全 文 ：作物学报 ACTA AGRONOMICA SINICA 2013, 39(1): 133141 http://www.chinacrops.org/zwxb/
ISSN 0496-3490; CODEN TSHPA9 E-mail: xbzw@chinajournal.net.cn
本研究由国家“十一五”科技支撑计划项目(2009BADA8B03, 2012BAD11B01), 国家现代农业产业技术体系建设专项(CARS-14), 山东
省现代农业产业技术体系创新团队岗位专家(花生)和青岛市科技支撑计划项目(11-2-3-38-nsh)资助。
* 通讯作者(Corresponding authors): 戴良香, E-mail: qinhdao@163.com; 万书波, E-mail: wansb@saas.ac.cn
Received(收稿日期): 2012-04-06; Accepted(接受日期): 2012-07-05; Published online(网络出版日期): 2012-10-08.
URL: http://www.cnki.net/kcms/detail/11.1809.S.20121008.1328.021.html
DOI: 10.3724/SP.J.1006.2013.00133
干旱处理对花生品种叶片保护酶活性和渗透物质含量的影响
张智猛 1 戴良香 1,* 宋文武 1 丁 红 1 慈敦伟 1 康 涛 1,2 宁堂原 3
万书波 4,*
1 山东省花生研究所, 山东青岛 266100; 2 新疆农业大学农学院, 新疆乌鲁木齐 830052; 3 山东农业大学农学院, 山东泰山 271018;
4山东省农业科学院, 山东济南 250100
摘 要: 以花育 22和花育 25为试验材料, 利用防雨棚池栽人工模拟干旱胁迫逆境试验, 调查苗期、花针期和结荚期
水分胁迫对花生叶片膜脂过氧化、渗透调节物质含量和保护酶活性的影响。结果表明, 干旱处理初期, 两品种抗氧化
系统和渗透调节物质各成分的反应并不完全一致, 超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)活性、可溶性蛋白质(Pr)、
游离氨基酸(AA)、脯氨酸含量(Pro)显著升高, 但随干旱处理进行, 其活性明显降低, 保护酶活性与渗透调节物质降低
时间基本同步, POD 活性对水分胁迫的响应较弱, 丙二醛(MDA)含量显著升高, 随干旱处理历时延长, 含量降低, 其
降低时间滞后于保护酶活性, 花育 22 MDA含量高于花育 25; 各生育期干旱处理结束后, SOD、CAT、Pr、AA、Pro
含量明显升高, 且在水分敏感的花针期升幅均较大; 苗期干旱对生育后期保护酶及渗透调节能力的影响较小; SOD
和 CAT是花生适应抗旱胁迫的主要抗氧化酶, 各渗透调节物质调节能力表现为可溶性蛋白质>可溶性糖>游离氨基酸
>脯氨酸; 花育 25抗旱适应能力较强。
关键词: 花生品种; 水分胁迫; 保护酶活性; MDA; 渗透调节物质
Effect of Drought Stresses at Different Growth Stages on Peanut Leaf Protec-
tive Enzyme Activities and Osmoregulation Substances Content
ZHANG Zhi-Meng1, DAI Liang-Xiang1,*, SONG Wen-Wu1, DING Hong1, CI Dun-Wei1, KANG Tao1,2,
NING Tang-Yuan3, and WAN Shu-Bo4,*
1 Peanut Research Institute of Shandong Province, Qingdao 266100, China; 2 College of Agronomy, Xinjiang Agricultural University, Urumqi, 830052,
China; 3 Key Laboratory of Crop Water Physiology and Drought-Tolerance Germplasm Improvement of Ministry of Agriculture, Shandong Agricul-
tural University, Tai’an 271018, China; 4 Shandong Academy of Agricultural Sciences, Jinan 250100, China
Abstract: Using Huayu 22 and Huayu 25 as experimental materials, the physiological and biochemical parameters at seedling
stage, flowering-pining stage, and podding stage in peanut leaf were investigated under drought stress in pool cultivation with
rainproof. The result showed that, the changes of antioxidant systems and the components of osmoregulation substances of two
varieties were not entirely consistent during early drought stress stage. Leaf superoxide dismutase (SOD) and catalase (CAT) ac-
tivities, soluble protein (Pr), free amino acid (AA) and proline (Pro) contents were significantly increased and then decreased un-
der drought stress. With the prolonged stress, the protective enzyme activities and osmoregulation substances content decreased at
the same time. The POD activity and soluble sugar content weakly responded to drought stress. The content of malondialdehyde
(MDA) was significantly increased and then decreased with the stress prolonged, but its time lagged behind those of the protective
enzyme activities. The MDA content in Huayu 22 leaf was higher than that in Huayu 25. After the drought stress, the activities of
SOD, CAT, and soluble protein, free amino acid and proline contents were obviously increased at the end of drought stress at
different growth stages. Among those stages, all the parameters were markedly increased at the flowering-pining stage, which is
sensitive to water supply. The effects of drought stress on protective enzyme activities and osmoregulation substances of peanuts
were weaker at seedling stage than at late growth stages. SOD and CAT were the key antioxidant enzymes to adapt dr ought stress
in peanut. The ability of osmoregulation substances contributed to the regulation of drought stress in turn was: soluble sucrose >
free amino acid > soluble protein > proline. The drought tolerance of Huayu 25 was higher than that of Huayu 22.
134 作 物 学 报 第 39卷
Keywords: Peanut varieties; Water stress; Protective enzyme activity; Malondialdehyde; Osmoregulation substances
水分是植物生长的重要环境因子之一, 也是各
种胁迫环境中最常见、最普遍的逆境因子之一, 植
物对土壤干旱胁迫的响应包含着极其复杂的生理生
化变化, 并形成了受遗传性制约的适应机制[1-5]。植
物体在长期进化过程中形成了酶促和非酶促两大类
保护系统以清除活性氧, 减轻或避免活性氧对细胞
造成的伤害, 这些抗氧化酶系的表达量和渗透调节
物质的积累量与植物对逆境胁迫的抗性密切相关 ,
最终体现为植物对干旱胁迫的适应或产生抗性[3,6-7]。
同时, 渗透调节物质含量和膜脂过氧化代谢亦与作
物抗旱性关系密切, 且对干旱胁迫的响应较为复杂,
不仅与作物类型、基因型、胁迫程度及持续时间、
不同生育期等密切相关, 而且与酶的类型有关[8-10]。
花生是我国重要的油料和经济作物, 主要种植
在占国土面积 30.8%的干旱半干旱地区。由于品种
间的抗旱性存在很大差异, 因此, 加强其抗旱性研
究对挖掘干旱、半干旱地区花生生产潜力具有十分
重要的意义[11-13]。花生在不同生育阶段经常会受到
干旱胁迫的影响, 研究表明, 花生自身具有高效用
水的特点, 花生生长对干旱的反应较为敏感, 物质
运输较为迟钝, 干旱胁迫造成的膜伤害是由于生物
自由基引起膜中不饱和脂肪酸过氧化和保护酶系统
(SOD、CAT 和 POD)活性下降, MDA 含量增加, 可
溶性蛋白质含量提高[14-17]。也有研究认为, 干旱胁
迫使不同花生品种保护酶活性有所下降, 但在严重
干旱胁迫时期, CAT 活性升高, 且抗旱品种的活性
高于敏感品种, 恢复灌水后, 所有品种的酶活性下
降; 前期适度干旱可增强作物后期的抗旱能力[18]。
这些结果多来自幼苗期或某一生长阶段突然遭受水
分胁迫时的室内盆栽试验, 而渐进性的不同生育期
干旱可能使作物忍受强度更大的胁迫, 但不一定导
致细胞严重损伤[19-21]。有关旱棚池栽模拟大田条件
下的不同生育时期干旱胁迫, 对不同花生品种叶片
保护酶系统、渗透调节能力及膜脂过氧化程度的影
响与抗旱性形成机制的研究鲜见报道。为此, 本文
通过防雨棚池栽试验, 研究不同品种、不同生育时
期干旱胁迫对花生叶片保护酶(SOD、POD 和 CAT)
活性、渗透调节物质(可溶性糖、游离氨基酸、可溶
性蛋白质和游离脯氨酸 )含量和膜脂过氧化程度
(MDA)的影响, 旨在探讨花生抗旱机制和其对干旱
胁迫的适应能力, 以期为生产及优良种质的鉴定与
筛选提供理论依据。
1 材料与方法
1.1 试验地概况
山东省花生研究所试验站土壤类型为褐土, 质
地为轻壤, 土壤田间持水量 25.69%, 土壤含有机质
8.70 g kg–1、水解氮 83.29 mg kg–1、速效磷 59.56 mg
kg–1和速效钾 73.55 mg kg–1。整地前 0~20 cm土层
土壤含水量 11.03%, 依据土壤含水量控制灌水量补
墒, 播种前 0~20 cm土层土壤含水量 18.21%。
1.2 试验设计及取样
2009—2010 年选用抗旱性较强的花育 22 和花
育 25进行防雨旱棚池栽试验。在各处理每次补水或
干旱处理前采集 0~20 cm 土层土样测定土壤含水量,
以控制补水量令胁迫时期 0~20 cm土层土壤相对含水
量为 45%~50%, 除全生育期干旱处理外, 其余处理非
胁迫期间 0~20 cm土层土壤相对含水量为 60%~75%,
全生育期干旱处理的补水量控制在 50%~60%。
栽培池面积 12 m2, 每池种植 8行。设 5个处理,
即对照(W0, 中午植株有 50%出现萎蔫时补水, 控
制土壤相对含水量在 40%~50%)、全生育期浇水(W1,
苗期、花针期和结荚期均补水, 控制土壤相对含水
量在 60%~75%)、苗期干旱处理(W2, 5月 18日至 6
月 18日胁迫, 花针期和结荚期补水)、花针期干旱处
理(W3, 6月 19日至 7月 18日胁迫, 苗期和结荚期补
水)、结荚期干旱处理(W4, 7月 19日至 8月 18日胁迫,
苗期和花针期补水)。人工浇水, 播前底墒浇水量为
1200 m3 hm–2, 采用烘干法测定土壤含水量。
播种前基施氮磷钾三元复合肥(15-15-15) 600
kg hm–2, 管理措施同高产田。2009年 5月 6日播种,
9月 22日收获, 2010年 5月 3日播种, 9月 20日收
获。按行长和穴数收获计产, 单株考种。
自出苗开始, 观察植株生长发育状况, 分别在苗
期(出苗后 30 d)、花针期(出苗后 60 d)、结荚期(出苗
后 90 d)、饱果期(出苗后 110 d)和成熟期(出苗后 125 d)
各处理胁迫结束的前 1 d上午 9:00~11:00取有代表性
的植株3穴, 洗净并吸干, 放入冰盒中带回室内; 取主
茎和分枝上倒数第 3~4 片展开复叶。将样品保存于
–80℃超低温冰箱, 以备测定相关生理生化指标。
1.3 测定项目及方法
称取 0.5 g鲜样剪碎, 加 0.05 mo1 L–1、pH 7.8
第 1期 张智猛等: 干旱处理迫对花生品种叶片保护酶活性和渗透物质含量的影响 135
的磷酸缓冲液(内含 1%的 PVP) 5.0 mL及少量石英
沙, 于冰浴中研磨提取, 15 000×g, 4℃下离心 15 min,
将上清液定容至 10 mL即为酶提取液, 用于以下各
指标测定。
以反应抑制氮蓝四唑(NBT)光氧化还原 50%的
酶量为一个酶活力单位测定 SOD, 用 U mg–1 FW表
示[22]; 采用高锰酸钾滴定法[24]测定 CAT, 以 30℃下
每克鲜重样品每分钟内分解 H2O2 的毫克数为酶活
力单位(μmol H2O2 g–1 FW min–1); 采用愈创木酚法
测定 POD, 以 ΔOD470 g–1 FW min–1 表示酶活力单
位[22]。参考李合生的方法[22]测定丙二醛(MDA)含量;
采用考马斯亮蓝染色法, 并用牛血清白蛋白作标准
曲线[23]测定可溶性蛋白质含量; 采用茚三酮法[25]测
定游离氨基酸和脯氨酸含量; 采用蒽酮法[24]测定可
溶性糖含量。
1.4 统计分析
由于试验数据较多, 两品种两年对不同生育时
期干旱胁迫的反应基本一致, 故取 2年数据平均值。
采用 Microsoft Excel和 SPS统计软件分析整理所有
数据。
2 结果与分析
2.1 不同生育时期干旱处理对花生叶片保护酶
系统的影响
由图 1-A 看出, 不同生育期干旱处理对花生叶
片 SOD 活性变化趋势无影响。W0 处理下, 两品种
图 1 不同生育时期干旱处理对花生叶片保护酶活性的影响
Fig. 1 Effects of drought stress at different growth stages on protective enzyme activities in peanut leaf
SS: 苗期; FP: 花针期; PS: 结荚期; PF: 饱果期; MS: 成熟期. W0: 对照; W1: 全生育期浇水; W2: 苗期干旱处理; W3: 花针期干旱处
理; W4: 结荚期干旱处理。
SS: seedling stage; FP: flower-pegging stage; PS: podding stage; PF: pod filling stage; MS: maturing stage. W0: control; W1: the whole
growth period watering; W2: the seedling stage drought; W3: flower-pegging stage drought; W4: podding stages drought.
136 作 物 学 报 第 39卷
SOD 活性在苗期均显著升高, 之后迅速下降, 花育
22和花育 25降幅分别为 54.53%和 27.81%, 花育 22
降幅较大且至成熟期均显著低于其他处理, 而花育
25的W0处理与其他处理间差异不显著; 两品种W1
处理的 SOD活性在整个生育期内变幅较小。苗期、
花针期和结荚期干旱初期, SOD 活性均表现升高,
尤以 W3 处理升幅显著, 花育 22 W2、W3、W4 处
理较W1处理分别提高 40.13%、12.41%和 8.26%, 而
花育 25分别为 20.2%、17.91%和 13.03%; 随干旱时
间延长 , 其活性有所降低 , 但两品种降幅不同 , 花
育 22降幅较大且其活性显著低于其他处理, 而花育
25降幅不显著。干旱结束复水后, 两品种 SOD活性
均有所恢复, 花育 25 恢复能力较强, 且整个生育期
内 SOD活性相对较高。
土壤水分状况不影响花生叶片 POD 活性的变
化趋势, 且各干旱处理在结荚期活性差异很小。W0
处理下, 两品种 POD 活性均显著高于 W1 处理, 且
两品种W1处理 POD活性在结荚期后均显著低于其
他处理。苗期干旱下 POD活性未明显升高, 但花针
期干旱令其活性升高明显, 尤以花育 25 升幅较大;
花针期时, 花育 22 和花育 25 W3 处理较 W0、W1
处理分别增加 0.78%和 6.50%、5.28%和 17.00%; 结
荚期干旱并未使干旱处理期内 POD活性明显升高。
生育前期花育 22 POD 活性明显低于花育 25, 至生
育后期, 花育 22显著高于花育 25 (图 1-B)。
叶片CAT活性的变化趋势不受干旱处理时期的
影响, 两品种各干旱处理间差异显著。W0处理前期
CAT活性升高, 后期两品种表现不一致, 花育 22继
续降低且显著低于各处理, 而花育 25 仍表现升高,
表明干旱处理至后期使花育 22 CAT 活性受抑制。
W1处理下, 花育 22活性较高, 而花育 25显著低于
其他处理。苗期干旱对两品种 CAT活性变幅影响不
大, 花针期 CAT 活性明显升高, 花针期至结荚期,
花育 22和花育 25的升幅分别为 40.77%和 41.93%。
结荚期干旱使叶片 CAT 活性有所升高, 但不显著
(图 1-C)。
2.2 不同生育时期干旱处理对花生叶片渗透调
节物质含量变化的影响
从图 2-A 看出, 随生育期推进, 两品种叶片可
溶性糖含量逐渐升高, 至成熟期最大, 结荚期至成
熟期, 花育 22 升幅较大, 尤以 W0 和 W2 处理升幅
明显, 分别为 119.27%和 121.58%, 花育 25 两处理
的升幅分别为 47.65%和 120.56%。两品种 W0 处理
的全生育期内, 其活性明显高于 W1 处理, 但与其
他处理间差异不显著。生育前期, 两品种 W3 处理
均明显低于其他处理, 而至饱果期均显著高于其他
处理; 两品种 W4 处理的可溶性糖含量均处于较低
水平。
干旱处理时期对两品种叶片可溶性蛋白质含量
的变化趋势无明显影响, 各处理可溶性蛋白质含量
在花针期和饱果期均出现一峰值, 在饱果期两品种
均以 W2处理最高, 且花育 25升幅较大。干旱处理
期内, 可溶性蛋白质含量明显升高, 胁迫结束后其
含量随复水而降低。W0处理下, 生育前期两品种可
溶性蛋白质含量明显高于其他处理, 而 W1 处理均
显著低于其他处理。W3 处理使两品种含量显著升
高, 花育 25 升幅较大, 花育 22 和花育 25 的升幅分
别为 30.04%和 112.76%。花育 22叶片可溶性蛋白质
含量明显高于花育 25, 但随生育进程推进, 花育 22
呈降低趋势而花育 25表现升高趋势(图 2-B)。
两品种叶片游离氨基酸含量对干旱处理时期的
响应相同, 均呈渐降的变化趋势。苗期至花针期降
速较大, 之后较小, 且两品种均以W0和W2处理降
幅较大 , 花育 22 和花育 25 降幅分别为 57.99%、
15.10%和 65.34%、26.77%。苗期干旱使叶片游离氨
基酸含量显著高于其他处理, 花针期干旱导致干旱
期内游离氨基酸含量明显降低 , 后期又显著升高 ,
花育 22和花育 25最大升幅分别为 2.25%和 4.64%。
W1 处理并未使游离氨基酸含量明显降低或升高。
游离氨基酸含量的变化主要是对干旱处理的适应反
应, 而对其调节作用不大(图 2-C)。
两品种叶片脯氨酸含量变化趋势因干旱处理时
期的不同略有差异, 主要与苗期干旱与否有关。苗
期干旱致使叶片脯氨酸含量升高 , 尤以花育 25 显
著。之后, 两品种脯氨酸含量的变化因干旱处理时
期的不同表现不同。W0处理下, 两品种脯氨酸含量
均随干旱处理进程显著升高, 花育 25 升幅较大; 饱
果期时花育22和花育 25叶片脯氨酸含量分别是W1
处理的 1.12倍和 1.43倍。干旱处理期内两品种 W2、
W3、W4 处理叶片脯氨酸含量均表现升高, 干旱处
理结束复水后, 其含量降低, 花育 22 均恢复到 W1
处理的水平, 而花育 25高于 W1 (图 2-D)。
2.3 不同生育时期干旱处理对花生叶片膜脂过
氧化作用的影响
图 3 表明, 花生叶片膜脂过氧化程度对干旱处
理的响应一致, W0处理两品种 MDA含量显著升高,
第 1期 张智猛等: 干旱处理迫对花生品种叶片保护酶活性和渗透物质含量的影响 137
随干旱历时延长, 其含量降低, 且因品种、生育时期
的不同其升降幅度不同。苗期至花针期, 花育 22和
花育 25升幅分别为 105.86%、27.10%, 饱果期至成
熟期的降幅分别为 30.83%、–1.33%。干旱处理后, 两
品种 MDA 含量均明显升高, 花针期干旱使花育 22
和花育 25 的升幅分别为 96.93%、41.95%, 结荚期
干旱其升幅分别为 98.02%、53.91%, 表明此期干旱
造成花生生育后期不可逆的膜系统伤害。
图 2 不同生育时期干旱处理下叶片渗透调节物质含量变化
Fig. 2 Changes of osmotic substances contents at different growth stages under drought stress
SS: 可溶性糖; Pr: 可溶性蛋白质; AA: 游离氨基酸; Pro: 脯氨酸。其余缩写同图 1。
SS: soluble sucrose; Pr: soluble protein; AA: free amino acid; Pro: proline. Other abbreviations are the same as given in Fig.1.
138 作 物 学 报 第 39卷
图 3 不同生育时期干旱处理两品种丙二醛含量变化
Fig. 3 Changes of MDA content of two peanut varieties leaf at different growth stages under drought stress
图中缩写同图 1。Abbreviations are the same as given in Fig. 1.
2.4 不同生育时期干旱处理对两品种产量及产
量构成因素的影响
从表 1 可以看出, 各干旱处理对两品种产量及
产量构成因素的影响基本相同, 与全生育期浇水处
理比较, 苗期干旱仅影响两品种的分枝数和双果饱
果数, 而对产量和其余产量构成因素的影响作用不
显著; 全生育期干旱使两品种分枝数、双果饱果数
均显著低于其他处理, 单果饱果数显著低于花针期
干旱; 花针期干旱对两品种单双果秕果数的影响显
著。
不同干旱处理对两品种产量的影响相同, 与全
生育期干旱处理比较均以苗期胁迫的增产幅度最高,
花育 22和花育 25分别增产 16.81%和 37.89%; 全生
育期水分适宜处理下 , 两品种分别增产 15.27%和
28.66%; 花针期和结荚期干旱分别使花育 22和花育
25 增产 11.43%、0.96%和 21.17%、7.44%; 与全生
育期水分适宜比较, 花针期和结荚期干旱分别使两
品种减产 3.33%、12.41%和 5.83%、13.69%。可见, 苗
期适当控制土壤水分可促进叶片保护酶活性、渗透
调节物质含量的提高, 有利于花生植株健壮生长并
最终提高产量, 又利于花生“蹲苗”的实施, 是花生
节水栽培技术的重要措施之一。
3 讨论
3.1 干旱胁迫与保护酶系统
干旱胁迫是影响旱地作物生长发育的主要因子,
逆境胁迫会使细胞内活性氧自由基增加, 导致细胞
遭受氧化危害, 作物需动员整个防御系统抵抗水分
胁迫诱导的氧化伤害, 而清除系统中 SOD、POD和
CAT 的活性高低就成为控制伤害的决定因素[24], 能
表 1 不同生育时期干旱处理对两品种产量及产量构成因素的影响
Table 1 Effects of drought stresses at different growth stages on yield and yield components in two peanut varieties
品种
Variety
干旱胁迫时期
Drought
period
分枝数
Branch number
per plant
双果饱果数
Fruitful
double-pod
per plant
单果饱果数
Fruitful
single-pod
per plant
双果秕果数
Shrunken
double-pod
per plant
单果秕果数
Shrunken
single-pod
per plant
产量
Yield
(kg hm–2)
W0 7.33 b 1.30 c 1.13 b 1.23 b 1.33 b 6756.15 b
W1 9.67 a 2.97 a 1.40 b 1.60 a 1.93 ab 7787.70 a
W2 8.33 b 2.17 b 1.20 b 1.77 a 1.43 b 7892.10 a
W3 7.00 c 2.87 a 2.23 a 1.43 b 2.27 a 7528.20 a
花育 22
Huayu 22
W4 6.33 c 2.07 b 1.13 b 0.93 c 1.53 b 6820.95 b
W0 8.33 b 1.53 c 1.30 c 0.73 c 2.50 ab 6451.65 c
W1 9.33 a 2.23 b 1.47 bc 1.23 b 2.57 a 8301.00 ab
W2 8.67 b 3.33 a 1.67 b 2.07 a 1.83 c 8895.90 a
W3 8.67 b 2.63 b 1.90 a 1.30 b 2.23 b 7817.40 b
花育 25
Huayu 25
W4 9.00 a 2.83 ab 1.70 a 1.10 bc 2.07 bc 6931.65 b
同列标以不同小写字母的值差异达 5%显著水平。表中缩写同图 1。
Values followed by different letters in the same column are significantly different at 0.05 probability level. Abbreviations are the same
as given in Fig. 1.
第 1期 张智猛等: 干旱处理迫对花生品种叶片保护酶活性和渗透物质含量的影响 139
较好地反映植物对逆境的适应能力[3,25-26]。
细胞中 SOD、POD、CAT活性和 MDA含量变
化与作物的抗旱性强弱有关, 且作物对逆境胁迫的
敏感性因类型、品种、生育期不同而有很大差异。
抗旱性强的品种在逆境条件下保护酶活性能维持在
较高的水平, 有利于清除自由基降低膜脂过氧化水
平, 减轻膜伤害程度[6,26-29]。本试验结果表明, 花生
叶片保护酶系活性的变化受土壤水分状况的影响 ,
干旱处理初期, 叶片 SOD、POD、CAT 等保护酶活
性明显升高, 随胁迫历时延长, 不同品种、不同酶类
型的表现不同, 花育 22叶片 SOD、CAT降低且显著
低于其他处理, 花育 25 则表现继续升高的趋势; 两
品种 POD活性对水分胁迫的响应较弱, 其对干旱胁
迫适应性较强而调节能力次于 SOD和 CAT。无胁迫
条件下, 叶片保护酶活性明显低于胁迫处理且无剧
烈升高或降低。各生育时期胁迫结束后 SOD、CAT
活性升高, 尤以花针期胁迫致其活性升幅较大。可
见花针期是花生对水分反应的敏感期, 也是花生需
水的临界期, 此期土壤水分状况对花生叶片保护酶
活性影响较大, 进而影响花生叶片的光合作用以及
物质合成与运输, 最终制约产量的提高。
花生苗期干旱, 其叶片保护酶系活性与全生育
期干旱胁迫二者的变化趋势相同且活性相近, 二者
间无显著差异, 其活性和 MDA 含量上升幅度均较
小, 仅影响生育前期花生抗氧化酶和渗透调节系统,
对生育后期无影响。这与以往关于苗期干旱对生理
生化指标的作用提前于植株形态指标, 有助于提高
花生水分利用效率的研究结果一致[14]。花育 22受膜
脂过氧化伤害的程度较严重。即表明苗期缺水造成
的伤害相对其他生育期胁迫较小, 花生生长前期耐
旱性很强, 苗期适当控制土壤水分有利于花生植株
健壮生长和产量提高 , 有利于花生“蹲苗”的实施 ,
是花生节水栽培技术的一项重要措施[1-13,16-17]。
花针期和结荚期是花生营养生长与生殖生长进
入旺盛阶段, 尤以花针期对水分较为敏感, 此期受
到水分胁迫, 复水后尽管根冠生长均有恢复, 但很
难超过正常生长状况。若通过轻微水分胁迫再复水
以促进生长来提高水分利用率 , 也要避开花针期 ,
否则造成的后果日后难以弥补[10,12-13]。本试验结果
表明, 花针期胁迫可明显提高抗氧化酶活性的升幅,
降低 MDA含量。此期是花生需水敏感期, 水分亏缺
时必须通过灌水来调节体内代谢的平衡, 达到高产
高效。结荚期是籽仁充实饱满关键时期, 也是需水
和耗水量较大时期。试验结果表明, 此期灌水并不
造成叶片保护酶、渗透调节物质含量的降低和 MDA
含量的升高, 反而略有上升或降低。但此期水分不
足 , 光合产物积累降低 , 产量损失严重 , 一般能减
产 80%左右。此期不能耐受水分胁迫, 如此期遇旱,
应尽力灌溉, 生产上不应忽视。
3.2 干旱胁迫与渗透调节作用
渗透调节是植物对干旱胁迫产生的保护性反应
的一个重要生理机制, 也是其抵御逆境胁迫的一种
重要方式[4,8,27-28]。研究表明, 作物在干旱胁迫下积
累大量的渗透调节物质, 从而保证组织水势逐步下
降时细胞膨压得以尽量维持, 保证生理代谢活动的
正常进行, 它是植物适应干旱, 防止细胞和组织脱
水, 提高水分利用率最重要的生理机制之一。不同
植物对逆境的反应不同, 因而细胞内累积的渗透调
节物质亦不同[4,7,27,30]。本试验条件下, 叶片中可溶
性蛋白质和游离氨基酸含量随水分胁迫时间和强度
的增加而降低, 可溶性糖含量升高; 全生育期水分
供应充足时, 叶片中渗透调节物质含量较低且变幅
较小。苗期和花针期干旱胁迫下, 叶片中可溶性蛋
白质、游离氨基酸和可溶性糖等渗透调节物质含量
明显升高, 但因品种和渗透调节物质类型的不同造
成胁迫时期渗透调节能力的差异。可溶性糖、可溶
性蛋白质和游离氨基酸充分发挥了降低水势的作用,
防止了细胞质过度脱水, 其渗透调节的作用明显。
各渗透调节物质增加的相对幅度为可溶性蛋白质>
可溶性糖>游离氨基酸>脯氨酸, 这与蔡昆争等[31]关
于水稻渗透调节物质调节能力大小结果一致。不同
干旱胁迫处理渗透调节能力为花针期>结荚期>苗
期。反映了花生不同生育时期对水分胁迫渗透调节
能力的差异和渗透调节物质相对贡献率的差异, 表
明花生通过渗透调节适应干旱的生理机制。
脯氨酸是水溶性最大的氨基酸, 在干旱条件下,
植物常通过在细胞内主动积累脯氨酸等渗透调节物
质降低其渗透势 , 被认为是有效的渗透调节物质 ,
有助于植物细胞或组织的持水能力以增加植物抗旱
性。尽管对脯氨酸与水分胁迫之间的关系仍有争论,
但脯氨酸作为渗透调节物质对活性氧的产生和清除
确有一定的影响[3]。花生叶片中游离脯氨酸含量变
化对土壤水分胁迫的反应因品种的不同而不同, 全
生育期水分胁迫并未使花育 22 游离脯氨酸含量明
显升高, 但花育 25则显著升高, 花育 25更具抗旱性;
同时, 在全生育期充分供水条件下, 两品种叶片游
140 作 物 学 报 第 39卷
离脯氨酸含量始终保持较低水平和较小变幅。表明
游离脯氨酸在花生叶片中的累积除基因型差异外还
受干旱胁迫的影响, 脯氨酸积累可降低叶片水势、
减少组织或细胞由于脱水造成的伤害, 增强花生的
抗旱能力。
4 结论
不同生育时期干旱对花生叶片保护酶活性、渗
透调节物质含量和膜脂过氧化程度的影响效应不同,
花针期干旱使 SOD 和 CAT 主要保护酶活性、可溶
性糖、可溶性蛋白质、游离氨基酸等渗透调节物质
含量和膜脂过氧化水平明显升高, 苗期干旱对生育
后期保护酶及渗透调节能力的影响较小。干旱处理
历时和强度影响花生抗氧化系统和渗透调节物质含
量的变化。干旱初期, SOD、CAT、可溶性糖、可溶
性蛋白质、游离氨基酸、脯氨酸含量显著升高, 但
随干旱处理进行, 其活性明显降低, 保护酶活性与
渗透调节物质降低的时间基本同步; 但 POD活性对
干旱的响应较弱。花生叶片各渗透调节物质调节能
力为可溶性蛋白质>可溶性糖>游离氨基酸>脯氨酸,
同时表现为花针期>结荚期>苗期, 花育 25抗旱能力
相对较强。花针期和结荚期干旱使花生平均减产
4.58%和 13.05%。
References
[1] Shan L(山仑). Development trend of dryland farming technolo-
gies. Sci Agric Sin (中国农业科学), 2002, 35(7): 848–855 (in
Chinese with English abstract)
[2] Smirnoff N. The role of oxygen in the response of plants to water
deficit and desiccation. New Phytol, 1993, 125, 27–58
[3] Li X(李霞), Jiao D-M(焦德茂), Dai C-C(戴传超). The response
to photooxidation in leaves of PEPC transgenic rice plant (Oryza
sativa L.). Acta Agron Sin (作物学报), 2005, 31(4): 10–15 (in
Chinese with English abstract)
[4] Wang J(王娟), Li D-Q(李德全). The accumulation of plant
osmoticum and activated oxygen metabolism under stress. Chin
Bull Bot (植物学通报), 2001, 18(4): 459–465 (in Chinese with
English abstract)
[5] Chaves M M, Oliveira M M. Mechanisms underlying plant resi-
lience to water deficits: prospects for water-saving agriculture. J
Exp Bot, 2005, 55: 2365–2384
[6] Chen S-F(陈善福), Shu Q-Y(舒庆尧). Biological mechanism of
and genetic engineering for drought stress tolerance in plants.
Chin Bull Bot (植物学通报), 1999, 16(5): 555–560 (in Chinese
with English abstract)
[7] Tang Z-C(汤章城). Proline accumulation in plants under stress
conditions and its possible significance. Plant Physiol Commun
(植物生理学通讯), 1984, (1): 15–21 (in Chinese)
[8] Boyer I S. Plant productivity and environment. Science, 1982,
218: 443–448
[9] Chowdhury R S, Choudhuri M A. Hydrogen peroxide metabo-
lism as index of water stress tolerance in jute. Physiol Plant,
1985, 65: 503–507
[10] Jiang H-F(姜慧芳), Ren X-P(任小平). The effect on SOD acti-
vity and protein content in groundnut leaves by drought stress.
Acta Agron Sin (作物学报), 2004, 30(2): 169–174 (in Chinese
with English abstract)
[11] Zhang Z-M(张智猛), Dai L-X(戴良香), Ding H(丁红), Chen
D-X(陈殿绪), Yang W-Q(杨伟强), Song W-W(宋文武), Wan
S-B(万书波). Identification and evaluation of drought stress in
different peanut cultivars widely released in North China. Acta
Agron Sin (作物学报), 2012, 38(3): 495–504 (in Chinese with
English abstract)
[12] Luo Y-N(罗瑶年), Yao J-P(姚君平), Yang X-D(杨新道), Song
M-T(宋满堂). Study on the critical content of soil moisture in
seedling stage and flowering period of peanut. J Peanut Sci (花
生科技), 1981, (4): 17–21 (in Chinese)
[13] Yao J-P(姚君平), Luo Y-N(罗瑶年), Yang X-D(杨新道). Study
on the critical content of soil moisture in fruiting period and
fruiting period of peanut. J Peanut Sci (花生科技), 1981, (3):
21–26 (in Chinese)
[14] Amalo K, Chen G X, Asade K. Separate assays specific for
ascorbate peroxidase and guaiacol peroxidase and for the chloro-
plastic and cytosolic isozymes of ascorbate peroxidase implants.
Plant Cell Physiol, 1994, 35: 497–504
[15] Xue H-Q(薛慧勤), Sun L-Z(孙兰珍). Effect of water stress on
physiological character in different drought resistant peanut
varietie. Agric Res Arid Areas (干旱地区农业研究), 1997, 15(4):
82–86 (in Chinese with English abstract)
[16] Xue H-Q(薛慧勤), Sun L-Z(孙兰珍), Gan X-M(甘信民). Study
on comprehensive assessment and mechanism of drought resis-
tance in peanut cultivars. Agric Res Arid Areas (干旱地区农业
研究), 1999, 17(4): 82–85 (in Chinese with English abstract)
[17] Li J-Q(李俊庆), Rui W-L(芮文利), Qi M-Z(齐敏忠), Zhu
H-X(朱红霞), Yang D-C(杨德才). Effect of water stress on
morphological development and biology character of different
peanut cultivars. Chin J Agrometeorol (中国农业气象), 1996,
7(1): 11–13 (in Chinese with English abstract)
[18] Ni Y-B(倪艳波), Yan M-M(闫苗苗), Wei G-C(魏光成), Zhang
第 1期 张智猛等: 干旱处理迫对花生品种叶片保护酶活性和渗透物质含量的影响 141
J-H(张家浩). Changes of partial physiological indexes of peanut
under water stress. J Anhui Agric Sci (安徽农业科学), 2007,
35(34): 11004–11005 (in Chinese with English abstract)
[19] Song F-B(宋风斌), Dai J-Y(戴俊英). Effects of water stress on
the activities of active oxygen exterminating enzymes of leaf. J
Jilin Agric Univ (吉林农业大学学报), 1995, 17(3): 9–15 (in
Chinese with English abstract)
[20] Smimoff N. Plant resistance to environmental stress. Curr Opi-
nion Biotechnol, 1998, 9: 214–219
[21] Stewartgr D. Esiccation injury, anhydro biosisand survival. In:
Jones H G, Flowers T J, Jones M, eds. Plants under Stress. Gam-
bridge, UK: Cambridge University Press, 1989. pp 115–130
[22] Li H-S(李合生). Experimental Principles and Techniques of
Plant Physiology and Biological Chemistry (植物生理生化实验
原理和技术). Beijing: Higher Education Press, 2000 (in Chi-
nese)
[23] Zhang X-Z(张宪政), Chen F-Y(陈凤玉), Wang Y-F(王荣富).
Plant Physiological Experimental Technology. Shenyang:
Liaoning Science and Technology Press, 1994 (in Chinese)
[24] Jiang Y, Huang B. Drought and heat stress injury to two cool
season turf grasses in relation to antioxidant metabolism and lipid
peroxidation. Crop Sci, 2001, 41: 436–442
[25] Sun Y-R(孙一荣), Zhu J-J(朱教君), Kang H-Z(康宏樟). Effects
of soil water condition on membrane lipid peroxidation and pro-
tective enzyme activities of Pinus sylvestris var. mongolica seed-
lings. Chin J Ecol (生态学杂志), 2008, 27(5): 729–734 (in Chi-
nese with English abstract)
[26] Cao H(曹慧), Han Z-H(韩振海), Xu X-F(许雪峰). Mem-
brane lipid peroxidation damage effect of chlorophyll degra-
dation in malus seedlings under water stress. Sei Agric Sin
(中国农业科学), 2003, 36(10): 1191–1195 (in Chinese with
English abstract)
[27] Chen S-Y(陈少裕 ). Membrane-lipid peroxidation and plant
stress. Chin Bull Bot (植物学通报), 1989, 6(4): 211–217 (in
Chinese with English abstract)
[28] Cabuslay G S, Ito O, Alejar A A. Physiological evaluation of re-
sponses of rice to water deficit. Plant Sci, 2002, 163: 815–827
[29] Li G-M(李广敏), Tang L-S(唐连顺), Shang Z-Q(商振清), Chi
S-M(池书敏). Effect of osmotic stress on protective enzyme sys-
tems in maize seedlings and their relationship to drought resis-
tance. J Agric Univ Hebei (河北农业大学学报), 1994, 17(2):
1–5 (in Chines with English abstract)
[30] Akcay U C, Ercan O, Kavas M, Yildiz L, Yilmaz C, Oktem H A,
Yucel M. Drought-induced oxidative damage and antioxidant re-
sponses in peanut (Arachis hypogaea L.) seedlings. Plant Growth
Regul, 2010, 61: 21–28
[31] Cai K-Z(蔡昆争), Wu X-Z(吴学祝), Luo S-M(骆世明). Effects
of water stress on osmolytes at different growth stages in rice
leaves and roots. J Plant Ecol (植物生态学报), 2008, 32(2):
491–500 (in Chinese with English abstract)