茭白膨大前后肉質(zhì)莖中抗壞血酸含量變化初探

劉偉，鄧建平，郭得平，黃建中

（1.浙江大學(xué)原子核農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所，農(nóng)業(yè)部、浙江省核農(nóng)學(xué)重點實驗室，浙江杭州，310029；2.縉云縣農(nóng)業(yè)局；3.浙江大學(xué)農(nóng)業(yè)與生物技術(shù)學(xué)院）

茭白（Zizania latifoliaTurcz.）肉質(zhì)莖是黑粉菌（Ustilago esculentaP.Henn.） 侵染莖尖組織并在其中大量繁殖后誘導(dǎo)所形成的[1～3]。植物組織受病原菌侵染后的一個早期防御反應(yīng)是活性氧的積累，后者會對細(xì)胞組分產(chǎn)生氧化損傷，造成氧化脅迫，并有可能限制病菌侵染[4]。因此病菌侵染后，植物細(xì)胞中對活性氧進(jìn)行清除的體系將相應(yīng)地活躍。高等植物細(xì)胞清除活性氧體系包括抗氧化劑，如抗壞血酸和谷胱甘肽等，以及清除活性氧酶系，如超氧化物岐化酶（SOD）、抗壞血酸過氧化物酶（APX）和過氧化氫酶（CAT）等[4]。

對茭白肉質(zhì)莖組織中的一些酶活力研究表明，SOD和CAT酶活力在茭白膨大期間呈持續(xù)下降趨勢[5～6]。由于目前茭白植物組織與黑粉菌互作的分子機(jī)制尚未得到闡明，黑粉菌侵染植物組織后是否會引起后者的氧化脅迫并不清楚。本試驗選取茭白膨大前后莖尖組織，對其MDA含量、抗壞血酸含量變化作了初步研究，并與葉片中的含量作了比較，以期從氧化脅迫角度初步探討其對茭白膨大的影響。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

材料選用雙季茭白品種浙茭991，種植于浙江大學(xué)華家池校區(qū)試驗農(nóng)場，常規(guī)管理。2009年9～10月在膨大期間采樣，膨大天數(shù)根據(jù)已報道的方法判斷[5]，并于稱質(zhì)量后，取質(zhì)量相近的3～10個莖尖（肉質(zhì)莖）作為試樣。葉片采自植株倒數(shù)第3葉（成熟葉），取上半部分。材料剪切成小塊段后裝管，立即加入液氮，再轉(zhuǎn)移至-70°C低溫冰箱中保存?zhèn)溆谩?/p>

1.2 試驗方法

丙二醛（MDA）含量測定采用硫代巴比妥酸法，參照朱其松等[7]的方法?？箟难幔ˋsA）與脫氫抗壞血酸（DHA）含量測定參照Gillespie等[8]人的方法。

2 結(jié)果與分析

2.1 茭白肉質(zhì)莖膨大期間的鮮質(zhì)量變化

雙季茭白品種浙茭991的單茭質(zhì)量可達(dá)150 g以上，膨大開始2 d內(nèi)鮮質(zhì)量增加很小，但此后質(zhì)量迅速增加（圖1）。這種先慢后快的生長特征，與之前報道的浙茭2號[5]相似，后者在快速生長之后又變慢，符合Logistic函數(shù)。本試驗沒有采收膨大后期的肉質(zhì)莖，故快速膨大期之后的慢速期沒有觀察到，不過浙茭991品種膨大12 d的肉質(zhì)莖已開始顯露“茭眼”。

2.2 莖尖與葉片丙二醛含量變化

茭白肉質(zhì)莖膨大10 d左右的莖尖MDA含量大幅度上升，是未膨大時的2倍多，而同時期葉片的MDA含量沒有顯著變化（圖2）。

2.3 茭白肉質(zhì)莖抗壞血酸含量與化學(xué)形態(tài)變化

茭白膨大后肉質(zhì)莖組織中的還原型抗壞血酸（AsA）及總抗壞血酸（tAsA）含量下降至未膨大時的1/4，但氧化型抗壞血酸（脫氫抗壞血酸，DHA）占總抗壞血酸的比例顯著上升（圖3）。

3 討論

茭白肉質(zhì)莖的快速膨大在組織細(xì)胞水平上表現(xiàn)為薄壁細(xì)胞數(shù)量的增加和體積的增大，菌絲體侵染形成的粘液腔也在膨大肉質(zhì)莖中占據(jù)相當(dāng)體積[2,9]。雖然在菌絲體附近的薄壁組織細(xì)胞分裂可持續(xù)到膨大后期[9]，從肉質(zhì)莖的體積和質(zhì)量變化情況分析，前期主要是細(xì)胞數(shù)目的增加，而后期以體積增大為主[5]，這也與肉質(zhì)莖內(nèi)源激素含量的變化相符合[10]。

MDA是膜脂過氧化產(chǎn)物之一，茭白肉質(zhì)莖膨大后MDA水平的大幅增加反映出茭白膨大期間肉質(zhì)莖受到氧化脅迫。前人的研究[1～2]表明，黑粉菌并不侵入成熟葉片組織，因此膨大期間葉片并未受到病菌侵染引起的氧化脅迫，其MDA基本維持在原來水平。

抗壞血酸在植物組織中含量較高，在質(zhì)外體空中以毫摩爾濃度存在，是重要的抗氧化劑。細(xì)胞通過 “抗壞血酸-谷胱甘肽循環(huán)”可以有效清除活性氧，并再生還原型抗壞血酸[4]，此外，抗壞血酸也可以通過生物合成途徑產(chǎn)生[11]。植物感病后的早期防御反應(yīng)是引發(fā)氧化暴發(fā)（oxidative burst）[4]，質(zhì)膜上的NADPH氧化酶和胞壁POD可能是質(zhì)外體活性氧的主要來源，這是原初的響應(yīng)，也是抵御侵染的第一道防線，同時胞內(nèi)產(chǎn)生的活性氧在防御反應(yīng)中也發(fā)揮作用[12]。茭白肉質(zhì)莖膨大后抗壞血酸含量的大幅下降可能是抵御氧化脅迫消耗的結(jié)果，同時，氧化脅迫下其氧化型抗壞血酸比例上升；另一方面抗壞血酸的生物合成可能在病菌侵染后受到抑制。

茭白植物組織在氧化脅迫下可能誘發(fā)氧化暴發(fā)，但并不能有效阻止黑粉菌的侵染，事實上，茭白黑粉菌菌絲成功地在肉質(zhì)莖的薄壁細(xì)胞間、維管束等處大量繁殖，并降解胞壁入侵細(xì)胞[1，2,9]。無論是以肉質(zhì)莖長度[6]還是膨大天數(shù)[5]來衡量肉質(zhì)莖的發(fā)育進(jìn)程，SOD和CAT的酶活力均隨肉質(zhì)莖的膨大而發(fā)生下降。這種現(xiàn)象說明茭白組織在膨大期間引起氧化脅迫的活性氧可能是與黑粉菌互作的信號。

為了較全面地了解肉質(zhì)莖膨大期間的氧化脅迫狀態(tài)，尚需對活性氧（如過氧化氫）水平，及其他抗氧化劑、參與“抗壞血酸-谷胱甘肽循環(huán)”酶的活力變化等進(jìn)行研究。

4 結(jié)論

在茭白肉質(zhì)莖膨大期間，肉質(zhì)莖組織的MDA含量上升，抗壞血酸含量下降，氧化型抗壞血酸的比例上升，表明肉質(zhì)莖在膨大期間受到氧化脅迫。

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