地膚地上部水浸提液對胡麻的化感機理研究

趙 利， 黨占海， 梁建斌， ?？×x

(1.甘肅省農(nóng)業(yè)科學院作物研究所，甘肅蘭州 730070； 2. 甘肅農(nóng)業(yè)大學，甘肅蘭州 730070)

趙 利，黨占海，梁建斌，等. 地膚地上部水浸提液對胡麻的化感機理研究[J]. 雜草科學，2012，30(1)：17-21.

地膚地上部水浸提液對胡麻的化感機理研究

趙 利1， 黨占海1， 梁建斌2， ?？×x2

(1.甘肅省農(nóng)業(yè)科學院作物研究所，甘肅蘭州 730070； 2. 甘肅農(nóng)業(yè)大學，甘肅蘭州 730070)

為了探明地膚地上部水浸提液對胡麻的化感機理，以盆栽試驗結(jié)合實驗室分析，研究了不同濃度的地膚地上部水浸提液對胡麻抗氧化性酶——超氧化物歧化酶(SOD)、過氧化物酶(POD)活性及脂質(zhì)過氧化產(chǎn)物——丙二醛(MDA)含量的影響。結(jié)果表明，在不同濃度地膚地上部水浸提液脅迫下，胡麻的SOD、POD活性均隨著脅迫時間的延長呈先升高后降低的趨勢，MDA含量呈平穩(wěn)上升趨勢；在同一處理時間段，隨著處理濃度的升高，SOD、POD活性促進(抑制)率變大，MDA含量增大。表明地膚地上部水浸提液化感物質(zhì)對胡麻保護性酶活性和膜脂過氧化作用有重要影響。

地膚； 水浸提液； 化感作用； 機理

化感作用(allelopathy)是自然界中的一種普遍現(xiàn)象。化感作用有正向和負向兩種，即所謂的促進作用和抑制作用。目前人們利用化感作用在篩選能夠抑草的作物品種、建立合理的耕作制度、合理管理植物殘株，開發(fā)殺蟲劑、殺菌劑、除草劑和植被群落演替等方面均取得了一定的成效[1-6]。植物化感物質(zhì)可影響植物的激素代謝、酶活性、光合作用、呼吸作用、水分及礦物質(zhì)吸收和利用等方面[7-12]。關(guān)于化感物質(zhì)對植物體內(nèi)保護性酶活性的影響，目前國內(nèi)外進行了許多研究[13-17]，但關(guān)于雜草對胡麻的化感作用機理研究國內(nèi)外未見報道。以往的研究表明[18]，地膚(Kochiascoparia(L.) Schrad.)為胡麻田間第一大優(yōu)勢伴生雜草，而地膚不同部位水浸提液對胡麻的化感作用以地上部的作用最強。因此，本研究擬通過地膚地上部水浸提液處理盛花期胡麻，研究其對胡麻抗氧化性酶-超氧化物歧化酶(SOD)、過氧化物酶(POD)活性及脂質(zhì)過氧化產(chǎn)物—丙二醛(MDA)含量的影響，從而揭示地膚化感物質(zhì)對胡麻的作用機理。

1 材料與方法

1.1 試驗方法

準確稱取40 g地膚地上部材料，剪成2 mm小段，加10倍的蒸餾水于20℃培養(yǎng)箱中浸提24 h，浸提液抽濾過濾。用上述抽濾液配制成0.1、0.05和0.025g/mL溶液，每種濃度澆灌300 mL于受體胡麻植株上，3次重復。處理后于24、36、48、60、72 h分別采樣，用于SOD、POD活性測定及MDA含量測定。

1.2 酶活性的測定方法

1.2.1 超氧化物歧化酶(SOD)的活性測定 參照鄒琦[19]等的方法，用淡藍四唑(NBT)還原法。

1.2.2 過氧化物酶(POD)活性測定 參照李合生[20]等的方法，用愈創(chuàng)木酚法。

1.2.3 脂質(zhì)過氧化產(chǎn)物丙二醛(MDA)含量測定 參照鄒琦[19]等的方法，用硫代巴比妥酸(TBA)法。

1.3 酶活性抑制率計算

參照Williamson[21]等的方法，RI=(Ti-T0)/T0×100 %，Ti為處理值，T0為對照值。RI≥0 表示具有促進作用，RI<0 表示具有抑制作用。

1.4 試驗數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析

所有試驗數(shù)據(jù)均用EXCEL和DPS 7.05統(tǒng)計。

2 結(jié)果與分析

2.1 超氧化物歧化酶(SOD)活性變化

總體來說，從時間效應來看，在3種濃度的地膚地上部水浸提液脅迫下，胡麻SOD的活性均隨著脅迫時間的延長呈先升高后降低的趨勢。從濃度效應來看，脅迫24～36 h，隨著處理濃度的增大，SOD活性逐漸減小。脅迫48～60 h，隨著處理濃度的增大，SOD活性逐漸增大。脅迫72 h，SOD活性接近CK水平(表1)。

其中，脅迫24～36 h，0.1 g/mL和0.05 g/mL處理的SOD活性瞬間受到抑制，且隨著脅迫濃度的增大，SOD酶活性下降，酶活抑制率變大。這可能是過多的自由基積累，破壞了保護酶的保護作用。此時，這2種濃度下的SOD活性與CK和0.025 g/mL處理下的差異均達顯著水平。脅迫48 h后，SOD活性迅速增大，變?yōu)榇龠M作用，且隨著脅迫濃度的增大，酶活性增大，促進作用增強，至48 h達最大。說明胡麻植株通過提升SOD酶活力來抵御地膚化感物質(zhì)對其產(chǎn)生的脅迫，此時，3種不同濃度(由大到小)處理下的SOD活性分別比對照上升20.67%、19.78%和11.20%，均與CK間差異達極顯著水平。脅迫60 h時SOD活性開始下降，此時只有0.1 g/mL處理與CK及其余2種濃度間差異達極顯著水平。脅迫72 h時SOD活性接近CK水平，可能是由于地膚水浸提液的脅迫程度超過了其耐受范圍。此時，3種不同濃度處理下的SOD活性之間及其與CK間差異均不顯著。

表1 3種濃度地膚地上部水浸提液對胡麻SOD活性的影響

注：同列中相同大寫字母表示在P≥0.01時差異不顯著，小寫字母表示在P≥0.05 時差異不顯著；下同。

2.2 過氧化物酶(POD)活性變化

從表2可以看出，從時間效應來看，在3種濃度地膚地上部水浸提液的脅迫下，胡麻植株P(guān)OD活性呈先上升后下降趨勢，但無論是上升還是下降，POD活性均大于對照，說明在地膚地上部水浸提液的脅迫下，胡麻的抗逆適應性增強了。從濃度效應來看，脅迫24～72 h，在同一處理時間段，隨著處理濃度的增大，POD活性逐漸增大，POD活性的促進作用也增大。

在脅迫24～36 h時，3種濃度處理下的POD活性均與CK間差異不顯著。脅迫48～72 h，只有0.1 g/mL處理和60 h時0.05 g/mL處理與CK間差異達顯著水平，其余處理均與CK間差異不顯著。而且POD活性的高峰也是出現(xiàn)在脅迫后48 h，與SOD 活性變化高峰相同。此時，3種濃度(由大到小)POD活性分別比CK提高81.01%、63.04%和53.37%，說明POD和SOD共同組成植物體內(nèi)的活性氧清除系統(tǒng)，二者共同作用能有效清除植物體內(nèi)的自由基和過氧化物，使活性氧維持在較低水平。

表2 3種濃度地膚地上部水浸提液對胡麻植株P(guān)OD活性的影響

2.3 丙二醛(MDA)含量的變化

從時間效應來看，胡麻MDA含量隨著不同濃度地膚地上部水浸提液脅迫時間的延長呈平穩(wěn)上升趨勢。脅迫24 h 時，3種濃度(由高到低)MDA的含量分別比對照提高8.18%、6.82%和5.91%。脅迫72 h時，3種濃度處理下的MDA含量分別比對照提高22.73%、23.64%和20.45%。MDA含量逐漸提高，表明地膚水浸提液使胡麻體內(nèi)活性氧產(chǎn)生積累，誘發(fā)了膜脂的過氧化。

從濃度效應來看，在同一處理時間段，3種濃度處理下，隨著處理濃度的升高，MDA含量增大，表明在地膚地上部水浸提液脅迫24～72 h間，隨著脅迫時間的延長，對胡麻生長的影響越大(表3)。

表3 3種濃度地膚地上部水浸提液對胡麻葉片MDA含量的影響

3 討論

已有的研究表明，植物體內(nèi)有氧代謝不斷在葉綠體、線粒體、過氧化物酶體中產(chǎn)生活性氧(ROS)[22]，正常情況下ROS水平由諸多的抗氧化劑(主要有POD、CAT、SOD等)控制在一定范圍內(nèi)，使其既適應代謝調(diào)節(jié)的需要又不致造成損傷[23]。而逆境脅迫可破壞活性氧產(chǎn)生與清除之間的平衡，導致植物體內(nèi)活性氧的積累，蛋白質(zhì)、脂類和核酸氧化破壞，造成植物體的傷害。同時，植物在逆境脅迫過程中會產(chǎn)生過剩的自由基，其毒害之一就是引發(fā)或加劇膜脂過氧化作用。丙二醛(MDA)是膜脂過氧化的最終產(chǎn)物，其含量與膜脂過氧化程度呈正相關(guān)[24]。而植物在向環(huán)境釋放化感物質(zhì)的時候，化感物質(zhì)通過抑制植物體內(nèi)對自由基有重要猝滅作用的SOD和POD等的活性，破壞細胞內(nèi)自由基的產(chǎn)生和消除之間的平衡，氧化分解膜脂中不飽和脂肪酸的雙鍵，引起膜的過氧化作用，膜脂過氧化產(chǎn)物MDA的含量增加[25-26]。

本研究表明，在地膚水浸提液脅迫下，受體胡麻葉片中SOD、POD 活性呈先升后降趨勢，MDA含量持續(xù)增加。說明地膚地上部水浸提液在脅迫胡麻的過程中，釋放化感物質(zhì)到環(huán)境中，誘發(fā)胡麻體內(nèi)活性氧代謝系統(tǒng)失調(diào)，產(chǎn)生積累，這種氧化脅迫誘導了胡麻體內(nèi)抗氧化能力的增強，此時胡麻通過提高SOD和POD活性清除活性氧，使其維持在較低水平。因此在脅迫前期，抗氧化酶SOD、POD活性上升，但這種適應性反應只能在一定程度內(nèi)發(fā)揮作用，當脅迫進一步加大時，胡麻體內(nèi)氧化產(chǎn)物累積到一定程度時，即化感物質(zhì)所提供的逆境已超過SOD、POD的調(diào)節(jié)能力，達到對保護酶構(gòu)成傷害的程度，SOD和POD不能全面有效清除活性氧而造成積累，酶活性下降，膜脂過氧化作用加強[27]，從而引起SOD、POD隨著脅迫時間的延長，呈現(xiàn)先上升后下降趨勢，而MDA含量呈持續(xù)增加趨勢。可見，使受體活性氧代謝失調(diào)導致膜結(jié)構(gòu)和功能破壞是胡麻化感作用的一種重要方式。本研究結(jié)果與王碩等、侯永霞等、宋亮等的研究結(jié)果一致[28-29]。

Yu等[30]認為，化感物質(zhì)會對SOD、POD活性及MDA含量產(chǎn)生一定的影響，濃度及不同物質(zhì)的互作關(guān)系可影響這些指標的活性。本研究表明，地膚地上部水浸提液對胡麻植株的SOD、POD活性及MDA含量均產(chǎn)生一定的影響，而且存在時間效應和濃度效應，更進一步證實了Yu等的結(jié)論。

4 結(jié)論

4.1 過氧化物歧化酶活性

在不同濃度地膚地上部水浸提液脅迫下，胡麻SOD的活性均隨著脅迫時間的延長呈先升高后降低的趨勢，在同一處理時間段，隨著處理濃度的升高，SOD活性促進(抑制)率變大。

4.2 過氧化物酶活性

在不同濃度地膚地上部水浸提液的脅迫下，胡麻植株P(guān)OD活性呈先上升后下降趨勢，活性高峰出現(xiàn)在脅迫后48 h。且POD活性均大于對照。在同一處理時間段，隨著處理濃度的升高，POD活性增大，POD活性的促進作用也增大。

4.3 丙二醛含量

胡麻MDA含量隨著地膚地上部水浸提液脅迫時間的延長呈平穩(wěn)上升趨勢。在同一處理時間段，在3種濃度處理下，隨著處理濃度的升高，MDA含量增大，MDA的促進作用增大。

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StudyonAllelopathicMechanismofStemandLeafExtractsofKochiascoparia(L.)Schrad.onOilFlax

ZHAO Li1， DANG Zhan-hai1， LIANG Jian-bin2， NIU Jun-yi2

(1. Crop Research Institute，Gansu Academy of Agricultural Sciences，Lanzhou 730070，China； 2. College of Life Science and Technology，Gansu Agricultural University，Lanzhou 730070，China)

In order to explore the allelopathic mechanism ofK.scopariaon oil flax，effects of different concentrations of stem and leaf aqueous extract ofK.scopariaon antioxidant enzymes(SOD，POD)activity and lipid peroxidation products MDA content of oil flax were tested via pot experiment and laboratory analysis. The results showed that under the stress with different concentration of stem and leaf aqueous extract ofK.scoparia，SOD and POD activity of oil flax were increased firstly，then decreased as the stress period prolonged，while the MDA content in oil flax was steadily increased. At the same stressed period，the inhibition rate of SOD and POD activity was increased respectively,and MDA content increased as the extracts concentration increased. This results showed that the allelochemicals released from stem and leaf ofK.scopariahad important role to effect protective enzyme activity and membrane liquid peroxidation of oil flax.

K.scoparia； aqueous extracts； allelopathic； mechanism

Q948.1

A

1003-935X(2012)01-0017-05

2011-12-22

現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)專項基金(編號：CARS-17)。

趙 利(1973—)，女，陜西武功人，博士，副研究員。 E-mail:zhy1972@yahoo.com.cn。

?？×x。E-mail:niujy@gasu.edu.cn。