干旱脅迫對3種木本植物酶活性的影響

張寶，李越，劉雙智，焦健，李永強

(遼寧省建昌縣林業(yè)局，遼寧 葫蘆島 118200)

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干旱脅迫對3種木本植物酶活性的影響

張寶，李越，劉雙智，焦健，李永強

(遼寧省建昌縣林業(yè)局，遼寧 葫蘆島 118200)

為研究植物對干旱脅迫的適應(yīng)能力，采用人工模擬干旱脅迫的方式，以金葉蕕、圓柏和忍冬為材料，分析其過氧化氫酶、過氧化物酶和多酚氧化酶在干旱處理下活性的變化。結(jié)果表明：3種綠化植物過氧化氫酶活性的變化隨著干旱脅迫的加劇總體趨勢大致相同，在處理的第1～10天酶活性緩慢下降，處理的第10～20天酶活性變化劇烈，第10～14天，3種綠化植物酶活性急速上升，并在14d時達到最大值，14～20d酶活性又大幅度下降。過氧化物酶活性的變化趨勢也大致相同，從第1～14天都呈現(xiàn)緩慢波動上升的趨勢，14～20天，3種植物的酶活性都急速上升，圓柏的酶活性最高。3種植物在活性氧防御系統(tǒng)中，3種酶協(xié)同作用，但前期起主要作用的是過氧化物酶和多酚氧化酶，過氧化物酶起互補作用，在重度脅迫下發(fā)揮主要作用。

干旱脅迫；植物；酶活性

干旱逆境中植物受損傷，是干旱造成了植物細胞膜系統(tǒng)的破壞，植物體內(nèi)過剩自由基的毒害會引發(fā)膜脂過氧化作用，造成膜系統(tǒng)的損傷。為清除活性氧，植物體內(nèi)進化出了抗氧化物系統(tǒng)。超氧化物歧化酶(SOD)、過氧化氫酶(CAT)和過氧化物酶(POD)通過清除自由基，可減輕和阻斷脂質(zhì)過氧化作用，保護植物細胞膜質(zhì)膜免受損傷。

近些年來，木本植物在干旱脅迫下的生理響應(yīng)及抗旱機理方面的研究取得了可喜進展，為培育高抗旱樹種提供了一定的理論基礎(chǔ)和參考依據(jù)。

1　試驗地概況

試驗地設(shè)置在北京市西山腳下的北京植物園內(nèi)。植物園位于116°28′E，40°1′N，海拔67m，土壤pH值為7～7.5；年平均氣溫為12.8 ℃，年降雨量為526mm，1月均溫為-3.3 ℃，7月均溫為26.8 ℃，1月極端最低溫度為-13.8 ℃，7月極端最高溫度為37.7 ℃，相對濕度為61%。園內(nèi)栽培露天木本植物15萬余株、500余種；露天草本植物200余種；溫室植物200余種。試驗在植物園內(nèi)的溫室進行。

2　材料與方法

2.1植物材料

試驗采用3種常見木本植物，基本情況見表1。

表1　試驗材料基本情況

注：*為冠幅

2.2試驗方法

人工模擬干旱試驗藤本忍冬、常綠針葉喬木圓柏和灌木金葉蕕。每種植物選擇20株3～4年生、長勢比較旺盛、大小和株型基本一致的苗木，在4月初(部分在前一年秋冬季)移入花盆中，花盆的規(guī)格為高30cm×盆口直徑32cm，土壤為苗圃土和少量珍珠巖混合物，在苗木移入花盆后，定期澆水，進行常規(guī)管理，確保苗木生長良好。觀測階段為7—9月，控水開始前將苗木澆透水，從控水的第1天開始，不再進行水分補充，在干旱的過程中，每4d取葉片對各指標(biāo)進行測定。

2.3測定指標(biāo)

土壤含水量：利用水分速測儀TDR測定，每盆3次重復(fù)，每種測定3盆。

過氧化物酶活性：過氧化物酶活性采用愈創(chuàng)木酚比色法測定：

反應(yīng)體系包括2.9mL0.05 mol·L-1磷酸緩沖溶液，1.0mL2%H2O2，1.0mL0.05mol·L-1愈創(chuàng)木酚和0.1mL酶液，3次重復(fù)。用722型分光光度計在470nm波長下測吸光度值變化， 30s讀1次，共讀6次。

過氧化氫酶活性測定：過氧化氫酶活性采用紫外吸收法測定。

多酚氧化酶活性：PPO采用鄰苯二酚比色法測定。

2.4數(shù)據(jù)處理與分析

運用MicrosoftExcel應(yīng)用程序和DPS數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)處理和分析。

3　結(jié)果和分析

3.1干旱脅迫中土壤水分含量的變化

表2　隨干旱脅迫土壤含水量的變化　%

從表2中可以看出，3個種土壤水分隨時間推移逐漸下降。試驗初期(正常水分狀態(tài))，忍冬土壤含水量為35.7%，圓柏為38.9%，而金葉蕕為36.6%。

方差分析表明，3種木本植物在試驗初期土壤水分含量差異不顯著。在干旱脅迫第5天，土壤含水量都下降，此時忍冬土壤含水量為25.1%，圓柏為34.1%，而金葉蕕為27.0%。圓柏下降幅度最小，可能與針葉樹種葉片耗水小有關(guān)。此時3個種土壤含水量差異顯著。干旱脅迫第10天，土壤含水量大幅度下降，忍冬、圓柏和金葉蕕的下降幅度分別達到73.5%、71.2%和72.2%。干旱脅迫第14天，忍冬、圓柏和金葉蕕土壤水分分別下降89.9%、86.0%和86.1%。此時土壤中可利用水分受到嚴(yán)重限制，直到干旱脅迫的第20天，3種綠化植物都出現(xiàn)嚴(yán)重萎蔫死亡癥狀。3種綠化植物土壤含水量從干旱的第10天開始，差異均不顯著(見表3)。

表3　3種綠化植物土壤含水量方差分析

3.23種木本植物過氧化氫酶活性的變化

圖1　過氧化氫酶活性變化

隨著干旱脅迫加劇，3種木本植物過氧化氫酶活性的變化如圖1。由圖1可知，3種植物過氧化氫酶活性的變化總體趨勢大致相同，在處理的第1～10天酶活性的變化緩慢，但都在下降，推測是對干旱脅迫處理的適應(yīng)。但處理的第10～20天酶活性變化劇烈，從第10～14天3種植物酶活性急速上升，并在14天時達到最大值，14～20天酶活性劇烈下降，推測可能是這段時間干旱處理程度加重，導(dǎo)致酶的承受能力達到極限。

過氧化氫酶能消除細胞內(nèi)過多的過氧化氫，維持其在一個比較低的水平，從而保護細胞膜的結(jié)構(gòu)。試驗表明，3個樹種的過氧化酶活性表現(xiàn)出與干旱脅迫的程度和時間相關(guān)的規(guī)律性變化，而且活性值都處于較高的水平，說明3個樹種的過氧化酶的抗氧化作用比較明顯，方差分析結(jié)果(P=0.954 7>0.05)表明，3種植物的酶活性變化差異不顯著。

3.33種木本植物過氧化物酶活性的變化

圖2　過氧化物酶活性變化

過氧化物酶普遍存在于植物組織中，是活性氧防御體系成分之一。其活性與植物的代謝強度及抗旱、抗病能力有一定的關(guān)系。3種植物的過氧化物酶活性的變化趨勢大致相同，從第1～14天都呈現(xiàn)緩慢上升的趨勢，但忍冬和金葉蕕的酶活性在第10～14天稍下降，14～20天3種植物的酶活性都急速上升。

過氧化物酶能消除細胞內(nèi)過多的過氧化物，使其維持在一個比較低的水平，從而保護細胞膜的結(jié)構(gòu)。3個樹種的過氧化物活性表現(xiàn)出與干旱脅迫的程度和時間相關(guān)的規(guī)律性變化，但酶活性值在干旱處理的第1～14天，一直維持在較低的水平，在干旱脅迫的后期，主要是干旱處理的第14～20天，過氧化物酶活性大量增加，說明3個樹種的過氧化物酶在嚴(yán)重干旱階段發(fā)揮其抗氧化作用明顯，方差分析結(jié)果(P=0.647 4>0.05)表明，3種植物的酶活性變化差異不顯著。

3.43種木本植物多酚氧化酶活性的變化

多酚氧化酶(PPO)是與植物體內(nèi)酚類物質(zhì)含量有著密切關(guān)系的一種酶，其活性直接影響植物內(nèi)酚類物質(zhì)的含量變化，為植物體內(nèi)酚類物質(zhì)代謝的參與酶。在正常水分條件下，3種綠化植物的多酚氧化酶活性大，且3種綠化植物變化不完全一致。干旱脅迫的第1～14天，3種綠化植物的酶活性變化趨勢基本相同，第1～5天多酚氧化酶活性有稍微下降，從5～14天酶活性緩慢上升，金葉蕕在干旱脅迫處理的14d，多酚氧化酶活性達到最大值，而后下降。而圓柏和忍冬從干旱處理的第5天到干旱處理的后期，一直保持平緩增加。

圖3　多酚氧化酶活性變化

4　結(jié)論

3種植物的過氧化氫酶、過氧化物酶和多酚氧化酶變化的趨勢大致相同，三者起著協(xié)同保護的作用，過氧化氫酶的活性遠高于過氧化物酶，說明過氧化氫酶在植物抗氧化前期的作用遠大于過氧化物酶，過氧化氫酶的活性開始下降時，過氧化物酶的活性卻開始上升，說明二者發(fā)揮主要作用的時間不同，過氧化物酶在重度干旱下發(fā)揮較大的作用。

綜合以上，3種植物在活性氧防御系統(tǒng)中，3種酶協(xié)同作用，但前期起主要作用的是過氧化物酶和多酚氧化酶，過氧化物酶起互補作用，在重度脅迫下發(fā)揮主要作用；金葉蕕的過氧化物酶和多酚氧化酶在同一時間出現(xiàn)峰值，說明金葉蕕的抗旱能力最低；而圓柏和忍冬過氧化物酶的峰值出現(xiàn)在過氧化物酶和多酚氧化酶之后，但忍冬2種酶的活性均高于圓柏，說明忍冬的抗旱能力高于圓柏。

EffectsofDroughtStressonActivityofEnzymeforThreeKindsofWoodyPlant

ZhangBao,LiYue,LiuShuangzhi,JiaoJian,LiYongqiang

(BureauofForestryinJianchangCounty,LiaoningProvince,Huludao118200,China)

Inordertostudyadaptationofplantondroughtstress,adoptingmanualsimulationdroughtstress,Caryopteris×dandonensis ‘worcesterGold’,Sabina chinensisandLonicera japonicaasmaterials,changesofactivitiesforcatalase,peroxidase&polyphenoloxidaseunderdroughttreatmentwereanalyzed.Resultshowsthatthegeneraltrendofchangesofactivitiesforcatalaseofthreekindsoflandscapingplantisapproximatelythesamewiththeexacerbateofdroughtstress;enzymeactivitydeclinesslowlyfromthefirsttothetenthdays.Enzymeactivitychangesseverelyfromthe10thtothe20thday;enzymeactivityofthreekindsoflandscapingplantrisesrapidlyduring10-14d,beingthemaximumvalueatthe14thday;enzymeactivitydroppedsignificantlyduring14-20d;changingtrendofactivitiesforcatalaseareapproximatelythesame,appearedupwardtrendofslowfluctuationsduring1-14d;enzymeactivityofthreekindsofplantrisesrapidlyduring14-20dandtheactivityofSabina chinensisisthehighest.Indefensesystemsofreactiveoxygen,threekindsofenzymesynergy,peroxidaseandpolyphenolplayamajorroleinprophase;theoxidase,whichplaysacomplementaryroleand,playamajorroleunderseverestress.

droughtstress;plant;activityofenzyme

1005-5215(2016)05-0061-03

2015-12-23

張寶(1987-)，男，河北衡水人，大學(xué)，助理工程師，現(xiàn)從事林業(yè)技術(shù)工作.

Q945.78

Adoi:10.13601/j.issn.1005-5215.2016.05.023