水楊酸對干旱下新單29玉米幼苗根系抗氧化特性的影響

單長卷　張飛揚(yáng)

摘要：采用10%聚乙二醇6000（PEG6000）模擬干旱脅迫，研究外源水楊酸（SA）對干旱脅迫下玉米品種新單29幼苗根系抗氧化特性的影響。結(jié)果表明，干旱脅迫能顯著提高根系細(xì)胞質(zhì)膜透性、丙二醛（MDA）含量，顯著降低抗氧化酶超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化氫酶（CAT）、過氧化物酶（POD）、抗壞血酸過氧化物酶（APX）、谷胱甘肽還原酶（GR）的活性以及抗氧化物質(zhì)還原型抗壞血酸（AsA）含量，對抗氧化酶脫氫抗壞血酸還原酶（DHAR）活性和抗氧化物質(zhì)還原型谷胱甘肽（GSH）含量影響不顯著。與單獨(dú)干旱脅迫處理相比，10 μmol/L SA均能使干旱下根系抗氧化酶SOD、CAT、POD、APX、DHAR的活性和抗氧化物質(zhì)GSH含量顯著提高，分別提高11.1%、10.9%、278.2%、61.5%、175%、304%，使其膜透性和MDA含量分別降低37.5%、44.1%，但對抗氧化酶GR活性和抗氧化物質(zhì)AsA含量影響不顯著。由此可見，外源施加水楊酸可顯著增強(qiáng)新單29幼苗根系的抗氧化特性，從而增強(qiáng)其對干旱的適應(yīng)性。

關(guān)鍵詞：玉米；根系；抗氧化特性；水楊酸；干旱脅迫

中圖分類號： S513.01；Q945.78文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A文章編號：1002-1302（2015）02-0102-02

收稿日期：2014-04-23

基金項(xiàng)目：河南省教育廳科學(xué)技術(shù)研究重點(diǎn)項(xiàng)目（編號：13A180302）。

作者簡介：單長卷（1978—），男，山東巨野人，博士，副教授，主要從事植物逆境生理方面的研究。E-mail：shchjuan1978@aliyun.com。在響應(yīng)干旱的過程中，植物可以通過增強(qiáng)抗氧化系統(tǒng)的活性，而使自身免遭過量活性氧的傷害[1]。大量研究表明，干旱是影響玉米生長發(fā)育和產(chǎn)量的重要因素[2]。而根系是玉米感知和響應(yīng)土壤干旱的原初部位，其抗氧化能力則直接影響其抗旱性，因此，從抗氧化方面研究玉米根系的抗旱機(jī)制及其外源物質(zhì)的調(diào)控對提高玉米的抗旱性具有重要意義。水楊酸（SA）是一種重要的植物生長調(diào)節(jié)物質(zhì)，在增強(qiáng)植物抗旱性上具有重要作用[3]。到目前為止，國內(nèi)外關(guān)于干旱下水楊酸對玉米抗氧化特性影響方面的研究已有一定基礎(chǔ)[4-6]，但主要集中在葉片的研究上，對根系的研究明顯不足，尚不能揭示水楊酸對干旱下玉米根系抗氧化代謝的調(diào)控機(jī)制。由河南省新鄉(xiāng)市農(nóng)業(yè)科學(xué)院培育的高產(chǎn)玉米品種新單29抗旱性較差，因此如何在生產(chǎn)栽培中利用水楊酸增強(qiáng)其根系抗旱性對新單29玉米生產(chǎn)中的水分管理具有重要意義，但到目前為止，關(guān)于水楊酸對新單29根系抗氧化特性調(diào)控方面的研究尚未見報道。本研究采用10%聚乙二醇6000（PEG6000）模擬干旱環(huán)境，研究水楊酸對新單29幼苗根系超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化物酶（POD）、過氧化氫酶（CAT）、抗壞血酸過氧化物酶（APX）、谷胱甘肽還原酶（GR）、脫氫抗壞血酸還原酶（DHAR）活性，抗氧化物質(zhì)還原型抗壞血酸（AsA）、還原型谷胱甘肽（GSH）、丙二醛（MDA）含量以及膜透性的影響，以期從抗氧化方面揭示水楊酸提高其抗旱性的生理機(jī)制，進(jìn)而為水楊酸在新單29生產(chǎn)栽培中的應(yīng)用提供理論基礎(chǔ)。

1材料與方法

1.1供試材料及幼苗培養(yǎng)

供試品種為新單29，由河南省新鄉(xiāng)市農(nóng)業(yè)科學(xué)院提供。挑選大小均勻、籽粒飽滿的玉米種子100粒，用蒸餾水將種子洗凈后晾干，用0.1% HgCl2浸泡20 min進(jìn)行常規(guī)消毒，并用蒸餾水沖洗，再用蒸餾水浸泡24 h，然后轉(zhuǎn)移至培養(yǎng)皿中，加入適量蒸餾水在培養(yǎng)箱中進(jìn)行發(fā)芽與幼苗培養(yǎng)，培養(yǎng)箱溫度設(shè)為25 ℃。待幼苗長至2葉1心時轉(zhuǎn)入1/4 Hoagland營養(yǎng)液中進(jìn)行培養(yǎng)，1 d換1次營養(yǎng)液。待幼苗長至3葉1心時，挑選生長情況基本一致的幼苗進(jìn)行試驗(yàn)。

1.2試驗(yàn)方法

1.2.1處理方法與取材試驗(yàn)共設(shè)3種處理：處理1為對照，采用100 mL的1/4 Hoagland營養(yǎng)液進(jìn)行處理；處理2為干旱脅迫，采用100 mL的1/4 Hoagland營養(yǎng)液配制成的10%PEG進(jìn)行處理；處理3為10 μmol/L SA+干旱脅迫，先用10 μmol/L SA預(yù)處理1 d，然后再轉(zhuǎn)入10%PEG 進(jìn)行處理，10 μmol/L SA溶液用1/4 Hoagland營養(yǎng)液配制而成。分別將根系置于不同溶液中進(jìn)行處理，每個處理6株幼苗，重復(fù)3次，在處理后2 d取樣并測定玉米幼苗根系的各項(xiàng)生理指標(biāo)，各項(xiàng)指標(biāo)均測定3次。

1.2.2測定項(xiàng)目與方法細(xì)胞質(zhì)膜透性用細(xì)胞膜相對透性表示，細(xì)胞膜相對透性=L1/L2×100%，式中：L1表示殺死前外滲液的電導(dǎo)值，L2表示殺死后外滲液的電導(dǎo)值[7]207-208；MDA含量的測定參照李合生的方法[8]；SOD活性的測定參照李合生的方法[8]；POD、CAT活性的測定均參照張志良等的方法[7]267-268，POD活性以1 min內(nèi)D470 nm變化0.001為1個酶活性單位，CAT活性以1 min內(nèi)D240 nm變化0.001為1個酶活性單位；APX活性的測定參照沈文飚等的方法，以1 min內(nèi)D290 nm變化0.001為1個酶活性單位[9]；GR 活性的測定按照Grace等的方法，以1 min內(nèi)D340 nm變化0.001為1個酶活性單位[10]；DHAR活性的測定參照Miyake等的方法，以1 min內(nèi)D265 nm變化0.01為1個酶活性單位[11]；AsA含量的測定參照Kampfenkel等的方法[12]；GSH含量的測定參照Griffith 的方法[13]；蛋白質(zhì)含量的測定采用考馬斯亮藍(lán)法。

1.3數(shù)據(jù)處理

采用SAS軟件處理，在0.05水平上進(jìn)行差異顯著分析。

2結(jié)果與分析

2.1水楊酸對干旱下玉米幼苗根系SOD、CAT、POD活性的影響

2.2水楊酸對干旱下玉米幼苗根系A(chǔ)sA-GSH循環(huán)代謝酶活性的影響

由表2可知，與對照相比，干旱脅迫下玉米幼苗根系A(chǔ)sA-GSH循環(huán)代謝酶APX、GR活性顯著減弱59.6%、172%；但干旱脅迫對DHAR活性影響不顯著。與單獨(dú)干旱脅迫相比，10 μmol/L SA+干旱脅迫處理使根系A(chǔ)PX、DHAR活性顯著增強(qiáng)61.5%、153.8%；但對GR活性影響不顯著。這說明SA對干旱下新單29幼苗根系A(chǔ)sA-GSH循環(huán)代謝酶APX和DHAR活性影響顯著，能通過提高根系A(chǔ)PX、DHAR的活性而增強(qiáng)玉米幼苗的抗旱性。

2.3水楊酸對干旱下玉米幼苗根系抗氧化物質(zhì)AsA、GSH含量的影響

由表3可知，與對照相比，干旱脅迫使玉米幼苗根系A(chǔ)sA含量顯著降低46.1%，但對GSH含量影響不顯著。與單獨(dú)干旱脅迫相比，10 μmol/L SA+干旱脅迫處理使根系GSH含量顯著增加30.4%，但對AsA含量影響不顯著。這說明SA能通過提高根系GSH含量而增強(qiáng)玉米幼苗的抗旱性。

2.4水楊酸對干旱下玉米幼苗根系膜透性和MDA含量的影響

由表4可知，與對照相比，干旱脅迫下玉米幼苗根系膜透性和MDA含量顯著增加196.0%、353.8%。與單獨(dú)干旱脅迫相比 10 μmol/L SA+干旱脅迫處理使根系膜透性和MDA含量顯著降低37.5%、44.1%。這說明SA能顯著降低干旱對玉米根系造成的氧化傷害。

3結(jié)論與討論

細(xì)胞質(zhì)膜透性和膜脂過氧化產(chǎn)物MDA含量是衡量植物抗逆性的2個重要指標(biāo)。有研究表明，干旱脅迫可以顯著提高玉米根系的膜透性和MDA含量[5]。本研究結(jié)果表明，干旱脅迫也可以顯著提高新單29根系的膜透性和MDA含量，而使其遭受氧化脅迫，這與前人的研究結(jié)果[5]一致。水楊酸作為一種重要的植物生長調(diào)節(jié)物質(zhì)，可以緩解干旱對玉米葉片所造成的氧化傷害[5]。本研究結(jié)果還表明，水楊酸可以顯著降低新單29幼苗根系膜透性和MDA含量，這與前人的研究結(jié)果[5]一致。

植物為了抵御干旱脅迫所造成的傷害，往往會啟動自身的抗氧化防護(hù)系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括抗氧化酶系統(tǒng)和非酶系統(tǒng)，前者主要包括SOD、CAT、POD、APX、GR、DHAR等抗氧化酶，后者主要包括AsA、GSH等抗氧化物質(zhì)。前人的研究結(jié)果表明，玉米葉片可以通過增強(qiáng)抗氧化酶SOD、CAT、POD活性來增強(qiáng)其清除活性氧的能力[6，14]；但到目前為止，前人對干旱下玉米根系抗氧化酶響應(yīng)方面的研究尚未涉及。因此，本試驗(yàn)進(jìn)行了相關(guān)研究，結(jié)果表明，干旱脅迫使新單29幼苗根系SOD、POD、CAT活性均顯著減弱，這與前人對葉片的研究結(jié)果[6，14]不一致。此外，本研究結(jié)果還表明，干旱脅迫使新單29幼苗根系A(chǔ)sA-GSH循環(huán)代謝酶APX、GR活性及抗氧化物質(zhì)AsA含量顯著降低。這說明新單29抗旱性差與干旱下根系抗氧化酶活性和抗氧化物質(zhì)AsA含量降低有關(guān)。

大量研究結(jié)果表明，水楊酸可以通過增強(qiáng)抗氧化系統(tǒng)酶的活性來顯著增強(qiáng)植物的抗旱性[3]。有研究表明，水楊酸可以顯著增強(qiáng)玉米葉片的SOD、POD、CAT、APX活性來提高其抗旱性[4，14]。本研究結(jié)果表明，水楊酸也可以通過增強(qiáng)新單29根系的SOD、POD、CAT、APX活性，這與前人對葉片的研究結(jié)果[4，14]一致。此外，本研究結(jié)果還表明，水楊酸可以增強(qiáng)新單29根系的DHAR活性和抗氧化物質(zhì)GSH含量。這說明水楊酸可以通過提高新單29根系抗氧化系統(tǒng)的活性來增強(qiáng)其抗旱能力。

綜上所述，水楊酸可以通過調(diào)控新單29根系的抗氧化特性，從而增強(qiáng)其抗旱能力；因此 水楊酸作為一種外源調(diào)節(jié)物質(zhì)，可以通過根施的方法（即灌溉的方法應(yīng)用在新單29的生產(chǎn)栽培管理中）來提高其抗旱性和節(jié)水性。

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