持續(xù)干旱對松葉百合保護酶活性的影響

程曉慧，褚昊天，陳少鵬，楊明明，程悠

摘要：選用3年以上的松葉百合（Lilium cernuum.）種球為實驗材料，采用盆栽控水法進行模擬持續(xù)干旱處理，測定了不同干旱脅迫下松葉百合鱗莖保護酶活性。結(jié)果表明：干旱脅迫后，松葉百合外部鱗莖的SOD、CAT活性均隨干旱時間的延長，呈現(xiàn)出先升高后降低的變化趨勢，而POD活性則在干旱脅迫后期隨時間的延長呈上升趨勢。松葉百合內(nèi)部鱗莖保護酶除了在干旱脅迫后期SOD活性有低于對照組的下降趨勢外，其他4種保護酶活性均趨近于對照組。

關鍵詞：松葉百合；干旱脅迫；保護酶活性

基金項目：吉林省高等學校大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃項目（項目編號： 吉農(nóng)院合字〔2017〕第201711439006號）

中圖分類號： S688.4 文獻標識碼： A DOI編號： 10.14025/j.cnki.jlny.2018.16.031

松葉百合（Lilium cernuum.）為百合科（Liliaceae）百合屬（Lilium）多年生草本球根植物，又名垂花百合。松葉百合在1985年首次在云南被發(fā)現(xiàn)并命名[1]，近些年隨著多次對長白山珍稀植物資源的調(diào)查，在長白山余脈也發(fā)現(xiàn)了少量的松葉百合分布，且數(shù)量稀少。松葉百合植株低矮，極抗旱、抗寒、耐陰，花色為百合中少見的紫紅色，是一種十分優(yōu)良的園林綠化和鮮切花品種資源[2-3]。

然而，隨著氣候干旱加劇，城市園林用水量逐步增加，尋求耐旱的園林植物是節(jié)約城市環(huán)境用水的重要途徑。植物細胞保護酶活性與植物抗逆性有密切關系，干旱脅迫條件下植物細胞內(nèi)自由基產(chǎn)生和消除的平衡被打破，從而出現(xiàn)自由基積累，引發(fā)膜質(zhì)過氧化作用，造成細胞膜系統(tǒng)破壞，直接影響植物正常生長，嚴重時導致死亡[4-6]。因此在長期進化過程中，植物為保護自身免受干旱脅迫傷害形成了相應的抗氧化保護酶系統(tǒng)[7]。本文從不同的干旱脅迫程度對松葉百合鱗莖保護酶活性的影響進行研究，分析松葉百合在干旱脅迫下體內(nèi)保護酶活性的變化，以期為松葉百合在園林中的應用提供理論基礎，同時利用人工栽培馴化，對松葉百合進行有效的保護。

1 材料與方法

1.1 供試材料

本試驗在吉林農(nóng)業(yè)科技學院教學實驗基地進行，采用3年以上的松葉百合種球作為試驗對象。

1.2 試驗方法

本試驗采用模擬盆栽法進行控水試驗[8-10]。選取大小基本一致的3年以上的松葉百合種球為試材，用0.5%的多菌靈浸泡30min后，用蒸餾水清洗3遍，栽植于口徑為21cm的花盆中，每盆一顆，共移栽150株?；|(zhì)為園土與腐殖土4：1混合而成。盆栽苗生長穩(wěn)定后，于5月中旬移入溫室內(nèi)，進行干旱脅迫處理。處理組一次澆透水后停止供水，對照組（CK）正常管理，澆水后每隔3d（0d、3d、6d、9d、12d、15d、18d、21d）取樣，測定鱗莖SOD、POD、CAT活性，重復3次。

1.3 測定方法

酶活性采用南京建成SOD、POD、CAT快速檢測試劑盒測定，方法參照說明書進行。

1.4 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)均采用Excel 2010進行處理并繪制圖表，用SPSS 19.0軟件進行方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 干旱處理對松葉百合SOD活性影響

超氧化物歧化酶（SOD）能有效清除外來脅迫產(chǎn)生的大量活性氧，其活性的變化能反映植物抗逆性的強弱[11]。從圖1、表1可知，在干旱脅迫0～12d期間，松葉百合外部鱗片SOD酶活性先增高后降低；在12～15d期間，松葉百合外部鱗片SOD酶活性呈上升趨勢，第15d時，松葉百合外部鱗片SOD酶活性達到最高，較CK增加了0.54倍，差異達極顯著水平；在脅迫15～21d期間，松葉百合外部鱗片SOD酶活性呈下降趨勢，在21d時，松葉百合外部鱗片SOD酶活性最低，但此時的SOD酶活性低于CK組，較CK組減少了0.43倍。在干旱脅迫持續(xù)過程中，松葉百合內(nèi)部鱗片SOD酶活性一直低于CK組，但與CK相比較差異不顯著；在15～21d期間時，松葉百合內(nèi)部鱗片SOD酶活性呈逐漸下降趨勢，在21d時，松葉百合內(nèi)部鱗片SOD酶活性最低，較CK減少了0.37倍，差異達極顯著水平。

2.2 干旱處理對松葉百合POD活性的影響

過氧化物酶（POD）是植物體內(nèi)清除活性氧的另一個重要酶類，可將干旱脅迫條件下POD活性變化幅度作為植物抗旱能力判斷的生理指標[12]。從圖2、表1可知，在干旱脅迫下，松葉百合POD活性整體呈現(xiàn)升高的趨勢，在干旱脅迫0～6d期間，松葉百合外部鱗莖POD酶活性先增高后降低，6d時，松葉百合外部鱗莖POD酶活性與CK相比差異不顯著；在干旱6～15d期間，松葉百合外部鱗莖POD酶活性呈小幅度增高后又降低，在15～21d期間，松葉百合外部鱗莖POD酶活性上升，在21d時達到最高，此時松葉百合外部鱗莖POD酶活性較CK組增加了4.51倍，差異達極顯著。在干旱脅迫過程中，松葉百合內(nèi)部鱗莖POD酶活性與CK相近，差異不顯著，無明顯活性變化趨勢。

2.3 干旱處理對松葉百合CAT活性的影響

過氧化氫酶（CAT）催化細胞內(nèi)過氧化氫分解，減少活性氧含量，使植株維持正常的生長發(fā)育[5]。從圖3、表1可知，在干旱脅迫0～9d期間，松葉百合外部鱗莖CAT酶活性呈小幅度逐漸上升趨勢；9～12d期間，上升幅度加大，在第12d時，活性達到最高，此時松葉百合外部鱗莖CAT酶活性與CK相比較增加了3.50倍[13]，差異達極其顯著水平；在12～18d期間，松葉百合外部鱗莖CAT酶活性呈大幅度下降，在18～21d期間，松葉百合外部鱗莖CAT酶活性下降，與CK相比差異不顯著。在干旱脅迫過程中，松葉百合內(nèi)部鱗莖CAT酶活性與CK相近，無明顯活性變化趨勢。

3 討論與結(jié)論

干旱是限制植物生長和發(fā)育的主要逆境之一，干旱脅迫會造成植物體內(nèi)產(chǎn)生大量的活性氧，有極強的氧化能力[9]，積累的活性氧會導致膜質(zhì)過氧化水平增高，破壞植物細胞膜完整性，導致植物組織傷害和衰老[15-16]。為了避免細胞膜遭受氧化傷害，植物需要建立一套抗氧化消除系統(tǒng)，有效清除自由基，其中包括SOD、POD、CAT這3種保護酶[17-18]。

通過試驗對松葉百合進行21天干旱處理，干旱處理后鱗莖部分各保護酶活性的變化結(jié)果表明：SOD酶活性在0～15d期間，隨著干旱時間的延長，SOD酶活性顯著增加；在15～21d期間，SOD酶活性隨著干旱時間的延長，酶活性大幅度降低，最后低于對照組。這與孫國榮[19]等在白樺樹實生苗保護酶活性變化試驗的研究結(jié)果一致。說明在一定干旱程度內(nèi)，SOD酶活性具有有效清除活性氧和恢復適應的能力，后期可能是由于干旱超出了松葉百合鱗莖SOD酶的耐受限度，過多的過氧化物導致外部鱗莖受到過度損傷，合成SOD的能力下降，使SOD酶系統(tǒng)受到破壞。

松葉百合鱗莖POD酶活性隨著干旱脅迫時間的延長呈逐漸上升的趨勢，在干旱脅迫后期，POD酶活性達最高，這與鄒原東[20]等人研究相符合。說明松葉百合外部鱗莖在嚴重干旱脅迫下仍能保持較高的POD酶活性，有效清除活性氧維持細胞膜的穩(wěn)定性，避免膜脂過氧化傷害。從POD酶活性變化幅度可看出松葉百合具有較強的抗旱能力。

松葉百合鱗莖CAT酶活性均表現(xiàn)出先升高后降低的趨勢，這與章崇玲[21]在干旱脅迫對菜苔葉片保護酶活性和膜質(zhì)過氧化試驗中結(jié)果一致。說明在干旱脅迫前中期，通過升高CAT酶活性來防止活性氧大量積累造成的氧脅迫毒害。但在脅迫后期，由于脅迫情況持續(xù)加深，3種酶的活性都急劇下降，此時松葉百合體內(nèi)活性氧的形成和清除系統(tǒng)之間的平衡被打破，但都趨近于CK組。

研究表明，SOD、POD、CAT具有協(xié)同作用，可有效清除體內(nèi)過多的自由基，提高了松葉百合的抗旱能力。松葉百合鱗莖外部4種酶變化明顯，鱗莖內(nèi)部變化趨勢變化與CK相比較差異不顯著，可能是因為隨著干旱脅迫的加深，外部鱗莖優(yōu)先受損嚴重，而內(nèi)部鱗莖由于受到外部鱗莖的保護而受影響較小，到脅迫后期，整個清除自由基防御系統(tǒng)的防御能力減弱，推測可能是自由基過量產(chǎn)生，超出了防御系統(tǒng)的清除能力，使松葉百合進入休眠狀態(tài)，地上部分也逐步枯萎。這說明松葉百合鱗莖在應對干旱脅迫時能通過犧牲外部鱗片從而保護內(nèi)部鱗片的活性，以應對環(huán)境變化，是一種優(yōu)良的耐旱植物。

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作者簡介：程曉慧，在讀本科生，研究方向：園林植物引種與栽培。

通訊作者：陳少鵬，博士，講師，研究方向：園林植物引種與栽培。