外源腐胺對鹽脅迫下黃芩根中活性氧代謝的影響

華智銳，李小玲

（商洛學(xué)院生物醫(yī)藥與食品工程學(xué)院，陜西 商洛 726000）

外源腐胺對鹽脅迫下黃芩根中活性氧代謝的影響

華智銳，李小玲

（商洛學(xué)院生物醫(yī)藥與食品工程學(xué)院，陜西 商洛 726000）

以商洛黃芩幼苗為試材，研究不同濃度外源腐胺（0，0.005，0.01，0.015，0.02 mmol/L）對150 mmol/LNaCl脅迫下黃芩根中活性氧代謝的影響。結(jié)果表明，通過外施外源腐胺即灌根的方式，可增強(qiáng)鹽脅迫下黃芩幼苗超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化物酶（POD）、過氧化氫酶（CAT）的活性，促進(jìn)可溶性蛋白含量的提高，減緩鹽脅迫下黃芩幼苗丙二醛（MDA）含量的積累，從而清除黃芩幼苗根中活性氧，增強(qiáng)根中活性氧的代謝，有利于植物的生長；其中，以濃度為0.01 mmol/L的外源腐胺對緩解黃芩幼苗根中的鹽脅迫作用效果最為顯著。

外源腐胺；黃芩；鹽脅迫；活性氧

黃芩（Scutellaria baicalensis）為唇形科多年生草本植物，為極常用中藥，味苦耐寒，具有清熱去濕、瀉火清毒、涼血控血、去熱穩(wěn)胎的療效，能用來沏茶喝，有涼爽消火、消炎去暑的功效[1]；還有利于恢復(fù)元?dú)?、壯脾養(yǎng)胃、去肌熱、去膿止痛、斂瘡養(yǎng)肌、活血養(yǎng)血的功效；同時還可以治療水浮腫尿量少、出汗不止、氣虛乏力、食少便溏、便血崩漏、子宮脫垂、久潰不斂、內(nèi)熱去渴、慢性腎炎蛋白尿、糖尿病。其主要產(chǎn)于河北、遼寧、陜西、山東、內(nèi)蒙古、黑龍江等地[2]。

隨著我國鹽地面積的不斷擴(kuò)大，土壤鹽漬化問題正嚴(yán)重制約著農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展及良好生活環(huán)境的維持，土壤中鹽量太多會對植株造成危害，使植物生長受到抑制，光合作用受阻，能量消耗增長，加快衰弱，植株最終因碳缺少而死亡[3]。植物在鹽脅迫下呼吸作用加強(qiáng)，因此，活性氧的產(chǎn)生量也會相應(yīng)地增加，導(dǎo)致氧化損傷。當(dāng)鹽脅迫長期作用于植物體，其產(chǎn)生的活性氧的量如高于活性氧解毒體系的作用時，細(xì)胞就會受到氧化傷害，細(xì)胞質(zhì)膜、細(xì)胞器膜等生物膜中多不飽和脂肪酸易被氧化，變堅固、變脆，以致膜功能發(fā)生改變，膜的結(jié)構(gòu)受到損壞?；钚匝跻矝_擊蛋白質(zhì)的氨基酸殘基，使得蛋白質(zhì)斷裂。如果脅迫力度加大或者脅迫時間增長，植物就有可能會死亡[4-5]。因此，如何通過人工措施有效控制土壤鹽漬化對黃芩生長造成的傷害顯得尤為重要。

外源腐胺在調(diào)整植物的生長發(fā)育、節(jié)制形態(tài)構(gòu)成、提升植株抗逆性、延遲衰老等方面具有重要的作用。作為一種新的生長物質(zhì)，外源腐胺調(diào)整著從細(xì)胞的生長分裂、形態(tài)構(gòu)成、性別分化、成熟衰弱到脅迫應(yīng)答生長過程，對植物生長發(fā)育和加強(qiáng)抗逆性具有重要意義。鹽脅迫下植株體內(nèi)有害離子積聚、光合速度下降、生長受到限制、衰弱加快，同時會引起植株體內(nèi)活性氧的產(chǎn)生與消除的平衡失衡，以致膜過氧化損傷，嚴(yán)重影響著栽培植株的產(chǎn)量和質(zhì)量[6-11]。在逆境作用下，外源腐胺在植物應(yīng)答鹽脅迫和滲透脅迫而引起的氧化傷害時起重要作用，其可以提高抗氧化酶的活性，加強(qiáng)其去除自由基的效果。

本試驗(yàn)通過添加不同濃度外源腐胺處理商洛黃芩幼苗，測定分析相關(guān)生理生化指標(biāo)，研究外源腐胺對鹽脅迫下黃芩根中活性氧代謝的影響，旨在篩選最佳的外源腐胺作用濃度，為商洛黃芩的大田生產(chǎn)和生理研究提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料

選取1年生商洛黃芩幼苗進(jìn)行盆栽試驗(yàn)，待植株盆中培養(yǎng)90 d時進(jìn)行處理。

1.2 試驗(yàn)方法

將購買的大田播種育苗的1年生黃芩幼苗種植于高60 cm、直徑40 cm的花盆中，定時澆水和補(bǔ)充營養(yǎng)液，90 d后，待植株長至60～70 cm時備用。

將1年生生長良好的黃芩幼苗分為3組：蒸餾水對照組（CK1），用1/4 Hoagland營養(yǎng)液培養(yǎng)；鹽脅迫對照組（CK2），用添加了150 mmol/L NaCl的1/4 Hoagland營養(yǎng)液培養(yǎng)；用腐胺、NaCl和營養(yǎng)液共同處理，用分別添加有 0.005，0.01，0.015，0.02 mmol/L腐胺和150 mmol/L NaCl的1/4 Hoagland營養(yǎng)液培養(yǎng)黃芩幼苗，共6個處理。分別于處理0，24，48，72，96 h后從每組培養(yǎng)的幼苗中選取代謝旺盛的黃芩幼苗根系分生區(qū)部分對黃芩根過氧化氫酶（CAT）活性、丙二醛（MDA）含量、過氧化物酶（POD）活性、蛋白質(zhì)活性、超氧化物歧化酶（SOD）活性進(jìn)行測定分析，進(jìn)而篩選出最佳的外源腐胺作用濃度。所有處理重復(fù)3次，數(shù)據(jù)取3次測量值的平均數(shù)。

1.3 測定項目及方法

MDA含量的測量參考張志良等[12]的硫代巴比妥酸法進(jìn)行；SOD活性的測量參考李合生[13]的氮藍(lán)四唑（NBT）光還原法進(jìn)行；POD活性的測量參考郝再彬等[14]的愈創(chuàng)木酚顯色法進(jìn)行；CAT活性的測量參考高俊風(fēng)等[15]的紫外光譜法進(jìn)行；可溶性蛋白含量的測量參考高俊風(fēng)等[15]的考馬斯亮藍(lán)G-250法進(jìn)行。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2010進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，用SPSS 17.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同濃度的外源腐胺對鹽脅迫下黃芩根系POD活性的影響

由圖1可知，在CK處理下，黃芩根系POD的活性保持在一個正常水平，不同腐胺濃度處理與CK2相比呈先上升后下降的變化趨勢，用150 mmol/LNaCl處理24 h以后黃芩根系POD的活性呈現(xiàn)一個明顯的下降（從CK的31.3 U/g下降至19.7 U/g）趨勢，用0.005 mmol/L 腐胺＋150 mmol/L NaCl，0.01 mmol/L腐 胺 ＋150 mmol/L NaCl，0.015 mmol/L 腐 胺 ＋150 mmol/L NaCl，0.02 mmol/L 腐 胺 ＋150 mmol/L NaCl處理后POD的活性開始上升為原來的活性程度，活性分別上升至 24.1，38.2，33.5，30.2 U/g，其中，0.01 mmol/L腐胺作用最明顯，與CK2間差異達(dá)顯著水平（P＜0.05）。72 h處理后POD活性的變化最明顯。一定濃度的外源腐胺能有效促進(jìn)黃芩根中POD的積累，增強(qiáng)黃芩根中活性氧的代謝，促進(jìn)植株生長和發(fā)育。

2.2 不同濃度腐胺處理對鹽脅迫下黃芩根系丙二醛含量的影響

由圖2可知，在CK處理下，黃芩根系丙二醛含量保持正常水平，不同腐胺濃度處理與CK處理相比呈先上升后下降的趨勢，用150 mmol/L NaCl處理24 h以后黃芩根系丙二醛含量明顯升高，而經(jīng)處理過的試驗(yàn)組黃芩幼苗根中MDA含量在同一時間均低于CK2，說明外源腐胺可緩解膜脂過氧化的過程，降低了丙二醛的含量。不同濃度的腐胺對黃芩幼苗MDA的影響程度不同，就同一天來說，隨著外源腐胺濃度的增大，MDA含量呈下降趨勢，在所有處理中，0.01 mmol/L效果最為顯著（P＜0.05），在第72 h左右相對于CK2降低幅度最大，達(dá)到32.6%。由此可知，鹽脅迫會增加黃芩根中活性氧代謝的MDA含量，進(jìn)而影響黃芩根中活性氧的代謝，但一定濃度的腐胺可以降低黃芩根中MDA含量，進(jìn)而維持根中活性氧的代謝。

2.3 不同濃度腐胺對鹽脅迫下黃芩根系CAT活性的影響

由圖3可知，隨著鹽脅迫時間的延長，CAT活性呈先升后降的變化趨勢。經(jīng)不同濃度外源腐胺處理后，明顯提高了黃芩根系CAT的活性，且與CK2間差異顯著，并且當(dāng)外源腐胺達(dá)到0.01 mmol/L時，其處理效果達(dá)顯著水平（P＜0.05）。在整個鹽脅迫過程中，經(jīng)外源腐胺處理的黃芩根系CAT活性均高于CK2，在鹽脅迫0～48 h內(nèi)，處理組的CAT活性一直處于上升趨勢，而經(jīng)不同濃度外源腐胺處理的CAT活性在第48小時達(dá)到最大值，48 h后開始下降。就同一天來說，隨著外源腐胺濃度的增大，CAT活性呈上升的趨勢，在鹽脅迫各個時間段內(nèi)，CK與處理組差異明顯，其中，0.01 mmol/L腐胺處理效果最佳，與CK間差異最顯著（P＜0.05）。

2.4 不同濃度腐胺對鹽脅迫下黃芩根系SOD活性的影響

從圖4可以看出，在鹽脅迫0～72 h內(nèi)，處理組的SOD活性一直處于上升趨勢，72 h后開始下降。在CK處理下，黃芩根系SOD的活性保持在一個穩(wěn)定的水平，不同濃度腐胺處理與CK處理相比呈先上升后下降的趨勢。經(jīng)過150 mmol/L鹽脅迫后SOD活性顯現(xiàn)明顯的下降，用0.005 mmol/L腐胺＋150 mmol/L NaCl，0.01 mmol/L 腐 胺 ＋150 mmol/L NaCl，0.015 mmol/L 腐 胺 ＋150 mmol/L NaCl，0.02 mmol/L腐胺＋150 mmol/L NaCl處理后SOD的活性開始呈現(xiàn)上升趨勢，在處理72 h時上升的幅度最大，分別為6.8%，40.25%，38.96%，36.03%。由上升的幅度可以看出，0.01 mmol/L效果最為顯著（P＜0.05）。

2.5 不同濃度腐胺對鹽脅迫下黃芩根系可溶性蛋白含量的影響

從圖5可以看出，在CK處理下黃芩根系可溶性蛋白的含量處于一個正常的水平，不同濃度腐胺處理與CK相比呈先上升后下降的趨勢。在鹽脅迫下，可溶性蛋白的含量明顯下降，而添加不同濃度外源腐胺后，蛋白質(zhì)的含量明顯上升。說明在鹽脅迫下外源腐胺可明顯提高蛋白質(zhì)的合成能力，有效維持其穩(wěn)定性。不同濃度外源腐胺對黃芩幼苗可溶性蛋白含量的影響程度不同。處理96 h后，蛋白質(zhì)含量變化最大，就同一天處理72 h來說，隨著外源腐胺濃度的增大，可溶性蛋白含量呈上升的趨勢，上升的幅度分別為13.3%，60%，56.7%，48.7%，可以看出，0.01 mmol/L外源腐胺處理效果最為顯著（P＜0.05）。

3 討論

多胺作為一種生物活性物質(zhì)，廣泛存在于真核生物和原核生物體中，是植物代謝中產(chǎn)生的一類具有強(qiáng)烈生物活力的低分子量脂肪族含氮堿，在高等植物體內(nèi)主要有腐胺、亞精胺和精胺等，并且以游離態(tài)、結(jié)合態(tài)和束縛態(tài)3種形態(tài)存在于組織內(nèi)，有促進(jìn)植物生長發(fā)育、延緩衰老、提高生物和非生物脅迫抗逆性等重要作用[16-17]。

丙二醛（MDA）是細(xì)胞膜脂過氧化作用的最終產(chǎn)物之一，通過測量MDA含量可以了解膜脂過氧化的程度，從而間接測量黃芩幼苗根系活性氧代謝過程中產(chǎn)生的活性氧含量。所以，鹽脅迫下，MDA含量的高低可以反映黃芩根中產(chǎn)生的活性氧的含量以及膜受傷害的程度。本研究結(jié)果表明，鹽脅迫下，MDA含量一直呈緩慢上升趨勢，而經(jīng)外源腐胺處理過的黃芩幼苗根系MDA含量在一段時間內(nèi)呈下降趨勢，說明外源腐胺降低MDA含量，可緩解膜脂過氧化的過程，從而使得黃芩根系活性氧的含量下降，維持根中活性氧的代謝，其中，0.01 mmol/L外源腐胺效果最為明顯，這與馬瑛等[2]的研究結(jié)果相一致。

超氧化物歧化酶（SOD）是生物體內(nèi)重要的抗氧化酶，廣泛分布于各種生物體中，與植株的衰弱和抗逆性密切有關(guān)，是植物體中有用的保護(hù)酶之一。SOD可以與超氧物質(zhì)陰離子自由基（O2-）產(chǎn)生歧化應(yīng)答，產(chǎn)生O2和H2O2，生成的H2O2可被過氧化氫酶（CAT）分散為O2和H2O，以避免H2O2積累對細(xì)胞的氧化破壞作用[18]。本研究表明，本研究結(jié)果表明，鹽脅迫下，外源腐胺明顯提高了黃芩幼苗SOD，POD，CAT的活性，從而增強(qiáng)了黃芩根中活性氧的代謝。本研究結(jié)果表明，鹽脅迫下，外源腐胺對黃芩幼苗根系SOD，POD和CAT活性緩解趨勢相似，經(jīng)不同濃度外源腐胺處理的黃芩幼苗，其根系SOD，POD和CAT活性均高于CK，且呈先上升后下降的趨勢，說明外源腐胺具有提高黃芩幼苗根系SOD，POD與CAT活性，從而達(dá)到增強(qiáng)抗逆性的作用。其中，0.01 mmol/L外源腐胺作用效果最佳，這與張春平等[6]的研究結(jié)果相似。

鹽脅迫對植物體造成的傷害包括由于水分脅迫和離子不平衡而引起植物體中生理功能紊亂的雙重作用的結(jié)果，而這些原初反應(yīng)直接引起細(xì)胞葉綠體和線粒體電子傳遞中泄露的電子上升，活性氧大量產(chǎn)生，致使細(xì)胞內(nèi)氧化傷害，引起葉綠素分解、膜結(jié)構(gòu)變化、蛋白質(zhì)變性、核酸斷掉甚至細(xì)胞死傷等[19-20]。可溶性蛋白含量高低可以反映植物抗逆性的強(qiáng)弱，其在植物體內(nèi)主要起維持滲透調(diào)節(jié)和防止細(xì)胞脫水的功能。本試驗(yàn)結(jié)果表明，黃芩幼苗在150 mmol/L鹽脅迫下，可溶性蛋白的含量呈現(xiàn)下降的趨勢，而一定濃度的外源腐胺可以增加黃芩根中可溶性蛋白的含量，減輕鹽脅迫造成的逆境傷害，從而維持黃芩根系正常活性氧的代謝作用，研究結(jié)果表明，最適宜的外源腐胺作用濃度為0.01 mmol/L，這與張春平等[6]的研究結(jié)果相似。

綜合各項指標(biāo)表明，通過施用外源腐胺的措施可增強(qiáng)鹽脅迫下黃芩幼苗根系SOD，POD，CAT的活性，促進(jìn)可溶性蛋白含量的上升，減緩鹽脅迫下黃芩苗中丙二醛（MDA）含量的積累，從而有效地維持逆境條件下黃芩幼苗根中的活性氧代謝，有利于植物的生長。其中，以濃度為0.01 mmol/L的外源腐胺對緩解黃芩幼苗根系鹽脅迫傷害作用效果最為顯著。

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Effects of Exogenous Putrescine on Active Oxygen Metabolism in Roots ofScutellaria baicalensisunder Salt Stress

HUAZhirui，LI Xiaoling
（College ofBiologyPharmacyand Food Engineering，ShangluoUniversity，Shangluo726000，China）

The seedlings of Scutellaria baicalus were used as experimental materials to study the effects of different concentrations of exogenous putrescine（0,0.005,0.01,0.015,0.02 mmol/L）effect on active oxygen 150 mmol/L NaCl under the stress of root metabolism in Scutellaria baicalensis.The results showed that root irrigation way of exogenous putrescine could enhance the superoxide dismutase（SOD）,peroxidase（POD）,catalase（CAT）activity of Scutellaria baicalensis seedlings under salt stress,increase the content of soluble protein,slow down the MDA content accumulation of Scutellaria baicalensis seedlings under salt stress,thus to increase the concentration of active oxygen in the root of Scutellaria baicalensis seedlings,enhance the active oxygen metabolism in root.Among them,the concentration of exogenous putrescine 0.01 mmol/L of Scutellaria baicalensis seedling roots to salt stress effect was the most significant.

exogenous putrescine;Scutellaria baicalensis;salt stress;active oxygen

R284

A

1002-2481（2017）11-1766-05

10.3969/j.issn.1002-2481.2017.11.09

2017-08-13

陜西省科技廳項目（2017NY-027）

華智銳（1980-），男，湖北黃石人，副教授，主要從事植物抗性生理與植物育種研究工作。