李軍等
摘要:采用盆栽控水法,對洛陽紅、烏龍捧盛2個牡丹品種進行逐漸干旱及復(fù)水處理,研究牡丹葉片抗氧化保護酶活性的變化。結(jié)果表明,隨著土壤相對含水量的逐漸降低,洛陽紅、烏龍捧盛葉片的SOD活性均呈先上升后下降趨勢。洛陽紅、烏龍捧盛葉片的POD活性均隨著干旱脅迫程度的增加呈逐漸升高趨勢。隨著干旱脅迫程度的增加,洛陽紅、烏龍捧盛葉片的CAT活性均呈先上升后下降趨勢。洛陽紅葉片SOD活性與POD活性間存在顯著正相關(guān),SOD活性與CAT活性間存在極顯著正相關(guān),POD活性與CAT活性間相關(guān)性不顯著。烏龍捧盛葉片SOD活性與POD活性間存在顯著正相關(guān),SOD活性與CAT活性、POD活性與CAT活性間相關(guān)性不顯著。
關(guān)鍵詞:牡丹;逐漸干旱;復(fù)水;保護酶
中圖分類號: S685.110.1;Q945.78文獻標志碼: A文章編號:1002-1302(2014)10-0156-02
收稿日期:2013-12-25
基金項目:國家自然科學(xué)基金(編號:31200468)。
作者簡介:李軍(1987—),河南信陽人,碩士研究生,研究方向為植物生理生態(tài)學(xué)。E-mail:LEEJUN19870824@163.com。
通信作者:孔祥生,教授,主要從事植物生理生態(tài)研究。E-mail:kxsh55@163.com。牡丹花朵碩大、色彩艷麗,具有很高的觀賞價值[1-3],此外,牡丹皮具有較高藥用價值,牡丹籽油具有高食用價值,牡丹精油具有高商品價值[4]。然而,水分不足會影響牡丹的正常生長發(fā)育,進而影響牡丹的價值[5]。植物在代謝過程中一部分氧分子不可避免地被還原為活性氧,包括超氧陰離子自由基、羥自由基、單線態(tài)氧、過氧化氫等[6]。當(dāng)植物遭受到逆境脅迫時,活性氧的產(chǎn)生速度會加快。超氧化物歧化酶(SOD)、過氧化物酶(POD)、過氧化氫酶(CAT)是植物體內(nèi)抵御活性氧毒害的重要抗氧化保護酶系統(tǒng)[7]。筆者對牡丹干旱脅迫過程中及復(fù)水后保護酶活性變化進行研究,探索牡丹抵御干旱脅迫的機制,旨在為開發(fā)利用牡丹資源提供依據(jù)。
1材料與方法
1.1材料
牡丹品種洛陽紅、烏龍捧盛均由河南省洛陽市中國洛陽國家牡丹基因庫提供,株齡均為4年生。2012年10月,選取生長健壯、長勢均一的洛陽紅、烏龍捧盛各10株,移栽裝盆,每盆1株,塑料盆直徑 28 cm,高23 cm,土壤為洛陽市郊大田肥沃土壤。裝盆后正常水分管理。2013年5月,干旱處理前10 d,每天用稱重法補水,確保土壤相對含水量為80%,之后停止?jié)菜?,自然干旱。停止?jié)菜竺刻烊?次,測定葉片保護酶活性,同時用稱重法計算土壤相對含水量,待大部分葉片萎蔫時復(fù)水。2013年5月10日開始試驗,5月11日土壤相對含水量下降至70%(輕度干旱),5月12日下降至58%(輕度干旱),5月13日下降至46%(中度干旱),5月14日下降至35%(重度干旱),5月15日下降至26%(重度干旱),5月17日復(fù)水至土壤相對含水量為80%,控水1 d后(5月18日)再取樣1次。取樣時自上向下選取枝條第3至4張葉,每次測定重復(fù)3次。
1.2方法
采用氮藍四唑光還原法[8]測定SOD活性,采用愈創(chuàng)木酚法[8]測定POD活性,采用紫外吸收法[9]測定CAT活性。
1.3數(shù)據(jù)處理
用SPSS 13.0軟件進行方差分析,用皮爾遜相關(guān)系數(shù)法統(tǒng)計保護酶活性的相關(guān)性。
2結(jié)果與分析
2.1干旱脅迫對牡丹葉片SOD活性的影響
由圖1可知,隨著土壤相對含水量的逐漸降低,洛陽紅、烏龍捧盛的SOD活性均呈先上升后下降趨勢。當(dāng)土壤相對含水量為35%時(重度干旱),2種牡丹葉片SOD活性均達最高水平,此時洛陽紅葉片SOD活性比對照高47.18%,烏龍捧盛比對照高34.95%,差異均達顯著水平。當(dāng)土壤相對含水量為26% (重度干旱)時,2種牡丹葉片SOD活性均下降。復(fù)水后,2種牡丹葉片SOD活性均低于重度干旱脅迫(土壤相對含水量為26%)。
2.2干旱脅迫對牡丹葉片POD活性的影響
由圖2可知,洛陽紅、烏龍捧盛葉片的POD活性均隨著干旱脅迫程度的增加呈逐漸升高趨勢。當(dāng)土壤相對含水量為26%時(重度干旱脅迫),2種牡丹葉片的POD活性均達最高,洛陽紅比對照高66.66%,烏龍捧盛比對照高7958%,差異均達顯著水平。復(fù)水后,相比于重度干旱脅迫(土壤相對含水量為26%),2種牡丹葉片的POD活性均有所降低,且差異均達顯著水平。
2.3干旱脅迫對牡丹葉片CAT活性的影響
由圖3可知,隨著干旱脅迫程度的增加,洛陽紅、烏龍捧盛葉片的CAT活性均呈先上升后下降趨勢。當(dāng)土壤相對含水量為46%時(中度干旱脅迫),2種牡丹葉片的CAT活性均最大。當(dāng)土壤相對含水量為35%時 (重度干旱脅迫),與中度干旱脅迫相比,洛陽紅葉片的CAT活性下降但差異不顯著,烏龍捧盛葉片的CAT活性下降且差異顯著。復(fù)水后,與重度干旱脅迫(土壤相對含水量為26%)相比,2種牡丹葉片的CAT活性有所下降,且差異均顯著。
2.4牡丹葉片抗氧化保護酶活性間的相關(guān)性分析
由表1、表2可知,洛陽紅SOD活性與POD活性間存在顯著正相關(guān),SOD活性與CAT活性間存在極顯著正相關(guān),POD活性與CAT活性間相關(guān)性不顯著。烏龍捧盛SOD活性與POD活性間存在顯著正相關(guān),SOD活性與CAT活性、POD活性與CAT活性間相關(guān)性不顯著。由此可知,牡丹在遭受干旱脅迫后,3種保護酶之間存在內(nèi)在聯(lián)系及協(xié)同作用,以更好地清除活性氧,減少對細胞的傷害。
表1洛陽紅葉片3種抗氧化酶間的相關(guān)系數(shù)
指標相關(guān)系數(shù)SOD 活性POD活性CAT活性SOD活性1.000POD活性0.821*1.000CAT活性0.906**0.7461.000注:“*”“**”分別表示顯著相關(guān)、極顯著相關(guān)。表2同。
3結(jié)論與討論
SOD、POD、CAT是植物細胞內(nèi)抵御活性氧毒害的重要保護酶系統(tǒng),它們具有清除超氧陰離子自由基、過氧化氫、羥自
表2烏龍捧盛葉片3種抗氧化酶間的相關(guān)系數(shù)
指標相關(guān)系數(shù)SOD活性POD活性CAT活性SOD活性1.000POD活性0.792*1.000CAT活性0.6040.6501.000
由基等功能[10]。SOD能催化毒性較強的超氧陰離子自由基發(fā)生歧化反應(yīng),生成毒性較弱的H2O2、氧分子,H2O2由POD、CAT 2種酶清除[6]。當(dāng)水分充足時,牡丹葉片內(nèi)活性氧的產(chǎn)生與清除處于動態(tài)平衡;當(dāng)水分不足時,動態(tài)平衡被打破,活性氧積累[11]?;钚匝跖c細胞內(nèi)的成分很容易發(fā)生反應(yīng),能夠直接或間接啟動膜脂過氧化反應(yīng),破壞磷脂雙分子層,傷害細胞膜系統(tǒng),導(dǎo)致細胞損傷甚至死亡[10]。隨著干旱脅迫程度的加劇,洛陽紅、烏龍捧盛葉片的SOD活性均呈先升高后下降趨勢,這與前人關(guān)于白樺(Betula platyphylla)[7]、馬鈴薯(Solanum tuberosum)[12]、甘草(Glycyrrhiza uralensis)[10]的研究結(jié)果一致。中度干旱脅迫下,2種牡丹葉片的SOD活性開始升高,原因可能是隨著干旱脅迫加劇,牡丹葉片中超氧陰離子自由基積累,SOD可能受到超氧陰離子自由基增多的誘導(dǎo)因而活性顯著升高,以更好地清除超氧陰離子自由基[6]。POD、CAT均能清除H2O2,隨著干旱程度增加,洛陽紅、烏龍捧盛葉片的POD活性均呈先升高后下降趨勢,這與前人研究結(jié)果[13]一致。隨著干旱脅迫加劇,2種牡丹葉片的CAT活性均呈先上升后下降的趨勢,這與前人研究結(jié)果[14-15]一致。隨著水分脅迫的加劇,SOD、CAT活性均呈先升高后下降趨勢,這可能是由于許多抗氧化酶為誘導(dǎo)酶,干旱脅迫因子促進誘導(dǎo)酶合成的同時,也會對已合成酶的結(jié)構(gòu)造成破壞,加快酶的分解速度,降低酶活性。干旱脅迫未達到一定程度時,抗氧化酶合成占優(yōu)勢,當(dāng)脅迫超過閾值后,抗氧化酶破壞占優(yōu)勢[6]。植物體內(nèi)抗氧化保護機制包括氧化酶系統(tǒng)、非酶系統(tǒng),本試驗僅針對3種抗氧化保護酶進行了研究,抗壞血酸、類胡蘿卜素等抗氧化劑非酶系統(tǒng)也同樣值得研究[16]。
參考文獻:
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[14]白娟,龔春梅,王剛,等. 干旱脅迫下荒漠植物紅砂葉片抗氧化特性[J]. 西北植物學(xué)報,2010,30(12):2444-2450.
[15]逯久幸,李闖,李永華,等. 逐漸干旱對牡丹實生苗某些生理指標的影響[J]. 河南農(nóng)業(yè)科學(xué),2011,40(2):125-127.
[16]Basu S,Roychoudhury A,Saha P P,et al. Differential antioxidative responses of indica rice cultivars to drought stress[J]. Plant Growth Regulation,2010,60(1):51-59.
3結(jié)論與討論
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