涝渍胁迫下生姜幼苗生长及体内保护酶活性变化

陈娟　梁明霞　潘开文

摘要：研究涝渍胁迫下生姜幼苗生长和体内保护酶活性的变化。结果显示，涝渍胁迫下生姜幼苗生长明显受到抑制，与对照相比，涝渍10d时生姜地下干质量降低46.45%；地上生物量降低37.69%，根茎比显著下降，根中ADH活性在涝渍5、10d时均显著升高。涝渍处理下植株体内保护酶活性变化明显，涝渍前期SOD、CAT、APX活性均上升，涝渍后期酶活性下降，而POD活性则一直受到抑制。叶片中叶绿素a、叶绿素b含量和可溶性蛋白含量显著下降。膜脂过氧化产物（MDA）在涝渍5d后明显升高，显示植株体内氧化压力增加。

关键词：生姜；幼苗；涝渍胁迫；生长；生理；抗氧化酶活性

中图分类号：Q945.78；S632.501 文献标志码：A 文章编号：1002-1302（2015）05-0152-03

涝渍是制约植物生长和发育的水分逆境因子，涝渍胁迫下植物正常生理过程和功能受到干扰，在农林业上常造成作物严重减产。姜（ZingiberofficinaleRosc）是姜属多年生单子叶草本植物，药食两用，是重要的经济作物。生姜的根系不发达，生长中对水分条件要求严格。生姜的幼苗期处于多雨季节，易遭受暴雨、河水泛滥、灌溉不当、土壤排水不良等所致的涝渍胁迫；且涝渍促进姜瘟病原菌和其他土传性病菌的扩散，扩大生姜植株感染面积，致使其严重减产甚至绝产，因此涝渍是生姜生长、发育、品质和产量的重要限制因子。研究涝渍对生姜的影响对于生姜的高效高产栽培非常必要，但是有关生姜涝害机制的研究却鲜见报道。本研究探讨了生姜幼苗在涝渍胁迫下的生长和体内保护酶活性等的变化，旨在阐明涝渍胁迫对生姜生长和生理的影响机制，为生姜的科学生产提供数据和理论支持。

1.材料与方法

供试姜种为四川省生姜道地产区楗为县的黄姜，盆栽用土取自楗为县从未栽过生姜的土壤，土壤为三迭纪须家河组碳坝泥土。土壤取回后首先过2遍1cm筛，筛去较大的石块及粗枝等，用50%对二甲基氨基苯重氮磺酸钠可湿性粉剂1000倍液进行土壤消毒处理，然后施入N、P、K肥料，将土混匀，装入上口径25Cnl、深30Cnl的花盆，每盆装土约5kg。每盆播大小和质量大致均一的种姜1个，当生姜长到三股权时将生姜幼苗放入涝渍池，保持水层高于土面2cm，进行涝渍10d处理，以不涝渍植株为对照，每个处理重复10次。每隔2d取生姜叶片测定保护酶（SOD、CAT、POD、APX）活性和MDA、叶绿素、可溶性蛋白的含量等生理指标的变化。在涝渍5、10d时分别测定生姜的地下和地上生物量的干质量、根系ADH酶的活性。

超氧化物歧化酶（sOD）活性测定参照Giannopolitis等的方法，抗坏血酸过氧化物酶（APX）活性测定参照Nakano等的方法，过氧化氢酶（CAT）活性测定参照Cakmak等的方法，丙二醛（MDA）含量参照Gossett等的方法进行测定，过氧化物酶（POD）、乙醇脱氢酶（ADH）活性和可溶性蛋白、叶绿素含量测定参照李合生等的方法。所有的数据采用SPSS16.0统计软件进行单因素方差分析（Duncan's检验）和相关性分析。

2.结果与分析

2.1涝渍胁迫对生姜幼苗地上和地下生物量的影响

如表1所示，涝渍胁迫下生姜植株生长明显受到抑制，涝渍5、10d时生姜地下生物量干质量与对照相比分别降低28.95%、46.45%；地上生物量干质量的降低值分别为17.02%和37.82%，由此可见涝渍对生姜地下生物量的抑制要大于地上生物量。涝渍5d后根中ADH活性上升，在10d后下降，但活性仍高于对照。

2.2涝渍胁迫对生姜叶片中叶绿素含量的影响

叶绿素总量在涝渍5d后极显著下降（P<0.01），涝渍5d时叶绿素总量为对照的58.29%；涝渍10d时叶片中叶绿素总量仅为对照的35.83%。与对照相比，叶绿素b含量在整个涝渍期间显著下降，但叶绿素a仅在涝渍5d后显著下降（图1）。

2.3涝渍胁迫对生姜叶片保护酶（SOD、POD、CAT、APX）活性的影响

涝渍对生姜叶片中CAT、APX、SOD、POD酶活性影响显著（P<0.05）。如图2一d所示，CAT活性除涝渍10d低于对照外，其余处理均高于对照，涝渍5d时酶活性最高，随后呈下降趋势。随着涝渍时间延长，APX活性上升，涝渍5d时达到最高，随后下降，涝渍10d时降为对照的68.79%（图2一c）。SOD活性在涝渍3d时最高，与对照相比升高22.35%，而在涝渍10d时酶活性仅为对照的16.09%（图2-a）。POD活性随着涝渍时间延长呈下降趋势，除涝渍3d及以后的酶活性与对照相比差异均达到显著水平（P<0.05）（图2-b）。

2.4涝渍胁迫对叶片中MDA、可溶性蛋白含量的影响

如图3所示，在涝渍前期MDA含量升高不显著，而涝渍5d后显著升高（P<0.05），涝渍10d时MDA含量比对照增加了110.69%。涝渍7、10d时叶片中可溶性蛋白含量显著下降（P<0.05），较对照分别降低8.49%、8.39%。

2.5相关性分析

如表2所示，相关性分析结果显示，SOD活性、POD活性与MDA含量、叶绿素a含量、叶绿素b含量极显著相关（P<0.01）；地上生物量干质量与地下生物量干质量极显著相关（P<0.01），与叶绿素a含量、ADH活性显著相关（P<0.05）；可溶性蛋白含量与MDA含量、叶绿素a含量、叶绿素b含量极显著相关（P<0.01）。

3.讨论

研究认为涝渍下植物体内活性氧清除酶系统活性下降，膜脂过氧化产物增多，氧化压力升高，植物衰老加快是植物涝害的原因之一。涝渍胁迫下植物中保护酶活性的变化是植物对涝渍的响应，在不同植物种类、发育时期或不同涝渍时间下其响应趋势有差异，保护酶之间也存在响应敏感度差异。涝渍前期生姜叶片中保护酶SOD、APX、CAT活性均上升，随着涝渍时间延长而下降；而POD活性则呈一直下降趋势。膜质过氧化产物MDA含量在涝渍前期增加不显著，涝渍后期MDA含量水平上升。涝渍前期酶活性的升高可能是对涝渍的应激反应，能有效清除体内的活性氧，从而使MDA含量水平未有明显上升，随着涝渍时间延长，保护酶系统受到伤害，活性降低，MDA含量也相应增加。相关性分析显示，生姜叶片中SOD、POD活性与MDA含量均极显著相关，因此生姜幼苗中活性氧酶促系统的变化可以作为涝渍胁迫下的生理指示因子和抗涝性评价指标之一。相关性分析结果表明，生姜幼苗叶片中SOD对涝渍的响应最敏感，其次是POD、APX和CAT。

涝渍下生姜幼苗叶片中叶绿素含量呈下降趋势，相关分析结果显示涝渍植株中叶绿素含量降低与SOD、POD活性变化和MDA含量水平显著相关，说明涝渍下膜质过氧化作用可能损伤了叶绿体膜的稳定性。晏斌等的研究也显示，活性氧清除剂均使活性氧产生速率和H2O2浓度明显下降；且使受渍玉米叶片的叶绿素含量显著提高。生姜幼苗中叶绿素含量与可溶性蛋白含量呈极显著正相关，提示叶绿素含量降低，光合作用受抑，使可溶性蛋白合成减少，加之涝渍下根系吸收水分和营养能力下降，物质分解大于合成，导致可溶性蛋白含量在涝渍后期明显降低。ADH是厌氧胁迫时根系主要产能途径中的关键酶，有助于植物避免由乙醇积累所致的伤害。生姜幼苗涝渍后根中ADH活性在涝渍5d时高于涝渍10d，说明随着涝渍时间延长，ADH活性下降，因而不能有效抑制乙醇对植物的毒害，加剧了根系功能的损伤。与对照相比，涝渍胁迫下生姜的地上和地下生物量干质量均有明显的下降，地下生物量的抑制更明显。相关性分析显示，生姜幼苗地上和地下生物量干质量降低与根ADH活性显著相关，提示涝渍下生姜根状茎和根系受到毒害，水分、营养吸收和运输功能受损，影响植株物质合成，而使分解加快，导致生物量下降。叶绿素含量也与生物量降低相关，叶绿素下降所致的光合作用受抑，物质合成减少，导致了生物量降低。