涝渍对小白菜生长及活性氧代谢的影响

李德明 张秀娟 邓丹凤

（长江大学园艺园林学院，湖北荆州，434025）

涝渍对小白菜生长及活性氧代谢的影响

李德明 张秀娟 邓丹凤

（长江大学园艺园林学院，湖北荆州，434025）

以盆栽小白菜（四月蔓）为试材，研究涝渍及恢复期间小白菜表观伤害及活性氧代谢的变化。试验结果表明，涝渍后小白菜植株黄化严重，涝渍4 d，8 d和12 d（恢复4 d）后植株死亡率分别为20%，50%和80%；涝渍后叶片叶绿素含量呈直线下降趋势，恢复4 d略有回升；涝渍使小白菜叶片细胞膜透性逐渐增强；涝渍后造成活性氧代谢平衡体系破坏，涝渍期间叶片愈创木酚-过氧化物酶（G-POD）活性持续升高，恢复期间有所下降；受涝后超氧化物歧化酶（SOD）活性先升后降，恢复期间逐渐升高；受涝后抗坏血酸过氧化物酶（AsA-POD）持续升高，恢复期间缓慢下降；受涝及恢复期间叶片的丙二醛（MDA）和脯氨酸（PRO）含量变化同AsA-POD一致。总之，涝渍造成小白菜活性氧代谢失常，引起小白菜产量显著降低。

小白菜 涝渍 活性氧代谢

小白菜（Brassica chinesisL.）为十字花科芸薹属蔬菜，是非常受人们喜爱的绿叶蔬菜之一。近年来，随着气候的变暖，海洋水位升高，许多地方涝渍频频发生，随着全球生态系统的不断恶化，我国大约有2/3国土面积存在不同程度的涝害，为害极大[1]。涝害对小白菜及其他农作物的产量和品质造成很大影响，有研究表明，植物在受涝渍胁迫时，活性氧代谢能力减弱，膜脂过氧化加剧[2]。涝渍对小白菜及其他农作物的产量和品质影响很大[3]，会导致农业生产效率下降，直接影响到人们的生产和生活。对植物涝渍为害机制进行研究，可部分解决农作物抗涝问题，以期达到优质、高产目的。但到目前为止，研究涝渍对小白菜活性氧代谢影响的研究领域尚未涉入，因此，本研究探讨涝渍对小白菜生长发育及活性氧代谢的影响，以期为农业生产上合理地选择和定向培育耐涝品种及涝渍地区小白菜增产稳产提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验材料为“四月蔓”小白菜种子。

1.2 试验处理

试验于2007年3～8月在长江大学园艺园林学院设施园艺基地及植物逆境生理生化实验室完成。将供试小白菜种子进行先期育苗，育苗基质为椰糠∶珍珠岩=1∶1的混合物；待苗长到一定大小 （4叶1心）时挑选长势一致的苗植于塑料盆 （18 cm×15 cm）中培养，每盆3株，采用龙山通用营养液根外喷施或浇灌，每周3次，喷浇肥料后用清水喷洒叶片，防止烧苗。待小白菜植株培养到8叶1心时开始进行涝渍处理，即选取20盆植株长势一致的小白菜，15盆随机放入栽培槽中，保持灌水深度为水面淹至小白菜心叶部，分别进行4，8 d涝渍及涝渍恢复（解除水分胁迫）4 d处理；5盆对照水分管理按正常栽培措施进行。

1．3 试验方法

在不同涝渍及恢复时间（涝渍4，8 d和涝渍后恢复的第4天）取样（叶片），采用相应方法测定质膜相对透性[4]，愈创木酚-过氧化物酶（G-POD）活性参照朱祝军等[5]的方法，超氧化物歧化酶（SOD）、抗坏血酸过氧化物酶（AsA-POD）活性参照Giannopol itis等[6]的方法，丙二醛含量的测定参照Cakmak等[7]的方法，脯氨酸（PRO）含量参照汤章城[8]的方法，叶绿素含量按吕军[9]的方法，各指标均测定3次，取平均值。涝渍12 d后（涝渍后恢复的第4天）取植株地上部，洗净烘干后统计单株地上部干质量，计为单株产量。

2 结果与分析

2．1 涝渍对小白菜生长的影响

试验结果表明，涝渍后小白菜单株产量为30.00±0.81 g，只有对照的1/5，极显著地低于对照，表明小白菜地上部干物质积累量严重减少，涝渍造成小白菜严重减产。

2．2 涝渍对小白菜叶片叶绿素含量的影响

如表1所示，涝渍后四月蔓小白菜叶绿素含量呈直线下降。其中叶绿素a含量处理4 d后明显降低，处理8 d与对照组呈差异极显著（P＜0.01），涝渍12 d（恢复4 d）叶绿素a含量略有回升的趋势，但与对照差异仍达极显著（P＜0.01）；叶绿素b含量涝渍处理4 d与对照差异显著（P＜0.05），涝渍处理8 d与对照差异极显著（P＜0.01），涝渍处理12 d（恢复4 d）叶绿素b含量略有回升的趋势，但与对照差异仍达极显著（P＜0.01）；涝渍处理叶绿素总含量降低，第4 d叶绿素含量的减少不很明显，第8 d明显下降与对照差异极异显著 （P＜0.01），第12 d（恢复4 d）略有回升的趋势，但仍极显著的低于对照。

表1 不同涝渍时间对小白菜叶绿素含量的影响

图1 涝渍对小白菜保护性酶与非酶系统的影响

2.3 涝渍对小白菜叶片细胞膜相对透性的影响

由图1可知，涝渍造成小白菜细胞膜相对透性高于对照，且随涝渍时间延长而持续增强，仅在涝渍后恢复期有所减弱。涝渍处理8 d，小白菜细胞膜相对透性达到90%，显著高于对照（P＜0.05）。

2.4 涝渍对小白菜叶片活性氧代谢的影响

由图1可知，正常情况下小白菜G-POD活性持续升高；涝渍造成小白菜G-POD活性在涝渍第8天达到2.82 mmol·min-1·g-1，显著高于对照，涝渍恢复期略有降低，但仍高于对照。正常情况下小白菜SOD活性持续升高；涝渍造成小白菜SOD活性在涝渍4 d达到0.62 mmol·min-1·g-1，显著高于对照，4～8 d呈下降趋势，第8天与对照相同（0.52 mmol·min-1·g-1），涝渍恢复期略有上升。正常情况下小白菜MDA含量持续升高；涝渍8 d小白菜MDA含量达到0.28 mg/g，显著高于对照，涝渍恢复期略有降低，但仍高于对照。正常情况下小白菜AsAPOD活性持续升高；涝渍4 d小白菜AsA-POD含量达到4.4 mmol·min-1·g-1，显著高于对照，涝渍第8天小白菜AsA-POD含量达到5.2 mmol·min-1·g-1，极显著高于对照，涝渍恢复期略有降低，但仍高于对照 （图1）。正常情况下小白菜PRO含量持续升高；涝渍4 d小白菜PRO含量达到1.6 mg/g，显著高于对照，涝渍8 d小白菜PRO含量达到2.2 mg/g，显著高于对照，涝渍恢复期略有降低，但仍高于对照。

3 小结与讨论

在正常的条件下，植物体内活性氧的产生与清除（细胞保护系统）处于平衡状态，当植物处于衰老、涝害、干旱、高温等逆境时，这种平衡遭到破坏，植物体内发生 O2-，2OH-，H2O2等活性氧的积累。从而破坏膜的选择透性并由此引发和加剧膜脂过氧化作用，导致植物细胞受到伤害，甚至使植物死亡[9～10]。本试验表明，涝害逆境导致小白菜叶片细胞保护系统的平衡体系受到破坏。叶片的叶绿素含量前8 d急剧下降，这与前人在小麦[9]、烤烟[11]中观察的结果一致；恢复4 d后呈略回升趋势。叶绿素含量略上升的原因可能是受涝渍伤害后小白菜植株根系受损，吸水困难，涝渍恢复期仍继续失水而造成单位面积鲜叶片可能的叶绿素相对含量略高。由于植物体内自由基积累，启动细胞膜脂过氧化作用是造成细胞膜系统受损伤、植物体受伤害的重要原因，而植物体内的 SOD、过氧化氢酶（CAT）和 G-POD是生物自由基的清除剂，在防御植物活性氧伤害方面具有重要作用[12～13]。本研究结果表明，小白菜G-POD活性在受涝害的第4天略有升高，第8天急剧回升，涝渍恢复期间呈下降趋势。前8 d与杨暹等[12]在菜心中观察的结果一致。叶片的 SOD活性在受涝害的前4 d逐渐提高，第8天降低，第12天（恢复4 d）开始回升。前8 d与汪宗立等[14]对夏玉米研究相近。涝渍后小白菜叶片的MDA含量不断增加，第4天有明显的升高，第8天急剧升高。此结果与前人在玉米[15～16]和淫羊藿[17]中观察到的结果相近。 试验表明涝渍造成小白菜细胞膜脂过氧化严重，细胞膜结构被破坏，功能丧失。第12天（恢复4 d）MDA含量略有降低，表明涝渍恢复对小白菜细胞伤害有一定程度的缓解。涝渍前8 d AsA-POD含量不断增加与前人在玉米[18]中研究的结果一致。脯氨酸是水溶性最大的氨基酸，其在细胞内的积累有助于细胞的保水、维持细胞内膨压、保护酶和膜系统免受伤害和增强植物的抗涝性。淹水第8天后，游离脯氨酸（PRO）含量开始显著增高，这与前人在银杏中观察的结果一致[19]，第 12天（恢复 4 d）升高的速度变缓。这些结果表明小白菜随着涝渍的加剧小白菜植株受到的伤害越来越严重。植株体内各种代谢是非常复杂的，它们相互联系，相互制约，某个单一的生理过程或指标的变化尚不足以表征其抗涝能力的强弱。由于植株保护系统的平衡受到破坏，膜脂过氧化作用加剧，从而影响植株的生长与发育，最后导致植株死亡[20]。

总体而言，涝渍处理后小白菜叶片细胞保护系统的平衡受到破坏，叶片的叶绿素呈一直下降趋势，第12天（恢复4 d）虽略有回升，但也极显著低于对照；涝渍造成小白菜产量严重降低。通过对小白菜涝渍及恢复期活性氧代谢系统的研究，期望就涝渍对小白菜的伤害的生理机制有更进一步的了解，以便在易发生涝渍为害的区域栽培小白菜及其他叶菜的生产策略制定或栽培技术（如品种选择或定向育种或栽培措施的改进）上作相应调整，以达到增产稳产的目的。

[1]沈荣开，王修贵，张喻芳，等.涝渍排水控制指标的初步研究[J].水利学报，1999，12（3）：71-74.

[2]曾建军，时明芝.植物涝害生理研究进展[J].聊城大学学报：自然科学版，2004，17（3）：19-21.

[3]艾天成，李方敏，周治安，等.作物叶片叶绿素含量与SPAD值相关性研究[J].湖北农学院学报，2000，10（1）：2-3.

[4]李德明，贺立红，朱祝军.几种重金属离子对小白菜种子萌发及生理活性的影响[J].种子，2005，24（6）：27-29.

[5]朱祝军，喻景权，Gereodas J,等.氮素形态和光照强度对烟草生长和H2O2清除酶活性的影响[J].植物营养与肥料学报，1998，4（4）：379-385.

[6]Giannopolitis C N,Ries S K.Superoxide dismutase I.Occurrence in higher plants[J].Plant Physiology,1977，59(4): 309-314.

[7]Cakmak I,Marschner H.Magnesium deficiency and high light intensity enhance activities of superoxide dismutase, ascorbate peroxidase,and glutathione reductase in bean leaves[J].Plant Physiology,1992，98(5):1 222-1 227.

[8]汤章城.现代植物生理学实验指南[M].北京：科学出版社，1999.

[9]吕军.渍水对冬小麦生长的危害及其生理效应[J].植物生理学报，1994，26（3）：221-225.

[10]晏斌，戴秋杰.外源活性氧清除剂对玉米植株涝害的缓解[J].华北农学报，1995，10（1）：51-55.

[11]宫长荣，汪耀富.淹水胁迫对烤烟生理生化特性的影响[J].中国农业科学学报，1995，28（2）：126-130.

[12]杨暹，陈晓燕，杨运英.涝害逆境对菜心的菜薹形成与细胞保护系统的影响[J].中国蔬菜，2000，20（2）：7-10.

[13]苏冬梅，罗丽华.银杏幼苗叶片转化酶活性及其动力学[J].经济林研究，2004，22（4）：9-12.

[14]汪宗立，刘晓忠，王志霞.夏玉米不同株龄对土壤涝渍的敏感度[J].江苏农业学报，1987，20（3）：14-20.

[15]汪宗立，刘晓忠，李建坤，等.玉米渍涝伤害与膜脂过氧化作用和保护酶活性的关系[J].江苏农业学报，1988，4（3）：1-8.

[16]郝玉兰，潘金豹，张秋芝，等.不同生育时期水淹胁迫对玉米生长发育的影响[J].中国农学通报，2003，19（6）：62-63.

[17]石进校，刘应迪，陈军，等.土壤涝渍胁迫对淫羊藿叶片膜脂过氧化和SOD活性的影响[J].生命科学研究，2002，6（4）：30-31．

[18]张玉琼，张鹤英.淹水逆境下玉米若干生理生化特性的变化[J].安徽农业大学学报，1998，25（4）：378-381.

[19]王义强，谷文众，姚水攀，等.淹水胁迫下银杏主要生化指标的变化[J].中南林学院学报，2005，25（4）：78-80，85.

[20]刘晓忠，李建坤，王志霞，等.涝渍逆境下玉米叶片超氧化物歧化酶和过氧化酶活性与抗性的关系[J].华北农学报，1995，10（3）：29-32.

Effect of Waterlogging Stress on Growth and Active Oxygen Metabolism of Pakchoi

LI Deming,ZHANG Xiujuan,DENG Danfeng
(College of Horticulture and Gardening,Yangtze University,Jinzhou,Hubei 434025)

Using pakchoi(Siyueman)as material,we observed plant visible injuries under waterlogging stress for 4,8 d and physiological influence after recovery 4 d The results showed that plant etiolate seriously after waterlogging,and root decayed to death (death rates were about 20%,50%and 80%after plant waterlogged 4,8 d and recovered 4 d).Leaf chlorophyll content showed descending trend,but gently increased at 4th day after recovery.Waterlogging caused plants membrane permeability gradually increasing.Waterlogging destroyed the balance of Chinese cabbage cell protective systems.After waterlogging,guaiacol peroxidase(G-POD)and superoxide dismutase(SOD)activities gently increased at 4th day,then G-POD activity rapidly increased at 8th day,but SOD activity decreased at 8th day.During the period of recovery,G-POD activity gently decreased,then SOD activity gradually increased.With waterlogging degree increasing, leaves ascorbic acid peroxidase (AsA-POD)activities gently increased at 4th day after waterlogging,then rapidly increased at 8th day after waterlogging,but decreased during the period of recovery.Malonaldehyde (MDA)activities increased at 4th day after waterlogging,then rapidly increased at 8th day after waterlogging,but decreased during the period of recovery.Proline (PRO)content gently increased at 4th day after waterlogging,then rapidly increased at 8th day after waterlogging,but decreased during the period of recovery.

Pakchoi;Waterlogging stress;Active oxygen metabolism

10.3865/j.issn.1001-3547.2009.24.014

长江大学博士启动基金（2007018）

李德明（1972-），男，副教授，浙江大学博士/博士后，主要研究方向为植物矿质营养、逆境生理生化及发育生理和园林植物应用，电话：13207295391。E-mail：lidmn@163.com

2009-08-14