干旱胁迫对不同生育时期大豆叶片抗氧化酶活性的影响*

李博书， 陈 晶， 杨 亮， 董宇辰， 关方硕， 刘 刚， 姜君学， 董守坤**

（1.东北农业大学农学院， 哈尔滨 150030； 2.哈尔滨市呼兰区气象局， 哈尔滨 150500）

大豆[Glycine max（L.）Merr.]是日常膳食中蛋白质和植物油脂的重要来源[1]，也是亚洲地区主要粮食作物和经济作物。21 世纪以来，由于降水、灌溉等水分条件变化而引起的作物干旱胁迫现象时有发生，成为限制大豆植株群体生长发育和产量提升的重要因素之一。干旱胁迫从多个方面影响大豆生长发育，不仅在某种程度上阻抑大豆生长，还会直接影响大豆生理代谢，致使大豆产量降低、质量下降[2]。黑龙江省是我国春大豆生产的主要区域，同时也是春季干旱发生频率最高地区之一，频率高达70%左右[3]，近几年阶段性干旱时有发生，对大豆生长发育产生重要影响。

不同生育期农作物正常生长时，过氧化物酶（POD）活性随着生长逐渐降低，成熟期显著上升；过氧化氢酶（CAT）活性苗期降低，花期、鼓粒期升高，成熟期降至最低水平。在逆境胁迫条件下，通过生理活动和生化调节，植物自身具备了一定逃避或抵御胁迫的能力，以减少胁迫带来的伤害[4-6]。逆境条件下植物自身清除活性氧主要是通过抗氧化酶活性的改变来保护细胞膜从而保护叶片，增强植株抗旱性和抵抗其他逆境胁迫的能力[6]，主要包括过氧化物酶（POD）、过氧化氢酶（CAT）等关键抗氧化酶。研究发现，耐旱性强的品种抗氧化能力明显大于干旱敏感型品种[7]。大豆在遭受干旱胁迫时，叶片的抗氧化酶活性与抗氧化能力都只能在一定限度内起作用，当干旱程度突破这一限度时，大豆叶片的抗氧化能力就会逐渐下降[8-9]。通过在不同生育期测定春大豆品种黑农84 和合丰46叶片在干旱条件下和复水后的过氧化物酶（POD）活性和过氧化氢酶（CAT）活性，研究探讨了干旱胁迫条件下不同生育时期、不同抗旱能力春大豆品种黑农84（耐旱性强）和合丰46（耐旱性弱）的过氧化物酶（POD）、过氧化氢酶（CAT）活性变化规律及抗氧化能力在何种干旱限度内才能正常作用，以期为大豆耐旱生理研究提供理论基础。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试大豆品种黑农84 和合丰46 均为春大豆品种，由黑龙江省农业科学院大豆研究所提供。其中春大豆品种黑农84 耐旱性强，合丰46 耐旱性弱。

1.2 试验设计

试验于2019 年在东北农业大学玻璃材质防雨棚内进行，全程采用土壤盆栽方法。所用容器为塑料桶，直径32 cm，高30 cm，每个容器桶中装土18 kg。选取无病虫害、籽粒浑圆饱满、大小基本一致的大豆种子。播种时，每桶播6～8 粒种子，试验时每桶保留3 株。采用称重法和土壤水分速测仪配合进行水分控制，分别于大豆植株苗期、开花期、鼓粒期进行干旱胁迫，具体方式为：

（1）苗期干旱胁迫（V3-R2）。从三节期（V3）开始对苗期大豆进行断水处理，达到干旱胁迫的目的，对同一桶中植株逐级进行干旱处理，使土壤含水量按时间先后分别达到轻度干旱胁迫（田间持水量控制在60%～65%，用符号LS 表示）、中度干旱胁迫（田间持水量控制在50%～55%，用符号MS表示）、重度干旱胁迫（田间持水量控制在40%～45%，用符号SS 表示）3 个水平，当植株群体达到重度胁迫程度取样后的当日傍晚对其进行复水，使土壤含水量与对照持平。

（2）开花期干旱胁迫（R2-R4）。从盛花期（R2）开始进行，处理方法同苗期。

（3）鼓粒期干旱胁迫（R5-R6）。自鼓粒始期（R5）开始进行，处理方法同苗期。

对照组田间持水量在整个生育期保持在70%～75%。当土壤含水量分别处在预定范围时，在清晨8：00 至9：00 混合对大豆叶片取样，其他分别在三节期（V3）、初花期（R1）、盛花期（R2）、盛荚期（R4）、鼓粒始期（R5）、鼓粒满期（R6）对大豆叶片进行取样，每组处理重复取样3 次，取样时样本保存在冷藏箱中，取样完成后冷藏箱送回实验室，取样测定时只取叶片，尽量避开叶脉，研磨后进行各项指标测定。

1.3 测试指标与方法

采用苏州科铭生物技术有限公司生产试剂盒，使用比色法对试验各项指标进行测定，测定指标为过氧化物酶（POD）和过氧化氢酶（CAT）活性。

2 结果与分析

2.1 正常供水条件下大豆叶片中POD、CAT活性变化

随着生育时期推进，在正常供水条件下，黑农84 和合丰46 两个春大豆品种的过氧化物酶（POD）与过氧化氢酶（CAT）活性均呈先升后降的趋势，且均在盛荚期（R4）时达到峰值。两品种相比，无论是过氧化物酶（POD）还是过氧化氢酶（CAT）活性均相差不大（见图1，图2）。

图1 正常供水条件下大豆叶片中POD 活性变化

图2 正常供水条件下大豆叶片中CAT 活性变化

2.2 干旱及复水对不同生育时期大豆叶片POD、CAT 活性的影响

在中度干旱胁迫（MS）及重度干旱胁迫（SS）条件下，黑农84 叶片中的过氧化物酶（POD）活性始终高于合丰46；在轻度干旱胁迫（LS）、中度干旱胁迫（MS）及重度干旱胁迫（SS）条件下，黑农84 叶片中过氧化氢酶（CAT）活性始终高于合丰46。以上结果表明，黑农84 抗旱性高于合丰46。

2.2.1 干旱及复水对苗期大豆叶片POD、CAT 活性的影响 在干旱胁迫条件下，随着干旱程度的加重，苗期大豆叶片中过氧化物酶（POD）活性呈先升后降的趋势，在中度干旱胁迫（MS）条件下，其活性到达峰值。

苗期干旱胁迫下两品种与充分供水处理相比，黑农84 叶片中过氧化物酶活性（POD）在轻度干旱胁迫（LS）条件下增幅最小，为48.5%，在中度干旱胁迫（MS）条件下增幅最大，为230.9%；合丰46 叶片中过氧化物酶（POD）活性在轻度干旱胁迫（LS）条件下增幅最小，为47.4%，在中度干旱胁迫（MS）条件下增幅最大，为163.4%（见图3）。

图3 干旱及复水对苗期大豆叶片POD 活性的影响

苗期不同时期（V3、R1）干旱复水处理后，黑农84 和合丰46 叶片中过氧化物酶（POD）活性均逐渐趋向于对照组水平。苗期干旱复水后，至盛花期（R2）时大豆叶片中过氧化物酶（POD）活性与对照组无明显差异。

随着干旱胁迫程度加重，苗期大豆叶片中过氧化氢酶（CAT）活性呈单峰曲线，在中度干旱胁迫（MS）条件下时，其活性达到峰值。苗期干旱胁迫下两品种与充分供水处理相比，黑农84 叶片中过氧化氢酶（CAT）活性在轻度干旱胁迫（LS）条件下增幅最小，为36.0%，在中度干旱胁迫（MS）条件下增幅最大，为131.0%；合丰46 叶片中过氧化氢酶（CAT）活性在轻度干旱胁迫（LS）条件下增幅最小，为24.3%，在中度干旱胁迫（MS）条件下增幅最大，为105.9%（见图4）。

图4 干旱及复水对苗期大豆叶片CAT 活性的影响

苗期干旱胁迫复水后，黑农84 和合丰46 叶片中过氧化氢酶（CAT）活性均逐渐趋向于对照组水平。苗期干旱复水后到达盛花期（R2）时，大豆叶片中过氧化氢酶（CAT）活性指标与对照组无显著差别。

2.2.2 干旱及复水对花期大豆叶片POD、CAT 活性的影响 在干旱胁迫条件下随着干旱胁迫程度的加重，花期大豆叶片中过氧化物酶（POD）活性一直呈升高趋势，在重度干旱胁迫（SS）条件下达到峰值。花期干旱胁迫下两品种与充分供水处理相比，黑农84 叶片中过氧化物酶活性（POD）在轻度干旱胁迫（LS）条件下增幅最小，为26.1%，在中度干旱胁迫（MS）条件下增幅最大，为89.2%；合丰46叶片中过氧化物酶（POD）活性在轻度干旱胁迫（LS）条件下增幅最小，为28.8%，在中度干旱胁迫（MS）条件下增加幅最大，为42.7%（见图5）。

图5 干旱及复水对花期大豆叶片POD 活性的影响

花期不同时期（R2、R4）干旱胁迫复水后，叶片中过氧化物酶（POD）活性逐渐趋向对照组水平。花期复水后到达盛荚期（R4）时，合丰46 叶片中过氧化物酶（POD）活性接近对照组水平，而黑农84叶片中的过氧化物酶（POD）活性仍明显高于对照。

随着干旱胁迫程度加重，花期大豆叶片过氧化氢酶（CAT）活性呈单峰曲线，在中度干旱胁迫（MS）条件下，其活性达到峰值；花期干旱胁迫下两品种与充分供水处理相比，黑农84 叶片中过氧化氢酶（CAT）活性在轻度干旱胁迫（LS）条件下增幅最小，为30.2%，在中度干旱胁迫（MS）条件下增幅最大，为69.1%；合丰46 叶片中过氧化氢酶（CAT）活性在轻度干旱胁迫（LS）条件下增幅最小，为22.6%，在中度干旱胁迫（MS）条件下增加幅最大，为55.5%（见图 6）。

不同时期干旱胁迫复水后，叶片中过氧化氢酶（CAT）活性逐渐趋向对照组水平。花期干旱复水后到达盛荚期（R4）时，合丰46 叶片中过氧化氢酶（CAT）活性接近对照组水平，黑农84 叶片中的过氧化氢酶（CAT）活性仍明显高于对照组（见图6）。

图6 干旱及复水对花期大豆叶片CAT 活性的影响

2.2.3 鼓粒期干旱及复水对大豆叶片POD、CAT活性的影响 在干旱胁迫条件下，随着干旱胁迫程度加重，鼓粒期大豆叶片中过氧化物酶（POD）活性一直呈升高趋势，在重度干旱胁迫（SS）条件下达到峰值。鼓粒期干旱胁迫下两品种与充分供水处理相比，黑农84 叶片中过氧化物酶活性（POD）在轻度干旱胁迫（LS）条件下增幅最小，为24.9%，在重度干旱胁迫（SS）条件下增幅最大，为75.6%；合丰46叶片中过氧化物酶（POD）活性在轻度干旱胁迫（LS）条件下增幅最小，为14.7%，在重度干旱胁迫（SS）条件下增幅最大，为54.3%（见图7）。

不同时期干旱复胁迫水后，叶片中过氧化物酶（POD）活性逐渐趋向对照组水平。鼓粒满期（R6）时，大豆叶片中过氧化物酶（POD）活性达到对照水平，黑农84 和合丰46 表现较为一致（见图7）。

图7 干旱及复水对鼓粒期大豆叶片POD 活性的影响

随着干旱胁迫程度加重，鼓粒期大豆叶片中过氧化氢酶（CAT）活性一直呈上升趋势，在重度干旱胁迫（SS）条件下达到峰值。鼓粒期干旱胁迫下两品种与充分供水处理相比，黑农84 叶片中过氧化氢酶（CAT）活性在轻度干旱胁迫（LS）条件下增幅最小，为19.7%，在重度干旱胁迫（SS）条件下增幅最大，为86.4%；合丰46 叶片中过氧化氢酶（CAT）活性在轻度干旱胁迫（LS）条件下增幅最小，为11.7%，在重度干旱胁迫（SS）条件下增幅最大，为68.0%（见图 8）。

图8 干旱及复水对鼓粒期大豆叶片CAT 活性的影响

在鼓粒期进行干旱胁迫复水后，大豆叶片中过氧化氢酶（CAT）活性在鼓粒满期（R6）时达到对照水平，黑农84 和合丰46 表现一致（见图8）。

3 结论

（1）在确保大豆植株正常供水情况下，大豆叶片中过氧化物酶（POD）活性变化随着生育进程的推进呈现出单峰动态变化趋势。在盛荚期（R4）时，过氧化物酶（POD）活性达到峰值。

（2）干旱胁迫条件下，大豆叶片中过氧化物酶（POD）活性随干旱胁迫水平的增加呈先升后降的趋势，其增长幅度表现为鼓粒期＜开花期＜苗期。

（3）干旱胁迫条件下，大豆叶片中过氧化氢酶（CAT）活性呈单峰变化趋势，苗期和开花期在中度干旱胁迫（MS）时达到最大。过氧化氢酶（CAT）活性增长幅度表现为鼓粒期＜开花期＜苗期，鼓粒期在重度干旱胁迫（SS）时上升达到最大水平，复水后趋于对照组水平。

（4）苗期干旱胁迫复水后的过氧化物酶（POD）活性和过氧化氢酶（CAT）活性均能很快恢复，花期干旱胁迫复水后恢复时间较长，鼓粒期复水后难以恢复。