為T2處理較T1處理顯著提高20.29%；淹水脅迫后，根系可溶性糖含量表現(xiàn)為先升后降的趨勢，噴施S3307可進一步提高小豆根系內(nèi)可溶性糖含量。對于龍小豆4號，T3處理在淹水3~5 d時根系可溶性糖含量分別較T1處理顯著提高77.43%、39.59%和20.31%；T4處理在淹水1~5 d時根系可溶性糖含量較T3處理顯著提高38.36%、37.33%、13.58%、51.49%和36.70%。對于天津紅，在淹水1~5 d，T3處理的根系可溶性糖含量較T1處理分別顯著提高24.32%、52.73%、96.94%、58.32%和22.35%；T4處理較T3處理分別顯著提高31.30%、23.29%、31.27%、36.15%和19.67%。

圖7 不同處理下小豆根系的可溶性糖的含量Fig.7 Soluble sugar contents in root of adzukibean seedlings under different treatments

2.3.3 對根系可溶性蛋白含量的影響 由圖8可知，正常水分條件下，預噴施S3307對可溶性糖含量具有一定影響，第3和4天，龍小豆4號和天津紅都表現(xiàn)為根系可溶性蛋白含量升高，其中，T2處理較T1處理分別提高12.05%、9.70%和5.06%、16.14%；淹水脅迫后，小豆根系可溶性蛋白含量先升高后降低。對于龍小豆4號，T3處理在淹水2~4 d時根系可溶性蛋白含量較T1處理顯著提高9.92%、16.74%和28.77%；T4處理在淹水1~4 d時根系可溶性蛋白含量較T3處理分別顯著提高16.45%、25.05%、32.69%和25.76%。對于天津紅，T3處理在淹水1~5 d時根系可溶性蛋白含量較T1處理分別顯著提高19.15%、25.48%、48.08%、35.29%和21.24%；T4處理在淹水2和5 d時根系可溶性蛋白含量較T3處理分別顯著提高10.74%和16.48%。

圖8 不同處理下小豆根系的可溶性蛋白的含量Fig.8 Soluble protein contents in root of adzukibean seedlings under different treatments

2.4 淹水脅迫及噴施S3307對小豆產(chǎn)量的影響

由表3可知，正常水分條件下，幼苗期噴施S3307對產(chǎn)量的效應因品種而存在差異，對于龍小豆4號，T2處理與T1處理產(chǎn)量差異不顯著；對于天津紅，T2處理的產(chǎn)量均顯著高于T1處理。淹水脅迫導致小豆產(chǎn)量下降，淹水脅迫3~5 d時，龍小豆4號T3處理的單盆產(chǎn)量較T1處理顯著降低4.77%、7.57%和8.40%；天津紅T3處理的單盆產(chǎn)量較T1處理分別降低5.59%、8.00%和9.91%。噴施S3307可一定程度緩解產(chǎn)量的降低，龍小豆4號淹水脅迫1~2 d時，T4處理單盆產(chǎn)量與T3處理間差異不顯著；淹水脅迫3~4 d時，T4處理單盆產(chǎn)量較T3處理顯著增加2.80%和2.85%；淹水脅迫5 d時，T4處理與T3處理間差異不顯著。天津紅淹水脅迫1~3 d時，T4處理單盆產(chǎn)量與T3處理間無顯著差異；淹水脅迫4~5 d時，T4處理單盆產(chǎn)量較T3處理顯著提高5.29%和5.26%。

表3 不同處理下小豆的單盆產(chǎn)量Table 3 Yield per pot of adzukibean under different treatments

3 討論

淹水脅迫嚴重影響植物生長發(fā)育，淹水時間越長傷害越大[2]。水分脅迫對植物的影響首先作用于根系[17]，根系是植物吸收水分和無機鹽的重要器官，對地上部發(fā)育和產(chǎn)量形成有重要調節(jié)作用[18]。淹水脅迫易造成根系生境缺氧，進而誘發(fā)一系列生理生化反應，最終影響生長發(fā)育[18]。淹水脅迫使植物體內(nèi)相對平穩(wěn)的活性氧代謝遭到破壞，導致過氧化氫（H2O2）和超氧根陰離子（）濃度增加[2,19]，并通過脂質過氧化作用使細胞膜遭到破壞[20]。MDA與細胞膜上的蛋白質、酶等結合，使之失活，從而破壞生物膜結構和功能，影響細胞的物質代謝[2,4]。本研究結果顯示，淹水脅迫使小豆根系H2O2和MDA含量增加，表明淹水脅迫導致細胞膜受損，影響細胞正常代謝功能，與劉曉慧等[1]和齊玉軍等[21]研究結果相似。逆境脅迫下噴施S3307可提高作物抗氧化能力，減輕膜脂過氧化程度，進而增加作物的耐澇性[2]；淹水脅迫后葉面噴施S3307可有效降低受淹作物中H2O2和MDA含量，緩解淹水脅迫對植物造成的傷害[4,22]。本研究也表明，噴施S3307能夠顯著抑制淹水條件下小豆根系H2O2和MDA的累積，增強小豆根系的抗氧化能力，減輕膜脂過氧化程度，提高植株抗逆能力。

脯氨酸、可溶性糖和可溶性蛋白是植物體內(nèi)重要的滲透調節(jié)物質，對提高植物抗性具有重要作用[28]。脯氨酸作為滲透調節(jié)物質，具有穩(wěn)定的生物大分子結構，能夠清除活性氧、促進生長、有效減輕非生物脅迫對植物造成的傷害[29]。本研究結果表明，淹水脅迫引起小豆根系脯氨酸、可溶性糖和可溶性蛋白含量提高，與羅潔等[30]研究結果一致?？扇苄缘鞍资侵参矬w內(nèi)重要的營養(yǎng)物質，能保護細胞生命物質及生物膜，增強細胞的保水能力[28]，促進細胞液濃度提高，增加細胞持水組織中的非結冰水，進而抵御逆境脅迫。淹水脅迫導致可溶性蛋白含量顯著提高，有效緩解了淹水給植物造成的傷害。噴施S3307進一步提高了滲透調節(jié)物質含量，尤其顯著提高了脯氨酸和可溶性糖含量，脯氨酸是水溶性氨基酸，具有較強的水合趨勢或水合能力，逆境條件下能維持細胞結構、細胞運輸和調節(jié)滲透壓[31]，同時增加的可溶性糖不僅能夠維持其信號功能，而且能為生長發(fā)育提供能量，對植物的正常發(fā)育提供保障[28]，從而提高植物的抗逆性。

淹水脅迫導致豆科作物產(chǎn)量下降，于奇等[8]研究表明開花期和結莢期淹水均可降低綠豆產(chǎn)量；張洪鵬等[9]研究表明V3期淹水顯著降低大豆產(chǎn)量；李穎等[18]指出不同時期淹水均顯著影響花生產(chǎn)量。本研究結果表明，幼苗淹水脅迫3 d即顯著降低小豆產(chǎn)量；噴施S3307能緩解淹水脅迫引起的產(chǎn)量損失；且不同品種的作用效果還存在差異，本研究中對龍小豆4號品種的效果更為顯著。