高溫脅迫對楊樹保護酶活性的影響

高榕擇++鄒吉祥++趙丹++李新林++盛莉

摘 要：為了研究高溫脅迫對楊樹保護酶系統(tǒng)活性的影響，以小胡楊和大葉楊一年生嫩枝為材料，經(jīng)高溫脅迫處理后分別測定各葉片中保護酶活性。結果表明：當楊樹葉片處于35 ℃時，SOD酶與POD酶協(xié)同作用，在耐熱性方面起主要作用；大于45 ℃時，CAT酶在耐熱性方面起主要作用。本研究可為耐高溫楊樹品種的選育和引種栽培提供理論依據(jù)。

關鍵詞：楊樹；高溫脅迫；超氧化物歧化酶；過氧化物酶；過氧化氫酶

中圖分類號：Q945 文獻標識碼： A DOI 編碼：10.3969/j.issn.1006-6500.2016.03.003

楊樹（Populus）為楊柳科楊屬植物落葉喬木的統(tǒng)稱[1]，是世界上分布最廣、適應性最強的樹種之一，而我國是世界上楊樹栽培面積最大的國家[2]。本研究選取的楊樹中，大葉楊為落葉喬木，根系發(fā)達，萌芽力強，生長較快，是楊屬植物中壽命最長的樹種，長達200年，且耐煙塵、抗污染能力強[3]。小胡楊是楊樹中最耐鹽堿、耐大氣干旱較強的樹種，是我國荒漠地帶沙漠鹽堿地區(qū)的重要森林資源[4]。

目前，對楊樹的研究主要集中在產(chǎn)品的加工利用和新品研發(fā)，以及對抗冷害脅迫等方面[5]。對其適應高溫脅迫生理生化的研究相對較少，大多是對光合作用所產(chǎn)生影響的研究[6]。近年來，溫室效應導致全球氣溫上升，因此，研究高溫脅迫對保護酶系統(tǒng)活性的影響極為重要[7]，同時對楊樹抗高溫脅迫的基礎理論研究具有重大意義。本試驗通過對楊樹的水培枝進行不同高溫溫度梯度的處理，深入微觀的領域對楊樹保護酶系統(tǒng)的酶活性進行測定分析，探討保護酶系統(tǒng)與抗逆性的關系，為促進楊樹耐高溫機理研究提供依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

2015年5月在大連民族大學苗圃采集生長健壯、葉芽多且發(fā)育狀態(tài)相似的小胡楊和大葉楊一年生枝條，采枝長度在50 cm左右，消毒后在改良版霍格蘭營養(yǎng)液中水培。

1.2 試驗方法

小胡楊和大葉楊枝條水培3 d后，選取水培后生長狀態(tài)一致的枝條剪取其頂部20 cm幼嫩部分在光照培養(yǎng)箱中25 ℃進行預處理1 d，將預處理枝條置于光照培養(yǎng)箱中高溫處理（25，35，45，55 ℃），每個處理2 h。各溫度梯度進行高溫處理完畢后，立即測定小胡楊和大葉楊葉片的酶活性，3次重復。測定方法：超氧化物歧化酶（SOD）活性測定采用氮藍四唑光還原法[8]；過氧化氫酶（CAT）活性測定采用紫外分光光度法[8]；過氧化物酶（POD）活性測定采用愈創(chuàng)木酚法[8]。

1.3 數(shù)據(jù)處理方法

試驗數(shù)據(jù)用Excel軟件整理后，采用SPSS 22.0進行單因素方差分析（ANOVE）。

2 結果與分析

2.1 高溫脅迫下兩種楊樹外部形態(tài)的變化

不同高溫脅迫處理下，兩種楊樹水培枝條的葉片外部形態(tài)均發(fā)生了明顯變化。小胡楊和大葉楊的水培枝條在55 ℃脅迫處理2 h后，葉片均出現(xiàn)嚴重萎蔫現(xiàn)象，葉片受損程度嚴重幾近死亡狀態(tài)，葉片邊緣發(fā)黃，卷曲嚴重。在45 ℃脅迫處理下，兩種楊樹的葉片下垂，葉片邊緣發(fā)黃、卷曲，其中大葉楊水培枝條下部葉片萎蔫狀態(tài)較小，胡楊嚴重。35 ℃脅迫處理下，兩種楊樹的葉片顏色無變化，葉片外表鮮亮，枝條底部的大葉片外觀上無變化，生長狀態(tài)良好，然而頂部的嫩葉均有輕微的卷曲。在25 ℃處理下，兩種楊樹的葉片外表鮮亮，葉片外部形態(tài)均無明顯變化，葉色濃綠，生長狀態(tài)良好。

2.2 兩種楊樹葉片的SOD酶活性檢測結果

從圖1可以看出，小胡楊和大葉楊SOD酶活性隨著溫度的升高呈先升高后下降再上升的趨勢，隨著溫度的升高，脅迫程度增大，SOD酶活性受到影響，SOD酶活性在35 ℃時出現(xiàn)最大值，此時兩種楊樹水培枝條從外觀看均未受到較大傷害，生長狀態(tài)還處于旺盛階段，說明可通過提高SOD酶活性來清除細胞內(nèi)部的活性氧類物質。在45 ℃和55 ℃下兩種楊樹SOD酶活性與對照組相比還是處于升高水平，其中大葉楊葉片樣品在45 ℃出現(xiàn)最低值。

2.3 兩種楊樹葉片的CAT酶活性檢測結果

從圖2可以看出，隨著脅迫溫度的增加，CAT酶活性呈波動狀態(tài)，在不同脅迫溫度下CAT酶活性在35 ℃時出現(xiàn)最小值，在45 ℃時出現(xiàn)最大值，說明楊樹在遭受熱脅迫后抗氧化酶開始發(fā)生作用。在55 ℃時，CAT酶活性急劇下降至低于25 ℃的水平，而在55 ℃的高溫條件下兩種楊樹的葉片組織都受到相當大程度的損傷，從外觀上看葉片已趨近于死亡。隨著脅迫溫度的變化，由于種間差異的影響CAT酶作用的溫度范圍與SOD酶不同。

2.4 兩種楊樹葉片的POD酶活性檢測結果

由圖3可以看出，在葉片處于不同的高溫脅迫處理后，兩種楊樹POD酶活性在35 ℃出現(xiàn)最大值，當脅迫溫度高于45 ℃時，POD酶活性又逐漸升高，說明兩種楊樹的POD酶發(fā)揮顯著作用的溫度主要集中于35 ℃之前和45 ℃之后這兩個溫度區(qū)域，POD酶與SOD酶活性呈現(xiàn)相同變化趨勢。

3 結論與討論

當植物生活在正常的環(huán)境中時，其細胞內(nèi)的代謝活動也有條不紊地有序進行。植物遭受逆境脅迫的主要特征是活性氧代謝的失調(diào)，活性氧的產(chǎn)生與清除這一動態(tài)平衡遭到了破壞，導致細胞內(nèi)活性氧大量積累而使細胞受到氧脅迫[9]，此時細胞內(nèi)由抗氧化酶組成的保護酶系統(tǒng)會發(fā)揮作用，及時清除掉這些對細胞有害的物質，維持細胞內(nèi)環(huán)境，保證細胞處于穩(wěn)定的狀態(tài)。抗氧化系統(tǒng)的代謝與植物的抗熱性密切相關[10]。高溫脅迫可導致植物葉片光合色素降解，活性氧積累，膜脂過氧化程度加重[11-12]。當植物長期處于高溫脅迫狀態(tài)下，活性氧類物質含量超出保護酶系統(tǒng)的能力范疇，細胞就會遭受氧化損傷，出現(xiàn)一系列的代謝變化[13]。

本研究發(fā)現(xiàn)，當楊樹葉片處于35 ℃時，SOD酶與POD酶協(xié)同作用，在耐熱性方面起主要作用，酶活性同時顯著提升并達到峰值來抵抗細胞內(nèi)暴發(fā)的大量的活性氧，保護葉片組織免受氧化損傷。當在45 ℃時，CAT酶活性在耐熱性方面起主要作用，此時SOD酶與POD酶的活性同時下降，CAT酶活性則大幅度上升，分解H2O2并清除多余的活性氧類物質，增強細胞對熱脅迫的抵抗能力。為了消除過量活性氧，維持其自由基代謝系統(tǒng)平衡，各種酶活性產(chǎn)生了相應的變化。