王靜　張俠　陳世華等

摘要：為探討蘆葦（Phragmites communis）對(duì)逆境環(huán)境的適應(yīng)機(jī)制。采用盆栽試驗(yàn)法，對(duì)蘆葦幼苗進(jìn)行NaCl和Cd2+脅迫處理，測(cè)定其丙二醛（MDA）含量、抗氧化酶活性以及可溶性糖含量等生理指標(biāo)。結(jié)果表明：300 mmol/L NaCl處理時(shí)，蘆葦幼苗的MDA含量隨處理時(shí)間的延長(zhǎng)雖有所下降，但與對(duì)照相比，都呈現(xiàn)增加趨勢(shì)，抗壞血酸過(guò)氧化物酶（APX）、超氧化物歧化酶（SOD）、過(guò)氧化氫酶（CAT）的酶活性都隨處理時(shí)間的延長(zhǎng)逐漸升高，過(guò)氧化物酶（POD）先升高后下降，但仍高于對(duì)照組?？扇苄蕴呛可仙?；而500 μmol/L Cd2+處理下，MDA含量與對(duì)照相比同樣呈現(xiàn)增加趨勢(shì)，但APX、POD、CAT活性呈先升高后降低趨勢(shì)，SOD活性逐漸下降，可溶性糖含量緩慢增加。2種逆境脅迫下蘆葦生理特性的差異，預(yù)示著在蘆葦體內(nèi)可能存在不同的抗逆機(jī)制。

關(guān)鍵詞：蘆葦；幼苗；脅迫；抗氧化酶活性；抗逆機(jī)制

中圖分類號(hào)： Q945.78 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

文章編號(hào)：1002-1302（2015）03-0327-03

自然界中有很多的環(huán)境因子會(huì)影響到植物正常的生長(zhǎng)發(fā)育，如干旱、鹽漬、高低溫、重金屬等，其中鹽漬和重金屬是最為普遍的2種脅迫因子。鹽漬是限制植物生長(zhǎng)的主要環(huán)境因素之一[1]，鹽脅迫不可避免地誘導(dǎo)了活性氧（ROS）的產(chǎn)生，例如超氧陰離子（ O-2[KG-*2]· ）、過(guò)氧化氫（H2O2）和羥自由基（OH），而產(chǎn)生的活性氧又可以通過(guò)細(xì)胞內(nèi)的酶促和非酶促系統(tǒng)被清除[2]。酶促抗氧化系統(tǒng)為植物體提供了高效而專一的活性氧清除體系，抗氧化酶主要包括超氧化物歧化酶（SOD）、過(guò)氧化氫酶（CAT）、過(guò)氧化物酶（POD）、谷胱甘肽過(guò)氧化物酶（GR）、抗壞血酸過(guò)氧化物酶（APX）等。在鹽脅迫下，植物體內(nèi)SOD等酶的活性與植物的抗氧化脅迫能力呈正相關(guān)，而且與非鹽生植物相比，鹽生植物SOD、CAT、POD活性更高，能更有效地清除活性氧，阻抑膜脂過(guò)氧化[3]。例如，鹽處理使耐鹽大米栽培種幼苗根中CAT活性增強(qiáng)，而鹽敏感大米栽培種幼苗根中CAT活性下降[4]。同樣，NaCl處理使耐鹽谷子幼苗中總SOD活性隨鹽濃度升高而逐漸升高，而鹽敏感幼苗中總SOD活性逐漸下降[5]。

鎘（Cd）是環(huán)境中一種非常常見的有毒重金屬元素，它雖然不是植物生長(zhǎng)發(fā)育的必需營(yíng)養(yǎng)元素，但卻極易被植物吸收、積累，從而影響植物的生長(zhǎng)發(fā)育。研究發(fā)現(xiàn)，Cd2+影響煙草葉綠素含量及抗氧化酶系統(tǒng)，造成CAT活性逐漸減小，SOD活性先升后降，POD活性則逐漸增加[6]。隨著Cd2+濃度升高和毒害時(shí)間延長(zhǎng)，玉米幼苗SOD、CAT活性降低，POD活性增強(qiáng)，蛋白質(zhì)含量下降，膜脂過(guò)氧化作用加劇，質(zhì)膜透性增大，幼苗的生長(zhǎng)受到抑制[7]。

蘆葦（Phragmites communis）是禾本科蘆葦屬多年生高大直立草本植物，是世界廣布的重要濕地物種，多生長(zhǎng)在灌溉溝渠旁、河堤沼澤地等低濕地或淺水中，具有廣泛的適應(yīng)性及形態(tài)變異，并有極高的生態(tài)學(xué)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)學(xué)價(jià)值。蘆葦適應(yīng)能力較強(qiáng)、繁殖迅速，抗逆性強(qiáng)，而且蘆葦對(duì)重金屬有著出色的抗性和富集能力[8]，是研究植物抗逆機(jī)理的理想材料[2]。但目前鹽漬和重金屬鎘2種不同脅迫下蘆葦生理生化指標(biāo)變化情況未見詳細(xì)報(bào)道。因此本試驗(yàn)以蘆葦為試驗(yàn)材料，對(duì)鹽處理和重金屬鎘處理下蘆葦幼苗抗氧化系統(tǒng)的變化進(jìn)行研究，探討2種脅迫對(duì)丙二醛含量、超氧化物歧化酶（SOD）、過(guò)氧化氫酶（CAT）、過(guò)氧化物酶（POD）、抗壞血酸過(guò)氧化物酶（APX）以及可溶性糖含量的影響，以期為蘆葦?shù)哪婢趁{迫生理機(jī)制研究提供理論依據(jù)，同時(shí)也為后期研究其抗逆的分子機(jī)制提供參考。

1 材料與方法

1.1 植物材料

蘆葦種子于2012年10月采于山東煙臺(tái)海濱，次年6月播種，將蘆葦種子均勻地撒在裝有培養(yǎng)基的大盆中，培養(yǎng)基成分為營(yíng)養(yǎng)土 ∶蛭石 ∶珍珠巖=1 ∶1 ∶1，于溫室中培養(yǎng)，溫度為25 ℃，光照時(shí)間10～12 h/d。待到幼苗長(zhǎng)至4～5張真葉時(shí)，選擇生活力強(qiáng)且大小均一的植株移栽到裝有培養(yǎng)基的小盆中，每盆5株，繼續(xù)培養(yǎng)，待株高約20 cm左右，進(jìn)行脅迫處理。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

NaCl脅迫處理采用300 mmol/L NaCl溶液澆灌，鎘脅迫處理采用500 μmol/L CdCl2溶液澆灌；處理時(shí)間分別為0、12、24、48、72、96 h，每個(gè)處理重復(fù)3次。

1.3 測(cè)定方法

丙二醛含量用硫代巴比妥酸法[9]測(cè)定，APX活性采用過(guò)氧化氫紫外分光光度法[10]測(cè)定，CAT活性用高錳酸鉀滴定法[11]測(cè)定，POD活性參照李合生的愈創(chuàng)木酚法[12]測(cè)定，SOD活性用氮藍(lán)四唑光還原法[11]測(cè)定，可溶性糖含量用蒽酮比色法測(cè)定[11] 。

1.4 數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)采用Excel 2003進(jìn)行處理，利用t-test進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，P<0.05時(shí)差異顯著。

2 結(jié)果與分析

2.1 NaCl和鎘脅迫對(duì)蘆葦幼苗丙二醛（MDA）含量的影響

在逆境脅迫下，植物體內(nèi)不可避免會(huì)產(chǎn)生過(guò)量的活性氧，活性氧的積累會(huì)誘導(dǎo)膜質(zhì)過(guò)氧化，丙二醛是膜質(zhì)過(guò)氧化最重要的產(chǎn)物之一，因此可以通過(guò)測(cè)定丙二醛含量的多少來(lái)了解膜質(zhì)過(guò)氧化的程度，從而可以間接測(cè)定膜系統(tǒng)受損傷的程度以及植物的抗逆性[13]。由圖1可知，在300 mmol/L NaCl脅迫處理下，蘆葦幼苗MDA含量先升高，達(dá)到最大值后又開始緩慢下降，但仍比對(duì)照有所增加，在12 h時(shí)達(dá)到最大值，與對(duì)照組相比增加了102%，差異極顯著。在500 μmol/L CdCl2處理下，MDA含量變化基本呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，在48 h時(shí)達(dá)到最大值，與對(duì)照組相比增加了48%。與NaCl處理相比，Cd2+脅迫下葉片MDA含量增加的幅度要小得多。endprint

2.2 NaCl和鎘脅迫對(duì)蘆葦幼苗抗氧化酶活性的影響

植物體內(nèi)酶促保護(hù)系統(tǒng)中的SOD、POD、CAT、APX對(duì)清除植物體內(nèi)產(chǎn)生的活性氧具有至關(guān)重要的作用。SOD可以將超氧化物歧化為基態(tài)氧和H2O2，而H2O2的清除又可以在POD、CAT、APX等的協(xié)同作用下共同完成。這些復(fù)雜的過(guò)氧化和抗氧化系統(tǒng)共同控制著細(xì)胞內(nèi)的氧化還原平衡，從而保護(hù)細(xì)胞，維持植物正常的生長(zhǎng)代謝。由圖2可以看出，在 300 mmol/L NaCl脅迫處理下，蘆葦幼苗的APX、SOD、CAT酶活性總體上隨處理時(shí)間延長(zhǎng)逐漸升高，POD則是先升高后又有所下降，但仍高于對(duì)照組。在處理96 h后，SOD活性比對(duì)照組增加了134%，POD活性比對(duì)照組增加了266%。在500 μmol/L CdCl2處理下，APX、CAT、POD活性隨處理時(shí)間延長(zhǎng)基本呈現(xiàn)出先升高再下降的趨勢(shì)。APX活性在72 h達(dá)到最大值，與對(duì)照相比增加了31%；CAT、POD活性都在48 h達(dá)到最大值，與對(duì)照相比分別增加了53%、82%。SOD的活性卻逐漸下降。

2.3 NaCl和鎘脅迫對(duì)蘆葦幼苗可溶性糖含量的影響

在逆境脅迫下，植物細(xì)胞會(huì)主動(dòng)積累一些滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，從而提高細(xì)胞內(nèi)溶質(zhì)的濃度，降低水勢(shì)?？扇苄蕴亲鳛槎喾N植物的主要滲透調(diào)節(jié)劑，也是合成其他有機(jī)溶質(zhì)的碳架和能量來(lái)源，對(duì)細(xì)胞膜和原生質(zhì)膠體起穩(wěn)定作用[14]。由圖3可以看出，在300 mmol/L NaCl脅迫處理下，蘆葦幼苗可溶性糖含量隨處理時(shí)間延長(zhǎng)而增加，在處理96 h后，可溶性糖含量比對(duì)照組增加了191%。而在500 μmol/L Cd2+脅迫處理下，可溶性糖含量的變化也呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，24 h達(dá)到最大值，與對(duì)照組相比增加了169%，差異極顯著；之后可溶性糖含量略有下降，但仍比對(duì)照組有所增加。推測(cè)可溶性糖是蘆葦在逆境脅迫下重要的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)之一，脅迫處理下其含量增高，有助于植物細(xì)胞維持其滲透勢(shì)。

3 結(jié)論與討論

在逆境環(huán)境下，植物體內(nèi)各項(xiàng)生理生化指標(biāo)及其營(yíng)養(yǎng)狀況都會(huì)受到不同程度的損傷，這不可避免地會(huì)影響到植物正常的生長(zhǎng)發(fā)育。近年來(lái)，不同植物在鹽漬和重金屬處理下生理特性變化也引起了人們?cè)絹?lái)越多的關(guān)注。研究發(fā)現(xiàn)，Cd2+脅迫使小麥體內(nèi)活性氧自由基清除系統(tǒng)的功能降低，造成細(xì)胞內(nèi)H2O2積累，APX、GR活性下降；MDA含量升高，—SH含量下降，電解質(zhì)泄漏加劇，顯示發(fā)生膜脂過(guò)氧化，同時(shí)組織自動(dòng)氧化速率顯著提高，表明機(jī)體總的防御活性氧自由基的能力降低，推測(cè)小麥在Cd2+傷害過(guò)程中，活性氧自由基代謝失衡造成了膜脂過(guò)氧化[15]。

但對(duì)于蘆葦這樣的鹽生植物而言，卻有其獨(dú)特的抗逆機(jī)制，這種抗逆能力是通過(guò)其自身的滲透調(diào)節(jié)系統(tǒng)和自由基清除系統(tǒng)等實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)植物體內(nèi)活性氧濃度超過(guò)一定的值時(shí)，會(huì)引起膜質(zhì)分離，從而導(dǎo)致膜的完整性遭到破壞。MDA是膜質(zhì)過(guò)氧化最重要的產(chǎn)物，其含量是反映膜質(zhì)過(guò)氧化作用強(qiáng)弱的一個(gè)重要指標(biāo)。在本試驗(yàn)中，蘆葦幼苗在NaCl脅迫和Cd2+脅迫下，其體內(nèi)MDA的含量與對(duì)照相比都呈增加的趨勢(shì)，說(shuō)明了蘆葦?shù)哪は到y(tǒng)在鹽脅迫和鎘脅迫下都受到了一定程度地?fù)p傷。

研究表明，酶促途徑是逆境脅迫下植物體內(nèi)清除活性氧的一個(gè)重要途徑，酶促保護(hù)系統(tǒng)中的活性氧清除酶類在其中發(fā)揮著非常重要的作用。酵母線粒體MnSOD在水稻葉綠體中的過(guò)量表達(dá)提高了轉(zhuǎn)基因植株對(duì)鹽脅迫的耐受性，而且鹽脅迫下轉(zhuǎn)基因植株中SOD和APX的活性都較對(duì)照植株提高了1.5～2.0倍，CAT活性降低的程度也小于對(duì)照株[16]。在向日葵（Helianthus annuus）葉片中，Cd2+可以促進(jìn)脂質(zhì)過(guò)氧化，降低SOD、CAT、APX、GR等酶的活性。從擬南芥中獲得的耐鹽突變株幼苗SOD、APX的活性分別比野生型提高13、3倍[17]。同樣，鹽脅迫使鹽敏感西紅柿栽培種CAT活性降低，而耐鹽西紅柿栽培種CAT活性升高[4]。本試驗(yàn)結(jié)果表明，在NaCl脅迫和Cd2+脅迫下，蘆葦幼苗抗氧化酶類活性的變化趨勢(shì)不同。在鹽脅迫下，隨著處理時(shí)間延長(zhǎng)，抗氧化酶類活性逐漸升高，說(shuō)明在該逆境下，蘆葦體內(nèi)的SOD、POD、APX、CAT共同作用來(lái)清除體內(nèi)產(chǎn)生的活性氧，從而可以保護(hù)細(xì)胞，維持植物正常的生長(zhǎng)和代謝。在重金屬鎘脅迫下，隨著處理時(shí)間的延長(zhǎng)，APX、POD、CAT活性基本呈現(xiàn)出先升高再下降的趨勢(shì)，比較符合植物對(duì)逆境脅迫反應(yīng)的典型規(guī)律：植物體剛遭受逆境脅迫時(shí)會(huì)采取相應(yīng)措施，提高自身抗性以適應(yīng)不良的環(huán)境；隨著脅迫時(shí)間的增長(zhǎng)，超過(guò)了植物的耐受程度后防御措施就會(huì)慢慢減弱[18]。另外，SOD活性在逐漸下降，說(shuō)明Cd2+脅迫對(duì)蘆葦幼苗SOD活性的毒害作用較大，SOD活性受到了抑制。

此外，作為植物主要的滲透調(diào)節(jié)劑，可溶性糖在維持植物蛋白質(zhì)穩(wěn)定及參與胞內(nèi)信號(hào)調(diào)節(jié)方面起著重要的作用[19]，因此其含量是指示植物遭受環(huán)境脅迫程度的重要指標(biāo)之一。本試驗(yàn)中，在NaCl脅迫和Cd2+脅迫下，蘆葦體內(nèi)可溶性糖的含量都呈增加的趨勢(shì)，有助于植物維持其滲透勢(shì)，保護(hù)自身少受逆境傷害。

綜上所述，蘆葦在遭受NaCl脅迫和Cd2+脅迫時(shí)，體內(nèi)MDA的含量與對(duì)照相比都有所增加，說(shuō)明這2種脅迫都對(duì)蘆葦造成了傷害。脅迫處理使蘆葦體內(nèi)活性氧增加，抗氧化酶類在NaCl和Cd2+脅迫下的生理變化有所差異。此外，2種脅迫下蘆葦體內(nèi)可溶性糖含量也呈上升趨勢(shì)，通過(guò)滲透調(diào)節(jié)來(lái)穩(wěn)定由逆境脅迫造成的膜損傷所帶來(lái)的內(nèi)環(huán)境紊亂，保護(hù)胞內(nèi)重要的酶類。因此，研究蘆葦體內(nèi)與抗逆相關(guān)的基因，可以有助于進(jìn)一步了解鹽生植物的抗逆機(jī)理。

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