茭白肉質(zhì)莖膨大過程中3種保護(hù)酶的活性變化

陳淑玲，張雷，王凌云，鄭寨生，張尚法，壽森炎

（1.浙江金華市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院，321000；2.浙江大學(xué)農(nóng)業(yè)與生物技術(shù)學(xué)院）

茭白肉質(zhì)莖膨大過程中3種保護(hù)酶的活性變化

陳淑玲1，張雷1，王凌云1，鄭寨生1，張尚法1，壽森炎2

（1.浙江金華市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院，321000；2.浙江大學(xué)農(nóng)業(yè)與生物技術(shù)學(xué)院）

以雙季茭白浙茭3號(hào)、浙茭5號(hào)為試驗(yàn)材料，選擇不同生長階段的肉質(zhì)莖，分別測(cè)定多酚氧化酶（PPO）、過氧化氫酶（CAT）、過氧化物酶（POD）的活性。試驗(yàn)結(jié)果表明，在茭白肉質(zhì)莖的膨大過程中，PPO、CAT的活性呈膨大前期下降，后期上升的趨勢(shì)。PPO的活性在生長后期有明顯的上升。POD的活性總體呈下降趨勢(shì)，生長后期活性趨于穩(wěn)定。浙茭3號(hào)、浙茭5號(hào)3種保護(hù)酶的變化趨勢(shì)一致，但品種間不同酶的活性有差異。

茭白；肉質(zhì)莖；酶活性；多酚氧化酶（PPO）；過氧化氫酶（CAT）；過氧化物酶（POD）

茭白（Zizania latifoliaTurcz.）是我國重要的水生蔬菜之一，栽培面積僅次于蓮藕。茭白地上莖，即短縮莖長到10節(jié)以上時(shí)，如果溫度、光照條件適宜，養(yǎng)分充足，共生的黑粉菌就會(huì)大量繁殖侵入茭白莖部，刺激莖膨大形成肥大的菌癭，即可食用的器官——茭白[1]。黑粉菌是一種寄生真菌，對(duì)谷物的為害很大，其侵染刺激茭白莖基部的膨大被認(rèn)為是一種感病的過程。植物在抵御病原微生物的侵染過程中，與抗性相關(guān)的酶，如過氧化物酶（POD）、過氧化氫酶（CAT）、多酚氧化酶（PPO）等活性均會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化，發(fā)揮抗病的作用。本文通過不同茭白品種在肉質(zhì)莖膨大過程中3種與抗性相關(guān)酶的活性變化的研究，研究茭白被黑粉菌侵染后的應(yīng)激反應(yīng)，以期為茭白肉質(zhì)莖的膨大機(jī)理提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試茭白品種為浙茭3號(hào)、浙茭5號(hào)，雙季茭品種，種苗由浙江大學(xué)試驗(yàn)農(nóng)場(chǎng)提供。

試驗(yàn)在浙江大學(xué)華家池校區(qū)進(jìn)行，田間管理同常規(guī)。10月根據(jù)肉質(zhì)莖膨大程度：膨大初期（質(zhì)量2 g±0.2 g）、前期（質(zhì)量 15 g±0.5 g）、中期（質(zhì)量35 g±0.5 g）、后期（肉質(zhì)莖露白）和生長后期（葉鞘撐裂，肉質(zhì)莖開始轉(zhuǎn)青）共取樣5次，以字母A，B，C，D，E表示，每個(gè)處理4次重復(fù)。樣品放入液氮速凍后，保存于-70℃超低溫冰箱。

1.2 酶活性測(cè)定方法

PPO活性測(cè)定參照蔣躍明等[2]的方法；CAT活性測(cè)定參照朱祝軍等[3]方法；POD活性測(cè)定參照Cakmak等[4]方法加以改進(jìn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 PPO活性的變化

由圖1可知，茭白肉質(zhì)莖膨大初期到生長后期，浙茭3號(hào)、浙茭5號(hào)的PPO活性在膨大前期略有下降，到生長后期均明顯提高。從最低點(diǎn)（膨大前期）到最高點(diǎn)（生長后期），浙茭3號(hào)、浙茭5號(hào)PPO活性分別增長了48.2%、33.6%。茭白肉質(zhì)莖膨大過程中浙茭3號(hào)的PPO活性高于浙茭5號(hào)。

圖1 茭白肉質(zhì)莖膨大過程中PPO活性的變化

2.2 CAT活性的變化

由圖2可知，浙茭3號(hào)、浙茭5號(hào)的CAT活性在膨大前期開始下降，到膨大后期略提高后趨于穩(wěn)定。從最高點(diǎn)（膨大初期）到最低點(diǎn)（生長后期），浙茭3號(hào)、浙茭5號(hào)CAT活性分別下降了32.1%、51.5%。茭白肉質(zhì)莖膨大過程中CAT活性表現(xiàn)為浙茭5號(hào)>浙茭3號(hào)。

2.3 POD活性的變化

如圖3所示，浙茭3號(hào)、浙茭5號(hào)的POD活性在膨大過程中不斷下降，后趨于穩(wěn)定，從膨大初期到生長后期，浙茭3號(hào)、浙茭5號(hào)CAT活性分別下降了30.6%、21.9%。二者的POD活性膨大后期和生長后期無明顯差異。生長后期POD活性不再下降可能與此時(shí)木質(zhì)素的積累增加有關(guān)。茭白肉質(zhì)莖膨大過程中2個(gè)品種的POD活性相近。

3 小結(jié)與討論

PPO氧化生物體內(nèi)的酚類物質(zhì)形成對(duì)害蟲、病菌更具毒性的醌，對(duì)植物的抗病性發(fā)揮了重要作用。本試驗(yàn)中，茭白肉質(zhì)莖中的PPO活性在膨大初期較高，膨大過程中變化較小，直到生長后期明顯增強(qiáng)。說明PPO活性對(duì)茭白肉質(zhì)莖的膨大作用不明顯，可能是因?yàn)樵诤诜劬秩竞笈虼笄暗碾A段已經(jīng)有過快速增長，在膨大過程中始終保持著這一活性水平。茭白生長后期肉質(zhì)莖老化，導(dǎo)致木質(zhì)素含量上升，而PPO催化香豆酸向咖啡酸轉(zhuǎn)化，為木質(zhì)素合成提供前體物質(zhì)[5]，因此在生長后期，茭白肉質(zhì)莖中的PPO活性升高。

受病菌侵染后，植物體內(nèi)會(huì)產(chǎn)生大量活性氧，導(dǎo)致細(xì)胞受損，POD、CAT可以清除植物體內(nèi)的H2O2，維持體內(nèi)的活性氧代謝平衡，保護(hù)膜結(jié)構(gòu)。本試驗(yàn)中，肉質(zhì)莖膨大初期，CAT活性較大，說明此時(shí)茭白受黑粉菌侵染，茭白對(duì)其有應(yīng)激反應(yīng)。之后CAT活性下降幅度較大，到膨大后期活性趨于平緩，說明黑粉菌侵染對(duì)茭白不會(huì)產(chǎn)生為害，或膨大后期黑粉菌繁殖力下降。POD活性與CAT的變化相似，但變化幅度較小，到生長后期不再下降，這可能與茭白生長后期木質(zhì)素的合成積累上升有關(guān)，因?yàn)镻OD的同工酶是植物木質(zhì)素合成過程中的關(guān)鍵酶[1]。

本試驗(yàn)結(jié)果表明，肉質(zhì)莖膨大過程中2個(gè)雙季茭品種的3種保護(hù)酶的活性變化趨勢(shì)一致，但品種間不同酶的活性有差異，說明不同品種對(duì)黑粉菌的應(yīng)激反應(yīng)程度不同，這可能與黑粉菌侵染后的分泌物質(zhì)種類和含量不同有關(guān)。下一步我們可以將采樣時(shí)期提前到孕茭前，研究整個(gè)孕茭過程中酶活性的變化規(guī)律，明確黑粉菌侵染時(shí)期，為進(jìn)一步探討茭白孕茭機(jī)理提供依據(jù)。

圖2 茭白肉質(zhì)莖膨大過程中CAT活性的變化

圖3 茭白肉質(zhì)莖膨大過程中POD活性的變化

[1]程龍軍，郭得平，朱祝軍，等.茭白肉質(zhì)莖膨大發(fā)育的生化基礎(chǔ)研究[J].核農(nóng)學(xué)報(bào)，2004，18（6）：457-461.

[2]蔣躍明，陳綿達(dá).香蕉低溫酶促褐變[J].植物生理學(xué)報(bào)，1991，17（2）：157-163.

[3]朱祝軍，喻景權(quán)，Gerendas J，等.氮素形態(tài)和光照強(qiáng)度對(duì)煙草的H2O2清除酶活性的影響[J].植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào)，1998（4）：379-385.

[4]Cakmak I,Marschner H.Magnesium deficiency and high light intensity enhance activities of superoxide dismutase ascorbate peroxidase,and glutathione reductase in bean leaves[J].Plant Physiol,1991,98:1 222-1 227.

[5]Campbell M M,Sederof R R．Variation in lignin content and composition[J]．Plant Physiol,1996,26(2):127-131.

Activity Changes of Three Protective Enzymes during Stem Swelling inZizania latifoliaTurcz.

CHEN Shuling1,ZHANG Lei1,WANG Lingyun1,ZHENG Zhaisheng1,ZHANG Shangfa1,SHOU Senyan2
(1.Jinhua Academy of Agricultural Sciences,Zhejiang 321000; 2.College of Agriculture and Biotechnology,Zhejiang University)

Taking the two water bamboo(Zizania latifoliaTurcz.)cultivars Zhejiao No.3 and Zhejiao No.5 as materials,the activities of polyphenol oxidase(PPO),catalase(CAT)and peroxidase(POD)were determined respectively at the different growth stages of the stem swelling.The results showed that,the PPO and CAT activities declined at earlier swelling stages, and rose afterwards,while the PPO activity increased significantly in the later growth stages.The POD activity decreased slowly during stem swelling,but was stable at the later growth stages.The change trends of PPO,CAT and POD activities were consistent,but the activities of the enzymes were different between Zhejiao No.3 and Zhejiao No.5.

Zizania latifoliaTurcz.;Fleshy stem;Enzyme activity;PPO;CAT;POD

10.3865/j.issn.1001-3547.2012.16.020

陳淑玲（1985-），碩士研究生，主要從事水生蔬菜栽培、育種，E-mail：elaine615@zju.edu.cn

壽森炎，通信作者，教授，主要從事蔬菜栽培方面的教育、科研工作，E-mail：syshou@zju.edu.cn

2012-07-01