潘 饒，曾榮斌，李慧英，謝金生，吳芳檸，黃佳雨，周慶紅，黃英金，朱強(qiáng)龍

（江西農(nóng)業(yè)大學(xué) 江西省薯芋生物學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室∕農(nóng)學(xué)院，江西 南昌 330045）

【研究意義】芋（Colocasia esculenta（L.）Schott）為天南星科芋屬多年生草本植物，常做1 年生栽培，是世界上最古老的作物之一，也是全球第5 大根莖類作物和第14 大蔬菜作物[1]。芋原產(chǎn)于熱帶沼澤地區(qū)，喜溫暖濕潤的環(huán)境，在我國南方普遍種植，我國常年種植芋面積約10.10 萬 hm2，世界排名第四，產(chǎn)量居世界第三，平均單產(chǎn)為18.92 t∕hm2，高出世界水平2.74 倍[2]。我國栽培芋歷史悠久，生態(tài)條件多種多樣，長期以來演變出豐富的芋品種類型，根據(jù)水分的需求量，可分為對(duì)水分需求量大的水芋和需求量小的旱芋，相比水芋，旱芋葉片和植株較小，在生產(chǎn)中推廣面積更廣且品種類型更豐富，但相比其他作物，芋的葉片巨大，具有較強(qiáng)的蒸騰作用，但根系均為須根系且分布較淺，吸水能力弱，即使是旱芋，也需要相對(duì)其他旱地作物更多的澆水量。芋是一種江西省優(yōu)勢(shì)特色作物，以旱芋品種為主，如鉛山紅芽芋、王橋花果芋、吉安登龍粉芋和吉埠貢芋等，這些芋品種不僅栽培歷史悠久，也是省內(nèi)外聞名的江西省地理標(biāo)志芋品種[3-6]。芋的生長發(fā)育可分為萌芽期（30 d 左右）、幼苗期（30 d 左右）、發(fā)棵期（30 d 左右）、結(jié)芋期（90 d 左右）和成熟期（20 d 左右）5 個(gè)階段[7]，結(jié)芋期也稱為球莖膨大期，主要集中在7—9月，在芋的整個(gè)生長過程中，結(jié)芋期對(duì)水分的需求量最大，而該時(shí)期江西省全年降水量最少[8]，水分缺少會(huì)導(dǎo)致芋生產(chǎn)面積受限和品質(zhì)產(chǎn)量下降?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】干旱脅迫下的芋頭植株高度、葉片數(shù)量、葉面積指數(shù)、營養(yǎng)生長指數(shù)以及光合作用的相關(guān)指標(biāo)等生理生化指標(biāo)會(huì)有顯著的變化，對(duì)芋造成不同程度的傷害[9-11]，然而結(jié)芋期干旱脅迫對(duì)芋的根系生長影響、葉片膜脂過氧化及抗氧化酶系統(tǒng)反應(yīng)情況以及對(duì)芋產(chǎn)量和品質(zhì)的影響等問題，目前卻鮮有系統(tǒng)的研究?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】課題組前期從旱芋類型的‘贛芋2 號(hào)’（T22）組培后代植株中篩選獲得可以穩(wěn)定遺傳的突變體材料‘贛芋4 號(hào)’（T24）[12]，在田間種植過程中，發(fā)現(xiàn)T24 在干旱季節(jié)的長勢(shì)比T22 更加旺盛，表明T24 具有更強(qiáng)的耐旱能力，但其具體抗旱相關(guān)的結(jié)構(gòu)特征、生理特性以及分子調(diào)控機(jī)制均不清楚，故以T24 為試驗(yàn)材料，開展脅迫試驗(yàn)對(duì)其進(jìn)行研究?！緮M解決的關(guān)鍵問題】以T22 和T24 為研究材料，利用表型性狀測(cè)量工具、掃描電鏡觀察兩種芋結(jié)構(gòu)特征的差異，參照不同生理物質(zhì)的測(cè)定方法檢測(cè)其生理特性的差異。旨在進(jìn)一步闡明突變體芋抗旱的生理生化特性，從而指導(dǎo)芋高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)栽培，為芋抗旱性資源篩選和遺傳改良提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

本試驗(yàn)在江西農(nóng)業(yè)大學(xué)科技園園藝科研基地進(jìn)行，供試材料為‘贛芋2號(hào)’（T22）及其體細(xì)胞組培突變材料‘贛芋4號(hào)’（T24），其中贛芋2號(hào)為江西農(nóng)業(yè)大學(xué)江西省薯芋生物學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室選育的芋新品種。

2022 年3 月中旬選取大小均勻的健康種芋（50 g 左右）埋于草炭基質(zhì)中進(jìn)行催芽，待幼芽長至5 cm左右移栽至12 cm×12 cm的黑色營養(yǎng)缽中育苗。

5 月中旬選取T22 和T24 長勢(shì)一致的健壯幼苗（株高20 cm 左右，2～3 片真葉），移栽至實(shí)驗(yàn)基地日光溫室中的3 個(gè)種植池（長6 m，寬1.5 m）內(nèi)，底部未封閉，利用兩側(cè)抹水泥的磚墻作為防護(hù)層，定植前施足底肥，對(duì)土壤精耕細(xì)作之后，沿長邊起兩條高壟，按株行距30 cm×60 cm分別將T22（3×18株）和T24（3×18株）定植在2條壟上，統(tǒng)一栽培措施進(jìn)行管理，保證2種試驗(yàn)材料正常生長。

1 個(gè)月之后（6 月中旬）待植株生長進(jìn)入結(jié)芋初期（5～7 片真葉），即子芋萌發(fā)初期，進(jìn)行干旱脅迫處理：根據(jù)土壤含水率和干旱程度分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)置第1個(gè)種植池為正常灌水組（T22-ck和T24-ck，土壤相對(duì)含水量為>20%），第2個(gè)種植池為中度脅迫組（T22-t1和T24-t1，12%～15%），第3個(gè)種植池為重度脅迫組（T22-t2和T24-t2，5%～8%）。參照測(cè)墑補(bǔ)灌的方法[13]，每3 d 09：00在各個(gè)種植池4個(gè)對(duì)角及中點(diǎn)挖取0～30 cm 土層土樣，對(duì)其稱量，測(cè)定土壤含水量[14-15]，當(dāng)種植池內(nèi)土壤水分含量不在設(shè)置的水分含量范圍內(nèi)時(shí)，使用Nadster（型號(hào)：85960）灌溉定時(shí)器，根據(jù)土壤水分含量情況對(duì)每天澆水次數(shù)、澆水時(shí)長進(jìn)行調(diào)節(jié)，不同處理間通過改變水流大小控制水分含量，以保證種植池內(nèi)土壤水分含量保持在處理的水分含量范圍內(nèi)。

干旱處理過程中每30 d 取樣并測(cè)量葉片相關(guān)重要性狀1 次，在處理過程中每次取樣（7、8、9 月中旬）結(jié)束后及時(shí)測(cè)定各項(xiàng)脅迫相關(guān)重要指標(biāo)（次級(jí)代謝物質(zhì)及相關(guān)酶活性），共取樣和測(cè)定各項(xiàng)脅迫相關(guān)重要指標(biāo)3 次，在第3 次取樣和測(cè)量結(jié)束后，芋進(jìn)入成熟期，此時(shí)恢復(fù)全部植株的正常供水，在采收前（11 月中旬）統(tǒng)一停止?jié)菜?0 d，12 月中旬進(jìn)行采挖，并測(cè)量芋頭產(chǎn)量、品質(zhì)以及根系情況以觀察結(jié)芋期干旱處理對(duì)芋的影響。

1.2 測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.2.1 葉片結(jié)構(gòu)相關(guān)重要性狀的測(cè)定與觀察 選取完全展開的第2片新葉作為測(cè)量對(duì)象，利用直尺和卷尺對(duì)芋葉片長寬和寬度、最高葉柄長度（代表植株高度）進(jìn)行測(cè)量，統(tǒng)計(jì)葉片數(shù)量，對(duì)葉片進(jìn)行拍照并利用ImageJ 計(jì)算葉片面積。利用無水乙醇（95%）浸提法測(cè)定葉片葉綠素含量。用磷酸緩沖鹽溶液（PBS）∕戊二醛固定葉片，保存于4 ℃的冰箱內(nèi)，按要求脫水、干燥后，將樣品于鍍膜機(jī)（JEOLJFC-1600）上噴金鍍膜，于掃描電鏡（JSM-6360LV）下觀察并拍照，觀察葉片表面蠟質(zhì)。采用氯仿加熱浸提法測(cè)定葉片表面蠟質(zhì)，參考周小云等[16]對(duì)水稻葉片蠟質(zhì)的測(cè)量方法。在植株處理過程中，為了觀察不同處理之間氣孔變化，在每次取樣前后2～3 d，于晴天09：00—10：00 氣孔開度最大時(shí)，選取芋葉片背面不含大葉脈、較為平整的位置，每片葉片隨機(jī)選取3 個(gè)點(diǎn)，采取指甲油印跡法，參考陳奕凝等[17]對(duì)海棠葉表皮氣孔的觀察，利用無色透明指甲油進(jìn)行涂抹，每個(gè)點(diǎn)3～4 cm2，待指甲油干燥完全后用鑷子輕輕撕下，制片后放于顯微鏡下，觀察氣孔狀況。

1.2.2 葉片中逆境相關(guān)次級(jí)代謝物質(zhì)的測(cè)定 丙二醛（MDA）含量的測(cè)定采用硫代巴比妥酸（TAB）法；脯氨酸（Pro）含量采用磺基水楊酸提取酸性茚三酮法；過氧化氫（H2O2）含量采用南京建成生物工程研究所的試劑盒測(cè)定，型號(hào)為A064-1-1。

1.2.3 葉片細(xì)胞膜保護(hù)系統(tǒng)重要相關(guān)酶活性測(cè)定 超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化氫酶（CAT）、過氧化物酶（POD）、抗壞血酸過氧化物酶（APX）、谷胱甘肽還原酶（GR）等5 種酶是細(xì)胞膜保護(hù)系統(tǒng)重要相關(guān)酶，SOD、CAT 和POD 采用南京建成生物工程研究所的試劑盒測(cè)定，型號(hào)分別為A001-1-1、A007-1-1、A084-3-1。APX 活性參考孫云等[18]對(duì)茶葉中APX 活性測(cè)定的方法；GR 活性的測(cè)定參考Vitória 等[19]對(duì)蘿卜中GR活性的測(cè)定方法。

1.2.4 芋子產(chǎn)量和品質(zhì)相關(guān)性狀測(cè)定 統(tǒng)一采收所有處理組和對(duì)照組的芋子球莖，利用電子秤、直尺、游標(biāo)卡尺等工具對(duì)球莖的平均單球重、橫徑、縱徑、單株產(chǎn)量、根數(shù)量、根系直徑、根長等進(jìn)行調(diào)查和統(tǒng)計(jì)。田間采收后，選取表面光滑、圓潤、健康無病害無損傷的球莖，收集芋肉保存在-80 ℃直至使用，對(duì)不同處理及對(duì)照組球莖的可溶性糖含量、淀粉、還原糖、纖維素、可溶性蛋白、維生素C含量等6種重要營養(yǎng)成分進(jìn)行測(cè)定。

1.3 數(shù)據(jù)分析

利用Excel 2019 對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和作圖，并采用SPSS 19.0 對(duì)不同處理間的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 干旱脅迫對(duì)兩種芋葉片影響

隨著干旱脅迫水平加重和處理時(shí)間的延長，如圖1和表1所示，兩種芋葉片的長度、寬度和葉面積逐漸在變小，重度干旱脅迫90 d 后相比正常對(duì)照組，T22 和T24 的葉片面積分別下降了75.9%和67.2%，表明T22 葉片面積的下降幅度要顯著大于T24。同時(shí)，兩種芋植株高度（最高葉柄長度）也在顯著縮短，且葉片數(shù)量也在減少，但在重度干旱脅迫90 d后，兩種芋的葉片數(shù)量和最高葉柄長度沒有顯著差異。隨著土壤含水量的下降和處理時(shí)間的延長，兩種芋葉片中的葉綠素含量呈現(xiàn)先升高后逐漸降低的趨勢(shì)，但相同處理下兩種芋的葉片葉綠素含量沒有顯著差異。

表1 干旱脅迫下芋葉片的主要特征變化Tab.1 The main characteristic of taro leaves under drought stress

圖1 干旱脅迫下兩種芋葉片變化情況Fig.1 Changes in leaf of two kinds of taro under drought stress

從圖2 可以看出，隨著干旱脅迫的加深，兩種芋的氣孔張開程度均變小，T24 氣孔張開程度小于T22，3 種處理下單位面積氣孔數(shù)T24 大于T22，T24 氣孔密度大。如圖3 所示，兩種芋葉片表面分布有較多的蠟質(zhì)，中度土壤水分脅迫90 d，兩種芋葉片表面的蠟質(zhì)含量最多，平均值分別為4.34 cm（T24-t1）和3.68 cm（T22-t1），重度土壤水分脅迫下最少，平均值分別為1.86 cm（T24-t2）和1.03 cm（T22-t2），與其他處理組之間差異顯著，對(duì)照組中T24 葉片表面的蠟質(zhì)與T22 對(duì)照組無顯著差異，但T24 處理組中蠟質(zhì)均高于T22，且從圖中可見T24 處理組中的葉表細(xì)胞相對(duì)飽滿，而T22 處理組中的葉表細(xì)胞則變得扁平皺縮，表明T24葉片可能具有更強(qiáng)的保水性。

圖2 利用指甲油觀察氣孔形態(tài)Fig.2 Stomatal morphology using nail polish

2.2 干旱脅迫下芋葉片MDA、H2O2和Pro含量變化

由圖4可知，隨著干旱脅迫程度加重和處理時(shí)間逐漸增長，兩個(gè)芋品種葉片的MDA、H2O2和Pro含量在整個(gè)干旱處理過程中均表現(xiàn)出上升的趨勢(shì)，且含量顯著高于對(duì)照組，表明干旱加劇了MDA 的產(chǎn)生，促使膜系統(tǒng)的損傷和細(xì)胞的死亡，其中T22處理組的MDA和H2O2含量的上升幅度顯著高于T24處理組，說明干旱脅迫對(duì)T22 細(xì)胞膜的損害程度更大，Pro 是一種重要的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，T24 處理組中Pro 含量上升幅度顯著高于T22處理組，表明Pro可能在T24抗旱性中有著積極作用。

圖4 干旱對(duì)芋葉片丙二醛（A）、過氧化氫（B）和脯氨酸（C）含量的影響Fig.4 Effects of drought on MDA（A），H2O2（B）and Pro（C）contents in taro leaves

2.3 干旱脅迫下芋葉片細(xì)胞膜保護(hù)系統(tǒng)重要相關(guān)酶活性變化

2.3.1 SOD 活性 SOD 是一種能夠清除植物逆境脅迫中產(chǎn)生的活性氧自由基，從而減少其對(duì)植物細(xì)胞傷害的強(qiáng)氧化性蛋白酶，在植物響應(yīng)逆境脅迫中增強(qiáng)植物抗逆性具有重要的作用[20]。由圖5 可知，隨著干旱處理時(shí)間增長，同一干旱脅迫水平，芋葉片SOD 活性總體呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)，同一干旱處理時(shí)間，不同干旱脅迫水平，芋葉片的SOD 活性呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，干旱處理組SOD 活性均大于對(duì)照組，其中T24葉片中SOD活性上升趨勢(shì)最明顯，且顯著高于T22的SOD活性。

圖5 干旱對(duì)芋葉片SOD活性的影響Fig.5 Effect of drought on SOD activity in taro leaves

2.3.2 CAT 活性 CAT 是一種酶類清除劑，可以清除體內(nèi)的過氧化氫，從而使細(xì)胞免于遭受H2O2的毒害，是生物防御體系的關(guān)鍵酶之一，其活性與植物抗逆性密切相關(guān)[21]。如圖6 所示，同一處理時(shí)間下，兩種芋葉片中的CAT 活性均呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，其中T24 的上升幅度顯著高于T22，隨著干旱脅迫處理時(shí)間的延長，CAT活性在T24葉片中主要呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)，并在處理60 d時(shí)達(dá)到峰值，而T22則均表現(xiàn)上升趨勢(shì)，但值低于T24。

圖6 干旱對(duì)芋葉片CAT活性的影響Fig.6 Effect of drought on CAT activity in taro leaves

2.3.3 POD 活性 POD 能將H2O2轉(zhuǎn)化為水，加快活性氧的清除，同時(shí)氧化還原底物，是一種廣泛存在于植物體中的氧化酶，具有提高植物抗性、減少逆境脅迫對(duì)植物體傷害的作用[22]。圖7結(jié)果表明，相同水平的干旱脅迫程度下，隨著處理時(shí)間的延長，T24處理組葉片的POD活性顯著高于對(duì)照組，中度干旱T24處理組的POD 活性呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，而T22 處理組葉片的POD 的活性呈現(xiàn)出下降的趨勢(shì)。中度干旱脅迫和重度干旱脅迫處理下T24葉片中的POD活性均大于T22葉片中的POD活性。

圖7 干旱對(duì)芋葉片POD活性的影響Fig.7 Effect of drought on POD activity in taro leaves

2.3.4 APX 活性 APX 是植物活性氧代謝的重要抗氧化酶之一，可以清除葉綠體中的H2O2，參與維生素C 代謝，在植物抵御逆境脅迫中發(fā)揮著重要作用[23]。由圖8可知，隨著土壤干旱脅迫程度的增加，兩種芋中的APX 的活性都呈現(xiàn)出上升的趨勢(shì)，隨著干旱脅迫處理時(shí)間的延長，APX 活性在30 d 達(dá)到了最大值，呈現(xiàn)出先上升后下降的趨勢(shì)。其中T24的APX在土壤重度干旱脅迫才顯著上升，而T22在兩種土壤干旱脅迫水平都顯著上調(diào)且高于同處理的T24。

圖8 干旱對(duì)芋葉片APX活性的影響Fig.8 Effect of drought on APX activity in taro leaves

2.3.5 GR 活性 GR 參與機(jī)體的氧化還原反應(yīng)，是植物體氧化還原體系中最為重要的酶之一，可以清除活性氧，保護(hù)植物細(xì)胞的膜脂系統(tǒng)，減少逆境脅迫對(duì)其的傷害[24]。由圖9 可知，同一干旱脅迫處理時(shí)間下，隨著土壤干旱脅迫程度增強(qiáng)，兩種芋葉片中的GR 活性均呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，隨著干旱脅迫時(shí)間延長，土壤干旱程度越嚴(yán)重，T24 的GR 活性越強(qiáng)，而T22中的GR 活性先緩慢增加在下降，在干旱處理60 d 和90 d 時(shí)，T24 的GR 活性顯著增加并超過T22的GR活性。

圖9 干旱對(duì)芋葉片GR活性的影響Fig.9 Effect of drought on GR activity in taro leaves

2.4 干旱脅迫對(duì)兩種芋采收后球莖產(chǎn)量和品質(zhì)的影響

兩種芋在結(jié)芋期受到干旱脅迫處理對(duì)其地下根系和球莖均有顯著的影響，如圖10、表2 所示，兩種芋的根系隨土壤干旱程度加重發(fā)生了不同程度的變化，T24 的根數(shù)量沒有顯著變化但T22的根數(shù)量顯著減少，T24平均根系直徑、平均根長、根長的增長幅度均顯著大于T22。

表2 芋成熟期采收球莖產(chǎn)量及根系特征變化Tab.2 Corm yield and root system features changes of taro harvested at maturity

圖10 芋成熟期采收后根系和球莖特征情況Fig.10 Root and corm characteristics of taro after harvesting at maturity

隨著脅迫加深，芋球莖變得細(xì)長，節(jié)間變短，其中T22的節(jié)間縮短程度明顯低于T24。與此同時(shí)兩種芋在結(jié)芋初期受到干旱脅迫后，對(duì)成熟期采收的芋頭產(chǎn)量和品質(zhì)也具有不同程度的影響。T24與T22的單株子芋平均總數(shù)下降幅度分別為53.4%和52.4%（T24：26 個(gè)降低至12 個(gè)，T22：21 個(gè)降低至10 個(gè)），沒有顯著差異。T24-ck 與T22-ck 的芋子平均單球重量分別為28.81 g 和51.13 g，前者顯著低于后者，干旱脅迫之后，T24 和T22 的芋子平均單球重均呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，可T24-t1 和T24-t2 與對(duì)照組相比下降幅度不大，在重度脅迫下，T24-t2的芋子平均單球重為20.31 g，僅比對(duì)照組少8.5 g，T22-t2的芋子平均單球重為23.55 g，卻比對(duì)照組少27.58 g，其與對(duì)照組相比下降幅度分別為29.5%和53.9%，差異顯著。與芋子數(shù)量和單球重量密切相關(guān)的單株芋子平均產(chǎn)量，在兩種芋中均表現(xiàn)顯著下降的趨勢(shì)，但仍是T22下降的幅度最大，重度干旱脅迫處理組的單株產(chǎn)量僅為對(duì)照組的21.9%，而T24-t2的為對(duì)照組的32.1%。

干旱脅迫后不僅球莖（芋頭）產(chǎn)量受到了嚴(yán)重的影響，重要品質(zhì)營養(yǎng)物質(zhì)也受到了不同程度的影響。如表3所示，隨著干旱脅迫程度加重，兩種芋的淀粉含量隨干旱處理時(shí)間延長呈現(xiàn)顯著下降，而纖維素、可溶性總糖、維生素C和可溶性蛋白質(zhì)含量呈現(xiàn)先上升后降低的趨勢(shì)。

表3 芋成熟期球莖重要品質(zhì)變化Tab.3 Important quality changes in taro corms at maturity

3 討論與結(jié)論

水分是限制芋生產(chǎn)的主要因素之一，干旱脅迫嚴(yán)重地制約著芋植株生長發(fā)育，影響著芋的產(chǎn)量和品質(zhì)。葉片是植物光合作用最集中的器官，也是蒸騰作用最大的器官，葉片的大小、形狀、表面蠟質(zhì)等特征與植物本身的抗旱性有顯著的相關(guān)性，前人研究表明干旱地區(qū)的植物降低葉片的葉面積有助于降低蒸騰，提高水分利用效率，從而使自身在高溫、干旱的環(huán)境下獲取穩(wěn)定的適應(yīng)能力[25]，人為干旱脅迫處理植物后，其根系、株高、莖數(shù)、葉片的厚度和大小等重要性狀也會(huì)受到嚴(yán)重的影響[26-27]。本研究中兩種芋在受到干旱脅迫處理后，其葉片面積、葉片數(shù)量、植株高度等形態(tài)指標(biāo)均顯著下降，芋頭成熟采收后節(jié)間變短，但根系變得更加發(fā)達(dá)，表明芋在生長期間受干旱脅迫，嚴(yán)重地限制了芋的莖葉生長，促進(jìn)根系生長，提高根冠比以適宜干旱脅迫。與Mabhaudhi等[9]和Ganan?a等[10]研究結(jié)論相比，本研究結(jié)論進(jìn)一步系統(tǒng)地研究結(jié)芋期受干旱脅迫后的芋根系和葉片的變化。

根是植物最直接、快速感知土壤含水情況的器官，其結(jié)構(gòu)特征在適應(yīng)干旱環(huán)境時(shí)會(huì)發(fā)生變化，本研究試驗(yàn)中，T24 平均根系直徑、平均根長大于野生型品種T22，可以看出T24 根系較為發(fā)達(dá)，深扎于土壤，在耐旱大豆的根系特性研究中也有相似情況[28]，表明較為發(fā)達(dá)的根系能有效利用土壤水分，特別是土壤深處的水分，使T24 能更好地適應(yīng)土壤干旱環(huán)境，從而提升其植株的抗旱能力。植物表皮蠟質(zhì)層是植物自我防護(hù)的第一道屏障，對(duì)調(diào)控表皮滲透性、減少非氣孔性水分喪失等起著重要作用[29]。一般認(rèn)為，表皮蠟質(zhì)的含量與厚度影響植物的水分蒸騰，植物的蠟質(zhì)含量高其耐旱能力也較強(qiáng)[30]。本研究通過掃描電鏡分析，發(fā)現(xiàn)芋葉片正背面均覆蓋著致密的片狀蠟晶體，其中背面蠟質(zhì)分布多于正面，這更有利于葉片鎖住水分，也可能通過堵塞氣孔降低蒸騰作用。隨著土壤干旱脅迫程度增加，蠟質(zhì)含量先增加后降低，水分脅迫的進(jìn)一步加劇可能導(dǎo)致芋植株體內(nèi)相關(guān)保護(hù)機(jī)制遭到破壞，使得中度脅迫組的蠟質(zhì)含量高于重度脅迫組，這與干旱脅迫處理后的玉簪葉片表面的蠟質(zhì)含量變化基本相似[30]，本研究中突變體T24 葉片的蠟質(zhì)明顯高于野生型T22 葉片的蠟質(zhì)，表明蠟質(zhì)含量的適量增加可以使芋植株具有更強(qiáng)的抗旱能力。氣孔是植物進(jìn)行氣體交換的主要通道，控制氣孔的開閉可以調(diào)節(jié)蒸騰作用中分水的散失。氣孔開張度下降和氣孔密度增大是植物對(duì)干旱環(huán)境響應(yīng)的典型特征，在一定程度上，可以根據(jù)氣孔自身的調(diào)節(jié)能力反映植物對(duì)干旱脅迫的抵抗能力[31]。本研究結(jié)果表明，隨著干旱程度的加深，氣孔張開程度逐漸變小，同一視野大小范圍內(nèi)氣孔數(shù)目增多，其中各處理下T24 氣孔張開程度小于T22，氣孔密度大于T22，在文冠果不同耐旱種質(zhì)資源中也有相似的氣孔情況差異[32]，表明干旱脅迫會(huì)引起氣孔形態(tài)及數(shù)量變化。

MDA 是膜脂過氧化作用的產(chǎn)物之一，MDA 不斷積累引起酶和細(xì)胞膜的破壞。H2O2是氧自由基的催化產(chǎn)物，高濃度的H2O2引起細(xì)胞死亡。本研究結(jié)果表明，兩種芋葉片中的MDA 和H2O2的含量均隨土壤干旱脅迫程度呈上升趨勢(shì)，且含量顯著高于對(duì)照組，表明干旱加劇了MDA 的產(chǎn)生，促使膜系統(tǒng)的損傷和細(xì)胞的死亡，這與干旱脅迫處理后的馬鈴薯葉片中MDA 和H2O2的含量變化趨勢(shì)相似[33]。本研究中T22處理組的MDA和H2O2含量的上升幅度顯著高于T24處理組，說明干旱脅迫對(duì)其細(xì)胞膜的損害程度更大。脯氨酸是植物中重要的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)之一，在植物抗旱性方面有著積極作用[34]，本研究發(fā)現(xiàn)T24 處理組中Pro 含量上升幅度顯著高于T22 處理組，表明Pro 可能在T24 抗旱性中有著積極作用。SOD、CAT、POD、APX 和GR 是植物中重要的抗氧化酶，植物抗氧化酶相互協(xié)同作用可以提高植物抵抗活性氧的毒害和環(huán)境脅迫的能力，它們的活性通常與抗旱性呈正相關(guān)，本研究結(jié)果表明，兩個(gè)芋品種葉片中的SOD、CAT和GR活性均隨土壤干旱脅迫程度加劇呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，并隨干旱脅迫處理時(shí)間延長呈現(xiàn)類似的先上升后降低或持續(xù)上升的趨勢(shì)，且T24 葉片中SOD、CAT 的活性在干旱處理30 d 及60 d、GR 的活性在干旱處理60 d 及90 d 等時(shí)期均高于T22，這與耐旱性強(qiáng)的馬鈴薯和百合品種受干旱脅迫處理后SOD、CAT 和GR酶活性變化情況類似[34-35]，表明芋在受到一定干旱脅迫后通過增加抗氧化酶活性來提高抗干旱能力，高活性的SOD、CAT和GR可能促進(jìn)T24更加耐旱。

作物生長期間土壤干旱脅迫通常會(huì)造成作物的產(chǎn)量和品質(zhì)下降[13,36]，本研究結(jié)果表明在結(jié)芋期，兩種芋受到干旱脅迫后，芋子平均單球重和單株芋子平均產(chǎn)量均顯著下降，但耐旱品種T24的芋子平均單球重和單株芋子平均產(chǎn)量的下降趨勢(shì)顯著低于不耐旱的野生型品種T22，這與張海燕等[13]研究抗旱甘薯品種受干旱脅迫后減產(chǎn)幅度小于不抗旱品種的變化趨勢(shì)基本一致。兩種芋的淀粉含量隨干旱處理時(shí)間延長呈現(xiàn)顯著下降趨勢(shì)，而纖維素、可溶性總糖、維生素C 和可溶性蛋白質(zhì)含量呈現(xiàn)上升后降低的趨勢(shì)，這與馬鈴薯和甘薯受干旱脅迫處理后品質(zhì)相關(guān)代謝物的變化情況類似[15,37]，表明適當(dāng)中度干旱處理能提高芋頭的品質(zhì)，但在結(jié)芋期芋受到不同程度的干旱脅迫都會(huì)顯著地降低芋頭的淀粉含量，從而造成顯著減產(chǎn)。因此，在芋的生產(chǎn)中，結(jié)芋期要注意保障芋生長所需灌水量，并且適當(dāng)干旱處理有助于促進(jìn)芋頭產(chǎn)量和品質(zhì)達(dá)到最佳平衡狀態(tài)。

致謝：江西省人力資源和社會(huì)保障廳博士后科研擇優(yōu)資助項(xiàng)目（2021KY38）和江西省研究生創(chuàng)新專項(xiàng)資金項(xiàng)目（YC2020-S228）同時(shí)對(duì)本研究給予了資助，謹(jǐn)致謝意！