水楊酸對毛枝五針松幼苗生長發(fā)育和防御酶活性的影響1)

向振勇 康洪梅 張珊珊 楊文忠

(珍稀瀕特森林植物保護和繁育國家林業(yè)局重點實驗室(云南省林業(yè)科學院)，昆明，650201)

水楊酸對毛枝五針松幼苗生長發(fā)育和防御酶活性的影響1)

向振勇 康洪梅 張珊珊 楊文忠

(珍稀瀕特森林植物保護和繁育國家林業(yè)局重點實驗室(云南省林業(yè)科學院)，昆明，650201)

為了克服毛枝五針松幼苗發(fā)育不良、根系細弱不發(fā)達、死亡率高等問題，采用營養(yǎng)袋育苗試驗，用不同質(zhì)量濃度的水楊酸(SA)溶液(0、0.25、0.50、1.00、1.50、2.00 g·L-1)噴灑毛枝五針松幼苗，研究不同質(zhì)量濃度的SA溶液對毛枝五針松幼苗生長發(fā)育和針葉防御酶活性的影響。結果表明：SA增強了毛枝五針松體內(nèi)的PAL(苯丙氨酸解氨酶)、PPO(多酚氧化酶)、POD(過氧化物酶)酶活性，激發(fā)毛枝五針松對病蟲害的防御能力，促進了毛枝五針松幼苗的生長發(fā)育，且以SA質(zhì)量濃度為0.50～1.00 g·L-1時，毛枝五針松幼苗的各形態(tài)指標和防御酶活性與CK差異顯著(P<0.05)。

毛枝五針松；水楊酸；幼苗；生長發(fā)育；防御酶

毛枝五針松(Pinuswangii),屬松科松屬(pinus)白松亞屬(Subgenus),是國家Ⅱ級保護植物，云南特有種。按IUCN地方瀕危等級標準評價屬于“極危種CR”。毛枝五針松分布極狹窄，僅零星分布于云南省文山州的麻栗坡、西疇、馬關等3個縣的極少石灰?guī)r地區(qū)。由于森林破壞嚴重，目前僅存358株，分布于懸崖峭壁處[1]。毛枝五針松植株干形通直，樹形優(yōu)美，姿態(tài)高雅，生長緩慢，是較好的盆景材料；且木材芳香耐久，材質(zhì)致密堅韌，是當?shù)剌^受歡迎的壽木，受到偷砍盜伐的嚴重威脅。由于其本身是極瀕危的保護植物，且在當?shù)赜志哂幸欢ǖ氖袌鰞r值，于是人工方式繁育出質(zhì)優(yōu)量大的毛枝五針松苗木就較為迫切。采用常規(guī)栽培措施對毛枝五針松進行繁育后,幼苗植株瘦弱，抗逆性差，幼苗移栽后生長緩慢，會從嫩稍到整株枯萎死亡，且死亡率高。因此，提高毛枝五針松自身的防御能力，改善幼苗質(zhì)量成為其繁育成功的關鍵瓶頸之一。目前，已經(jīng)有很多研究發(fā)現(xiàn),應用生長調(diào)節(jié)劑(水楊酸)可以調(diào)節(jié)和改善植物生長發(fā)育狀況,提高植物抗逆性等[2-4]。

水楊酸(SA)是一種植物內(nèi)源信號物質(zhì)和植物激素，是植物體內(nèi)產(chǎn)生的小分子酚類化合物，化學名稱為鄰羥基苯甲酸,是肉桂酸的衍生物,廣泛存在于高等植物中。大量研究表明，SA是植物抗病反應的信號分子，能夠激活植物過敏反應和系統(tǒng)獲得性抗性[4-7]。有研究表明，外源SA可誘導番茄、擬南介、花生、重瓣玫瑰等多種植物病程相關防御酶表達(如苯丙氨酸解氨酶(PAL)、多酚氧化酶(PPO)、過氧化物酶(POD))[8-11]，從而啟動植株自身的防御機制，提高植物對病原微生物的抗性。本文研究了SA對毛枝五針松生長發(fā)育和防御酶活性的影響，以期能夠為提高其幼苗質(zhì)量提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料培養(yǎng)與處理

選取苗圃地內(nèi)2 a生長狀況一致的幼苗，進行隨機分組，每組設置9個重復，測量所有植株高度。采用不同質(zhì)量濃度的SA于16:00—17:00進行整株噴灑處理，每隔5 d處理1次，共處理6次，其處理的質(zhì)量濃度分別為0、0.25、0.50、1.00、1.50、2.00 g·L-1。最后1次處理的第2 d 10:00前測量所有植株形態(tài)指標，同時，剪取相同部位的針葉放入封口袋中，迅速放入冰盒后帶回實驗室，備樣放于冰箱中-20 ℃冷凍保存，用于酶活性測定。

1.2 形態(tài)指標的測定項目與方法

用游標卡尺對9個重復的幼苗植株高度進行測量；取3株,用自來水沖洗根系,測定根長,用量筒測定根系體積，然后用紗布吸干水分,采用TTC法[10]測定根系活力。

1.3 防御酶提取和活性測定

將從冰盒中的樣品取出，分別稱取樣品0.1 g，置于各1 mL PAL、PPO、POD粗酶提取緩沖液中，冰浴研磨勻漿，在0～4 ℃下12 000 r·min-1離心15 min，上清液即為粗酶液，放置于冰箱中-20 ℃保存?zhèn)溆?。PAL、PPO、POD活性測定參照[12]～[14]方法進行。

1.4 數(shù)據(jù)處理方法

試驗數(shù)據(jù)采用Excel 2007和SPSS16.0軟件進行數(shù)據(jù)分析，處理之間的顯著性差異采用單因素方差分析，平均值的多重比較采用最小顯著極差法。

2 結果與分析

2.1 SA對毛枝五針松幼苗生長發(fā)育的影響

不同質(zhì)量濃度的SA處理對毛枝五針松幼苗相對生長量、根長、根體積及根系活力的影響結果見表1。

表1 水楊酸對毛枝五針松幼苗生長和根系發(fā)育的影響

由表1可知，不同質(zhì)量濃度的SA溶液對毛枝五針松生長發(fā)育均有促進作用，其中相對生長量以SA的質(zhì)量濃度為0.50 g·L-1的處理，促進作用最大，比對照增加了128.42%。而根長、根體積、根系活力則是SA的質(zhì)量濃度為1.00 g·L-1處理效果最好，分別比對照增加了48.57%、194.48%和457.60%。對SA處理的結果用最小極差法進行顯著性差異分析，結果發(fā)現(xiàn)當處理質(zhì)量濃度為0.05和1.00 g·L-1時，處理結果差異不顯著。以上數(shù)據(jù)說明：SA處理可顯著改善毛枝五針松幼苗的生長狀況，對其生長發(fā)育具有積極的促進作用；且以SA處理質(zhì)量濃度為0.50～1.00 g·L-1時，對毛枝五針松幼苗的生長發(fā)育促進作用最好。

2.2 SA對毛枝五針松防御酶活性的影響

不同質(zhì)量濃度的SA處理對毛枝五針松幼苗的苯丙氨酸解氨酶(PAL)、多酚氧化酶(PPO)和過氧化物酶(POD)的影響結果如表2。由表2可知，不同質(zhì)量濃度的SA溶液對毛枝五針松防御酶活性均有促進作用，且隨著處理質(zhì)量濃度的上升，防御酶活性先升高后降低；當處理質(zhì)量濃度為1.00 g·L-1時，防御酶活性達到最高，其中PAL活性比CK高58.42%，PPO活性比CK高37.73%，POD活性比CK高167.55%。對SA處理的防御酶活性結果用最小極差法進行顯著性差異分析(P<0.05)，結果發(fā)現(xiàn)當處理質(zhì)量濃度為0.50和1.00 g·L-1時，3種防御酶的活性值較高，處理間差異不顯著，且均與對照CK形成顯著差異，說明此質(zhì)量濃度范圍下PAL、PPO、POD酶活性較強。

表2 水楊酸對毛枝五針松幼苗防御酶活性的影響

3 討論與結論

SA作為一種外源信號分子，主要是通過植物細胞膜脂過氧化的誘導產(chǎn)生過敏反應(HR)，并誘導系統(tǒng)獲得抗病性的標記基因(PR基因)表達，從而誘導植物的抗病性[5]。苯丙氨酸解氨酶(PAL)是植物中催化苯丙烷類代謝途徑的關鍵酶和限速酶，隨著PAL活性升高植物體內(nèi)木質(zhì)素、木質(zhì)栓、黃酮類色素和異黃酮類植保素等眾多次生物質(zhì)的質(zhì)量分數(shù)也隨之升高，進而提高自身抗病能力，其酶活性的增加與抗病性成正比[15-17]。多酚氧化酶(PPO)是在植物體內(nèi)廣泛存在的一種抗營養(yǎng)酶類，能夠催化多酚化合物次生代謝，降低植物的營養(yǎng)價值，阻止昆蟲的取食，與植物的抗病蟲能力有著密切的關系[18-20]。過氧化物酶(POD)是植物保護酶系的重要保護酶之一，POD酶活性與枯萎病密切相關，能夠提高植物的抗性，降低質(zhì)膜的受傷害程度[21-23]。本試驗表明，不同質(zhì)量濃度SA處理后，毛枝五針松幼苗體內(nèi)防御酶PAL、PPO、POD的活性明顯比對照增強，說明外源SA能夠增強毛枝五針松抵御病菌侵害和昆蟲取食的能力。當SA處理質(zhì)量濃度為1.00g·L-1時，PAL、PPO和POD的酶活性最強，與0.50g·L-1SA處理后的3種酶活性差異不顯著，而與CK及其它處理間的酶活性差異顯著(P<0.05)。說明外源SA質(zhì)量濃度為0.50～1.00g·L-1時，SA對誘導毛枝五針松防御酶活性的影響最為顯著。

植物吸收、轉(zhuǎn)化和儲藏營養(yǎng)物質(zhì)要依靠根系來完成，根系生長的好壞會直接影響植物地上部分生長發(fā)育狀況和水土保持能力。與植物根系發(fā)育相關的兩個關鍵酶是PPO與POD，其中，PPO酶具有輔助生根的作用，可以促進植物不定根的形成[19-20]，POD參與多種生理生化過程，對植物的生長發(fā)育、器官形態(tài)形成都起到重要作用，是植物生根的標志之一[21-23]。本試驗顯示不同質(zhì)量濃度的SA處理可顯著提高毛枝五針松幼苗中POD與PPO酶活性，且相對應的處理質(zhì)量濃度下，毛枝五針松幼苗的根長、根系體積和根系活力均比CK要高，說明外源SA通過增強毛枝五針松體內(nèi)的PPO與POD酶活性從而促進了毛枝五針松根系的生長發(fā)育。

[1] 周云,蔣宏,楊文忠,等.極小種群植物毛枝五針松的野生資源狀況研究[J].西部林業(yè)科學,2012,41(3):80-83.

[2] 熊光元,郭嬌.水楊酸對金魚草種子萌發(fā)和幼苗生長的影響[J].種子,2014,33(4):79-81.

[3] 回振龍,王蒂,李宗國,等.外源水楊酸對連作馬鈴薯生長發(fā)育及抗性生理的影響[J].干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究,2014,32(4):1-8.

[4] 江厚龍,李鵬,李鈉鉀,等.外源誘抗劑對煙草青枯病的誘抗效果研究[J].中國農(nóng)學通報,2014,30(28):286-290.

[5] 尹玲莉,侯曉杰.植物抗性信號分子：水楊酸研究進展[J].中國農(nóng)學通報,2007,23(1):338-342.

[6]WuY,ZhangD,ChuJY,etal.TheArabidopsisNPR1proteinisareceptorfortheplantdefensehormonesalicylicacid[J].CellReports,2012,1(6):639-647.

[7]Rivas-SanVicenteM,PlasenciaJ.Salicylicacidbeyonddefence:itsroleinplantgrowthanddevelopment[J].JournalofExperimentalBotany,2011,62(10):3321-3338.

[8] 鄢洪海,趙志強,王琰,等.水楊酸處理對花生主要防御酶活性的影響[J].花生學報,2006,35(4):20-22.

[9] 李麗,劉崢,楊秀芬,等.植物激活蛋白對番茄防御酶活性的影響[J].湖南農(nóng)業(yè)大學學報,2008,34(5):534-537.

[10] 王媛,楊紅玉,程在全.SA誘導擬南芥對灰霉病的抗性與木質(zhì)素含量的關系[J].植物保護,2007,33(4):50-54.

[11] 嚴俊鑫,遲德富,張永強,等.水楊酸誘導重瓣玫瑰對白粉病的抗性[J].東北林業(yè)大學學報,2013,41(8):95-101.

[12] 白寶璋,史國安,趙景陽,等.植物生理學(下):實驗教程[M].北京:中國農(nóng)業(yè)科技出版社,2001:73.

[13] 中國科學院上海植物生理研究所,上海市植物生理學會.現(xiàn)代植物生理學實驗指南[M].2版.北京:科學出版社,2004:317-318.

[14] 張志良,瞿偉箐.植物生理學實驗指導[M].3版.北京:高等教育出版社,2003:123-124.

[15] 孫利,萬勇善,劉風珍,等.花生不同品種葉片類黃酮含量和相關合成酶活性對PEG脅迫的響應[J].中國油料作物學報,2014,36(2):198-205.

[16] 雒軍,王引權,溫隨超,等.當歸苯丙氨酸解氨酶基因片段克隆和組織特異性表達分析[J].草業(yè)學報,2014,23(4):130-137.

[17]KimDS,HwangBK.Animportantroleofthepepperphenylalanineammonia-lyasegene(PAL1)insalicylicacid-dependentsignallingofthedefenceresponsetomicrobialpathogens[J].JournalofExperimentalBotany,2014.doi:10.1093/jxb/eru109.

[18] 王偉,徐建民,李光友,等.24個桉樹品系遭受桉樹枝癭姬小蜂危害后防御酶活性變化[J].中南林業(yè)科技大學學報,2012,32(6):24-28.

[19] 馬曉乾,滑莎,宋小雙,等.模擬昆蟲取食對紅皮云杉幼苗根部酶活性的影響：根部中保護性酶和防御酶活性的變化情況[J].中南林業(yè)科技大學學報,2012,32(9):37-40.

[20]SahbazR,LiebereiR,AniszewskiT.Polyphenoloxidase(PPO,catecholase)activityduringgerminationandearlyseedlinggrowthofCicermilkvetch(Astragalus cicerL.)[J].JournalofAppliedBotanyandFoodQuality,2012,82(2):163-169.

[21] 朱利君,胡進耀,羅明華,等.水楊酸對珍稀瀕危植物珙桐的影響[J].江蘇農(nóng)業(yè)科學,2014,42(6):213-215.

[22] 王卓,徐碧玉,賈彩紅,等.香蕉過氧化物酶基因表達和酶活性與香蕉抗枯萎病的廣西[J].中國農(nóng)學通報,2014,29(34):115-121.

[23]LiCJ,YanCX,ZhangTT,etal.Phytotoxicityofcadmiumonperoxidation,superoxidedismutase,catalaseandperoxidaseactivitiesingrowingpeanut(Arachis hypogaeaL.)[J].AfricanJournalofBiotechnology,2015,14(13):1151-1157.

Effects of Salicylic Acid on the Growth and Defensive Enzyme Activity ofPinuswangiiSeedlings//

Xiang Zhenyong, Kang Hongmei, Zhang Shanshan, Yang Wenzhong

(Key Laboratory of Rare and Endangered Forest Plants of State Forestry Administration, Yunnan Academy of Forestry, Kunming 650201, P. R China)//Journal of Northeast Forestry University，2015,43(9)：115-116，124.

We used the nutrition bag nursery trials to study the effects of salicylic acid (SA) onPinuswangiiseedling growth and development, as well as defensive enzyme activities. Six different concentrations of salicylic acid (SA) solutions (0, 0.25, 0.50, 1.00, 1.50, and 2.00 g·L-1) were sprayed onP.wangiiseedlings. The SA enhanced PAL, PPO, POD enzyme activities ofP.wangiiseedlings, stimulated defense capabilities against diseases and pests, and promoted the growth and development ofP.wangiiseedlings.P.wangiiseedlings showed significantly differences in the morphological indicators and activities of defensive enzymes in 0.5-1 g·L-1compared with that of control.

Pinuswangii; Salicylic acid; Seedling, Growth and development; Defensive enzyme

1)國家自然科學基金項目(31460119)；國家林業(yè)局珍惜瀕危物種野外救護與繁育項目(2013YB1002、2014YB1004、 2015YB1021)；云南省極小種群物種拯救保護項目(2013YB1005)；云南省自然科學基金項目(2013FD075)。

向振勇，男，1980年12月生，珍稀瀕特森林植物保護和繁育國家林業(yè)局重點實驗室(云南省林業(yè)科學院)，助理研究員。E-mail：36277546@qq.com。

楊文忠，珍稀瀕特森林植物保護和繁育國家林業(yè)局重點實驗室(云南省林業(yè)科學院)，副研究員。E-mail：wzyang2004@126.com。

2015年5月4日。

S723.1+39

責任編輯：王廣建。