高温干旱对库尔勒香梨叶片生理指标的影响

2016-04-11穆蓁蓁克热木伊力王一静

江苏农业科学 2016年2期

穆蓁蓁++克热木?伊力++王一静

摘要：以库尔勒香梨叶片为材料，在36 ℃高温下，采用高温干旱、灌水、喷水3种处理方式，以可溶性糖含量、可溶性蛋白含量、淀粉含量、超氧化物歧化酶（SOD）活性、过氧化物酶（POD）活性、过氧化氢酶（CAT）活性为测定指标，研究高温干旱对库尔勒香梨叶片生理指标的影响。结果表明：与灌水、喷水处理相比，高温干旱处理下香梨叶片中可溶性糖含量和SOD、CAT活性呈上升趋势，淀粉含量下降，可溶性蛋白含量和POD活性显著升高，随着处理时间的延长，可溶性蛋白含量、POD活性呈下降趋势。说明高温干旱对植株的生理指标产生一定影响。喷水条件下，香梨叶片中SOD、CAT活性呈逐渐下降趋势，说明喷水处理不能清除叶片中积累的活性氧，也不能够缓解高温干旱对香梨带来的伤害。在灌水条件下，香梨叶片的SOD、POD、CAT活性变化趋势平缓，这是由于灌水降低了叶片中活性氧浓度，说明香梨在灌水条件下没有受到高温伤害。

关键词：库尔勒香梨；高温干旱；灌水；喷水；生理指标

中图分类号： S661.201文献标志码： A文章编号：1002-1302（2016）02-0209-04

收稿日期：2015-01-16

基金项目：新疆维吾尔自治区库尔勒市科技资助项目（编号：2011005）；新疆维吾尔自治区果树学重点学科资助项目。

作者简介：穆蓁蓁（1991—），女，河南洛阳人，硕士研究生，研究方向为果树栽培与生理。E-mail：626777221@qq.com。

通信作者：克热木·伊力，博士，教授，研究方向为果树栽培与生理。E-mail：karimali@xjau.edu.cn。高温、干旱导致植物体大量缺水，使其物质代谢发生改变。渗透调节是植物适应、抵御干旱和高温等逆境的重要生理机制，细胞能够通过增加或减少溶质来使细胞内外的渗透势相平衡[1]。在常见的渗透调节物质中，可溶性糖除了能够起到渗透调节作用外，在维持植物蛋白质稳定性方面也起重要作用[2]。可溶性蛋白具有防止细胞脱水、渗透调节等作用[3]。研究发现，淀粉在逆境下能够转化为糖类物质，提高植物抵御逆境胁迫的能力[4]。高温可导致植物体内活性氧产生和清除系统平衡遭到破坏，从而使活性氧在细胞中大量积累，引起生理代谢紊乱，最终对细胞造成氧化伤害[5]。超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）、过氧化氢酶（CAT）是细胞内清除活性氧的保护酶[6]。SOD能够清除生物体内的超氧化物自由基，在防御活性氧对细胞膜伤害方面起着重要的作用[7]。POD能够清除细胞内的活性氧，阻止脂质过氧化积累，减轻膜系统受伤害程度。CAT活性大小与植物代谢强度、抗性有密切关系[8]。本研究探讨高温干旱对库尔勒香梨叶片中可溶性糖、可溶性蛋白、淀粉、SOD、POD、CAT的影响，深入了解夏季高温干旱条件下库尔勒香梨的生理生化机制，旨在为避免香梨受到高温伤害提供参考。

1材料与方法

1.1材料

本试验在新疆维吾尔自治区库尔勒市阿瓦提乡进行。选取2个管理较好的18年生库尔勒香梨果园作为试验园。在2个果园中选取树冠大小、树势相对一致的15株库尔勒香梨树作为试验材料。

1.2试验处理

试验设定3种处理方式：高温干旱处理（该果园持续1个月无喷灌水）；灌水处理（该果园在测定前3 d采用河水进行灌溉）；叶面喷水处理（在高温干旱处理的果园基础上进行叶面喷水），其他管理条件一致。2014年7月22日、7月23日、7月24日选择果园内温度达到32 ℃以上时12：00—17：00之间进行取样。每处理选取5株香梨树，每株选取树冠外围完整、无病虫害功能叶20张，擦干净取下，用液氮保存带回实验室。分别测定高温干旱处理、灌水处理、喷水处理前、喷水处理后叶片中可溶性糖、可溶性蛋白质、淀粉含量和SOD、POD、CAT活性。

1.3方法

采用蒽酮法测定叶片可溶性糖、淀粉含量。采用考马斯亮蓝G-250染色法测定叶片可溶性蛋白质含量。采用NBT（氮蓝四唑）显色法测定叶片SOD活性。采用愈木酚氧化法测定叶片POD活性。采用钼酸铵法测定叶片CAT活性。

1.4数据处理

采用DPS、SPSS 17.0软件分析数据。

2结果与分析

2.1不同处理对库尔勒香梨果园环境因子的影响

从表1可以看出，高温干旱处理下，果园温度于15：00达到最高（36.35 ℃）。随着时间的推移，果园相对湿度从32.00%逐渐下降为20.50%。灌水处理下，果园12：00温度为28.75 ℃，相对湿度为49.25%；17：00温度为33.50 ℃，相对湿度为35.75%。喷水处理5 min后与喷水前相比，果园温度下降了16.79%，相对湿度增加了60%。喷水30 min后，气温恢复到 34.25 ℃，空气相对湿度也降低为喷水前的状态。由此可知，灌水处理能够显著降低果园温度，提高果园的相对湿度。叶面喷水处理只能暂时降低果园的温度而不能达到给果园持续降温增湿的目的。

2.2不同处理对库尔勒香梨叶片可溶性糖含量的影响

从图1可以看出，香梨经高温干旱处理后，随着时间的推移，叶片中可溶性糖含量呈逐渐增加趋势且香梨叶片中积累的可溶性糖含量高于灌水处理，处理17：00与12：00相比，香梨叶片中可溶性糖含量增加了5.02%，说明在高温干旱处理下，库尔勒香梨能够积累可溶性糖来减少原生质水分的损失，起到平衡液泡和细胞间渗透势的作用。在灌水处理下，库尔勒香梨叶片中可溶性糖含量变化趋势平缓，说明灌水处理对香梨的生理代谢产生的影响较小。喷水处理5 min后，香梨叶片中可溶性糖含量降低了5.29%，但喷水处理30 min后，叶片中可溶性糖含量又升高了3.13%。灌水条件和高温干旱条件下，各个时间段香梨叶片中可溶性糖含量差异不显著。高温干旱处理与同时期灌水处理相比，香梨叶片中可溶性糖含量差异显著。喷水处理前后香梨叶片中可溶性糖含量差异不显著。

2.3不同处理对库尔勒香梨叶片可溶性蛋白含量的影响

由图2可以看出，高温干旱处理下，随着时间的推移，库尔勒香梨叶片中可溶性蛋白含量呈逐渐降低趋势，处理 17：00与12：00相比，叶片中可溶性蛋白含量降低了1631%，说明高温干旱能够促进香梨体内的可溶性蛋白质的加速分解。灌水处理17：00和12：00相比，香梨叶片中可溶性蛋白质含量增加了22.45%，说明库尔勒香梨在灌水条件下能通过增加可溶性蛋白质含量来提高渗透调节能力并维持较低的渗透势，来抵御夏季高温干旱对自身造成的伤害。喷水处理30 min后与喷水前相比，叶片中可溶性蛋白含量减少了14.26%。灌水条件下12：00和15：00、17：00相比，香梨叶片中可溶性蛋白含量差异极显著。高温干旱处理17：00和12：00、15：00相比，香梨叶片中可溶性蛋白含量的差异极显著。喷水前和喷水后相比，香梨叶片中可溶性蛋白含量差异极显著。

2.4不同处理对库尔勒香梨叶片淀粉含量的影响

由图3可知，高温干旱处理下，各时期香梨叶片的淀粉含量显著低于灌水处理，且分别降低了14.43%、22.38%、32.85%。随着时间的推移，高温干旱处理下，香梨叶片中淀粉含量呈逐渐降低趋势，处理17：00与12：00相比，叶片中淀粉含量减少了12.36%，说明高温干旱条件下，香梨叶片中的淀粉转化为糖类物质。灌水处理17：00与12：00相比，叶片中淀粉含量增加了11.68%。喷水处理5 min后，香梨叶片中淀粉含量增加了28.35%，但处理30 min后叶片中淀粉含量又下降了19.79%，恢复到了喷水前的水平。高温干旱处理与同时期灌水处理相比，香梨叶片中淀粉含量差异显著。喷水前、喷水后30 min和喷水后5 min相比，香梨叶片中淀粉含量差异显著。

2.5不同处理对库尔勒香梨叶片中SOD、CAT活性的影响

由图4、图5可以看出，不同处理下，香梨叶片中SOD、CAT活性变化趋势相同。高温干旱处理下，香梨叶片中SOD、CAT活性随着时间的推移呈逐渐升高趋势，处理17：00与12：00相比，叶片中SOD和CAT活性分别提高了74.72%、3.05%。说明高温干旱条件下，香梨体内的活性氧水平提高，从而使SOD、CAT活性提高进而减轻高温干旱对膜系统的伤害。灌水处理条件下，香梨叶片的SOD、CAT活性变化不大，说明由于灌水导致香梨叶片中活性氧浓度很低。喷水30 min后与喷水前相比，香梨叶片中SOD、CAT活性分别下降了 28.63%、13.76%。高温干旱条件下，各个时间段香梨叶片中SOD活性差异极显著，说明高温干旱处理对香梨叶片SOD活性影响较大。灌水条件下，香梨叶片中SOD活性差异不显著。喷水前与喷水后相比，香梨叶片中SOD活性差异极显著。高温干旱处理下12：00与15：00、17：00相比，香梨叶片中CAT活性差异极显著。灌水处理下香梨叶片中CAT活性差异不显著。喷水30 min与喷水前、喷水5 min相比，香梨叶片中CAT活性差异极显著。

2.6不同处理对库尔勒香梨叶片中POD活性的影响

由图6可知，高温干旱处理下，香梨叶片中POD酶活性随着时间的延长呈下降趋势，处理17：00与12：00相比，叶片中POD酶活性降低了64.13%，POD活性的下降是由于随着高温干旱时间的延长，大量的活性氧钝化了POD活性，使其发生变性。灌水处理下，香梨叶片中POD活性呈逐渐上升趋势，但上升幅度不大。喷水5 min后与喷水前相比，香梨叶片中POD活性下降了28.20%，但喷水30 min后，叶片中POD活性又将近恢复到了喷水前的水平。高温干旱处理17时与12时、15时相比，香梨叶片中POD活性差异极显著。灌水条件下香梨叶片中POD活性差异不显著。喷水5 min后与喷水前、喷水30 min后相比，香梨叶片中POD活性差异极显著。

2.7高温干旱处理下库尔勒香梨生理指标相关性分析

从表2可以看出，高温干旱处理下，库尔勒香梨叶片中可溶性糖含量与淀粉含量、CAT活性之间分别呈极显著负相关性和极显著正相关关系。此外，库尔勒香梨叶片可溶性蛋白含量与SOD活性呈显著负相关。淀粉含量、CAT活性之间呈极显著正相关。SOD活性与POD活性之间呈显著负相关关

系。这与前面测定的库尔勒香梨叶片各项指标含量变化趋势基本一致。

3结论与讨论

在高温干旱条件下，可溶性糖含量的升高不仅有利于植物抵御逆境，而且能够在维持蛋白质稳定性方面起重要作用[9-10]。郭智涛等研究表明，随着胁迫时间的延长，皂荚叶片中可溶性蛋白含量呈现先升高后降低的趋势[3]。周瑞莲等认为，高温引起叶片中淀粉含量降低，可能是由于淀粉在高温条件下转化为糖类物质，进而增加植物抵御逆境的能力[11]。徐剑锋发现，高温条件下甜椒叶片中POD酶活性表现为先上升后下降的趋势[12]。孟聪睿研究发现，随着高温干旱时间的延长，樱桃叶片中SOD、CAT酶活性呈逐渐升高趋势[13]。本研究结果与以上研究结果相似，在高温干旱处理下，香梨叶片中可溶性糖含量和SOD、CAT活性呈逐渐升高趋势，叶片中的淀粉含量、可溶性蛋白含量、POD活性随着处理时间的延长，呈现下降趋势。灌水条件下，香梨叶片中SOD、POD、CAT活性变化趋势平缓，这是由于灌水导致香梨叶片中活性氧浓度很低，说明灌水处理下高温干旱没有对香梨造成明显伤害，因此香梨叶片中SOD、POD、CAT活性变化幅度不大。随着灌水处理时间的延长，作为渗透调节物质的可溶性糖、可溶性蛋白质含量呈现逐渐上升趋势，说明库尔勒香梨在灌水处理下能够适应、抵御夏季自然高温的环境。喷水30 min后与喷水前相比，香梨叶片中可溶性糖含量、可溶性蛋白质含量和SOD、CAT、POD活性均下降。

综上所述，库尔勒香梨为了适应夏季高温干旱，能够通过提高SOD、CAT活性来抵抗高温干旱对自身的伤害，这是细胞防御活性氧伤害的一种保护反应。但是这种防御能力是有局限性的，随着高温干旱时间的延长，叶片的淀粉含量降低速度、可溶性蛋白降解速度加快，POD活性呈显著降低趋势，说明库尔勒香梨在高温干旱条件下自身调节机制已经减弱，香梨植株受到了高温伤害。喷水处理30 min后，香梨果园的温度、相对湿度恢复到喷水前的高温干旱水平，叶片中SOD、CAT、POD活性呈逐渐降低趋势，说明喷水处理不能持续降低果园温度并提高果园相对湿度，更不能清除叶片中积累的活性氧进而缓解高温干旱对香梨带来的伤害。夏季高温条件下对香梨进行灌水处理则能够维持其正常的生理调节系统，保证香梨能够较好地适应夏季高温进而安全越夏。

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