低磷脅迫對不同油茶優(yōu)良無性系酶活性的影響1)

陳隆升 陳永忠 王 瑞 彭邵鋒 王湘南 楊小胡

(湖南省林業(yè)科學(xué)院，長沙，410004)

植物在長期的遺傳變異過程中，體內(nèi)形成了許多對養(yǎng)分及環(huán)境脅迫的適應(yīng)性機(jī)制，其中酶系統(tǒng)的變化是主要的適應(yīng)性反應(yīng)之一。許多研究表明，作為植物體的保護(hù)酶系統(tǒng)，超氧化物歧化酶(SOD)、過氧化物酶(POD)和過氧化氫酶(CAT)相互協(xié)調(diào)，可以在一定程度上減緩活性氧對植物細(xì)胞造成的傷害［1－2］。植物在逆境條件下往往具有較高的保護(hù)酶系統(tǒng)，其中根系分泌到生長介質(zhì)中的酸性磷酸酶活性(APase)顯著升高［3－5］，通過水解介質(zhì)中的無效態(tài)有機(jī)磷的磷酸酯鍵而釋放PO－43;通過增加葉片和根系組織中APase活性，重復(fù)利用植株體內(nèi)有機(jī)磷來解除磷營養(yǎng)脅迫［6］。目前，對油茶在磷脅迫環(huán)境中研究較少，主要集中于低磷脅迫生理生化機(jī)制的探討方面［7－8］。油茶(Camellia oleifera Abel.)廣泛分布在我國南方14個省區(qū)，有上百個品種及類型［9－10］，這些品種及類型在長期的系統(tǒng)發(fā)育過程中形成了不同的地理生態(tài)類型，具有不同的營養(yǎng)遺傳性狀，為磷高效型油茶品種的篩選提供了豐富的材料。因此，筆者通過研究不同油茶優(yōu)良無性系受低磷脅迫影響后各抗氧化酶活性及膜脂過氧化的變化情況，以探討植物耐低磷能力與保護(hù)酶系統(tǒng)的關(guān)系，為油茶磷高效型品種的選育和磷素利用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

供試材料:試驗(yàn)材料為1年生油茶無性系苗，5個油茶優(yōu)良無性系為湘林56、湘林4、湘林81、湘林67、湘林69，其苗高基本在15 cm左右。

試驗(yàn)設(shè)計(jì):采用1/2Hoagland完全營養(yǎng)液培養(yǎng)植物材料，設(shè)無磷(P0，0 mmol/L)、低磷(P1，0.05 mmol/L)、正常磷(P2，0.50 mmol/L)3 個磷濃度梯度，磷由KH2PO4提供，具體詳見陳隆升的方法［8］。將油茶苗根系土壤用清水洗干凈，蒸餾水清洗后，移植到裝有河沙(用稀鹽酸浸泡、蒸餾水反復(fù)沖洗)的塑料桶(直徑20 cm，高30 cm)中培養(yǎng)。每桶3棵幼苗，每3 d澆1次200 mL的營養(yǎng)液。中間根據(jù)失水情況補(bǔ)充一次200 mL的蒸餾水，每個處理7盆，共21株苗。培養(yǎng)環(huán)境為溫室塑料大棚，棚內(nèi)平均溫度30℃(7—9月)和22℃(10—11月)左右，相對濕度60%以上，光照時間為12～13 h。培養(yǎng)時間為2010年7月15日—11月22日，分別于處理后的45、75、105 d采取植株葉片，于超低溫冰箱中保存。

試驗(yàn)指標(biāo)測定方法:SOD、POD、CAT測定參考張志 良 和 鄒 琦 的 方 法［11－12］;脯 氨 酸 和 丙 二 醛(MDA)測定參考中國科學(xué)院上海植物生理研究所的方法［13］。葉片的酸性磷酸酶活性測定參考林啟美等的葉餅法［14］。所有分析均3次重復(fù)。

數(shù)據(jù)處理與分析:應(yīng)用SAS 9.0和Excel進(jìn)行相關(guān)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 低磷脅迫對不同油茶優(yōu)良無性系保護(hù)酶活性的影響

對SOD活性的影響:從表1中可以看出，隨培養(yǎng)介質(zhì)磷水平的下降，油茶無性系葉片SOD活性顯著增加，磷水平間差異達(dá)到極顯著水平(P＜0.01)，其活性增幅為7.40% ～30.87%(P0與P2比較)和2.15% ～18.61%(P1與 P2比較)，具有明顯的趨勢性。進(jìn)一步地統(tǒng)計(jì)分析表明，不同磷水平下各參試油茶無性葉片SOD活性差異顯著(P＜0.05)，在無磷(P0)和低磷(P1)下，均以湘林67最高;與正常磷(P2)相比，湘林69的SOD活性增幅最大，分別增加了30.87%和18.61%，各無性系的增幅大小依次為湘林69、湘林81、湘林67、湘林4、湘林56。

表1 低磷脅迫對不同油茶無性系葉片保護(hù)酶活性的影響

對POD活性的影響:從表1中可以看出，隨培養(yǎng)介質(zhì)磷水平的下降，油茶無性系葉片POD活性顯著增加，磷水平間差異達(dá)到極顯著水平(P＜0.01)，其活性增幅為12.93% ～147.37%(P0與P2比較)和1.29% ～70.53%(P1與P2比較)。方差分析表明，不同磷水平下各參試油茶無性系葉片POD活性有顯著異差(P＜0.05)，在無磷(P0)和低磷(P1)下，均以湘林81最高;與正常磷(P2)相比，湘林81的POD活性增幅最大，分別增加了147.37%和 70.53% 。

對CAT活性的影響:從表1中可以看出，隨培養(yǎng)介質(zhì)磷水平的下降，油茶無性系葉片CAT活性顯著增加，磷水平間差異達(dá)到極顯著水平(P＜0.01)，其活性增幅為9.28% ～52.84%(P0與P2比較)和3.16% ～38.2%(P1與 P2比較)。方差分析表明，不同磷水平下各參試油茶無性葉片CAT活性有顯著異差(P＜0.05)，在無磷(P0)和低磷(P1)下，均以湘林81最高;與正常磷(P2)相比，無磷脅迫下(P0)湘林67的CAT活性增幅最大，為52.84%，低磷脅迫下(P1)則以湘林81的幅最大，為38.2%，其次是湘林 67，為 17.59%。

2.2 低磷脅迫對不同油茶優(yōu)良無性系 MDA和APase活性的影響

從表2中可以看出，在無磷(P0)和低磷(P1)下，各無性系的MDA質(zhì)量摩爾濃度均顯著(P＜0.05)高于正常磷(P2)，其活性增幅為2.62% ～26.15%(P0與P2比較)和1.33% ～16.20%(P1與 P2比較)。方差分析表明，不同磷水平下各參試油茶無性系葉片丙二醛質(zhì)量摩爾濃度有顯著異差(P＜0.05)，在無磷(P0)和低磷(P1)下，均以湘林56最高，湘林81最低;無磷脅迫下(P0)湘林69的MDA質(zhì)量摩爾濃度增幅最小，為2.62%(P0與 P2比較)，低磷脅迫下(P1)則以湘林67的增幅最小，為1.33%，其次是湘林69，為3.95%(P1與P2比較)。在缺磷處理(P0、P1)葉片APase活性均極顯著(P＜0.01)高于正常供磷處理(P2)，葉片APase活性增幅為23.44% ～97.30%(P0與 P2)和 15.06% ～47.48%(P1與 P2比較)。隨脅迫程度的加重，酶活性增強(qiáng)趨勢明顯。這表明低磷脅迫下，油茶無性系植株體內(nèi)的APase活性也會發(fā)生變化，以使植株體內(nèi)僅有的磷得以多次重復(fù)利用。方差分析結(jié)果表明，無磷(P0)、低磷(P1)脅迫下，不同油茶無性系葉片APase活性均達(dá)到顯著差異(P＜0.05)。在無磷脅迫下，葉片APase活性以湘林67最強(qiáng)，湘林69次之，低磷脅迫水平下，葉片APase活性以湘林67最強(qiáng)。

表4 低磷脅迫對不同油茶無性系葉片MDA和APase的影響

3 結(jié)論與討論

POD、SOD、CAT等酶活性的變化已廣泛應(yīng)用于植物抗逆性研究［15－17］，作為植物細(xì)胞的保護(hù)酶系統(tǒng)，SOD、CAT和POD在清除活性氧過程中發(fā)揮著巨大的作用。本研究發(fā)現(xiàn)，與正常供磷(P2)相比，在無磷(P0)和低磷(P1)脅迫下各油茶無性系的保護(hù)酶活性均顯著提高。在無磷處理(P0)下，SOD活性增幅為7.40% ～30.87%，POD 活性增幅為12.93% ～147.37%，CAT 活性增幅為9.28% ～52.84%;低磷處理(P1)下，SOD 活性增幅為2.15% ～18.61%，POD活性增幅為1.29% ～70.53%，CAT 活性增幅3.16% ～38.20%。研究進(jìn)一步證實(shí)了保護(hù)酶系統(tǒng)活性的提高是油茶適應(yīng)低磷脅迫的重要生理反應(yīng)機(jī)制之一。

保護(hù)酶系統(tǒng)的變化及其對活性氧的清除可以認(rèn)為是植物耐低磷脅迫的生理機(jī)制之一［16－17］。本研究發(fā)現(xiàn)在無磷(P0)和低磷(P1)脅迫下5個油茶優(yōu)良無性系在保護(hù)酶活性變化方面存在顯著差異，與正常磷(P2)相比，無磷(P0)和低磷(P1)脅迫下湘林69的SOD活性增幅最大，分別增加了30.87%和18.61%;湘林81的POD活性增幅最大，分別增加了147.37%和70.53%;無磷脅迫下(P0)湘林67的CAT活性增幅最大，為52.84%，低磷脅迫下(P1)則以湘林81的增幅最大，為38.20%，表明湘林81、湘林67、湘林69這3個無性系能快速調(diào)整保護(hù)酶系統(tǒng)活性從而增強(qiáng)了植株的抗低磷能力。

MDA是反映及植物受害后自我修復(fù)能力的重要指標(biāo)之一，利用MDA質(zhì)量摩爾濃度和(或)其它生理生化指標(biāo)進(jìn)行作物抗性的評價與鑒定，這在水稻、甘蔗等作物的抗旱性鑒定中已有成功的應(yīng)用［18－19］。本研究發(fā)現(xiàn)，與正常供磷(P2)相比，在無磷(P0)和低磷(P1)下，MDA質(zhì)量摩爾濃度均以湘林56最高，湘林81最低，無磷脅迫下(P0)湘林69的MDA質(zhì)量摩爾濃度增幅最小，為2.62%，低磷脅迫下(P1)則以湘林67的增幅最小，為1.33%，其次是湘林69，為3.95%，表明湘林56在受到低磷脅迫時其膜的過氧化水平和膜結(jié)構(gòu)的受害程度大，而湘林81、湘林67、湘林69受害程度相對較小，這是由于這3個無性系保護(hù)酶活性的大幅度提高，及時清除自由基，這也進(jìn)一步驗(yàn)證了這3個無性系在受到低磷脅迫時具備較強(qiáng)的自我修復(fù)能力。

APase分泌量的提高是忍耐缺磷脅迫的適應(yīng)性反應(yīng)，也是作為耐低磷品種篩選的一個生化指標(biāo)，本研究發(fā)現(xiàn)在無磷和低磷脅迫下，湘林67和湘林69具有較高的葉片APase活性。同時在前期的研究中，筆者發(fā)現(xiàn)在無磷和低磷脅迫下，湘林67、湘林81和湘林69根系內(nèi)部和外部的APase活性同樣較高，同時湘林67和湘林69在磷缺乏的條件下仍然具有較高的光合速率［8］，因此初步認(rèn)定這2個無性系為較耐低磷的無性系，但其耐低磷的能力、穩(wěn)定性及與產(chǎn)量的關(guān)系等均有待進(jìn)一步的研究。

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