摘要：褪黑素作為一種廣譜的抗氧化劑，已被證明在植物的多種逆境脅迫中發(fā)揮重要的保護(hù)作用。為探討外源褪黑素（MT）對(duì)UV-B脅迫下水稻幼苗生理特性及抗氧化系統(tǒng)的影響，以日本晴為試驗(yàn)材料，待水稻幼苗生長(zhǎng)至22 d時(shí)，于22：00時(shí)對(duì)其葉面噴施100 μmol/L MT，置于黑暗中進(jìn)行暗處理，預(yù)處理2 d后，每天09：00—20：00進(jìn)行UV-B+100 μmol/L MT處理，探究UV-B脅迫（80 W）下外源噴施100 μmol/L MT對(duì)水稻幼苗生長(zhǎng)、葉綠素含量、活性氧水平以及MDA含量、抗氧化酶活性的影響。結(jié)果表明，UV-B+100 μmol/L MT處理3 d后，水稻幼苗的株高、根長(zhǎng)、鮮重和干重與UV-B處理相比分別提高25.8%、12.3%、21.6%和20.6%；葉綠素a、葉綠素b、類胡蘿卜素含量與UV-B處理相比分別提高52.6%、39.6%、44.4%；UV-B處理后水稻幼苗中的丙二醛（MDA）、過氧化氫（H2O2）、超氧陰離子自由基（O-2·）、游離脯氨酸含量以及超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化物酶（POD）活性均顯著高于對(duì)照，可溶性糖、可溶性蛋白含量顯著低于對(duì)照，用UV-B+100 μmol/L MT處理后，水稻幼苗中的MDA、H2O2、O-2·含量以及游離脯氨酸含量均較UV-B處理顯著降低，SOD、POD活性以及可溶性糖、可溶性蛋白含量均較UV-B處理顯著提高。相關(guān)性分析結(jié)果表明，MDA含量與游離脯氨酸、H2O2含量之間呈顯著正相關(guān)，葉綠素a（Chl a）、類胡蘿卜素（Car）含量與可溶性糖、可溶性蛋白含量以及CAT活性之間互呈顯著正相關(guān)。由此可見，外源噴施MT可以使水稻在紫外脅迫下保持良好的長(zhǎng)勢(shì)，降低膜脂過氧化損傷程度，提高抗氧化酶活性，有效緩解UV-B脅迫對(duì)水稻幼苗造成的氧化損傷。

關(guān)鍵詞：UV-B脅迫；水稻；氧化損傷；褪黑素

中圖分類號(hào)：S511.01 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1002-1302（2024）15-0136-08

收稿日期：2023-09-26

基金項(xiàng)目：江蘇省高校優(yōu)勢(shì)學(xué)科建設(shè)工程資助項(xiàng)目（編號(hào)：PAPD）。

作者簡(jiǎn)介：張雨萱（1995—），女，江蘇淮安人，碩士研究生，主要從事植物光合生理與生化研究。 E-mail：1720269085@qq.com。

通信作者：高志萍，博士，副教授，主要從事作物光合生理研究。E-mail：ketty-1982@163.com。

水稻是重要的經(jīng)濟(jì)作物，作為主要的糧食作物之一，歷史悠久，世界上近1/2的人口以水稻為主食。但是，水稻的生長(zhǎng)發(fā)育易受各種非生物因素的影響，包括高溫、干旱、寒冷、UV-B輻射等，這些非生物脅迫往往會(huì)導(dǎo)致水稻產(chǎn)量的下降［1］。紫外線B（UV-B，波長(zhǎng)范圍280～315 nm）是電磁光譜中3類UV輻射之一，根據(jù)世界衛(wèi)生組織（WHO）的定義，當(dāng)紫外輻射透過大氣層時(shí)，所有的UV-C和約90％的UV-B會(huì)被大氣層吸收。UV-B對(duì)植物生長(zhǎng)發(fā)育的影響尤其值得關(guān)注，研究表明，低劑量的UV-B可以促進(jìn)植物生長(zhǎng)發(fā)育，而高劑量的UV-B會(huì)對(duì)植物產(chǎn)生脅迫。20世紀(jì)80年代以來，工業(yè)化進(jìn)程不斷加快，其帶來的環(huán)境污染問題引起上層大氣臭氧水平下降，導(dǎo)致到達(dá)地球表面的UV-B數(shù)量每年以6%～14%的速度穩(wěn)步增加［2］。增強(qiáng)的 UV-B 輻射對(duì)植物的生長(zhǎng)發(fā)育產(chǎn)生重要影響，如改變植物形態(tài)結(jié)構(gòu)、根系發(fā)育、生物產(chǎn)量以及損害光系統(tǒng)等，導(dǎo)致生物膜結(jié)構(gòu)被破壞，基因表達(dá)和蛋白酶活性下降。于光輝的研究表明，低劑量增強(qiáng)的UV-B輻射可延遲水稻的生長(zhǎng)發(fā)育，降低水稻功能葉的光合生理活性以及暗反應(yīng)關(guān)鍵酶活性，使葉綠體超微結(jié)構(gòu)損傷，導(dǎo)致水稻的光合效率降低，最終影響其產(chǎn)量［3］。因此，尋找提高水稻抵抗UV-B逆境脅迫的途徑以及研究其作用機(jī)理具有十分重要的意義。

褪黑激素（N-乙酰-5-甲氧基色胺，MT）是一種結(jié)構(gòu)較為穩(wěn)定的小分子物質(zhì)，廣泛存在于動(dòng)植物中，在調(diào)節(jié)植物生長(zhǎng)代謝、晝夜節(jié)律以及清除自由基等方面發(fā)揮重要作用。近年來許多研究表明，褪黑素可作為一種調(diào)節(jié)因子響應(yīng)植物的逆境脅迫［4］，其中非生物脅迫包括高溫、高鹽、干旱、重金屬污染等［5］。工業(yè)化進(jìn)程的加快不可避免地造成了大氣污染，臭氧層的破壞引起到達(dá)地球表面的UV-B輻射不斷增強(qiáng)，導(dǎo)致水稻的生長(zhǎng)發(fā)育面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，但是在水稻中關(guān)于褪黑素參與UV-B響應(yīng)的研究鮮有報(bào)道。

因此，本試驗(yàn)通過研究外源噴施MT對(duì)水稻幼苗生長(zhǎng)狀況、抗氧化防御系統(tǒng)以及相關(guān)基因表達(dá)的影響，來理解MT對(duì)UV-B脅迫的緩解機(jī)制，以期為防治水稻光氧化損傷提供有效途徑。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

日本晴種子由江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院提供，種植于南京師范大學(xué)，褪黑素（MT）購(gòu)于南京丁貝生物科技有限公司。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2023年4—7月在南京師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院植物生理生化實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行。選取顆粒飽滿的水稻種子，在3%過氧化氫溶液中浸泡消毒4 h后，用蒸餾水沖洗3遍，至種子表面無過氧化氫殘留，然后將種子轉(zhuǎn)移至裝有蒸餾水的燒杯中，于 28 ℃ 的恒溫培養(yǎng)箱中培養(yǎng)，并每天更換新鮮的蒸餾水。培養(yǎng)4 d后，選取露白一致的種子，均勻地鋪在覆蓋1層紗布的育苗盆中，每個(gè)育苗盆種植60株；培養(yǎng)室晝夜溫度為25～28 ℃，光照度為 200 μmol/（m2·s），光—暗周期為16 h—8 h，相對(duì)濕度為70%～80%。前7 d用蒸餾水培養(yǎng)，7 d后將蒸餾水換成1/2濃度的Hoagland營(yíng)養(yǎng)液，每3 d更換1次營(yíng)養(yǎng)液，待幼苗生長(zhǎng)至一定高度后換成全營(yíng)養(yǎng)液。水稻幼苗生長(zhǎng)至22 d時(shí)進(jìn)行處理。

本試驗(yàn)設(shè)置4個(gè)處理：（1）CK，正常白光下不噴施MT。（2）MT處理，正常白光下噴施100 μmol/L MT，幼苗生長(zhǎng)至20、21 d時(shí)于當(dāng)天22：00噴施MT進(jìn)行預(yù)處理，此后的處理同UV-B+MT處理。（3）UV-B 處理，不噴施褪黑素，幼苗生長(zhǎng)至22 d時(shí)進(jìn)行UV-B輻射處理。將UV-B燈管（TL 40 W/12 RS，南京華強(qiáng)電子有限公司）置于植株上端0.5 m左右處，2組燈管同時(shí)打開，UV-B輻射強(qiáng)度為 80 W，每天09：00—19：00期間打開紫外燈管的開關(guān)，輻射處理3 d。（4）UV-B+MT處理，幼苗生長(zhǎng)至22 d時(shí)噴施100 μmol/L褪黑素，并進(jìn)行UV-B輻射處理（80 W，10 h/d，同UV-B處理組）；褪黑素濃度是基于預(yù)試驗(yàn)確定的，處理前將褪黑素溶于乙醇中，然后加蒸餾水定容至所需濃度。每個(gè)處理設(shè)置3次重復(fù)。

1.3 農(nóng)藝性狀測(cè)定

UV-B輻射處理3 d后，將水稻幼苗連根輕輕拔出，用刻度尺測(cè)量根頸到葉尖及根頸到根尖的距離，得出水稻地上部分的株高和地下部分的根長(zhǎng)；將水稻幼苗用蒸餾水沖洗干凈，并用濾紙吸干水分后，用天平稱量其鮮重；然后再將其放置于烘箱中于80 ℃烘干48 h至恒重，稱量水稻幼苗地上部分及根部的干重。每組處理的水稻分別測(cè)量10株，取平均值。

1.4 光合色素含量測(cè)定

參考Arnon等的方法［6］測(cè)定水稻幼苗葉片的光合色素含量。將幼苗葉片洗凈后，用天平稱取0.1 g剪碎置于15 mL離心管中，加入10 mL提取液，旋緊蓋子，上下顛倒離心管數(shù)次，使葉片充分浸于提取液中，該提取液由45%丙酮、45%乙醇和10%蒸餾水混合配制而成。將離心管置于黑暗條件下，室溫靜置16 h左右，暗處理期間每隔一段時(shí)間上下顛倒離心管數(shù)次，充分提取色素。待葉色完全發(fā)白，取 1 mL 上清液加入2 mL葉綠素提取液，渦旋混勻后置于比色皿中分別測(cè)量其在470、645、663 nm處的吸光度，每組處理設(shè)置3次重復(fù)。將吸光度根據(jù)公式換算為光合色素的含量。

Chl a（葉綠素a）含量=12.7×D663 nm-2.69×D645 nm；

Chl b（葉綠素b）含量=22.9×D645 nm-4.68×D663 nm；

TChl（總?cè)~綠素）含量=8.02×D663 nm+20.21×D645 nm；

Car（類胡蘿卜素）含量=（1 000×D470 nm-3.27×Chla含量-104×Chlb含量）/229。

1.5 活性氧及丙二醛含量測(cè)定

本試驗(yàn)采用過氧化氫（H2O2）和超氧陰離子自由基（O-2·）含量表示活性氧（ROS）水平。其中，H2O2含量根據(jù)Velikova等的方法［7］測(cè)定，O-2·含量參照王愛國(guó)等的方法［8］測(cè)定。丙二醛（MDA）含量可反映脂質(zhì)過氧化水平，本試驗(yàn)參考Generozova等的方法［9］，通過測(cè)定MDA與2-硫代巴比妥酸的反應(yīng)產(chǎn)物含量分析每組處理下葉片細(xì)胞的膜脂過氧化程度。TCA-TBA（硫代巴比妥酸TBA溶液）反應(yīng)液由20% TCA和5%硫代巴比妥酸混合制成，取 0.75 mL 粗酶液加入1.25 mL反應(yīng)液中，混合均勻后沸水浴10 min，然后在1 800 g條件下低溫離心15 min，取上清，用紫外分光光度計(jì)分別測(cè)定樣品液在450、532、600 nm處的吸光度。

1.6 抗氧化酶活性測(cè)定

抗氧化酶系統(tǒng)是逆境條件下植物體內(nèi)的保護(hù)系統(tǒng)，能夠清除植物組織中多余的自由基，本研究不同處理下測(cè)定水稻超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化物酶（POD）和過氧化氫酶（CAT）的活性。SOD活性采用孫群等的方法［10］測(cè)定，POD活性通過愈創(chuàng)木酚法［11］測(cè)得，CAT活性參考Li等的方法［12］測(cè)得。

1.7 滲透調(diào)節(jié)物含量測(cè)定

（1）可溶性蛋白含量測(cè)定。利用Braford法［13］測(cè)定水稻可溶性蛋白含量。將水稻幼苗沖洗干凈，稱取0.2 g倒2葉并將其剪碎，置于預(yù)冷的研缽中，加入2 mL濃度為50 mmol/L、pH值為7.8的PBS（磷酸緩沖液）研磨成勻漿，在4 ℃、12 000 r/min下離心15 min，將上清稀釋5倍后，取10 μL置于96孔板中，再加入300 μL考馬斯亮藍(lán)G-250吹打均勻，室溫靜置5 min后在酶標(biāo)儀中測(cè)定溶液在 595 nm 處的吸光值。

（2）可溶性糖含量測(cè)定。采用可溶性糖試劑盒（南京建成生物工程研究所，A145-1-1）測(cè)定可溶性糖含量。

（3）脯氨酸含量測(cè)定。參考陳曉遠(yuǎn)等的方法［14］測(cè)定脯氨酸含量。將水稻幼苗沖洗干凈，稱取0.2 g倒2葉并將其剪碎，置于預(yù)冷的研缽中，加入3 mL 3%磺基水楊酸研磨成勻漿后置于離心管中，離心管外表面需覆蓋幾層保鮮膜，然后沸水浴浸提10 min，沸水浴期間需進(jìn)行多次振蕩，待離心管冷卻至室溫后，在3 000 r/min條件下離心15 min，取上清。取 2 mL 上清液與2 mL冰乙酸、2 mL茚三酮充分混勻后沸水浴30 min，然后迅速冷卻，加入4 mL甲苯混勻，吸取上層甲苯相，利用紫外分光光度計(jì)測(cè)定其在520 nm處的吸光度。

1.8 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)及分析

利用Office Excel、GraphPad Prism 6.0、IBM SPSS Statistics 22.0軟件處理測(cè)得的相關(guān)數(shù)據(jù)，并利用單因素方差分析檢測(cè)每組處理下水稻植株之間的差異顯著性。

2 結(jié)果與分析

2.1 褪黑素處理對(duì)UV-B脅迫下水稻幼苗生長(zhǎng)的影響

從圖1可以看出，UV-B脅迫下水稻幼苗的株高和根長(zhǎng)明顯降低，當(dāng)外源噴施MT后這種現(xiàn)象得到明顯改善，水稻幼苗的株高和根長(zhǎng)分別增長(zhǎng)25.8%和12.3%。在非UV-B脅迫下，外源褪黑素對(duì)水稻幼苗的株高和根長(zhǎng)無明顯影響。幼苗的干重和鮮重能反映植株生物量的積累。在UV-B脅迫下，水稻幼苗的鮮重和干重均顯著下降，而外源褪黑素的噴施大大減弱了UV-B對(duì)幼苗生物量積累的不利影響，植株的鮮重和干重分別提高21.6%和20.6%。在非UV-B脅迫下，單獨(dú)施加MT對(duì)幼苗的鮮重和干重?zé)o明顯影響。表明UV-B脅迫可顯著抑制水稻幼苗的生長(zhǎng)，減少生物量的積累，而施加外源褪黑素可有效促進(jìn)水稻幼苗的生長(zhǎng)。

2.2 褪黑素處理對(duì)UV-B脅迫下水稻幼苗光合色素的影響

UV-B可影響葉綠素蛋白的合成，從而影響色素合成，導(dǎo)致光合速率降低，進(jìn)而抑制植物生長(zhǎng)［15］。如圖2所示，在UV-B脅迫下，葉綠素a、葉綠素b、類胡蘿卜素的含量分別下降53.0%、47.7%、45.0%，外源施加褪黑素后，葉綠素a、葉綠素b、類胡蘿卜素的含量分別提高61.8%、34.9%、53.6%。在非UV-B脅迫下，單獨(dú)施加MT對(duì)水稻幼苗的光合色素含量無明顯影響。表明在UV-B脅迫下，施加外源褪黑素可緩解水稻葉片光合色素含量的下降。

2.3 褪黑素處理對(duì)UV-B脅迫下水稻幼苗活性氧及MDA含量的影響

ROS是含氧量很高的化學(xué)反應(yīng)性物質(zhì)，在細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)和機(jī)體平衡中發(fā)揮雙重調(diào)節(jié)作用。低濃度的ROS可作為一種信號(hào)分子，通過激活防御系統(tǒng)和保護(hù)基因的表達(dá)保護(hù)植物免受外界脅迫，促進(jìn)植物正常生長(zhǎng)發(fā)育［16］；在環(huán)境壓力下，ROS水平會(huì)急劇升高，引起蛋白質(zhì)、脂質(zhì)、DNA損傷，使細(xì)胞結(jié)構(gòu)遭到嚴(yán)重?fù)p害，這被稱為氧化應(yīng)激［17］。ROS含量的增加也是水稻對(duì)UV-B脅迫響應(yīng)的早期反應(yīng)之一，是UV-B誘導(dǎo)水稻氧化損傷的主要原因之一。如圖3所示，在UV-B脅迫下，水稻幼苗葉片中的 O-2· 和H2O2含量分別增加71.0%和160.1%，外源施加褪黑素后，O-2·和H2O2含量分別減少34.8%和41.8%；而在非UV-B脅迫下，單獨(dú)施加MT對(duì)水稻幼苗葉片的O-2·和H2O2含量無明顯影響。表明在UV-B脅迫下，施加外源褪黑素能顯著抑制水稻葉片中活性氧的積累。

逆境脅迫下，大量的自由基引起膜脂過氧化，損害細(xì)胞膜并最終導(dǎo)致細(xì)胞死亡，而MDA含量是反映膜脂過氧化損傷程度的一個(gè)重要指標(biāo)［18］。如圖3所示，在UV-B脅迫下，水稻幼苗葉片中的MDA含量增加37.7%，外源施加褪黑素后，MDA含量減少18.5%；而在非UV-B脅迫下，單獨(dú)施加MT對(duì)水稻幼苗葉片中MDA含量沒有明顯影響。表明在UV-B脅迫下，施加外源褪黑素可緩解UV-B脅迫對(duì)水稻幼苗葉片造成的膜脂過氧化損傷。

2.4 褪黑素處理對(duì)UV-B脅迫下水稻幼苗抗氧化酶活性的影響

抗氧化酶體系是植物抵抗逆境脅迫的重要防御系統(tǒng)，能夠消除植物體內(nèi)多余的活性氧和自由基，將其轉(zhuǎn)化為無害物質(zhì)，從而維持ROS平衡［19］。由圖4-A可知，在UV-B脅迫下，水稻幼苗葉片的SOD活性顯著提高，與對(duì)照相比提高23.2%，表明UV-B脅迫破壞了細(xì)胞的結(jié)構(gòu)和功能，激活了SOD活性。當(dāng)施加外源褪黑素后，SOD活性進(jìn)一步提高（34.4%），說明MT可促進(jìn)SOD活性的提高，加速活性氧的分解，降低UV-B脅迫對(duì)細(xì)胞造成的毒害作用。

POD活性的變化趨勢(shì)與SOD相似，但變化幅度更大。由圖4-B可知，在UV-B脅迫下，水稻幼苗葉片的POD活性大幅增強(qiáng)，與對(duì)照相比提高195.0%，表明UV-B脅迫在極大程度上激活了POD活性；當(dāng)施加外源褪黑素后，POD活性與對(duì)照相比提高238.6%，與不加MT的UV-B處理相比提高18.5%，說明MT可促進(jìn)POD活性的提高，通過增強(qiáng)POD活性來抵抗UV-B脅迫對(duì)植株造成的氧化損傷。

由圖4-C可知，UV-B脅迫導(dǎo)致水稻植株CAT活性下降，即使外源施加褪黑素也無濟(jì)于事。說明水稻膜脂受到過氧化損傷以后，CAT可能是由于其蛋白結(jié)構(gòu)被破壞導(dǎo)致活性降低，而機(jī)體可通過增強(qiáng)SOD、POD活性清除自由基，保護(hù)和修復(fù)細(xì)胞膜。

2.5 褪黑素處理對(duì)UV-B脅迫下水稻幼苗滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量的影響

由圖5-A和圖 5-B 可知，UV-B脅迫降低了水稻幼苗葉片中的可溶性蛋白含量和可溶性糖含量，與對(duì)照相比分別降低28.5%和60.7%，噴施MT后二者分別升高30.4%和50.1%，這表明外源褪黑素可以提高可溶性蛋白、可溶性糖含量，減少因 UV-B 輻射引起的還原糖和蛋白損失。由圖 5-C 可知，UV-B脅迫使得水稻葉片中游離脯氨酸含量升高，與對(duì)照相比，游離脯氨酸含量升高151.1%，而噴施MT后游離脯氨酸含量明顯下降，與UV-B處理相比降低30.2%。說明外源施加MT可延緩蛋白的分解，降低葉片中游離脯氨酸的含量。

3 討論

3.1 褪黑素對(duì)水稻幼苗生長(zhǎng)的調(diào)控

植物的生物量能夠比較直觀地反映植物在非生物脅迫下的損傷程度［20］。Yin等研究發(fā)現(xiàn)，UV-B脅迫可顯著抑制大豆幼苗的生長(zhǎng)，噴施25 μmol/L褪黑素可促進(jìn)大豆萌發(fā)，增加其幼苗的鮮重和芽長(zhǎng)［21］。石亞飛等研究發(fā)現(xiàn)，在堿脅迫下，水稻幼苗的根系生長(zhǎng)被嚴(yán)重抑制，幼苗的干鮮重顯著降低［22］。本研究結(jié)果顯示，UV-B脅迫抑制了水稻幼苗地上部和地下部的生長(zhǎng)，而施加100 μmol/L褪黑素明顯改善了水稻幼苗的生長(zhǎng)狀態(tài)，幼苗的鮮重和干重增加，株高和根長(zhǎng)提高，這表明MT能夠緩解UV-B脅迫對(duì)水稻幼苗生長(zhǎng)的抑制作用。MT能夠減弱UV-B脅迫對(duì)植株生長(zhǎng)的抑制，可能是由于MT能夠減小UV-B脅迫對(duì)水稻幼苗光合色素合成的不利影響，進(jìn)而提高光合效率，促進(jìn)有機(jī)物的積累，從而促進(jìn)植物的生長(zhǎng)，且MT處理后幼苗株高的改善更明顯，這可能是由于水稻幼苗的地上部對(duì)褪黑素的調(diào)控更為敏感。

3.2 褪黑素對(duì)水稻幼苗光合色素的調(diào)控

植物通過光合作用合成有機(jī)物，光合色素在這個(gè)過程中吸收光能并將其轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，為植物的生長(zhǎng)發(fā)育提供能量［23-24］。其中，葉綠素a不僅能捕獲光能，還能參與光化學(xué)反應(yīng)，將光能轉(zhuǎn)換為電能，而葉綠素b僅可以吸收和傳遞光能［25］。類胡蘿卜素不僅能捕獲光能傳遞給葉綠素，還能作為光保護(hù)劑通過熱耗散來減少活性氧和光抑制的產(chǎn)生，從而降低葉綠素被逆境條件破壞的可能［26］。Luo等研究發(fā)現(xiàn)，干旱脅迫下菊花幼苗葉片中的葉綠素含量顯著降低，而施加100 μmol/L褪黑素可明顯提高總?cè)~綠素的含量，提高幼苗的耐旱性［27］。崔景會(huì)等研究發(fā)現(xiàn)，水分脅迫顯著降低水稻幼苗葉綠素含量和類胡蘿卜素含量，抑制光合作用［28］。本研究結(jié)果顯示，UV-B脅迫導(dǎo)致水稻幼苗葉片中的光合色素含量均顯著降低，而施加100 μmol/L褪黑素后葉綠素a、葉綠素b和類胡蘿卜素含量均顯著提高，這表明MT可通過抑制光合色素的降解 緩解UV-B下水稻幼苗光合效率的降低。

3.3 褪黑素對(duì)水稻幼苗抗氧化系統(tǒng)的調(diào)控

逆境脅迫條件下，植物細(xì)胞產(chǎn)生大量的活性氧，過量的活性氧打破了植物體內(nèi)的ROS平衡，導(dǎo)致膜脂過氧化損傷程度加深，引起細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)破壞，從而誘導(dǎo)MDA含量增加［29］。在這個(gè)過程中，抗氧化酶系統(tǒng)通過調(diào)控幾種抗氧化酶的活性來維持細(xì)胞的穩(wěn)態(tài)。作為一種高親脂性和部分親水性的化合物，褪黑素吲哚環(huán)5位上的甲氧基和側(cè)鏈上的N-乙?；膳c羥自由基與過氧自由基發(fā)生反應(yīng)，從而與抗氧化酶系統(tǒng)協(xié)同作用，共同清除活性氧［30］。陳莉等研究發(fā)現(xiàn)，高濃度的鹽脅迫破壞了棉花種子的滲透平衡，膜脂過氧化的加劇導(dǎo)致MDA含量顯著升高，施加20 μmol/L褪黑素有效降低了膜脂過氧化損傷程度，改善了棉花種子的生長(zhǎng)發(fā)育［31］；李鵬輝等研究發(fā)現(xiàn)，干旱脅迫下煙草幼苗葉片中SOD、POD和CAT活性顯著提高，噴施不同濃度的MT后這些抗氧化酶活性均有不同程度的提高，說明MT可通過誘導(dǎo)抗氧化酶的活性來穩(wěn)定細(xì)胞的活性氧代謝平衡，進(jìn)而提高植株的抗旱能力［32］。本研究結(jié)果顯示，UV-B脅迫下日本晴功能葉的O-2·、MDA含量升高，SOD、POD活性均增強(qiáng)，說明UV-B脅迫導(dǎo)致水稻幼苗產(chǎn)生較多的H2O2，從而誘導(dǎo)SOD、POD活性增強(qiáng)，清除過量的H2O2，使細(xì)胞免受自由基的攻擊。施加 100 μmol/L 褪黑素后SOD、POD活性進(jìn)一步提高，活性氧和MDA含量明顯降低，這可能是由于MT激活了抗氧化酶基因的表達(dá)，從而提高了抗氧化酶系統(tǒng)的活力，減輕UV-B脅迫對(duì)水稻幼苗的氧化損傷。

3.4 水稻幼苗各指標(biāo)之間的相關(guān)性分析

利用Pearson系數(shù)對(duì)測(cè)定指標(biāo)進(jìn)行相關(guān)性分析，結(jié)果如圖6所示，可以看出，MDA含量與H2O2含量、游離脯氨酸含量之間互呈顯著正相關(guān)，Chla、Car 含量與游離脯氨酸、MDA、H2O2、O-2·含量之間呈顯著負(fù)相關(guān)，而與可溶性蛋白、可溶性糖含量以及CAT活性之間互呈顯著正相關(guān)。

綜上所述，通過外源施加褪黑素能有效緩解UV-B脅迫對(duì)水稻幼苗造成的氧化損傷，可能是由于MT通過調(diào)節(jié)抗氧化酶的活性維持ROS平衡，緩解了UV-B脅迫對(duì)水稻幼苗產(chǎn)生的毒害。

4 結(jié)論

在UV-B脅迫下，100 μmol/L褪黑素能夠促進(jìn)水稻幼苗的生長(zhǎng)，增加生物量的積累，提高光合色素含量，減輕膜脂過氧化損傷程度，提高抗氧化酶活性，維持ROS相對(duì)平衡，降低UV-B對(duì)水稻幼苗的損害。本研究結(jié)果可為褪黑素在水稻的抗光氧化研究以及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方面的開發(fā)利用提供一定的理論依據(jù)。

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