王明月，陳明，唐雪東，劉炳含，周思佳，陳國(guó)雙

(1.吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院，吉林 長(zhǎng)春 130118；2.中國(guó)科學(xué)院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所，吉林 長(zhǎng)春 130118)

越橘為杜鵑花科(Ericaceae)越橘屬(Vaccinium)多年生灌木果樹，因具有較高的食用及藥用價(jià)值[1-3]在我國(guó)快速發(fā)展，栽培面積不斷擴(kuò)大[4]。越橘根系較淺，主要分布在0 ～20 cm 土層，且主根不明顯、無(wú)根毛，不能更好地吸收土壤深層水分，導(dǎo)致其不能有效抵御干旱脅迫傷害[5]，在我國(guó)的種植推廣及發(fā)展受到嚴(yán)重影響。

近年來(lái)，外源物質(zhì)在提高植物抗逆性等方面受到廣泛關(guān)注。 NO 作為一種重要的外源信號(hào)分子，用于保護(hù)植物免受生物、非生物脅迫誘導(dǎo)的損傷[6-8]。 NO 具有雙重性作用，即低濃度促進(jìn)、高濃度抑制[9，10]。 沈宏偉等[11]研究發(fā)現(xiàn)，刺五加種子的酶活力在施用一定濃度的硝普鈉(SNP)下可以顯著增加，且發(fā)芽率提高，種子發(fā)芽時(shí)間縮短。 張文博等[12]研究表明，適宜濃度的外源NO 可以保護(hù)低溫脅迫下黃瓜葉片的質(zhì)膜透性，抑制MDA 積累，提高其耐寒性。 楊玉花等[13]發(fā)現(xiàn)，一定濃度的外源NO 可以促進(jìn)大豆種子萌發(fā)，降低大豆根尖活性氧含量，提高SOD、POD 等抗氧化酶活性，以降低鎘脅迫對(duì)大豆造成的不利影響；Azizi 等[14]在夏季香薄荷的研究中也得到相同結(jié)果。 徐嚴(yán)等[15]研究顯示，外源NO 可以緩解越橘葉片受干旱脅迫的傷害，并且與外源NO 的濃度顯著相關(guān)。 王延秀等[16]對(duì)楸子的研究也有相似結(jié)果，即適宜濃度外源NO 處理可以提高其對(duì)干旱脅迫的忍耐性。 噴施多效唑[17]、H2S[18]、Si[19]、褪黑素[20]和ABA[21]對(duì)提高果樹的抗旱性有顯著效果。

本試驗(yàn)以二年生越橘‘藍(lán)豐’為材料，研究噴施不同濃度外源NO 對(duì)中度干旱脅迫下越橘幼苗葉片滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)、抗氧化物質(zhì)、抗氧化酶活性的影響，并通過(guò)各項(xiàng)指標(biāo)的主成分分析探討外源NO 對(duì)越橘抗旱性的保護(hù)作用，為外源NO 提高越橘抗旱性的生產(chǎn)實(shí)踐提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 材料

本試驗(yàn)選擇二年生北高叢越橘品種‘藍(lán)豐’的健壯、樹勢(shì)一致、生長(zhǎng)結(jié)果良好且無(wú)病蟲害、無(wú)機(jī)械損傷的植株為材料。 NO 供體:硝普鈉(SNP)。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)及方法

于2021 年5 月4 日，將越橘植株轉(zhuǎn)移到口徑24 cm、底徑18 cm、高度20 cm 的塑料盆中單株定植，置于試驗(yàn)地(吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)東山溫室)常規(guī)管理，預(yù)培養(yǎng)至葉片完全展開后開始試驗(yàn)(7 月21日)。 試驗(yàn)采用持續(xù)稱重法控制土壤含水量[22]。首先確定盆栽越橘最大持水量(飽和含水量)，每隔3 d 傍晚稱重并保持水分至土壤最大持水量的45%～55%即中度干旱脅迫[23-25]。 將正常供水(土壤最大持水量的70%～80%)及中度干旱脅迫(土壤最大持水量的45%～55%)下健康均一的越橘苗分成7 個(gè)處理組(表1)，每處理20 盆，重復(fù)3次，即每處理組60 盆，每隔3 d 噴施1 次SNP，共4 次。

表1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.3 測(cè)定項(xiàng)目及方法

干旱脅迫處理0、3、6、9、12 d 分別取樣，參考張治安等[26]的方法測(cè)定各項(xiàng)生理指標(biāo)。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

利用Microsoft Excel 2016 進(jìn)行數(shù)據(jù)處理及作圖，采用SPSS 25.0 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)顯著性分析和主成分分析[27]。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同濃度外源NO 對(duì)中度干旱脅迫下越橘葉片滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量的影響

2.1.1 對(duì)可溶性糖(SS)含量的影響 由圖1 可知，隨著干旱脅迫天數(shù)的增加，CK2 與外源NO 處理組越橘幼苗葉片的可溶性糖含量均表現(xiàn)為逐漸增加趨勢(shì)，脅迫后3、6 d 均顯著高于CK1，并且外源NO 處理組具有明顯的濃度效應(yīng)。 脅迫9 d，各處理組的可溶性糖含量達(dá)到最大值，T4 處理最高(1.88%)且顯著高于T5 處理外的其余處理，相比于CK1、CK2 其可溶性糖含量分別增加0.68、0.55個(gè)百分點(diǎn)。 表明干旱脅迫可以增加葉片的可溶性糖積累，外源NO 處理也會(huì)促進(jìn)干旱脅迫下可溶性糖積累，從而提高越橘葉片的滲透保護(hù)能力，提高抗旱性。

圖1 外源NO 對(duì)中度干旱脅迫下越橘葉片可溶性糖含量的影響

2.1.2 對(duì)可溶性蛋白(SP)含量的影響 由圖2可知，隨著干旱脅迫時(shí)間延長(zhǎng)，越橘葉片可溶性蛋白含量多呈現(xiàn)先增加后下降趨勢(shì)，脅迫9 d 時(shí)達(dá)到最高。 CK1 可溶性蛋白含量始終顯著低于CK2及外源NO 處理組，T4 處理的可溶性蛋白含量在脅迫3、6、9 d 時(shí)均顯著高于其它處理。 脅迫9 d，T4 的可溶性蛋白含量達(dá)到最大(1.72 mg/g)，與CK1、CK2、T1、T2、T3、T5 相比，分別增加120.51%、68.63%、32.31%、22.86%、18.62%、17.81%。 表明干旱脅迫可促進(jìn)可溶性蛋白在越橘葉片中積累，外源NO 處理則增加干旱脅迫下可溶性蛋白積累，從而緩解干旱脅迫對(duì)葉片的傷害。

圖2 外源NO 對(duì)中度干旱脅迫下越橘葉片可溶性蛋白含量的影響

2.1.3 對(duì)脯氨酸(Pro)含量的影響 由圖3 可知，隨著干旱脅迫時(shí)間延長(zhǎng)，越橘葉片的Pro 含量始終呈現(xiàn)增長(zhǎng)趨勢(shì)，脅迫12 d 時(shí)達(dá)到最高。 CK1的Pro 含量始終顯著低于CK2 及外源NO 處理組。 T4 處理的Pro 含量各脅迫時(shí)間點(diǎn)均最高，脅迫9、12 d 顯著高于其它處理，對(duì)于緩解干旱脅迫的效果最好。 脅迫12 d，CK2、T1、T2、T3、T4、T5的Pro 含量與CK1 相比分別增加13.43%、36.26%、42.17%、79.40%、104.73%、71.57%。 說(shuō)明外源NO 可以通過(guò)提高越橘葉片的Pro 含量而達(dá)到維持細(xì)胞滲調(diào)平衡的效果。

圖3 外源NO 對(duì)中度干旱脅迫下越橘葉片脯氨酸含量的影響

2.2 不同濃度外源NO 對(duì)中度干旱脅迫下越橘葉片抗氧化系統(tǒng)的影響

2.2.1 對(duì)丙二醛(MDA)含量的影響 由圖4 可知，隨著干旱脅迫時(shí)間延長(zhǎng)，各干旱處理越橘葉片的MDA 含量始終顯著高于CK1。 干旱脅迫6 ～12 d，CK2 的MDA 含量顯著高于不同濃度外源NO 處理，其中T4 處理含量最低。 脅迫9 d 時(shí)，CK2 的MDA 含量顯著高于CK1，增加60.62%；T1、T2、T3、T4、T5 處理的MDA 含量與CK1 相比分別增加50.44%、48.15%、48.6%、44.01%、46.45%，均達(dá)顯著水平，與CK2 相比分別下降6.33%、7.76%、7.48%、10.34%、8.82%，也均達(dá)顯著水平。 表明外源NO 可以緩解干旱脅迫對(duì)越橘幼苗葉片膜脂過(guò)氧化的傷害。

圖4 外源NO 對(duì)中度干旱脅迫下越橘葉片丙二醛含量的影響

2.2.2 對(duì)超氧陰離子(O2·-)產(chǎn)生速率的影響 由圖5 可知，干旱脅迫顯著增加越橘葉片的O2·-產(chǎn)生速率。 隨著脅迫時(shí)間延長(zhǎng)，各干旱脅迫處理的O2·-產(chǎn)生速率均不斷提高，并且顯著高于CK1。CK2 的O2·-產(chǎn)生速率比T1、T2、T3、T4、T5 處理更高，其中T4 處理最低。 干旱脅迫9 d 時(shí)，與CK1相比，CK2、T1、T2、T3、T4、T5 處理的O2·-產(chǎn)生速率分別增加191.67%、152.78%、130.56%、116.67%、77.78%、119.44%，均達(dá)顯著水平；與CK2 相比，T1、T2、T3、T4、T5 處理的O2·-產(chǎn)生速率分別下降13.33%、20.95%、25.71%、39.05%、24.76%，均達(dá)顯著水平。 表明外源NO 可以緩解干旱脅迫對(duì)越橘幼苗葉片膜脂的過(guò)氧化作用。

圖5 外源NO 對(duì)中度干旱脅迫下越橘葉片超氧陰離子產(chǎn)生速率的影響

2.2.3 對(duì)過(guò)氧化氫含量(H2O2)的影響 由圖6可知，隨著干旱脅迫時(shí)間延長(zhǎng)，干旱脅迫處理組(CK2、T1、T2、T3、T4、T5)越橘葉片的H2O2含量均呈上升趨勢(shì)，且均顯著高于CK1，而CK1 的變化不明顯。 CK2 的H2O2含量始終高于不同濃度外源NO 處理組，其中T4 處理含量最低。 脅迫9 d 時(shí)，CK2 的H2O2含量顯著高于CK1，增加195.40%；與CK1 相比，T1、T2、T3、T4、T5 處理的H2O2含量分別增加123.68%、108.11%、101.97%、83.55%、101.54%，均達(dá)顯著水平；與CK2 相比，T1、T2、T3、T4、T5 處 理 的H2O2含 量 分 別 顯 著 下 降24.28%、29.55%、31.63%、37.87%、31.77%。 表明外源NO 能有效降低干旱脅迫下H2O2在越橘幼苗葉片中的積累。

圖6 外源NO 對(duì)中度干旱脅迫下越橘葉片過(guò)氧化氫含量的影響

2.3 不同濃度外源NO 對(duì)中度干旱脅迫下越橘葉片抗氧化酶活性的影響

2.3.1 對(duì)超氧化物歧化酶(SOD)活性的影響由圖7 可知，越橘葉片的SOD 活性隨著干旱脅迫時(shí)間延長(zhǎng)呈現(xiàn)先升高后降低趨勢(shì)，脅迫9 d 達(dá)到最高。 CK1 的SOD 活性始終顯著低于其它干旱處理組，T4 處理的SOD 活性在脅迫3 ～12 d 均顯著高于其它處理。 脅迫9 d 時(shí)，T4 的SOD 活性與CK1、CK2、T1、T2、T3、T5 相比分別增加108.41%、21.77%、17.09%、12.43%、8.60%、10.11%。 表明外源NO 可以在一定程度上提高干旱脅迫下越橘葉片的SOD 活性，以T4 處理效果最佳。

圖7 外源NO 對(duì)中度干旱脅迫下越橘葉片超氧化物歧化酶活性的影響

2.3.2 對(duì)過(guò)氧化物酶(POD)活性的影響 由圖8可知，隨著干旱脅迫時(shí)間延長(zhǎng)，越橘葉片的POD活性呈現(xiàn)先增加后降低趨勢(shì)，9 d 時(shí)達(dá)到最高。各個(gè)干旱處理組的POD 活性一直顯著高于CK1，T4 處理除0 d 外其它脅迫時(shí)間點(diǎn)均顯著高于其它處理組。 脅迫9 d 時(shí)，與CK1 相比，CK2、T1、T2、T3、T4、T5 分別增加81.62%、87.90%、101.28%、115.36%、132.85%、111.49%；與T4 相比，CK1、CK2、T1、T2、T3、T5 處理分別降低57.05%、22.00%、19.30%、13.56%、7.51%、9.18%。

圖8 外源NO 對(duì)中度干旱脅迫下越橘葉片過(guò)氧化物酶活性的影響

2.4 中度干旱脅迫下不同濃度外源NO 處理對(duì)越橘抗旱能力的綜合評(píng)價(jià)

運(yùn)用SPSS 25.0 軟件進(jìn)行主成分分析，通過(guò)計(jì)算不同濃度外源NO 處理下越橘幼苗各生理生化指標(biāo)的貢獻(xiàn)值，對(duì)不同處理越橘的抗旱性進(jìn)行綜合得分排序，得其抗旱能力大小。 由表2 可知，2 個(gè)主成分的特征值分別為5.611 和2.248，均大于1。 第1 主成分貢獻(xiàn)率為70.143%，第2 主成分貢獻(xiàn)率為28.104%，其方差累積貢獻(xiàn)率達(dá)到98.247%，大于85%，可用于分析。

表2 越橘葉片各項(xiàng)生理指標(biāo)主成分特征值及方差貢獻(xiàn)率

由表3 可知，第1 主成分中SOD、POD、SP 系數(shù)較大，第2 主成分中H2O2、O2·-和MDA 系數(shù)均為正向較大，因此，選用SOD、POD、SP、H2O2、O2·-及MDA 作為反映干旱脅迫后外源NO 處理對(duì)越橘幼苗影響的重要指標(biāo)。 用其對(duì)不同濃度外源NO 處理下越橘的抗旱性進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，結(jié)果(表4)為T4＞T5＞T3＞T2＞CK1＞T1＞CK2。

表3 越橘葉片各項(xiàng)生理指標(biāo)主成分分析

表4 不同濃度外源NO 處理越橘幼苗抗旱能力的綜合評(píng)價(jià)

3 討論

干旱脅迫時(shí)，植物啟動(dòng)抗氧化防御系統(tǒng)清除活性氧、產(chǎn)生逆境蛋白、積累滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，以此保持細(xì)胞滲透勢(shì)、維持細(xì)胞透性、提高細(xì)胞的抗氧化能力和保水能力， 以保證正常的生理活動(dòng)[28-30]。 本試驗(yàn)中，總體來(lái)說(shuō)，越橘葉片的Pro、SS、SP 含量隨著干旱脅迫時(shí)間延長(zhǎng)而增加，外源NO 處理能促進(jìn)中度干旱脅迫下這些物質(zhì)含量的積累，提高越橘葉片細(xì)胞膜的滲透保護(hù)能力，緩解干旱脅迫對(duì)越橘的傷害。 這與郝崗平等[31]在銀杏和謝惠敏等[32]在核桃上的研究結(jié)果相似。

植物在遭受干旱等非生物脅迫時(shí)會(huì)積累大量的活性氧，加速體內(nèi)O2·-的產(chǎn)生速率，加快細(xì)胞膜脂過(guò)氧化過(guò)程，進(jìn)而增加MDA 含量，誘導(dǎo)SOD 活性增強(qiáng)，繼而生成大量H2O2[33]，使植物細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)遭到嚴(yán)重破壞。 SOD、POD 等抗氧化酶可以維持膜結(jié)構(gòu)的完整性并且降低活性氧自由基對(duì)膜的攻擊[34]。 本試驗(yàn)中，中度干旱脅迫下越橘葉片的SOD、POD 活性持續(xù)上升，說(shuō)明抗氧化酶系統(tǒng)積極響應(yīng)干旱脅迫對(duì)越橘葉片的傷害。 這與前人分別在兔眼藍(lán)莓、葡萄、無(wú)花果、草莓干旱脅迫研究中的結(jié)果一致[35-38]。 本試驗(yàn)結(jié)果還顯示，干旱脅迫下MDA 含量持續(xù)上升，進(jìn)而越橘葉片的H2O2含量快速大量積累，O2·-產(chǎn)生速率快速上升，導(dǎo)致越橘葉片膜脂過(guò)氧化，膜系統(tǒng)遭到破壞。 這與岑曉斐[39]、姜曉丹[40]、Rigui[30]等在黑果腺肋花楸、果桑和黑麥草干旱脅迫研究的結(jié)果一致。 外源NO處理可以顯著減緩MDA 含量、H2O2含量、O2·-產(chǎn)生速率，表明外源NO 直接參與植物的生理過(guò)程[41]，抑制膜脂過(guò)氧化，維持細(xì)胞膜透性，減輕干旱脅迫的傷害[15，42]，從而提高越橘的抗旱性。

許多研究表明，多種生理因素共同影響著植物的抗旱性。 本試驗(yàn)通過(guò)對(duì)越橘各生理生化指標(biāo)的主成分分析以及抗旱能力的綜合評(píng)價(jià)得出，SOD、POD、SP、H2O2、O2·-及MDA 是反映干旱脅迫后外源NO 處理對(duì)越橘幼苗影響的重要指標(biāo)，同時(shí)得出不同濃度外源NO(SNP 濃度，μmol/L)處理的抗旱性排序?yàn)門4(400)＞T5(500)＞T3(300)＞T2(200)＞T1(100)。

4 結(jié)論

施加外源NO 可以有效緩解中度干旱脅迫下越橘生長(zhǎng)受到的傷害，提高抗氧化酶活性，降低活性氧和自由基的積累，促進(jìn)滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量增加，從而提高越橘抗旱性，并且具有明顯的濃度效應(yīng)，以外施400 μmol/L SNP 對(duì)越橘緩解中度干旱脅迫傷害的效果最好。