烯效唑對不同耐旱性甘薯品種苗期根系抗氧化酶同工酶的影響

姜瑤 汪寶卿 解備濤 張海燕 段文學 王慶美 張立明

摘要：本試驗以耐旱性較強的JS21和耐旱性較差的JZS1為材料，采用水培和PEG-6000模擬田間梯度干旱脅迫的方法，研究了烯效唑對不同耐旱性甘薯品種苗期根系可溶性蛋白和抗氧化酶同工酶的影響。結果表明：在正常供水條件下，烯效唑處理對兩品種可溶性蛋白含量無明顯影響，干旱條件下增加JZS1的可溶性蛋白含量，stripe2～stripe4明顯變粗；降低JS21的可溶性蛋白含量，stripe3、 stripe 4明顯變細、變淡。正常供水條件下，烯效唑處理增加JS21的SOD2和SOD3、JZS1的CAT2和CAT3同工酶表達量，對JZS1的SOD同工酶表達量、兩品種的POD同工酶表達量和JS21的CAT同工酶表達量均無明顯影響。與正常供水條件相比，干旱處理增加JZS1的SOD1、SOD2、POD2和JS21的POD2、POD3的同工酶條帶的表達量，降低JS21的SOD2同工酶表達量。干旱條件下，烯效唑處理增加JZS1中SOD1、SOD2、POD1、POD3、CAT2、CAT3同工酶條帶的表達量?？傊c耐旱性較強的品種相比，干旱條件下烯效唑處理更能明顯增強耐旱性較差的甘薯品種的抗氧化酶同工酶表達量。

關鍵詞：干旱；甘薯；苗期；根系；烯效唑；抗氧化酶同工酶；可溶性蛋白

中圖分類號：S531.034文獻標識號：A文章編號：1001-4942（2016）06-0023-05

甘薯（Ipomoea batatas Lam.）廣泛分布在111個國家和地區，不僅是世界第五大食物能源供應作物[1]，也是我國第四大糧食作物，在維護糧食安全和緩解能源危機方面的重要性日漸突出[2]。我國是世界最大的甘薯種植和產出國，2013年我國甘薯種植面積達352.5×104 hm2，總產達7 909.0×104 t，分別占世界的42.8%和71.4%[3]。

干旱造成的農作物損失在所有非生物脅迫中占首位[4]。甘薯根系雖較發達，也較耐旱，但其栽插的是薯苗，對土壤環境和水分狀況十分敏感，一旦遭受干旱脅迫地上部易枯萎，地下部不定根、側根的形成[5，6]和塊根的分化[7]受阻；另一方面，甘薯一般種植在丘陵山區及無灌溉條件的旱作區，多依靠自然降水滿足自身水分需求，一旦遇到干旱脅迫，必然嚴重影響產量和品質[8]。因此，甘薯苗期耐旱性的優劣對薯苗成活率至關重要。

外源植物生長調節物質可通過改變甘薯內源系統平衡來達到調控植株生長發育的目的，在大田生產中，化學調控是抵御逆境脅迫的有效措施[9]。前人研究發現，吲哚丁酸（IBA）和萘乙酸（NAA）均可減緩干旱脅迫下甘薯根系的傷害[10]。烯效唑（Uniconazole，S3307）是赤霉素合成抑制劑，具有控制營養生長、縮短節間、增強抗逆性等作用，用量少且易降解，土壤殘留量約為多效唑的1/10。杜召海等[11]研究了烯效唑對干旱條件下6個甘薯品種苗期根系生理生化特性的影響，發現甘薯品種對烯效唑的反應差異不敏感，應用上具有廣譜性。Yuan等[12]研究了烯效唑對不同耐旱性甘薯品種苗期根系抗氧化特性的影響，發現烯效唑有顯著增強甘薯苗期根系中抗氧化酶活性的作用。

同工酶不僅于植物個體發育過程中發揮作用，還在抵抗不良環境過程中發揮重要作用。前人研究了不同逆境下不同作物POD同工酶譜的變化[13～15]。而對于甘薯而言，大部分學者均是利用過氧化物酶同工酶來鑒定親緣關系遠近及分析種內種間的遺傳差異等[16，17]。

而國內外尚無烯效唑對干旱脅迫下甘薯苗期根系抗氧化酶同工酶和可溶性蛋白調控方面的研究。本試驗以苗期干旱敏感型甘薯品種濟紫薯1（JZS1）和苗期耐旱型甘薯品種濟薯21（JS21）為試材對此進行研究，旨在通過烯效唑的化學調控提高甘薯在干旱環境條件下的產量和品質。

1材料與方法

1.1試驗材料

試驗材料來源于山東省農業科學院作物研究所甘薯室，經耐旱性篩選[18]，選用苗期干旱敏感型甘薯品種濟紫薯1（JZS1）和苗期耐旱型甘薯品種濟薯21（JS21），于2015年5月30日剪取薯苗。苗期采用1/2 Hoagland營養液培養在規格為50 cm×40 cm×15 cm的塑料盆中，塑料盆上層鋪蓋規格為50 cm×40 cm×2.5 cm的泡沫板，每個泡沫板上打孔24個，橫向4排，每排6孔，孔直徑為2.5 cm，用氣泵裝置對栽植后的薯苗進行通氣。

1.2試驗處理

應用PEG-6000模擬干旱脅迫。每品種設4個處理，分別為正常處理（N）、正常+烯效唑（N+S）、干旱處理（D）、干旱+烯效唑（D+S）。采用完全隨機設計，重復3次，每重復12棵苗。烯效唑濃度根據文獻[12]確定為30 mg/L。

從育苗圃中剪取兩品種株高約20 cm、長勢均一的幼苗，17∶00將薯苗基部固定在泡沫板上，保證三個節沒入營養液，在水培系統中緩苗過夜。培養室溫度17～24℃，自然光散射，所有處理先在1/2 Hoagland營養液中培養7 d。梯度干旱處理參考陳京[19]的試驗設計，略有改動：采用PEG-6000模擬土壤梯度干旱過程，用1/2 Hoagland營養液溶解并配置含有5%（W/V）、10%和20% PEG-6000的溶液。將每個品種正常生長7 d的一半薯苗基部浸泡于烯效唑溶液中5 min進行預處理，然后轉入正?；蚋珊堤幚碇?。正常處理的薯苗每隔3 d換一次營養液。干旱處理過程中，分別將烯效唑預處理和未預處理的薯苗轉入5% PEG-6000溶液中生長3 d，然后轉入10% PEG-6000溶液中生長3 d，再轉入20% PEG-6000溶液中生長3 d，之后統一測定兩個甘薯品種各處理的可溶性蛋白含量和抗氧化酶同工酶指標。

1.3測定方法

薯苗培養16 d后，每處理隨機選取5株，剪取幼苗根系并用清水沖洗干凈后保存在自封袋中。參照汪家政等[20]的方法進行可溶性蛋白電泳和染色，參照李東曉[21]的方法進行SOD同工酶的電泳和染色，參照楊宗娟[22]的方法進行POD同工酶電泳和染色，參照孫彩霞等[23]的方法進行CAT同工酶電泳和染色，參照Chen和Asada[24]的方法進行APX同工酶電泳及染色。

2結果與分析

2.1烯效唑對不同耐旱性甘薯品種苗期根系可溶性蛋白的影響

如圖1所示，兩品種不同處理條件下可溶性蛋白均表達出4條條帶。正常條件下，烯效唑處理對可溶性蛋白的影響不明顯。與正常處理相比，干旱處理增加了耐旱性較弱的JZS1可溶性蛋白含量，stripe2～stripe4明顯變粗；而對于耐旱性較強的JS21來說，干旱處理降低了苗期根系中可溶性蛋白含量，stripe3、stripe4明顯變細、變淡。與干旱處理相比，干旱+烯效唑處理增加了JS21的可溶性蛋白含量，stripe2～stripe4明顯增粗，也增加了JZS1的stripe3粗度。在干旱條件下，烯效唑能顯著增加耐旱性較強的JS21可溶性蛋白含量。

根系可溶性蛋白含量的影響

2.2烯效唑對不同耐旱性甘薯品種苗期根系抗氧化酶同工酶的影響

如圖2所示，兩品種不同處理條件下SOD均表達出3條同工酶條帶。在正常供水條件下，烯效唑處理增加了耐旱性較強的JS21的SOD同工酶表達量，使SOD2、SOD3兩條同工酶條帶明顯增粗、變亮；而對耐旱性較差的JZS1的SOD同工酶表達量影響較小，差異不明顯。與正常供水相比，干旱處理增加了JZS1苗期根系中SOD同工酶表達量，SOD1、SOD2同工酶條帶明顯增粗、變亮；而對于JS21來說，干旱處理降低了苗期根系中SOD同工酶表達量，SOD2同工酶條帶明顯變細、暗。干旱條件下，烯效唑處理增加了JZS1中SOD1、SOD2同工酶條帶的表達量，而對JS21的SOD同工酶影響較小，變化不明顯?？梢姡诟珊禇l件下，烯效唑能增加耐旱性較差的JZS1的SOD同工酶表達量。

兩品種不同處理條件下POD表達出3條同工酶條帶。在正常供水條件下，烯效唑處理對兩品種3條POD同工酶條帶的影響均不明顯。與正常供水相比，干旱處理增加了JS21和JZS1的POD同工酶表達量，尤其是 JS21的POD2、POD3同工酶條帶和JZS1的POD2同工酶條帶明顯加粗、加深。干旱條件下，烯效唑處理降低了JS21的POD同工酶表達量，POD2、POD3同工酶條帶變細；增加了JZS1的POD1、POD3同工酶條帶的表達量，增粗。可見，在干旱條件下，烯效唑能增加耐旱性較差的JZS1的POD同工酶表達量。

兩品種不同處理條件下CAT表達出3條同工酶條帶。從圖2中可以看出，3種同工酶在各處理間變化趨勢并不明顯。正常供水條件下，烯效唑處理對耐旱性較強的JS21的CAT同工酶表達量影響不明顯，卻使耐旱性較差的JZS1的CAT2、CAT3同工酶條帶略有增粗。在干旱條件下，烯效唑增加了耐旱性較差的JZS1的CAT同工酶表達量。

兩品種不同處理條件下APX均表達出2條同工酶條帶，其中APX1條帶變化較紊亂。干旱條件下，烯效唑處理增強了耐旱性較強的JS21的APX2同工酶表達量，但對耐旱性較差的JZS1的APX2同工酶表達量無明顯影響。

3討論與結論

在高等植物體內，抗氧化酶同工酶酶譜種類和數量體現了其活性高低和變化特征[25]。

本研究發現，烯效唑能夠提高干旱條件下耐旱性較差的JZS1苗期根系中SOD1、SOD2、POD1、POD3、CAT2和CAT3同工酶表達量，烯效唑對干旱條件下耐旱性較強的JS21的各抗氧化酶同工酶的影響不明顯。Yuan等[12]的研究結論與本研究基本一致。這種同工酶之間的差異充分表明了品種間耐旱性不同，同時也可以充分利用同工酶作為品種耐旱性篩選的重要指標。袁照年等[26]就曾利用POD同工酶譜的差異進行耐旱性強的玉米雜交種篩選。

脅迫條件下同工酶在小麥、玉米、棉花等作物上研究較多[27]，但在甘薯上，僅有正常供水條件下甘薯不同類型根中抗氧化酶同工酶酶譜表達[28]的研究報道，干旱條件下甘薯苗期根系抗氧化酶同工酶酶譜研究較少。

譚曉榮等[29]研究了不同干旱方式對小麥幼苗可溶性蛋白含量及總抗氧化酶活力的影響。陳明濤等[30]研究了干旱對四種苗木根系可溶性蛋白組分和含量的影響?？悼∶返萚31] 研究了干旱對苜蓿葉片可溶性蛋白的影響。這些報道均表明在中度和重度干旱脅迫下植物可溶性蛋白含量有所增加。本試驗結果表明：在干旱條件下，烯效唑處理能夠明顯增加耐旱性較差的JZS1的可溶性蛋白含量和抗氧化酶同工酶的表達量，增強耐旱性較差甘薯品種的耐旱性，為耐旱性較差甘薯品種在不良水分狀況下的種植和生長提供支持和保證。

本研究作為干旱條件下甘薯苗期根系抗氧化酶同工酶的初步探索，試驗中很多細節還需要完善，爭取在下一步工作中提高膠圖質量。

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