李佳 刘立云 李艳 周焕起

摘要：【目的】探讨不同剂量保水剂对干旱胁迫槟榔幼苗生理特征的影响，为槟榔节水抗旱栽培提供理论依据。【方法】以盆栽热研一号槟榔幼苗为材料，在干旱条件下施用0.1%-0.4%保水剂20 d后，测定不同处理槟榔幼苗叶片的相对水含量、可溶性蛋白含量、丙二醛（MDA）含量、叶绿素含量、超氧化物歧化酶（sOD）和过氧化物酶（POD）活性，分析槟榔幼苗叶绿素荧光参数、光能利用和耗散指标的变化情况。【结果】在干旱胁迫下，施用0.1%～0.4%保水剂可有效提高槟榔幼苗叶片的相对水含量、叶绿素和可溶性蛋白含量及SOD和POD活性；当保水剂施用剂量为0.3%时，槟榔幼苗叶片的相对水含量、可溶性蛋白含量和叶绿素含量最高，MDA含量最低，POD活性最高；槟榔叶片的叶绿素荧光参数光系统Ⅱ（PSII）最大光能转化效率（F_vF_m）和PSII实际光化学量子产量[Y（Ⅱ）]在保水剂施用剂量为0.3%时最大，光化学猝灭系数（qP）随保水剂施用剂量的增大而增加，非光化学猝灭系数（NPQ）随保水剂剂量的增大呈先下降后上升的变化趋势。【结论】施用保水剂可有效提高干旱胁迫槟榔幼苗叶片的渗透调节物质含量及其抗氧化酶活性，保障光合作用顺利进行，缓解干旱胁迫对槟榔幼苗的伤害，以施用0.3%保水剂的效果最佳。

关键词：槟榔；干旱胁迫；保水剂；生理特征；叶绿素荧光参数

0引言

【研究意义】槟榔（Areca catechu L）为槟榔科槟榔属多年生植物，是海南省的第二大经济作物，因其具有助消化、抗氧化和抗菌等重要药用价值而被列为四大南药之首。海南槟榔主要种植在山坡地，水分条件较差，每年11月至次年4月常出现连续干旱，致使槟榔生长迟缓，严重影响产量，而制约了槟榔产业的发展。保水剂（SAP）是一类吸水能力超强的高分子聚合物，在短时间内吸水达几百倍，在干旱情况下又可将水分缓慢释放供作物利用（庄文化等，2007）。有研究表明，聚丙烯酰胺类保水剂的使用效果明显优于淀粉接枝丙烯酸纳类保水剂（李中阳等，2015），但至今有关保水剂对干旱胁迫槟榔幼苗生长发育影响的机理尚不清楚。因此，探讨不同剂量聚丙烯酰胺类保水剂对干旱胁迫槟榔幼苗生理特征的影响，对实施槟榔大田节水抗旱栽培具有重要意义。【前人研究进展】王春明等（2001）研究发现，保水剂用量过低无法保证保水效果，用量过高则会影响土壤的通透性，造成根系呼吸困难而导致根系腐烂。李杨和王百田（2012）研究认为，保水剂可有效改善土壤的持水能力，且土壤容重随保水剂质量浓度的增大而降低，土壤总孔隙度随保水剂质量浓度的增大而增大。赵陟峰等（2013）的研究结果表明，煤矸石基质中添加保水剂能促使高羊茅将煤矸石中的营养元素从地下部向地上部转移。侯贤清等（2015）研究认为，穴施保水剂可有效改善马铃薯关键生育期的土壤水分状况，提高马铃薯的产量和水分利用效率。李柯妮等（2015）研究发现，施用一定濃度保水剂可增加桔梗幼苗叶片的相对水含量，增强抗氧化酶活性，提高叶片游离脯氨酸及可溶性蛋白含量，从而减少干旱胁迫对细胞膜的破坏。黄慧青等（2016）研究发现，在干旱条件下保水剂可提高海滨雀稗的光合速率、蒸腾速率和气孔导度，减少电解质渗透率和提高丙二醛（MDA）含量。【本研究切入点】目前，关于保水剂对槟榔幼苗干旱胁迫下生理特征影响的研究鲜见报道。【拟解决的关键问题】通过盆栽试验探讨不同剂量保水剂对干旱胁迫热研一号槟榔幼苗抗旱生理指标及叶绿素荧光参数的影响，为保水剂在槟榔抗旱栽培中的应用提供理论依据。

1材料与方法

1.1试验材料

供试槟榔品种为中国热带农业科学院椰子研究所选育的热研一号，供试聚丙烯酰胺类保水剂为北京汉力淼新技术有限公司生产的XM型颗粒状保水剂，主要成分为丙烯酰胺一丙烯酸钾盐。

1.2试验方法

1.2.1试验设计选择形态一致、大小相近的5月龄两叶一心槟榔幼苗，定植于中国热带农业科学院椰子研究所温室大棚中内径15 cm、高20 cm的塑料花盆，每盆定植1株。盆中基质由营养土和蛭石按体积比3：1混合而成，每盆基质定量1.0 kg干土，依据田问最大持水量浇650 mL水。定植幼苗前倒出盆中上层10 cm基质与不同剂量保水剂混合均匀后再装入盆中。试验用保水剂设0（CK）、0.1%（S1处理）、0.2%（S2处理）、0.3%（S3处理）和0.4%（S4处理）5个处理（即每盆分别施用0、1.0、2.0、3.0和4.0 g保水剂），5个重复。幼苗在正常管理期间每2 d用称重法补充一次水分，正常管理4周后停止给水，进行自然干旱处理，并在干旱处理20 d后取样测定相关指标。

1.2.2测定指标及方法叶片相对水含量测定：取新展开的叶片，先测定叶片鲜重（Fw），然后将叶片置于4℃、完全黑暗环境下吸水12 h，测定饱和重（TW），再将叶片置于60℃烘箱中烘烤48 h后测定干重（Dw），最后计算叶片相对水含量（RWC）。

RWC（%）=（FW-DW）/（TW-DW）

生理生化指标测定：取各处理组槟榔幼苗从顶端往下数第2片叶测定相关生理生化指标。参照王学奎（2005）的方法，叶绿素含量采用95%乙醇研磨法测定；可溶性蛋白（SP）含量采用Bradford考马斯亮蓝G-250染色法测定；MDA含量采用硫代巴比妥酸（TBA）法测定。超氧化物歧化酶（SOD）和过氧化物酶（POD）活性按照南京建成生物工程研究所提供的试剂盒说明进行测定。每个指标重复测定3次，取平均值。

叶绿素荧光参数测定：在有正常光照的上午9：00～11：00，采用PAM-2500便携式荧光仪（德国，WALZ公司），选取槟榔幼苗从顶端往下数第2片叶暗适应20 min后测定初始荧光（F_O）、最大荧光（F_m）、光系统Ⅱ（PSII）最大光能转化效率及PSII实际光化学量子产量[Y（II）]、光化学猝灭系数（qP）和非光化学猝灭系数（NPQ）。

1.3统计分析

采用SPSS 19.0对试验数据进行统计分析。

2结果与分析

2.1不同剂量保水剂对干旱胁迫槟榔幼苗抗旱生理指标的影响

2.1.1对叶片RWC的影响

由表1可知，S3处理槟榔幼苗叶片的RWC最高，S4处理次之，分别较CK提高3.58%和2.40%，但差异不显著（P>0.05，下同）；S1和S2处理槟榔幼苗叶片的RWC与CK相当。说明施用较高剂量（0.3%和0.4%）保水剂对提高槟榔幼苗叶片的RWC、增强其抗干旱胁迫能力的效果优于施用较低剂量（0.1%和0.2%）保水剂。

2.1.2对MDA含量的影响

由表1可知，施用不同剂量保水剂均能降低干旱胁迫槟榔幼苗叶片的MDA含量，各处理MDA含量随保水剂剂量的增加呈先下降后上升的变化趋势。其中，S3处理槟榔幼苗叶片的MDA含量最低，显著低于CK 39.2%（P<0.05，下同），S2和S4處理的MDA含量分别比CK显著降低19.6%和13.9%。说明施用适宜剂量保水剂可缓解干旱胁迫对槟榔幼苗造成的伤害，尤其以施用0.3%保水剂的效果最佳；随着施用保水剂剂量（0.4%）过大，槟榔幼苗叶片对干旱胁迫所受伤害的缓解效应降低。

2.1.3对可溶性蛋白含量的影响由表1可知，在干旱胁迫下，s 1-$4处理槟榔幼苗叶片的可溶性蛋白含量均高于CK，其中，S2、S3和S4处理的可溶性蛋白含量显著高于CK和S1处理，尤其以S3处理的可溶性蛋白含量最高。说明施用0.3%保水剂对提高槟榔幼苗叶片可溶性蛋白含量的效果最佳，最有利于维持槟榔幼苗细胞的正常代谢，提高细胞的保水能力。

2.1.4对抗氧化酶活性的影响从图1和图2可看出，施用不同剂量保水剂均可提高槟榔幼苗叶片的POD和SOD活性。其中，POD活性随保水剂剂量的增大呈先上升后下降的变化趋势，但均显著高于CK，尤其以S3处理的POD活性最高，较CK提高17.1%；SOD活性以S2处理最高，较CK显著提高19.4%，其他处理与CK差异不显著。说明施用保水剂能使干旱胁迫槟榔幼苗叶片的保护酶活性维持在较高水平，以抵抗自由基积累对自身的伤害，尤其以施用0.2%和0.3%保水剂处理的效果较佳。

2.2不同剂量保水剂对干旱胁迫槟榔幼苗叶片叶绿素含量及叶绿素荧光参数的影响

2.2.1对叶绿素含量的影响

由表2可知，随保水剂剂量的增大，槟榔幼苗的叶绿素含量呈先上升后下降的变化趋势。其中，S1处理的叶绿素含量与CK无显著差异，S2、S3和S4处理的叶绿素含量分别较CK显著提高45.6%、60.0%和55.2%。说明施用适宜剂量保水剂有利于促进槟榔幼苗叶片叶绿素的合成，尤其以施用0.3%保水剂的效果最佳。

2.2.2对叶绿素荧光参数的影响

由表2可知，随保水剂剂量的增大，槟榔幼苗叶片的Y（II）呈先上升后略有下降的变化趋势。其中，各剂量保水剂处理的F_v/F_m均高于CK，说明CK槟榔幼苗受干旱胁迫最严重，而施用保水剂可缓解干旱对槟榔幼苗的胁迫；S3和S4处理的Y（II）显著高于CK，说明施用0.3%和0.4%保水剂可显著提高槟榔幼苗叶片的光能转化率，减轻干旱对槟榔幼苗的胁迫。

由表2还可知，施用不同剂量保水剂均能提高槟榔幼苗的qP，且qP随保水剂剂量的增大呈上升趋势，说明施用保水剂可促进槟榔幼苗的光合效率和对光能的利用效率。S2、S3和S4处理槟榔幼苗的NPQ显著低于CK和S1处理，S1处理的NPQ与CK差异不显著，说明干旱胁迫已对CK的槟榔幼苗产生光抑制，槟榔幼苗以增加NPO来适应逆境，而施用0.2%-0.4%保水剂对槟榔幼苗光合机构具有保护作用，热耗散光能少，有利于槟榔幼苗提高抗旱能力。

2.3槟榔幼苗叶片各生理指标的相关性分析结果

槟榔幼苗在保水剂处理下不同生理指标间的相关性分析结果（表3）表明，RWC与Y（II）呈极显著正相关（P<0.01，下同），说明槟榔叶片RWC下降是导致Y（II）降低的主要原因；MDA含量与SP含量呈极显著负相关，与POD活性和F_v/F_m呈显著负相关，说明槟榔幼苗可通过积累渗透调节物质和提高抗氧化酶活性来缓解干旱胁迫对细胞造成的损伤，从而保证光合作用正常进行；SP含量与F_v/F_m呈极显著正相关，POD活性与F_v/F_m呈极显著正相关。综上所述，槟榔幼苗对水分胁迫的响应是多种生理生化过程综合作用的结果，各生理指标问存在一定的内在联系。

3讨论

保水剂能储存大量水分，施入土壤后能将吸收的水分缓慢释放供植物利用，从而保证当土壤水分亏缺时植株仍能维持正常的生理代谢（Tongo et al，2014）。叶片相对水含量能直接反映干旱胁迫后植物体内水分的亏缺情况（Rampino et al，2006）。本研究中，施用0.3%保水剂可显著提高干旱胁迫槟榔幼苗叶片的相对水含量，从而降低干旱胁迫对槟榔幼苗的损伤，与Islam等（2011a，2011b）对燕麦和玉米的研究结果相似。

本研究中，保水剂处理槟榔幼苗叶片中的可溶性蛋白含量高于CK，说明施用保水剂可通过促使槟榔幼苗积累渗透调节物质来缓解干旱胁迫造成的损伤，与李柯妮等（2015）对桔幼苗的研究结果一致。施用保水剂后槟榔幼苗叶片的SOD和POD活性较高，表明槟榔幼苗对自由基和膜脂质过氧化产物的积累产生了响应，而CK槟榔幼苗因干旱胁迫其叶片的SOD和POD活性较低，细胞清除自由基和膜脂质过氧化产物能力明显减弱，表现出严重的光氧化现象，与井大炜（2014）对杨树的研究结果一致。施用不同剂量保水剂均能显著降低干旱胁迫槟榔幼苗叶片的MDA含量，有效缓解干旱胁迫对其膜系统造成的损伤，尤其以施用0.3%保水剂的效果最佳，与郝树荣等（2010）对玉米的研究结果相似。

Woo等（2008）、Yamazaki等（2011）研究发现，叶绿素荧光参数可作为鉴定植物抗逆性的理想指标，植物受到胁迫程度越高，F_v/F_m和Y（II）降幅越大。本研究结果表明，施用不同剂量保水剂均可提高槟榔幼苗的F_v/F_m，且以施用0.3%保水剂的效果最佳；施用0.2%～0.4%保水剂可提高槟榔幼苗的Y（II），而处于自然干旱条件下CK槟榔幼苗的F_vF_mm和Y（Ⅱ）均显著低于施用0.3%～0.4%保水剂处理，说明CK槟榔幼苗受干旱胁迫较严重，施用适宜剂量保水剂可缓解外界干旱胁迫对槟榔幼苗PSII系统造成的损伤，提高槟榔幼苗的光合能力，进而促进槟榔幼苗正常生长发育，与冯建灿等（2002）对刺槐、高天鹏等（2009）对马铃薯、陈芳泉等（2016）对烟草的研究结果相似。本研究结果显示，干旱胁迫CK槟榔幼苗的qP显著低于施用0.2%～0.4%保水剂处理，NPQ则显著升高，说明干旱胁迫已对CK的槟榔幼苗产生光抑制，槟榔幼苗以增加NPO来适应逆境，与王可玢和许春辉（1997）的研究结果一致。本研究仅探讨施用不同剂量保水剂对槟榔幼苗干旱胁迫下生理特征的影响，其成年树施用保水剂后的增产效果有待进一步研究验证。

4结论

施用保水剂可有效提高干旱胁迫槟榔幼苗叶片的渗透调节物质含量及抗氧化酶活性，稳定光合作用系统的结构和功能，保障光合作用顺利进行，缓解干旱胁迫对槟榔幼苗的伤害，尤其以施用0.3%保水剂的效果最佳。