澇漬脅迫下生姜幼苗生長及體內保護酶活性變化

陳娟　梁明霞　潘開文

摘要：研究澇漬脅迫下生姜幼苗生長和體內保護酶活性的變化。結果顯示，澇漬脅迫下生姜幼苗生長明顯受到抑制，與對照相比，澇漬10d時生姜地下干質量降低46.45%；地上生物量降低37.69%，根莖比顯著下降，根中ADH活性在澇漬5、10d時均顯著升高。澇漬處理下植株體內保護酶活性變化明顯，澇漬前期SOD、CAT、APX活性均上升，澇漬后期酶活性下降，而POD活性則一直受到抑制。葉片中葉綠素a、葉綠素b含量和可溶性蛋白含量顯著下降。膜脂過氧化產物（MDA）在澇漬5d后明顯升高，顯示植株體內氧化壓力增加。

關鍵詞：生姜；幼苗；澇漬脅迫；生長；生理；抗氧化酶活性

中圖分類號：Q945.78；S632.501 文獻標志碼：A 文章編號：1002-1302（2015）05-0152-03

澇漬是制約植物生長和發育的水分逆境因子，澇漬脅迫下植物正常生理過程和功能受到干擾，在農林業上常造成作物嚴重減產。姜（ZingiberofficinaleRosc）是姜屬多年生單子葉草本植物，藥食兩用，是重要的經濟作物。生姜的根系不發達，生長中對水分條件要求嚴格。生姜的幼苗期處于多雨季節，易遭受暴雨、河水泛濫、灌溉不當、土壤排水不良等所致的澇漬脅迫；且澇漬促進姜瘟病原菌和其他土傳性病菌的擴散，擴大生姜植株感染面積，致使其嚴重減產甚至絕產，因此澇漬是生姜生長、發育、品質和產量的重要限制因子。研究澇漬對生姜的影響對于生姜的高效高產栽培非常必要，但是有關生姜澇害機制的研究卻鮮見報道。本研究探討了生姜幼苗在澇漬脅迫下的生長和體內保護酶活性等的變化，旨在闡明澇漬脅迫對生姜生長和生理的影響機制，為生姜的科學生產提供數據和理論支持。

1.材料與方法

供試姜種為四川省生姜道地產區楗為縣的黃姜，盆栽用土取自楗為縣從未栽過生姜的土壤，土壤為三迭紀須家河組碳壩泥土。土壤取回后首先過2遍1cm篩，篩去較大的石塊及粗枝等，用50%對二甲基氨基苯重氮磺酸鈉可濕性粉劑1000倍液進行土壤消毒處理，然后施入N、P、K肥料，將土混勻，裝入上口徑25Cnl、深30Cnl的花盆，每盆裝土約5kg。每盆播大小和質量大致均一的種姜1個，當生姜長到三股權時將生姜幼苗放入澇漬池，保持水層高于土面2cm，進行澇漬10d處理，以不澇漬植株為對照，每個處理重復10次。每隔2d取生姜葉片測定保護酶（SOD、CAT、POD、APX）活性和MDA、葉綠素、可溶性蛋白的含量等生理指標的變化。在澇漬5、10d時分別測定生姜的地下和地上生物量的干質量、根系ADH酶的活性。

超氧化物歧化酶（sOD）活性測定參照Giannopolitis等的方法，抗壞血酸過氧化物酶（APX）活性測定參照Nakano等的方法，過氧化氫酶（CAT）活性測定參照Cakmak等的方法，丙二醛（MDA）含量參照Gossett等的方法進行測定，過氧化物酶（POD）、乙醇脫氫酶（ADH）活性和可溶性蛋白、葉綠素含量測定參照李合生等的方法。所有的數據采用SPSS16.0統計軟件進行單因素方差分析（Duncan's檢驗）和相關性分析。

2.結果與分析

2.1澇漬脅迫對生姜幼苗地上和地下生物量的影響

如表1所示，澇漬脅迫下生姜植株生長明顯受到抑制，澇漬5、10d時生姜地下生物量干質量與對照相比分別降低28.95%、46.45%；地上生物量干質量的降低值分別為17.02%和37.82%，由此可見澇漬對生姜地下生物量的抑制要大于地上生物量。澇漬5d后根中ADH活性上升，在10d后下降，但活性仍高于對照。

2.2澇漬脅迫對生姜葉片中葉綠素含量的影響

葉綠素總量在澇漬5d后極顯著下降（P<0.01），澇漬5d時葉綠素總量為對照的58.29%；澇漬10d時葉片中葉綠素總量僅為對照的35.83%。與對照相比，葉綠素b含量在整個澇漬期間顯著下降，但葉綠素a僅在澇漬5d后顯著下降（圖1）。

2.3澇漬脅迫對生姜葉片保護酶（SOD、POD、CAT、APX）活性的影響

澇漬對生姜葉片中CAT、APX、SOD、POD酶活性影響顯著（P<0.05）。如圖2一d所示，CAT活性除澇漬10d低于對照外，其余處理均高于對照，澇漬5d時酶活性最高，隨后呈下降趨勢。隨著澇漬時間延長，APX活性上升，澇漬5d時達到最高，隨后下降，澇漬10d時降為對照的68.79%（圖2一c）。SOD活性在澇漬3d時最高，與對照相比升高22.35%，而在澇漬10d時酶活性僅為對照的16.09%（圖2-a）。POD活性隨著澇漬時間延長呈下降趨勢，除澇漬3d及以后的酶活性與對照相比差異均達到顯著水平（P<0.05）（圖2-b）。

2.4澇漬脅迫對葉片中MDA、可溶性蛋白含量的影響

如圖3所示，在澇漬前期MDA含量升高不顯著，而澇漬5d后顯著升高（P<0.05），澇漬10d時MDA含量比對照增加了110.69%。澇漬7、10d時葉片中可溶性蛋白含量顯著下降（P<0.05），較對照分別降低8.49%、8.39%。

2.5相關性分析

如表2所示，相關性分析結果顯示，SOD活性、POD活性與MDA含量、葉綠素a含量、葉綠素b含量極顯著相關（P<0.01）；地上生物量干質量與地下生物量干質量極顯著相關（P<0.01），與葉綠素a含量、ADH活性顯著相關（P<0.05）；可溶性蛋白含量與MDA含量、葉綠素a含量、葉綠素b含量極顯著相關（P<0.01）。

3.討論

研究認為澇漬下植物體內活性氧清除酶系統活性下降，膜脂過氧化產物增多，氧化壓力升高，植物衰老加快是植物澇害的原因之一。澇漬脅迫下植物中保護酶活性的變化是植物對澇漬的響應，在不同植物種類、發育時期或不同澇漬時間下其響應趨勢有差異，保護酶之間也存在響應敏感度差異。澇漬前期生姜葉片中保護酶SOD、APX、CAT活性均上升，隨著澇漬時間延長而下降；而POD活性則呈一直下降趨勢。膜質過氧化產物MDA含量在澇漬前期增加不顯著，澇漬后期MDA含量水平上升。澇漬前期酶活性的升高可能是對澇漬的應激反應，能有效清除體內的活性氧，從而使MDA含量水平未有明顯上升，隨著澇漬時間延長，保護酶系統受到傷害，活性降低，MDA含量也相應增加。相關性分析顯示，生姜葉片中SOD、POD活性與MDA含量均極顯著相關，因此生姜幼苗中活性氧酶促系統的變化可以作為澇漬脅迫下的生理指示因子和抗澇性評價指標之一。相關性分析結果表明，生姜幼苗葉片中SOD對澇漬的響應最敏感，其次是POD、APX和CAT。

澇漬下生姜幼苗葉片中葉綠素含量呈下降趨勢，相關分析結果顯示澇漬植株中葉綠素含量降低與SOD、POD活性變化和MDA含量水平顯著相關，說明澇漬下膜質過氧化作用可能損傷了葉綠體膜的穩定性。晏斌等的研究也顯示，活性氧清除劑均使活性氧產生速率和H2O2濃度明顯下降；且使受漬玉米葉片的葉綠素含量顯著提高。生姜幼苗中葉綠素含量與可溶性蛋白含量呈極顯著正相關，提示葉綠素含量降低，光合作用受抑，使可溶性蛋白合成減少，加之澇漬下根系吸收水分和營養能力下降，物質分解大于合成，導致可溶性蛋白含量在澇漬后期明顯降低。ADH是厭氧脅迫時根系主要產能途徑中的關鍵酶，有助于植物避免由乙醇積累所致的傷害。生姜幼苗澇漬后根中ADH活性在澇漬5d時高于澇漬10d，說明隨著澇漬時間延長，ADH活性下降，因而不能有效抑制乙醇對植物的毒害，加劇了根系功能的損傷。與對照相比，澇漬脅迫下生姜的地上和地下生物量干質量均有明顯的下降，地下生物量的抑制更明顯。相關性分析顯示，生姜幼苗地上和地下生物量干質量降低與根ADH活性顯著相關，提示澇漬下生姜根狀莖和根系受到毒害，水分、營養吸收和運輸功能受損，影響植株物質合成，而使分解加快，導致生物量下降。葉綠素含量也與生物量降低相關，葉綠素下降所致的光合作用受抑，物質合成減少，導致了生物量降低。