聚乙二醇-6000胁迫对茄子幼苗生长及酶活性的影响

张爱慧， 崔群香， 杨梦娴， 朱士农

(金陵科技学院园艺园林学院，江苏南京 210038)

随着全球气候的变化，局部干旱已经成为影响农业生产的最大威胁之一。我国约有50%的耕地处于干旱或半干旱地区，干旱胁迫不仅影响植物的生长发育，而且对作物产量和品质都构成了严重威胁。蔬菜作物是喜水肥的经济作物，提高蔬菜作物的耐旱性或降低其对干旱胁迫的敏感性是增加蔬菜作物产量的有效途径。已有研究发现，一定时间或强度的干旱胁迫能够严重抑制植物地上部及根系的正常生长，影响植物的光合作用，使植物叶片萎蔫、黄化甚至导致植物叶片中的叶绿素发生降解，光合能力迅速减弱，进而造成植物的干物质积累量下降。干旱胁迫还导致植物细胞内活性氧积累，加剧细胞的膜脂过氧化程度，导致植物的抗旱能力减弱。

为了更好地研究干旱对作物的影响，研究者常以聚乙二醇-6000(PEG-6000)作为模拟干旱的理想水势调节剂来研究植物的抗旱性能和机制。近年来，研究者采用PEG-6000模拟干旱胁迫，对不同作物的耐旱性能进行了大量研究，其中尤以幼苗期的抗旱性研究较多，但PEG-6000对植物生长发育的影响是一个复杂的问题，需要进一步研究干旱胁迫模式下植物的耐旱反应及其生理机制。

茄子(L.)属于茄科茄属植物，是我国南北方栽培面积较大的蔬菜之一。茄子生长旺盛、叶面积较大，在茄子生长期间需水量较多，一般认为土壤田间持水量达80%比较适宜其生长，茄子生长期间的耐旱力弱，在干旱条件下植株发育不良，会妨碍花的发育，已形成短柱花，使得果实发育受阻，果形小且无光泽，因此在茄子生长期间缺水会严重影响茄子的生长并造成产量降低。本研究以苏琦1号茄子为材料，研究聚乙二醇-6000模拟干旱胁迫下茄子幼苗的抗旱性及其相关酶活性的变化，以期为茄子抗旱栽培及抗旱性鉴定提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

分析纯PEG-6000，购自国药集团化学试剂有限公司。苏崎1号茄子种子，购自江苏省江蔬种苗科技有限公司。

1.2 试验方法

本试验于2020年3月至2021年1月在金陵科技学院园艺实验站玻璃温室、实验室内进行。选取整齐一致、饱满的茄子种子，用50 ℃温水浸种 15 min，之后用100 mg/L GA浸种6 h，置于光—暗周期为16 h(30 ℃)—8 h(20 ℃)的光照培养箱中催芽，待70%种子露白后播种，育苗基质为泥炭—珍珠岩—蛭石混合物(体积比为2 ∶1 ∶1)，按常规管理。待幼苗长至3～4张真叶时，用自来水将幼苗根系的基质洗净，再将幼苗移栽到盛有营养液的20孔水培箱中，接通增氧泵，按常规管理。待茄子幼苗长到3～4张真叶时，定植于水培槽中，幼苗缓苗后进行如下3种处理：处理1，5% PEG-6000；处理2，10% PEG-6000；处理3，15% PEG-6000。以纯营养液栽培作为对照(CK)，共设3次重复。分别于PEG-6000干旱胁迫0、3、6 d时取生长点下第2～3张功能叶，测定相关指标。

1.2 相关指标的测定方法

1.2.1 茄子根、茎干、鲜质量的测定 将洗净的茄子幼苗根、茎、叶表面的水分吸干，分别称其质量，即得鲜质量(FW)；将称质量的样品装入已知质量的纸袋中，放入鼓风干燥箱中于105 ℃杀青20 min，然后于75 ℃烘至恒质量后称质量，即得干质量(DW)。

1.2.2 叶绿素含量的测定 分别取不同处理茄子幼苗的最大功能叶，用蒸馏水清净、吸干表面水分后，剪去叶脉、叶缘，将叶片剪碎，称取0.1 g新鲜样品放入10 mL离心管中，加入8 mL 95%乙醇提取液，盖好盖子，将离心管避光保存，浸提24 h后取出，分别在波长663、645、470 nm处测定吸光度，并计算不同处理茄子叶片叶绿素含量。

1.2.3 净光合速率()的测定 处理第3天用便携式叶绿素荧光仪(Li-6400型，美国Li-Cor公司生产)于10：00测定茄子叶片的净光合速率。

1.2.4 茄子幼苗过氧化氢酶(CAT)、超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)活性的测定 将从金陵科技学院园艺实验站取回的新鲜样品放在冰袋上剪碎，并称取0.2 g放入预冷的研钵中，加入2 mL配制好的磷酸缓冲液(0.01 mol/L，pH值=7.8)，在冰浴上充分研磨成匀浆，转入10 mL离心管中，于12 000 r/min、4 ℃低温离心20 min，小心吸取上清液，于4 ℃保存备用。参照王学奎的方法进行SOD、POD及CAT活性的测定。

1.2.5 茄子幼苗抗坏血酸过氧化物酶(APX)活性的测定 采用南京建成生物工程研究所提供的APX试剂盒测定。

1.3 数据分析

本试验中的数据整理用Excel完成，并用SPSS 24.0对数据进行新复极差分析和多重比较分析。

2 结果与分析

2.1 PEG-6000胁迫对茄子幼苗干、鲜质量的影响

如表1所示，随着PEG-6000处理浓度的提高，茄子幼苗地下部分干质量、地下部分鲜质量、地上部分干质量、地上部分鲜质量均呈现先上升后下降的趋势。PEG-6000胁迫3 d时，地下部分干质量、鲜质量在5% PEG-6000浓度处理下均达到最大值。在10%、15% PEG-6000处理下，茄子幼苗地下部分干质量、鲜质量下降，其中15% PEG-6000 处理的茄子地下部分干质量、鲜质量显著低于对照，分别降低了35.7%、35.0%。地上部分鲜质量在15% PEG-6000浓度处理下较对照降低了37.6%。胁迫6 d时，地下部分干质量、鲜质量在10%、15% PEG-6000处理下均有所降低，其中15% PEG-6000处理的地下部分干质量、鲜质量显著低于CK，与CK相比分别降低了43.8%、43.9%。在10%、15% PEG-6000处理下，地上部干质量显著下降，与CK相比分别降低了32.4%、37.7%。地下部分干鲜质量比、地上部分干鲜质量比均在5% PEG-6000处理下达最大最大值，分别为16.67%、15.12%。由此可见，低浓度PEG-6000处理对茄子幼苗生长的影响较小，随着PEG-6000处理浓度的提高，对茄子幼苗生长产生了明显的抑制作用。

表1 PEG-6000对茄子幼苗干、鲜质量的影响

2.2 PEG-6000胁迫对茄子幼苗叶绿素含量的影响

叶绿素是光合作用的主要色素之一，其含量的高低对植物光合能力的影响较大。由图1可知，与对照相比，不同浓度PEG-6000处理显著降低了茄子幼苗叶绿素含量，随着PEG-6000胁迫浓度的增加、胁迫时间的延长，茄子幼苗中的叶绿素含量逐渐降低。PEG-6000处理3 d时，各处理叶绿素含量均显著低于CK，与CK相比分别降低了19.2%、24.5%、26.0%。PEG-6000处理6 d时，随着 PEG-6000 浓度的提高，叶绿素含量的降低幅度增加，与CK相比分别降低了48.2%、48.5%、66.2%，各处理与CK间的差异均达到显著水平。

2.3 PEG-6000胁迫对茄子幼苗净光合速率的影响

在用PEG-6000处理3 d时，测定茄子幼苗的光合参数，结果见表2。由表2可以看出，随着PEG-6000处理浓度的增加，茄子幼苗的净光合速率呈先升高后降低的趋势，其中5%、10% PEG-6000处理的茄子幼苗净光合速率较CK提高，分别为11.80、10.03 μmol/(m·s)，但二者与CK间没有显著差异。在15% PEG-6000处理下，茄子幼苗的净光合速率下降为 7.04 μmol/(m·s)，显著低于CK和其他处理，与CK相比降低了29.2%。在5%、10% PEG-6000处理下，茄子幼苗蒸腾速率与对照相比差异不显著，当PEG-6000浓度达到15%时，叶片蒸腾速率较CK显著下降，仅为0.54 mmol/(m·s)，且显著低于其他处理。随着PEG-6000处理浓度的提高，茄子幼苗气孔导度先升高后降低。

表2 不同浓度PEG-6000胁迫对茄子幼苗光合参数的影响

2.4 PEG-6000胁迫对茄子幼苗CAT活性的影响

CAT是活性氧清除系统中的重要反应酶之一，在逆境条件下有明显变化，一定程度上可以反映植物体受到逆境胁迫后自身应对外界伤害能力大小的一种调节机制。由图2可知，在PEG-6000胁迫下，茄子幼苗的CAT活性均有所提高，随着处理时间和胁迫程度的增加，CAT活性呈现逐渐上升的变化趋势。处理3 d时，各PEG-6000处理的CAT活性均高于CK，其中15% PEG-6000处理的CAT 活性最大，为4.38 U/(g·min)，与CK间的差异达到显著水平(<0.05)，与对照相比提高了58.12%。处理6 d时，各PEG-6000处理的CAT活性均显著高于CK，其中15% PEG-6000处理的CAT 活性达到最大值，为5.31 U/(g·min)，与CK间差异显著。5%、10%、15% PEG-6000处理的CAT 活性分别比CK提高了30.63%、41.04%、61.74%，5%、10% PEG-6000处理间CAT活性差异不显著。

2.5 PEG-6000胁迫对茄子幼苗SOD活性的影响

SOD活性反映了机体清除自由基的能力，活性的高低可反映植物对逆境的抵御能力。由图3可知，干旱胁迫显著增加了茄子幼苗的SOD活性，随着处理时间和胁迫程度的增加，幼苗SOD活性呈现逐渐上升的变化趋势。用PEG-6000处理3 d时，5% PEG-6000处理的SOD活性最低，为 143.49 U/(g·min)；在10%、15% PEG-6000处理下，SOD活性上升，与对照相比差异均显著，其中15% PEG-6000处理的SOD活性最高，为 198.86 U/(g·min) 与对照相比提高了22.3%。用PEG-6000处理6 d时，与CK相比，各 PEG-6000 处理的SOD活性均显著提高；在15% PEG-6000处理下，SOD活性达到最高值，为197.00 U/(g·min)；5%、10%、15% PEG-6000处理的SOD活性分别比CK提高了10.26%、14.31%、16.82%。

2.6 PEG-6000胁迫对茄子幼苗POD活性的影响

如图4所示，干旱胁迫显著提高了茄子幼苗的POD活性，随着PEG-6000处理时间和胁迫程度的增加，POD活性呈现逐渐上升的变化趋势。PEG-6000 处理3 d时，10%、15% PEG-6000处理的POD活性显著高于CK，其中15% PEG-6000处理的POD活性最大，为6.59 U/(g·min)，10%、15% PEG-6000处理的POD活性与CK相比分别提高了76.41%、83.07%，5% PEG-6000处理的POD活性与CK间没有显著差异。处理6 d时，随着PEG-6000浓度升高，各处理的POD活性与CK相比有较大幅度提高，其中15% PEG-6000 处理的POD活性达到最大值，为 10.17 U/(g·min)；各PEG-6000处理的POD活性均显著高于CK(<0.05)，分别提高了0.70、1.09、1.57倍；不同处理的POD活性表现为15% PEG-6000>10% PEG-6000>5% PEG-6000>CK，各PEG-6000处理与CK间的差异均显著。

2.7 PEG-6000胁迫对茄子幼苗APX活性的影响

由图5可知，各处理茄子幼苗的APX活性与CK间的差异均显著(<0.05)，5%、10%、15% PEG-6000处理的APX活性分别比CK提高了32.96%、49.16%、26.25%。PEG-6000处理3 d时，随着PEG-6000处理浓度的增加，茄子幼苗中APX活性逐渐上升，并且各PEG-6000处理的APX活性均显著高于CK，其中15% PEG-6000处理的APX活性最大，为2.09 U/(g·min)；5%、10%、15% PEG-6000处理分别比CK提高了18.14%、24.24%、41.50%。PEG-6000处理6 d时，10% PEG-6000处理的APX活性最高，为 2.67 U/(g·min)；而15% PEG-6000处理的APX活性低于10% PEG-6000处理，表明长时间高浓度的胁迫剂处理可能对植物造成了生理上的伤害。

3 结论与讨论

在干旱胁迫下，植物为了保证自身正常生长，通过长期进化形成了特有的抗旱模式，如通过减小叶面积来减弱蒸腾作用，进而减少水分散失或使根系更加发达、根系量增加、叶表面蜡质层增厚等。干旱胁迫还会引起植物根系从土壤中吸收水分、养分受到抑制，导致植物根系中的养分、根系活力下降，进而影响植物地上部进行光合作用等生理进程，使得植物地上部的碳水化合物积累量和有机物含量降低。通常在干旱胁迫初期植物叶片生长所受影响较大，植物叶片常出现萎蔫现象。随着干旱胁迫的进一步增强或胁迫时间的延长，植物中的相对含水量会呈现下降的趋势。干旱作为一种环境胁迫因素，会促进植物内部物质代谢加快，在短期内提高物质的积累量。本研究结果表明，随着干旱胁迫程度的增加，茄子幼苗的叶绿素含量呈降低趋势，而干质量、鲜质量和净光合速率呈现先升高后降低的变化趋势，在5% PEG-6000处理下达到最大值，说明适度胁迫有利于茄子幼苗生长，而当胁迫程度超过植物体本身能承受的范围后，植物幼苗生长量便会下降。

有研究认为，渗透调节是植物体内主要的调节途径，植物体内膨压的降低会引起渗透保护液的积累，以此保持植物体内的水分。当植物体内水分亏缺时，脯氨酸、可溶性蛋白等渗透物的积累量增加，相关生理变化有利于植物对逆境胁迫的适应性。渗透调节过程中常见脯氨酸含量变化，脯氨酸是一种蛋白质原五碳α-氨基酸，研究者早已发现其在植物中是一种渗透调节物质。干旱胁迫后，植物叶片中的脯氨酸含量明显升高。脯氨酸的调节作用有利于维持细胞渗透调节，增强细胞保水能力，从而满足正常生长所需水分和促进根部吸水，因此脯氨酸含量变化常常作为植物耐旱能力筛选指标中的生化标记物之一。

本研究发现，茄子幼苗在遭受干旱胁迫时会生成活性氧自由基，活性氧阴离子的产生可能参与细胞膜脂过氧化作用。研究发现，当细胞受到逆境胁迫时，抗氧化酶活性降低，导致细胞中自由基不断积累，进而加速了膜脂过氧化反应，最终破坏膜系统，进而对植物体造成伤害，最终可能导致细胞死亡。因此，为抵抗逆境造成的伤害，植物体内的抗氧化保护酶系统SOD、POD、CAT和APX会参与调节反应，尤其在胁迫初期酶活性变化明显，随着胁迫程度的加剧，保护酶系统清除活性氧的能力受到抑制。本研究结果表明，干旱胁迫显著增加了茄子幼苗中的CAT、SOD、POD活性，随着处理时间和胁迫程度的增加，呈现逐渐上升的趋势，各处理与对照间的差异均显著，表明活性氧清除系统在植物耐旱反应中具有重要作用，有关干旱胁迫下植物活性氧清除机制仍需要深入研究。