沙塵和遮陰脅迫對(duì)南疆4種果樹(shù)葉片抗氧化酶活性的影響

薩吉旦·阿卜杜克日木，祖力克艷·麻那甫，巴特爾·巴克，王孟輝，羅那那

(新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)草業(yè)與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，新疆 烏魯木齊 830052)

沙塵和遮陰脅迫對(duì)南疆4種果樹(shù)葉片抗氧化酶活性的影響

薩吉旦·阿卜杜克日木，祖力克艷·麻那甫，巴特爾·巴克*，王孟輝，羅那那

(新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)草業(yè)與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，新疆 烏魯木齊 830052)

【目的】測(cè)定沙塵和遮陰處理的SOD、POD和CAT等指標(biāo)，研究不良環(huán)境對(duì)果樹(shù)葉片的傷害?！痉椒ā恳阅辖颂?、杏、巴旦木、蘋(píng)果葉片為試驗(yàn)材料，以無(wú)沙塵或無(wú)遮陰的葉片為對(duì)照，通過(guò)進(jìn)行9、18、27、36 d的人工覆沙(輕度3 mg/cm2、重度8.8 mg/cm2)與遮陰(輕度14.6 %、重度46.5 %)處理，分析了沙塵和遮陰脅迫對(duì)葉片超氧化物歧化酶(SOD)、過(guò)氧化物酶(POD)、過(guò)氧化氫酶(CAT)活性的影響?！窘Y(jié)果】4種果樹(shù)葉片SOD活性均高于對(duì)照，且隨著沙塵覆蓋或遮陰處理時(shí)間的持續(xù)，輕度處理的4種果樹(shù)葉片SOD活性呈上升趨勢(shì)，處理36 d時(shí)達(dá)到最大值，重度處理的葉片SOD活性均是先升高，在第27 天出現(xiàn)峰值后明顯下降；4種果樹(shù)葉片POD活性呈先上升后下降趨勢(shì)，輕度處理的葉片POD活性均在18和27 d時(shí)達(dá)到峰值，重度處理的均在18 d時(shí)達(dá)到最大值；重度沙塵處理的CAT活性均在9 d時(shí)達(dá)到最高值，遮陰處理的均在18 d出現(xiàn)峰值，隨后開(kāi)始下降，說(shuō)明沙塵處理的葉片比遮陰處理的葉片受到更大的傷害?！窘Y(jié)論】重度處理的上升和下降幅度比輕度處理的上升和下降幅度大，表明沙塵和遮陰對(duì)葉片SOD、POD、CAT活性有明顯影響，而且長(zhǎng)時(shí)間重度脅迫會(huì)對(duì)葉片造成的影響較大。4種果樹(shù)葉片中SOD，POD和CAT活性變化幅度不同，由此可見(jiàn)，4種果樹(shù)在清除活性氧以避免自由基對(duì)機(jī)體的傷害能力不同。

沙塵；遮陰；果樹(shù)葉片；SOD；POD；CAT

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況和實(shí)驗(yàn)材料

試驗(yàn)區(qū)位于新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院輪臺(tái)縣果樹(shù)資源圃。該資源圃地理坐標(biāo)83°38′～85°25′E，40°05′42°32′N，位于塔里木河中游,塔里木盆地北緣，巴音郭楞蒙古自治州西部，年平均氣溫10.6 ℃，≥10 ℃的積溫4038.5 ℃，年平均降水量52 mm，年平均蒸發(fā)量2072 mm，平均日照數(shù)為2783 h，無(wú)霜期188 d左右，屬于溫帶大陸性干旱氣候，降水稀少、蒸發(fā)旺盛、空氣干燥、日照時(shí)間長(zhǎng)、無(wú)霜期長(zhǎng)、溫差較大。供試材料為生長(zhǎng)狀況良好，適應(yīng)性強(qiáng)的4種果樹(shù)，包括核桃(Juglansregia)、杏(Armeniacavulgaris)、巴旦木(Amygdaluscommunis)、蘋(píng)果(Maluspumila)。

1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2016年7月19日至8月28日在果樹(shù)資源圃內(nèi)進(jìn)行，試驗(yàn)處理包括人工覆沙與遮陰等2個(gè)處理。處理以無(wú)沙塵或無(wú)遮陰下的葉片為對(duì)照，分別設(shè)置處理時(shí)間(9、18、27、36 d)的人工覆沙(輕度3 mg·cm-2、重度8.8 mg·cm-2)與遮陰(輕度14.6 %、重度46.5 %)處理。具體實(shí)驗(yàn)步驟如下。

沙塵處理：①選好葉齡，葉位一致，長(zhǎng)勢(shì)良好，受光充足，無(wú)蟲(chóng)病害的健康成熟葉片；②將選好的葉片用萬(wàn)深LA-S葉面積儀測(cè)定葉面積；③用算出的葉面積乘以單位面積滯塵量(3、8.8 mg·cm-2)算出每個(gè)不同梯度下各個(gè)葉片的所需沙塵的重量，將試驗(yàn)用的沙子烘干、稱好備用。在覆沙前，先將試驗(yàn)所用的葉片全部打濕，再將實(shí)驗(yàn)所需量的沙塵平均覆蓋到葉片表面上；遮陰處理：①對(duì)照：自然光照(CK)；②16.4 %遮陰：83.6 %的自然光達(dá)到冠層表面(T1)即1層白色尼龍遮陰網(wǎng)；③46.5 %遮陰：53.5 %的自然光達(dá)到冠層表面(T2)即5層白色尼龍遮陰網(wǎng)。每個(gè)處理重復(fù)3次，各個(gè)處理間保持一定的株距離，確保彼此相互不遮陰，可認(rèn)為各個(gè)處理之間沒(méi)有影響。待所有處理到設(shè)定期，將試驗(yàn)所用的葉片剪下，用錫箔紙包好并立即用液氮速冷，然后帶回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行相關(guān)指標(biāo)的分析測(cè)定。

1.3 測(cè)定方法

超氧化物歧化酶(SOD)活性采用NBT比色法測(cè)定[12]，以每克鮮葉抑制50 % 0.75 mmol/L NBT光還原為1個(gè)酶活性單位(U)，用U·g-1表示。

式中，ODCK為照光對(duì)照管的光密度值；ODE為樣品管的光密度值；Vt為樣品總體積(mL)；VS為測(cè)定時(shí)樣品重量(mL)；m為樣重(g)。

過(guò)氧化物酶(POD)活性的測(cè)定采用愈創(chuàng)木酚顯色法測(cè)定[13]，以每分鐘內(nèi)引起470 nm吸光度變化0.01的酶量為1個(gè)酶活力單位(U)，用U·g-1·min-1表示。

式中，VOD470為反應(yīng)時(shí)間內(nèi)光密度的變化；m為樣重(g)；Vt為提取酶液總體積(mL)；Vs為測(cè)定時(shí)取用酶液體積(mL)；t為反應(yīng)時(shí)間(min)。

過(guò)氧化氫酶(CAT)活性采用比色法法測(cè)定[14]，以每分鐘內(nèi)使240 nm吸光度減少0.1的酶量為1個(gè)酶活力單位(U)，用U·g-1·min-1表示。

OD240=OD0-[(OD1+OD2+OD3+OD4)/4]

(3)

式中，OD0為加入煮死酶液的對(duì)照管吸光度；OD1、OD2、OD3、OD4為樣品吸光度；V為粗酶提取液總體積管每分鐘記錄；VS為測(cè)定用粗酶液體積；m：樣重；0.1為1 min內(nèi)A240每下降0.1個(gè)酶活性單位；t：測(cè)定時(shí)間。

1.4 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理及繪圖。采用SPSS21.0軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行單因素方差分析(ANOVA)，Duncan新復(fù)極差法檢驗(yàn)差異顯著性，顯著性水平定為a=0.05。

2 結(jié)果與分析

2.1 沙塵和遮陰脅迫對(duì)葉片SOD活性的影響

SOD通過(guò)歧化反應(yīng)使超氧陰離子轉(zhuǎn)變?yōu)镠2O2，是植物中的最重要的保護(hù)物細(xì)胞免受脅迫所帶來(lái)的傷害，維持活性氧代謝平衡的關(guān)鍵酶。由圖1可知，葉片各個(gè)沙塵覆蓋厚度處理在經(jīng)歷了不同沙塵覆蓋時(shí)間后，其葉片SOD活性較對(duì)照均有較大幅度的上升，隨著沙塵覆蓋時(shí)間的延長(zhǎng)，輕度處理的核桃(A)、杏(B)、巴旦木(C)、蘋(píng)果(D)葉片SOD活性逐漸上升，并在處理36 d時(shí)達(dá)到最大值510.043、689.521、511.815、421.565 U·g-1，較對(duì)照分別增加2.25、2.94、2.18和1.89倍，可能是由于葉片自身對(duì)沙塵脅迫產(chǎn)生一種適應(yīng)能力，以維持體內(nèi)各種代謝的平衡，SOD活性上升。重度處理的核桃、杏、蘋(píng)果葉片SOD活性呈先升高后下降趨勢(shì)，葉片覆蓋時(shí)間27 d時(shí)達(dá)到峰值，在此處為最大耐受值，隨后開(kāi)始下降，覆蓋到36 d時(shí)，較27 d分別降低1.22、1.99和1.20倍，原因可能是隨著沙塵覆蓋時(shí)間的延長(zhǎng)，植物葉片本身的平衡遭到破壞，SOD活性降低；相同覆蓋時(shí)間下，重度處理的葉片SOD活性上升或下降幅度比輕度處理的上升和下降幅度大，表明受到重度脅迫的葉片保護(hù)自身方面的表現(xiàn)較弱，受到傷害的影響較大。

試驗(yàn)結(jié)果表明，隨著遮陰脅迫程度的增加和時(shí)間的延續(xù)，SOD活性呈不同的變化趨勢(shì)(表1)。隨著遮陰時(shí)間的延長(zhǎng)，輕度處理的核桃、杏、巴旦木、葉片SOD活性表現(xiàn)增加趨勢(shì)，遮陰36 d時(shí)達(dá)到最大值，較對(duì)照分別增加2.02(P<0.05)倍、2.70(P<0.05)倍、1.85倍(P<0.05)，蘋(píng)果葉片SOD活性值有所上升(P<0.05)，遮陰時(shí)間27 d時(shí)達(dá)到峰值，其后緩慢下降，說(shuō)明輕度遮陰脅迫下的葉片既適應(yīng)了環(huán)境還保持了較高的SOD活性，有效地減輕了遮陰脅迫所導(dǎo)致的膜質(zhì)過(guò)氧化對(duì)果樹(shù)葉片的傷害。重度處理的4種果樹(shù)葉片SOD活性呈先升高后下降趨勢(shì)，表明輕度遮陰能緩解強(qiáng)光造成的膜脂過(guò)氧化，表現(xiàn)較強(qiáng)的SOD活性，而遮陰程度重度時(shí)，葉片受到傷害，SOD活性下降。

圖1 不同沙塵覆蓋對(duì)核桃(A)、杏(B)、巴旦木(C)、蘋(píng)果(D)葉片SOD活性的影響Fig.1 Effect of dust coverage at different treatment days on the SOD activities of Juglans regia (A), Armeniaca vulgaris (B), Amygdalus communis (C), Malus pumila (D)leaves

果樹(shù)名稱Fruitname遮陰率(%)Shadingrate處理時(shí)間(d)TreatmenttimeCK9182736核桃JuglansregiaT1233126d314594c352579b362531b470239aT2233126d324733c382457b520849a411238b杏ArmeniacavulgarisT1234446c360482bc369684bc484689b633442aT2234446c377984b388070b521073a516900a巴旦木AmygdaluscommunisT235159d313529c386024b403552ab434614aT2235159c366954b474448a502939a463803a蘋(píng)果MaluspumilaT223125c288515b398114a430057a396161aT2223125c383447ab401267a362589ab338276b

注：同行中不同小寫(xiě)字母代表0.05水平下差異顯著，下同。

Note：The data with little letters in the same line show significant difference at 0.05 level. The same as below.

2.2 沙塵和遮陰脅迫對(duì)葉片POD活性的影響

POD也是植物體抗氧化酶系統(tǒng)中重要的酶類，當(dāng)植物受到脅迫時(shí)，可誘導(dǎo)葉片POD活性升高，從而起到保護(hù)生物膜的作用。圖2為不同沙塵覆蓋厚度下4種果樹(shù)葉片POD活性隨處理時(shí)間持續(xù)的動(dòng)態(tài)變化。葉片各個(gè)沙塵覆蓋厚度處理在經(jīng)歷了不同覆蓋時(shí)間后，葉片POD活性有明顯變化。隨著脅迫時(shí)間持續(xù)，輕度和重度沙塵處理的4種果樹(shù)葉片POD活性呈先升高后下降趨勢(shì)。沙塵覆蓋厚度3 mg/cm2的核桃(A)、杏(B)、蘋(píng)果(D)葉片，POD活性在36 d時(shí)開(kāi)始下降，較27 d下降1.03、1.62、1.07倍，巴旦木(C)葉片POD活性在27 d時(shí)開(kāi)始下降，較18 d下降1.39倍，說(shuō)明巴旦木葉片受沙塵脅迫的影響較大。沙塵覆蓋厚度8.8 mg/cm2的4種果樹(shù)葉片POD活性呈先升高后下降趨勢(shì)。4種果樹(shù)葉片覆蓋時(shí)間18 d時(shí)達(dá)到峰值后呈下降的趨勢(shì)，較峰值分別降低 1.01、2.12、1.98、1.12倍，由此可以得出，長(zhǎng)時(shí)間的脅迫會(huì)對(duì)葉片抗氧化能力造成傷害。

圖2 不同沙塵覆蓋對(duì)核桃(A)、杏(B)、巴旦木(C)、蘋(píng)果(D)葉片POD活性的影響Fig.2 Effect of dust coverage on the POD activities of Juglans regia(A), Armeniaca vulgaris(B), Amygdalus communis(C), Malus pumila(D)leaves at different treatment days

果樹(shù)名稱Fruitname遮陰率(%)Shadingrate處理時(shí)間(d)TreatmenttimeCK9182736核桃JuglansregiaT1111．980b228．860b246．830b434．184a411．777aT2111．980c298．797ab364．614a268．926b122．755c杏ArmeniacavulgarisT185．570bc91．514b118．538a70．366c50．842dT285．570a108．907a54．399b47．788b33．371b巴旦木AmygdaluscommunisT1415．757ab450．302a377．600ab340．297bc288．432cT2415．757ab495．136a320．456bc295．187cd203．277d蘋(píng)果MaluspumilaT1101．198d329．489ab377．409a308．995b200．142cT2101．198d343．327ab396．773a253．787bc163．374cd

由表2可知，果樹(shù)葉片受到遮陰脅迫后，葉片的POD活性發(fā)生了明顯的變化(P<0.05)。短期的遮陰脅迫會(huì)使4種果樹(shù)葉片中的POD活性上升，長(zhǎng)期的脅迫會(huì)使葉片POD活性降低，不同處理下，POD活性最大值出現(xiàn)時(shí)間不盡相同，輕度處理下葉片POD活性均在遮陰時(shí)間18 d時(shí)達(dá)到峰值，而重度處理下9 d或18 d時(shí)達(dá)到最大值，隨后開(kāi)始下降。相同時(shí)間的遮陰脅迫條件下，重度處理的葉片比輕度處理的葉片POD活性上升或下降幅度大，表明重度脅迫對(duì)葉片的影響較大。

圖3 不同沙塵覆蓋對(duì)核桃(A)、杏(B)、巴旦木(C)、蘋(píng)果(D)葉片CAT活性的影響Fig.3 Effect of dust coverage on the CAT activities of Juglans regia(A), Armeniaca vulgaris(B), Amygdalus communis(C), Malus pumila(D)leaves at different treatment days

果樹(shù)名稱Fruitname遮陰率(%)Shadingrate處理時(shí)間(d)TreatmenttimeCK9182736核桃JuglansregiaT1137．677c166．448b169．552b128．695ab193．158aT2137．677c170．074b175．057b184．873ab200．323a杏ArmeniacavulgarisT1128．629bc135．317ab148．018ab156．850a110．253cT2128．629c150．908a112．235bc98．503bc85．652c巴旦木AmygdaluscommunisT1112．639b121．243b154．548a162．328a179．166aT2112．639b126．098b175．879a130．468b114．238b蘋(píng)果MaluspumilaT185．117c97．447bc108．244b117．596ab133．404aT285．117b125．171a135．199a122．090a77．811b

2.3 沙塵和遮陰脅迫對(duì)葉片CAT活性的影響

CAT的主要功能是分解H2O2使之處于一個(gè)低水平狀態(tài)，防止它及其它氧化物反應(yīng)所產(chǎn)生的自由基對(duì)植物組織的傷害。本研究中，隨著沙塵處理時(shí)間的延長(zhǎng)持續(xù)升高，輕度和重度處理的4種果樹(shù)葉片CAT活性呈先上升后下降趨勢(shì)。輕度處理的葉片均在18 d時(shí)達(dá)到峰值，重度處理的葉片均在9 d時(shí)達(dá)到最大值。由此可見(jiàn)，重度脅迫對(duì)葉片的影響較大。

4種果樹(shù)葉片的CAT活性變化各異，核桃和巴旦木沙塵輕度處理的葉片CAT活性先顯著升高，在第18 天出現(xiàn)峰值后迅速降低，杏和蘋(píng)果葉片CAT活性均在9和27 d時(shí)達(dá)到最大值，其后逐漸下降。重度沙塵處理的4種果樹(shù)葉片CAT活性先顯著升高，在第9 天出現(xiàn)峰值后明顯下降(圖3)。

從表3可以看出，4果樹(shù)葉片中的CAT活性值在遮陰脅迫下呈不同的變化規(guī)律(P<0.05)。輕度遮陰脅迫促進(jìn)核桃、巴旦木、蘋(píng)果葉片CAT活性增加，遮陰36 d時(shí)達(dá)到最大值，較對(duì)照分別增加1.40、1.59、1.57倍，表明CAT能有效清除自由基，防止自由基過(guò)量積聚，從而使植物免受連作障礙逆境的的傷害。重度遮陰處理的杏、巴旦木、蘋(píng)果葉片CAT活性值先上升后下降的變化，遮陰均在18 d時(shí)達(dá)到峰值，隨后開(kāi)始下降，表明重度脅迫使果樹(shù)的抗氧化酶系統(tǒng)與自由基之間動(dòng)態(tài)平衡被打破，并加重了逆境對(duì)葉片的傷害。

3 討 論

4 結(jié) 論

沙塵和遮陰脅迫對(duì)葉片超氧化物歧化酶(SOD)、過(guò)氧化物酶(POD)過(guò)氧化氫酶(CAT)活性有顯著影響。不同覆蓋厚度和不同遮陰率對(duì)果樹(shù)葉片的影響不同。在輕度脅迫(覆蓋厚度3 mg/cm2或遮陰率16.5 %)下，葉片在保護(hù)自身，維持體內(nèi)代謝平衡方面的表現(xiàn)較強(qiáng)，受到傷害的影響較小。在重度脅迫(覆蓋厚度8.8 mg/cm2或遮陰率46.5 %)下，果樹(shù)葉片在保護(hù)自身方面的表現(xiàn)較弱，受到傷害的影響較大。

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EffectsofDustStressandShadingTreatmentonActivityofAnti-oxidativeEnzymesofFourFruitTreeLeavesinSouthernXinjiang

Sajidan Abudukerimu, Zulikeyan Manaf, Batur Bake*, WANG Meng-hui, LUO Na-na

(College of Pratacultural and Environmental Sciences, Xinjiang Agricultural University, Xinjiang Urumqi 830052, China)

【Objective】In order to understand the effect of adverse environment on the damage of fruit tree leaves, their SOD,POD and CAT were determined under the condition of dust and shade stress.【Method】This experiment was carried out in southern Xinjiang，the treatments with no dust cover or no shading were used as the control, and the effects of dust(coverage thickness were 3 and 8.8 mg/cm2) and shading treatments (shading rate14.6 %, shading rate46.5 %) on the antioxidant enzymes activities of four fruit tree leaves, includingJuglansregia，Armeniacavulgaris，AmygdaluscommunisandMaluspumila, were studied.【Result】SOD activities in the leaves were higher than that in control, and under the condition of dust coverage and shading treatment, four fruit tree leaves SOD activities were increased under the light stress，reaching the maximum value in 36 days, while increased first time and then dropped under the heavy stress，reaching the peak value in 27 days；The POD activity, however, increased first and then decreased. under the light level, POD activity was the maximum value in 18 and 27 days and reached peak value in 18 days under heavy stress level；The CAT activity in heavy dust treatment increased markedly and reached a peak on the 9th day, while CAT activity in heavy shading treatment reached the maximum value in 18th day and then decreased rapidly, which indicates that dust contribution was higher that shading. 【Conclusion】heavy stress increased and decreased rate more than light stress，which indicates that dust stress and shading treatment had different effects on the activities of superoxide dismutase of fruit leaves. The SOD, POD, CAT activities of different fruit trees were different, which indicated that under dust stress, the four species for the elimination of oxygen free radicals had different avoiding injury abilities.

Dust；Shading；Leaf；SOD；POD

1001-4829(2017)12-2680-07

10.16213/j.cnki.scjas.2017.12.011

2017-01-10

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“新疆幾種特色果樹(shù)葉綠素?zé)晒鈱?duì)沙塵脅迫的響應(yīng)”(31460316)

薩吉旦·阿卜杜克日木(1990-)，女，新疆伊犁人，碩士研究生，主要研究環(huán)境污染與修復(fù)，E-mail：sajidamyili@163.com，*為通訊作者，E-mail：bateerbake@163.com。

S761.2

A

(責(zé)任編輯陳 虹)