堿性pH條件下小麥幼苗保護酶活性的變化動態(tài)

胡海燕,賀杰,趙俊杰,茹振剛

（河南科技學院,河南新鄉(xiāng)453003）

小麥是我國的主要糧食作物之一.我國地域廣闊,不同地區(qū)地質、酸堿度等的不同,使小麥的種植面積受到較大的限制.而且,隨著現代化工業(yè)和農業(yè)的高度發(fā)展,導致一些地區(qū)土壤結構破壞,pH值發(fā)生變化,引起農作物減產.環(huán)境pH的變化一方面影響土壤營養(yǎng)元素的有效性,另一方面不同程度地影響植物本身對營養(yǎng)元素的吸收和利用,進而影響其生長發(fā)育[1-4].因此,篩選和培育適應不同pH土壤的小麥品種有利于挖掘植物自身的潛力,充分利用土壤養(yǎng)分,提高土壤養(yǎng)分的利用率.不同pH值土壤對植物的影響方面的研究大多集中在對植物生長發(fā)育和離子吸收等生理特性影響上[5-8],而pH值對小麥體內保護酶活性影響的研究較少.本研究通過測定不同偏堿性pH條件下小麥幼苗中超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化氫酶（CAT）和過氧化物酶（POD）3種保護酶的活性,分析其變化動態(tài),為深入了解小麥耐酸、堿性生物學機制及抗逆性育種提供理論基礎.

1 材料與方法

1.1 小麥材料

供試小麥品種為百農矮抗58和百農3217,由河南科技學院小麥育種中心提供.

1.2 小麥培養(yǎng)

選取籽粒飽滿的種子,用質量分數為10%的NaClO3處理20 min,用蒸餾水漂洗后浸泡過夜,然后用濾紙法發(fā)芽.出芽后幼苗移植于完全營養(yǎng)液（pH 6.5）中培養(yǎng),營養(yǎng)液組成（mmol/L）：K2SO40.75,KH2PO40.25,KCl 0.1,Ca（NO3）22.0,MgSO40.6,Fe-EDTA 4.0×10-3,H3BO31.0×10-3,MnSO41.0×10-3,ZnSO41.0×10-3,CuSO41.0×10-3,（NH4）6MoO45.0×10-6.于人工氣候箱內培養(yǎng),每天光照12 h,白天溫度20℃,晚上溫度15℃.營養(yǎng)液每隔2 d更換1次,每天測定營養(yǎng)液pH值并調節(jié)到6.5.小麥幼苗長至三葉一心時開始進行不同pH處理.

1.3 pH處理

用1 mol/L的HCl溶液和1 mol/L的NaOH溶液調節(jié)營養(yǎng)液的pH值,設5個pH水平（6.5、7.5、8.5、9.5、10.5）,其中 pH 6.5 為對照,設 3 次重復,培養(yǎng)條件同上.分別取處理后 0、12、24、48 和 72 h 的葉片和根系,用蒸餾水沖洗后吸凈表面水分,進行3種抗氧化酶的提取及活性測定.

1.4 酶活性測定

稱取1.0 g新鮮樣品,加入5 mL預冷的50 mmol/L的磷酸緩沖液（pH 7.8）,冰浴研磨至勻漿,4℃,15 000 r/min離心10 min,取上清液用于測定酶活性.SOD活性測定采用氯化硝基四氮唑藍（NBT）法[9],以560 nm下抑制NBT光還原的50%為1個酶活性單位（U）.CAT活性測定采用紫外吸收法[10],以240 nm下1 min吸光度值A減少0.1的酶量為1個酶活性單位（U）.POD活性測定采用愈創(chuàng)木酚法[11],以1 min分解1 mmol H2O2的酶量定義為1個酶活性單位（U）.試驗結果取3次重復的平均值,數據統計和作圖采用Excel和SPSS進行處理.

2 結果與分析

2.1 不同堿性pH條件下小麥幼苗的SOD活性

不同pH處理下2個小麥品種葉片中SOD活性的動態(tài)變化見圖1,根系中SOD活性的動態(tài)變化見圖2.

由圖1可知,在處理后12 h,2個小麥品種的酶活性都呈上升趨勢,且2個品種不同處理下的酶活性都高于對照.百農3217葉片的SOD活性開始有所上升,除對照外,48 h變化達最大,且隨pH升高而升高,72 h又有所下降,且隨pH升高下降幅度增大；百農矮抗58葉片的SOD活性隨pH升高酶活性也升高,在處理12 h幾乎達最大值,除pH 6.5和9.5條件下外,至72 h仍保持上升趨勢.表明在高pH環(huán)境下小麥可以通過提高SOD酶活性來應對外界環(huán)境的變化,但隨著脅迫強度的增加,酶活性變化的幅度相對較大,且變化所維持的時間較短,品種之間也存在一定的差異.

由圖2可知,小麥根系中SOD活性與葉片中的變化基本上一致,也受環(huán)境pH變化的影響,在處理12 h也已有所變化,但總體上2個品種的變化幅度和趨勢存在較大差異.百農3217的酶活性在不同pH處理下都大于對照,而百農矮抗58酶活性大都小于對照.百農3217的酶活性從12 h開始隨著pH升高而上升,24 h有所下降,48 h又有所上升,但隨處理pH值的升高而降低.百農矮抗58在處理12 h時根系酶活性也已開始上升,但到48 h才有所下降,72 h又有所回升；不同pH處理下百農矮抗58根系隨著處理時間的延長,只有pH 7.5和8.5處理下的酶活性有所上升,而pH 9.5和10.5兩個處理下的SOD酶活性一直低于對照.

2.2 不同堿性pH條件下小麥幼苗CAT的活性

不同pH處理下2個小麥品種葉片中CAT活性的動態(tài)變化見圖3,根系中CAT活性的動態(tài)變化見圖4.

由圖3可知,在pH處理下2個小麥品種葉片中CAT活性在處理早期都升高,但隨處理時間延長酶活性有所下降.百農3217的CAT活性隨著處理pH值升高表現出先升高后降低的趨勢.隨著處理時間延長,不同pH處理下的酶活性與正常條件下的相差較大,直至48 h,但處理72 h后均趨于對照條件下的活性.在堿性條件下12 h,百農矮抗58表現出先降低隨后增加最后又降低的趨勢,不同pH值條件下,酶活性變化幅度較百農3217小,但在處理72 h后酶活力雖然也趨于對照,但較之百農3217下降緩慢.

由圖4可知,根系中CAT活性變化與葉片相似,即處理早期均升高,隨處理時間延長又都趨于對照.在處理后12 h,百農3217的酶活性隨著pH的上升持續(xù)上升,24 h后有所變化,48 h后酶活性開始下降,到72 h時酶活性均接近對照.隨著處理pH的升高,百農矮抗58根系中CAT活性呈現上升的變化趨勢（24 h有所下降）,但48 h升高至最大后開始下降,在72 h又都接近對照.

2.3 不同堿性pH條件下小麥幼苗POD的活性

不同pH處理下2個小麥品種葉片中POD活性的動態(tài)變化見圖5,根系中POD活性的動態(tài)變化見圖6.

由圖5可知,小麥幼苗葉片中POD在堿性pH處理后12 h開始發(fā)生變化,且pH處理后的酶活性都大于對照,隨著處理時間延長其變化幅度增加,兩品種的變化趨勢存在一定差異,百農3217總體變化幅度大于百農矮抗58.不同pH處理間,除了pH 7.5外,其他處理間POD活性基本呈現隨pH升高而升高的趨勢,但在處理72 h各處理間的活性有恢復到對照的趨勢.

由圖6可知,堿性pH條件下,小麥幼苗根系中POD活性也在12 h開始變化,且變化幅度達最大,隨著時間延長,POD活性又有所下降,處理后72 h又接近對照.兩品種的變化趨勢有所不同,百農3217隨著pH升高而升高,且在所測時間內都高于對照.而百農矮抗58在處理12 h隨著pH升高呈現降低的趨勢,除了pH 7.5外其余處理都低于對照,但隨著處理時間的延長POD活性有所上升,到72 h又都大于對照.

3 討論

植物在受到干旱[11]、低溫[12-13]、鹽堿[14-15]等不適宜的外界環(huán)境脅迫時,體內抗氧化酶系統如SOD、CAT和POD活性發(fā)生相應的變化來清除體內產生的氧自由基,從而使植物能抵御外界的逆境脅迫.本研究結果顯示,偏堿性pH處理下,小麥幼苗植株體內3種保護酶活性呈現動態(tài)變化,處理12 h時已開始發(fā)生變化,隨著處理時間的延長即到處理72 h,植株體內酶活性有趨于到對照水平的趨勢,表明植株能夠通過本身的調節(jié)應對不良的生長環(huán)境.小麥品種本身酶活性的大小,在受到不同堿性pH值脅迫后的酶活性變化幅度存在一定差異.除了SOD活性外,品種本身CAT和POD酶活性大的,不同pH處理間的變化幅度較小,反之亦然.因此認為,小麥品種本身的酶活性存在差異,受不同pH脅迫時具有不同的調節(jié)能力,本身酶活性大的其自身調節(jié)能力相對較強,耐堿性pH環(huán)境脅迫的能力也越強.

同一植株體內根系與葉片比較而言,葉片的酶活性變化時間出現的比根系稍晚,說明根系比葉片對高pH反應敏感.推測原因可能是根系較接近培養(yǎng)液,根系中分泌出的一些代謝產物能及時釋放到培養(yǎng)液中,而葉片中分泌出的一些代謝產物不能及時釋放,產生了一定的積累.因此認為,同一品種不同組織之間,受不同pH脅迫處理后,根系的酶活性變化的時間和變化幅度更能夠反映植株自身應對不良環(huán)境的能力.

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