柑橘对水分胁迫反应特点及探究方向

1、柑橘对水分胁迫反应特点及探究方向摘要：总结和概括了柑橘对水分胁迫的生物学和生理学反 应特点，并对这些反应特点进行分析。同时，就柑橘对水分 胁迫信号的识别与转导作了一定的阐述，在此基础上提出了 今后柑橘在水分胁迫下的研究方向，为进一步深化柑橘抗旱 机理研究以及节水灌溉奠定基础。关键词：柑橘；水分胁迫；研究方向中图分类号：s666文献标识码：a doi编码：10.3969/j.issn.1006-6500. 2012. 06. 002柑橘是世界第一大果树品种，其种植面积和产量均居世 界首位。柑橘是第三大贸易农产品1,全球有135个国家 和地区生产柑橘，有40多个国家主产柑橘。我国是世界柑 橘生产与

2、贸易大国2。2004年我国柑橘的种植面积为 163x104 hm2,居世界第1位；柑橘产量为1 495.8x104 t, 首次超过美国，仅次于巴西，成为世界第二大柑橘生产国 3。近年来，我国柑橘产业品种区域化栽培和生产管理水 平明显提高，柑橘品种有所改善，但受自然条件、管理水平 的限制，与世界先进水平相比仍有一定差距，其中，水分是 影响柑橘优质高产最重要的生态因子之一。由于柑橘主产区 大多分布在我国南方红壤丘陵农业生态区，区域50%以上的 土地为低丘岗地类型，在8-10月份即柑橘果实膨大期，容 易受季节性干旱的影响，加之其立地条件远不如一般农作 物，其生长发育进程中更易受水分逆境的影响。因此，

3、研究 柑橘对水分胁迫的反应特点和抗旱机理，可提高其水分利用 率和利用效率，有利于发展节水、优质、高产、高效型果业 4,从而获得较好的果品产量和质量。1柑橘对水分胁迫的生物学反应1. 1叶片叶片是柑橘对水分胁迫反应最敏感的器官。在水分胁迫 条件下，叶片的生理响应主要是更有利于其保水和提高水分 利用率5,柑橘叶片在水分胁迫处理4 h以后，形态特征 上表现出较为明显的卷曲症状，随着逆境胁迫时间的延长， 其抗逆能力逐渐下降，导致叶片水分散失速度大大加快，并 对生长发育产生不可逆损伤6。在水分胁迫条件下，叶片 细胞与叶绿体超微结构会发生变化，轻度水分胁迫大部分细 胞没有质壁分离，叶绿体基粒片层略有扭曲，

4、排列开始紊乱; 中度水分胁迫大部分细胞质壁分离，叶绿体基粒片层排列发 生变化，基粒片层之间的连接出现断裂，类囊体内腔膨大； 重度水分胁迫绝大部分细胞质壁分离，叶绿体形状发生变 化，基粒片层结构破坏，排列紊乱7。1.2根根是柑橘吸收水分的主要器官。在水分胁迫下，柑橘根 系的超微结构会发生明显变化。中、轻度水分胁迫使根系外 表皮遭受破坏，细胞形状发生变化，内质电子致密程度下降, 质壁轻微分离；在重度水分胁迫下，绝大部分细胞结构被破 坏，大部分细胞器被破坏溶解8。这些变化都是根系适应 水分逆境，增强抗性的主动响应。1.3枝干枝是柑橘长叶和结果的部位，干则是中枢，都起着极为 重要的作用。柑橘种类不同其

5、枝干向量的生长也不同，对水 分胁迫的反应不一样，抗旱性强的香橙受抑制的程度明显 小，抗旱性弱的化州橙受抑制程度最大，抗旱性中等的构头 橙和文旦柚生长受抑制程度居中。水分亏缺抑制生长，是由 于干旱抑制了细胞分裂，促使枝梢提早老熟而停止生长的结 果。1.4果实在生产实践中发现，柑橘在幼果形成期遭受水分胁迫可 引起严重落果，在果实迅速生长的后期遭受水分胁迫可显著 减小果实的单果质量而减产。因此，果实迅速生长期至成熟 前是柑橘果实品质对水分胁迫反应的敏感时期。研究表明 10,柑橘砂囊膨大早期，水分胁迫并未引起果皮中p0d活 性提高及共价键壁结合结构蛋白在质与量上的明显改变，显 示pod介导的细胞壁硬化

6、未被激活，而氨基酸组成中最明显 的变化是脯氨酸(pro)比率大幅提高。在果实发育成熟期, 果皮细胞壁代谢相关水解酶、果胶酶、纤维素酶、果胶甲酯 酶的活性随着水分胁迫的加强而增加，多酚氧化酶活性与果 胶酶活性变化趋势相反，果皮细胞壁代谢相关成分离子结合 型果胶、共价结合型果胶、半纤维素、纤维素的含量随着水 分胁迫的加强而降低，水溶性果胶含量随着水分胁迫的加强 而增加，果皮细胞壁超微结构随着水分胁迫的加强而加速解 体11。2柑橘对水分胁迫的生理学反应2. 1气孔反应气孔是柑橘叶片水分蒸发和进行光合作用所需c02进入 的门户，是气体交换的场所。在水分胁迫下，控制气孔开闭 的决定性因素就由光照和c02

7、转而成为水分。气孔对水分胁 迫的反应有前馈式反应和反馈式反应。前馈式反应指空气湿 度下降引起气孔关闭，可以自动阻止叶水势的下降，因而也 称“预警系统”，反馈式反应指叶水势低于临界值而引起的 气孔关闭，如水分胁迫引起aba累积，从而促使气孔关闭。 引起柑橘气孔关闭的叶水势临界值为t. 4-1.7 mpa。 柑橘砧木的气孔密度与其抗旱性成正相关，气孔的大小与砧 木的抗旱力成负相关，而气孔大小与气孔密度呈负相关，因 此，气孔密度可以用作柑橘抗旱性鉴定，而气孔大小可以作 为辅助指标13 o2.2光合作用柑橘叶片中光合色素的含量直接影响其光合能力。聂磊 等14报道，柚树叶片的叶绿素荧光参数中光系统ii光

8、化学 原初效率（fv/fm）、光系统ii电子传递量子效率（qpsii） 和光化学猝灭（qp）下降，非光化学猝灭（npq）和热能耗 散系数（kd）升高，显示膜系统和psii是水分胁迫的主要抑 制位点。同时，光合作用是柑橘生长发育等的基础，而且光 合特性通常作为评估柑桔高产和适应性的重要指标。水不仅 是柑橘生长的重要影响因素，也是光合作用的主要原料之 -o光合作用会因低土壤含水量或低空气湿度而降低 15-16 o水分胁迫抑制果树的光合作用，使光合速率下降。 这种影响分为气孔因素和非气孔因素，柑橘在轻度水分胁迫 与这两种因素有关，而中度、严重水分胁迫条件下光合受抑 主要来自非气孔性限制17。2.3氮

9、代谢 在水分胁迫下，果树通过积累一定量 的溶质，降低体内的水势来维持体内的水分平衡。这些物质 包括含氮化合物（如脯氨酸、其它氨基酸和多胺等）和含轻 基化合物（如蔗糖、多元醇和寡糖等）18。多胺和脯氨酸 是生物体氮代谢过程中产生的具有生物活性的次生代谢物 质，多胺是生物体氮代谢过程中产生的一类具有生物活性的 低分子量脂肪族含氮碱，主要包括腐胺、亚精胺和精胺。多 胺参与植物生长发育的多种生理生化过程，参与膜稳定性、 自由基的清除、渗透调节19和矿质营养等的调控，在植物 对环境胁迫的适应中起保护作用20 o而脯氨酸是植物体内 分布最为广泛的渗透调节物质，在水分胁迫下迅速积累 21。不同抗旱性的柑橘种

10、类，脯氨酸升高的幅度差异明显, 如香橙构头橙化州橙9。柑橘叶片pro在水分胁迫时产 生积累的机理可能是与水分胁迫导致气孔导度降低有关。因 为在水分过高或过低的条件下，直接影响了柑橘叶片气孔的 开闭，使叶肉细胞与气孔外的气体交流产生阻碍，进入叶肉 细胞的氧气量减少，使pro降解减少，促进了 pro积累量增 加4 o2.4碳水化合物代谢水分胁迫下易引起碳水化合物代谢增强。柑橘果实总糖 含量、果实可滴定酸含量与土壤相对含水量的关系呈线性显 著负相关，柑橘中可滴定酸有着良好缓冲性，适当的控制土 壤水分含量，可提高果实总酸的含量，而且不会造成果实ph 值的显著升高，能提高柑橘果实的适口性4°t

11、reeby等22 研究不同的灌溉量对脐橙品质的影响，认为通过适度控水和 选择不同砧木可以调控柑橘果实中柠檬酸的含量，提高脐橙 品质。2. 5内源激素果树遭受水分胁迫后，体内激素总的变化趋势是促进生 长的激素减少而延缓或抑制生长的激素增多。水分胁迫下， 研究较多的内源激素是aba。aba是根-梢水分胁迫传递的信 号物质。水分胁迫促使木质部汁液中aba浓度增加或叶片中 的aba含量增加。aba的生理作用主要在于促进叶片气孔关 闭，阻止叶水势下降，提高转化酶活性，促进蔗糖向单糖转 化和脯氨酸的积累，从而提高细胞的渗透调节能力23。茉 莉酸(jasmonic acid, ja)是脂肪酸的衍生物。能诱导

12、多 种次生代谢物的合成，具有诱导气孔关闭、抑制rubisco生 物合成、影响植物对n和p的吸收以及有机物的运输等的生 理功能。同时，ja是诱导抗性基因表达的信号分子，在水分 胁迫下，植物通过ja的信息传递可有效地调整水分关系， 使植物对环境水分胁迫作出积极、主动的反应24。2. 6活性氧代谢水分胁迫下，植物叶片固定c02的速率由于气孔的关闭 而大大降低，但其光合电子传递仍保持较高的速率，导致电 子传递链组分的过度减少，从而使电子更易传递到02,使 02大量减少，导致h202、02-的积累。活性氧中的-0h能直 接启动膜脂过氧化的自由基链式反应，反应产生的脂质过氧 化物继续分解形成低级氧化产物如

13、丙二醛(mda)等。使细 胞膜流动性下降，膜功能受到伤害，膜透性增加，导致果树 的生长受到损害。活性氧及mda含量增加是目前已知的水分 胁迫对果树伤害的主要生理响应特征。柑橘叶片丙二醛 (mda)含量随土壤水分含量的减少而显著增加，并且与土 壤水分相对含量呈显著负相关，h202含量与02-生成速率具 有相近的变化曲线，但与土壤水分相对含量不相关，而与柑橘根系和叶片的铁含量显著相关4。3柑橘对水分胁迫信号的识别与转导目前，关于植物细胞如何感知周围环境水分胁迫的生理 机制有两种观点。一种观点为，细胞失水引起膨压变化，膨 压变化是细胞感知水分胁迫的原因；另一种观点为，水分胁 迫作用于跨膜受体蛋白，受

14、体蛋白的活性发生变化，从而将 信号传递到细胞内部。膨压降低引起的跨质膜渗透势的变化 可能是水分胁迫反应在分子水平的一种主要触发器。然而， 一些研究发现细胞内并不存在膨压感应器，而可能存在渗透 感应器。双组分系统是细胞中广泛存在的渗透感应器，由envz和ompr两种蛋白组成。envz是一种组氨酸激酶，在高 渗环境下能发生自身磷酸化，起感应器的作用；ompr是反应 调节器，含有天冬氨酸残基，能接受来自envz的磷而被磷酸化，磷酸化的ompr可作为转录因子而将来自envz的信号输出25。但目前在高等植物中尚未找到典型的渗透感应器。胞内信号转导需要经过第二信使和蛋白磷酸化过程。钙 离子是最受注目的第二

15、信使，激素、病原激发子、机械胁迫、 冷冻等环境信号均能引起胞内钙离子浓度升高。虽然还未见 到水分胁迫影响胞内钙的专门报道，但水分胁迫下细胞膨压 发生变化，而钙离子是参与膨压调节的26,同时，蛋白磷 酸酶在信号转导中与蛋白激酶同样重要，但这方面的研究还 很少。4研究方向利用柑橘对水分胁迫的反应特点进行节水灌溉技术的 研究。目前，国内外关于水分胁迫对果树的生长、产量及品 质等方面的影响有许多报道，但很多结果都表明水分胁迫对 果树的负面影响。而在生产实践中发现，适度的水分胁迫对 柑橘生产是大有好处的，能够提高柑橘水分利用率和利用效 率，抑制旺长，促进成花，增大果个，提早成熟，改善品质。 柑橘在年生长

16、周期中需水的关键期是果实细胞分裂期和迅 速生长后期，因而，除两个时期之外，在柑橘生产实践中对 水分胁迫反应不敏感时期进行节水灌溉是可行的。利用柑橘对水分胁迫的反应特点从分子生物学水平上 进行信号传递的研究。如柑橘到底是如何感知外界水分胁迫 的信号，这一信号在细胞内又是经过哪些途径进行传递，水 分胁迫又是怎样诱导细胞产生应答基因等，目前很不清楚。从不同种的水平上研究水分胁迫的差异性。不同的柑橘 品种以及同一品种在不同的土壤和气候条件下对水分胁迫 反应存在差异，不同的品种和砧穗组合对不同程度的水分胁 迫的反应也有差异，但造成差异的内在原因需要从分子生物 学水平上进行揭示。柠檬酸代谢是柑橘果实有机酸

17、积累中最主要的环节。在 水分胁迫下，研究柑橘果实柠檬酸代谢的机理可为调控柑橘 果实柠檬酸的含量提高果实品质提供科学依据。 参考文献:1 陈仕俏，赵文红，白卫东我国柑橘的发展现状与 展望j农产品加工，2008 (3)： 21-24.2 何劲，祁春节.中外柑橘产业发展模式的比较与借 鉴j经济纵横,2010 (2)： 110-113.3 王川.中国柑橘生产与消费现状分析j.农业展望，2006(1)：8-12.4 周静.红壤水分条件对柑橘生理生态要素影响及 其作用机理研究d.南京：南京农业大学，2002.5 almansa m s, hernandez j a, jimenez a, et al. e

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