干旱胁迫对西瓜叶抗氧化酶活性、叶绿素荧光参数及根系活力的影响

张金民　任晓雪　秦伟　陈昆

摘 要：以西瓜为供试材料，采用聚已二醇（PEG-6000）模拟干旱试验，设置PEG-6000浓度0，9%，17%，24%和33% 共5个梯度，研究干旱胁迫对西瓜叶抗氧化酶活性、叶绿素荧光参数及根系活力的影响。结果表明，叶片H2O2含量和O- 2 ·含量随干旱胁迫强度的增加而增加，而POD和SOD活性呈现先升高后降低的单峰变化规律，在PEG-6000浓度为24%时最大，较对照分别提高156.67%和226.90%；Fo随干旱胁迫程度的增加而增加，而Fm，Fv/Fm和qP三者变化规律类似，均随胁迫强度的增加而降低。西瓜幼苗根系活力与干旱胁迫强度呈极显著负相关，其拟合方程为y=0.673 9 e-1.515 6x。

关键词：干旱胁迫；西瓜；酶活；叶绿素荧光；根系活力

中图分类号：S651 文献标识码：A DOI 编码：10.3969/j.issn.1006-6500.2018.11.001

Effects of Drought Stress on Antioxidant Enzyme Activities， Chlorophyll Fluorescence Parameters and Root Activity of Watermelon Leaves

ZHANG Jinmin，REN Xiaoxue，QIN Wei，CHEN Kun

（Shangqiu Academy of Agriculture and Forestry Sciences， Shangqiu，Henan 476000， China）

Abstract： The effects of drought stress on antioxidant enzyme activity， green chlorophyll fluorescence parameters and root activity of watermelon leaves were studied by using polydiol （PEG-6000） simulated drought test and 5 gradients of PEG-6000 concentration 0， 9%， 17%， 24% and 33% with watermelon as the test materials. The results showed that the content of H2O2 and O- 2 · in leaves increased with the increase of drought stress， while the activity of POD and SOD increased first and then decreased， and when the concentration of PEG-6000 was 24%， the activity of POD and SOD were the maximum （156.67% and 226.90%， respectively）. The initial fluorescence （Fo） increased with the increase of drought stress， while the maximum fluorescence （Fm）， the maximum photochemical efficiency （Fv/Fm） and the photochemical death coefficient （qP） three were similar， and all decreased with the increase of stress intensity. The root activity of watermelon seedlings was significantly negatively correlated with drought stress intensity， and the fitting equation of drought stress intensity was y=0.673 9 e-1.515 6x.

Key words： drought stress； watermelon； enzyme activity； chlorophyll fluorescence； root activity

植物不具有移動性只能固着于原有的生长环境，这使其在整个生育期难免会遭受包括高温、干旱、冻害在内的各种非生物环境胁迫的影响，其中，干旱是影响植物正常的生长发育、品质和产量的重要胁迫因子[1]。干旱对植株的伤害是多方面的，如抑制作物生长、降低光合速率、造成细胞膜脂过氧化伤害及营养代谢失调等。随着全球变暖和环境的不断恶化，干旱成为制约农业生产的重要因素之一，西瓜种植也因环境干旱造成产量和品质的降低，使得西瓜产业的可持续发展受到严重冲击和制约[2]。

本试验通过利用新的西瓜种质资源，开展干旱胁迫对西瓜幼苗叶片活性氧含量、SOD、和POD保护酶活性、叶绿素荧光和根系活力等生理特性的研究，以探究西瓜对干旱胁迫的适应性反应机制，旨在为西瓜的御旱机理提供数据参考，为西瓜抗旱节水栽培中如何提高产量和品质提供理论支持。

1 材料和方法

1.1 试验材料

供试材料为商丘市农林科学院培育的m56×p10杂交种。

1.2 试验设计

选取2叶1心、长势一致的无病西瓜幼苗，定植在75 cm×50 cm×20 cm的塑料框中，框内装满洗净消毒的河沙，每框定植6株，共15框。浇灌Hoagland营养液培养5 d后，分别浇灌PEG-6000浓度为0，9%，17%，24%和33%的Hoagland营养液，每处理重复3次。胁迫10 d后，测定叶片过氧化氢（H2O2）含量、超氧阴离子（O- 2 ·）含量、SOD活性、POD活性以及叶绿素荧光参数和根系活力。

1.2 测定项目及方法

参照赵世杰等[3]的方法测定H2O2和O- 2 ·的含量；采用愈创木酚法和NBT还原法测定POD和SOD的活性；采用Li-6400xt便携式光合仪（Li-COR，USA）测定叶绿素荧光；根系活力采用TTC法测定[4]。

1.3 数据分析

采用Excel 2003进行作图，采用DPS 7.02软件对数据进行统计分析。

2 結果与分析

2.1 干旱胁迫对西瓜幼苗叶片活性氧及抗氧化酶活性的影响

由表1可知，随着胁迫强度的增加，H2O2含量呈现逐渐升高的变化趋势，各胁迫强度下的H2O2含量与对照间差异均达到极显著水平（P<0.01）；O- 2 ·浓度与H2O2含量变化规律类似。SOD和POD活性随着干旱胁迫强度的增强而表现出先升高后降低的变化趋势，至PEG-6000浓度为24%时最大，较对照分别提高156.67%和226.90%，与对照间差异均达到极显著差异水平（P<0.01），继续增加胁迫强度，SOD和POD活性开始下降，表明抗氧化酶对机体活性氧的清除能力有一定的阈值。

2.2 干旱胁迫对西瓜幼苗叶片叶绿素荧光特性的影响

由表2可知，初始荧光（Fo）随干旱胁迫程度的增加而增加，除PEG-6000浓度为9%时与对照差异达显著水平外（P<0.05），其他处理与对照间差异均达极显著水平（P<0.01）；最大荧光（Fm）、最大光化学效率（Fv/Fm）和光化学猝灭系数（qP）三者变化规律类似，均随胁迫强度的增加而降低，除PEG-6000浓度为9%时Fv/Fm与对照间差异不显著外，其他处理与对照间差异均达极显著水平（P<0.01）。

2.3 干旱胁迫对西瓜幼苗根系活力的影响及相关关系

从图1可以看出，随着干旱胁迫强度的增强，根系活力呈现下降的变化趋势，当PEG-6000浓度达到33%时值最低，较对照降低38.46%。有关幼苗根系活力与PEG-6000干旱胁迫强度的拟合方程为y=0.673 9 e-1.515 6x，拟合系数R2=0.977 8，相关系数为-0.993 75，表明干旱胁迫强度与幼苗根系活力间呈极显著负相关。

3 结论与讨论

植物在正常的生理代谢过程中会产生活性氧，而活性氧的出现会对植物细胞造成氧化胁迫[5]。本试验结果表明，随着干旱胁迫强度的增加，叶片H2O2含量和O- 2 ·含量逐渐升高，表明干旱胁迫促使机体内活性氧的增加和积累。在遭受逆境胁迫时，植物体通常会启动保护酶防御系统，如启动SOD通过Haber-weiss反应清除植物体内多余的O- 2 ·[6]，使机体内的活性氧保持动态平衡。本试验结果表明，在PEG-6000浓度为0～24%范围内，对照和处理叶片的SOD与POD活性均随胁迫强度的增强而提高，随后开始降低，这可能是因为在一定的阈值范围内，保护酶活能有效清除机体内多余的活性氧，而当胁迫强度超出一定的阈值之后会促使膜脂过氧化反应的发生而抑制其活性的升高。

叶绿素荧光动力学技术在测定植物叶片光合作用过程中对光能的吸收、传递、耗散、分配等具有独特的作用。本试验条件下，各处理的Fo均高于对照，表明干旱胁迫下的叶片最小荧光产量值在降低，这与PSII部分反应中心失活有关[7]；Fm随胁迫强度的增强逐渐降低，表明暗适应下叶片φPSⅡ光化学效率及潜在活性较对照逐渐降低。Fv/Fm随干旱胁迫强度的增强逐渐下降，在PEG-6000浓度为33%时与对照间差异极显著，表明西瓜幼苗叶片PSII结构和功能受到损伤或破坏，这与童小芹等[8]在黄瓜、番茄等作物上的研究结论类似。各处理叶片qP均低于对照，表明干旱胁迫下西瓜叶片吸收的光能用于光化学电子传递的份额在减少，φPSⅡ的电子传递活性在降低。

在土壤干旱时，作物根系最先感知逆境胁迫，并迅速启动一系列植物自身的抗旱响应机制，同时根系自身也会因为水分的亏缺影响根系活力的高低，而根系活力是表征根系活动的重要生理指标[9]。因此，研究根系活力的变化能够反映植株抵御干旱胁迫的强度。路之娟等[10]研究认为，干旱胁迫使苦荞苗期根系活力显著降低。本试验结果表明，随着干旱胁迫强度的增强，根系活力呈下降趋势，二者呈现极显著负相关关系，可能是因为干旱胁迫抑制了根系呼吸，三磷酸腺苷供应不足，致使根系活力显著降低。

参考文献：

[1]樊正球. 干旱环境胁迫下的植物分了适应机理及其应用研究[D]. 上海： 复旦大学， 2004.

[2]张海英， 宫国义， 郭绍贵， 等. 西瓜种质资源抗旱性苗期筛选与评价[J]. 植物遗传资源学报， 2011（12）： 223-227.

[3]赵世杰， 史国安， 董新纯. 植物生理学实验指导[M]. 北京： 中国农业科学技术出版社， 1995.

[4]KNIEVEL D P. Procedure for estimating ratio of live to dead root dry matter in root core samples[J]. Crop sci， 1973（13）： 124-126.

[5]蒋明义， 杨文英， 徐江， 等. 渗透胁迫诱导水稻幼苗的氧化伤害[J]. 作物学报， 1994（6）： 733-738.

[6]山仑， 陈元培. 旱地农业生理生态基础[M]. 北京： 科学出版社， 1998： 1-18.

[7]MAXWELL K， JOHNSON G N. Chlorophyll fluorescence-a practical guide[J]. Journal of experimental botany， 2000（51）： 659-668.

[8]童小芹， 王淑智， 夏咏， 等. 应用叶绿素荧光技术快速预警鸟鲁木齐典型农作物干旱胁迫[J]. 干旱区研究， 2013， 30（5）： 860-866.

[9]齐健， 宋凤斌， 刘胜群. 苗期玉米根叶对干旱胁迫的生理响应[J]. 生态环境学报， 2006， 15（6）： 1264-1268.

[10]路之娟，张永清， 张楚. 干旱肋、迫对不同苦荞品种苗期生长和根系生理特征的影响[J].西北植物学报， 2018， 38（1）： 112-120.