淹水對(duì)滴水觀音抗氧化系統(tǒng)和丙二醛的影響

夏紅霞，朱啟紅

（重慶文理學(xué)院水環(huán)境修復(fù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,重慶402168）

淹水對(duì)滴水觀音抗氧化系統(tǒng)和丙二醛的影響

夏紅霞，朱啟紅*

（重慶文理學(xué)院水環(huán)境修復(fù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,重慶402168）

本文研究了淹水對(duì)滴水觀音抗氧化系統(tǒng)以及丙二醛的影響，揭示滴水觀音的抗淹能力為構(gòu)建理想的濕地植被系統(tǒng)提供實(shí)驗(yàn)依據(jù)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明、淹水處理對(duì)植株抗氧化系統(tǒng)和MDA影響較大，1/4和1/2淹水下植株SOD、CAT、MDA含量均先增加后降低，實(shí)驗(yàn)后期時(shí)與對(duì)照組相近；而3/4和全淹處理植株SOD、POD含量持續(xù)升高，尤其是全淹處理植株SOD、POD、CAT、MDA等含量顯著高于對(duì)照（P＜0.05）。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，滴水觀音在1/4淹水時(shí)生長(zhǎng)最好，高水位（3/4、全淹）脅迫下則抑制植株生長(zhǎng)。因此，在利用滴水觀音構(gòu)建濕地系統(tǒng)時(shí)，僅能將其種植在低水位。

滴水觀音；淹水；抗氧化系統(tǒng)；丙二醛

抗氧化系統(tǒng)中的超氧化物歧化酶（Super Oxide Dismutase，SOD）、過(guò)氧化氫酶（Catalase，CAT）、過(guò)氧化物酶（Peroxidase，POD）以及膜脂過(guò)氧化產(chǎn)物丙二醛（Malondialdehyde，MDA），它們?cè)谝种浦参矬w內(nèi)活性氧變化中扮演著十分重要的角色。在正常情況下，通過(guò)抗氧化酶的協(xié)調(diào)作用，植株體內(nèi)活性氧的產(chǎn)生與消耗處于一個(gè)動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)，從而使植物能夠正常生長(zhǎng)和發(fā)育。但在逆境情況下，這種平衡會(huì)被打破，過(guò)多的活性氧會(huì)抑制抗氧化系統(tǒng)的作用，進(jìn)而影響植株正常生長(zhǎng)[1]。因此，抗氧化酶在緩解逆境對(duì)植物的傷害中起著重要的作用。研究植株體內(nèi)抗氧化系統(tǒng)的變化，可揭示植株對(duì)逆境脅迫的適應(yīng)程度。淹水是灘地植物最常見(jiàn)的逆境脅迫因子之一，淹水易導(dǎo)致土壤缺氧和光照不足，難以維持生物正常的生理代謝和生長(zhǎng)發(fā)育，從而影響植物的正常功能[2]。植物對(duì)淹水逆境的響應(yīng)包含著極其復(fù)雜的生理生化變化，并形成了內(nèi)部適應(yīng)機(jī)制[3]。因此，研究淹水下植株抗氧化酶系統(tǒng)以及丙二醛的變化，是了解植株對(duì)淹水環(huán)境適應(yīng)程度的主要依據(jù)，進(jìn)而為合理構(gòu)建濕地生態(tài)系統(tǒng)提供理論依據(jù)。

滴水觀音（Alocasia Macrorrhiza）屬天南星科海芋屬多年生草本植物。相關(guān)研究表明，滴水觀音可用于濕地處理廢水，并取得了較好效果[4]。利用滴水觀音處理廢水，既可實(shí)現(xiàn)廢水達(dá)標(biāo)排放，又可出售回收的濕地植物，從而產(chǎn)生一定的經(jīng)濟(jì)效益；既利于提高濕地技術(shù)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，又利于濕地技術(shù)的推廣使用。但到目前為止，有關(guān)濕地系統(tǒng)中滴水觀音生理方面的研究較少，尤其缺乏有關(guān)濕地水位對(duì)滴水觀音生理影響方面的研究報(bào)道。為了解滴水觀音對(duì)濕地水位變化的適應(yīng)性，更好地服務(wù)于濕地系統(tǒng)，本文研究了滴水觀音抗氧化系統(tǒng)以及丙二醛對(duì)濕地水位變化的響應(yīng)，以期為利用滴水觀音構(gòu)建濕地系統(tǒng)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

滴水觀音購(gòu)自永川某花卉苗圃中心。研究人員將植株種于塑料花盆中，每盆兩株，植株高50 cm±3 cm，花盆尺寸為20 cm×15 cm×15cm。

1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

當(dāng)植物生長(zhǎng)正常后，將花盆置于水箱中。試驗(yàn)采用可控制水量的長(zhǎng)方形水箱（2.0 m×0.5 m×0.7 m），利用水位調(diào)節(jié)閥來(lái)調(diào)節(jié)箱內(nèi)水位。試驗(yàn)設(shè)計(jì)為不淹水（正常澆水）、1/4淹水、1/2淹水、3/4淹水和全淹。于淹水處理后的第0 d、10 d、20 d、30 d、40 d進(jìn)行各項(xiàng)指標(biāo)的測(cè)定。每一處理均重復(fù)3次。

1.3 樣品分析與測(cè)定方法

試驗(yàn)時(shí)分析測(cè)定植株葉片抗氧化酶系統(tǒng)（SOD、POD、CAT）活性及MDA含量。SOD、POD、CAT活性以及MDA含量均采用試劑盒法（南京建成）進(jìn)行測(cè)定。

2 結(jié)果與分析

2.1 SOD變化

SOD是一種源于生命體的活性物質(zhì)，能消除生物體在新陳代謝過(guò)程中所產(chǎn)生的有害物質(zhì)，以保證植物的正常生長(zhǎng)[5]。淹水對(duì)滴水觀音葉片SOD活性影響如圖1所示。

圖1 淹水處理下滴水觀音SOD活性變化Fig.1 SOD activity change of Alocasia Macrorrhiza under flooding treatment

由圖1可見(jiàn)，對(duì)照組植株在整個(gè)試驗(yàn)階段SOD活性的變化不大，一直處于相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)；但淹水植株SOD變化較大，4組淹水程度不同的滴水觀音SOD活性均有所提高，這說(shuō)明植株自行啟動(dòng)了抗氧化系統(tǒng)酶SOD的表達(dá)，以此來(lái)清除由于淹水導(dǎo)致植物處于厭氧過(guò)程所產(chǎn)生的活性氧，增強(qiáng)自身的調(diào)節(jié)功能，從而減少活性氧對(duì)植物的傷害。何嵩濤等[6]在水澇脅迫對(duì)銀杏影響的文章中也證實(shí)了這一點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果還顯示，在第20 d時(shí)，全淹植物高出對(duì)照組19.3%，達(dá)到顯著水平（P＜0.05）；第30 d時(shí)，全淹、1/4淹水和1/2淹水SOD活性均有下降，直至最后趨于平穩(wěn)。但全淹植物SOD酶活性顯著高于其他處理（P＜0.05）；1/4和1/2淹水處理植株SOD酶活性與對(duì)照組植株相近。

2.2 POD變化

過(guò)氧化物酶（POD）是一類氧化還原酶，它能催化H2O2與酚類反應(yīng)，從而清除植物體內(nèi)的過(guò)氧化物[7]。淹水處理下滴水觀音POD活性變化結(jié)果如圖2所示。從圖2中可以看出，對(duì)照組POD的活性基本保持平穩(wěn)，4種不同淹水程度的植株均呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，POD活性均顯著高于對(duì)照組（P＜0.05）。滴水觀音POD活性增加，說(shuō)明產(chǎn)生的活性氧激活了植物體內(nèi)的抗氧化系統(tǒng)，以消除其對(duì)植物自身的影響。本實(shí)驗(yàn)結(jié)果與李川等[8]的研究結(jié)果不一致，這有可能是因?yàn)椴煌参飳?duì)淹水脅迫的適應(yīng)程度不同而導(dǎo)致的。

圖2 淹水處理下滴水觀音POD活性變化Fig.2 POD activity change of Alocasia Macrorrhiza under flooding treatment

2.3 CAT變化

過(guò)氧化氫酶（CAT）通過(guò)催化反應(yīng)，將H2O2分解為O2和H2O，從而使植物免受過(guò)多的H2O2傷害。CAT是植物防御系統(tǒng)的關(guān)鍵酶之一，它的活性變化對(duì)植物生理平衡起著重要作用[9]。淹水處理對(duì)滴水觀音CAT活性的影響見(jiàn)圖3所示。由圖3可知，對(duì)照組植株CAT活性一直處于相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)，而淹水處理植株變化明顯。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，1/4和1/2淹水處理植株CAT活性先增加后降低，在實(shí)驗(yàn)?zāi)┢谂c對(duì)照植株相近；而高水位脅迫植株CAT活性持續(xù)增加，僅在試驗(yàn)后期上升緩慢，但明顯高于對(duì)照植株。水位脅迫后第40 d時(shí)，全淹植物CAT含量高于對(duì)照組52.74%，3/4植物高于對(duì)照組47.64%，全淹和3/4淹水植物與對(duì)照組之間CAT酶活性增幅存在極顯著差異（P＜0.01）。

圖3 淹水處理下滴水觀音CAT活性變化Fig.3 CAT activity change of Alocasia Macrorrhiza under flooding treatment

2.4MDA變化

MDA是植物細(xì)胞膜脂過(guò)氧化產(chǎn)物之一，通常將其作為植物脂質(zhì)過(guò)氧化指標(biāo)來(lái)衡量植物受脅迫的程度[10]。淹水處理對(duì)滴水觀音MDA水平的影響如圖4所示。由圖4可知，試驗(yàn)過(guò)程中對(duì)照組MDA水平始終處于穩(wěn)定狀態(tài)，而淹水植株MDA水平變化較大。1/4、1/2和3/4淹水處理植株MDA水平先增后降，在試驗(yàn)?zāi)┢诰哂趯?duì)照植株，且3/4淹水處理植株MDA與對(duì)照植株相比，差異顯著（P＜0.05）。全淹處理植株MDA水平持續(xù)上升，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高出對(duì)照組和其他淹水處理植株，且差異顯著（P＜0.05）。

圖4 淹水處理下滴水觀音MDA活性變化Fig.4 MDA level change of Alocasia Macrorrhiza under flooding treatment

3 分析與討論

SOD是一種源于生命體的活性物質(zhì)，它主導(dǎo)歧化反應(yīng)，使·O-2發(fā)生歧化反應(yīng)生成H2O2和O2[11]，從而降低植物體內(nèi)·O-2和H2O2的濃度，使植物代謝正常。在淹水時(shí)，植物根系供氧不足，電子傳導(dǎo)無(wú)法正常進(jìn)行，導(dǎo)致植物體內(nèi)活性氧大量累積，影響植物正常生長(zhǎng)[12]。本實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，淹水期間，植株SOD活性發(fā)生明顯變化，這是因?yàn)橹仓晔艿矫{迫作用，體內(nèi)活性氧濃度聚集，刺激植物啟動(dòng)抗氧化系統(tǒng)清除多余的活性氧[13]，以保持植物的正常生長(zhǎng)，因而SOD活性變化劇烈。隨著滴水觀音對(duì)淹水環(huán)境的逐漸適應(yīng)，1/4淹水和1/2淹水的植株SOD活性開(kāi)始下降，并最終接近于對(duì)照組，這主要是因?yàn)?/4淹水和1/2淹水處理植株逐漸適應(yīng)了淹水環(huán)境，并在此環(huán)境下正常生長(zhǎng)。但3/4處理和全淹處理植株SOD活性明顯高于對(duì)照植株，且全淹處理與對(duì)照植株差異顯著（P＜0.05）。這主要是高水位脅迫下，植株產(chǎn)生的活性氧量較多，為降低活性氧的毒害，植物體內(nèi)的抗氧化系統(tǒng)促使體內(nèi)的SOD活性不斷升高，以清除過(guò)多的活性氧。蔡金峰等[14]在烏桕幼苗葉片的研究中也提到，植物SOD的變化也是先升高后降低的趨勢(shì)，說(shuō)明烏桕幼苗葉片同樣具有一定的抗淹能力。

過(guò)氧化物酶廣泛存在于植物體中，是一種活性較高的酶。POD具有雙重性，既能與CAT一起消除H2O2，使H2O2維持在一個(gè)較低的水平[15]，讓植物免受過(guò)氧化氫的傷害；也可以參與活性氧的生成，引發(fā)細(xì)胞膜脂化反應(yīng)，對(duì)植物生長(zhǎng)造成傷害[12]。當(dāng)植物處于淹水狀態(tài)時(shí)，淹水可使體內(nèi)POD的活性增強(qiáng)，消除過(guò)量的過(guò)氧化氫，起到保護(hù)植物的作用。在實(shí)驗(yàn)初期，植物體內(nèi)的POD含量變化緩慢，這可能是淹水時(shí)間較短，植株還未及時(shí)響應(yīng)。淹水處理10 d之后，各實(shí)驗(yàn)植株的POD含量明顯上升，說(shuō)明此時(shí)植物體內(nèi)已有大量活性氧產(chǎn)生，植物啟動(dòng)了抗氧化系統(tǒng)，因此POD活性明顯增加[13]。而張志遠(yuǎn)等[16]在對(duì)藥用菊花的研究中提到，植物體內(nèi)的POD含量是先增后降再升高的變化趨勢(shì)，說(shuō)明了植物在初期不適應(yīng)淹水的影響，導(dǎo)致植物啟動(dòng)抗氧化機(jī)制，最后慢慢適應(yīng)。在本實(shí)驗(yàn)中，淹水后第30 d，各處理植株與對(duì)照組的差異達(dá)到最大，與對(duì)照相比均差異顯著（P＜0.05）；但是各淹水處理植物之間的差異不明顯，說(shuō)明不同的淹水程度對(duì)植物POD含量多少影響不顯著。

過(guò)氧化氫酶（CAT）是以鐵卟啉為輔基的結(jié)合酶，它可促使H2O2分解為分子氧和水，清除植株體內(nèi)的過(guò)氧化氫，從而使植物免受過(guò)氧化氫的毒害，是生物防御體系的關(guān)鍵酶之一。CAT專一清除H2O2，它與SOD協(xié)同作用可清除體內(nèi)具有潛在危害的·O-2和H2O2，從而最大限度地減少·OH的形成[12]。在淹水狀態(tài)下，植物體內(nèi)的CAT活性增強(qiáng)，加速了對(duì)H2O2的分解從而避免羥基自由基（HO－）的生成，在一定程度上減緩了植物過(guò)氧化的發(fā)生。本實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，隨著淹水時(shí)間延長(zhǎng)，淹水植物CAT活性上升，說(shuō)明因淹水產(chǎn)生的自由基和過(guò)氧化氫對(duì)細(xì)胞膜產(chǎn)生了傷害；作為植物關(guān)鍵酶之一的CAT隨之升高，清除過(guò)多的自由基和過(guò)氧化氫，使植物免遭毒害[15]。20 d以后，1/4和半淹植物CAT活性逐漸降低與對(duì)照組持平，可能是植株適應(yīng)了這一淹水環(huán)境，實(shí)現(xiàn)了植株的正常生長(zhǎng)；而全淹和3/4淹水植物則一直緩慢上升，最終高出對(duì)照組52.7%，這可能是高水位脅迫在植物體內(nèi)產(chǎn)生了過(guò)多的自由基和過(guò)氧化氫，植物要產(chǎn)生更多的CAT對(duì)其進(jìn)行清除。

丙二醛（MDA）是植物細(xì)胞膜脂過(guò)氧化產(chǎn)物之一，其含量的高低可以反映逆境脅迫下植物受傷害程度，是膜脂過(guò)氧化程度的重要標(biāo)志[16]。本實(shí)驗(yàn)研究表明，實(shí)驗(yàn)初期植株MDA含量均緩慢增加，說(shuō)明了體內(nèi)過(guò)多的活性氧促使植物啟動(dòng)了膜脂脫脂作用[17、18]。但1/4和1/2淹水植株在20 d之后MDA含量出現(xiàn)緩慢下降的趨勢(shì)，說(shuō)明滴水觀音植物體內(nèi)清除自由基的能力逐漸提升，從而抑制了膜脂過(guò)氧化作用，使植株生長(zhǎng)恢復(fù)正常，朱啟紅[19]、劉文革等[7]在研究中也證明了這一點(diǎn)。在全淹條件下，植物體內(nèi)的MDA含量繼續(xù)上升，說(shuō)明高水位脅迫已對(duì)植株產(chǎn)生毒害作用，致使植株細(xì)胞膜脂過(guò)度加重。

4 結(jié)論

劉文革等[7]在對(duì)西瓜幼苗淹水傷害的研究中提到，其葉片受傷害順序?yàn)椋篠OD活性受抑制→活性氧增加→SOD、POD活性增加→清除活性氧→淹水水位加深→活性氧再增加→MDA積累→抗氧化酶活性降低→質(zhì)膜受損。此次實(shí)驗(yàn)也出現(xiàn)類似情況。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，淹水處理對(duì)植株抗氧化系統(tǒng)和MDA含量影響較大，1/4和1/2淹水下植株SOD、CAT、MDA均先增加后降低，實(shí)驗(yàn)?zāi)┢谂c對(duì)照處理相近；而3/4和全淹處理植株SOD、POD持續(xù)升高，尤其是全淹處理植株SOD、POD、CAT、MDA等顯著高于對(duì)照（P＜0.05）。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，滴水觀音在1/4淹水時(shí)生長(zhǎng)最好，高水位（3/4、全淹）脅迫下則抑制植株生長(zhǎng)。因此，在利用滴水觀音構(gòu)建濕地系統(tǒng)時(shí)，僅能將其種植在低水位。

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[責(zé)任編輯：石堅(jiān)]

Flooding Stress on Antioxidant System and Malondialdehyde of Alocasia Macrorrhiza

XIA Hong-xia，ZHU Qi-hong*

（Key Laboratory of Water Environment Restoration，Chongqing University of Arts and Sciences,Chongqing 402168,China）

In this paper,the effects of flooding stress on Alocasia Macrorrhiza antioxidant systems and malondialdehyde(MDA)were studied to reveal the flooding resistance of Alocasia Macrorrhiza and to provide an experimental basis for constructing an ideal system of wetland plant.Experimental results showed that plants antioxidant system and MDA,the plant SOD,CAT,MDA of 1/4 and 1/2 flooding treatments increased first,then decreased,and they were close to control at the end of the experiment,while SOD and POD of 3/4 and full-flooded treatments continued to increase,especially SOD,POD,CAT,and MDA of full-flooded treatment were significantly higher than that of control(P＜0.05).Experimental results showed that 1/4 treatment grew best and high water(3/4 and full-flooded)stress inhibited plant growth.So,Alocasia Macrorrhiza can only be planted in low water level when used to construct wetland systems.

Alocasia Macrorrhiza;flooding stress;antioxidant system;malondialdehyde

X52

A

2096-2347（2016）03-0040-05

10.19478/j.cnki.2096-2347.2016.03.06

2016-03-15

重慶市自然科學(xué)基金項(xiàng)目（CSTC2013JCYJA20024）；重慶市教育委員會(huì)資助項(xiàng)目（KJ131207）。

夏紅霞（1980—），女，四川都江堰人，博士，主要從事環(huán)境修復(fù)研究。E-mail：287670325@qq.com

*[通訊作者]朱啟紅（1978—），男，重慶人，博士，教授，主要從事環(huán)境修復(fù)研究。E-mail：Zhuqh@163.com