PEG模拟干旱胁迫对不同桑树砧木生理生化特性的影响

张朝华，张 娜，朱琳琳，莫荣利，于 翠

（1.广西壮族自治区蚕业技术推广站，南宁 530007；2.湖北省农业科学院经济作物研究所，武汉 430064；3.南漳县农业科学研究所，湖北 南漳 441500）

桑树是桑科（Moraceae）桑属（MorusL.）植物，是重要的经济林木。在中国，桑树分布于南纬30°至北纬50°的广阔疆域，且种质资源类型丰富，桑种占有量为全世界的50%，拥有15个种4个变种近3 000多份种质资源［1］。桑树是生态效益和经济效益较佳的树种［2］，已成为众多省区用于干旱、半干旱及消落带等生态脆弱区植被修复的主要经济树种［3］。随着“立桑为业，多元发展”的理念不断深入，围绕桑树资源综合利用的研究得到长足发展，其中尤以果用桑最为突显。

砧木是嫁接组合中的重要部分，也是嫁接苗的基础，对接穗的影响主要表现为对生长发育、树体高矮、开花结实、营养输导、抗性和对环境条件的适应能力等方面。国内外有关桑树砧木抗性评价、利用及适应性研究起步较晚且涉及面较为狭窄。张和禹等［4］对6种桑树砧木耐盐性进行了评价，耐盐性由高到低分别是安徽的华桑、新疆的白桑、河北的鲁桑、安徽的鲁桑、江苏的山桑、广东的广东桑。张鸿等［5］探讨了砧木对桑树耐旱性的影响，结果显示广东桑为砧木的和田白桑嫁接苗叶片保水能力低于和田白桑扦插苗，以广东桑为砧木可能不利于桑树耐旱性的发挥。不同砧木具有不同的生理和生态特性，对不同气候、土壤环境条件的敏感性和适应能力也有不同。

本试验利用PEG模拟干旱胁迫条件，探讨不同桑树砧木对干旱胁迫的生理生化响应特性，为不同的气候及土壤生态环境条件，选择适宜的桑树砧木提供参考依据。

1 材料方法

1.1 试验材料及设计

采用6个桑树砧木品种桂桑优12号、桂桑优62号、桑特优2号、粤桑11号、粤桑51号和塘10×伦109当年生实生苗为试验材料。2020年5月初在湖北省桑树种质资源圃蚕桑基地进行露地播种，于2020年7月10日选择整齐一致、健壮、无病虫害的植株起苗清洗根部土壤（尽量保证根系的完整），并置于塑料大棚中遮阳清水培养2 d，然后放入Hoagland营养液中培养15 d，每3 d更换一次营养液。

选择长势、株高及大小相近的植株，每个品种60株，随机分成3组，每组为一个重复。用含5%的PEG6000 Hoagland营养液模拟干旱水分胁迫处理，分别于处理后0、24、48、72 h统计植株的萎焉情况，并采集叶片用液氮速冻，置于-80℃冰箱中用于测定逆境胁迫相关生理指标。

1.2 植株萎焉率及生理生化的指标测定

植株萎焉率=萎焉植株数/总植株数×100%。丙二醛含量、过氧化氢含量、脯氨酸含量、超氧化物歧化酶活性、过氧化物酶活性和过氧化氢酶活性测定采用南京建成生物工程研究所的试剂盒，其操作步骤按试剂盒说明书进行。可溶性蛋白含量测定采用考马斯亮蓝法［6］。

1.3 数据分析

基于IBMSPSS19.0.0软件系统，采用邓肯氏单因素多重比较进行差异显著性分析（P＜0.05），用Origin 2018软件作图。

2 结果与分析

2.1 干旱胁迫下不同桑树砧木萎焉情况

6个桑树砧木品种植株在5%PEG6000模拟干旱胁迫处理24 h后呈现叶片萎缩、叶边缘卷起，呈焦枯状坏死，其中塘10×伦109最先表现旱害症状。由图1可知，干旱胁迫24 h后，塘10×伦109就有45%的植株出现叶片萎焉干枯症状，其他5个品种萎焉植株不到15%。随着干旱胁迫时间的延长，萎焉植株不断增多，尤其是胁迫后期，但萎焉植株增加的数量及快慢表现出品种特异性。干旱胁迫处理阶段，塘10×伦109萎焉植株率均显著高于其他砧木品种，而粤桑11号和粤桑51号萎焉植株数量相对较低。

图1 干旱胁迫下6个桑树砧木植株萎焉情况

2.2 干旱胁迫下不同桑树砧木叶片H 2O2和脯氨酸含量的变化

图2结果显示，干旱胁迫下，6个桑树砧木品种叶片H2O2含量变化特点存在品种特异性，不同品种间叶片H2O2含量存在明显的差异。干旱胁迫下，桂桑优12号和桑特优2号叶片H2O2含量呈先升高后下降，而桂桑优62号呈降低的变化趋势，尤其是后期变化幅度较大。粤桑11号、粤桑51号和塘10×伦109桑叶H2O2含量呈先升高后降低再升高的变化趋势，总体变化幅度较小。

图2 干旱胁迫下桑树砧木叶片H 2O2含量的变化

由图3可知，干旱胁迫下6个砧木叶片脯氨酸含量总体呈升高趋势，除粤桑11号外，在胁迫后期（72 h）各砧木叶片脯氨酸累积最快，其中桑特优2号叶片脯氨酸含量最高，变幅最大，其次是塘10×伦109和桂桑优12号，分别较0 h增加了10.0倍、8.3倍和5.3倍。而粤桑11号叶片脯氨酸含量较低，变幅最小。粤桑51号不同于其他砧木品种，其在干旱胁迫初期便开始大量累积脯氨酸，而后又有所下降。

图3 干旱胁迫下桑树砧木叶片脯氨酸含量的变化

2.3 干旱胁迫下不同桑树砧木叶片MDA含量和抗氧化酶活力的变化

由图4可知，干旱胁迫下，各砧木品种间MDA含量及变化趋势存在明显差异，但整个胁迫期间各品种MDA含量总体变化幅度都较小。桂桑优12号和桂桑优62号叶片MDA含量总体高于其他品种。在整个干旱胁迫期间，桂桑优12号、桑特优2号和塘10×伦109叶片MDA含量无显著变化，而桂桑优62号和粤桑51号呈先增后降的趋势，粤桑11号呈不断下降的趋势。

图4 干旱胁迫下桑树砧木叶片MDA含量的变化

图5、图6、图7结果显示，干旱胁迫下6个桑树砧木品种叶片CAT、POD和SOD酶活力及变化趋势存在明显差异。干旱胁迫下，桂桑优12号叶片CAT和SOD酶活力随时间延长先不断增加，而后由于胁迫加重导致植株叶片萎焉枯死，CAT和SOD酶活力又降低；POD酶活力在干旱胁迫期间总体呈波动式升高。桂桑优62号叶片CAT、POD和SOD酶活力受干旱胁迫影响，0～48 h总体呈先下降后升高，而后因胁迫致使植株叶片枯萎，CAT、POD和SOD酶活力又降低。干旱胁迫下，桑特优2号和粤桑11号叶片CAT和SOD酶活力呈先下降后上升再降低的趋势，POD酶活力总体呈现不断升高的趋势；而粤桑51号叶片CAT和POD酶活力呈先升后降再升高的变化特点，SOD酶活力呈先降后升再降的趋势。塘10×伦109叶片CAT、POD和SOD酶活力受干旱胁迫影响，总体上呈先升高后降低的趋势。

图5 干旱胁迫下桑树砧木叶片CAT酶活力的变化

图6 干旱胁迫下桑树砧木叶片POD酶活力的变化

图7 干旱胁迫下桑树砧木叶片SOD酶活力的变化

干旱胁迫过程中，桂桑优12号、桂桑优62号、桑特优2号和粤桑11号叶片CAT酶活力总体高于粤桑51号和塘10×伦109，且变化幅度较大；桂桑优12号、桂桑优62号和桑特优2号叶片POD酶活力总体高于粤桑11号、粤桑51号和塘10×伦109；而SOD酶活力在6个砧木品种间相差不大，且变化幅度均较小。其中尤以塘10×伦109在整个胁迫期间，叶片CAT、POD和SOD酶活力变化幅度最小，且总体呈下降趋势。

3 讨论

植株水势下降的程度与细胞渗透压的调节能力直接相关［7］。重度干旱胁迫下，短时间内植株叶片水分快速丧失，导致水势下降，使叶片快速发生萎焉。因此，可以根据植株萎焉程度对植株的耐旱性进行评价。

植物响应干旱胁迫是一个涉及多种生理生化代谢途径的过程［8］，如胁迫逆境通常会引起植物体内活性氧的产生与清除系统失衡，导致超氧阴离子和H2O2等活性氧的积累。研究结果显示，干旱胁迫导致不同桑树砧木MDA含量总体上呈先升高后下降的趋势，但不同品种间叶片H2O2含量存在明显差异。MDA是膜脂过氧化最重要的产物之一，在一定程度上MDA含量的高低可以表示细胞膜脂过氧化的程度和植物对逆境条件反应的强弱［9］。SOD、POD和CAT 3种酶都是生物体内清除自由基的重要保护酶［10］，能阻止自由基对细胞的伤害，抑制膜脂过氧化作用的发生。马文涛等［11］和刘晓纳等［12］报道，干旱胁迫能引起柑橘MDA含量以及SOD、CAT和POD等保护酶的活性不同程度地升高。在本研究中，MDA含量和3种酶活性的变化程度在不同桑树砧木品种间存在明显差异，但总体变化幅度不明显，这可能与重度干旱胁迫条件下，短时间内植物叶片快速萎焉和失水导致叶片各代谢功能紊乱及细胞失活有关。

脯氨酸作为一种重要的渗透调节物质，植物在干旱胁迫下，通过调剂脯氨酸的累积降低细胞渗透势，促进水分的吸收。试验结果表明，干旱胁迫下不同桑树砧木脯氨酸含量总体呈不断升高，尤其是干旱胁迫后期，迅速大量累积脯氨酸。而粤桑51号在胁迫早期（24 h）大量累积脯氨，能有效延缓干旱胁迫对植株的损伤，这也解释整个干旱胁迫过程中粤桑11号植株萎焉率最低的原因。上述结果也进一步佐证了脯氨酸是评价植株抗旱能力的重要指标。