灌水量对北缘地区枇杷生理代谢的影响

樊美丽，张任凡，鲁周民

(西北农林科技大学 林学院，陕西 杨凌 712100)

灌水量对北缘地区枇杷生理代谢的影响

樊美丽，张任凡，鲁周民

(西北农林科技大学 林学院，陕西 杨凌 712100)

【目的】 研究不同灌水量处理对枇杷生理代谢的影响，为枇杷栽培中的科学水分管理提供参考。【方法】 选取14年生“长崎早生”枇杷，从2013年8月底现蕾期开始，对每株枇杷分别灌水0，10，20，30，40 kg，每月灌水1次，11月底测定树干50 cm周围地下15～20 cm土层的土壤含水量；同时从树冠外围采集叶片，进行叶片含水量、MDA、可溶性糖、可溶性蛋白、脯氨酸含量及抗氧化酶(SOD、POD、CAT、GSH-Px)活性等生理生化指标的测定。【结果】 随着灌水量的增加，枇杷树周围土壤含水量和叶片含水量、可溶性蛋白含量呈上升趋势，可溶性糖含量及SOD、POD活性呈下降趋势， MDA含量及脯氨酸含量呈先降后升趋势， CAT、GSH-Px活性呈先升后降趋势。不灌水和灌水量为10 kg/株时，由于处于干旱胁迫状态，枇杷叶片MDA、脯氨酸、可溶性糖含量较高，分别为16.67±0.29和16.08±0.44 μmol/g，35.60±0.86和32.37±0.82 μg/g，275.18±3.50和269.44±3.86 mg/g；灌水量为20 kg/株即土壤含水量为18.49%时，枇杷受到轻微的干旱胁迫，其MDA、可溶性糖、脯氨酸含量分别为12.26±0.55 μmol/g，265.04±4.97 mg/g，27.09±0.61 μg/g，CAT、GSH-Px活性均高于其他处理；灌水量为30 kg/株即土壤含水量为20.89%左右时，MDA、可溶性糖、脯氨酸含量较低，分别为10.30±0.55 μmol/g，249.92±4.27 mg/g，22.27±0.57 μg/g；当灌水量达40 kg/株时，枇杷的整体表现较灌水量30 kg/株处理差。【结论】 枇杷具有一定的抗逆能力；灌水量30 kg/株即土壤水分20.89%左右为其生长的最佳水分含量。

枇杷；灌水量；抗氧化酶；抗逆性

枇杷(EriobotryajaponicaL.)为蔷薇科枇杷属常绿小乔木，是原产中国的重要特产果树之一，秋冬季开花，果实成熟于夏初，正值水果淡季，口感好、风味独特，经济效益显著。枇杷具有润肺、止咳、清热、健胃等作用，其叶、花、果实、种子以及根均可入药，具有很高的药用价值[1]。枇杷枝繁叶茂、四季常绿，冬可赏花，夏可观果，为园林绿化的优良树种，近年来，在城市园林绿化中也得到广泛应用[2]。枇杷在我国已有2200年的栽培历史，主要分布于秦岭以南的福建、广东、江苏、浙江、四川、陕南等地，在日本、巴西、印度、西班牙等地也有广泛的栽培，是一种需水量较多的果树。随着全球气候的变化，近年来我国南方很多地区均出现了不同程度的干旱，季节性干旱成为制约枇杷生长发育、开花结实的主要因素[3]。

安康地处秦岭巴山之间，为我国枇杷自然分布的北缘地区，是我国北亚热带植物的典型代表区。近年来安康地区降雨量明显减少，特别是冬季和春夏干旱严重。当枇杷遭遇干旱胁迫时，其生长状况会受到严重的影响[4]。为了研究不同土壤水分含量对成年枇杷生理指标的影响，本试验以生长在陕西省安康市西北农林科技大学安康北亚热带果树试验示范站的“长崎早生”枇杷为对象，研究不同灌水量条件下枇杷树生理指标的变化，旨在为枇杷生产栽培中土壤水分的管理提供理论参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

供试材料为生长于西北农林科技大学安康北亚热带果树试验示范站的14年生枇杷果树，品种为“长崎早生”。

试剂有考马斯亮蓝试剂、牛血清蛋白、无水乙醇、硫酸、蒽酮试剂、乙酸乙酯、质量分数2.5%酸性茚三酮显色液、冰醋酸、质量分数3%磺基水杨酸、甲苯、质量分数0.6%硫代巴比妥酸、三氯乙酸、磷酸缓冲液、还原性谷胱甘肽、5，5′-二硫代双，2-硝基苯甲酸、Na2-EDTA、甲硫氨酸、NBT、核黄素、体积分数30%过氧化氢、愈创木酚、聚乙烯吡咯烷酮和高锰酸钾等。

1.2 仪器与设备

R200D型电子分析天平，德国Sartorious公司；UV-1240紫外-可见分光光度计，日本岛津公司；SK-100土壤水分计，日本Sanku公司；DGG-9140A型电热恒温鼓风干燥箱，上海森信实验仪器有限公司；科伟HH-S4型水浴锅，北京科伟永兴仪器有限公司； SHB-Ⅲ型循环水式多用真空泵，郑州长城科工贸有限公司。

1.3 试验方法

选取同一坡度上健康且长势一致的枇杷树，做直径2 m的树盘，从2013年8月底现蕾期开始，每个月对每棵树分别按10，20，30和40 kg水量进行浇灌，共4个处理，以不浇水(0 kg)为对照，每个处理3棵树。每处理3次重复。8月底第1次浇水，共浇3次，到11月底，测定树干50 cm周围地面下15～20 cm土层的土壤水分；从树冠外围采集当年生叶片2～5片，运回实验室，将表面清洗干净，用纱布擦干，液氮研磨、冷冻，备测叶片水分、丙二醛、可溶性糖、可溶性蛋白含量以及抗氧化酶活性等生理指标。在整个试验过程中，不考虑降雨的影响。

1.4 测定指标及方法

1.4.1 土壤含水量和枇杷生理生化指标的测定 用SK-100土壤水分计测定土壤含水量。叶片水分含量测定采用国际通用的烘干称重法。丙二醛(MDA)含量的测定采用硫代巴比妥酸法，用质量分数10%的三氯乙酸(TCA)提取MDA、离心后，取3 mL上清液加3 mL质量分数0.6%的硫代巴比妥酸(TBA)，于沸水浴中反应15 min，冷却后通过测定600，532，450 nm下的OD值计算MDA含量[5-6]。

可溶性糖含量测定采用蒽酮比色法[7]，可溶性蛋白含量测定参照Bradford等[8]的方法，游离脯氨酸(Pro)含量测定采用茚三酮显色法[9]。

1.4.2 抗氧化酶活性的测定 (1)酶液提取。按李合生等[10]的方法，取枇杷叶片0.5 g于预冷的研钵中，加5 mL预冷的0.05 mmol/L磷酸缓冲液(pH=7.8)在冰浴上研磨成浆，在4 ℃、10 000 r/min 下，离心20 min，分离上清液，4 ℃下保存备用，该上清液即为酶提取液。取上清液用于测定超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)、过氧化物酶(POD)、谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-Px)的活性。

(2)SOD活性测定。参照Dagmar等[11]的方法，在560 nm下测定SOD活性，以抑制NBT光化还原的50%为1个酶活性单位。

(3)CAT活性测定。按李合生等[10]的方法测定，在240 nm下测定吸光度，每隔1 min 读数一次，共测4 min。1 min内OD240减少0.1的酶量为1个酶活单位。

(4)POD活性测定。按李合生等[12]的方法测定。

(5)GSH-Px活性测定。在Hafeman等[13]的方法基础上进行适当修改。GSH-Px催化还原性谷胱甘肽(GSH)氧化并与过氧化物发生还原反应，GSH与5,5′-二硫代双,2-硝基苯甲酸(DTNB)反应，生成黄色的5-硫代,2-硝基苯甲酸阴离子，测得该离子的浓度，即可计算出GSH的减少量，求得GSH-Px活力。按蒙秋锁等[14]的方法，制作GSH标准曲线，测定反应后的GSH含量，计算得GSH-Px活性。

1.5 数据处理与分析

利用SPSS 18统计软件进行一元方差分析(ANOVA)。平均数间的多重比较采用LSD检验方法。用Originpro 8.5软件作图。

2 结果与分析

2.1 灌水量对枇杷土壤含水量、叶片含水量及MDA含量的影响

从图1可以看出，随着灌水量的增加，枇杷树周围土壤含水量呈逐渐上升趋势，当灌水量为30和40 kg/株时，土壤含水量分别达到(20.89±0.35)%和(21.24±0.18)%，差异不显著。叶片含水量与土壤含水量的变化趋势相同，当灌水量为40 kg/株时叶片含水量达到最高值(57.61±0.56)%。MDA含量随着灌水量的增加逐渐降低，当灌水量为30 kg/株时，MDA含量达到最低值10.30±0.55 μmol/g，灌水量为40 kg/株时，MDA含量有回升趋势；MDA含量能反映干旱胁迫对植物的损伤情况[15]，灌水量为0和10 kg/株时，枇杷叶片的MDA含量分别为16.67±0.29 和16.08±0.44 μmol/g，此时枇杷受到干旱胁迫，膜质过氧化产物明显增加；当灌水量超过30 kg/株时，枇杷可能因受到轻微的水分胁迫造成MDA含量回升。

2.2 灌水量对枇杷可溶性渗透调节物质含量的影响

从图2可以看出，随着灌水量的不断增加，枇杷叶片中可溶性糖含量呈逐渐下降趋势，可溶性蛋白含量呈逐渐上升趋势，但可溶性糖含量最高和最低值分别为275.18±3.50和247.70±4.85 mg/g，可溶性蛋白含量最高和最低值分别为68.13±1.04和62.29±0.37 mg/g，含量值均变化不大。这是因为枇杷在干旱胁迫条件下能启动渗透调节机制，通过调节可溶性蛋白和可溶性糖含量来维持细胞膨压，降低干旱胁迫造成的伤害。脯氨酸是水溶性最大的氨基酸，是植物体内有效的渗透调节物质之一[16]。由图2可见，随着灌水量逐渐增加，脯氨酸含量逐渐下降，当灌水量为30 kg/株时，其含量最低为 22.27±0.57 μg/g；灌水量为40 kg/株时，脯氨酸含量又有所上升，可能是由于灌水量已经超出枇杷正常生长所需量，或者由其他的环境条件导致。

2.3 灌水量对枇杷抗氧化酶活性的影响

从表1可以看出，灌水量对枇杷叶片中4种抗氧化酶活性的影响不同，其中，SOD和POD活性随着灌水量的增加呈逐渐下降趋势，且灌水量为10 kg/株时这2种酶活性与对照差异不显著，但显著高于灌水量20 kg/株处理；灌水量30，40 kg/株处理差异不显著，但显著低于其他3个处理。说明这2种酶对重度干旱敏感，在枇杷干旱发生较严重时起主要作用。CAT和GSH-Px活性随着灌水量的增加均呈先上升后下降趋势，且均在灌水量为20 kg/株时达到最大值,说明它们在枇杷处于半干旱时起主要作用，同时说明20 kg/株可能是枇杷遭遇干旱的临界灌水量。

注：同列数据后标不同字母表示差异在P=0.05水平显著。

Note:Different letters indicate significant differences at the level ofP=0.05.

3 结论与讨论

本研究结果表明，枇杷在不同的土壤水分条件下，其机体内的一些物质含量会发生相应变化，随着灌水量的增加，土壤含水量和叶片含水量均逐渐增加，灌水量为30和40 kg/株时土壤含水量差异不显著，原因可能是受到了土壤持水能力等因素的影响。从安康地区近年来的干旱情况以及枇杷生长状况可以推知，在不进行灌水的情况下枇杷会处于干旱胁迫状态，从试验结果可以看出，枇杷在不进行人工灌水时可溶性糖、丙二醛、脯氨酸含量均较高，可溶性蛋白含量处于最低水平,随着灌水量的增加可溶性糖含量逐渐降低，可溶性蛋白含量逐渐升高，脯氨酸和丙二醛含量变化相似，均表现为先降低后略有上升。脯氨酸作为植物细胞质的重要渗透调节物质，可反映植物对逆境的适应能力和抵抗能力[17]，当植物受水淹或干旱胁迫后，体内游离脯氨酸含量会增加，这是树体对胁迫的一种适应和自身保护机制[18]。本研究表明，干旱胁迫条件下枇杷可通过增加自身组织的脯氨酸、可溶性糖含量进行渗透调节，以维持细胞含水量和膨压，从而增加抗旱能力和抗逆性，这与程小毛等[19]对香樟幼苗的研究结果一致。丙二醛是植物膜脂过氧化的重要产物之一，其含量多少可反映植物膜系统受损程度以及植物的抗逆能力[20]。在本研究中，土壤含水量低时丙二醛含量高，说明枇杷叶片此时已遭受干旱胁迫，这与高婷等[15]在能源柳无性系上的研究结果一致。其次，从SOD、POD、CAT、GSH-Px活性变化情况可知，枇杷在应对不同程度土壤干旱时几种酶所起的作用不同，当干旱严重时，SOD、POD活性明显提高以抵抗土壤缺水造成的逆境环境，而CAT、GSH-Px活性在灌水量为20 kg/株时达到最大值，说明在轻微的土壤干旱情况下这2种酶起积极作用。抗氧化酶系统是植物逆境胁迫的生理基础，其活性高低可反映植物对不良环境的抵抗能力[21]。植物在干旱情况下会导致其活性氧的产生，相应的抗氧化酶系统就会增强。SOD是一种保护酶，主要功能是清除超氧化物阴离子[22]，许多研究证明，植物体内SOD活性水平与植物抗逆性呈正相关[23]。POD广泛存在于植物体内，它不仅参与植株的形态发生和建成，还参与植物机体对外界不良胁迫的应答[24]。

本研究结果表明：在不灌水即土壤含水量为13.27%左右时枇杷处于干旱胁迫状态；当灌水量达20 kg/株(土壤含水量为18.49% 左右)时，可能是枇杷遭遇干旱胁迫的临界含水量，而灌水量30 kg/株即土壤含水量在20.89%左右时，可能是枇杷正常生长的最佳土壤含水量；枇杷可以通过调整自身的生理代谢来应对土壤水分变化造成的逆境环境，说明枇杷自身具有一定的抗逆能力，这与黄晓霞等[3]的研究结果一致。

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Influence of irrigation amount on physiological metabolism of loquat in Northern Margin Area

FAN Mei-li,ZHANG Ren-fan,LU Zhou-min

(CollegeofForestry,NorthwestA&FUniversity,Yangling,Shaanxi712100,China)

【Objective】 This study investigated the influence of different irrigation treatments on physiological metabolism of loquat to provide reference for scientific water management of loquat cultivation.【Method】 Selecting 14 years old “Nagasaki early” loquat trees,different irrigation amounts 0,10,20,30 and 40 kg,were given to each tree every month starting from the bud period (end of August 2013).Soil water content 50 cm surrounding the trunk at 15-20 cm underground were measured and water content,MDA,soluble sugar content,soluble protein content,proline content and enzyme activity(SOD,POD,CAT,GSH-Px) physiological and biochemical indexes of leaves from outside canopy were determined at the end of November,2013.【Result】 With the increase of irrigation amount,soil content around the loquat trunk,leaf water content and soluble protein content was on the rise,soluble sugar content and SOD,POD activity was on the decline.The MDA content and proline content first fall then rise,the CAT and GSH-Px activity showed a trend of first rise then fall.Without irrigation and 10 kg/plant irrigation,because in a state of drought stress,malondialdehyde,proline and soluble sugar content in loquat leaves were higher:16.67±0.29,16.08±0.44 μmol/g,35.60±0.86,32.37±0.82 μg/g and 275.18±3.50,269.44±3.86 mg/g;When the irrigation amount was 20 kg/plant and the soil moisture was 18.49%, it began to suffer mild drought stress and contents of malondialdehyde,soluble sugar and proline were 12.26±0.55 μmol/g,265.04±4.97 mg/g,27.09±0.61 μg/g;CAT,GSH-Px activity were higher than 30 and 40 kg/plant water treatment group.With 30 kg/plant irrigation amount and soil moisture was about 20.89%,the contents of malondialdehyde,soluble sugar and proline were the lowest:10.30±0.55 μmol/g,249.92±4.27 mg/g,22.27±0.57 μg/g.When the irrigation amount up to 40 kg/plant,the overall performance of loquat is poor than 30 kg/plant treatment.【Conclusion】 Loquat had certain resilience ability.30 kg/plant irrigation amount was the best water content and the resulted soil moisture was about 20.89%.

EriobotryajaponicaL.;irrigation amount;antioxidant enzymes;resistance

2014-06-30

国家林业局重点科技成果推广项目(2012-68)；财政部“以大学为依托的农业科技推广模式建设”项目(XTG2014015)

樊美丽(1989-)，女，山西襄汾人，硕士，主要从事枇杷生理研究。E-mail：791836134@qq.com

鲁周民(1966-)，男，陕西户县人，研究员，硕士生导师，主要从事植物资源利用研究。E-mail：lzm@nwsuaf.edu.cn

时间:2015-05-11 15:03

10.13207/j.cnki.jnwafu.2015.06.019

S667.3

A

1671-9387(2015)06-0181-06

网络出版地址:http://www.cnki.net/kcms/detail/61.1390.S.20150511.1503.019.html