黃芪多糖對(duì)小葉楊逆境脅迫下保護(hù)酶系統(tǒng)的影響

邱本軍 馬玲 楊洋 陳旭日 葛康康

摘要 [目的]探究黃芪多糖對(duì)小葉楊對(duì)抗逆境脅迫能力的影響。[方法]研究小葉楊在低溫和干旱逆境條件下體內(nèi)過(guò)氧化氫酶（CAT）、超氧化物歧化酶（SOD）和過(guò)氧化物酶（POD）活性的變化。[結(jié)果]在短時(shí)間內(nèi)，經(jīng)過(guò)一定濃度黃芪多糖處理的小葉楊保護(hù)酶活性較高，而一定時(shí)間后黃芪多糖處理組的小葉楊保護(hù)酶的活性較低。[結(jié)論]黃芪多糖可能提高了小葉楊抗逆境脅迫的能力。

關(guān)鍵詞 黃芪多糖;小葉楊;低溫脅迫;干旱脅迫;保護(hù)酶

中圖分類(lèi)號(hào) S567 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 0517-6611（2014）33-11766-03

Effect of Astragalus Polysaccharide on Protective Enzyme Activities of Populus simonii under Low Temperature and Drought Stress

QIU Ben-jun， MA Ling*， YANG Yang et al

（School of Forestry， Northeast Forestry University， Haerbin， Heilongjiang 150040）

Abstract [Objective] The aim was to study effects of astragalus polysaccharides on P. simonii to combat the environmental stress ability. [Method] The changes of CAT， POD and SOD activities of P. simonii at low temperature and drought stress conditions were studied. [Result]The activities of protective enzymes of P. simonii treated by a certain concentration of lobular astragalus polysaccharide were high after a short time， but lower after a certain time. [Conclusion] Astragalus polysaccharides may increase the resistant ability of P. simonii to environmental stress.

Key words Astragalus polysaccharide; Populus simonii; Low temperature stress; Drought stress; Protective enzymes

基金項(xiàng)目 大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目（201310225088）;林業(yè)公益性行業(yè)專(zhuān)項(xiàng)（20130403）。

作者簡(jiǎn)介 邱本軍（1989-），男，山東蒙陰人，碩士研究生，研究方向：植物源農(nóng)藥。*通訊作者，教授，博士生導(dǎo)師，從事植物源農(nóng)藥與昆蟲(chóng)生態(tài)研究。

收稿日期 2014-10-15

低溫和干旱是自然環(huán)境中影響植物生長(zhǎng)發(fā)育的重要因子，植物在逆境脅迫條件下，細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)遭到破壞，通透性增加，胞內(nèi)發(fā)生一系列生理生化功能反應(yīng)，如葉綠素合成受到抑制導(dǎo)致的光合速率降低、活性氧大量產(chǎn)生、組織細(xì)胞發(fā)生氧化脅迫等，最終導(dǎo)致植物生長(zhǎng)發(fā)育受到抑制[1-2]。小葉楊（Populus simonii）又名小葉白楊，屬柳科楊樹(shù)植物，是深根性的闊葉喬木，具有較強(qiáng)的適應(yīng)性，是我國(guó)防風(fēng)固沙、保持水土的主要栽培樹(shù)種[3]。寡聚糖是國(guó)內(nèi)外研究較多的一類(lèi)信號(hào)物質(zhì)，不僅能夠提高動(dòng)物機(jī)體的免疫能力，還具有調(diào)控植物生長(zhǎng)、發(fā)育和抗病等方面的功能[4-7]。黃芪多糖（APS）是黃芪的主要成分，在醫(yī)學(xué)上具有提高機(jī)體免疫力、促進(jìn)抗體生成、抗菌、抗病毒、抗腫瘤、抗衰老、防輻射、雙向調(diào)節(jié)血糖等作用[8]，但關(guān)于其在對(duì)植物的生長(zhǎng)調(diào)節(jié)方面的研究報(bào)道較少。為此，筆者研究了低溫和干旱脅迫下黃芪多糖對(duì)小葉楊幼苗生理生化的影響，旨在為探索黃芪多糖對(duì)苗木抗寒抗旱性的調(diào)控機(jī)制提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料

黃芪多糖為實(shí)驗(yàn)室自制;小葉楊為實(shí)驗(yàn)室種子繁殖（種子采于東北林業(yè)大學(xué)校園內(nèi)）;蒸餾水為森林保護(hù)學(xué)科自備;其他試劑均為分析純。

1.2 方法

1.2.1

小葉楊幼苗的處理。

選用6個(gè)月生的小葉楊幼苗，試驗(yàn)組分別用10.00、1.00、0.10、0.01 mg/ml的黃芪多糖溶液噴霧處理，每天16：00噴施，連續(xù)噴施2 d，對(duì)照組噴施清水，每個(gè)處理4次重復(fù)。黃芪多糖處理植物24 h后，進(jìn)行相應(yīng)試驗(yàn)。低溫脅迫處理試驗(yàn)在人工氣候箱中進(jìn)行中，溫度控制在10 ℃，濕度70%，保持土壤充足水分，每天光照12 h，低溫處理后24 h開(kāi)始，每12 h取樣，共取3次。干旱脅迫處理試驗(yàn)于溫室中進(jìn)行，溫度25 ℃。供試土壤為暗棕色森林土，飽和含水量為52.8%。試驗(yàn)采用自然風(fēng)干法控制干旱條件，使土壤水分控制在21%～25%（中度干旱）[9]。采用稱(chēng)重法監(jiān)測(cè)土壤含水量，每6 h監(jiān)測(cè)補(bǔ)水一次。自達(dá)到相應(yīng)含水量開(kāi)始，每隔24 h取樣一次，共取4次。

1.2.2

生理生化的測(cè)定。CAT活性的測(cè)定采用紫外分光光度法[10];SOD活性的測(cè)定采用氮藍(lán)四唑（NBT）還原法[11];POD活性采用愈創(chuàng)木酚法測(cè)定[12]。

2 結(jié)果與分析

2.1 黃芪多糖對(duì)小葉楊低溫脅迫下保護(hù)酶活性的影響

2.1.1

黃芪多糖對(duì)小葉楊低溫脅迫下CAT活性的影響。由圖1可知，在低溫脅迫條件下，除對(duì)照外，處理組小葉楊CAT活性整體呈現(xiàn)隨時(shí)間的延長(zhǎng)而降低的趨勢(shì)。在24 h時(shí)，除APS濃度為1.00 mg/ml時(shí)小葉楊CAT活性小于對(duì)照組外，其他處理組CAT活性均大于對(duì)照組;36 h后，處理組小葉楊CAT活性均低于對(duì)照組，且差異顯著，其中APS濃度為10.00 mg/ml時(shí)CAT活性最低，為對(duì)照組的0.33倍;48 h時(shí)，1.00 mg/ml APS處理組小葉楊CAT活性最低，為對(duì)照組的0.50倍。因此，短時(shí)間內(nèi)APS能夠提高小葉楊CAT活性，但隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，APS處理組CAT活性均低于對(duì)照組，且48 h時(shí)不同濃度APS處理組之間無(wú)顯著性差異。

注：不同字母表示同一時(shí)間不同處理濃度之間在0.05水平差異顯著。

圖1 黃芪多糖對(duì)小葉楊低溫脅迫下CAT活性的影響

2.1.2

黃芪多糖對(duì)小葉楊低溫脅迫下POD活性的影響。由圖2可知，在低溫脅迫條件下，對(duì)照組的小葉楊POD活性逐漸升高，處理組中，除APS濃度為0.01 mg/ml外，其他各處理組小葉楊POD活性呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì)。24 h時(shí)，除APS濃度為0.01 mg/ml外，其他處理組的小葉楊POD活性均高于對(duì)照組，且當(dāng)APS濃度為0.10 mg/ml時(shí)POD活性最高，為對(duì)照組的2.86倍。36 h時(shí)，0.01和1.00 mg/ml處理組的POD活性低于對(duì)照組，分別是其的0.53和0.63倍。48 h時(shí)，處理組POD活性均低于對(duì)照組，且差異顯著，其中當(dāng)APS濃度為10.00 mg/ml時(shí)，POD活性最低，為對(duì)照組的0.26倍。因此，在短時(shí)間內(nèi)一定濃度的APS能提高POD活性，長(zhǎng)時(shí)間（48 h）后，處理組POD活性均顯著低于對(duì)照組。

注：不同字母表示同一時(shí)間不同處理濃度之間在0.05水平差異顯著。

圖2 黃芪多糖對(duì)小葉楊低溫脅迫下POD活性的影響

2.1.3

黃芪多糖對(duì)小葉楊低溫脅迫下SOD活性的影響。由圖3可知，在低溫脅迫條件下，對(duì)照組的小葉楊SOD活性不斷升高，除APS濃度為10.00 mg/ml外，其他處理組的小葉楊SOD活性均呈現(xiàn)先降低后升高的趨勢(shì)。24 h時(shí)，當(dāng)APS濃度為0.01和1.00 mg/ml時(shí)，小葉楊SOD活性均顯著高于對(duì)照組，分別為對(duì)照組的1.05和1.10倍。36和48 h時(shí)，處理組小葉楊SOD活性均低于對(duì)照組，且APS濃度為10.00 mg/ml時(shí)SOD活性最低，分別為對(duì)照組的0.75和0.62倍。因此，短時(shí)間（24 h）內(nèi)，一定濃度的APS處理小葉楊后，SOD活性高于對(duì)照組;長(zhǎng)時(shí)間后，SOD活性均低于對(duì)照組，且差異顯著。

注：不同字母表示同一時(shí)間不同處理濃度之間在0.05水平差異顯著。

圖3 黃芪多糖對(duì)小葉楊低溫脅迫SOD活性的影響

2.2 黃芪多糖對(duì)小葉楊干旱脅迫下保護(hù)酶活性的影響

2.2.1

黃芪多糖對(duì)小葉楊干旱脅迫下CAT活性的影響。由圖4可知，小葉楊在干旱脅迫條件下，對(duì)照組CAT活性隨時(shí)間延長(zhǎng)而不斷升高，而處理組呈現(xiàn)波動(dòng)性變化。在24 h時(shí)，處理組CAT活性與對(duì)照組無(wú)顯著性差異;48 h時(shí)，0.01和0.10 mg/ml的APS處理組CAT活性顯著高于對(duì)照組，而10.00 mg/ml高濃度的APS處理組CAT活性?xún)H為對(duì)照組的0.40倍;72和94 h時(shí)，處理組CAT活性顯著低于對(duì)照組，且10.00 mg/ml APS處理組活性最低，分別為對(duì)照組的0.43和0.26倍。因此，短時(shí)間內(nèi)（≤48 h）低濃度（≤0.10 mg/ml）的APS處理組CAT活性高于對(duì)照組，而高濃度（≥1.00 mg/ml）APS處理組CAT活性低于對(duì)照組;隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，APS處理組CAT活性均顯著低于對(duì)照組，且各濃度處理組間差異不大。

注：不同字母表示同一時(shí)間不同處理濃度之間在0.05水平差異顯著。

圖4 黃芪多糖對(duì)小葉楊干旱脅迫下CAT活性的影響

2.2.2

黃芪多糖對(duì)小葉楊干旱脅迫下POD活性的影響。由圖5可知，小葉楊在干旱脅迫條件下，對(duì)照組POD活性呈波動(dòng)性變化，0.10和1.00 mg/ml APS處理組呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì)，而0.01和10.00 mg/ml APS處理組POD活性不斷降低。24 h時(shí)，除1.00 mg/ml處理組外，其他處理組POD活性均顯著大于對(duì)照組;而48 h時(shí)，APS處理組POD活性均顯著低于對(duì)照組，10.00 mg/ml APS處理組活性最低，為對(duì)照組的0.42倍;但是72 h時(shí)，除10.00 mg/ml APS處理組外，其他處理組POD活性均高于對(duì)照組;96 h時(shí)，APS處理組POD活性均顯著低于對(duì)照組，其中0.01 mg/ml APS處理組POD活性最低，為對(duì)照組的0.13倍。因此，不同濃度APS對(duì)小葉楊細(xì)胞POD活性的影響呈波動(dòng)性變化，但隨時(shí)間的延長(zhǎng)，處理組POD活性均低于對(duì)照組。

注：不同字母表示同一時(shí)間不同處理濃度之間在0.05水平差異顯著。

圖5 黃芪多糖對(duì)小葉楊干旱脅迫下POD活性的影響

2.2.3

黃芪多糖對(duì)小葉楊干旱脅迫下SOD活性的影響。由圖6可知，小葉楊在干旱脅迫條件下，對(duì)照組SOD活性的變化趨勢(shì)與其POD活性的變化趨勢(shì)一致。24 h時(shí)，除0.01 mg/ml APS處理組外，其他APS處理組均與對(duì)照組無(wú)顯著差異;在48 h時(shí)，除10.00 mg/ml APS處理組SOD活性高于對(duì)照組外，其他各處理組SOD活性均顯著低于對(duì)照組;而72 h時(shí)，APS處理組SOD活性又高于對(duì)照組;隨著對(duì)照組SOD活性的升高，到96 h時(shí)APS處理組SOD活性又再次低于對(duì)照組，且差異顯著，其中10.00 mg/ml APS處理組活性最低，為對(duì)照組的0.26倍。對(duì)照組除72 h外，SOD活性均保持在一個(gè)穩(wěn)定、較高的水平，而處理組SOD活性則整體呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，到96 h時(shí)均達(dá)到顯著低于對(duì)照組的水平。

注：不同字母表示同一時(shí)間不同處理濃度之間在0.05水平差異顯著。

圖6 黃芪多糖對(duì)小葉楊干旱脅迫下SOD活性的影響

3 討論

植物在遇到干旱、低溫等逆境脅迫時(shí)，自身組織細(xì)胞內(nèi)會(huì)大量產(chǎn)生超氧自由基，這些自由基的積累會(huì)對(duì)植物造成傷害。為了防止該種傷害，植物細(xì)胞內(nèi)形成了清除活性氧的酶促保護(hù)體系，如SOD、POD、CAT等。它們能與自由基反應(yīng)，從而使細(xì)胞內(nèi)大分子蛋白質(zhì)和膜系統(tǒng)在逆境下免受傷害。其中，SOD是植物細(xì)胞內(nèi)重要的抗氧化酶，它能催化2個(gè)超氧自由基發(fā)生歧化反應(yīng)形成O2和H2O2，而POD和CAT進(jìn)

而把H2O2催

化降解，從而保護(hù)植物在逆境條件下免受

傷害[13]。

在低溫和干旱脅迫條件下，植物細(xì)胞內(nèi)CAT、POD和

SOD是保護(hù)植物免受自由基傷害的重要物質(zhì)，也是反映植

物抵抗低溫脅迫能力的重要指標(biāo)[14]。研究表明，在低溫和干旱等脅迫下，CAT、POD和SOD活性呈現(xiàn)升高的趨勢(shì)，隨著脅迫環(huán)境的加劇，植物細(xì)胞受到傷害導(dǎo)致保護(hù)酶的活性降低[15-16]。該研究發(fā)現(xiàn)，一定濃度的APS處理后小葉楊幼苗細(xì)胞內(nèi)CAT、POD和SOD活性短時(shí)間內(nèi)顯著高于對(duì)照組，而隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，APS處理組的CAT、POD和SOD活性顯著低于對(duì)照組，這與劉昆成[17]研究的外源物質(zhì)對(duì)格木POD和SOD活性的影響的結(jié)果一致。這可能是因?yàn)锳PS處理后小葉楊抵抗逆境脅迫的能力增強(qiáng)。在遇到低溫和干旱脅迫短時(shí)間內(nèi)，小葉楊細(xì)胞內(nèi)保護(hù)酶的活性升高以保護(hù)組織細(xì)胞免受脅迫環(huán)境傷害。但隨著脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)，處理組的小葉楊可能適應(yīng)了脅迫環(huán)境，抵御低溫和干旱的能力增強(qiáng)，在相同的條件下處理組細(xì)胞內(nèi)活性氧自由基的積累量比對(duì)照組減少，從而引起細(xì)胞內(nèi)保護(hù)酶的活性低于對(duì)照組。

該試驗(yàn)只研究了APS對(duì)低溫和干旱條件下小葉楊細(xì)胞內(nèi)CAT、POD和SOD活性變化的影響，而APS處理后小葉楊在逆境脅迫條件下的抗性變化和保護(hù)酶變化的機(jī)理有待進(jìn)一步研究。

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