水分脅迫對(duì)不同品種小麥幼芽抗氧化酶活性的影響

張述義，劉玲玲

（1.山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院旱地農(nóng)業(yè)研究中心，山西太原030006；2.山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院小麥研究所，山西臨汾041000）

植物體在水分脅迫逆境條件下，質(zhì)膜膜脂的物理狀態(tài)改變可能是植物感受滲透脅迫的原初響應(yīng)[1]。植物在逆境下通常伴隨大量活性氧自由基的產(chǎn)生，引起細(xì)胞中產(chǎn)生活性氧自由基與活性氧自由基的清除系統(tǒng)失衡，如果不及時(shí)清除將會(huì)造成細(xì)胞膜和一些大分子物質(zhì)的破壞[2]，膜結(jié)構(gòu)中含有的不飽和脂肪酸的類脂易受活性氧自由基攻擊，導(dǎo)致膜脂過氧化作用發(fā)生，脂質(zhì)過氧化產(chǎn)物MDA含量增加，使質(zhì)膜的選擇透性喪失，電解質(zhì)與一些小分子有機(jī)物質(zhì)外滲，最終導(dǎo)致植物傷害發(fā)生[3]。植物體內(nèi)的抗氧化系統(tǒng)是植物細(xì)胞對(duì)抗氧化脅迫的關(guān)鍵因素，其中，超氧化物歧化酶（ SOD）、過氧化氫酶（ CAT）、過氧化物酶（ POD）是抗氧化酶系統(tǒng)中3種重要的保護(hù)酶，是生物體內(nèi)重要的活性氧自由基清除劑，可以清除機(jī)體內(nèi)多余的活性氧自由基，解除活性氧自由基對(duì)生物體的毒性[4]，維持植物體內(nèi)活性氧自由基產(chǎn)生和淬滅的動(dòng)態(tài)平衡，防止膜脂過氧化。

干旱是影響小麥播種出苗的主要因素，尤其在小麥幼芽期，干旱逆境下成苗的關(guān)鍵不在于萌發(fā)，而主要在于萌發(fā)后的幼芽伸長[5-6]。為了解不同肥水類型小麥品種幼芽抗氧化酶系統(tǒng)對(duì)水分脅迫逆境的反應(yīng)，本研究選用晉麥47號(hào)（冬性半冬性、旱地品種）和舜麥1718（冬性半冬性、水地品種）2個(gè)不同肥水類型的小麥品種，在發(fā)芽期進(jìn)行水分脅迫處理，對(duì)幼芽中的抗氧化酶SOD，POD，CAT活性以及MDA含量和蛋白質(zhì)含量進(jìn)行了分析，以期為旱地栽培中選用高產(chǎn)小麥品種提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試材料晉麥47號(hào)、舜麥1718小麥品種，分別由山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院小麥研究所和棉花研究所提供。

1.2 材料培養(yǎng)

溫湯浸泡小麥種子30 min，之后瀝出種子，（25±1）℃清水浸泡24 h后，再將種子瀝出，挑選萌動(dòng)勢(shì)一致的種子，擺入培養(yǎng)皿（Ф10 cm）中，加入混合溶液（ 0.1 mmol/LKCl，0.1 mmol/LCaCl2，0.1 mmol/L MgCl2，0.5 mmol/L NaCl，0.2 mmol/L Na20.3mmol/LMES），（ 25±1）℃繼續(xù)培養(yǎng) 5d。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

將培養(yǎng)5 d的小麥培養(yǎng)皿內(nèi)水分吸凈，加入0（對(duì)照），19.2%（水分脅迫處理）聚乙二醇（PEG6000）溶液進(jìn)行處理，24 h后取樣，測(cè)定SOD，POD，CAT酶活性和MDA及蛋白質(zhì)含量，重復(fù)3次。

1.4 測(cè)定項(xiàng)目及方法

SOD活性測(cè)定，以反應(yīng)抑制氮藍(lán)四唑（NBT）光化還原50%的酶量為一個(gè)酶活單位，U/（g·h）[7]；POD活性采用愈創(chuàng)木酚法測(cè)定，以每分鐘內(nèi)吸光度（變化0.1為一個(gè)酶活單位，U/（g·min）[8]；CAT活性采用紫外分光光度法測(cè)定，以1 min內(nèi)A240減少0.1的酶量為一個(gè)酶活單位，U/（g·min）[9]；MDA含量采用硫代巴比妥酸法測(cè)定[7]；蛋白質(zhì)含量采用考馬斯亮藍(lán)染色法測(cè)定[9]。

1.5 數(shù)據(jù)分析

采用Excel對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 水分脅迫后不同小麥品種幼芽MDA含量的變化

由于水分脅迫處理可以引起植物體細(xì)胞內(nèi)有害自由基增多，引發(fā)膜中不飽和脂肪酸過氧化反應(yīng)發(fā)生。MDA是膜脂過氧化作用的主要產(chǎn)物，能與酶蛋白發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)聚合，使膜系統(tǒng)變性，造成膜脂流動(dòng)性降低，影響膜結(jié)合酶的功能，膜脂過氧化產(chǎn)物MDA含量的增加，會(huì)造成膜傷害，則MDA含量反映膜脂質(zhì)過氧化程度[10-11]。

試驗(yàn)結(jié)果（圖1）表明，在正常供水的對(duì)照中，晉麥47號(hào)幼芽中MDA含量低于舜麥1718；水分脅迫處理24 h后，晉麥47號(hào)和舜麥1718的MDA含量均升高，與對(duì)照相比，晉麥47號(hào)的MDA含量增加了23.26%，舜麥1718增加了15.9%。說明舜麥1718幼芽中的過氧化代謝產(chǎn)物積累相對(duì)少，對(duì)膜損傷程度較小。

2.2 水分脅迫后不同小麥品種幼芽SOD酶活性的變化

SOD是植物體內(nèi)一個(gè)關(guān)鍵的抗氧化酶，可通過Haber-weiss反應(yīng)清除植物體內(nèi)多余的超氧根陰離子，將2個(gè)超氧自由基發(fā)生歧化反應(yīng)形成水和氧。從圖2可以看出，對(duì)照的幼芽中晉麥47號(hào)與舜麥1718的SOD酶活性相近，分別為271.25，277.16 U/（g·h）。水分脅迫處理24 h后，2個(gè)小麥品種的SOD酶活性均上升，晉麥47號(hào)上升幅度大于舜麥1718，二者的SOD酶活性分別增加了55.83%，19.58%，可見，在水分脅迫下，晉麥47號(hào)幼芽以提高SOD酶活性淬滅超氧陰離子的能力大于舜麥1718。

2.3 水分脅迫后不同小麥品種幼芽CAT酶活性的變化

過氧化氫（H2O2）是植物生長過程中的代謝產(chǎn)物，逆境會(huì)導(dǎo)致過量的過氧化氫產(chǎn)生，對(duì)機(jī)體造成損害。CAT主要功能是分解植物組織中氧代謝中產(chǎn)生的H2O2以及有機(jī)過氧化物 ROOH，快速地轉(zhuǎn)化為其他無害較小的物質(zhì)，可以改善質(zhì)膜氧化損害程度，CAT酶活力越高，H2O2以及ROOH增加的比例越小。從圖3可以看出，對(duì)照的舜麥1718幼芽中CAT酶活性高于晉麥47號(hào)。經(jīng)過24 h水分脅迫處理后，2個(gè)小麥品種的CAT酶活性均提高。晉麥47號(hào)的CAT酶活性比對(duì)照增加了163.84%，舜麥1718的CAT酶活性比對(duì)照增加了11.69%，可見，晉麥47號(hào)幼芽中的過氧化氫酶活性對(duì)水分脅迫反應(yīng)非常敏感。

2.4 水分脅迫后不同小麥品種幼芽POD酶活性的變化

POD在植物體內(nèi)的主要作用也是清除H2O2，并將其分解為O2和H2O，其活性升高可以減輕活性氧對(duì)細(xì)胞膜的傷害。由圖4可知，晉麥47號(hào)幼芽POD酶活性高于舜麥1718。水分脅迫處理24 h后，晉麥47號(hào)的POD酶活性比對(duì)照增加92.52%，舜麥1718比對(duì)照增加59.25%。

2.5 水分脅迫后不同小麥品種幼芽蛋白質(zhì)含量的變化

可溶性蛋白質(zhì)是植物滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)之一，在維持生物膜結(jié)構(gòu)功能穩(wěn)定性、調(diào)節(jié)離子運(yùn)輸、抑制蛋白酶活性等方面起重要作用。很多與植物耐旱性相關(guān)的逆境誘導(dǎo)蛋白可能在不同小麥品種之間存在較一致的調(diào)節(jié)機(jī)制。由圖5可知，舜麥1718幼芽中蛋白質(zhì)含量高于晉麥47號(hào)，水分脅迫處理24 h后，晉麥47號(hào)蛋白質(zhì)含量與對(duì)照相比增加118.84%，舜麥1718增加了23.39%，與酶活性增加趨勢(shì)一致。

2.6 水分脅迫后不同小麥品種幼芽抗氧化酶活性總體的變化

從圖6可以看出，小麥發(fā)芽期，水分脅迫處理24 h后，晉麥47號(hào)幼芽中3個(gè)抗氧化酶活性增加百分率的總和大于舜麥1718，晉麥47號(hào)的抗氧化酶活性對(duì)水分脅迫敏感。晉麥47號(hào)以蛋白質(zhì)為主要滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，以增強(qiáng)抗氧化酶活性，來抵御水分脅迫的危害。

3 結(jié)論與討論

晉麥47號(hào)是一個(gè)抗旱、高產(chǎn)的優(yōu)良旱地冬小麥品種，舜麥1718是一個(gè)高產(chǎn)優(yōu)良的水地冬小麥品種[12-15]，晉麥47號(hào)幼芽在水分脅迫處理24 h后，3個(gè)抗氧化酶活性增強(qiáng)，表現(xiàn)為清除體內(nèi)活性氧自由基能力加強(qiáng)。SOD在清除超氧化物陰離子自由基的過程中，會(huì)產(chǎn)生H2O2，對(duì)細(xì)胞造成傷害。過氧化氫酶（CAT）具有清除過量H2O2的作用，與SOD和POD一起保護(hù)膜系統(tǒng)免受自由基的傷害。舜麥1718幼芽中的3個(gè)抗氧化酶對(duì)水分脅迫反應(yīng)沒有晉麥47號(hào)那么敏感，其抗氧化酶活性增強(qiáng)水平較低，活性氧代謝活動(dòng)相對(duì)平穩(wěn)，可能是由于自身具有其他抑制或清除過氧化物積累的能力，但這還有待于進(jìn)一步研究。

在水分脅迫下，不同小麥品種的蛋白質(zhì)含量都有所增加，這可能是由于幼芽蛋白質(zhì)組分發(fā)生了變化，有新蛋白亞基產(chǎn)生，這些蛋白可能是一些結(jié)構(gòu)蛋白，也可能是一些滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)或酶，會(huì)在植物受到傷害時(shí)起保護(hù)作用[16]。在水分脅迫下，晉麥47號(hào)蛋白質(zhì)含量增長最大，在逆境誘導(dǎo)蛋白的表達(dá)方面優(yōu)于舜麥1718。

不同小麥品種幼芽，在水分脅迫下通過不同的生理代謝過程和代謝水平，維持體內(nèi)活性氧產(chǎn)生和淬滅的動(dòng)態(tài)平衡。旱地品種晉麥47號(hào)主要是依靠提高SOD，POD，CAT酶活性和蛋白質(zhì)含量來抵御干旱的危害；水地品種舜麥1718雖然抗氧化酶活性變化幅度小，但從膜脂過氧化狀態(tài)分析，有研究顯示，抗旱性較強(qiáng)的品種MDA含量增加幅度低于抗旱性弱的品種[17]，水分脅迫下舜麥1718的MDA含量增加小于晉麥47號(hào)，由于MDA含量變化率小，質(zhì)膜的損傷程度較輕，表明水地小麥品種舜麥1718可能具有適合旱地栽培的潛力，植物受到干旱脅迫后，可通過啟動(dòng)體內(nèi)的一系列反應(yīng)來抵御干旱[18]，2個(gè)品種抵御水分脅迫危害可以通過不同途徑來實(shí)現(xiàn)，其生理代謝特點(diǎn)還需要從多方面進(jìn)一步深入探討。

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