切根對側柏實生苗抗氧化酶和滲透調節物質的影響

楊果果，劉偉超，范貝貝，裴丙，楊喜田

(河南農業大學林學院，河南鄭州450002)

切根對側柏實生苗抗氧化酶和滲透調節物質的影響

楊果果，劉偉超，范貝貝，裴丙，楊喜田*

(河南農業大學林學院，河南鄭州450002)

為探究側柏根系受到傷害后，其抗氧化酶系統、滲透調節物質等在短期內的應激變化，采用水培試驗方法，以切根作為脅迫因子，設置1/2切根、1/3切根、1/4切根和不切根(對照)等4種處理，研究側柏水培苗的抗氧化酶活性及丙二醛、可溶性糖、可溶性蛋白含量等生理生化指標對切根的響應。結果顯示:在切根處理4 h時SOD活性均比對照組高，隨著切根時間的延長，1/2和1/3切根組SOD活性出現下降趨勢，1/4切根組SOD活性先升高后降低，1/2切根組和1/4切根組的POD、CAT活性先升高后降低，而1/3切根組則持續升高。MDA含量在1/2切根和1/4切根條件下隨著切根處理時間的延長呈現先升高后降低趨勢，而1/3切根組持續上升。切根組的可溶性蛋白含量高于對照組，可溶性糖含量正好相反。表明經1/3切根、1/4切根處理后側柏水培苗能夠在短期內通過提高自身的保護酶活性、增加可溶性蛋白含量等來消除切根的傷害，從而表現出較強的抗逆性;而在1/2切根條件下，側柏水培苗自我修復能力喪失，導致保護酶活性在后期均迅速下降。

切根;抗氧化酶;滲透調節物質;側柏

在植被恢復過程中，以植苗造林為主的人工恢復在我國得到了廣泛的應用和研究。據統計，我國人工林保存面積為6 168.84萬hm2，居世界首位。在植苗造林過程中，移栽苗在移栽過程中根系最容易受到傷害，這將嚴重影響苗木根系質量和造林效果。因此，在移栽過程中須考慮切根或斷根這一因素，才能正確推斷未來立地條件下植物的生理生態過程。近年來，很多研究者通過不同切根比例模擬根系受傷害程度，發現通過適當切根手段可以促進側根發育，降低苗木的高生長，增加根系整體活力和苗木成活率，最終提高造林效果［1-2］，但是苗木切根后的抗氧化酶系統、滲透調節物質等生理指標變化探究較為少見。

抗氧化酶主要包括超氧化物歧化酶(SOD)、過氧化物酶(POD)、過氧化氫酶(CAT)等，是植物活性氧清除系統中的重要酶，能夠維持活性氧自由基產生與清除系統的平衡［3］。目前，國內外學者對植物在養分、溫度、水分、氧、培養條件等環境脅迫下的抗性生理和抗逆能力等已經開展了大量研究，在以上脅迫條件下均能通過抗氧化酶活性和滲透調節物質來消除逆境脅迫對苗木的傷害［3-8］。但是關于切根這一脅迫因子與林木的抗氧化酶系統、滲透調節物質等變化的關系研究較少見，李絮花［9］在返青期對冬小麥斷根處理研究發現，斷根處理的冬小麥根系和旗葉中的SOD、POD、CAT活性與對照組相比均有所升高，丙二醛(MDA)含量則相反。李永衛等［10］研究發現，適當斷根也可以增加百子蓮中可溶性糖和可溶性蛋白的含量，卻未對抗氧化酶系統、滲透調節物質等在短期內對切根的應激變化進行研究。

側柏(Platycladus orientalis)是常綠喬木，在我國分布廣泛，其適應性強、耐干旱瘠薄、成活率高，是我國常用的造林和荒山綠化樹種［11］，在發展地方經濟、保護生態平衡等方面發揮著巨大的作用，所以研究其抗氧化酶系統、滲透調節物質等抗逆性相關生理指標尤其重要。鑒于此，以側柏水培苗為研究對象，以切根為脅迫因子，人工模擬根系移栽受到的傷害，研究側柏的生理生化指標對不同切根比例的響應，探索切根對苗木成活的影響機制，為今后營造林理論體系研究提供依據。

1 材料和方法

1.1 試驗設計

供試樹種為北方常用造林樹種側柏種子，將側柏種子(種子來源于河南省濟源市林業局，發芽率為85%，千粒質量為24 g)放于23℃的黑暗條件下的培養箱中進行催芽，待種子露白后放于含有水的自制植物根系發育培養裝置中，繼續在23℃的黑暗條件下的培養箱里培養，待種子長出2片真葉，在植物根系發育培養裝置中加入營養液(配方如表1)，放在23℃的培養箱(光照時間10 h、光照強度12 000 lx)中，培養一段時間后，選擇健壯且長勢一致的幼苗，分別按照1/2、1/3和1/4的比例進行主根切斷處理，將全根組作為對照(CK)，每組設置3個重復。切根處理4、12、24、36 h時，分別對不同切根處理幼苗的整株進行取樣，每一次取樣均為破壞性處理。取過的樣品用錫箔紙包好，放入液氮罐中10～15 min，然后放入－60℃的低溫冰箱中保存待測。切根處理后4、12、24、36 h測定整株的SOD、POD、CAT活性和MDA含量，處理后36 h測定可溶性糖和可溶性蛋白含量。

表1 培養營養液組成

1.2 測定指標和方法

SOD活性采用氯化硝基四氮唑藍(NBT)光化還原法測定，POD活性采用愈創木酚顯色法測定，CAT活性采用紫外吸收法測定［12］，MDA含量采用硫代巴比妥酸比色法測定，可溶性糖含量采用苯酚法測定［13］，可溶性蛋白含量采用考馬斯亮藍法測定［14］。

1.3 數據統計分析

采用Excel 2013進行數據整理和圖表繪制;采用SPSS 19.0軟件進行單因素方差分析(ANOVA)和多重分析，檢驗不同時期不同切根處理的生理生化指標的差異顯著性。

2 結果與分析

2.1 切根對側柏實生苗抗氧化酶活性的影響

從圖1可以看出，4種處理側柏SOD活性在整體上差異性不顯著，切根處理4 h時切根組SOD活性均略微高于對照組，隨著切根處理時間的延長，1/2、1/3切根組的SOD活性呈現下降趨勢，且1/2切根組的下降速率比1/3切根組快，1/4切根組和對照組SOD活性先升高后降低，且1/4切根組在切根處理12 h時達到最大值，對照組的變化基本上不明顯。

圖1 不同切根處理的側柏實生苗抗氧化酶活性和MDA含量變化

與對照組相比，切根組的POD活性發生了一定變化，在切根處理4、12 h時切根組的POD活性均比對照組低，其中在切根處理4 h時POD活性表現為1/4切根組＞1/3切根組＞1/2切根組，在切根處理12 h時以1/2切根組最高;在切根處理24 h時POD活性表現為1/4切根組＞對照組＞1/3切根組＞1/2切根組;在切根處理36 h時對照組和1/3切根組的POD活性高于1/2、1/4切根組。1/2切根組POD活性隨著切根處理時間的延長顯著升高(P＜0.05)，在12 h達到最大值，然后顯著下降(P＜0.05);1/3切根組POD活性整體上呈現上升趨勢，其上升較為平穩且變幅較小;1/4切根組POD活性先升高，至切根處理24 h時POD活性最高，在36 h時顯著下降(P＜0.05)。

對照組側柏CAT活性在切根處理4 h時均高于切根組，在切根處理12、24 h時以1/4切根組的CAT活性最高;在切根處理36 h時以1/3切根組最高;1/2切根組CAT活性總體上低于其他處理組，CAT活性隨著切根處理時間的延長先平穩上升，在切根處理24 h之后顯著下降(P＜0.05)，在切根處理36 h變化幅度又變小;1/3切根組CAT活性隨著切根處理時間的延長整體上呈現較為平穩的上升趨勢;1/4切根組的CAT活性在切根處理12 h迅速升高，之后逐漸下降。

2.2 切根對側柏實生苗MDA含量的影響

由圖1可知，與對照組相比，切根組的MDA含量總體上出現了升高趨勢，1/2切根組MDA含量隨著切根處理時間的延長先快速升高到9.765 nmol/g，在切根處理36 h時顯著降低到2.97 nmol/g(P＜0.05)，1/3切根組在切根處理4～24 h MDA含量呈現較為平穩的上升趨勢，在切根處理36 h時MDA含量顯著上升到12.95 nmol/g(P＜0.05);1/4切根組在切根處理4～12 h MDA含量降低，之后升高，在切根處理36 h時又出現降低。在整個切根脅迫期間，1/3切根組的MDA含量均高于相同時間其他處理組，1/2切根組在切根處理4、36 h時顯著低于其他處理組(P＜0.05)。

2.3 切根對側柏實生苗滲透調節物質含量的影響

可溶性糖是比較理想的滲透調節物質，可以緩解逆境對膜系統的傷害。由圖2可知，與對照組相比，切根組的可溶性糖含量均顯著性降低(P＜ 0.05)，1/2切根組、1/3切根組、1/4切根組的可溶性糖含量分別比對照組降低35.90%、23.17%、45.07%?？扇苄缘鞍资侵缚梢匀苡谒蚱渌軇┑男》肿訝顟B蛋白質，吸水性很強，有助于提高細胞內的束縛水含量。1/2切根組、1/3切根組、1/4切根組的可溶性蛋白含量比對照組分別升高了0.98%、18.21%、2.94%，其中以1/3切根組的升高程度最為顯著(P＜0.05)。

圖2 不同切根處理的側柏實生苗可溶性糖和可溶性蛋白含量變化

3 結論與討論

植物在受到脅迫傷害后，體內會產生大量活性氧，而這類物質會嚴重影響植物的生長發育，植物同時存在清除活性氧的抗氧化酶，來控制植物體內活性氧的水平［12］，這是由于植物細胞內產生的超氧自由基在SOD的催化下，歧化為H2O2和O2，H2O2在CAT和POD的催化下，歧化為O2和H2O［13］。本試驗選取切根后4、12、24、36 h的側柏苗研究其短期的應激過程，發現1/2和1/4切根組POD、CAT活性先升高后降低，而1/3切根組整體上呈上升趨勢; SOD活性在4 h時均比對照組高，之后1/2和1/3切根組呈下降趨勢，1/4切根組先升高后降低，可能是側柏苗在受到切根傷害后，體內迅速產生了大量活性氧，通過增加抗氧化酶活性，以消除側柏苗體內過多的活性氧，表明抗氧化酶在側柏苗應答切根脅迫的生理過程中扮演著重要角色，在植物受到切根傷害后，能夠及時啟動應急的抗氧化系統，清除多余的活性氧［14］，降低植物細胞的膜脂過氧化的程度，從而增強植物抗逆性。而1/2切根組的抗氧化酶在24 h后迅速下降，且均低于其他組，這可能是切根過多破壞了側柏苗的抗氧化酶系統，自我修復能力喪失。

MDA含量代表膜脂過氧化的程度，可以間接反映植物細胞損傷程度［15］。植物在逆境脅迫下，MDA含量均有一定程度的增加［16-18］。本研究發現，當側柏苗受到切根傷害后，和對照組相比，切根組前期MDA含量有所增加，說明側柏苗受到切根脅迫因子的傷害后，細胞膜發生了過氧化作用而受到損傷，不同切根處理的膜脂損傷程度也不相同。但隨著切根處理時間的延長，后期1/4和1/2切根組MDA含量表現降低的趨勢，而1/3切根組持續升高。周廣等［19］研究發現，活性氧的增加加重了膜脂過氧化作用，致使MDA含量升高。說明側柏苗通過提高自身抗氧化酶活性清除活性氧，減少植物細胞MDA的產生，增強對切根的適應能力。

可溶性糖可為其他有機物的合成提供碳架和能量，維持細胞膜和原生質體的穩定性［20］。李永衛等［10］研究表明，適度斷根有利于百子蓮體內可溶性糖的合成與積累，本研究結果與其相反。本研究發現，切根后側柏苗內的可溶性糖含量降低，表明其對切根脅迫下的側柏苗的滲透調節作用貢獻不大，這可能是由于切根脅迫使體內細胞呼吸作用增強和光合作用衰竭所致［21］。研究發現，切根后側柏苗內的可溶性蛋白含量增加，這可能是由于側柏苗切根處理后，短期內主根減少，吸水量減少，側柏苗通過增加體內可溶性蛋白含量來提高細胞內的束縛水含量，調節細胞液濃度，從而維持細胞膨壓，防止原生質過度脫水，為植物正常生命活動創造條件［22］。韓志平等［7］研究也發現，西瓜在受到鹽脅迫時通過增加可溶性蛋白含量來維持植物體內水分平衡。但是當切根過多時，破壞了植物的正常生理活動，導致1/2切根組可溶性蛋白含量低于1/3和1/4切根組。

本試驗主要研究了不同時期、不同切根處理側柏水培苗的抗氧化酶活性以及相關指標的變化，以探究植物在接受到切根這種傷害脅迫信號后，在短期內如何通過抗氧化酶系統來調節植物的生長發育。結果表明，與對照組相比，1/3和1/4切根組能通過提高抗氧化酶活性來保護自身免受傷害，同時切根通過增加側柏苗中可溶性蛋白含量來調節植物細胞的代謝，其中在切根組中以1/3切根組表現出的修復能力和抗逆性最好;而在1/2切根條件下，側柏水培苗自我修復能力喪失，體內代謝紊亂，導致SOD、POD、CAT活性在后期均迅速下降。此外，在切根脅迫條件下，各種抗氧化酶活性以及相關生理生化指標的消長與平衡之間的復雜關系，還需進一步的探討和研究。

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Effects of Root-cutting on Antioxidant Enzyme System and Osmotic Adjustment Substances of Platycladus orientalis

YANG Guoguo，LIU Weichao，FAN Beibei，PEI Bing，YANG Xitian*
(College of Forestry，Henan Agricultural University，Zhengzhou 450002，China)

In order to study the changes of antioxidant enzyme system and osmotic adjustment substances under short-term stress in the root of Platycladus orientalis after being injured，in this paper，the water culture method was used to measure the relations between the root-cutting［as a stressing factor，setting four treatments including 1/2，1/3，1/4 roots to be cut and uncut(CK)］and physiological and biochemical indexes such as antioxidase activities，malondialdehyde(MDA)，soluble sugar and soluble protein contents.The experimental results showed that SOD activities of the root-cutting groups were higher than that of uncut group at 4 h.Along with the prolonging of treatment time，the SOD activities of 1/2 and 1/3 rootcutting groups decreased，the SOD activity of 1/4 root-cutting group first increased and then decreased，POD activities and CAT activities of 1/2 and 1/4 root-cutting groups increased first and then decreased，but the 1/3 root-cutting group increased continuously.Along with the prolonging of treatment time，MDA contents of 1/2 and 1/4 root-cutting groups increased firstly and then decreased，but the 1/3 root-cutting group increased continuously.The contents of soluble protein of the root-cutting groups were higher than that of uncutgroup，but soluble sugar content was opposite.The results showed that Platycladus orientalis of 1/3 and 1/4 root-cutting groups could enhance activities of protective enzymes and increase contents ofsoluble protein to avoid the injury of cutting root to the seedlings in short term，and displayed stronger resistance to stress，but under the treatment of 1/2 root-cutting，Platycladus orientalis seedlings lost ability of self-repairing，which resulted in the rapid decrease of activities of protective enzymes.

root-cutting;antioxidant enzymes;osmotic adjustment substances;Platycladus orientalis

S791.38

A

1004－3268(2017)07－0092－05

2017－01－19

國家自然科學基金項目(31570613)

楊果果(1989－)，女，河南永城人，在讀碩士研究生，研究方向:植被恢復。E－mail:yangggeco@163.com

*通訊作者:楊喜田(1965－)，男，河南長垣人，教授，博士，主要從事植被恢復研究。E－mail:xitianyang@aliyun.com