鋁處理對(duì)桉樹(shù)幼苗抗氧化酶CAT和POD活性的影響

藍(lán)雄彬

(廣西壯族自治區(qū)國(guó)有東門林場(chǎng)，廣西 崇左 532108)

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鋁處理對(duì)桉樹(shù)幼苗抗氧化酶CAT和POD活性的影響

藍(lán)雄彬

(廣西壯族自治區(qū)國(guó)有東門林場(chǎng)，廣西 崇左 532108)

摘要采用室內(nèi)水培試驗(yàn)法，研究了鋁處理對(duì)廣西2個(gè)優(yōu)良桉樹(shù)無(wú)性系(Eucalyptus grandis×E.urophylla No.9和E. urophylla No.4，分別記為G9、G4)根系及葉片內(nèi)CAT、POD的影響，為進(jìn)一步揭示速生桉對(duì)鋁毒害的響應(yīng)機(jī)制及選育耐鋁型速生桉優(yōu)良無(wú)性系提供參考，結(jié)果表明：(1)桉樹(shù)葉片中CAT、POD對(duì)活性氧的清除起主要作用，而POD對(duì)鋁處理最為敏感，CAT對(duì)鋁處理最不敏感，在根和葉中均有此規(guī)律。(2)鋁處理下，2個(gè)桉樹(shù)無(wú)性系根、葉內(nèi)CAT、POD活性均發(fā)生變化，變化幅度差別較大，不同酶在不同部位對(duì)鋁毒害的響應(yīng)程度不一致，CAT在根內(nèi)對(duì)鋁處理響應(yīng)較強(qiáng)，POD在G9葉內(nèi)及G4根內(nèi)對(duì)鋁處理響應(yīng)較強(qiáng)。

關(guān)鍵詞桉樹(shù)；鋁處理；抗氧化酶

1研究目的與意義

鋁毒害間接導(dǎo)致一些對(duì)植物正常生理活動(dòng)至關(guān)重要的酶活性改變，最終造成經(jīng)濟(jì)損失 。桉樹(shù)是世界著名的速生樹(shù)種，也是重要的纖維原料重要材種，而廣西是中國(guó)主要桉樹(shù)引種推廣區(qū)，也是中國(guó)主要木材戰(zhàn)略基地。巨尾桉(Eucalyptusgrandis×E.urophylla)是廣西壯族自治區(qū)國(guó)有東門林場(chǎng)以巨桉為母本、尾葉桉為父本雜交培育成的優(yōu)良無(wú)性系，廣林巨尾桉9號(hào)(E.grandis×E.urophyllaNo.9)由于其生長(zhǎng)迅速，樹(shù)干通直，枝下高高等優(yōu)點(diǎn)被廣西林木良種委員會(huì)審定為林木良種，在廣西區(qū)及其周圍地區(qū)普遍種植。尾葉桉(E.urophylla)是我國(guó)華南地區(qū)桉樹(shù)人工林的主要樹(shù)種，具有速生豐產(chǎn)和有極旺盛的萌芽力，一次造林多代萌芽收獲等特點(diǎn)，主要用于紙漿材、頂木用材等。本研究結(jié)果表明在pH 5.0、120 mg/LAl3+處理下，與對(duì)照(pH 5.0、0 mg/LAl3+)相比，2個(gè)速生桉無(wú)性系耐鋁性表現(xiàn)為：巨尾桉廣林9號(hào)>>尾葉桉廣林4號(hào)。不同的植物或不同植物基因型對(duì)Al毒的耐性存在著顯著的差異。在植物的抗性機(jī)理研究中，保護(hù)酶系統(tǒng)CAT、POD的變化已廣泛作為指示植物抵御逆境傷害的指標(biāo)，并在國(guó)內(nèi)外已有大量報(bào)道，但在鋁處理下同時(shí)對(duì)桉樹(shù)對(duì)這兩種抗氧化酶活性進(jìn)行測(cè)定比較研究還未見(jiàn)報(bào)道。

本研究采用室內(nèi)水培試驗(yàn)法，以廣西栽植的2個(gè)桉樹(shù)優(yōu)良無(wú)性系(巨尾桉9號(hào)，尾葉桉4號(hào))為研究對(duì)象，研究鋁處理?xiàng)l件下2個(gè)桉樹(shù)無(wú)性系體內(nèi)一系列防御酶活性變化規(guī)律，探討巨尾桉9號(hào)和尾葉桉4號(hào)的耐鋁機(jī)制及鋁處理下2種抗氧化酶、在其根和葉器官中的差異，旨在為桉樹(shù)的耐鋁機(jī)理深入研究提供資料，對(duì)篩選耐鋁型桉樹(shù)優(yōu)良無(wú)性系以及建立桉樹(shù)耐鋁性的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)具有重要理論意義和實(shí)踐意義，并為進(jìn)一步應(yīng)用基因工程技術(shù)提高植物耐鋁能力奠定基礎(chǔ)，也為其他林木耐鋁種質(zhì)的篩選和改良提供參考。

2材料與方法

2.1　試驗(yàn)材料和儀器

試驗(yàn)材料：(巨尾桉9號(hào)和尾葉桉4號(hào)，分別記為G9、G4)，均為2個(gè)月生苗木。

試驗(yàn)試劑：三氯乙酸(TCA)、硫代巴比妥酸(TBA)、 磷酸氫二鈉(Na2HPO4)、磷酸二氫鈉(NaH2PO4)、甲硫氨酸(C5H11O2NS)、氮藍(lán)四唑(NBT)、乙二胺四乙酸二鈉(EDTA-Na2)、核黃素、愈創(chuàng)木酚、鄰苯二酚、H2O2、抗壞血酸(AsA)、AlCl3、CaCl2等。

試驗(yàn)儀器設(shè)備：離心機(jī)、pHS-3C型精密pH計(jì)、恒溫水浴鍋、電子天平、725-771超低溫冰箱、紫外分光光度計(jì)、離心管、比色皿等。

2.2　試驗(yàn)設(shè)計(jì)

桉樹(shù)苗木水培試驗(yàn)于2014年11月中旬至2015年1月中旬在廣西大學(xué)林學(xué)院實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行，采用口徑為20 cm、高度25 cm、容積約為2L的塑料桶，使用黑色培養(yǎng)袋將桶的下部以及桶身遮光處理，并使用珍珠棉作為固定材料，根據(jù)培養(yǎng)桶的大小在其四周均勻打孔，孔徑約為1 cm，以較好的固定苗木，在桶蓋中央打直徑約為1.5 cm的孔，將乳膠管和通氣頭插入其中。通氣裝置為醫(yī)用乳膠管連接砂頭，采用一管與多個(gè)砂頭相連，再與增氧氣泵連接。

取2個(gè)月生桉樹(shù)幼苗用清水清洗根部，先用0.5%多菌靈消毒20 min，再用蒸餾水漂洗3次之后將其放入培養(yǎng)桶中，將3株苗木放入珍珠棉的1 cm小孔中，使用霍格蘭德?tīng)I(yíng)養(yǎng)液(見(jiàn)表1)對(duì)桉樹(shù)幼苗進(jìn)行培養(yǎng)液培養(yǎng)，每3 d更換1次營(yíng)養(yǎng)液。

水培40 d后，選取生長(zhǎng)良好、葉片及根系生長(zhǎng)健康的桉樹(shù)幼苗，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)處理，鋁離子濃度設(shè)為120 mg·L-1，以AlCl3·6H2O(1.0708 g·L-1)形式加入，以pH 4.0，0.5 mmol·L-1CaCl2的基本處理液為對(duì)照(CK)，處理24 h后取樣測(cè)定相關(guān)指標(biāo)。

表1　Hoagland營(yíng)養(yǎng)液配方

注：按以上配方將硝酸鉀、硫酸鎂和磷酸二氫銨混合配成200倍母液，微量元素配成2 000倍母液，單獨(dú)將四水硝酸鈣和螯合鐵鹽各配成400倍母液(鐵鹽避光保存)，用時(shí)稀釋即可

2.3　指標(biāo)測(cè)定及方法

測(cè)定0 mg·L-1、120 mg·L-12個(gè)濃度鋁脅迫條件下，巨尾桉9號(hào)，尾葉桉4號(hào)根和葉片內(nèi)CAT、POD兩種抗氧化酶活性及其變化值。

2.4　數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

使用Excel統(tǒng)計(jì)桉樹(shù)苗期葉片和根部CAT、POD兩種抗氧化酶活性數(shù)據(jù)，運(yùn)用SPSS軟件進(jìn)行單因素方差分析。

3結(jié)果與分析

3.1　鋁處理下2個(gè)桉樹(shù)無(wú)性系CAT活性的影響

過(guò)氧化氫酶(CAT)為重要的保護(hù)酶，尤其具有清除活性氧(H2O2)對(duì)膜脂的攻擊能力。

從圖1可見(jiàn)，有無(wú)鋁處理下，2個(gè)桉樹(shù)無(wú)性系葉內(nèi)CAT活性均比根中高，說(shuō)明CAT在葉中對(duì)活性氧的清除起有更為重要的作用；鋁處理下，2個(gè)桉樹(shù)無(wú)性系苗的CAT活性均高于對(duì)照，以根內(nèi)的CAT活性變化幅度較葉片內(nèi)明顯，其中：巨尾桉9號(hào)(G9)根內(nèi)CAT活性最低，為76.44 U·min-1·g-1FW，葉內(nèi)CAT活性最高達(dá)到327.54 U·min-1·g-1FW，G9和尾葉桉4號(hào)(G4)根內(nèi)CAT活性分別為對(duì)照組的1.53倍和1.60倍，葉內(nèi)CAT活性分別為對(duì)照組的1.13倍和1.34倍。這表明，CAT活性在根內(nèi)的鋁毒應(yīng)激性較強(qiáng)，而2個(gè)無(wú)性系之間在根內(nèi)的差異則不明顯，葉內(nèi)表現(xiàn)以G4較好。

方差分析結(jié)果顯示(表2)，鋁處理下2個(gè)桉樹(shù)無(wú)性系苗木根、葉內(nèi)CAT活性與對(duì)照之間均達(dá)到極顯著差異(P<0.01)，這表明鋁毒害對(duì)植物根和葉的正常生理代謝均產(chǎn)生了顯著影響，而CAT對(duì)鋁處理的傷害產(chǎn)生了顯著的響應(yīng)作用。在相同的鋁處理下，盡管G9葉內(nèi)CAT活性極顯著高于G4 (表2)，但在葉內(nèi)活性氧的清除能力上，G4優(yōu)于G9(圖1)。這表明不同無(wú)性系對(duì)Al的耐受性與其酶活性的高低并沒(méi)有直接的聯(lián)系，而是與酶的變化值密切相關(guān)。

表2　鋁處理下桉樹(shù)根、葉CAT活性單因素方差分析結(jié)果

注：無(wú)性系之間差異僅在鋁處理(120 mg·L-1)條件下進(jìn)行比較，下同

3.2　鋁處理對(duì)兩個(gè)桉樹(shù)無(wú)性系POD活性的影響

過(guò)氧化物酶(POD)是植物體內(nèi)普遍存在的、活性較高的一種酶，它與呼吸作用、光合作用及生長(zhǎng)素的氧化等都有密切關(guān)系。圖2顯示，有無(wú)鋁處理下，兩個(gè)桉樹(shù)無(wú)性系葉中POD活性均比根中高，這證實(shí)了POD對(duì)葉內(nèi)活性氧的清除更為重要；相同鋁濃度處理下，G9根內(nèi)POD活性略高于G4，而在葉內(nèi)略低于G4，這一變化與CAT剛好相反。鋁處理下，兩個(gè)桉樹(shù)無(wú)性系苗的POD活性均高于對(duì)照，葉內(nèi)的POD活性變化幅度較根內(nèi)明顯，其中：G4葉內(nèi)POD活性最高，為373.40 U·min-1·g-1，G4根內(nèi)POD活性最低，為71.93 U·min-1·g-1，G9和G4根內(nèi)POD活性分別為對(duì)照組的1.68倍和2.11倍，葉內(nèi)POD活性分別為對(duì)照組的2.31倍和1.66倍。表現(xiàn)為G4根部對(duì)鋁處理的應(yīng)激性強(qiáng)于G9，而G9葉片對(duì)鋁處理的應(yīng)激性卻強(qiáng)于G4，這說(shuō)明POD在不同無(wú)性系的不同器官中對(duì)鋁處理的響應(yīng)機(jī)制存在差異。

方差分析結(jié)果顯示(表3)，鋁處理?xiàng)l件下，桉樹(shù)兩個(gè)無(wú)性系幼苗根、葉中POD活性與對(duì)照之間差異均為極顯著(P<0.01)，與CAT相似，鋁對(duì)植物的根和葉中正常生理代謝產(chǎn)生了顯著影響，保護(hù)酶POD對(duì)鋁處理的傷害產(chǎn)生了積極的響應(yīng)作用。在相同的鋁處理下，G9根內(nèi)POD活性高于G4，但在根內(nèi)活性氧的清除能力上，G4優(yōu)于G9，在葉內(nèi)的表現(xiàn)則相反。這表明不同無(wú)性系對(duì)Al的耐受性與其酶活性的高低并沒(méi)有直接的聯(lián)系，而是與酶的變化值密切相關(guān)。

表3　鋁處理下桉樹(shù)根、葉POD活性單因素方差分析結(jié)果

4結(jié)論與討論

4.1　有無(wú)鋁處理下，兩個(gè)桉樹(shù)無(wú)性系幼苗根及葉內(nèi)抗氧化酶活性存在如下規(guī)律：葉內(nèi)CAT、POD活性高于根，說(shuō)明CAT、POD在葉中對(duì)活性氧的清除起有更為重要的作用，且POD活性對(duì)鋁處理最為敏感。

4.2　鋁處理下，2個(gè)桉樹(shù)無(wú)性系根、葉中CAT、POD活性均發(fā)生變化，變化幅度差別較大，不同酶在不同部位對(duì)鋁毒害的響應(yīng)程度不一致：CAT在根內(nèi)變化幅度大于葉內(nèi)，其在根內(nèi)對(duì)鋁處理的應(yīng)激性較強(qiáng)；而POD在G9根中變化幅度較葉小，在G4根中變化幅度較葉大，即POD在G9葉內(nèi)及G4根內(nèi)對(duì)鋁處理響應(yīng)較強(qiáng)。在正常條件下，植物能有效地清除體內(nèi)的活性氧自由基，使細(xì)胞免受傷害，但在逆境或脅迫條件下，植物體內(nèi)的活性氧自由基產(chǎn)生速度超過(guò)了植物清除活性氧的能力，便會(huì)引起傷害。鋁脅迫下植物體內(nèi)保護(hù)酶活性高低與植物鋁毒耐性成正相關(guān)。保護(hù)酶活性較高，表明植物體內(nèi)氧自由基清除能力較強(qiáng)，膜脂過(guò)氧化水平穩(wěn)定，植物耐鋁性好。為了降低脅迫所造成的氧化傷害，植物進(jìn)化出一套抗氧化保護(hù)系統(tǒng)，其中包括非酶類低分子量抗氧物質(zhì)，及抗氧化酶系統(tǒng)作為抗氧化保護(hù)的一個(gè)組成部分，整個(gè)抗氧化保護(hù)酶系防御能力取決于各酶活性及其彼此間的綜合協(xié)調(diào)。

參考文獻(xiàn)：

[1]郭天榮, 張國(guó)平, 盧王印, 等. 鋁脅迫對(duì)不同耐鋁大麥基因型干物質(zhì)積累與鋁和養(yǎng)分含量的影響.植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào),2003,9(3):324-330

[2]蔣淑磊.丹紅楊和巨尾桉組織培養(yǎng)技術(shù)的研究.長(zhǎng)沙：中南林業(yè)科技大學(xué),2009

[3]王鵬良,姜福星,蔡玲,等.廣林巨尾桉9號(hào)遺傳轉(zhuǎn)化體系的建立.林業(yè)科技開(kāi)發(fā),2013,27(3):76-80

[4]江松遠(yuǎn),楊曾獎(jiǎng),徐大平.施肥對(duì)尾葉桉萌芽林生長(zhǎng)的影響.林業(yè)科學(xué)研究，2002,15(6):666-671

[5]曹洪法,高吉喜,舒儉民.鋁對(duì)馬尾松幼苗影響的研究.生態(tài)學(xué)報(bào),1992,12(3):239-246

Effect of Aluminum Stress on Two Antioxidase (CAT and POD)

inEucalyptusspp. Seedlings

Lan Xiongbin

(State-Owned Dongmen Forest Farm, Guangxi Zhuang Autonomous Region,Chongzuo 532108,China)

AbstractThe effects of aluminum (Al) stress on CAT and POD of root and leaves for two superior clonal Eucalyptus spp. seedlings (Eucalyptus grandis × E.urophylla No.9 and E. urophylla No.4, simplified as G9 & G4) were studied by adopting indoor hydroponics test method. In order to further reveal the response mechanism of fast-growing Eucalyptus spp. on Al toxicity and provide reference for selecting the excellent aluminum-resistant clones, the main result is follows:(1) the POD and CAT in the leaves of Eucalyptus spp. have the main effect on the scavenging activity of oxygen, and POD is the most sensitive to the treatment of CAT. (2) under the treatment of Al,the activities of CAT and POD in the roots and leaves of the two clones of Eucalyptus spp. changed;change width vary greatly;response degree of different parts for different enzymes are inconsistent;the response of CAT on aluminum treatment in the roots is very strong;the response of POD on aluminum treatment in the leaves of G9 and root of G4 is very strong.

Key wordsEucalyptus spp.;Al stress;antioxidase

作者簡(jiǎn)介：藍(lán)雄彬(1987-)，男，廣西貴港人，大學(xué)，助理工程師，現(xiàn)從事苗木培育和營(yíng)造林工作.

收稿日期：2015-11-10

中圖分類號(hào)：S792.39

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

doi:10.13601/j.issn.1005-5215.2016.01.009

文章編號(hào)：1005-5215(2016)01-0022-03