不同磷水平對橡膠樹幼苗保護(hù)酶活性和膜脂過氧化的影響

高樂　何鵬++吳炳孫++吳敏++韋家少

摘 要 為了解不同磷水平下，橡膠樹幼苗保護(hù)酶活性和膜脂過氧化情況的變化，以橡膠樹RRIM600實生小苗為材料，通過水培試驗，研究了不同磷水平（31、10、5、1和0 mg/L）對橡膠樹幼苗保護(hù)酶活性和膜脂過氧化的影響。結(jié)果表明，隨著外源供磷水平的下降，橡膠樹葉和根的丙二醛含量逐漸升高。同時，低磷處理下橡膠樹葉和根的超氧化物歧化酶和過氧化氫酶活性均高于正常供磷，而過氧化物酶活性則均低于正常供磷。丙二醛含量隨著外源供磷水平的下降而升高，表明低磷脅迫加劇了各器官的膜脂過氧化作用；相關(guān)保護(hù)酶活性的變化可能是橡膠樹幼苗對低磷脅迫的適應(yīng)性反應(yīng)。

關(guān)鍵詞 橡膠樹 ；低磷脅迫 ；保護(hù)酶 ；膜脂過氧化

中圖分類號 S794.1

橡膠樹（Hevea brasiliensis）為大戟科橡膠樹屬高大喬木，是天然橡膠的主要來源。磷是植物生長發(fā)育所必須的三大營養(yǎng)元素之一，它參與細(xì)胞膜、核酸、蛋白質(zhì)和ATP等重要物質(zhì)的合成，在植物體內(nèi)的多種生理過程發(fā)揮重要作用。研究表明，缺磷會嚴(yán)重影響橡膠樹的生長發(fā)育和膠乳的產(chǎn)量[1-2]。海南膠園土壤普遍缺磷，且主要為紅壤，磷肥利用率低下[3-5]。因此，篩選耐低磷基因型的優(yōu)質(zhì)橡膠樹種質(zhì)資源具有重要的研究和生產(chǎn)價值。

逆境條件下，植物的體內(nèi)會積累大量活性氧物質(zhì)，同時也會引起植物體內(nèi)保護(hù)酶系統(tǒng)（如過氧化物酶（POD）、超氧化物歧化酶（SOD）和過氧化氫酶（CAT））活性的升高，以清除多余的活性氧物質(zhì)，進(jìn)而保護(hù)細(xì)胞免受其氧化損傷。大量的研究表明，磷素的缺乏同其他逆境一樣會引起植物體內(nèi)活性氧代謝失衡和相應(yīng)清除系統(tǒng)的改變，而這種變化和同一植物不同基因型耐低磷的能力相關(guān)[6-8]。何鵬等[9]研究了不同低磷脅迫時間對橡膠橡膠樹幼苗保護(hù)酶活性的影響，明確了低磷脅迫時間與保護(hù)酶活性變化的關(guān)系。繼而，為了研究橡膠樹幼苗在不同磷水平下的適應(yīng)性反應(yīng)，本試驗選用橡膠樹RRIM600實生小苗為材料，在水培培養(yǎng)條件下研究了不同磷水平下橡膠樹丙二醛（MDA）含量和保護(hù)酶活性的相應(yīng)變化，以期為橡膠樹應(yīng)對低磷脅迫的適應(yīng)機(jī)制研究和耐低磷橡膠樹品種的選育提供基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗材料通過選取巴西橡膠樹RRIM600品系的飽滿種子，室溫消毒浸種，于中國熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院橡膠研究所溫室大棚砂床培養(yǎng)40 d獲得。

1.2 方法

1.2.1 試驗設(shè)計

選用生長一致的40 d苗齡RRIM600幼苗，置入水培箱（50 cm×40 cm×30 cm）中培養(yǎng)，營養(yǎng)液為Hoagland營養(yǎng)液[10]。試驗按完全隨機(jī)區(qū)組設(shè)計，設(shè)置5個磷處理水平：31、10、5、1、0 mg/L，其中31 mg/L為對照（CK，正常磷水平），試驗重復(fù)3次，每個水培箱種植6株苗為一個重復(fù)。培養(yǎng)過程中每周換1次培養(yǎng)液，保持通氣，及時補充蒸餾水，并調(diào)節(jié)pH值。水培3個月后收獲采樣，分別采集根和穩(wěn)定期葉片進(jìn)行分析測定。

1.2.2 測定項目與方法

測定根、葉中MDA、POD 、SOD和CAT活性。MDA含量測定：參照《現(xiàn)代植物生理學(xué)實驗指南》中硫代巴比妥酸（TBA）比色法進(jìn)行測定[11]；SOD活性的測定：參照《現(xiàn)代植物生理學(xué)實驗指南》中氮藍(lán)四唑（NBT）方法測定[11]；POD活性的測定：參照《現(xiàn)代植物生理學(xué)實驗指南》中的愈創(chuàng)木酚法測定[11]；過氧化氫酶CAT活性的測定：參照《植物生理學(xué)實驗指導(dǎo)》中的過氧化氫酶活性測定方法[12]。

1.3 數(shù)據(jù)分析統(tǒng)計方法

圖表繪制使用Excel軟件。采用SAS9.0分析軟件進(jìn)行差異顯著性分析（LSD法）。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同磷水平對MDA含量的影響

橡膠樹幼苗葉片的MDA含量隨著磷水平的降低表現(xiàn)為先升高后降低再迅速升高，其中5 mg/L低磷脅迫處理組橡膠樹幼苗葉片MDA含量與對照差異不顯著，而1 mg/L和0 mg/L等重度低磷和缺磷脅迫處理組則顯著高于對照。隨著外源磷濃度的降低，橡膠樹幼苗根中的MDA含量呈逐漸升高趨勢，其中1 mg/L和0 mg/L等處理顯著高于對照（圖1）。

2.2 不同磷水平對SOD活性的影響

橡膠樹幼苗葉片的SOD活性隨著磷濃度的降低逐漸升高。其中1 mg/L和0 mg/L等低磷和缺磷脅迫處理組顯著高于正常供磷。同樣，橡膠樹幼苗根中的SOD活性也是隨著外源磷水平的下降而逐漸升高，5、1和0 mg/L等處理組SOD活性均極顯著高于正常供磷，其中缺磷處理組SOD活性為對照的6倍（圖2）。

2.3 不同磷水平對POD活性的影響

橡膠樹幼苗葉片的POD活性隨著磷水平的降低表現(xiàn)為先升高后降低。其中10 mg/L和5 mg/L輕度低磷處理顯著高于對照組，而1 mg/L和0 mg/L等重度低磷和缺磷處理組低于正常供磷，但差異不顯著。同時，隨著外源磷水平的降低，橡膠樹幼苗根中的POD活性逐漸降低，其中1 mg/L和0 mg/L等重度低磷和缺磷處理組顯著低于對照（圖3）。

2.4 不同磷水平對CAT活性的影響

隨著磷濃度的降低，橡膠樹幼苗葉片的CAT活性表現(xiàn)為先降低，再迅速升高（圖4）。其中10 mg/L磷脅迫處理顯著低于對照，而1 mg/L和0 mg/L等處理組則顯著高于對照。隨著磷濃度的降低，根的CAT活性逐漸升高。其中10 mg/L和5 mg/L等輕度低磷脅迫處理組與對照差異不顯著，1 mg/L和0 mg/L等重度低磷和缺磷處理組顯著高于對照（圖4）。

3 討論與結(jié)論

磷是組成生物膜結(jié)構(gòu)磷脂雙分子層的主要元素之一，低磷必然會影響生命物質(zhì)的細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)。MDA是植物細(xì)胞膜脂過氧化的重要產(chǎn)物，它的含量反映了膜結(jié)構(gòu)的損傷程度和脂膜過氧化水平，是脂質(zhì)過氧化作用強(qiáng)弱的一個重要指標(biāo)[13-15]。本試驗結(jié)果表明，隨著磷水平的下降，橡膠樹的葉片和根中MDA含量均呈現(xiàn)為逐步升高。這可能是低磷脅迫引起了橡膠樹體內(nèi)自由基的積累，加劇了各器官的膜脂過氧化作用，進(jìn)而損傷了細(xì)胞的正常膜結(jié)構(gòu)，從而導(dǎo)致橡膠樹不同組織MDA的積累。黃色體（BI）是橡膠樹乳管細(xì)胞中特有的液泡，其破裂會引起膠乳的凝固[16]。生產(chǎn)實踐表明，低磷脅迫會引起膠乳的早凝，影響排膠[1]，這是否和低磷脅迫下橡膠樹膜結(jié)構(gòu)受到損傷（如黃色體膜）有關(guān)，還需要進(jìn)一步的研究。

自由基是植物正常生理代謝的產(chǎn)物，但逆境條件下，植物體內(nèi)會產(chǎn)生大量的自由基。為了防止逆境下的自由基傷害，植物細(xì)胞在長期進(jìn)化中形成了相應(yīng)的酶促保護(hù)體系，如SOD、POD和CAT等。這些物質(zhì)可以和不同的自由基反應(yīng)，進(jìn)而消除其在逆境下對植物細(xì)胞的傷害[17-22]。徐向華[13]研究表明，低磷脅迫下，馬尾松葉片的SOD活性顯著升高。秦曉佳和王晶等[20-21]認(rèn)為，低磷脅迫條件能夠提高植物的CAT活性。從本研究可以看出，橡膠樹葉和根的SOD和CAT活性，隨著磷水平下降，均顯著升高，其中1 mg/L和0 mg/L等重度低磷和缺磷脅迫處理均極顯著高于對照，與前人研究基本一致。橡膠樹幼苗各器官SOD和CAT活性隨著低磷脅迫強(qiáng)度的增加而提高，可能是橡膠樹應(yīng)答低磷脅迫的防御措施之一。

此外，徐向華[13]研究表明低磷脅迫導(dǎo)致馬尾松針葉POD活性提高，而劉建福[23]則認(rèn)為低磷脅迫會導(dǎo)致澳洲堅果POD活性降低。何鵬等[9]研究表明，POD活性與處理時間有密切的關(guān)系，在低磷脅迫前期，POD活性較高，但70 d后顯著降低。本試驗中，重度低磷和缺磷處理組（1 mg/L和0 mg/L）橡膠樹幼苗的根和葉中的POD活性均低于正常供磷，其中2個處理組根部POD活性與正常供磷組相比均達(dá)到差異顯著水平。植物低磷脅迫初期主要通過提高相關(guān)磷轉(zhuǎn)運蛋白的表達(dá)和有機(jī)酸的分泌來提高磷素的吸收，隨著低磷脅迫時間的延長，植物開始分配更多的光合產(chǎn)物至根部，以促進(jìn)根系的生長，進(jìn)而提高植株的磷營養(yǎng)吸收。何鵬[24]的研究表明，橡膠樹地下部生物量受低磷脅迫誘導(dǎo)顯著增加。然而相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，POD可以氧化分解吲哚乙酸[25]。后者是調(diào)控植物細(xì)胞伸長和生根等生理過程的主要激素。因此筆者們推測，隨著低磷脅迫強(qiáng)度的增加和低磷脅迫時間的延長，保護(hù)酶POD活性的降低可能是橡膠樹幼苗應(yīng)對低磷脅迫的一種適應(yīng)機(jī)制，以避免POD對吲哚乙酸的氧化分解，進(jìn)而影響低磷脅迫下植株根系的適應(yīng)性生長。

本研究結(jié)果表明，低磷脅迫提高了橡膠樹的MDA含量，引起了自由基的積累，加劇了膜脂過氧化作用，但同時又提高了抗氧化保護(hù)酶（CAT和SOD） 活性，加快自由基的清除，減輕了活性氧造成的膜傷害，從而使細(xì)胞內(nèi)的自由基處于一個較低水平的動態(tài)平衡。同時，低磷脅迫下橡膠樹幼苗根部保護(hù)酶POD活性顯著降低，這可能是進(jìn)化過程中橡膠樹為了避免其他應(yīng)答機(jī)制（如根系生長）受到影響而形成的一種適應(yīng)性反應(yīng)。

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本研究結(jié)果表明，低磷脅迫提高了橡膠樹的MDA含量，引起了自由基的積累，加劇了膜脂過氧化作用，但同時又提高了抗氧化保護(hù)酶（CAT和SOD） 活性，加快自由基的清除，減輕了活性氧造成的膜傷害，從而使細(xì)胞內(nèi)的自由基處于一個較低水平的動態(tài)平衡。同時，低磷脅迫下橡膠樹幼苗根部保護(hù)酶POD活性顯著降低，這可能是進(jìn)化過程中橡膠樹為了避免其他應(yīng)答機(jī)制（如根系生長）受到影響而形成的一種適應(yīng)性反應(yīng)。

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自由基是植物正常生理代謝的產(chǎn)物，但逆境條件下，植物體內(nèi)會產(chǎn)生大量的自由基。為了防止逆境下的自由基傷害，植物細(xì)胞在長期進(jìn)化中形成了相應(yīng)的酶促保護(hù)體系，如SOD、POD和CAT等。這些物質(zhì)可以和不同的自由基反應(yīng)，進(jìn)而消除其在逆境下對植物細(xì)胞的傷害[17-22]。徐向華[13]研究表明，低磷脅迫下，馬尾松葉片的SOD活性顯著升高。秦曉佳和王晶等[20-21]認(rèn)為，低磷脅迫條件能夠提高植物的CAT活性。從本研究可以看出，橡膠樹葉和根的SOD和CAT活性，隨著磷水平下降，均顯著升高，其中1 mg/L和0 mg/L等重度低磷和缺磷脅迫處理均極顯著高于對照，與前人研究基本一致。橡膠樹幼苗各器官SOD和CAT活性隨著低磷脅迫強(qiáng)度的增加而提高，可能是橡膠樹應(yīng)答低磷脅迫的防御措施之一。

此外，徐向華[13]研究表明低磷脅迫導(dǎo)致馬尾松針葉POD活性提高，而劉建福[23]則認(rèn)為低磷脅迫會導(dǎo)致澳洲堅果POD活性降低。何鵬等[9]研究表明，POD活性與處理時間有密切的關(guān)系，在低磷脅迫前期，POD活性較高，但70 d后顯著降低。本試驗中，重度低磷和缺磷處理組（1 mg/L和0 mg/L）橡膠樹幼苗的根和葉中的POD活性均低于正常供磷，其中2個處理組根部POD活性與正常供磷組相比均達(dá)到差異顯著水平。植物低磷脅迫初期主要通過提高相關(guān)磷轉(zhuǎn)運蛋白的表達(dá)和有機(jī)酸的分泌來提高磷素的吸收，隨著低磷脅迫時間的延長，植物開始分配更多的光合產(chǎn)物至根部，以促進(jìn)根系的生長，進(jìn)而提高植株的磷營養(yǎng)吸收。何鵬[24]的研究表明，橡膠樹地下部生物量受低磷脅迫誘導(dǎo)顯著增加。然而相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，POD可以氧化分解吲哚乙酸[25]。后者是調(diào)控植物細(xì)胞伸長和生根等生理過程的主要激素。因此筆者們推測，隨著低磷脅迫強(qiáng)度的增加和低磷脅迫時間的延長，保護(hù)酶POD活性的降低可能是橡膠樹幼苗應(yīng)對低磷脅迫的一種適應(yīng)機(jī)制，以避免POD對吲哚乙酸的氧化分解，進(jìn)而影響低磷脅迫下植株根系的適應(yīng)性生長。

本研究結(jié)果表明，低磷脅迫提高了橡膠樹的MDA含量，引起了自由基的積累，加劇了膜脂過氧化作用，但同時又提高了抗氧化保護(hù)酶（CAT和SOD） 活性，加快自由基的清除，減輕了活性氧造成的膜傷害，從而使細(xì)胞內(nèi)的自由基處于一個較低水平的動態(tài)平衡。同時，低磷脅迫下橡膠樹幼苗根部保護(hù)酶POD活性顯著降低，這可能是進(jìn)化過程中橡膠樹為了避免其他應(yīng)答機(jī)制（如根系生長）受到影響而形成的一種適應(yīng)性反應(yīng)。

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