弱光逆境下活性氧的損傷對(duì)葡萄葉片葉綠素降解效應(yīng)的影響＊

曹 慧,陸相龍

(濰坊學(xué)院,山東 濰坊 261061)

弱光逆境下活性氧的損傷對(duì)葡萄葉片葉綠素降解效應(yīng)的影響＊

曹 慧,陸相龍

(濰坊學(xué)院,山東 濰坊 261061)

不同程度弱光處理下,葉綠素(Chl)降解加劇,活性氧O2-·、MDA含量明顯增加,細(xì)胞質(zhì)膜相對(duì)透性(PMP)明顯增大。相關(guān)回歸分析顯示,Chl含量的降低和O2-·、MDA含量明顯增加以及PMP升高之間均呈顯著負(fù)相關(guān)。結(jié)果表明,弱光逆境下葡萄葉片葉綠素降解與活性氧損傷密切相關(guān)。

弱光;葉綠素;活性氧

植物在其生長(zhǎng)發(fā)育過程中,經(jīng)常會(huì)受到不同程度的弱光逆境,不同程度的弱光逆境可誘發(fā)葉綠素含量下降,植物體內(nèi)活性氧代謝失調(diào),弱光逆境下活性氧與葉綠素降解之間的效應(yīng)研究報(bào)道[1-3]不多。因此,本試驗(yàn)選用葡萄為試材,研究弱光逆境下活性氧的損傷與葉綠素降解效應(yīng)之間的關(guān)系,以探討弱光逆境影響葡萄生長(zhǎng)發(fā)育生理代謝變化的過程機(jī)理,從而為葡萄優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)栽培提供理論依據(jù)和技術(shù)支持。

1 材料與方法

1.1 材料與處理

選擇生長(zhǎng)相對(duì)一致、健壯無病蟲的8611葡萄幼苗為試驗(yàn)材料。實(shí)驗(yàn)分三個(gè)處理:(1)不遮陽,即正常光照(CK);(2)遮一層黑色遮陽網(wǎng),約遮陽65%(處理I);(3)遮兩層遮陽網(wǎng),約遮陽85%(處理II)。每處理20株,3次重復(fù),遮光處理后每隔6d取樣一次,取樣時(shí)間為每天早晨8時(shí),葉片取自幼苗頂端第3至第5片葉,試驗(yàn)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行生物統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。

1.2 試驗(yàn)方法

葉綠素(Chl)含量的測(cè)定參照張憲政[4]的方法;O2-·含量的測(cè)定參照王愛國(guó)等[5]的方法;丙二醛(MDA)含量的測(cè)定參照湯章成[6]的方法;細(xì)胞質(zhì)膜相對(duì)透性(PMP)的測(cè)定參照文獻(xiàn)[7]。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同程度弱光處理對(duì)葉綠素含量的影響

圖1 不同程度弱光處理對(duì)葉綠素含量的影響

圖2 不同程度弱光處理對(duì)O2-含量的影響

由圖1可知,弱光抑制葡萄葉片幼苗的生長(zhǎng)發(fā)育,弱光的抑制效應(yīng)與遮陽程度密切相關(guān)。處理Ⅰ、處理Ⅱ分別于脅迫第12天、第6天與對(duì)照之間的差異達(dá)顯著水平,隨著遮陽程度的增高,脅迫時(shí)間的加長(zhǎng),葉綠素降解加劇,且葉綠素含量下降的幅度處理Ⅱ＞處理Ⅰ。處理Ⅰ脅迫至第18天時(shí),葉綠素含量比CK降低了41.5%,處理Ⅱ脅迫至第18天時(shí),葉綠素含量比CK降低了57.2%。

2.2 同程度弱光處理對(duì)O2-·產(chǎn)生速率的影響

由圖2可知,弱光逆境對(duì)葡萄葉片幼苗O2-·產(chǎn)生速率均呈上升趨勢(shì)。且O2-·產(chǎn)生速率與遮陽程度、脅迫時(shí)間有密切關(guān)系。脅迫第6天時(shí),處理ⅡO2-·產(chǎn)生速率與CK的差異達(dá)顯著水平,脅迫第12天時(shí)處理Ⅰ與CK的差異達(dá)顯著水平。處理Ⅰ脅迫至第18天時(shí),O2-·產(chǎn)生速率比CK提高了76.1%,處理Ⅱ脅迫O2-·產(chǎn)生速率比CK提高了105.9%。在整個(gè)脅迫期間內(nèi),O2-·產(chǎn)生速率不斷增加且上升幅度處理Ⅱ＞處理Ⅰ。

2.3 不同程度弱光處理對(duì) H2O2含量的影響

在正常培養(yǎng)條件下,葡萄葉片幼苗 H2O2的含量變動(dòng)幅度不大(圖3)。處理Ⅱ弱光逆境脅迫下葡萄葉片內(nèi)H2O2含量在脅迫期間呈大幅度上升,脅迫第6天與對(duì)照之間的差異達(dá)顯著水平,葉片 H2O2含量比對(duì)照提高了31.1%,脅迫第18天比對(duì)照提高了95.3%;處理ⅠH2O2含量的上升幅度較緩慢,到脅迫第6天后葉片H2O2含量才明顯上升,脅迫第12天比對(duì)照提高了33.7%,脅迫第18天比對(duì)照提高了65.6%。

圖3 不同程度弱光處理對(duì)H2O2含量的影響

圖4 不同程度弱光處理對(duì)MDA含量的影響

2.4 不同程度弱光處理對(duì)丙二醛(MDA)含量的影響

MDA含量的升高是細(xì)胞膜脂過氧化水平升高的一個(gè)指標(biāo)。由圖4可以看出,正常光照條件下CK處理MDA含量變化幅度不大。處理I MDA含量在脅迫第12天與CK的差異達(dá)顯著水平,到第18天時(shí)MDA含量比CK提高了58.3%;隨遮陽程度的增加,MDA含量不斷升高,處理Ⅱ在脅迫到第6天時(shí)MDA含量比CK提高了30.2%,到第18天時(shí)提高了94.3%。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,弱光脅迫時(shí)間越長(zhǎng),遮陽程度越高,MDA含量越高。

2.5 不同程度弱光處理對(duì)細(xì)胞質(zhì)膜相對(duì)透性(PMP)的影響

由圖5可以看出,弱光對(duì)細(xì)胞質(zhì)膜相對(duì)透性有明顯的效應(yīng)。不同處理均使質(zhì)膜相對(duì)透性呈上升趨勢(shì),且上升幅度為處理Ⅱ＞處理Ⅰ。質(zhì)膜相對(duì)透性與遮陽程度密切相關(guān),遮陽處理Ⅰ第12天PMP與對(duì)照之間的差異達(dá)到顯著水平,到遮陽第18天比CK提高79.8%;處理Ⅱ第6天即與對(duì)照之間的差異就達(dá)到顯著的水平,第18天比對(duì)照提高107.8%。

2.6 不同程度弱光下葡萄葉片O2-.與Chl、H2O2、MDA、PMP及Chl與MDA、PMP間的相關(guān)分析

圖5 不同程度弱光處理對(duì)PMP的影響

由表1可知道,無論處理Ⅰ、處理Ⅱ,O2-含量與Chl、H2O2、MDA含量、PMP之間呈高度相關(guān),Chl含量與MDA含量、PMP之間均呈高度負(fù)相關(guān)。

表1 不同程度弱光下葡萄葉片O2-.與Chl、MDA、PMP及Chl與MDA、PMP間的相關(guān)分析

3 結(jié)論與建議

弱光脅迫可使葉綠素含量降低,降解加劇。植物葉片的衰老源于氧自由基傷害的積累,生長(zhǎng)旺盛的葉片自身具有活躍的清除活性氧的機(jī)制,使活性氧的產(chǎn)生與清除處于平衡狀態(tài),一旦該平衡被打破,就造成活性氧的積累而產(chǎn)生毒害,導(dǎo)致葉片衰老,以至脫落死亡[8-10]。實(shí)驗(yàn)表明,弱光逆境可以誘發(fā)植物體內(nèi)活性氧的積累,致使葉綠素降解加劇,引起葡萄葉片幼苗的早衰。

植物細(xì)胞內(nèi)積累的O2-·能引起膜脂過氧化作用,MDA是膜脂過氧化的分解產(chǎn)物,MDA含量的高低反映了細(xì)胞膜脂過氧化水平,弱光逆境下,MDA含量迅速升高,上升幅度隨遮陽程度的增加而升高。試驗(yàn)表明,弱光逆境下葉綠素含量不斷降低,而O2-·、MDA、PMP含量均呈明顯上升趨勢(shì),弱光逆境對(duì)植物造成的傷害是一個(gè)復(fù)雜的生理代謝過程,不同遮陽弱光處理均導(dǎo)致O2-·在植物體內(nèi)積累,活性氧在植物體內(nèi)的積累使誘發(fā)膜脂過氧化,MDA含量升高、膜透性增加,進(jìn)一步加劇葉綠素的降解,從而造成植物不同程度的損傷。

由此看來,葡萄是喜光果樹,生長(zhǎng)發(fā)育對(duì)光照比較敏感,即使是單層遮陽處理也會(huì)對(duì)植物的營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)造成很大影響,因此,在實(shí)際生產(chǎn)中一定要加強(qiáng)前期的光照管理,防止弱光對(duì)植物的生長(zhǎng)發(fā)育造成不可逆的損傷。

[1]楊佩芳,喬燕春.溫室栽培早黑寶葡萄光合特性與SOD、POD的相關(guān)性研究[D].晉中:山西農(nóng)業(yè)大學(xué),2005.

[2]曹慧,韓振海,許雪峰.水分脅迫下抗旱性不同的兩種蘋果屬植物光合特性的變化[J].園藝學(xué)報(bào),2004,31(2):285-290.

[3]馬全增,解金斗.葡萄高效栽培教材[M].北京:金盾出版社,2005.

[4]張憲政.作物生理研究法[M].北京:農(nóng)業(yè)出版社,1992.

[5]王愛國(guó),羅廣華.植物的超氧自由基與羥胺反應(yīng)的定量關(guān)系[J].植物生理學(xué)通訊,1990,(6):55-57.

[6]湯章誠(chéng).現(xiàn)代植物生理學(xué)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)[M].北京:科學(xué)出版社,1999.

[7]鄒琦.植物生理學(xué)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)[M].北京:中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社,2000.

[8]Fridovich I.The biology in oxygen radical[J].Science,1978,201:875-880.

[9]Bowler C,Van Montagu M,Inze D.Superoxide dismutase and stress tolerance[J].Ann Rev Physiol Plant Mol Biol,1992, 43:83-116.

[10]Smirnoff N.The role of active oxygen in the response of plants to water deficit and desiccation[J].New Phytol,1993, 125:27-58.

(責(zé)任編輯:梁足培)

2010-03-10

濰坊市科技發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目。

曹慧(1966-),女,山西太原人,濰坊學(xué)院生物工程學(xué)院教授,博士后。

Q946.5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1671-4288(2010)04-0086-03