降香黃檀幼苗對(duì)低錳脅迫的早期生理響應(yīng)

馮守富蒙美香林海麗楊紅蘭

(1.廣西民族師范學(xué)院化學(xué)與生物工程學(xué)院，廣西 崇左 532200；2.廣西師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，廣西 桂林 541004)

前言

降香黃檀(Dalbergia odorifera T.Chen)為蝶形花科黃檀屬半落葉喬木，是國(guó)家二級(jí)保護(hù)植物，也是我國(guó)華南和華東“熱區(qū)”培育珍貴用材林的重要樹(shù)種[1]。降香黃檀對(duì)立地條件要求不嚴(yán)，在陡坡、山脊、巖石裸露、干旱瘦瘠的地區(qū)均能適生[2]。目前，我國(guó)紅木資源極度短缺，需大量從國(guó)外進(jìn)口花梨木，可以預(yù)計(jì)人們對(duì)高檔紅木家具的需求也越來(lái)越大，因此發(fā)展降香黃檀的前景非?？春肹3]。對(duì)此，加快珍貴樹(shù)種的人工培育、地區(qū)引種技術(shù)研究，是緩解當(dāng)前市場(chǎng)供需矛盾的重要舉措。本課題研究以降香黃檀幼苗為材料，通過(guò)研究降香黃檀幼苗對(duì)于低錳脅迫下的耐受性，為降香黃檀在重金屬污染地區(qū)的引種提供一定的理論依據(jù)。

1 試驗(yàn)方法和數(shù)據(jù)分析

試驗(yàn)采用的降香黃檀種子采于廣西壯族自治區(qū)崇左市廣西民族師范學(xué)院校園內(nèi)。2019年3月采集顆粒飽滿(mǎn)、完好無(wú)損的種子，于實(shí)驗(yàn)室外進(jìn)行幼苗培育。脅迫使用的幼苗為長(zhǎng)出5片羽葉的降香黃檀幼苗；脅迫用藥品為白色粉末的硫酸(MnSO4)，分子量為169.01，以填埋方式一次施入；脅迫時(shí)間為21d。測(cè)定丙二醛含量、POD酶活力、SOD酶活性，測(cè)定方法參照蔡慶生版的《植物生理學(xué)實(shí)驗(yàn)》課本[4]。所有數(shù)據(jù)采用Excel 2010處理及繪制圖表。

2 結(jié)果與分析

2.1 低錳脅迫下降香黃檀幼苗丙二醛(MDA)含量

當(dāng)植物自身器官衰老或生長(zhǎng)在與自身生長(zhǎng)環(huán)境相違背的地方時(shí)，會(huì)對(duì)植物本身產(chǎn)生傷害，而受到傷害的程度則可由丙二醛含量反映。由圖1可知，降香黃檀幼苗的根在低濃度錳脅迫下，MDA含量與脅迫周期息息相關(guān)，隨著脅迫周期的延長(zhǎng)，MDA含量逐漸增加，但數(shù)值都比對(duì)照組?。磺o中MDA含量隨著脅迫周期的延長(zhǎng)，也逐漸增加，脅迫后期(21d)莖中的MDA含量與空白組的含量大致相等；葉的MDA含量在中期(14d)時(shí)最低，在整個(gè)脅迫周期試驗(yàn)組的含量與空白組的含量相差不大。膜脂過(guò)氧化在分解中，促使了丙二醛的產(chǎn)生，其含量越少意味著膜脂過(guò)氧化程度越小。根據(jù)圖1可看出，在脅迫期，降香黃檀幼苗的莖、葉與空白組的MDA含量相差不大，而根的含量相差較大，表明整個(gè)脅迫過(guò)程中2mg·kg-1的錳離子對(duì)降香黃檀幼苗的莖和葉的膜脂傷害較小，對(duì)根的傷害較大。

圖1 低錳脅迫對(duì)幼苗MDA含量的影響

2.2 低錳脅迫下降香黃檀幼苗過(guò)氧化物酶(POD)活性

植物體的代謝變化可以通過(guò)酶活性的程度進(jìn)行了解，因?yàn)樵谥参锏纳L(zhǎng)期間，酶的活性無(wú)時(shí)無(wú)刻都在發(fā)生著變化。POD是植物體內(nèi)清除過(guò)氧化物和過(guò)氧離子的一類(lèi)抗氧化酶。當(dāng)植物處于各種不利環(huán)境下時(shí)，過(guò)氧化物酶啟動(dòng)保護(hù)機(jī)制，提高植物的抗逆性，如抗旱、抗寒、抗鹽、抗病等[5]。

如圖2所示，脅迫中期，降香黃檀幼苗根的POD酶活性與對(duì)照組的活性相近，而脅迫的前期和后期，幼苗根中的POD酶活性與對(duì)照組的差距較大，大約是對(duì)照組POD酶活性的1/2。幼苗莖的POD酶活性在脅迫期出現(xiàn)上下波動(dòng)，在脅迫前期酶活性最高，且明顯高于對(duì)照組；葉的POD酶活性整體是下降的，在脅迫后期葉的POD酶活性最低。從圖中還可以看出，低濃度錳脅迫后的降香黃檀幼苗的根和葉中POD酶活性比對(duì)照組的酶活性低，說(shuō)明在低濃度下降香黃檀幼苗并未立即啟動(dòng)自身抗氧化機(jī)制以應(yīng)對(duì)外界帶來(lái)的傷害或是該濃度下的錳脅迫并未對(duì)降香黃檀幼苗的過(guò)氧化物酶造成傷害。

2.3 低錳脅迫下降香黃檀幼苗超氧化物歧化酶(SOD)活性

超氧化物歧化酶(SOD)是普遍存在于需氧生物體內(nèi)的一種金屬酶，清除超氧陰離子自由基(O2-)便是其主要功能[6]。在不利環(huán)境中，SOD是首先發(fā)揮清除氧化自由基功能的抗氧化酶，在植物保護(hù)機(jī)制中起著關(guān)鍵的作用。當(dāng)植物在有利的環(huán)境中生長(zhǎng)時(shí)，超氧化物歧化酶活性處于正常水平。但是當(dāng)植物處于高溫、低溫、干旱或者是金屬脅迫等不利環(huán)境時(shí)，就會(huì)引起SOD活性的變化[4]。

圖2 低錳脅迫對(duì)幼苗POD活性的影響

如圖3所示，低錳脅迫前期，降香黃檀幼苗根的SOD活性較對(duì)照組的低，隨著脅迫周期的延長(zhǎng)，脅迫中、后期，根的SOD活性有所升高，但后期SOD酶活性低于脅迫中期。幼苗莖的SOD活性呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，脅迫前期SOD活性較對(duì)照組的低，但隨著脅迫周期的延長(zhǎng)，莖的SOD活性值逐漸增加且高于對(duì)照組。錳脅迫后幼苗葉的SOD活性隨著脅迫周期的延長(zhǎng)，酶活性逐漸降低，但都比對(duì)照組的活性高。隨著脅迫時(shí)間的持續(xù)，降香黃檀幼苗各部位SOD活性都高過(guò)對(duì)照組，說(shuō)明降香黃檀幼苗在逆境下能提高自身清除氧自由基的能力，以防止幼苗受低濃度錳脅迫的進(jìn)一步破壞。

圖3 低錳脅迫對(duì)幼苗SOD活性的影響

3 討論與結(jié)論

錳作為植物生長(zhǎng)必需的微量元素，雖然需求量很少，但對(duì)植物有著不可替代的作用[6]，錳含量的高低會(huì)直接或間接影響植物的生長(zhǎng)發(fā)育。植物在逆境中往往會(huì)產(chǎn)生氧自由基，這也是造成細(xì)胞損壞的原因(如生物膜過(guò)氧化)，為了避免此情況的發(fā)生，保護(hù)生物膜，活性氧清除系統(tǒng)在植物體內(nèi)衍生[7]。植物體內(nèi)脂質(zhì)過(guò)氧化程度越強(qiáng)，MDA含量就越高，進(jìn)而會(huì)造成不可逆的膜損傷。通過(guò)此次試驗(yàn)探究，MDA含量低的情況發(fā)生于脅迫周期中的前期，隨著脅迫周期的延長(zhǎng)，MDA含量逐漸增加，但與對(duì)照組含量差別并不大，說(shuō)明在2mg·kg-1濃度的Mn2+脅迫下，并未對(duì)降香黃檀幼苗的膜系統(tǒng)造成不可逆轉(zhuǎn)的傷害。

植物在逆境脅迫下，自由基會(huì)大量積累，而植物體內(nèi)的SOD、POD可以有效清除植株體內(nèi)多余的自由基，從而保護(hù)植物不受侵害[8]。存在于植物細(xì)胞質(zhì)、液泡、細(xì)胞壁中的POD是植物抗氧化機(jī)制的重要化合物，可作為錳脅迫的指示物質(zhì)。錳脅迫過(guò)程中，POD活性在根和葉中呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，說(shuō)明在2mg·kg-1濃度的Mn2+脅迫下，降香黃檀幼苗并未立即啟動(dòng)自身抗氧化機(jī)制以應(yīng)對(duì)外界帶來(lái)的傷害。酶活性比較高且平穩(wěn)的SOD有利于植物抵御不利環(huán)境。本試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在2mg·kg-1濃度的Mn2+脅迫下，隨著脅迫周期的延長(zhǎng)，SOD活性逐漸增強(qiáng)，說(shuō)明降香黃檀幼苗在脅迫環(huán)境下能提高自身內(nèi)部條件以抵御不良環(huán)境。