干旱胁迫对无花果叶片生理特性的影响

姜露露，于 坤，刘冬冬，王军武，包兴成，郑 重

（1石河子大学农学院/新疆兵团绿洲生态农业重点实验室，新疆石河子832000；2新疆石大国利农业科技股份有限公司，新疆阿拉尔843300）

0 引言

新疆南疆地区干旱少雨，大部分地区被沙漠包裹，很多城市有着不同程度的干旱胁迫。目前，由于环境问题的加重，果树干旱缺水的情况愈加严重，极大地影响了果树的生长发育和水果的品质。植物在面对干旱胁迫时首先表现出器官的收缩或生长停止，而且变化趋势明显，当植物遭受干旱胁迫时将会出现负增长[1-2]；其次果树的生长发育长期处于高温天气和水源缺乏会导致果树树体发育受到威胁[3]，无论是休眠时期还是生长季节，都会对树体各环节起到抑制作用。但是在一定干旱胁迫程度内，果树植物可以通过合成调节物质平衡代谢，从而适应环境所带来的负面影响[4-5]。

无花果(Ficus carica)为桑科榕属植物，雌雄异花，花隐于囊状总花托内，只能看见果实而无法看到其开花，所以称其为无花果，是最早驯化的树种之一[6-8]，在国内已有2000多年的种植历史。无花果是经济价值较高的果树，富含18种氨基酸，是氨基酸含量最多的果实[9-12]。无花果生长发育能在一定程度上适应多种恶劣环境，其抗逆性研究仍需理论支撑，目前研究大多集中在提高产量、品质、抗逆性等方面，抗逆性研究主要集中于耐盐碱[13]和抗寒性[14]等，其他鲜有报道。前人对果树的干旱胁迫方做了很多研究，刘竞择等[15]找到了适合西北干旱地区的葡萄砧木；里程辉等[16]通过分析水分亏缺对苹果叶片生理特性的影响，得出‘岳冠’苹果综合抗旱性较好；朱京民等[17]分析了植株地上部与地下部的关系，提出加大根冠比，可以减少水分亏缺对果树细胞膜的伤害程度，以抵御干旱胁迫。笔者以多年生无花果果树为研究对象，将土壤含水量设置成不同梯度，对无花果进行干旱胁迫处理，分析测定无花果产量及各项指标[18-19]，研究无花果的抗旱生理生化机制，旨在为无花果生产栽培提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验时间、地点

试验于2020年5—9月在产学研联合培养研究生示范基地开展。试验地位于塔克拉玛干大沙漠北缘，东经 80°87′、北纬 40°59′，平均海拔1100 m，温室大棚日平均温度12～44℃，相对湿度40%～94%。

1.2 试验材料

所用材料为本基地引进的多年生无花果品种‘布兰瑞克’。2020年5月初将无花果进行干旱胁迫梯度划区，并进行小区隔离，各试验小区长7 m、宽0.8 m、深1.2 m，土质为沙壤土，其理化性质见表1。

表1 试验地土壤理化性质

1.3 试验设计

对试验地各小区无花果进行隔离之后，每个小区安装一套土壤墒情仪器、一套农业气象站，外部安装主管道及滴灌带，处理前各小区浇透水，当土壤含水量达到灌溉下限时，根据仪器水分反馈情况进行人工补水。2020年6月中旬开始干旱胁迫处理，设置4个水胁迫梯度，分别为正常供水（CK，田间持水量的65%～75%）、轻度干旱（LD，田间持水量的50%～55%）、重度干旱（MD，田间持水量的40%～45%）、极度干旱（ED，田间持水量的30%～35%）。每个小区7棵无花果果树，总计28棵。

1.4 指标测定及方法

1.4.1 无花果产量、叶绿素相对含量及叶片含水量的测定 9月1日起每隔15天9:00—11:00，选取3株标记植株测定单株结果数，各取3果测定单果重，计算平均单果重及小区产量；从植株新梢顶端向下数第3片成熟叶测叶绿素相对含量（便携式叶绿素仪）后求平均值。9月28日各处理随机选取3片功能叶迅速带回实验室，将表面擦拭干净测定其鲜重W1，待烘箱(75℃)48 h烘至质量不变称其干重W2，计算叶片相对含水量(RWC)，如式(1)。

1.4.2 生理生化指标的测定 9月28日各处理随机选取3片功能叶（图1）带回实验室测定叶片蛋白含量、可溶性总糖含量、丙二醛(MDA)含量、超氧化物歧化酶(SOD)活性、过氧化物酶(POD)活性、过氧化氢酶(CAT)活性、游离脯氨酸(Pro)的含量。叶片蛋白含量采用考马斯亮蓝法测定，可溶性总糖含量采用蒽酮比色法测定，丙二醛(MDA)含量采用硫代巴比妥酸(TAB)法测定，超氧化物歧化酶(SOD)活性采用氮蓝四唑(NBT)光还原法测定，过氧化物酶(POD)活性采用愈创木酚法测定，过氧化氢酶(CAT)活性采用磷酸缓冲液法测定，游离脯氨酸(Pro)含量采用磺基水杨酸法测定[19]。

图1 无花果叶片测定部位示意图

1.5 数据统计

数据统计及处理在WPS 2019中完成，采用Excel 2019进行绘图制图，采用SPSS 17.0软件进行方差显著性分析。

2 结果与分析

2.1 干旱胁迫下无花果叶片相对含水量及叶绿素相对含量的变化

叶片相对含水量(RWC)直接反映出植物在干旱环境中水分亏缺的程度。由图2A可知，随着干旱胁迫强度的增加无花果叶片相对含水量呈下降趋势，ED处理下达到最低为54.1%，较CK处理显著(P<0.05)下降了26.37%；MD较CK处理显著(P<0.05)下降了18.66%。由图2B可知，随着胁迫程度的增加，无花果叶片叶绿素相对含量逐渐降低，处理间差异显著(P<0.05)，在ED处理下达最小值(36.1)，较CK处理降低了44.40%。同时可以看到，有些叶片在ED处理下出现变黄的情况，表明水分亏缺使得无花果叶片叶绿素合成受阻，随着干旱胁迫强度的增加叶片叶绿素的分解也开始加快。

图2 干旱胁迫下无花果叶片相对含水量及叶绿素相对含量的变化

2.2 干旱胁迫下无花果叶片可溶性糖含量及蛋白含量的变化

由图3A可知，随着干旱胁迫程度的增加，无花果叶片的可溶性糖含量明显增加。ED处理下的无花果叶片可溶性糖含量最大，达到了3.713%，比CK处理增加了120%；MD处理下的无花果叶片的可溶性糖含量为2.673%，较CK处理增加了60%。由图3B可知，在干旱胁迫下无花果叶片蛋白随着胁迫强度的增加而增加，在ED处理下达到最大，较CK处理提高了260%；MD处理次之，较CK处理提高了230%。说明植株在受到胁迫时会诱导合成大量蛋白质，通过合成调节物质来抵御恶劣的环境因素，保护组织免受干旱胁迫带来的伤害。

图3 干旱胁迫下无花果叶片可溶性糖含量及蛋白含量的变化

2.3 干旱胁迫下无花果叶片渗透物质及酶活性的变化

Pro作为植物体内渗透调节的细胞溶质，其含量的变化直接反映无花果叶片在干旱胁迫下的抗性。由表2可知，随着水分亏缺程度的增加，无花果叶片内的脯氨酸含量呈现出缓慢增加的趋势，ED和MD处理相较于CK分别提高了33%和19%，随着水分亏缺程度的增加，无花果叶片通过合成游离脯氨酸来调节细胞内微环境，以抵抗环境带来的威胁。

MDA是具有毒性的膜脂过氧化产物，会导致植物细胞内环境失调，它的含量也直接反映了植物细胞受胁迫的程度。随着干旱胁迫的加剧，各处理下的无花果叶片MDA含量表现为上升趋势；ED处理显著升高，说明该处理叶片细胞受胁迫程度最为严重；ED及MD相较于CK处理分别增加了473%和114%，LD与CK处理差异不明显，表明受干旱胁迫的程度不大。

SOD、CAT及POD活性是反映植物受胁迫程度的重要指标，它们的含量在一定范围内可以表明植物细胞在水分亏缺下受胁迫的相应强度。SOD的含量大小表明植物叶片清除自由基的能力；CAT能够清除植物细胞内由生理过程形成而积累的H2O2，它和POD共同为细胞消除H2O2，以达到解毒的效果，防止叶片内细胞形成大量的自由基。从表2中可以看出，随着干旱强度的增加，无花果叶片内的POD、SOD和CAT的活性均呈现出上升趋势；POD活性上升幅度较小，其ED、MD、LD较CK处理分别增加了6.2%、5.1%、2.3%。SOD活性上升趋势显著，ED处理下的SOD活性达到了最大，较CK处理增加了360%；在MD、LD处理下较CK处理分别增加了280%、150%。CAT活性在ED处理下达到最大，较CK增加了240%，在MD、LD处理下分别增加了90%、40%。表明在干旱胁迫下无花果叶片SOD、CAT及POD的活性显著增强。

表2 干旱胁迫下无花果叶片渗透物质及酶活性的变化

2.4 干旱胁迫对无花果单果重及小区产量的影响

随着时间的推移各处理间无花果单果重均逐渐增加，直至成熟。由图4A可知，果实平均单果重在MD处理下达到最大值为62.11 g，较CK增加了26.15%；LD处理次之，较CK增加了13.94%；ED处理最小，较CK处理增加了6.09%。由图4B可知，小区产量随着时间的推移呈逐渐增加趋势；随着水分处理程度的增加，表现为ED处理下的小区产量最大(13.90 kg)，较CK处理增加了41%；LD处理次之，较CK增加了40.27%。ED处理下的单果重相对较小，表明该处理下的无花果座果率较高。

图4 干旱胁迫对无花果单果重及小区产量的影响

3 结论

干旱胁迫下无花果可以合成大量的可溶性糖、蛋白质，通过增加渗透调节物质和提高抗氧化酶的活性等方式来降低干旱胁迫带来的危害。无花果叶片的叶绿素含量及相对含水量等指标在LD处理下就开始出现下降，表明干旱胁迫会影响无花果体内水分利用率和叶绿素的含量，降低叶片的光合作用，导致无花果产量降低；随着干旱强度的增加，处理中有无花果叶片变黄的现象；叶片内的膜质过氧化物大量存在，说明干旱胁迫对无花果叶片内细胞膜有很大影响。同时，干旱胁迫下无花果各项指标表现不同，说明单一指标不能够对花果的抗旱性进行综合评价，应分析多项指标来对其进行评价。本研究结果表明，在干旱胁迫下，‘布兰瑞克’无花果比较耐旱的生理机制是积累了大量的可溶性糖和蛋白，叶片内的抗氧化酶活性高。

4 讨论

在干旱环境胁迫下，植物的生物量有明显变化。干旱胁迫会造成植物叶片水分和养分供应不足，严重时直接导致植株缺水萎蔫甚至是死亡，最终导致产量降低。本研究表明，MD处理下无花果平均果重表现为最大(62.11 g)，小区产量在ED处理下表现为最大(13.90 kg)；说明随着时间的推移，ED处理下的无花果结果量较其他处理多。叶绿素作为光合作用过程中最重要的光合色素之一，可以直接反映植株受干旱胁迫的程度[21]。本研究表明，随着干旱胁迫强度的增加，无花果叶片叶绿素含量逐渐降低，叶绿素被逐渐分解，光合产能降低。由于无花果叶片的含水量下降导致叶片质量降低，造成叶绿素处于相对浓缩的状态。干旱胁迫下无花果叶片积累了大量的可溶性糖和蛋白质，诱导了某些调控蛋白的表达，导致蛋白质浓度的增加[22-23]。无花果叶片在正常条件下可溶性糖含量维持在一定范围内，遭遇干旱逆境时会大量积累，使得无花果叶片细胞液浓度升高，降低了无花果叶片的细胞水势，增强了持水力，从而提高无花果应对干旱的能力。叶片相对含水量作为植株抗旱能力的重要指标，直接反映植物组织水分亏缺程度[24]。本研究结果表明，无花果叶片相对含水量随着干旱胁迫强度的增加呈现出下降趋势，说明干旱环境导致叶片组织水分大量亏损。

在干旱胁迫下植株体内细胞膜选择透过性功能会降低或者丧失，细胞内离子平衡发生紊乱，使得组织浸出液的相对电导率上升[25-26]；细胞体内会产生大量的MDA等膜脂过氧化物，从而破坏植株体内细胞膜的结构和功能[27-28]。本研究表明，随着干旱胁迫强度的增加，植株体内MDA的含量呈上升趋势，LD、MD处理下的MDA含量较CK处理上升不明显，表明细胞膜脂受伤害的程度轻微，ED处理下的MDA含量显著上升，表明膜脂受伤害严重而发生过氧化；随着干旱胁迫程度的增加无花果叶片脯氨酸含量呈上升趋势，这与前人[29-31]的研究结果一致。无花果通过合成渗透调节物质Pro的含量来维持较高的细胞渗透压，在极度干旱胁迫中，无花果合成高于CK处理1.33倍的脯氨酸维持细胞膨压，从而缓解干旱带来的威胁。

SOD首先参与抗氧化损伤，它可以通过反应消除植物体内多余的超氧阴离子，协同POD和CAT分解H2O2，从而消除活性氧物质来降低膜脂过氧化造成的伤害，维持细胞代谢平衡[32-34]。本研究结果表明，随着干旱胁迫强度的增加，无花果叶片体内的SOD、POD、CAT活性均出现上升趋势，其中POD活性变化相对平缓，说明干旱胁迫下POD始终在发挥作用，但是POD的变化对无花果抗旱性影响相对较小；而SOD与CAT活性在干旱胁迫处理之后均显著增加，ED处理下的SOD、CAT活性均达到了最大，较CK高360%和240%，说明在干旱胁迫时SOD与CAT对无花果的抗旱性起着最主要的作用。无花果在干旱胁迫下通过诱导增强SOD、POD、CAT的活性共同抵御活性氧带来的损伤。

人们对无花果的认知程度不断提高，无花果在鲜食市场所占份额也是逐年增大。新疆无花果大多是经验栽培，产量低、品质差限制了无花果的高效发展。笔者主要针对‘布兰瑞克’无花果的抗旱性做了部分研究，旨在探究其面对水分胁迫带来的危害时做出的反应，从而掌握无花果适宜的需水状况。由于仪器限制，本研究测定的无花果叶片生理指标还不够全面，不能对无花果抗旱性进行系统分析，例如无花果叶片的荧光参数、光合特性指标[净光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)、气孔导度(Gs)、胞间二氧化碳浓度(Ci)]等未进行测定，后续的试验中还需进一步补充完善。