鋁脅迫對黃瓜種子發芽及抗氧化酶活性的影響
2010-12-31 00:00:00蔣永濤董現義劉傳蘭崔燕
山東農業科學 2010年7期
摘要：本試驗以黃瓜品種津春2號為材料，研究了鋁脅迫對黃瓜種子發芽及抗氧化酶活性的影響。結果表明，鋁處理顯著抑制了黃瓜種子萌發后根部的伸長，提高了根部抗壞血酸過氧化物酶(APX)、過氧化物酶(POD)、過氧化氫酶(CAT)和脫氫抗壞血酸還原酶(DHAP)活性。超氧化物歧化酶(SOD)在低濃度鋁處理下活性升高，而在高濃度下降低。
關鍵詞：黃瓜；鋁脅迫；發芽；抗氧化酶
中圖分類號：S642.24+1 文獻標識號：A 文章編號：1001-4942(2010)07-0032-04
鋁毒害是酸性土壤限制植物生長的主要問題之一。由于工業化的發展，導致嚴重的“三廢”污染，土壤的酸化越來越嚴重，使鋁以離子態從礦物中釋放出來。鋁的不斷溶出使土壤中可溶性鋁的含量增加，嚴重影響植物的生長，所以鋁毒害及其矯治的研究越來越引起人們的廣泛重視。目前對植物鋁毒害機理研究主要集中在大豆、小麥、大麥、燕麥、黑麥等植物，而有關黃瓜的鋁毒害缺乏系統的研究。黃瓜是我國重要的蔬菜作物，特別是我國南方擁有大面積的酸性土壤，所以研究鋁脅迫下黃瓜的生理生化機制變化很有意義。
1 材料與方法
1.1 材料及處理
供試材料：黃瓜品種為津春2號。先將種子在清水中浸泡2h，然后分播于培養皿中，放入28℃培養箱中培養24h，待種子“露白”后，挑選長勢一致的種子放人培養皿中，分5個濃度處理，AlCl2濃度分別為0、0.5、1、2、4mmoL／L，每盤20粒，重復3次。
1.2 測定方法
1.2.1 生長指標的測定 每隔一天測各處理種子的發芽長度，稱量黃瓜種子鮮重。
1.2.2 抗氧化酶的測定 取0.3g根加50mmoL／L PBS緩沖液(含2％PVP.0.2mmoL／LED-TA，在測定APX時，提取液中加入5mmol／LAsA)3ml，于冰浴中研磨提取，勻漿液于12000xg下低溫離心20min。上清液用于酶活性測定。
過氧化氫酶(CAT)活性的測定：采用Patra等(1978)的方法。取上清液100μl，加25mmol／L磷酸緩沖液(pH7.0，含0.1mmol／L的EDTA)1700μl，10mmol／L H2O2200μl，25℃條件下反應。用島津紫外可見分光光度儀按kinetics程序測定OD470nm的動力學變化，取其中10s的動力學變化計算酶促反應速率。
過氧化物酶(POD)活性的測定：按Nickel和Cuningham(1969)的方法。取上清液100μl，加25mmol／L磷酸緩沖液(pH7.0，含0.1mmol／L的EDTA)1700μl，20mmol／L的H2O2100μl，1％的愈創木酚100μl，25℃條件下反應。用島津紫外可見分光光度儀按kinetics程序測定OD470mm的動力學變化，取其中20s的動力學變化計算酶促反應速率。
超氧化物歧化酶(SOD)活性的測定：按Stew-aIt和Bewtey(1980)的方法。取上清液0.05ml，加3ml反應液(含15mmol／L甲硫氨酸，65mmol／L NBT，2.0.mmol／L核黃索，0.1mmol／LEDTA；用50mmol／L、pH 7.8的磷酸緩沖液配制)。在25℃、4000 lx條件下光照15min后，于黑暗下終止反應，立即在560nm波長處測定吸光值，以緩沖液代替酶液作為空白。酶活性采用抑制NBT光化學反應的50％為一個酶活性單位表示。
脫氫抗壞血酸還原酶(DHAR)活性的測定：采用Nakano和Asada的方法。取上清液100μl，加25mmol／L磷酸緩沖液(pH7.0，含0.1mmol／L EDTA)1700μl，70mmol／L GSH，8mmol／L DASA100μl，25℃條件下反應。用島津紫外可見分光光度儀按kinetics程序測定OD的動力學變化，取其中20s的動力學變化計算酶促反應速率。
抗壞血酸過氧化物酶(APX)活性的測定：采用修改的Nakano和Asada(1981)的方法。取上清液100μl，加25mmol／L磷酸緩沖液(pH7.0，含0.1mmol／L的EDTA)1700μl，20mmol／L的H2O 100μl，5mmol／L AsA 100μl，25％條件下反應。用島津紫外可見分光光度儀按kinetics程序測定OD的動力學變化，取其中20s的動力學變化計算酶促反應速率。
2 結果與分析
2.1 不同濃度鋁處理對黃瓜種子發芽的影響
由圖1看出，隨著處理濃度的增加，種子發芽長度呈明顯的下降趨勢，相對于CK，0.5、1、2、4mmol／L鋁處理芽長分別下降12.32％、25.79％、38.97％、44.42％。
從圖2中看出，隨著鋁濃度的增加，黃瓜種子發芽時鮮重逐漸下降，0.5、1、2、4 mmol／L處理分別比CK減少了12.63％、18.15％、23.38％、36.46％。
2.2 不同濃度鋁處理對黃瓜種子發芽時CAT活性的影響
CAT可以及時清除細胞內的H2O2，降低其對細胞的傷害。由圖3看出，在0.5、1.0mmol／L鋁處理下，根部CAT活性受到抑制，和對照相比分別下降43.61％、1.32％，2、4mmol／L鋁處理對根的CAT活性有促進作用，和對照相比，活性分別增加52.87％、55.81％。
2.3 不同濃度鋁處理對黃瓜種子發芽時POD活性的影響
POD可以清除細胞質中過量的H2O2，降低其對細胞膜的傷害作用，在植物抗逆脅迫中發揮著重要的作用。由圖4看出，POD活性隨鋁處理濃度的增加而逐漸增加，但增幅較小，在4mmol／L時達到最大值。
2.4 不同濃度鋁處理對黃瓜種子發芽時SOD活性的影響
SOD也是植物細胞內重要的保護酶，它可以催化細胞內有毒害作用的O2反應生成O2：和H2O2，在細胞內氧自由基清除的一系列反應中起關鍵作用。由圖5可以看出，0.5～2mmol／L鋁處理根部SOD活性增加，和對照相比，SOD活性分別增加40.02％、56.44％63.41％，而4mmol／L處理時SOD活性與對照相比下降8.6％。
2.5 不同濃度鋁處理對黃瓜種子發芽時DHAR活性的影響
從圖6看出，DHAR的活性隨著鋁處理濃度的增加而逐漸升高，0.5、1、2、4mmol／L鋁處理分別比對照高78.47％、177.70％、221.34％、241.13％。
2.6 不同濃度鋁處理對黃瓜種子發芽時APX活性的影響
從圖7中可以看出，0.5 mmol／L處理APX活性比對照降低16.10％，其余3個濃度處理分別比對照活性高2.83％、42.06％、71.19％。
3 結論與討論
本試驗處理初期(24h內)，不同濃度鋁處理的黃瓜種子發芽率均不受影響，0.5mmoL／L處理的芽長還高于對照，但隨時間的延長則低于對照，這表明低濃度短時間的鋁處理促進黃瓜種子的發芽。以往研究發現，水稻(Oryza saliva L)、大豆(Giycine，ma(L)Merrill)等作物在低濃度鋁處理早期也有類似的反應，可能是短時間的鋁處理能夠促進植物對環境中營養元素的吸收，增強植物光和作用能力，并能有效緩解其它環境脅迫對植物體的傷害作用。
在本試驗中，黃瓜種子發芽時鮮重和芽長都隨著鋁濃度的增加和處理時間的延長而不斷降低，這可能是因為植物體內過量的鋁和細胞內一些生物大分子結合，影響了正常的生理生化代謝過程，從而使細胞內氧自由基的增加超過了細胞本身的分解能力，進而對細胞膜結構的穩定性造成不良影響。
研究表明，鋁脅迫下植物體會啟動細胞內部的保護系統及時清除過量的自由基，降低其對細胞膜結構的破壞作用，這其中包括酶保護系統和非酶保護系統。酶保護系統主要有SOD、CAT和POD等。本試驗中，隨著鋁處理濃度的增加，POD和CAT活性有不斷增大的趨勢。CAT主要存在于細胞內的過氧化物酶體和乙醛酸循環體中，POD主要存在于細胞質中，他們都能清除過量的H2O2，降低其對細胞膜的傷害，因此在鋁脅迫下，黃瓜細胞內的POD和CAT活性的升高對于提高黃瓜的耐鋁性有著重要的意義。SOD也是植物體內重要的保護酶，本試驗中黃瓜體內SOD活性隨著鋁濃度增大也有增加的趨勢，但在4mmol／L處理時活性則降低，說明鋁毒害已經相當嚴重，抑制了SOD的活性。DHAR和APX的活性則是隨著鋁濃度的增加呈上升的趨勢，增幅相當明顯，說明這兩種酶對緩解鋁脅迫具有很重要的作用。
