茉莉酸誘導對枸杞葉生化物質及酶活性的影響

宮玉艷, 段立清,2*, 王愛清

(1.內蒙古農業(yè)大學林學院,呼和浩特 010019; 2.內蒙古農業(yè)大學農學院,呼和浩特 010019)

枸杞(Lycium barbarum Linn.)是名貴的中草藥,也是我國西北地區(qū)廣泛栽培的經濟、生態(tài)建設樹種之一,在內蒙古西部、寧夏、甘肅、新疆等地均有大面積栽培。棉蚜((Aphis gossypii Glover)、枸杞木虱(Paratrioza sinica Yang&Li)、枸杞癭螨(AceriapallidaKeifer)等害蟲常年大發(fā)生,人們一直采用化學農藥防治枸杞害蟲。連續(xù)使用化學農藥,不僅使害蟲產生抗藥性,也造成果實污染,使枸杞銷量和出口量下降,更為嚴重的是降低了其作為中草藥及保健品的作用[1]。因此,研究外源誘導素誘導枸杞增強抗蟲性、減少農藥使用量、培育枸杞抗蟲品種具有十分重要的意義。

茉莉酸(jasmonic acid,JA)和茉莉酸甲酯(methyljasmonate,MeJA)是植物的受害激素,起信號傳遞作用,對植物有抑制生長、誘導抗逆、促進衰老等許多生理功能[2-5]。茉莉酸可誘導植物產生生物堿和酚酸類次生物質,它們與蛋白質結合,影響植食者對營養(yǎng)物質的吸收,干擾其神經信號的傳遞,延緩其發(fā)育[6]。植物中某些次生物質和營養(yǎng)物質的質與量的變化對害蟲生長發(fā)育及代謝有相當大的影響[7]。黃酮是對昆蟲有毒的一類次生代謝物質,可影響昆蟲的行為和代謝,使之發(fā)生忌避和拒食,或破壞昆蟲的正常代謝過程,使昆蟲中毒甚至死亡[8];單寧酸可干擾昆蟲腸道消化和抑制酶活性,阻礙它們的生長發(fā)育及繁殖力[9];氮和糖是食物中的兩類基本物質,是昆蟲消化、活動所需的能量來源,并影響昆蟲的生長發(fā)育和繁殖[10]。茉莉酸可誘導植物體內某些酶類活性的增強,如多酚氧化酶(PPO)及過氧化物酶(POD),從而影響害蟲的生長發(fā)育。PPO是在植物體內廣泛存在的一種抗營養(yǎng)酶類,能夠催化多酚化合物次生代謝,降低植物的營養(yǎng)價值,阻止昆蟲的取食,抑制昆蟲的生長發(fā)育[11-14]。POD是植物保護酶系的重要保護酶之一,在植物體內與乙烯的生物合成及吲哚乙酸的氧化作用有關[15]。目前,枸杞對外源茉莉酸的生理反應尚未有任何報道,本文就外源茉莉酸對枸杞葉黃酮、單寧酸、蛋白質、可溶性糖、PPO和POD的影響進行了研究,探討枸杞受到外界刺激后的生理反應,為今后深入研究枸杞誘導抗性、培育枸杞新品種提供科學依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

供試枸杞：為寧夏枸杞(Lycium barbarum Linn.),將枸杞分批播種于盆內,根據(jù)土壤濕度,定期澆水,待枸杞長至20cm時進行試驗。

儀器與試劑：智能氣候培養(yǎng)箱(哈爾濱東拓科技有限責任公司)、電熱恒溫培養(yǎng)箱(湖北省黃石市醫(yī)療器械廠)、索氏提取器(姜堰市腰莊玻璃儀器制造廠)、高速冷凍離心機(Hettich Zentrifugen GmbH&Co.KG)、臥式低溫保存箱(青島海爾特種電器有限公司)、HH-S型恒溫水浴鍋(武漢金寶華科技有限公司)、TU-1810紫外可見分光光度計(北京普析通用儀器有限責任公司)、移液槍(法國GILON公司);茉莉酸(jasmonicacid,簡稱 JA)購于 Sigma公司、丙酮、磷酸緩沖液(pH6.0、pH6.5、pH7.0)、F-D試 劑、Na2CO3、甲醇、蒽酮試劑、NaNO2、AL(NO3)3、考馬斯亮藍G-250、鄰苯二酚、三氯乙酸 、H2O2、愈創(chuàng)木酚 。

1.2 枸杞苗木處理

將茉莉酸先溶于丙酮,然后加蒸餾水配制成所需濃度。PPO、POD的測定設置 0.0001、0.001、0.01、0.1、1.0mmol/L5 種濃度 ;黃酮、單寧酸 、蛋白質、可溶性糖的測定設置0.001、0.01、0.1mmol/L3種濃度,以丙酮+蒸餾水作為對照。用手持式噴霧器向健康枸杞苗木均勻噴施茉莉酸溶液,液滴下流為止,然后放置在氣候培養(yǎng)箱培養(yǎng)。分1、3、5、7d4個時間段進行測定。

1.3 測定方法

黃酮含量的測定采用索氏回流法[16]。

單寧酸含量的測定采用磷鉬酸-磷鎢酸比色法(F-D法)[17]。

蛋白質含量的測定采用考馬斯亮藍G-250法[18]?？扇苄蕴呛康臏y定采用蒽酮比色法[18]。

PPO活性的測定參照朱廣廉的方法進行提取和測定[19]。

POD活性的測定采用愈創(chuàng)木酚法[20]。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用SPSS13.0統(tǒng)計軟件進行Duncan分析。

2 結果與分析

2.1 茉莉酸處理對枸杞葉黃酮含量的影響

3種濃度的JA處理使枸杞葉黃酮含量均較對照顯著增加(p＜0.05),增加的程度與JA的濃度不成正相關關系(圖1)。黃酮含量在處理后第5天增幅最大,到第7天時,增幅降低。濃度為0.1mmol/LJA處理使枸杞葉黃酮含量在處理后的第5天較對照增加了1.3倍,由處理前的3.998mg/g增加到5.351mg/g。JA 濃度相同,時間不同,枸杞黃酮含量差異顯著,而對照的差異不顯著,黃酮含量趨于平穩(wěn)。

圖1 茉莉酸處理后枸杞葉黃酮含量隨時間的變化

2.2 茉莉酸處理對枸杞葉單寧酸含量的影響

3種濃度的 JA處理使枸杞葉單寧酸含量均較對照組顯著增加(p＜0.05),增加的程度與JA的濃度不成正相關關系(圖2)。單寧酸含量增加的持續(xù)性表明,處理后第5天增幅最大,到第7天時,增幅降低。濃度為0.1mmol/LJA處理使枸杞葉單寧酸含量在處理后的第5天較對照增加了近1.4倍,由處理前的 0.655mg/g增加到0.892mg/g。JA濃度相同,時間不同,枸杞單寧酸含量差異顯著,而對照的差異不顯著,單寧酸含量趨于平穩(wěn)。

圖2 茉莉酸處理后枸杞葉單寧酸含量隨時間的變化

2.3 茉莉酸處理對枸杞葉蛋白質含量的影響

3種濃度的JA處理使枸杞葉蛋白質含量均較對照顯著降低(p＜0.05),降低的程度與JA的濃度不成正相關關系(圖3)。蛋白質含量降低的持續(xù)性表明,處理后第7天降幅最大,濃度為0.001mmol/LJA處理使枸杞葉蛋白質含量由處理前的72.226mg/g降低到47.047mg/g。JA濃度相同,時間不同,枸杞蛋白質含量差異顯著,而對照的差異不顯著,蛋白質含量趨于平穩(wěn)。

圖3 茉莉酸處理后枸杞葉蛋白質含量隨時間的變化

2.4 茉莉酸處理對枸杞葉可溶性糖含量的影響

3種濃度的JA處理使枸杞葉可溶性糖含量均較對照顯著降低(p＜0.05),降低的程度與JA的濃度不成正相關關系(圖4)?？扇苄蕴呛拷档偷某掷m(xù)性表明,處理后第 1天降幅最大,濃度為0.1mmol/LJA處理使枸杞葉可溶性糖含量由處理前的63.604mg/g降低到54.962mg/g。JA濃度相同,時間不同,枸杞可溶性糖含量處理組及對照均有差異。

圖4 茉莉酸處理后枸杞葉可溶性糖含量隨時間的變化

2.5 茉莉酸處理對枸杞葉PPO活性的影響

5種濃度的JA處理使枸杞葉PPO活性均較對照顯著增加(p＜0.05),增加的程度與JA的濃度不成比例(表1)。PPO活性增加的持續(xù)性表明,濃度為0.1mmol/LJA處理的枸杞葉在處理后的第3天增幅最大。JA濃度相同,時間不同,枸杞葉PPO活性除0.001mmol/L外差異顯著,而對照的差異不顯著,PPO活性趨于平穩(wěn)。

表1 茉莉酸處理后枸杞葉PPO活性隨時間的變化1)

2.6 茉莉酸處理對枸杞葉POD活性的影響

5種濃度的JA處理使枸杞葉POD活性均較對照顯著增加(p＜0.05),增加的程度與 JA的濃度不成比例(表2)。POD活性增加的持續(xù)性表明,濃度為0.01mmol/LJA處理的枸杞葉在處理后的第7天增幅最大。JA濃度相同,時間不同,枸杞葉POD活性處理組及對照均有差異。

表2 茉莉酸處理后枸杞葉POD活性隨時間的變化1)

3 討論

茉莉酸處理后枸杞葉黃酮、單寧酸含量顯著增加,蛋白質、可溶性糖含量顯著降低、PPO和POD活性增加,體現(xiàn)了枸杞葉對茉莉酸的誘導反應。枸杞葉受到茉莉酸刺激后黃酮、單寧酸含量的升高,蛋白質、可溶性糖含量的降低可能是一種應激反應[21],與其他植物一樣,通過次生物質合成量的增加,營養(yǎng)物質合成量的降低以達到抗蟲目的[22]。枸杞葉黃酮、單寧酸、蛋白質、可溶性糖含量增加或降低與茉莉酸濃度不成線性相關,可能與植物的應激反應存在抗性閾值有關[23]。

應用外源茉莉酸處理番茄(Lycopersiconesculentum),番茄葉PPO、POD的活性增強,取食該番茄的煙草天蛾幼蟲生長受到抑制[24],減少了4類昆蟲(鱗翅目幼蟲、甲蟲、蚜蟲和薊馬)的危害數(shù)量[25]。茉莉酸處理的枸杞葉PPO、POD的活性增強,但能否減少枸杞的害蟲種類與危害程度有待于進一步深入研究。茉莉酸甲酯處理茶樹誘導茶樹葉PPO和蛋白酶抑制素活性增加[26];MeJA處理煙草(N.attenuata)和楊樹(Populustrichocarpa),兩者的PPO活性分別增加了22.9倍和5.4倍[27]。茉莉酸處理引起枸杞葉PPO和POD活性的增加,但增加程度較楊樹、煙草小,并未成倍增加。茉莉酸刺激是否可引起枸杞蛋白酶抑制素、植物凝聚素等其他影響昆蟲生長發(fā)育物質的變化,還有待于進一步深入研究。

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