茉莉酸誘導對枸杞葉生化物質及酶活性的影響

宮玉艷, 段立清,2*, 王愛清

(1.內蒙古農業大學林學院,呼和浩特 010019; 2.內蒙古農業大學農學院,呼和浩特 010019)

枸杞(Lycium barbarum Linn.)是名貴的中草藥,也是我國西北地區廣泛栽培的經濟、生態建設樹種之一,在內蒙古西部、寧夏、甘肅、新疆等地均有大面積栽培。棉蚜((Aphis gossypii Glover)、枸杞木虱(Paratrioza sinica Yang&Li)、枸杞癭螨(AceriapallidaKeifer)等害蟲常年大發生,人們一直采用化學農藥防治枸杞害蟲。連續使用化學農藥,不僅使害蟲產生抗藥性,也造成果實污染,使枸杞銷量和出口量下降,更為嚴重的是降低了其作為中草藥及保健品的作用[1]。因此,研究外源誘導素誘導枸杞增強抗蟲性、減少農藥使用量、培育枸杞抗蟲品種具有十分重要的意義。

茉莉酸(jasmonic acid,JA)和茉莉酸甲酯(methyljasmonate,MeJA)是植物的受害激素,起信號傳遞作用,對植物有抑制生長、誘導抗逆、促進衰老等許多生理功能[2-5]。茉莉酸可誘導植物產生生物堿和酚酸類次生物質,它們與蛋白質結合,影響植食者對營養物質的吸收,干擾其神經信號的傳遞,延緩其發育[6]。植物中某些次生物質和營養物質的質與量的變化對害蟲生長發育及代謝有相當大的影響[7]。黃酮是對昆蟲有毒的一類次生代謝物質,可影響昆蟲的行為和代謝,使之發生忌避和拒食,或破壞昆蟲的正常代謝過程,使昆蟲中毒甚至死亡[8];單寧酸可干擾昆蟲腸道消化和抑制酶活性,阻礙它們的生長發育及繁殖力[9];氮和糖是食物中的兩類基本物質,是昆蟲消化、活動所需的能量來源,并影響昆蟲的生長發育和繁殖[10]。茉莉酸可誘導植物體內某些酶類活性的增強,如多酚氧化酶(PPO)及過氧化物酶(POD),從而影響害蟲的生長發育。PPO是在植物體內廣泛存在的一種抗營養酶類,能夠催化多酚化合物次生代謝,降低植物的營養價值,阻止昆蟲的取食,抑制昆蟲的生長發育[11-14]。POD是植物保護酶系的重要保護酶之一,在植物體內與乙烯的生物合成及吲哚乙酸的氧化作用有關[15]。目前,枸杞對外源茉莉酸的生理反應尚未有任何報道,本文就外源茉莉酸對枸杞葉黃酮、單寧酸、蛋白質、可溶性糖、PPO和POD的影響進行了研究,探討枸杞受到外界刺激后的生理反應,為今后深入研究枸杞誘導抗性、培育枸杞新品種提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 材料

供試枸杞：為寧夏枸杞(Lycium barbarum Linn.),將枸杞分批播種于盆內,根據土壤濕度,定期澆水,待枸杞長至20cm時進行試驗。

儀器與試劑：智能氣候培養箱(哈爾濱東拓科技有限責任公司)、電熱恒溫培養箱(湖北省黃石市醫療器械廠)、索氏提取器(姜堰市腰莊玻璃儀器制造廠)、高速冷凍離心機(Hettich Zentrifugen GmbH&Co.KG)、臥式低溫保存箱(青島海爾特種電器有限公司)、HH-S型恒溫水浴鍋(武漢金寶華科技有限公司)、TU-1810紫外可見分光光度計(北京普析通用儀器有限責任公司)、移液槍(法國GILON公司);茉莉酸(jasmonicacid,簡稱 JA)購于 Sigma公司、丙酮、磷酸緩沖液(pH6.0、pH6.5、pH7.0)、F-D試 劑、Na2CO3、甲醇、蒽酮試劑、NaNO2、AL(NO3)3、考馬斯亮藍G-250、鄰苯二酚、三氯乙酸 、H2O2、愈創木酚 。

1.2 枸杞苗木處理

將茉莉酸先溶于丙酮,然后加蒸餾水配制成所需濃度。PPO、POD的測定設置 0.0001、0.001、0.01、0.1、1.0mmol/L5 種濃度 ;黃酮、單寧酸 、蛋白質、可溶性糖的測定設置0.001、0.01、0.1mmol/L3種濃度,以丙酮+蒸餾水作為對照。用手持式噴霧器向健康枸杞苗木均勻噴施茉莉酸溶液,液滴下流為止,然后放置在氣候培養箱培養。分1、3、5、7d4個時間段進行測定。

1.3 測定方法

黃酮含量的測定采用索氏回流法[16]。

單寧酸含量的測定采用磷鉬酸-磷鎢酸比色法(F-D法)[17]。

蛋白質含量的測定采用考馬斯亮藍G-250法[18]。可溶性糖含量的測定采用蒽酮比色法[18]。

PPO活性的測定參照朱廣廉的方法進行提取和測定[19]。

POD活性的測定采用愈創木酚法[20]。

1.4 數據處理

采用SPSS13.0統計軟件進行Duncan分析。

2 結果與分析

2.1 茉莉酸處理對枸杞葉黃酮含量的影響

3種濃度的JA處理使枸杞葉黃酮含量均較對照顯著增加(p＜0.05),增加的程度與JA的濃度不成正相關關系(圖1)。黃酮含量在處理后第5天增幅最大,到第7天時,增幅降低。濃度為0.1mmol/LJA處理使枸杞葉黃酮含量在處理后的第5天較對照增加了1.3倍,由處理前的3.998mg/g增加到5.351mg/g。JA 濃度相同,時間不同,枸杞黃酮含量差異顯著,而對照的差異不顯著,黃酮含量趨于平穩。

圖1 茉莉酸處理后枸杞葉黃酮含量隨時間的變化

2.2 茉莉酸處理對枸杞葉單寧酸含量的影響

3種濃度的 JA處理使枸杞葉單寧酸含量均較對照組顯著增加(p＜0.05),增加的程度與JA的濃度不成正相關關系(圖2)。單寧酸含量增加的持續性表明,處理后第5天增幅最大,到第7天時,增幅降低。濃度為0.1mmol/LJA處理使枸杞葉單寧酸含量在處理后的第5天較對照增加了近1.4倍,由處理前的 0.655mg/g增加到0.892mg/g。JA濃度相同,時間不同,枸杞單寧酸含量差異顯著,而對照的差異不顯著,單寧酸含量趨于平穩。

圖2 茉莉酸處理后枸杞葉單寧酸含量隨時間的變化

2.3 茉莉酸處理對枸杞葉蛋白質含量的影響

3種濃度的JA處理使枸杞葉蛋白質含量均較對照顯著降低(p＜0.05),降低的程度與JA的濃度不成正相關關系(圖3)。蛋白質含量降低的持續性表明,處理后第7天降幅最大,濃度為0.001mmol/LJA處理使枸杞葉蛋白質含量由處理前的72.226mg/g降低到47.047mg/g。JA濃度相同,時間不同,枸杞蛋白質含量差異顯著,而對照的差異不顯著,蛋白質含量趨于平穩。

圖3 茉莉酸處理后枸杞葉蛋白質含量隨時間的變化

2.4 茉莉酸處理對枸杞葉可溶性糖含量的影響

3種濃度的JA處理使枸杞葉可溶性糖含量均較對照顯著降低(p＜0.05),降低的程度與JA的濃度不成正相關關系(圖4)。可溶性糖含量降低的持續性表明,處理后第 1天降幅最大,濃度為0.1mmol/LJA處理使枸杞葉可溶性糖含量由處理前的63.604mg/g降低到54.962mg/g。JA濃度相同,時間不同,枸杞可溶性糖含量處理組及對照均有差異。

圖4 茉莉酸處理后枸杞葉可溶性糖含量隨時間的變化

2.5 茉莉酸處理對枸杞葉PPO活性的影響

5種濃度的JA處理使枸杞葉PPO活性均較對照顯著增加(p＜0.05),增加的程度與JA的濃度不成比例(表1)。PPO活性增加的持續性表明,濃度為0.1mmol/LJA處理的枸杞葉在處理后的第3天增幅最大。JA濃度相同,時間不同,枸杞葉PPO活性除0.001mmol/L外差異顯著,而對照的差異不顯著,PPO活性趨于平穩。

表1 茉莉酸處理后枸杞葉PPO活性隨時間的變化1)

2.6 茉莉酸處理對枸杞葉POD活性的影響

5種濃度的JA處理使枸杞葉POD活性均較對照顯著增加(p＜0.05),增加的程度與 JA的濃度不成比例(表2)。POD活性增加的持續性表明,濃度為0.01mmol/LJA處理的枸杞葉在處理后的第7天增幅最大。JA濃度相同,時間不同,枸杞葉POD活性處理組及對照均有差異。

表2 茉莉酸處理后枸杞葉POD活性隨時間的變化1)

3 討論

茉莉酸處理后枸杞葉黃酮、單寧酸含量顯著增加,蛋白質、可溶性糖含量顯著降低、PPO和POD活性增加,體現了枸杞葉對茉莉酸的誘導反應。枸杞葉受到茉莉酸刺激后黃酮、單寧酸含量的升高,蛋白質、可溶性糖含量的降低可能是一種應激反應[21],與其他植物一樣,通過次生物質合成量的增加,營養物質合成量的降低以達到抗蟲目的[22]。枸杞葉黃酮、單寧酸、蛋白質、可溶性糖含量增加或降低與茉莉酸濃度不成線性相關,可能與植物的應激反應存在抗性閾值有關[23]。

應用外源茉莉酸處理番茄(Lycopersiconesculentum),番茄葉PPO、POD的活性增強,取食該番茄的煙草天蛾幼蟲生長受到抑制[24],減少了4類昆蟲(鱗翅目幼蟲、甲蟲、蚜蟲和薊馬)的危害數量[25]。茉莉酸處理的枸杞葉PPO、POD的活性增強,但能否減少枸杞的害蟲種類與危害程度有待于進一步深入研究。茉莉酸甲酯處理茶樹誘導茶樹葉PPO和蛋白酶抑制素活性增加[26];MeJA處理煙草(N.attenuata)和楊樹(Populustrichocarpa),兩者的PPO活性分別增加了22.9倍和5.4倍[27]。茉莉酸處理引起枸杞葉PPO和POD活性的增加,但增加程度較楊樹、煙草小,并未成倍增加。茉莉酸刺激是否可引起枸杞蛋白酶抑制素、植物凝聚素等其他影響昆蟲生長發育物質的變化,還有待于進一步深入研究。

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