譚景晨　趙麗麗　張淑煒　席溢　陳超

摘 要：以葛藤為材料，研究不同滲透勢(shì)（CK、-0.2MPa、-0.4MPa PEG-6000）下葛藤種苗的保護(hù)性酶活性（CAT、POD、SOD）及MDA、可溶性糖、可溶性蛋白含量的變化，擬揭示葛藤適應(yīng)干旱的生理機(jī)制。結(jié)果表明：隨著干旱脅迫的增強(qiáng)，CAT、POD活性呈現(xiàn)上升趨勢(shì);SOD活性呈先上升后下降趨勢(shì);MDA和可溶性蛋白含量都有所升高，而可溶性糖含量先降低后升高。說(shuō)明干旱脅迫均有利于提高葛藤種苗活性氧清除系統(tǒng)中的CAT、POD和SOD的酶活性，提高可溶性蛋白和可溶性糖的含量，來(lái)緩解干旱脅迫對(duì)葛藤種苗造成的膜脂過(guò)氧化傷害。

關(guān)鍵詞：葛藤;種子;干旱脅迫;保護(hù)酶活性

中圖分類號(hào)：S-3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.19754/j.nyyjs.20201130006

葛藤（Pueraria lobata （Wild） Ohwi）是豆科蝶形花亞科多年生藤本植物，其根系發(fā)達(dá)，在表土層形成稠密的根網(wǎng)，在防止沖刷、崩塌、護(hù)坡固溝、保護(hù)堤岸、路基等方面有顯著作用，為優(yōu)良水土保持樹(shù)種和貧瘠地區(qū)的綠化先鋒植物[1]。葛藤還具有改良土壤作用，Gama等在油棕櫚林地行間種植三裂葉野葛，不僅起到固氮的作用，而且可提高土壤中的鉀、磷利用效率[2];Jayasinghe將葛藤作為橡膠園的覆蓋物，用以減少水流沖蝕，增加了土壤中的生物活動(dòng)，提高了固氮能力，對(duì)橡膠園中的土壤改良起到了良好的促進(jìn)作用[3]。

中國(guó)是世界上巖溶區(qū)分布面積最大的國(guó)家之一，約占國(guó)土面積的1/3[4]。中國(guó)西南巖溶區(qū)表層巖溶帶發(fā)育有大量溶槽、溶溝等孔隙結(jié)構(gòu)，直接導(dǎo)致地高水低、雨多地漏、石多土少、土薄易旱的二元水文格局[5]。因此，干旱成為該區(qū)域嚴(yán)重影響植物正常生長(zhǎng)發(fā)育，制約當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展的主要因素之一[6]。鑒于此，本試驗(yàn)旨在利用PEG-6000模擬干旱脅迫，研究葛藤種苗的生理指標(biāo)，探討葛藤早期生長(zhǎng)階段應(yīng)對(duì)干旱脅迫的生理變化，以期為今后系統(tǒng)、深入地研究葛藤抗旱調(diào)節(jié)機(jī)制及西南巖溶山區(qū)葛藤種植推廣提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

由江蘇園林綠化種子公司提供產(chǎn)地為澳大利亞的葛藤種子。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與方法

1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

利用聚乙二醇6000（PEG-6000）溶液模擬干旱脅迫，在室溫下配制0.0MPa、-0.2MPa、-0.4MPa的滲透壓梯度。選擇大小均勻、籽粒飽滿的葛藤種子用次氯酸鈉溶液浸泡20min后用蒸餾水沖洗4～5次待用。將15cm玻璃培養(yǎng)皿提前滅菌并墊上2層濾紙，將次氯酸鈉溶液浸泡后的種子隨機(jī)擺在培養(yǎng)皿中，每皿50粒。并向各培養(yǎng)皿中加入30mL PEG-6000溶液，4個(gè)重復(fù)，然后置于25℃光照培養(yǎng)箱中，每日補(bǔ)足散失的水分。

1.2.2 測(cè)定內(nèi)容與方法

待葛藤種子培養(yǎng)到第10天，每皿隨機(jī)選取10株種苗，一同測(cè)定不同干旱脅迫下葛藤種苗的生理指標(biāo)。過(guò)氧化氫酶（Catalase，CAT）活性以催化1μmol·min-1過(guò)氧化氫為1個(gè)CAT活性單位[7];超氧化物歧化酶（Superoxide dismutase，SOD）活性采用氮藍(lán)四唑光還原法;過(guò)氧化物酶（Peroxidase，POD）活性采用愈創(chuàng)木酚法;丙二醛（Malondialdehyde，MDA）含量采用硫代巴比妥酸（TBA）法;可溶性糖含量采用蒽酮比色法;可溶性蛋白含量采用考馬斯亮藍(lán)法，以上各指標(biāo)測(cè)定方法均按照相關(guān)試劑盒說(shuō)明書進(jìn)行，結(jié)果按說(shuō)明書中公式計(jì)算，試劑盒由索萊寶生物科技有限公司提供。

1.3 數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)與分析

利用Excel 2016軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，采用GraphPad Prism 5軟件作圖，差異性分析采用SPSS 21.0軟件。

2 結(jié)果與分析

2.1 干旱脅迫對(duì)葛藤種苗過(guò)氧化氫酶活性的影響

由圖1可知，干旱脅迫顯著影響了種苗的過(guò)氧化氫酶活性。當(dāng)PEG為-0.2MPa時(shí)，與對(duì)照相比對(duì)葛藤種苗CAT活性影響不顯著（P>0.05）;當(dāng)PEG為-0.4MPa時(shí)，與對(duì)照相比葛藤種苗的CAT活性顯著提高（P<0.05）。即隨著脅迫強(qiáng)度增加，CAT活性呈上升趨勢(shì)。

2.2 干旱脅迫對(duì)葛藤種苗過(guò)氧化物酶活性的影響

由圖2可知，干旱脅迫顯著影響了種苗的過(guò)氧化物酶活性。與對(duì)照組相比，PEG為-0.2MPa和-0.4MPa時(shí)，葛藤種苗的POD活性均顯著提高（P<0.05）;與-0.2MPa相比，-0.4MPa處理時(shí)葛藤種苗的POD活性也顯著提高（P<0.05）。即隨著干旱脅迫強(qiáng)度增加，POD活性呈上升趨勢(shì)。

2.3 干旱脅迫對(duì)葛藤種苗超氧化物歧化酶活性的影響

由圖3可知，干旱脅迫顯著影響了葛藤種苗的超氧化物歧化酶活性。PEG為-0.2MPa和-0.4MPa時(shí)，與對(duì)照組相比葛藤種苗的SOD活性變化不顯著（P>0.05）;但與-0.2MPa相比，-0.4MPa時(shí)葛藤種苗的SOD活性顯著降低（P<0.05）。即隨著干旱脅迫強(qiáng)度增加，SOD活性呈先上升后降低的趨勢(shì)。

2.4 干旱脅迫對(duì)葛藤種苗丙二醛含量的影響

由圖4可知，干旱脅迫顯著影響了種苗的丙二醛含量。PEG為-0.2MPa和-0.4MPa時(shí)，與對(duì)照組相比葛藤種苗的MDA含量影響均無(wú)顯著變化（P>0.05）;但與-0.2MPa相比，-0.4MPa時(shí)葛藤種苗的MDA含量顯著升高（P<0.05）。即隨著干旱脅迫強(qiáng)度增加，MDA含量呈先降低后上升的趨勢(shì)。

2.5 干旱脅迫對(duì)葛藤種苗可溶性糖含量的影響

由圖5可知，干旱脅迫顯著影響了種苗的可溶性糖含量。與對(duì)照組相比，PEG為-0.2MPa時(shí)葛藤種苗的可溶性糖含量顯著降低（P<0.05）;與對(duì)照組相比，PEG為-0.4MPa時(shí)對(duì)葛藤種苗的可溶性糖含量影響無(wú)顯著變化（P>0.05）;與-0.2MPa相比，-0.4MPa時(shí)葛藤種苗的可溶性糖含量顯著提高（P<0.05）。即隨著干旱脅迫強(qiáng)度增加，可溶性糖含量呈先降低后上升的趨勢(shì)。

2.6 干旱脅迫對(duì)葛藤種苗可溶性蛋白含量的影響

由圖6可知，干旱脅迫顯著影響了種苗的可溶性蛋白含量。與對(duì)照組相比，PEG為-0.2MPa時(shí)葛藤種苗的可溶性蛋白含量影響無(wú)顯著變化（P>0.05）;與對(duì)照組相比，PEG為-0.4MPa時(shí)葛藤種苗的可溶性蛋白含量顯著提高（P<0.05）。即隨著干旱脅迫強(qiáng)度增加，可溶性蛋白含量呈上升趨勢(shì)。

3 討論與結(jié)論

水分在植物的生命活動(dòng)中起著關(guān)鍵作用，據(jù)統(tǒng)計(jì)，全世界由于缺水造成的減產(chǎn)超過(guò)其它因素導(dǎo)致減產(chǎn)的總和[8]。種子萌發(fā)階段的耐旱情況可在一定程度上反映該物種的耐旱程度[9]。過(guò)氧化氫酶（CAT）、過(guò)氧化物酶（POD）、超氧化物歧化酶（SOD）是植物細(xì)胞在長(zhǎng)期進(jìn)化過(guò)程中形成的主要的抗氧化酶類，可清除及減少植物體內(nèi)的自由基，維持活性氧代謝平衡，有效減輕外界脅迫對(duì)植物細(xì)胞的傷害[10，11]。

CAT是植物遭受非生物脅迫時(shí)細(xì)胞內(nèi)所產(chǎn)生的活性氧清除系統(tǒng)中的主要的抗氧化酶，可清除植物體內(nèi)產(chǎn)生的H2O2，從而保護(hù)細(xì)胞不受傷害[12]。

POD廣泛分布于植物組織細(xì)胞中，其活性能夠在一定程度上反映植物對(duì)活性氧自由基的清除能力[13]。本研究表明，CAT、POD活性在干旱脅迫時(shí)隨著脅迫強(qiáng)度增加顯著上升（P<0.05），可能是因?yàn)殡S著干旱脅迫強(qiáng)度的增加，植物體內(nèi)所有的活性氧清除酶系統(tǒng)和具生理抗性特征的生理活動(dòng)被誘導(dǎo)而加快;CAT、POD在此誘導(dǎo)下活性逐漸增加，用以清除環(huán)境脅迫導(dǎo)致的植物體內(nèi)過(guò)多的超氧陰離子自由基，這與張宇君等[14]對(duì)燕麥種子萌發(fā)的研究結(jié)果類似。

SOD可以催化超氧化物的歧化反應(yīng)，是活性氧清除系統(tǒng)中第一個(gè)發(fā)揮作用的抗氧化酶。植物在逆境脅迫下會(huì)產(chǎn)生對(duì)細(xì)胞有害的活性氧和自由基，SOD通過(guò)催化歧化反應(yīng)使活性氧生成過(guò)氧化氫和氧氣，保護(hù)細(xì)胞避免或減輕活性氧傷害[15]。本研究表明，SOD活性在干旱脅迫時(shí)隨著脅迫強(qiáng)度增加呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)，可能是因?yàn)榍捌赟OD活性升高用以清除體內(nèi)過(guò)多的活性氧自由基，而隨著脅迫濃度進(jìn)一步增大，SOD已經(jīng)不能完全清除存在的活性氧自由基，平衡被打破，因此活性降低，這與楊利艷等[16]對(duì)藜麥種子萌發(fā)的研究結(jié)果類似。

丙二醛（MDA）是膜脂過(guò)氧化的產(chǎn)物，植物在受到外界環(huán)境刺激時(shí)會(huì)加劇膜脂過(guò)氧化程度，通常把MDA含量作為衡量植物在逆境下受害程度的指標(biāo)[17]。本研究表明，與對(duì)照相比，無(wú)論P(yáng)EG-6000為-0.2MPa還是-0.4MPa，干旱脅迫都對(duì)葛藤種子MDA含量影響不顯著（P>0.05），說(shuō)明保護(hù)酶降低了細(xì)胞內(nèi)的自由基，一定程度上維持了活性氧代謝平衡，有效減輕了細(xì)胞膜脂過(guò)氧化。而與-0.2MPa相比，-0.4MPa時(shí)葛藤種子MDA含量顯著增加（P<0.05），這是植物膜質(zhì)過(guò)氧化水平加劇的表現(xiàn)，這與李新蕾等[18]對(duì)扁核木種子萌發(fā)的研究結(jié)果類似。

可溶性糖能夠維持細(xì)胞的含水率和滲透勢(shì)，保護(hù)生物大分子，降低因滲透失水所帶來(lái)的損傷[19]。植物在逆境條件下通過(guò)積累可溶性糖等有機(jī)物來(lái)調(diào)節(jié)細(xì)胞滲透壓，以增加適應(yīng)環(huán)境的能力[20]。本研究表明，在PEG-6000為-0.2MPa時(shí)，與對(duì)照相比可溶性糖含量顯著下降（P<0.05），這可能是因?yàn)楦珊得{迫刺激葛藤的應(yīng)激反應(yīng)，使其可溶性糖消耗量升高。在PEG-6000為-0.4MPa時(shí)，與-0.2MPa時(shí)相比可溶性糖含量顯著增加（P<0.05），這可能是因?yàn)楦鹛袤w內(nèi)保護(hù)酶系統(tǒng)作用使其適應(yīng)該脅迫，從而可溶性糖含量升高。

蛋白質(zhì)是生命的物質(zhì)基礎(chǔ)。植物在逆境條件下通過(guò)增加可溶性蛋白的合成，直接參與其適應(yīng)逆境的過(guò)程[21]。本研究表明，隨著脅迫濃度的增加，葛藤種子可溶性蛋白含量顯著提高（P<0.05），這可能是因?yàn)樵诟珊得{迫誘導(dǎo)下，蛋白酶活性升高，促進(jìn)貯藏蛋白水解為可溶性蛋白，增加了種苗中可溶性蛋白含量，這與付士磊等[22]、朱利君等[23]的研究結(jié)論相似。

本研究分析了葛藤種苗適應(yīng)干旱的生理生化機(jī)制，發(fā)現(xiàn)在干旱脅迫均有利于提高葛藤種苗活性氧清除系統(tǒng)中的CAT、POD和SOD的活性，提高可溶性蛋白和可溶性糖的含量，來(lái)緩解干旱脅迫對(duì)葛藤種苗造成的膜脂過(guò)氧化傷害。

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（責(zé)任編輯 李媛媛）

收稿日期：2020-10-27

基金項(xiàng)目：貴州省科技計(jì)劃項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：黔科合支撐[2018]2258號(hào)、黔科合支撐[2019]2295號(hào)）

作者簡(jiǎn)介：譚景晨（1997-），男，碩士在讀;通訊作者席溢。