外源水楊酸浸種對(duì)干旱脅迫下國(guó)槐根系抗氧化酶系的影響

張海軍

（山西晉路園林綠化工程有限公司，山西 太原 030006）

山西省冬春干旱少雨，伏旱、秋旱時(shí)有發(fā)生，有“十年九旱”之稱。全省水資源總量約占全國(guó)的0.5%；人均水資源量約占世界人均的4%，全國(guó)人均的17.6%；耕地畝均水資源量約為世界畝均水平的10%，為全國(guó)畝均的13.5%。據(jù)第二次土壤普查結(jié)果顯示，全省耕地土壤有機(jī)質(zhì)含量平均僅1.07%，旱地多數(shù)不足1%，中低產(chǎn)田占耕地總面積的2/3以上[1]。因此，如何使園林苗木在干旱條件的脅迫下獲得快速高效生長(zhǎng)，引起了人們的高度重視。水楊酸（salicylic acid，SA）即鄰羥基苯甲酸，是一種植物生長(zhǎng)物質(zhì)和植物內(nèi)源信號(hào)分子，環(huán)境脅迫下施用一定量的外源水楊酸，能夠影響苗木的生理活動(dòng)，使其對(duì)不良環(huán)境產(chǎn)生一定的抗性[2]，外源水楊酸對(duì)植物的誘導(dǎo)作用，能提高SOD活性、游離脯氨酸含量、可溶性蛋白質(zhì)含量、POD活性，使MDA含量減少，能顯著提高其抗旱性[3～5]。國(guó)槐（Sophora japonica Linn），屬于豆科、蝶形花亞科喬木植物，是良好的綠化樹(shù)種、常作庭蔭樹(shù)和行道樹(shù)，且具有一定的經(jīng)濟(jì)價(jià)值、藥用價(jià)值、染料價(jià)值和人文價(jià)值，在不少國(guó)家都有種植，尤其在亞洲[6]。國(guó)槐是防風(fēng)固沙、用材及經(jīng)濟(jì)林兼用的樹(shù)種，是城鄉(xiāng)良好的遮蔭樹(shù)和行道樹(shù)種。國(guó)槐對(duì)二氧化硫、氯氣及煙塵抗性較強(qiáng)。原產(chǎn)我國(guó)北部，現(xiàn)南北各地普遍應(yīng)用于綠化工程，是北方城市廣泛應(yīng)用的行道樹(shù)和庭陰樹(shù)，也是目前嫁接龍爪槐、垂柳等觀賞品種的唯一砧木樹(shù)種，應(yīng)用前景十分廣闊。市場(chǎng)分析:在綠色苗木生產(chǎn)方面，近幾年國(guó)槐苗木產(chǎn)量增加較快，數(shù)量多，種植密度大，不利于培育大苗，而且長(zhǎng)期沿用“拔大苗”的出圃方式，使劣質(zhì)苗木存圃量增多，干形、冠形較差，難以滿足城市綠化對(duì)苗木質(zhì)量的需求。文章以國(guó)槐為材料，通過(guò)測(cè)定幼苗中CAT活性、SOD活性、POD活性、MDA含量，探索外源水楊酸浸種對(duì)國(guó)槐根系MDA含量和抗氧化酶的影響，尋求增強(qiáng)國(guó)槐抗旱能力、提高國(guó)槐產(chǎn)量的措施，具有重要的實(shí)用價(jià)值。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

國(guó)槐種子。

1.2 儀器與設(shè)備

試管、研缽、離心管、燒杯、移液管、滴定管、三角瓶、恒溫水浴鍋、微量加樣器。

1.3 實(shí)驗(yàn)藥品

0.05 mol/L的愈創(chuàng)木酚溶液、2%的過(guò)氧化氫、0.05 mol/L PH=7.8磷酸緩沖液、10%的硫酸、0.1 mol/L高錳酸鉀、0.1 mol/L的過(guò)氧化氫、130 mmol/L Met溶液、750 umol/L NBT 溶液、100 umol/L EDTA-Na2溶液、5%三氯乙酸、0.5%硫代巴比妥酸。

1.4 試驗(yàn)方法

該試驗(yàn)在山西師范大學(xué)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行。供試驗(yàn)的種子是國(guó)槐。干旱脅迫的方法是將聚乙二醇（PEG—6 000）按一定比例溶入1/2 Hoagland營(yíng)養(yǎng)液，聚乙二醇的濃度分別是79g/L、149g/L、178g/L，并以清水作為對(duì)照，模擬輕、中、重度干旱脅迫進(jìn)行水培試驗(yàn)，，水培容器采用30×40×20 cm長(zhǎng)方形聚乙烯塑料盆，每盆裝培養(yǎng)液6 L。選取健壯飽滿、大小一致的種子，消毒15 min后，用去離子水沖洗若干次，陰干后，分別放置于蒸餾水（CK）、0.25、0.5、1、2、4 mmol/LSA溶液浸種，24 h之后取出，再分別均勻擺放在鋪有濾紙的培養(yǎng)皿中，置于25±2℃光照培養(yǎng)箱中培養(yǎng)，每天用去離子水澆灌，5 d后選擇長(zhǎng)勢(shì)一致的健壯幼苗，用脫脂棉固定在事先打有定植孔的泡沫塑料板上，移入水培盤(pán)中培養(yǎng)，每盤(pán)24株，定時(shí)通氣，每5 d更換一次營(yíng)養(yǎng)液，培養(yǎng)5 d后對(duì)6組不同處理，分別分成4組用1/2 Hoagland營(yíng)養(yǎng)液，含79 g/L、149 g/L、178 g/L聚乙二醇（PEG—6 000），模擬不同程度的干旱處理，培養(yǎng)5 d后取樣調(diào)查分析各項(xiàng)指標(biāo)。

1.5 測(cè)定方法

超氧化物歧化酶（SOD）采用氮藍(lán)四唑（NBT）法測(cè)定；過(guò)氧化氫酶（CAT）采用高錳酸鉀滴定法；過(guò)氧化物酶（POD）采用愈創(chuàng)木酚法測(cè)定；丙二醛含量（MDA）用硫代巴比妥酸法測(cè)定

1.6 分析方法

采用Duncan，s新復(fù)極差法進(jìn)行多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同濃度SA處理對(duì)干旱脅迫下國(guó)槐根系MDA含量的影響

大量研究表明，植物在逆境下遭受傷害與活性氧積累誘發(fā)的膜脂過(guò)氧化作用密切相關(guān)，膜脂過(guò)氧化是膜上不飽和脂肪酸中所發(fā)生的一系列活性氧反應(yīng),其產(chǎn)物丙二醛（MDA）含量是反映脂質(zhì)過(guò)氧化作用強(qiáng)弱的一個(gè)重要指標(biāo)[7]。

MDA積累反應(yīng)了膜脂過(guò)氧化程度的高低，因此，人們通過(guò)測(cè)定試驗(yàn)材料中MDA含量了解膜脂過(guò)氧化的程度，并間接測(cè)定膜系統(tǒng)受損程度。

國(guó)槐在干旱脅迫下，隨著干旱程度的加深，根系細(xì)胞中MDA的含量總體呈上升趨勢(shì)，輕度與中度干旱脅迫下MDA含量與對(duì)照相比增加不顯著，而在重度干旱脅迫下MDA含量有明顯的增加。這就表明，干旱程度越大，根系中MDA的含量越多，對(duì)國(guó)槐根系傷害也就越嚴(yán)重。但是經(jīng)過(guò)水楊酸浸種以后的國(guó)槐，與沒(méi)有經(jīng)過(guò)浸種的清水對(duì)照相比較，MDA的含量都普遍呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。這就說(shuō)明，SA浸種能夠有效地減緩干旱對(duì)國(guó)槐根系的傷害。從表中可以看出，無(wú)論脅迫與否，利用1 mmol/L SA浸種處理可以明顯降低國(guó)槐根系細(xì)胞中的MDA含量，以減輕干旱脅迫危害。但是當(dāng)水楊酸濃度大于1 mmol/L時(shí)，MDA含量又呈上升趨勢(shì)。此種現(xiàn)象表明，并不是SA濃度越高，國(guó)槐根系的抗旱能力就越強(qiáng)，高濃度的水楊酸不能夠減緩干旱對(duì)根系的傷害。

2.2 不同濃度SA處理對(duì)干旱脅迫下國(guó)槐根系抗氧化酶系的影響

過(guò)氧化物酶（POD）、過(guò)氧化氫酶（CAT）和超氧化物歧化酶（SOD）普遍存在于植物體內(nèi)，是一類重要的抗氧化酶，參與植物的許多生理生化過(guò)程，在清除體內(nèi)活性氧自由基的多酶復(fù)合體系中，具有抗自由基的聯(lián)合、協(xié)同作用，使細(xì)胞內(nèi)的活性氧保持較低水平。

SOD是廣泛存在生物體內(nèi)參與氧代謝的一種含金屬酶，它能夠很有效地阻止活性氧和其他過(guò)氧化物在植物體內(nèi)的積累，排除了活性氧和其他過(guò)氧化物對(duì)細(xì)胞膜系統(tǒng)的潛在傷害的可能性，以減輕逆境脅迫對(duì)植物造成的危害。因此，植物組織中SOD、POD及CAT活性的高低以及在逆境中的變化趨勢(shì)在一定程度上可反映植物抗逆性的強(qiáng)弱。SOD可以消除超氧化物陰離子產(chǎn)生H2O2，POD可以將H2O2分解為水。所有植物都具有抗氧化酶系統(tǒng),在受到干旱脅迫、鹽脅迫或其他環(huán)境脅迫時(shí)，抗氧化酶的活力也會(huì)相應(yīng)地提高。

過(guò)氧化物酶（peroxidase，POD）是廣泛存在于各種動(dòng)物、植物和微生物體內(nèi)的一類氧酶，POD催化由過(guò)氧化氫參與的各種還原劑的氧化反應(yīng):RH2+H2O2→2H2O+R，植物過(guò)氧細(xì)胞壁的形成等許多重要過(guò)程，由于涉及H2O2代謝，所以，POD與植物對(duì)環(huán)境應(yīng)答方面越來(lái)越受到重視。過(guò)氧化物酶（POD）是影響作物生長(zhǎng)發(fā)育最重要的酶類之一，特別對(duì)作物抗逆具有重要作用。同時(shí)植物體內(nèi)的過(guò)氧化物酶（POD）和過(guò)氧化氫酶（CAT）能抵御和清除活性氧，阻抑膜脂過(guò)氧化，維持膜系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

2.2.1 不同濃度SA處理對(duì)干旱脅迫下國(guó)槐根系SOD活性的影響

干旱脅迫后國(guó)槐根系中SOD活性隨著SA的濃度先上升后下降。SA濃度為1 mmol/L時(shí)SOD的活性最大，大于1 mmol/L時(shí)活性逐漸降低，SA濃度在1mmol/L以下國(guó)槐對(duì)干旱有一定的緩沖能力，超過(guò)1 mmol/L，SOD活性逐漸降低,緩沖能力下降。

2.2.2 不同濃度SA處理對(duì)干旱脅迫下國(guó)槐根系POD活性的影響

干旱脅迫后國(guó)槐根系中POD活性隨著SA的濃度先上升后下降。SA濃度為1 mmol/L時(shí)POD的活性最大，大于1 mmol/L時(shí)活性逐漸降低。SA濃度在1 mmol/L以下國(guó)槐對(duì)干旱有一定的緩沖能力，超過(guò)1 mmol/L，POD活性逐漸降低,緩沖能力下降。

2.2.3 不同濃度SA處理對(duì)干旱脅迫下國(guó)槐根系CAT活性的影響

SA濃度為1 mmol/L時(shí)CAT活性最高，超過(guò)1 mmol/L活性越來(lái)越低，SA濃度在1 mmol/以下，國(guó)槐對(duì)干旱有一定的緩沖能力，大于1 mmol/L時(shí)，對(duì)干旱的緩沖能力下降。在國(guó)槐根系沒(méi)有受到干旱脅迫時(shí)，CAT的活性最大，隨著干旱脅迫程度的增加，CAT的活性逐漸下降。說(shuō)明干旱程度越大，CAT的活性越小。但是經(jīng)過(guò)SA處理后，CAT活性始終高于未被SA處理的活性。

3 結(jié)論與討論

環(huán)境脅迫能夠影響和改變植物的生理生化特性，同時(shí)植物對(duì)環(huán)境脅迫也會(huì)產(chǎn)生生理響應(yīng)。用不同濃度的SA處理國(guó)槐種子，結(jié)果表明，SA的浸種處理可以改變國(guó)槐根系細(xì)胞中抗氧化酶系的活性，干旱脅迫后國(guó)槐根系中SOD、POD及CAT活性均呈現(xiàn)不同程度的降低趨勢(shì)，國(guó)槐根系中POD、SOD及CAT活性隨著SA的濃度先上升后下降。但是經(jīng)過(guò)SA處理的POD、SOD及CAT活性始終高于清水處理的酶活性。SA濃度為1 mmol/L時(shí)POD、SOD及CAT的活性最大，大于1 mmol/L時(shí)活性逐漸降低。SA濃度在1mmol/L以下國(guó)槐對(duì)干旱有一定的緩沖能力，超過(guò)1mmol/L，抗氧化酶系的活性逐漸降低,緩沖能力下降。無(wú)論脅迫與否，利用1 mmol/LSA浸種處理，抗氧化酶系均表現(xiàn)出最大的酶活力，從而有效清除國(guó)槐細(xì)胞內(nèi)H2O2，降低氧化傷害。但隨著SA濃度的增加，國(guó)槐根系中SOD、POD及CAT活性又呈現(xiàn)下降的態(tài)勢(shì)，這說(shuō)明低濃度的SA浸種可以緩解干旱脅迫帶來(lái)的危害，但是隨著SA濃度的升高，緩解作用降低甚至起抑制作用。

植物對(duì)環(huán)境脅迫的響應(yīng)之一就是抗氧化酶活性的變化，干旱脅迫能使植物體內(nèi)SOD、POD、CAT活性降低，MDA水平增加。國(guó)槐在干旱脅迫下，隨著干旱程度的加深，根系細(xì)胞中MDA的含量不斷增多，對(duì)國(guó)槐根系的傷害也就越嚴(yán)重。但是經(jīng)過(guò)水楊酸浸種處理以后的國(guó)槐，與沒(méi)有經(jīng)過(guò)浸種的清水對(duì)照相比較，MDA的含量都普遍呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。這就說(shuō)明，SA浸種能夠有效地減緩干旱對(duì)國(guó)槐根系的傷害。無(wú)論脅迫與否，利用1 mmol/L SA浸種處理可以明顯降低國(guó)槐根系細(xì)胞中的MDA含量，以減輕干旱脅迫危害。當(dāng)水楊酸濃度大于1 mmol/L時(shí)，MDA含量增多。說(shuō)明高濃度的水楊酸不能夠減緩干旱對(duì)根系的傷害。

[1]戴靜，山西旱情發(fā)生及對(duì)策探討，山西農(nóng)經(jīng)，2007年第5期.

[2]陸曉民，水分脅迫下外源水楊酸對(duì)毛豆某些生理指標(biāo)及其抗旱性的影響(簡(jiǎn)報(bào))，熱帶作物學(xué)報(bào)，2008年第4期.

[3]劉杰，楊絮茹，方婧等，水楊酸對(duì)植物抗旱性的影響[J]，黑龍江農(nóng)業(yè)科學(xué)，2008年第4期.

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[5]潘瑞熾，植物生理學(xué)（第五版）[M]，高等教育出版社，2004年6月：200.

[6]任憲威（北方本）樹(shù)木學(xué).北京：中國(guó)林業(yè)出版社，1997年5月.

[7]趙惠新，覃建兵,祝長(zhǎng)青，李群，鉛脅迫對(duì)甜瓜種子胚芽酶系統(tǒng)及MDA含量的影響,種子，2008年12月.