不同光照下外源茉莉酸類物質(zhì)對興安落葉松防御蛋白的影響1)

崔偉嬋 李霜雯 嚴(yán)善春

(東北林業(yè)大學(xué)，哈爾濱，150040)

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不同光照下外源茉莉酸類物質(zhì)對興安落葉松防御蛋白的影響1)

崔偉嬋 李霜雯 嚴(yán)善春

(東北林業(yè)大學(xué)，哈爾濱，150040)

為了探究光照和外源茉莉酸類物質(zhì)對興安落葉松(Larixgmelinii)防御蛋白的協(xié)同影響，借助自然光照和遮蔭處理，模擬林地自然環(huán)境中不同郁閉度下的光照條件。在不同的光照條件下，在落葉松盆栽苗上噴施茉莉酸(JA)和茉莉酸甲酯(MeJA)，以噴施蒸餾水為對照，測定落葉松針葉內(nèi)防御蛋白酶活性的變化。結(jié)果表明：遮蔭條件下，落葉松針葉內(nèi)防御蛋白活性均顯著高于自然光照下的(p<0.05)。超氧化物歧化酶(SOD)、苯丙氨酸解氨酶(PAL)和胰蛋白酶抑制劑(TI)活性在光照強度為自然光照的25%時達(dá)到最大值，過氧化物酶(POD)、多酚氧化酶(PPO)和胰凝乳蛋白酶抑制劑(CI)的活性均在50%光照強度下達(dá)到最大值。在相同光照條件下，噴施MeJA和JA后，SOD、PPO和PAL的活性均顯著高于對照(p<0.05)，POD與蛋白酶抑制劑CI和TI活性在相同光照條件下噴施誘導(dǎo)劑后，顯著低于對照(p<0.05)?？傮w來看，防御蛋白對MeJA的響應(yīng)強于JA。噴施MeJA和JA后，SOD和PAL在25% 自然光照下活性最大，PPO在50%自然光照下活性最大。表明不僅光照和MeJA、JA在單獨存在時影響落葉松防御蛋白的活性，而且在光照與MeJA或JA同時存在時對落葉松防御蛋白還存在交互影響。在遮蔭條件下噴施MeJA誘導(dǎo)效果優(yōu)于JA。在生產(chǎn)中適當(dāng)加大林分的郁閉度，適時噴施外源茉莉酸甲酯，能夠提升興安落葉松的化學(xué)防御能力，達(dá)到抵御害蟲危害的目的。

興安落葉松；誘導(dǎo)抗性；光照強度；茉莉酸；茉莉酸甲酯

In order to better understand the induced resistance in larch trees against insects, we studied the potential effect of jasmonic acid and methyl jasmonate on bio-activity of defensive proteins (induced resistance) inL.gmeliniiseedlings under the different light conditions. The activities of all the defensive proteins under a shaded condition were significantly higher than those at the natural light intensity (P<0.05). The activities of SOD, PAL and TI reached the highest values under the 25% natural light condition, while the activities of POD, PPO and CI reached the highest values at the 50% natural light intensity. After spraying MeJA and JA, the activities of SOD, PPO and PAL under the same light condition were significantly higher than those in CK, but POD, CI and TI were lower than those in CK. The responses from defensive proteins to MeJA were stronger than to JA. The protein activity was highest at the 25% light intensity for SOD and PAL, and at the 50% light intensity for PPO. Both two single factors (light and induce) and their synergistic interaction significantly influence the activity of defensive proteins. Thus, increasing the canopy density and spraying exogenous inducers simultaneously in practice might increase the induced resistance ofL.gmeliniitree against insect attack by increasing the activity levels of their defensive proteins.

興安落葉松(Larixgmelinii)是我國東北部一種耐寒、耐旱和生長迅速的用材樹種，具有重要的經(jīng)濟和生態(tài)價值。在興安落葉松的生長過程中，常遭受舞毒蛾(Lymantriadispar)、落葉松毛蟲(Dendrolimussuperans)等多種害蟲的危害，影響落葉松林健康生長。在植物與昆蟲共同進(jìn)化過程中，植物本身形成一套自己的防御系統(tǒng)，抵御昆蟲的危害[1-2]。植物在受到昆蟲傷害后，會產(chǎn)生誘導(dǎo)抗性[3]。人為將外源愈傷激素茉莉酸類化合物噴施在植物上，可以產(chǎn)生與昆蟲傷害類似的誘導(dǎo)作用，誘導(dǎo)植物產(chǎn)生各種化學(xué)防御反應(yīng)[4-6]。王杰等[7]研究發(fā)現(xiàn)，用外源茉莉酸局部噴施長白落葉松幼苗后，可系統(tǒng)誘導(dǎo)增強其防御蛋白的活性。用不同誘導(dǎo)因子處理落葉松(Larixgmelinii)，其防御物質(zhì)的變化存在一定差異[8-9]。

光照是生物生存的重要能量來源，對植物各個方面起著重要的作用，同樣也會影響植物誘導(dǎo)抗性的應(yīng)答反應(yīng)。魯藝芳等[10]研究發(fā)現(xiàn)，低光照強度能夠顯著提高落葉松針葉內(nèi)防御蛋白酶的活性，從而有效地提升其自主抗性。當(dāng)光照強度與外源茉莉酸類物質(zhì)同時作用時，對興安落葉松針葉內(nèi)防御蛋白活性將產(chǎn)生什么樣的影響？尚未見報道。本研究分析了在不同光照強度下，噴施茉莉酸(JA)和茉莉酸甲酯(MeJA)后，興安落葉松針葉內(nèi)防御蛋白酶活性的變化，探討2種因子的交互作用對興安落葉松誘導(dǎo)抗性的影響，為落葉松林的科學(xué)管理和害蟲防治奠定基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 樣地設(shè)置及對供試落葉松苗的處理

5月上旬，在黑龍江省平山林藥廠魚塘邊的空地上，選擇土壤條件一致、平整的3塊區(qū)域作為樣地，分別記為樣地A、B和C，每塊樣地面積為15 m×7 m。A樣地為100%自然光照(無遮蔭網(wǎng))，記為NS；B和C樣地各搭建一個遮蔭棚，B樣地光照強度為自然光照的50%，1層遮蔭網(wǎng)，記為NS1；C樣地光強度為自然光照的25%，2層遮蔭網(wǎng)，記為NS2，分別模擬林緣、林窗和林下3種不同光照環(huán)境，如圖1。光照強度采用TES-1335型數(shù)字照度計進(jìn)行測定。將4年生的興安落葉松樹苗栽植于塑料花盆中，花盆直徑為23 cm，高度為31 cm。在每塊樣地內(nèi)擺放300盆樹苗，分為3組，每100盆為1組；相鄰組的間距為1 m，用塑料布進(jìn)行隔離。待樹苗恢復(fù)生長1個月后，在3塊樣地的3組苗上，分別噴施蒸餾水和誘導(dǎo)劑0.01 mol·L-1JA、1 mmol·L-1MeJA，記為CK、JA和MeJA。落葉松苗的處理方法參照馮春富等[11]和孟昭軍等[12]。在每塊樣地隨機選取落葉松苗采集針葉，每5株為1個重復(fù)，重復(fù)3次。將采集的針葉置于夾鏈袋內(nèi)，標(biāo)記編號，放在冰盒中，帶回實驗室，-20 ℃低溫保存，待測。

圖1 試驗樣地A、B、C設(shè)計示意圖

1.2 防御蛋白活性的測定方法

1.2.1 保護(hù)酶活性測定

取1 g新鮮針葉樣品置于研缽中，在液氮充分冷凍下碾碎。超氧化物歧化酶(SOD)活性測定用氮藍(lán)四唑染色法和過氧化氫氧化法[13]。過氧化物酶(POD)活性測定用愈創(chuàng)木酚法[14]，并略作改動。測定酶活性時，加入SOD與POD酶液量均為1 mL。

1.2.2 防御酶活性測定

取1 g新鮮針葉樣品置于研缽中，在液氮充分冷凍下碾碎。多酚氧化酶(PPO)活性測定用咖啡酸比色法[15]。苯丙氨酸解氨酶(PAL)活性測定參照Zong et al.[16]的苯丙氨酸比色法。酶活性測定時，PPO與PAL加入酶液量分別為0.3、0.2 mL。

1.2.3 蛋白酶抑制劑活性測定

胰蛋白酶抑制劑(TI)和胰凝乳蛋白酶抑制劑(CI)活性測定方法分別參考張健等[17]的方法，并略作改動。分別取TI酶液120 μL，CI酶液50 μL，分別與80 μL酶抑制劑混合，進(jìn)行酶活性測定。TI在256 nm處測定其OD值，CI在253 nm處測定其OD值。

1.3 數(shù)據(jù)處理

運用GraphPad Prism與SPSS 18.0軟件，采用單因變量多因素方差分析不同光照強度、藥劑處理對落葉松針葉內(nèi)保護(hù)酶、防御酶和蛋白酶抑制劑活性的影響，以LSD(最小顯著法)和Duncan在95%置信區(qū)間下檢驗不同處理之間的差異顯著性。

2 結(jié)果與分析

2.1 光照強度與茉莉酸類化合物對興安落葉松針葉中主要防御蛋白活性的主效應(yīng)

由表1可見，光照強度和誘導(dǎo)劑對POD、TI和CI的活性均有極顯著影響(p<0.01)，對SOD、PAL的活性具有顯著影響(p<0.05)，對PPO的活性影響不顯著；光照強度與誘導(dǎo)劑這2個因素協(xié)同作用對POD和TI均有極顯著影響(p<0.01)，對CI有顯著影響(p<0.05)，說明這2個因素之間存在交互作用。

表1 影響興安落葉松針葉中主要防御蛋白活性變化的主效應(yīng)

2.2 光照強度與茉莉酸類化合物對興安落葉松針葉內(nèi)防御酶活性的協(xié)同影響

2.2.1 對保護(hù)酶活性的影響

在相同誘導(dǎo)劑下，SOD活性隨著光照強度的減弱而提高，在遮蔭條件下NS1、NS2顯著高于自然光照NS(p<0.05)，NS2高于NS1，但差異不顯著；POD活性則在NS1條件下達(dá)到最大值(表2)。在光照強度相同時，與對照組(CK)相比，JA和MeJA均顯著誘導(dǎo)增強了落葉松針葉內(nèi)SOD活性，而POD活性顯著降低(p<0.05)。說明在遮蔭環(huán)境下噴施誘導(dǎo)劑，可以誘導(dǎo)SOD的形成，且MeJA誘導(dǎo)效果優(yōu)于JA誘導(dǎo)效果。

表2 不同光照強度下噴施茉莉酸類物質(zhì)對興安落葉松針葉內(nèi)保護(hù)酶活性的影響

注：表中數(shù)據(jù)為平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤。數(shù)據(jù)后不同大寫字母表示相同光照條件下不同茉莉酸類物質(zhì)處理后落葉松針葉內(nèi)保護(hù)酶活性之間差異顯著(p<0.05)；不同小寫字母表示相同茉莉酸類物質(zhì)不同光照強度下落葉松針葉內(nèi)保護(hù)酶活性之間差異顯著(p<0.05)。

2.2.2 對防御酶活性的影響

在相同誘導(dǎo)劑下，PPO活性在NS1條件下達(dá)到最大值；PAL活性隨著光照強度的減弱而增強，但差異并不顯著(表3)。在相同光照條件下，與CK相比，JA和MeJA均顯著誘導(dǎo)增強了PPO和PAL活性(p<0.05)，說明在遮蔭條件下，噴施MeJA和JA均能誘導(dǎo)增強PPO和PAL的活性，且MeJA的誘導(dǎo)效果優(yōu)于JA。

表3 不同光照強度下噴施茉莉酸類物質(zhì)對興安落葉松針葉內(nèi)防御酶活性的影響

注：表中數(shù)據(jù)為平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤。數(shù)據(jù)后不同大寫字母表示相同光照條件下不同茉莉酸類物質(zhì)處理后落葉松針葉內(nèi)防御酶活性之間差異顯著(p<0.05)；不同小寫字母表示相同茉莉酸類物質(zhì)不同光照強度下落葉松針葉內(nèi)防御酶活性之間差異顯著(p<0.05)。

2.2.3 對蛋白酶抑制劑活性的影響

在相同誘導(dǎo)劑下，隨著光強度減弱，處理組興安落葉松針葉內(nèi)TI活性顯著增強，且差異均顯著(p<0.05)；CI活性NS1、NS2顯著高于NS，在NS1條件下達(dá)到最大值(表4)。在相同光照條件下，與CK相比，誘導(dǎo)均降低或顯著降低了CI和TI活性(p<0.05)，且MeJA誘導(dǎo)處理的酶活性顯著低于JA(p<0.05)。說明，JA和MeJA抑制了TI和CI酶的形成，且MeJA抑制效果強于JA。

表4 不同光照強度下噴施茉莉酸類物質(zhì)對興安落葉松針葉內(nèi)蛋白酶抑制劑活性的影響

注：表中數(shù)據(jù)為平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤。數(shù)據(jù)后不同大寫字母表示相同光照條件下不同茉莉酸類物質(zhì)處理后落葉松針葉內(nèi)蛋白酶抑制劑活性之間差異顯著(p<0.05)；不同小寫字母表示相同茉莉酸類物質(zhì)不同光照強度下落葉松針葉內(nèi)蛋白酶抑制劑活性之間差異顯著(p<0.05)。

3 結(jié)論與討論

光照強度的改變會影響植物的化學(xué)防御體系，使其抗性發(fā)生變化。魯藝芳等研究發(fā)現(xiàn)，遮蔭處理組的興安落葉松葉內(nèi)防御蛋白活性均顯著高于未遮陰處理組[9]；遮蔭處理后的興安檜葉內(nèi)保護(hù)酶活性亦均顯著高于對照組[18]，與本研究結(jié)果一致。

外源JA或MeJA能誘導(dǎo)植物增強抗性，使植物有效地抵御害蟲危害。據(jù)研究報道，外源JA或MeJA可以促進(jìn)番茄(Lycopersiconesculentum)、茶樹(Camelliasinensis)、馬鈴薯(Solanumtuberosum)、水稻(Oryzasativa)、煙草(Nicotianatabacum)和棉花(Gossypiumspp.)幼苗等植株對昆蟲的抗性[19-24]。本研究結(jié)果顯示，在遮蔭條件下，噴施JA和MeJA能誘導(dǎo)增強落葉松針葉內(nèi)SOD、PPO和PAL的活性，且MeJA誘導(dǎo)效果優(yōu)于JA；而對POD、TI和CI的活性卻表現(xiàn)為誘導(dǎo)抑制作用。不同光照強度與外源JA和MeJA對興安落葉松體內(nèi)防御蛋白活性存在交互作用，而且在這2個因子交互作用下的興安落葉松顯著干擾了舞毒蛾的排毒代謝酶的活性(另文發(fā)表)。因此，在生產(chǎn)實踐中，可以通過營林措施適當(dāng)提高造林密度，加大落葉松林分郁閉度，增強林木自身的防御能力；在蟲害暴發(fā)前，在落葉松上適當(dāng)噴施茉莉酸甲酯來誘導(dǎo)增強其抗蟲性，達(dá)到抵御害蟲危害的目的。

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Effects of Exogenous Jasmonic Acid and Methyl Jasmonate on the Defensive Proteins ofLarixgmeliniiunder Different Light Conditions//

Cui Weichan, Li Shuangwen, Yan Shanchun

(Northeast Forestry University, Harbin 150040, P. R. China)//Journal of Northeast Forestry University，2016,44(9)：78-81.

Larixgmelinii; Induced resistance; Light intensities; Jasmonic acid; Methyl jasmonate

崔偉嬋，女，1991年6月生，東北林業(yè)大學(xué)林學(xué)院，碩士研究生。E-mail：cuiweichandoudou@126.com。

嚴(yán)善春，東北林業(yè)大學(xué)林學(xué)院，教授。E-mail：yanshanchun@126.com。

2016年 5月5日。

S763.712;S763.22

1)國家公益性行業(yè)科研專項(200904021)。

責(zé)任編輯：程 紅。