淹水胁迫对夹竹桃主要生理生化特性的影响

庞宏东 付达夫 胡兴宜 唐万鹏 张丽华

摘  要：通过模拟长江滩地季节性淹水发生的情况，以夹竹桃为研究对象，分析其内部生理生化指标对淹水胁迫的响应。结果表明：在淹水胁迫下超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）、过氧化氢酶（CAT）活性和丙二醛（MDA）含量明显增加，与对照组相比均有极显著差异（p<0.01）。随着淹水深度加深，SOD、POD、CAT活性和MDA含量总体上呈现增加趋势，轻度淹水和深度淹水处理间SOD活性有显著差异（p<0.05），POD活性有极显著差异（p<0.01），而CAT活性和MDA含量无显著差异。随着淹水时间延长，SOD活性整体上升，差异增大;POD活性36 d时达到最大值，与其它时间段有差异;CAT活性在轻度淹水处理下随着淹水时间延长差异增大;MDA含量12 d时最大，与其它时间段存在极显著差异。淹水胁迫解除后，SOD、POD、CAT等酶活性和MDA含量逐渐降到正常水平。夹竹桃在受到淹水胁迫后，体内氧化自由基的积累能迅速诱导保护酶活性的升高，有效降低毒性物质MDA的含量，说明夹竹桃具有极强的耐水淹能力。

关键词：夹竹桃;淹水胁迫;生理生化特性

中图分类号：Q945.78; Q949.776.5  文献标识码：A   文章编号：1004-3020（2015）04-

Effects of Flooding Stress on the Physiological and Biochemical Characteristics of Nerium indicum

Pang Hongdong（1） Fu Dafu（2）  Hu Xingyi（1）Tang Wanpeng（1）*Zhang Lihua（3）

（1. Hubei Academy of Forest Wuhan  430075;2.Central South Forest Inventory and Planning Institute of State Forestry Administration  Changsha  410004;3. Shishou City Forest Pest and Disease and Quarantine Station Shishou  434400）

Abstract： The physiological and biochemical characteristics of Nerium indicum in different flooding stress were studied by simulating the Yangtze River seasonal flooding. The results showed that superoxide dismutase （SOD） activity， peroxidase （POD） activity， catalase （CAT） activity， malondialdehyde （MDA） contents of N. indicum under flooding stress increased significantly and there were extremely significant differences （p<0.01） compared with the control. With the depth increasing， the activity of SOD， POD， CAT and MDA contents showed increasing trend on the whole. Between the mild flooding and deeper， SOD activity had significant difference （p<0.05）， POD activity had extremely significant difference （p<0.01）， CAT activity and MDA contents had no significant difference. As flooding time progressed， the activity of SOD increased overall and the difference was increasing. POD activity reached the maximum at 36d， and there was different from other time. CAT activity under mild flooding had difference with prolonged flooding. MDA contents were the largest at 12d， and there were significant differences with other time. After flooded-stress removal， the enzyme activity of SOD， POD， CAT and MDA contents were gradually reduced to normal levels. After subjected to flooding stress， the oxidation of free radicals in Nerium indicum can rapidly induce protective enzyme activity to increase and effectively reduce the content of

MDA . In a word， Oleander has strong water resistance ability.

Key words：Nerium indicum;waterlogging stress;physiological and biochemical characteristics

长江中下游滩地为血吸虫病重疫区，采用生物生态抑螺手段，营建抑螺防病林可有效抑制血吸虫病的危害[1]。夹竹桃Nerium indicum为夹竹桃科常绿大灌木，生长快、易繁殖，全株具有较强毒性，对钉螺有良好的毒杀效果[2-3]，可作为长江中下游疫区营建抑螺防病林的理想植物材料。而关于夹竹桃的耐水湿特性却鲜有报道，其是否能适应江滩季节性淹水环境尚有待研究。

淹水胁迫是季节性淹水江滩地上最常见的逆境胁迫因子，淹水可影响到植物形态结构[4]、光合生理[5-7]以及酶系统调节[8-9]等诸多方面的变化。因此，研究植物在淹水胁迫下的生理生态响应过程及其机理，已成为众多学者关注的热点[10-11]。本研究以夹竹桃为研究对象，模拟长江江滩季节性淹水过程，研究夹竹桃内部生理生化指标对淹水胁迫的响应，探讨植物对淹水胁迫的适应机制。从而也为长江滩地治理开发、抑螺防病林和防护林建设提供一定的科学依据。

1材料与方法

1.1试验材料与处理方法

选取生长良好、长势较为一致的2 a生夹竹桃扦插苗作为试验材料，材料为2012年春季从湖北省林科院实验基地内夹竹桃大苗上采下的枝条扦插而成，按照40cm×60cm的株行距种植在2m×3m的试验池中。为保证苗木的相对一致性，于2013年7月淹水试验前对其进行修枝处理，使树高基本控制在1.4m左右。试验于2013年7月中旬～9月上旬在湖北省林科院实验基地内进行，共设4个处理组，分别为：A组为短期轻度淹水（水面在土壤表面10cm以下，淹水36 d后解除淹水恢复正常生长）;B组为长期轻度淹水（水面在土壤表面10cm以下，淹水60 d）;C组为长期深度淹水（水面保持在土壤表面1 m处，顶端不淹入水中，淹水60 d）;CK，对照组，不淹水，常规管理。每处理5株苗木，3个重复。

1.2 数据测定与分析方法

从淹水之日起，每间隔12 d选取植株顶端幼嫩叶片分别测定4个处理组的超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）、过氧化氢酶（CAT）活性以及丙二醛 （ MDA ） 含量，一共连续测定5次，每处理每次测定3个重复。这4个生理指标的测定均参考李合生的测定方法[12]。其中SOD活性采用氮蓝四唑（NBT）光还原法测定，POD活性采用愈创木酚显色法测定，CAT活性采用紫外吸收法测定，MDA含量采用硫代巴比妥酸（ TBA ） 比色法测定。吸光值测定均采用 UV—2450分光光度计进行。测定结果用Excel和SPSS统计软件进行处理、统计分析并作图。

2结果与分析

2.1淹水胁迫对超氧化物歧化酶（SOD）活性的影响

淹水后，随着淹水时间的延长，不同淹水处理下的SOD活性存在明显差异（图1），C组活性最高，B组次之，均极显著（p<0.01）高于对照组（CK）;而轻度淹水和深度淹水处理间也存在显著差异（p<0.05）。在淹水初期，（淹水12 d时），各处理组间与对照间无显著差异;到24 d时，各处理组与对照存在显著差异（p<0.05），轻度淹水与深度淹水处理间也存在显著差异（p<0.05），B、C处理与对照相比SOD值分别上升了10.28%和24.21%;36 d时，B、C处理与对照相比分别上升了30.08%和34.92%，但B、C间无显著差异;48 d时，分别上升了36.66%和45.58%，达到最大值，与对照存在极显著差异（p<0.01），B、C也存在显著差异（p<0.05）;60 d时，分别上升了28.51%和38.75%，开始缓慢下降，但与对照相比仍存在极显著差异（p<0.01）。在不同淹水时间强度上，B处理12 d时与24 d时存在显著差异（p<0.05），与其它时间段都存在极显著差异（p<0.01）;24 d时与其它时间段也存在极显著差异（p<0.01），36 d、48 d和60 d之间无显著差异。C处理12 d时与其它时间段都存在极显著差异（p<0.01）;24 d时与36 d时无显著差异，与48 d时有显著差异（p<0.05），与60 d时有极显著差异;36 d、48 d和60 d之间无显著差异。短期轻度淹水处理（A处理）在淹水阶段与B处理组变化相似，在淹水结束后SOD值极显著降低（p<0.01），但淹水结束后12 d时仍显著高于对照（p<0.05），到24d时才降到正常水平。

图1 淹水胁迫对SOD活性的影响

2.2淹水胁迫对过氧化物酶（POD）活性的影响

如图2所示，淹水后，B、C处理呈现先升高后下降的趋势，36d时POD活性最高，然后B处理平缓下降，C处理急速下降后趋于平缓， C处理活性最高， B处理次之。在12 d、24 d、36 d、48 d和60 d时，B、C处理组POD值与CK相比分别上升了50.81%，65.47%，87.56%，86.33%，70.72%和95.52%，104.75%，138.44%，108.91%，84.90%;极显著高于对照组（p<0.01）。B、C处理在淹水12d，24d，36d时也存在极显著差异（p<0.01），在48 d时存在显著差异（p<0.05），60 d时无显著差异。在不同淹水时间强度上，B处理POD值36 d时与12 d，24 d存在极显著差异（p<0.01），与60 d时存在显著差异（p<0.05），与48 d时无差异，48 d与60 d间也无差异;C处理POD值36 d时与其它时间段的均有极显著差异（p<0.01），12 d与48 d、60 d间也存在极显著差异（p<0.01），48 d、60 d之间无差异。A处理在淹水结束后POD值极显著下降（p<0.01），但淹水结束后12 d时仍极显著高于对照（p<0.01），到24 d时仍显著高于对照（p<0.05）。

图2 淹水胁迫对POD活性的影响

2.3淹水胁迫对过氧化氢酶（CAT）活性的影响

如图3所示，淹水后B处理CAT活性随着淹水时间的延长整体上处于上升的趋势，在淹水后期略有下降，C处理为先上升然后缓慢下降，在淹水前期C处理CAT活性高于B处理，后期基本上趋于一致，两处理间CAT活性无显著差异。在12 d，24 d，36 d，48 d和60 d时，B、C处理组CAT值与CK相比分别上升了51%，49.63%，60.64%，60.99%，65.1%和64.97%，67.44%，72.67%，55.41%，60.1%，极显著高于对照组（CK）（p<0.01）。在不同淹水时间强度上，B处理CAT活性48d时最大，然后缓慢下降，与12d、24d时存在极显著差异（p<0.01），与36d、60d时无显著差异。C处理36d时活性最大，然后缓慢下降，与12d存在极显著差异（p<0.01），与24 d和60 d存在显著差异（p<0.05）。A处理在淹水解除后活性极显著降低（p<0.01），但淹水结束后12 d时仍显著高于对照（p<0.05），到24 d时才降到正常水平。

图3 淹水胁迫对CAT活性的影响

2.4淹水胁迫对丙二醛（MDA）含量的影响

淹水后，各处理组MDA含量在短时间内急速增加，然后处于下降趋势（图4）。在12d、24d、36d、48d和60d时，B、C处理MDA值与CK相比分别上升了82.02%，66.88%，47.37%、35.27%，34.93%和95.10%，78.81%，56.61%，41.62%，46.20%，极显著高于对照（CK）（p<0.01），但B、C处理间无显著差异。在不同淹水时间强度上，随着淹水时间延长，在短时间淹水后MDA含量达到最大值，然后急速下降，B、C处理12d时MDA含量与其它时间段均存在极显著差异（p<0.01）。A处理在淹水解除后MDA含量略有回升，然后再降低，但仍高于对照。

图4 淹水胁迫对MDA含量的影响

3结论与讨论

（1）在淹水胁迫下，会造成植物缺氧环境，影响根系呼吸，厌氧呼吸产物导致植物细胞中自由基代谢平衡的失调，抑制SOD、POD和CAT等酶的活性，使O2—自由基产生积累，促使MDA和H2O2大量形成，从而对植物形成伤害[13-14]。SOD是植物体内参与活性氧代谢的主要酶，是有机体内O2—的天然消除剂，POD和CAT具有分解H2O2的作用，这几种酶的协同作用能有效减轻活性氧对植物体的伤害 [15-16]。本研究发现在淹水胁迫下夹竹桃SOD、POD、CAT活性明显增加，与对照组相比均有极显著差异（p<0.01）;虽然淹水胁迫解除后，活性大幅下降，但在短时间内仍明显高于对照。这与耐水淹能力极强的落羽杉、水松等在淹水胁迫下保护酶的变化相一致[17-18]。而银杏等不耐水淹的树种，在淹水胁迫下SOD、POD、CAT等酶活性维持能力不强，在淹水15d内活性升高，随着淹水时间延长，开始逐渐降低[19]。

（2）丙二醛（MDA）为植物膜脂过氧化作用的产物，具有细胞毒性，能与膜结构上的酶类结合使其失去活性，其含量的高低可反应出植物体受伤害的程度大小[20]。在淹水初期，夹竹桃的MDA含量急速增加，在达到最大值后快速下降，这可能是由于夹竹桃在淹水适应后，SOD、CAT等保护酶活性增加，消除植物体内的活性氧，同时产生许多膜脂保护物质，从而减轻膜脂过氧化作用。这与水松在淹水胁迫下的变化相同[18]，与美洲黑杨淹水后表现为升高-降低-升高的趋势有所不同[21]。

（3）随着淹水深度加深，SOD、POD、CAT活性和MDA含量总体上呈现增加趋势，这与杞柳在淹水胁迫下的变化是一致的[22]，但与紫穗槐的变化不同[23]。轻度淹水和深度淹水处理间SOD活性有显著差异（p<0.05），POD活性有极显著差异（p<0.01），而CAT活性和MDA含量无显著差异。随着淹水时间延长，SOD活性整体上升，差异增大;POD活性36 d达到最大值，与其它时间段有差异;CAT活性在轻度淹水处理下随着淹水时间延长差异增大;MDA含量12d时最大，与其它时间段存在极显著差异（p<0.01）。

（4）淹水胁迫解除后，SOD、POD、CAT等酶的活性在短期内仍明显高于对照，但随着淹水胁迫解除时间的延长，活性氧被有效清除，保护酶活性逐渐降到正常水平。而MDA含量在淹水胁迫解除后有一个短期的回升过程，然后再降低，这可能是因为环境的突然改变对夹竹桃产生了一定的伤害，但随着对新环境的适应逐渐恢复到正常水平。

综上所述，夹竹桃在受到淹水胁迫后，体内氧化自由基的积累能迅速诱导保护酶活性的升高，有效降低毒性物质MDA的含量。研究也发现夹竹桃在持续60 d的淹水过程中，无论是轻度淹水处理还是深度淹水处理，夹竹桃存活率均为100%，且在淹水1个月后，在靠近水面处长出大量须根，以适应根部缺氧环境。这表明夹竹桃具有极强的耐水淹能力。

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（责任编辑：郑京津）