王文斌，王晓怡，张明辉，胡晓婕，栗相如

（1.山西农业大学 生命科学学院，山西 太谷030801；2.中国科学院水利部水土保持研究所 黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室，陕西 杨凌712100）

干旱是世界上许多地区农业生产的最大威胁之一。有研究表明，由干旱造成的危害超过了其他逆境因子危害的总和［1］。我国北方地区属于大陆性气候，多数地区干旱少雨，特别是春季干旱较为普遍，加之水污染问题突出，缺水已成为严重制约国民经济可持续发展的瓶颈。

干旱胁迫可以导致植物膜伤害，其原因是由于细胞自由基代谢的平衡遭到破坏，引发或加剧膜脂过氧化作用，造成细胞膜系统的损伤。植物在长期的适应过程中，形成了一整套抗氧化酶防御体系，包括超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化氢酶（CAT）、抗坏血酸过氧化酶（APX）、过氧化物酶（POD）等。但在不同作物品种及不同胁迫条件下对各种抗氧化酶试验的结果却不尽相同［2，3］。赵海泉等［4］的研究结果表明，大豆幼苗萎蔫过程（极度干旱）中，SOD、CAT、POD活性先以较大幅度上升，后急剧下降，膜脂过氧化加剧，大量电解质外渗，电导率增大。王启明［5］研究则指出，轻度干旱胁迫下，大豆SOD、POD和CAT活性增加，膜透性和丙二醛（MDA）含量增幅较小，随着干旱胁迫程度的增加，3种酶活性明显下降，膜透性和MDA含量增幅达显著或极显著水平。可见抗氧化酶是通过协同作用来共同抵抗干旱胁迫诱导的氧化伤害，但在干旱及复水条件下，哪些抗氧化酶之间相互协同仍需进一步研究。

另外，人们普遍认为充分供水与适度控水交替进行符合作物生长环境，也有利于作物的生长发育和产量形成。Acevedo等［6］指出，高等植物对水分胁迫—复水的响应方式是在胁迫解除后存在短暂的快速生长，以补偿部分胁迫造成的损失。Wenker等［7］把水分胁迫后复水引起的生长反应称为补偿生长或“贮积生长”，并且认为这是对环境变化的一种适应。补偿效应在轻度干旱后复水表现明显，严重胁迫后复水补偿能力减弱。可见，研究适度水分亏缺条件下胁迫解除后的补偿机制具有重要的应用价值［8，9］。

本研究利用聚乙二醇6000（PEG－6000）模拟干旱胁迫条件，以抗旱大豆品种晋大74与不抗旱大豆品种晋大75为供试材料，进行苗期干旱胁迫与复水试验。通过研究干旱胁迫及复水对大豆幼苗膜脂过氧化及抗氧化酶活性的影响，深入探讨大豆抗旱及复水后的补偿效应机制。研究结果将为植物抗旱机制的研究提供一定的理论依据，并为生产实践中的抗旱栽培技术提供理论指导。

1 材料与方法

1.1 供试材料

抗旱品种晋大74（Glycine max（L.）Merr.Jinda74）和不抗旱品种晋大75（Glycine max（L.）Merr.Jinda75），均由山西农业大学农学院李贵全教授惠赠。

1.2 材料培养及处理

选取籽粒饱满的种子在流水下冲洗20min，5 g·L－1NaClO消毒5min，无菌水冲洗7～8次，（26±2）℃暗培养3d，再于（26±2）℃、光强350 μmol·m－2·s－1，16h光周期，相对湿度65%条件下，用1／2Hoagland营养液培养，至三出复叶完全展开后用含10%PEG的1／2Hoagland营养液处理6d，取叶片进行各指标测定。再用1／2Hoagland培养液复水处理3d，取叶片进行各指标测定。

1.3 测试指标及方法

称取约0.1g样品于研钵中，加入1.0mL 50 mmol·L－1磷酸钾缓冲液（pH 7.0），冰浴下充分研磨后转入2.0mL离心管，再用1.0mL 50 mmol·L－1磷酸钾缓冲液冲洗后合并于2.0mL离心管，漩涡仪充分混匀后，4℃、9 000r·min－1离心10min，上清液转移至新离心管，置于冰盒，立即测定蛋白含量、抗氧化酶活性及其它指标。

MDA含量参照修改的硫代巴比妥酸（TBA）法［10］测定。可溶性蛋白、O－2·含量和SOD活性测定参照路文静等［11］的方法。APX、CAT、POD活性测定参照Wang等［12］的方法。

1.4 数据处理

所有数据均采用SPSS13.0进行显著性差异分析。

2 结果与分析

2.1 干旱胁迫及复水对大豆幼苗叶片MDA含量的影响

由图1可以看出，晋大74与晋大75大豆叶片中MDA含量因受到干旱胁迫的影响而增加，在胁迫6d后分别较对照增加了26.76%和43.88%，晋大75的变化达显著水平（P＜0.05）。复水3d后，两品种处理组MDA含量增幅均较干旱胁迫条件下有所降低，但晋大75变化幅度仍然显著大于晋大74。

2.2 干旱胁迫及复水对大豆幼苗叶片O2－·含量的影响

由图2可看出，在水分胁迫6d后，晋大74与晋大75叶片O－2·含量均有所增加。晋大74胁迫后较对照增加23.20%，而晋大75经胁迫后较对照极显著（P＜0.01），增加41.50%。复水3d后，晋大74叶片中O－2·含量接近于对照水平，而晋大75叶片中O－2·含量显著高于对照。

图1 干旱及复水对大豆叶片MDA含量的影响Fig.1 Effect of dought stress and rewatering on MDA content of soybean leaves

图2 干旱及复水对大豆叶片O－2·含量的影响Fig.2 Effect of dought stress and rewatering on O－2·content of soybean leaves

2.3 干旱胁迫及复水对大豆幼苗叶片SOD活性的影响

由图3可以看出，晋大74叶片SOD活性在干旱胁迫6d后增加18.71%，晋大75叶片SOD活性降低7.31%。复水3d后，晋大74叶片中SOD的活性较对照显著提高27.2%，而晋大75叶片SOD的活性略低于对照7.48%。可见两种大豆SOD对水分胁迫及复水响应具有明显差异。

2.4 干旱胁迫及复水对大豆幼苗叶片APX活性的影响

图3 干旱及复水对大豆叶片SOD活性的影响Fig.3 Effect of dought stress and rewatering on SOD activity of soybean leaves

由图4可以看出，干旱胁迫条件下，晋大74和晋大75叶片APX活性均显著低于对照，且晋大75降低幅度明显大于晋大74。复水3d后，晋大74叶片APX的活性较对照增加54.84%，显著极差异（P＜0.01），而晋大75叶片APX的活性与对照接近。

图4 干旱及复水对大豆叶片APX活性的影响Fig.4 Effect of dought stress and rewatering on APX activity of soybean leaves

2.5 干旱胁迫及复水对大豆幼苗叶片CAT和POD活性的影响

由图5可以看出，与对照相比，在干旱胁迫6d后，晋大74和晋大75叶片CAT活性均低于对照，晋大75降低幅度明显大于晋大74，达极显著水平（P＜0.01）。而复水3d后，晋大74叶片CAT的活性显著高于对照，晋大75CAT的活性与对照相比无显著差异。由图6可看出，晋大74与晋大75叶片POD活性无论在干旱胁迫6d还是复水3d后与对照相比均无显著差异。

图5 干旱及复水对大豆叶片CAT活性的影响Fig.5 Effect of dought stress and rewatering on CAT activity of soybean leaves

图6 干旱及复水对大豆叶片POD活性的影响Fig.6 Effect of dought stress and rewatering on POD activity of soybean leaves

3 讨论与结论

植物在遭受干旱胁迫时可以导致过量产生活性氧，会引起细胞膜脂过氧化反应，影响细胞膜的完整性，进而抑制植物的生长，严重时甚至导致植物死亡［13］。作为一种重要的活性氧，O－2·含量在干旱胁迫条件下的升高说明干旱胁迫导致了氧化迸发的发生。MDA含量作为检测植物细胞膜受损伤程度的指标，经常被用于各种逆境胁迫的抗性分析［10］。本研究结果表明，晋大74和晋大75叶片中的MDA含量在受到干旱胁迫后均高于对照，且晋大75增加幅度显著大于晋大74，说明晋大75受损伤程度更为严重；复水处理后，抗旱品种晋大74叶片MDA含量接近于对照水平，表明其损伤已基本得到恢复，复水过程产生了补偿效应，而不抗旱品种晋大75的MDA含量仍高于对照，膜损伤未完全得到修复。这与李文饶等研究的PEG模拟旱后复水对紫花苜蓿茎叶中MDA含量变化的试验结果相一致［14］。同时，细胞膜的损伤程度与O－2·含量呈正相关关系，说明O－2·作为一种活性氧分子是导致膜脂过氧化的重要原因之一。

关于植物的耐旱机制，自由基引起的膜伤害日益受到人们重视。活性氧清除能力是决定细胞耐胁迫的关键因素，而整个抗氧化保护酶系防御能力的变化又取决于SOD、APX、CAT、POD等多种酶彼此协调的综合结果。已有研究表明，在各种环境胁迫条件下，抗氧化酶活性增加，且忍耐性品种的酶活性高于敏感品种［12，15，16］。本研究中，干旱胁迫6d后，晋大74叶片中SOD的活性升高，而晋大75叶片中SOD的活性降低，这说明抗旱品种在受到干旱胁迫后可以通过提高SOD活性来清除活性氧自由基，从而避免其对细胞造成的伤害；尽管两种大豆叶片中的APX、CAT活性均低于对照，表明干旱胁迫下APX、CAT对H2O2清除能力减弱，但晋大74的降低幅度仍小于晋大75，相对于不抗旱品种，晋大74具有相对较强的抗氧化能力。

高等植物对水分胁迫—复水的响应方式是在胁迫解除后存在短暂的快速生长，以补偿部分胁迫造成的损失。这种补偿效应是对环境变化的一种适应［7］。本研究结果也表明，在复水3d后，晋大74能够保持显著高于对照的SOD、APX、CAT酶活性，而晋大75中SOD、APX、CAT酶活性相近或略低于对照。H2O2作为另一种活性氧，也是SOD在歧化O－2·过程中的副产物，可进一步导致细胞损伤，因此必须在随后的反应中通过相应的活性氧清除系统将其转化成H2O而清除。本研究中，抗旱品种晋大74在复水过程中不仅能保持较高的SOD活性用于清除O－2·，又有相应的APX、CAT与SOD协同作用，以进一步保障对H2O2的清除，最大程度的避免活性氧对细胞膜的伤害，这也与复水过程中抗旱品种较低的MDA含量相一致，这也可能正是抗旱品种产生补偿效应的部分原因。陆燕元等［17］对转基因甘薯旱后复水的研究中也发现SOD、APX具有相似的协同作用，这与本研究结果相一致。

此外，本研究结果中，两种大豆叶片POD酶活性无论在干旱还是复水过程中与对照相比，均未表现出显著差异，表明叶片中活性氧的清除可能与POD并不直接相关，从POD酶活性的绝对值上分析，也远低于相关文献根中POD活性数值，推测POD活性具有显著的器官差异性，这也与王文斌等［12，15，16］对干旱、盐渍、低温胁迫下苜蓿幼苗 POD活性的研究结果相一致。

综上所述，抗旱品种晋大74和不抗旱品种晋大75叶片抗氧化酶对干旱胁迫表现出不同的响应模式。较低的膜脂过氧化水平说明晋大74具有较强的自由基清除能力及保护机制。晋大74的耐旱性及复水过程中较强的修复能力与叶片中被诱导的较强的SOD、APX、CAT活性密切相关，并导致较低含量的O－2·及膜脂过氧化水平，进一步降低干旱胁迫对幼苗的伤害。

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