淹水脅迫對(duì)桃李根部代謝的影響

江漢平原降水量大，地下水位高。洪水災(zāi)害是該地區(qū)果樹生產(chǎn)的主要水源因素之一，通常會(huì)對(duì)果樹造成不同程度的損害。毛桃實(shí)生苗和根蘗苗是李樹栽培常用苗木來源,因此,研究它們在澇漬逆境下的反應(yīng),對(duì)李樹耐澇資源的選擇培育以及抗?jié)吃耘嗉夹g(shù)的研究具有指導(dǎo)作用。土壤澇漬中根系是直接受到傷害的器官,而地上部的反應(yīng)是根系受到缺氧傷害而引起的次級(jí)傷害。然而,目前對(duì)植物澇漬傷害的研究大多側(cè)重于地上部,有關(guān)澇漬脅迫對(duì)根部的影響尤其對(duì)根代謝影響的研究相對(duì)較少,而且主要集中于農(nóng)作物和蔬菜上,對(duì)果樹的研究常見于蘋果和櫻桃,而對(duì)桃和李尚鮮見報(bào)道。鑒于此,研究了在淹水條件下毛桃實(shí)生苗和李扦插苗根系中無氧呼吸酶、抗氧化酶活性以及滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量的變化規(guī)律,以探討其澇漬逆境下的生理機(jī)制,為選育耐澇砧木提供理論依據(jù)。1材料和方法1.1實(shí)生苗移植苗栽植培養(yǎng)隨機(jī)選擇在露地生長的1年生索瑞斯李(PrunusamericanaMarch.cv.Soriso)扦插苗和1年生毛桃(Prunuspersica(L.)Batsch.)實(shí)生苗,于2009年12月落葉后移植于土陶花盆中,每盆1株,花盆大小為15cm×20cm。移栽基質(zhì)成分比例為泥炭∶珍珠巖∶河沙=0.5∶1∶2。裝盆后保持盆土不干燥。翌年萌芽前追萌芽肥,萌芽后追3次餅肥水。2010年6月,將花盆放入圍溝中進(jìn)行淹水試驗(yàn),淹水深度保持高于盆土2cm左右。分別在淹水0、2、4、6、8d對(duì)根系進(jìn)行取樣測定。每次隨機(jī)選取3盆,先用自來水將根上基質(zhì)沖洗掉,再用蒸餾水沖洗3次,然后采用對(duì)角線取樣法剪取直徑為1mm左右的非木質(zhì)化根(生長根),用干凈的濾紙吸干根表面的水分,速凍后立即測定。1.2測量指標(biāo)和方法1.2.1根系環(huán)氧樹脂活性測定參照文獻(xiàn)的方法進(jìn)行。1.2.1.ris-hcl-基乙醇5.2%選取根樣0.5g左右,放入預(yù)冷研缽中,再加入2mL預(yù)冷的酶提取液:50mmol/LTris-HCl(pH值7.0),5mmol/LMgCl2、5mmol/Lβ-巰基乙醇、體積分?jǐn)?shù)為15%的甘油、1mmol/LEDTA、1mmol/LEGTA和0.1mmol/L苯甲基磺酰氟。冰浴研磨后,于4℃、12000×g條件下離心20min,提取粗酶液。1.2.1.ldh活性的測定ADH活性測定:取2.85mL反應(yīng)液[150mmol/LTris-HCl(pH值8.0),0.3mmol/LNADH]和50μL酶液混勻,然后加入30μL95%的乙醇啟動(dòng)反應(yīng),于340nm處測定OD值。LDH活性測定:取3mL反應(yīng)混合液[0.1mol/L磷酸(pH值7.0),含4μmol/LNADH、0.2mmol/L丙酮酸],用0.15mL酶提取液啟動(dòng)反應(yīng),于340nm處測定OD值。酶活性[U/(g·min)]=(△A340×V0)/(0.01×V1×t×WFW),其中,△A340為t時(shí)間內(nèi)吸光值變化的代數(shù)和,V0為酶提取液體積,V1為測定用酶液體積,t為測定時(shí)間,WFW為樣品鮮質(zhì)量。以每分鐘OD值變化0.01為1個(gè)酶活性單位(U)。1.2.2酶活性單位u/g過氧化氫酶(CAT)活性采用紫外分光光度法測定,以1min內(nèi)OD240減少0.1為1個(gè)酶活性單位(U),以U/(g·min)表示酶活性單位。過氧化物酶(POD)活性用愈創(chuàng)木酚顯色法測定,記錄3min內(nèi)愈創(chuàng)木酚被氧化的速率,以1min內(nèi)OD470增加0.01為1個(gè)酶活性單位(U),以U/g表示酶活性單位。1.2.3滲透試驗(yàn)中物質(zhì)含量的確定可溶性糖含量采用蒽酮比色法測定,脯氨酸(Pro)含量采用茚三酮比色法測定。1.3處理數(shù)據(jù)所有數(shù)據(jù)經(jīng)DPS7.05軟件進(jìn)行方差分析,用鄧肯氏新復(fù)極差法進(jìn)行多重比較。2結(jié)果與分析2.1洪水對(duì)桃和李根系的氧氣酶活性的影響2.1.1控制adh活性從圖1可以看出,桃苗和李苗根系中ADH活性均表現(xiàn)為降-升-降的變化規(guī)律,至淹水第4天均達(dá)到最大值,之后迅速下降。在淹水的2d內(nèi),可能由于應(yīng)激反應(yīng)而使ADH活性有所下降。雖然李苗在淹水過程中根系A(chǔ)DH活性低于桃苗的,但差異并不顯著(P>0.05)。2.1.2桃苗和李苗達(dá)到2天和第6天的趨勢從圖2可以看出,桃苗和李苗根系中LDH的活性均表現(xiàn)為先升后降的變化趨勢,李苗、桃苗分別在第2天和第6天達(dá)最大值,李苗峰值低于桃苗;另外,達(dá)到峰值后李苗下降較慢而桃苗下降迅速。這說明淹水脅迫能激發(fā)桃、李幼苗根系中LDH活性的增加,而桃和李在淹水脅迫下乳酸代謝強(qiáng)度有所不同。2.2水煮機(jī)對(duì)桃和李根系的抗菌活性的影響2.2.1桃苗單峰曲線由圖3可以看出,李苗根系POD活性變化呈雙峰曲線,其峰值分別在淹水后第2天和第6天出現(xiàn),第1峰后下降幅度小,第2峰后下降迅速;桃苗則呈單峰曲線,峰值在淹水后第2天出現(xiàn);相對(duì)來說,李苗根系POD保持較高活性持續(xù)時(shí)間較長,而桃苗POD活性峰值顯著高于李苗(P<0.05)。2.2.2應(yīng)對(duì)cat活性急劇下降下降的一般律從圖4可以看出,桃苗和李苗根系CAT活性均表現(xiàn)為降-升-降的變化規(guī)律,峰值均在淹水前及淹水第4天出現(xiàn)。在淹水2d內(nèi),可能由于應(yīng)激反應(yīng)而使CAT活性急劇下降。桃苗和李苗根系CAT活性除第2個(gè)峰值間有顯著差異外(P<0.05),其他時(shí)間差異均不顯著(P>0.05)。2.3洪水對(duì)桃和李根系的滲透和調(diào)節(jié)物質(zhì)的影響2.3.1-升的變化從圖5可以看出,桃苗和李苗根系中Pro含量均表現(xiàn)為升-降-升的變化趨勢,最低值分別在淹水前和淹水第4天出現(xiàn);桃苗和李苗根系Pro含量在淹水第8天含量最高且二者間幾乎無差異,但李苗在淹水初期升高幅度顯著大于桃苗(P<0.05)。2.3.2不同處理李苗和桃苗可溶性糖含量的變化由圖6可知,在連續(xù)8d的淹水處理過程中,桃苗和李苗根系中可溶性糖含量的總體變化幅度均不大,李苗中的含量一直低于桃苗,但除處理第4天存在顯著差異外(P<0.05),其他各測定時(shí)間差異均不顯著(P>0.05)。3討論3.1澇漬對(duì)植物抗氧化酶活性的影響在淹水造成的低氧脅迫條件下,無氧呼吸成為為生命活動(dòng)提供能量和維持細(xì)胞內(nèi)NADH水平的主要呼吸方式,對(duì)植物適應(yīng)低氧脅迫具有重要意義。乙醇發(fā)酵途徑和乳酸發(fā)酵途徑是植物根系在短期低氧環(huán)境中重要的無氧呼吸途徑和短期產(chǎn)能方式。許多研究表明,植物在土壤澇漬條件下可誘導(dǎo)根組織中2種代謝途徑的關(guān)鍵酶——ADH和LDH活性的大幅度升高。當(dāng)然,植物通過無氧呼吸代謝的調(diào)節(jié)以適應(yīng)低氧逆境是一種短時(shí)行為,因而,隨著脅迫傷害的進(jìn)一步加重,發(fā)酵作用的代償功能會(huì)明顯減弱,ADH和LDH活性往往表現(xiàn)為先升后降的變化趨勢,本研究也佐證了這種結(jié)果。但是本研究中桃和李苗根系A(chǔ)DH活性在淹水前2d有一個(gè)下降過程,這可能是由淹水引起的應(yīng)激反應(yīng)造成的。另外,桃苗和李苗根系LDH活性達(dá)到最高峰值的時(shí)間差異大。目前還沒有研究認(rèn)為這與耐澇能力有關(guān)。對(duì)黃瓜的研究表明,LDH活性較低而ADH活性較高的品種耐澇力強(qiáng),因?yàn)檩^低的LDH活性和較高的ADH活性能避免因乳酸積累引起的細(xì)胞質(zhì)酸化,而使細(xì)胞仍能通過乙醇發(fā)酵途徑獲得能量,維持生長。3.2澇漬脅迫對(duì)植株抗氧化酶系統(tǒng)的影響當(dāng)植物受到淹水脅迫時(shí),會(huì)導(dǎo)致根部細(xì)胞中活性氧大量積累,從而對(duì)細(xì)胞造成傷害。但是植物體內(nèi)也存在著抗氧化劑非酶體系和保護(hù)酶體系2大類抗氧化系統(tǒng),以維持正常的氧化代謝平衡,從而降低活性氧對(duì)植物細(xì)胞膜的傷害。POD、CAT是重要的抗氧化物酶,普遍存在于植物組織中。植株在澇漬脅迫下,這2種酶活性都呈先升高后下降的變化趨勢,但具體變化有所不同,本研究結(jié)果與此結(jié)果相近。據(jù)王嘉艷研究,櫻桃砧木根系POD活性的變化趨勢是先升后降,并且較耐澇砧木在淹水前中期POD活性較高,較高的POD活性可能有利于延長其在水澇環(huán)境中的生存時(shí)間。胡曉輝等也認(rèn)為,抗低氧性強(qiáng)的黃瓜品種POD活性增加幅度較大。但是,本研究中盡管桃苗根系POD活性峰值比李苗的高,但李苗根系POD保持較高活性持續(xù)時(shí)間長;另外,POD功能復(fù)雜,既有清除H2O2的作用,也有參與葉綠素降解、活性氧產(chǎn)生及引發(fā)膜脂過氧化等不利影響。因而,不能由此推斷李苗和桃苗的耐澇力強(qiáng)弱。澇漬脅迫下,根系CAT活性變化比較復(fù)雜,在有的植物上表現(xiàn)為先升后降趨勢,有的則表現(xiàn)為降-升-降的趨勢,本研究結(jié)果與后者相近,但是本研究中根系淹水前的CAT活性很高,這有待進(jìn)一步研究。3.3重培育和控制植物根系中脯氨酸和可溶性糖滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)通過調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)滲透勢來緩解逆境對(duì)植物的傷害。脯氨酸和可溶性糖是2個(gè)重要的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)。逆境條件下植物體內(nèi)游離脯氨酸含量增加,這是在逆境條件下植物的自衛(wèi)反應(yīng)之一。在眾多植物上的研究顯示,在澇漬脅迫初期,植物體內(nèi)的脯氨酸和可溶性糖含量隨著淹水脅迫時(shí)間的延長均上升,超過一定的時(shí)間后又下降,即呈現(xiàn)先升后降的變化趨勢。當(dāng)植物經(jīng)歷一定時(shí)期脅迫之后,碳水化合物供應(yīng)會(huì)受阻,從而會(huì)影響氨基酸的形成,因此脯氨酸和可溶性糖含量會(huì)