干旱胁迫对芝麻幼苗生理生化指标的影响

吕 伟 任果香 韩俊梅 文 飞 王若鹏 刘文萍

（山西农业大学经济作物研究所，030031，山西太原）

芝麻为一年生草本植物，是世界上最古老的特色油料作物之一，主要种植于40°N到40°S间的热带和温带地区。芝麻是我国六大油料作物之一[1]，具有较高的营养、保健和美容等功效，被广泛应用在美容、食品和医疗等领域[2]。也因其含油量高而素有油中“皇后”之美誉[3]，在我国国民经济中的地位日益突出[4-5]。芝麻在我国有着悠久的种植历史[6-8]，河南、安徽、湖北、江西和山西等省份为芝麻主要种植区域。我国芝麻种植面积约 53.33万hm2，单产和总产均居世界第一，年产量约60万t[9]。随着人们生活质量的不断提高，我国芝麻需求量不断增加，每年需进口芝麻80万t，供需矛盾日益突出。山西省是西北地区芝麻主产省，由于地处干旱半干旱地区，年均降水量为300～400mm，干旱是该地区主要气候特点，这严重影响芝麻正常生长，最终导致芝麻产量低、品质差。因此，开展芝麻耐旱相关研究具有重要意义。

近几年，国内外关于玉米[10]、马铃薯[11]和大豆[12]等作物耐旱方面的研究已有不少报道，如贾晓艳等[10]采用沙培方法，利用15% PEG-6000溶液对玉米幼苗进行模拟水分胁迫，研究干旱胁迫下玉米苗期超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）等生理生化指标的变化趋势及其与品种抗旱性的关系；杜培兵等[11]采用盆栽法，通过测定表型性状和脯氨酸（Pro）含量等生理生化指标，利用主成分分析和隶属函数法对24个马铃薯品种进行抗旱性鉴定；张艳馥等[12]对大豆幼苗进行自然干旱处理，测定了SOD、POD和过氧化氢酶（CAT）活性，结果表明，不同大豆品种幼苗在干旱胁迫过程中表现出不同的酶活性。关于芝麻抗旱研究方面也有一些报道，如孙建等[13]采用盆栽法对芝麻苗期进行干旱胁迫，发现经干旱胁迫，芝麻的千粒重和产量受到很大影响；刘文萍等[14]对芝麻种质资源进行苗期干旱胁迫，通过对表型性状的测定筛选出 12份耐旱种质。但这些研究主要集中在干旱胁迫下芝麻表型性状及抗旱种质筛选方面，对干旱胁迫下芝麻生理特性的研究鲜有报道。因此，本研究利用不同抗旱性芝麻材料作为研究对象，通过盆栽干旱胁迫对其生理指标的变化进行研究，为今后研究芝麻耐旱机理提供理论参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验材料干旱敏感材料g76和高抗旱材料柳林芝麻3号由山西农业大学经济作物研究所提供。

1.2 试验设计

试验于2019年在山西农业大学经济作物研究所进行，采用盆栽法，盆口径35cm，每个材料种植3盆，每盆装相同重量的大田壤土。每盆浇等量的水，适墒播种，出苗后间苗，每盆留苗4株。在芝麻3对真叶时停止浇水，进行干旱处理，于干旱处理前（CK）和干旱处理后3d（T1）、6d（T2）、9d（T3）、12d（T4）分别采集每个材料的嫩叶，用于测定Pro含量、丙二醛（MDA）含量以及SOD和CAT的活性。

1.3 测定指标及方法

采用硫代巴比妥酸法测定MDA含量；采用酸性茚三酮法测定游离Pro含量；采用氮蓝四唑法测定SOD活性；采用可见光法测定CAT活性。每个处理3次重复。

1.4 数据分析

采用Microsoft Excel 2010进行计算和作图；采用SPSS 18.0进行差异显著性分析。

2 结果与分析

2.1 干旱胁迫对不同芝麻幼苗Pro含量的影响

由图1可看出，随着干旱胁迫时间的延长，2个芝麻材料幼苗的游离Pro含量均呈现上升趋势，其中 g76 在干旱处理 3d（T1）、6d（T2）、9d（T3）、12d（T4）时Pro含量上升较为平缓，与CK相比分别增加了15.77%、46.44%、80.12%和100.70%，各处理与CK差异均达显著水平，而柳林芝麻3号在干旱处理3d（T1）时Pro含量上升较为迅速，与CK相比增加了52.60%，差异达显著水平，随后平稳上升，处理T2、T3、T4与处理T1相比分别增加了16.92%、40.15%和40.39%，且与处理T1差异显著。

图1 干旱胁迫对不同芝麻幼苗Pro含量的影响Fig.1 Effects of drought stress on Pro contents of different sesame seedlings

2.2 干旱胁迫对不同芝麻幼苗MDA含量的影响

由图2可知，g76和柳林芝麻3号幼苗的MDA含量随着干旱时间的延长均呈现逐步上升的趋势。其中，g76在干旱处理3d（T1）时MDA含量上升较为迅速，与CK相比增加了28.47%，差异达显著水平，随后平稳上升，处理T2、T3、T4与处理T1相比，上升幅度分别为11.56%、20.24%、22.91%，且与处理T1差异显著。柳林芝麻3号在干旱处理3d（T1）、6d（T2）、9d（T3）、12d（T4）时 MDA含量上升较为平缓，与 CK相比分别增加了12.16%、25.25%、34.26%、40.39%，各处理与CK均达差异显著水平。

图2 干旱胁迫对不同芝麻幼苗MDA含量的影响Fig.2 Effects of drought stress on MDA contents of different sesame seedlings

2.3 干旱胁迫对不同芝麻幼苗SOD活性的影响

从图3可看出，2个芝麻材料幼苗的SOD活性在干旱处理期间均持续上升。其中，g76在干旱处理6d（T2）时SOD活性增加较为迅速，与处理T1相比增加了48.88%，差异达显著水平，随后平稳增加，与处理T2相比，T3和T4上升幅度分别为10.02%和15.36%，且与处理T2差异显著。柳林芝麻3号在干旱处理3d（T1）时增加较为迅速，与CK相比增加了68.54%，差异达显著水平，随后平稳增加，与处理T1相比，T2、T3和T4上升幅度分别为21.24%、27.92%、35.58%，且与处理T1差异显著。

图3 干旱胁迫对不同芝麻幼苗SOD活性的影响Fig.3 Effects of drought stress on SOD activities of different sesame seedlings

2.4 干旱胁迫对不同芝麻幼苗CAT活性的影响

由图4可知，发现随着干旱胁迫时间的延长，2个芝麻材料幼苗的 CAT活性均呈现先上升后下降的趋势。其中，g76在干旱处理6d（T2）时达到最大值，此时CAT活性相比CK上升了48.81%，达差异显著水平，随后开始下降，T3和T4与处理T2相比，分别降低了10.09%和12.14%，达差异显著水平。而柳林芝麻3号在干旱处理9d（T3）时达到最大值，此时的 CAT活性相比 CK上升了38.69%，差异达显著水平，随后开始下降，T4与处理T3相比下降幅度为11.89%，差异达显著水平。

图4 干旱胁迫对不同芝麻幼苗CAT活性的影响Fig.4 Effects of drought stress on CAT activities of different sesame seedlings

3 讨论

有研究[15]表明，植物在逆境胁迫下会使体内游离Pro大量累积，同时在正常生长环境下，抗逆性较强的植物品种体内游离Pro的含量高。本研究中，随着干旱胁迫时间的延长，2个芝麻材料幼苗的游离Pro含量均呈现上升趋势，这说明在干旱胁迫期间，2个芝麻材料的游离Pro含量均出现上升，增强了幼苗的抗逆性，有利于缓解干旱胁迫对芝麻幼苗造成的伤害，这与张艳馥等[16]关于干旱胁迫时间对玉米体内 Pro含量变化影响的研究结果基本一致。同时本研究还发现，g76在干旱处理期间，Pro含量上升较为平缓，而柳林芝麻3号在干旱处理3d（T1）时Pro含量上升较为迅速，表明高抗旱材料Pro含量在干旱胁迫下比干旱敏感材料的反应较为敏感。

干旱胁迫会影响植物细胞内活性氧代谢反应的平衡，造成植物体内MDA含量增加，对植物细胞膜造成损害。本研究中，2个芝麻材料幼苗的MDA含量随着干旱时间的延长均呈现逐步上升的趋势，说明干旱胁迫对芝麻幼苗造成一定的影响，这与田计均等[17]在干旱胁迫对藜麦的影响研究中MDA含量变化结果基本一致。

SOD和CAT活性与植物抗旱性密切相关，其参与了清除活性氧反应的过程，并在其中起着最主要的抗氧化作用，从而使植物在相当程度上增强了对干旱胁迫的抗逆性，减弱其对植株自身造成的伤害[17]。本研究中，随着干旱胁迫时间的延长，2个芝麻材料的SOD活性呈现逐步上升趋势，而CAT活性呈现先上升后下降的趋势，但均高于对照，表明干旱胁迫提高了芝麻幼苗SOD及CAT活性，使幼苗细胞清除自由基的能力增强。同时本研究还发现，柳林芝麻3号在干旱处理3d（T1）时，SOD活性增加较为迅速，随后平稳增加，g76在干旱处理6 d（T2）时SOD活性增加较为迅速，随后平稳增加，表明高抗旱材料SOD活性在干旱胁迫下比干旱敏感材料的反应敏感。

4 结论

随着干旱胁迫时间的延长，2个芝麻材料幼苗的游离Pro、MDA含量及SOD活性均呈现上升趋势，CAT活性则呈现先上升后下降的趋势；同时，高抗旱芝麻材料随着干旱胁迫时间的延长，其Pro含量、SOD活性和CAT活性均高于干旱敏感材料，而MDA含量表现则相反。