淹水胁迫下不同中间砧对苹果岳冠叶片和根系抗氧化酶和非酶类抗氧化物活性的影响

里程辉 于辉 刘志

摘要：以2年生盆栽岳冠/辽砧2号/山定子、岳冠/GM256/山定子、岳冠/77-34/山定子和岳冠/山定子为试验材料，研究在持续淹水胁迫下，不同中间砧对岳冠叶片和根系抗氧化酶和非酶类抗氧化物活性的影响。结果表明，在整个淹水过程中，各砧穗组合叶片和根系中SOD、POD、CAT、APX活性和游离脯氨酸含量先上升后下降，说明树体通过提高保护酶活性和非酶类抗氧化物含量抵抗氧化胁迫和增加渗透调节;在淹水7～14 d出现差异，GM256组合的保护酶活性和游离脯氨酸含量显著高于其他组合，辽砧2号组合最低。可见，在淹水7～14 d时，GM256作为中间砧抗淹水能力最强，建议在降水量较多的辽宁丹东、大连等地，可以优先考虑该组合。

关键词：“岳冠”苹果;中间砧;淹水;抗逆性酶;抗氧化物

涝害是苹果在生长发育过程中受到的非生物胁迫之一。植物根系长期浸泡在水中，会产生乙醇等有害物质，并且O2亏缺，CO2和乙烯等过剩使植物缺氧受害[1-5]。近几年，苹果的矮化密植栽培方式因其产量高、品质优、早果早产、生产管理方便等优点，已成为我国苹果产业的发展方向和趋势[6]。岳冠（寒富×岳帅）是由辽宁省果树科学研究所杂交选育的苹果新品种，该品种在冷凉地区发展比寒富更有优势[7]，并且近几年发展迅速;辽砧2号（助列涅特×M9，引自辽宁省果树科学研究所）、GM256（红海棠× M9，引自吉林省农业科学院果树研究所）、77-34（M9×小黃海棠，引自辽宁省果树科学研究所）是3种适合在冷凉地区栽培的矮化、半矮化砧木，以山定子为基砧，这3种砧木为中间砧与岳冠嫁接后亲和性良好。但在降雨期比较集中的大连、丹东东港等地，年降水量在1 000 mm 以上时，果树易受涝害导致叶片黄化、脱落，产量降低，重则造成连续几年树体生长受阻[8-11]。本试验利用淹水处理，测定不同砧穗组合岳冠苹果中抗氧化酶和非酶类抗氧化物的变化，旨在全面反映淹水胁迫条件下各砧穗组合对岳冠生理特性的影响，筛选适宜水涝地区栽培的砧穗组合，以期为生产提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试材与处理

试验于2017年6月至7月在沈阳农业大学果树栽培与生理生态试验基地（123°341′E，41°491′N）进行。供试的盆栽苗为2年生苗，接穗品种为岳冠，基砧为山定子（Malus baccata），中间砧分别为辽砧2号、GM256和77-34，基砧接口粗度1.5 cm左右，嫁接高度为10 cm，中间砧段长25 cm，2016年3月采用舌接方式进行嫁接，包括岳冠/辽砧2号/山定子（YG/L2/Mb）、岳冠/GM256/山定子（YG/GM256/Mb）、岳冠/77-34/山定子（YG/77-34/Mb）和岳冠/山定子（YG/Mb）4种砧穗组合;嫁接后在温室内进行常规管理，管理水平一致。试验用盆采用口径30 cm、高30 cm的异形耐老化塑料营养钵;营养土为园土棕壤，质地为粘壤土，有机质含量14.25 g/kg，碱解氮含量78.39 mg/kg，速效磷含量 25.82 mg/kg，速效钾含量178.21 mg/kg，pH值68。从2017年6月15日开始，每种砧穗组合选择长势一致的盆栽苗30株进行处理，将盆栽苗放入水池中，加水漫过盆的上沿，使根系处于淹水状态，设置淹水后0、3、7、14、28、35 d 6个处理，达到处理指标后，采集叶片和根系，分别将同一处理叶片和根系的5株样品混成1个样品，用自来水和去离子水清洗，并用吸水纸吸干，样品用铝箔纸包好后立即放入液氮中速冻，在-80 ℃冰箱中保存，待所有样品采集完后，冷冻样品用研磨仪研磨成粉末，用于非酶类抗氧化物和抗氧化酶活性测定。叶片在中心干延长头采集当年新稍第6～8张成熟无病虫叶，细根按1/4圆法取样。5次生物学重复。

1.2 测定方法

参照He等的方法[12]测定苹果叶片和根系游离脯氨酸含量。样品中过氧化物酶（POD）、过氧化氢酶（CAT）和抗坏血酸过氧化物酶（APX）活性测定参照He等的方法[13]，超氧化物歧化酶（SOD）活性利用苏州科铭生物技术有限公司生产的试剂盒进行测定。

利用Microsoft Excel 2010和SPSS 17.0对数据进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 淹水后不同砧穗组合对岳冠叶片和根系SOD活性的影响

从图1可知，各组合叶片和根系的SOD活性随着淹水时间的延长呈先上升后下降的趋势，淹水后3 d后迅速上升，7 d达到最高值，之后持续下降，35 d 降至最低。各组合间叶片的SOD活性只在淹水后7 d和14 d出现差异，均是YG/GM256/Mb最高（438.8 nkat/mg和297.0 nkat/mg），并在淹水后7 d时明显高于其他组合，在淹水后14 d时，明显高于YG/L2/Mb，其他组合间差异不明显;各组合间根系的SOD活性在淹水后3 d时就出现差异，其中YG/GM256/Mb和YG/77-34/Mb明显高于其他2种组合，并且这种差异一直持续到淹水后14 d，YG/GM256/Mb 活性一直保持最高，淹水后7 d时明显高于其他3种组合，淹水后14 d时明显高于 YG/Mb和YG/L2/Mb。另外，在整个淹水过程中，各组合根系的SOD活性始终高于叶片。

2.2 淹水后不同砧穗组合对岳冠叶片和根系POD活性的影响

从图2可知，各组合叶片和根系的POD活性与SOD相似，也呈现先上升后下降的趋势，淹水后3 d迅速上升，淹水后7 d达到最高值，之后持续下降，35 d降至最低。各组合间叶片和根系POD活性只在淹水后3～14 d出现明显差异，均是YG/GM256/Mb最高，YG/L2/Mb最低，二者间一直差异明显;从淹水后3～14 d，YG/L2/Mb叶片POD活性一直明显低于YG/Mb，根系POD活性一直明显低于 YG/77-34/Mb。同时在整个淹水过程中，各组合根系的POD活性也始终高于叶片。

2.3 淹水后不同砧穗组合对岳冠叶片和根系CAT活性的影响

从图3可知，各组合叶片和根系的CAT活性也呈现先上升后下降的趋势，淹水后3 d迅速上升，YG/L2/Mb在淹水3 d时达到最高值，其他3种组合在7 d时达到最高值，之后持续下降，35 d降至最低。与SOD和POD活性相似，各组合间叶片和根系CAT活性也在淹水后3～14 d出现显著差异，淹水后3 d时，YG/L2/Mb最高，明显高于其他组合，到淹水后7 d和14 d，均是YG/GM256/Mb最高，YG/L2/Mb最低，且二者间差异明显。同时在整个淹水过程中，各组合根系的CAT活性一直低于叶片。

2.4 淹水后不同砧穗组合对岳冠叶片和根系APX活性的影响

从图4可知，各组合叶片和根系的APX活性与SOD、POD活性相似，也呈现先上升后下降的趋势，淹水后3 d迅速上升，7 d达到最高值，之后持续下降，35 d降至最低。各组合间叶片的APX活性在淹水后3～28 d出现明显差异，根系的APX活性在淹水后3～14 d出现明显差异，也均是YG/GM256/Mb最高，YG/L2/Mb最低，且二者间一直差异明显。另外在整个淹水过程中，各组合根系的APX活性也始终高于叶片。

2.5 淹水后不同砧穗组合对岳冠叶片和根系游离脯氨酸含量的影响

游离脯氨酸作为渗透调节物质之一，可以调节细胞内渗透式來缓解逆境对植物的伤害，逆境条件下其含量增加是对逆境的一种自卫反应。如图5所示，在整个淹水过程中，各组合叶片和根系中的游离脯氨酸含量呈先上升后下降的趋势，淹水后3 d迅速上升，7 d达到最高值，之后持续下降，但淹水后14 d仍处于较高水平，35 d降至最低，低于未淹水时含量。YG/GM256/Mb在整个淹水过程中一直处于最高;各组合间叶片仅在淹水7 d和14 d时存在明显差异，淹水后7 d时，YG/GM256/Mb明显高于其他组合，YG/L2/Mb明显低于其他组合，淹水后14 d时，YG/Mb明显低于YG/GM256/Mb;各组合间根系仅在淹水7 d时存在明显差异，YG/GM256/Mb明显高于其他组合，YG/L2/Mb明显低于 YG/GM256/Mb 和YG/Mb。各组合在淹水14 d之前，游离脯氨酸含量根系高于叶片，但在淹水14 d之后，根系低于叶片。

3 讨论与结论

植物遭受水分胁迫时，会启动一系列适应机制，通过提高保护酶活性和一些非酶类抗氧化物含量，增强活性氧和自由基的清除能力，从而减轻对细胞的伤害。SOD是植物抗氧化系统的第一道防线，可以催化超氧阴离子自由基发生歧化反应，形成氧分子和过氧化氢，避免超氧自由基对细胞膜的过氧化作用。POD是以酚类化合物为底物分解H2O2，能够反映植物生长发育的特点、体内代谢状况以及对外界环境的适应性。CAT是生物体内清除过氧化氢的主要酶类之一，存在于植物组织的过氧化体中，主要作用是催化H2O2分解为H2O和O2[14]。APX广泛存在于植物细胞的溶质、过氧化物酶体、线粒体和叶绿体中，能够以抗坏血酸为电子供体还原H2O2为H2O，是叶绿体中清除H2O2的关键酶[15]。脯氨酸是植物体内主要渗透调节物质之一，可以保护酶和植物体内细胞膜结构和功能。本研究发现，在整个淹水过程中，各砧穗组合叶片和根系中SOD、POD、CAT和APX活性呈先上升后下降趋势，说明淹水前期植株体内产生较多的活性氧诱导了酶保护系统，使4种抗氧化酶活性升高，以便清除活性氧，减轻伤害，随着淹水时间延长，胁迫伤害加重，超过植株自身承受能力，导致4种抗氧化酶活性逐渐降低，这与杨宝铭等在苹果[16]、彭克勤等在水稻[17-18]、王娟在牡丹[19]和陈玉明等在猕猴桃[20]上的研究结果一致。并且在淹水3～14 d出现差异，其中GM256组合的保护酶活性一直保持最高，说明该组合更加有效清除树体组织中的活性氧和自由基，通过减少脂质过氧化水平増强对淹水的耐受性，乔砧和77-34组合居中，辽砧2号组合保护酶活性最低。游离脯氨酸变化趋势与保护酶一致，淹水7～14 d出现差异，其中GM256组合的游离脯氨酸含量一直最高，说明缓解淹水毒害方面，作用更大一些，77-34组合居中，乔砧和辽砧2号组合含量较低。

GM256作为中间砧，在淹水7～14 d，叶片和根系中4种抗氧化酶活性和游离脯氨酸含量高于其他组合，增强活性氧和自由基的清除能力，降低细胞渗透势，从而减轻对细胞的伤害，更能适应淹水环境，建议在降水量较多的辽宁丹东、大连等地，可以优先考虑该组合。

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