不同生態(tài)型胡楊異形葉對蟲害的抗氧化反應(yīng)

邵旭平，萬建宏，萬東石

(1.蘭州市城關(guān)區(qū)農(nóng)技中心，甘肅 蘭州 730020；2.平?jīng)鍪修r(nóng)牧局，甘肅 平?jīng)?746000；3.蘭州大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，甘肅 蘭州 730000)

1 材料與方法

1.1材料與處理 供試材料采于中國科學(xué)院寒區(qū)旱區(qū)環(huán)境與工程研究所沙坡頭沙漠試驗(yàn)站生態(tài)園。選擇土壤水分虧缺的自然(土壤含水量為土壤持水量的64%)和人工灌溉(土壤含水量為土壤持水量的86%)兩種生境下10年苗齡胡楊為材料，采集一周內(nèi)葉片受天幕毛蟲(Malacosomaneustriatestacea)食害5 h后的葉片，以食害面積達(dá)30%葉片為蟲害葉片，未受蟲食害葉為對照葉(未蟲害葉)。

初酶液的制備：稱鮮葉3 g,加入約15 mL酶提取液[以50 mmol/L pH值為7.8的磷酸緩沖液配制,含有0.1 mmol/L 乙二胺四乙酸(EDTA)、質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.3%的TritonX100和體積分?jǐn)?shù)4%的聚乙烯吡咯烷酮(PVP)],冰浴中充分研磨,4 ℃，14 000 r/min離心20 min,取上清液備用。酶液蛋白濃度測定參照Bradford[17]的方法，以BSA為標(biāo)準(zhǔn)蛋白。

1.3數(shù)據(jù)分析 采用方差分析(One-way，ANOVA)，比較各指標(biāo)在不同生境下，兩種葉片對蟲害反應(yīng)的差異顯著性。

2 結(jié)果

2.1葉片含水量變化 在兩種生境中(自然生境和灌溉生境)，胡楊兩種形態(tài)的葉片含水量變化并無顯著差異；蟲害發(fā)生后，葉片含水量均有不同程度的下降，但差異并不顯著(P>0.05)(表1)。

在自然生境中，圓形葉和披針形葉受蟲害后，葉片CAT活性顯著提高(P<0.05)；在灌溉生境中，披針形葉蟲害前后CAT活性變化差異不顯著，而圓形葉確略有下降，這和樺樹蟲害葉中的結(jié)果一致[18]。自然生境中，蟲害發(fā)生后，POD活性在圓形葉和披針形葉中分別增加約2.75倍和1.30倍；而在灌溉生境中，蟲害發(fā)生后則分別增加0.89和0.67倍。POD活性，蟲害后在兩種葉片中大幅增加，尤其是在圓形葉中，顯著高于披針形葉(表2)。

表1 蟲害下不同葉形胡楊葉片含水量、活性氧的變化

表2 蟲害下不同葉形胡楊葉片SOD、CAT和POD活性的變化

3 討論與結(jié)論

活性氧是植物正常代謝產(chǎn)物[8]，干旱、病蟲害等逆境條件下，植物體內(nèi)活性氧水平會大幅提高，進(jìn)而引發(fā)植物細(xì)胞氧化脅迫，同時(shí)也會誘導(dǎo)植物細(xì)胞一系列的抗氧化反應(yīng)。生長在荒漠生境中的胡楊，在長期的進(jìn)化過程中，形成了適應(yīng)荒漠生境的一些適應(yīng)性生理和形態(tài)特征，如特異的葉片結(jié)構(gòu)[2]以及光合特征等[3]。所以輕微的土壤水分虧缺，并沒有引起胡楊兩種生態(tài)型葉片含水量發(fā)生顯著的變化。但是在蟲害發(fā)生后，活性氧的釋放或代謝則發(fā)生了顯著變化。表明輕微的水分脅迫時(shí)，蟲害是引起胡楊葉片活性氧大量產(chǎn)生的主要因素。

與此同時(shí)，蟲害會引起植物一系列的防御反應(yīng)，誘導(dǎo)了植物體抗氧化酶水平的變化[11，19-20]。過氧化物歧化酶是一種誘導(dǎo)酶，受底物活性氧濃度的誘導(dǎo)[17]。蟲害引起的活性氧釋放速率的變化誘導(dǎo)了葉片過氧化物歧化酶酶活性隨之發(fā)生變化。過氧化氫酶活性的變化和過氧化物歧化酶基本一致，這種同步變化對胡楊抵御蟲害引起的氧化傷害至關(guān)重要，因?yàn)檫^氧化物歧化酶在清除自由基時(shí)，同時(shí)生成的H2O2可以通過fenton型harbre-weies反應(yīng)生成更多的自由基，而過氧化氫酶活性的提高可以有效地清除這些自由基，與過氧化物歧化酶、過氧化物酶等協(xié)同更完善的保護(hù)膜免受自由基的傷害[21]。

干旱等脅迫下活性氧清除系統(tǒng)各組分含量或活性的變化存在較大爭議[22-23]。表明不同的植物材料或同一植物材料在不同的生長時(shí)期，其抗氧化反應(yīng)存在很大不同，且與水分脅迫及其他的逆境條件有關(guān)[17]，這可能是由于各保護(hù)酶具有多種同工酶形式，而且對水分脅迫及蟲害等不同脅迫的反應(yīng)可能不盡一致。過氧化物酶存在于植物細(xì)胞壁和細(xì)胞的質(zhì)外體之中,是植物對膜脂過氧化的酶促防御系統(tǒng)中重要的保護(hù)酶,主要作用是酶促降解H2O2[24]。蟲害發(fā)生后，圓形葉中過氧化物酶活性快速升高，且在兩種形狀葉片中活性變化差異顯著，說明在蟲害誘導(dǎo)后，過氧化物酶在胡楊自身的抗氧化防御體系中起著關(guān)鍵作用。這可能是因?yàn)楹鷹铙w內(nèi)原有的氧化脅迫和抗氧化系統(tǒng)，在受到蟲害時(shí)被打破，而胡楊為了生存將建立起新的體內(nèi)氧化脅迫和抗氧化系統(tǒng)的平衡，在水分虧缺和蟲害雙重脅迫條件下植物體內(nèi)可能存在著一種氧化脅迫和抗氧化系統(tǒng)平衡的打破與重建機(jī)制[6]，而過氧化物酶活性變化，在此過程中可能起了主要作用。由此可知，胡楊異形葉的存在，以及對不同脅迫條件的反應(yīng)差異，對于成年胡楊適應(yīng)嚴(yán)酷的荒漠環(huán)境，抵御各種復(fù)雜的環(huán)境脅迫具有重要意義。

[1]王世績，陳炳浩，李護(hù)群.胡楊林[M].北京:中國環(huán)境科學(xué)出版社,1995.

[2]楊樹德，鄭文菊，陳國倉，等.胡楊披針形葉與寬卵形葉的超微結(jié)構(gòu)與光合特性的差異[J].西北植物學(xué)報(bào),2005,25(1):14-21.

[3]蘇培璽，張立新，杜明武，等.胡楊不同葉形光合特性、水分利用效率及其對加富CO2的響應(yīng)[J].植物生態(tài)學(xué)報(bào),2003,27(1):34-40.

[4]Asada K,Takahashhi M.Production and scavenging of active oxygen photosynthesis[A].In:Kyle D J,Osmond C B,Arntzen C J.Photoinhibition[M].Amsterdam:Elsevier Scientific Publishers,1987:227-287.

[5]Biehler K,Fock H.Evidence for the contribution of the mehler-perioxdase reaction in dissipating excess electrons in drought stressesd wheat[J].Plant Physiology,1996,112:265-272.

[6]萬東石，李紅玉，梁厚果，等.蟲害對不同水分條件胡楊披針形葉活性氧代謝的影響[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)，2004,15:849-852.

[7]王艷，李俊清，譚志剛，等.蟲害及水分條件對胡楊(Populuseuphratica)葉片中酚類物質(zhì)及氮含量的影響[J].中國農(nóng)學(xué)通報(bào)，2009，25(12):69-74.

[8]Kessler A,Baldwin I T.Plant responses to insect herbivory: the emerging molecular analysis[J].Annual Review of Plant Biology,2002,53:299-328.

[9]Martha L C,Javier N V,Clarence A R.Hydrogen peroxide acts as a second messenger for the induction of defense genes in tomato plants in response to wounding,systemin,and methyl jasmonate[J].Plant Cell,2001,13:179-191.

[10]Barth C,Moeder W,Klessig D F,etal.The timing of senescence and response to pathogens is altered in the ascorbate-deficientArabidopsismutant vitamin c-1[J].Plant Physiology,2004,134:1-9.

[11]Mittapalli O,Neal J J,Shukle R H.Antioxidant defense response in a galling insect[J].Plant Cell,2007,104:1889-1894.

[12]Schilmiller A L,Howe G A.Systemic signaling in the wound response[J].Current Opinion in Plant Biology，2005,8:369-377.

[13]Pellinen R I,Korhonen M S,Tauriainen A A,etal.Hydrogen peroxide activates cell death and defence gene expression in birch[J].Plant Physiology,2002,130:549-560.

[14]中國植物志編輯委員會.中國植物志[M].北京:科學(xué)出版社，1984:76-78.

[15]Trevor E,Kraus,R F.Protects wheat seedlings from heat and paraquat injury is detorxification of active oxygen involved[J].Plant Cell Physiology,1999,35:45-52.

[16]Mukherjee S P,Choudhuri M A.Implication of water stress induced changed in the leaves of endogenous ascorbic acid and hydrogen peroxide inVignaseedlings[J].Plant Physiology，1983,58:166-170.

[17]Bradford M M.A rapid sensitive method for the quantition of microgram quantityes of protein utilizing the principle of protein-dye binding[J].Analyze Biochemical，1976,72:248-254.

[18]Bi J L,Felton G W.Foliar oxidative stress and insect herbivory: primary compounds,secondary metabolites,and reactive oxygen species as components of induced resistance[J].Journal of Chemical Ecology,1995,21:1511-1530.

[19]Ruuhola T,Yang S Y.Wound-induced oxidative responses in mountain birch leaves[J].Annual of Botany,2006,97:29-37.

[20]Chen H,Wilkerson C G,Howe G A.Stability of plant defense proteins in the gut of insect herbivors[J].Plant Physiology,2007,143:1954-1967.

[21]Gould K S,McKelvie J,Markham K R.Do anthocyanins function as antioxidants in leaves? Imaging of H2O2in red and green leaves after mechaical injury[J].Plant，Cell and Environment,2002,25:1261-1269.

[22]張永峰,殷波.混合鹽堿脅迫對苗期紫花苜?？寡趸富钚约氨┖康挠绊慬J].草業(yè)學(xué)報(bào)，2009,18(1):46-50.

[23]史瑩華,王成章,張偉毅，等.苜蓿秋眠型與其超氧化物歧化酶和過氧化物酶關(guān)系的研究[J].草業(yè)科學(xué),2009,26(8):129-131.

[24]劉磊,陳立波,李志勇，等.晚秋溫度對苜蓿地上部游離脯氨酸、可溶性糖和POD 活性的影響[J].草業(yè)科學(xué),2009,26(10):89-93.