淹水脅迫對夾竹桃主要生理生化特性的影響

龐宏東 付達(dá)夫 胡興宜 唐萬鵬 張麗華

摘??要：通過模擬長江灘地季節(jié)性淹水發(fā)生的情況，以夾竹桃為研究對象，分析其內(nèi)部生理生化指標(biāo)對淹水脅迫的響應(yīng)。結(jié)果表明：在淹水脅迫下超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化物酶（POD）、過氧化氫酶（CAT）活性和丙二醛（MDA）含量明顯增加，與對照組相比均有極顯著差異（p<0.01）。隨著淹水深度加深，SOD、POD、CAT活性和MDA含量總體上呈現(xiàn)增加趨勢，輕度淹水和深度淹水處理間SOD活性有顯著差異（p<0.05），POD活性有極顯著差異（p<0.01），而CAT活性和MDA含量無顯著差異。隨著淹水時間延長，SOD活性整體上升，差異增大;POD活性36?d時達(dá)到最大值，與其它時間段有差異;CAT活性在輕度淹水處理下隨著淹水時間延長差異增大;MDA含量12?d時最大，與其它時間段存在極顯著差異。淹水脅迫解除后，SOD、POD、CAT等酶活性和MDA含量逐漸降到正常水平。夾竹桃在受到淹水脅迫后，體內(nèi)氧化自由基的積累能迅速誘導(dǎo)保護酶活性的升高，有效降低毒性物質(zhì)MDA的含量，說明夾竹桃具有極強的耐水淹能力。

關(guān)鍵詞：夾竹桃;淹水脅迫;生理生化特性

中圖分類號：Q945.78;?Q949.776.5??文獻標(biāo)識碼：A???文章編號：1004-3020（2015）04-

Effects?of?Flooding?Stress?on?the?Physiological?and?Biochemical?Characteristics?of?Nerium?indicum

Pang?Hongdong（1）?Fu?Dafu（2）??Hu?Xingyi（1）Tang?Wanpeng（1）*Zhang?Lihua（3）

（1.?Hubei?Academy?of?Forest?Wuhan??430075;2.Central?South?Forest?Inventory?and?Planning?Institute?of?State?Forestry?Administration??Changsha??410004;3.?Shishou?City?Forest?Pest?and?Disease?and?Quarantine?Station?Shishou??434400）

Abstract：?The?physiological?and?biochemical?characteristics?of?Nerium?indicum?in?different?flooding?stress?were?studied?by?simulating?the?Yangtze?River?seasonal?flooding.?The?results?showed?that?superoxide?dismutase?（SOD）?activity，?peroxidase?（POD）?activity，?catalase?（CAT）?activity，?malondialdehyde?（MDA）?contents?of?N.?indicum?under?flooding?stress?increased?significantly?and?there?were?extremely?significant?differences?（p<0.01）?compared?with?the?control.?With?the?depth?increasing，?the?activity?of?SOD，?POD，?CAT?and?MDA?contents?showed?increasing?trend?on?the?whole.?Between?the?mild?flooding?and?deeper，?SOD?activity?had?significant?difference?（p<0.05），?POD?activity?had?extremely?significant?difference?（p<0.01），?CAT?activity?and?MDA?contents?had?no?significant?difference.?As?flooding?time?progressed，?the?activity?of?SOD?increased?overall?and?the?difference?was?increasing.?POD?activity?reached?the?maximum?at?36d，?and?there?was?different?from?other?time.?CAT?activity?under?mild?flooding?had?difference?with?prolonged?flooding.?MDA?contents?were?the?largest?at?12d，?and?there?were?significant?differences?with?other?time.?After?flooded-stress?removal，?the?enzyme?activity?of?SOD，?POD，?CAT?and?MDA?contents?were?gradually?reduced?to?normal?levels.?After?subjected?to?flooding?stress，?the?oxidation?of?free?radicals?in?Nerium?indicum?can?rapidly?induce?protective?enzyme?activity?to?increase?and?effectively?reduce?the?content?of

MDA?.?In?a?word，?Oleander?has?strong?water?resistance?ability.

Key?words：Nerium?indicum;waterlogging?stress;physiological?and?biochemical?characteristics

長江中下游灘地為血吸蟲病重疫區(qū)，采用生物生態(tài)抑螺手段，營建抑螺防病林可有效抑制血吸蟲病的危害[1]。夾竹桃Nerium?indicum為夾竹桃科常綠大灌木，生長快、易繁殖，全株具有較強毒性，對釘螺有良好的毒殺效果[2-3]，可作為長江中下游疫區(qū)營建抑螺防病林的理想植物材料。而關(guān)于夾竹桃的耐水濕特性卻鮮有報道，其是否能適應(yīng)江灘季節(jié)性淹水環(huán)境尚有待研究。

淹水脅迫是季節(jié)性淹水江灘地上最常見的逆境脅迫因子，淹水可影響到植物形態(tài)結(jié)構(gòu)[4]、光合生理[5-7]以及酶系統(tǒng)調(diào)節(jié)[8-9]等諸多方面的變化。因此，研究植物在淹水脅迫下的生理生態(tài)響應(yīng)過程及其機理，已成為眾多學(xué)者關(guān)注的熱點[10-11]。本研究以夾竹桃為研究對象，模擬長江江灘季節(jié)性淹水過程，研究夾竹桃內(nèi)部生理生化指標(biāo)對淹水脅迫的響應(yīng)，探討植物對淹水脅迫的適應(yīng)機制。從而也為長江灘地治理開發(fā)、抑螺防病林和防護林建設(shè)提供一定的科學(xué)依據(jù)。

1材料與方法

1.1試驗材料與處理方法

選取生長良好、長勢較為一致的2?a生夾竹桃扦插苗作為試驗材料，材料為2012年春季從湖北省林科院實驗基地內(nèi)夾竹桃大苗上采下的枝條扦插而成，按照40cm×60cm的株行距種植在2m×3m的試驗池中。為保證苗木的相對一致性，于2013年7月淹水試驗前對其進行修枝處理，使樹高基本控制在1.4m左右。試驗于2013年7月中旬～9月上旬在湖北省林科院實驗基地內(nèi)進行，共設(shè)4個處理組，分別為：A組為短期輕度淹水（水面在土壤表面10cm以下，淹水36?d后解除淹水恢復(fù)正常生長）;B組為長期輕度淹水（水面在土壤表面10cm以下，淹水60?d）;C組為長期深度淹水（水面保持在土壤表面1?m處，頂端不淹入水中，淹水60?d）;CK，對照組，不淹水，常規(guī)管理。每處理5株苗木，3個重復(fù)。

1.2?數(shù)據(jù)測定與分析方法

從淹水之日起，每間隔12?d選取植株頂端幼嫩葉片分別測定4個處理組的超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化物酶（POD）、過氧化氫酶（CAT）活性以及丙二醛?（?MDA?）?含量，一共連續(xù)測定5次，每處理每次測定3個重復(fù)。這4個生理指標(biāo)的測定均參考李合生的測定方法[12]。其中SOD活性采用氮藍(lán)四唑（NBT）光還原法測定，POD活性采用愈創(chuàng)木酚顯色法測定，CAT活性采用紫外吸收法測定，MDA含量采用硫代巴比妥酸（?TBA?）?比色法測定。吸光值測定均采用?UV—2450分光光度計進行。測定結(jié)果用Excel和SPSS統(tǒng)計軟件進行處理、統(tǒng)計分析并作圖。

2結(jié)果與分析

2.1淹水脅迫對超氧化物歧化酶（SOD）活性的影響

淹水后，隨著淹水時間的延長，不同淹水處理下的SOD活性存在明顯差異（圖1），C組活性最高，B組次之，均極顯著（p<0.01）高于對照組（CK）;而輕度淹水和深度淹水處理間也存在顯著差異（p<0.05）。在淹水初期，（淹水12?d時），各處理組間與對照間無顯著差異;到24?d時，各處理組與對照存在顯著差異（p<0.05），輕度淹水與深度淹水處理間也存在顯著差異（p<0.05），B、C處理與對照相比SOD值分別上升了10.28%和24.21%;36?d時，B、C處理與對照相比分別上升了30.08%和34.92%，但B、C間無顯著差異;48?d時，分別上升了36.66%和45.58%，達(dá)到最大值，與對照存在極顯著差異（p<0.01），B、C也存在顯著差異（p<0.05）;60?d時，分別上升了28.51%和38.75%，開始緩慢下降，但與對照相比仍存在極顯著差異（p<0.01）。在不同淹水時間強度上，B處理12?d時與24?d時存在顯著差異（p<0.05），與其它時間段都存在極顯著差異（p<0.01）;24?d時與其它時間段也存在極顯著差異（p<0.01），36?d、48?d和60?d之間無顯著差異。C處理12?d時與其它時間段都存在極顯著差異（p<0.01）;24?d時與36?d時無顯著差異，與48?d時有顯著差異（p<0.05），與60?d時有極顯著差異;36?d、48?d和60?d之間無顯著差異。短期輕度淹水處理（A處理）在淹水階段與B處理組變化相似，在淹水結(jié)束后SOD值極顯著降低（p<0.01），但淹水結(jié)束后12?d時仍顯著高于對照（p<0.05），到24d時才降到正常水平。

圖1?淹水脅迫對SOD活性的影響

2.2淹水脅迫對過氧化物酶（POD）活性的影響

如圖2所示，淹水后，B、C處理呈現(xiàn)先升高后下降的趨勢，36d時POD活性最高，然后B處理平緩下降，C處理急速下降后趨于平緩，?C處理活性最高，?B處理次之。在12?d、24?d、36?d、48?d和60?d時，B、C處理組POD值與CK相比分別上升了50.81%，65.47%，87.56%，86.33%，70.72%和95.52%，104.75%，138.44%，108.91%，84.90%;極顯著高于對照組（p<0.01）。B、C處理在淹水12d，24d，36d時也存在極顯著差異（p<0.01），在48?d時存在顯著差異（p<0.05），60?d時無顯著差異。在不同淹水時間強度上，B處理POD值36?d時與12?d，24?d存在極顯著差異（p<0.01），與60?d時存在顯著差異（p<0.05），與48?d時無差異，48?d與60?d間也無差異;C處理POD值36?d時與其它時間段的均有極顯著差異（p<0.01），12?d與48?d、60?d間也存在極顯著差異（p<0.01），48?d、60?d之間無差異。A處理在淹水結(jié)束后POD值極顯著下降（p<0.01），但淹水結(jié)束后12?d時仍極顯著高于對照（p<0.01），到24?d時仍顯著高于對照（p<0.05）。

圖2?淹水脅迫對POD活性的影響

2.3淹水脅迫對過氧化氫酶（CAT）活性的影響

如圖3所示，淹水后B處理CAT活性隨著淹水時間的延長整體上處于上升的趨勢，在淹水后期略有下降，C處理為先上升然后緩慢下降，在淹水前期C處理CAT活性高于B處理，后期基本上趨于一致，兩處理間CAT活性無顯著差異。在12?d，24?d，36?d，48?d和60?d時，B、C處理組CAT值與CK相比分別上升了51%，49.63%，60.64%，60.99%，65.1%和64.97%，67.44%，72.67%，55.41%，60.1%，極顯著高于對照組（CK）（p<0.01）。在不同淹水時間強度上，B處理CAT活性48d時最大，然后緩慢下降，與12d、24d時存在極顯著差異（p<0.01），與36d、60d時無顯著差異。C處理36d時活性最大，然后緩慢下降，與12d存在極顯著差異（p<0.01），與24?d和60?d存在顯著差異（p<0.05）。A處理在淹水解除后活性極顯著降低（p<0.01），但淹水結(jié)束后12?d時仍顯著高于對照（p<0.05），到24?d時才降到正常水平。

圖3?淹水脅迫對CAT活性的影響

2.4淹水脅迫對丙二醛（MDA）含量的影響

淹水后，各處理組MDA含量在短時間內(nèi)急速增加，然后處于下降趨勢（圖4）。在12d、24d、36d、48d和60d時，B、C處理MDA值與CK相比分別上升了82.02%，66.88%，47.37%、35.27%，34.93%和95.10%，78.81%，56.61%，41.62%，46.20%，極顯著高于對照（CK）（p<0.01），但B、C處理間無顯著差異。在不同淹水時間強度上，隨著淹水時間延長，在短時間淹水后MDA含量達(dá)到最大值，然后急速下降，B、C處理12d時MDA含量與其它時間段均存在極顯著差異（p<0.01）。A處理在淹水解除后MDA含量略有回升，然后再降低，但仍高于對照。

圖4?淹水脅迫對MDA含量的影響

3結(jié)論與討論

（1）在淹水脅迫下，會造成植物缺氧環(huán)境，影響根系呼吸，厭氧呼吸產(chǎn)物導(dǎo)致植物細(xì)胞中自由基代謝平衡的失調(diào)，抑制SOD、POD和CAT等酶的活性，使O2—自由基產(chǎn)生積累，促使MDA和H2O2大量形成，從而對植物形成傷害[13-14]。SOD是植物體內(nèi)參與活性氧代謝的主要酶，是有機體內(nèi)O2—的天然消除劑，POD和CAT具有分解H2O2的作用，這幾種酶的協(xié)同作用能有效減輕活性氧對植物體的傷害?[15-16]。本研究發(fā)現(xiàn)在淹水脅迫下夾竹桃SOD、POD、CAT活性明顯增加，與對照組相比均有極顯著差異（p<0.01）;雖然淹水脅迫解除后，活性大幅下降，但在短時間內(nèi)仍明顯高于對照。這與耐水淹能力極強的落羽杉、水松等在淹水脅迫下保護酶的變化相一致[17-18]。而銀杏等不耐水淹的樹種，在淹水脅迫下SOD、POD、CAT等酶活性維持能力不強，在淹水15d內(nèi)活性升高，隨著淹水時間延長，開始逐漸降低[19]。

（2）丙二醛（MDA）為植物膜脂過氧化作用的產(chǎn)物，具有細(xì)胞毒性，能與膜結(jié)構(gòu)上的酶類結(jié)合使其失去活性，其含量的高低可反應(yīng)出植物體受傷害的程度大小[20]。在淹水初期，夾竹桃的MDA含量急速增加，在達(dá)到最大值后快速下降，這可能是由于夾竹桃在淹水適應(yīng)后，SOD、CAT等保護酶活性增加，消除植物體內(nèi)的活性氧，同時產(chǎn)生許多膜脂保護物質(zhì)，從而減輕膜脂過氧化作用。這與水松在淹水脅迫下的變化相同[18]，與美洲黑楊淹水后表現(xiàn)為升高-降低-升高的趨勢有所不同[21]。

（3）隨著淹水深度加深，SOD、POD、CAT活性和MDA含量總體上呈現(xiàn)增加趨勢，這與杞柳在淹水脅迫下的變化是一致的[22]，但與紫穗槐的變化不同[23]。輕度淹水和深度淹水處理間SOD活性有顯著差異（p<0.05），POD活性有極顯著差異（p<0.01），而CAT活性和MDA含量無顯著差異。隨著淹水時間延長，SOD活性整體上升，差異增大;POD活性36?d達(dá)到最大值，與其它時間段有差異;CAT活性在輕度淹水處理下隨著淹水時間延長差異增大;MDA含量12d時最大，與其它時間段存在極顯著差異（p<0.01）。

（4）淹水脅迫解除后，SOD、POD、CAT等酶的活性在短期內(nèi)仍明顯高于對照，但隨著淹水脅迫解除時間的延長，活性氧被有效清除，保護酶活性逐漸降到正常水平。而MDA含量在淹水脅迫解除后有一個短期的回升過程，然后再降低，這可能是因為環(huán)境的突然改變對夾竹桃產(chǎn)生了一定的傷害，但隨著對新環(huán)境的適應(yīng)逐漸恢復(fù)到正常水平。

綜上所述，夾竹桃在受到淹水脅迫后，體內(nèi)氧化自由基的積累能迅速誘導(dǎo)保護酶活性的升高，有效降低毒性物質(zhì)MDA的含量。研究也發(fā)現(xiàn)夾竹桃在持續(xù)60?d的淹水過程中，無論是輕度淹水處理還是深度淹水處理，夾竹桃存活率均為100%，且在淹水1個月后，在靠近水面處長出大量須根，以適應(yīng)根部缺氧環(huán)境。這表明夾竹桃具有極強的耐水淹能力。

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（責(zé)任編輯：鄭京津）