H2O2對低溫下油菜幼苗幾個生理指標的影響

摘要：以油菜為試驗材料，研究不同濃度外源過氧化氫（H2O2）對油菜幼苗抗冷生理指標的影響。結果表明，利用H2O2噴施后，油菜幼苗葉片在低溫脅迫下丙二醛（MDA）含量呈明顯下降趨勢，葉綠素含量、脯氨酸含量和超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化氫酶（CAT）、過氧化物酶（POD）等保護酶的活性呈升高趨勢。可見H2O2預處理可以提高油菜幼苗的抗冷性，以0.3 mmol/L H2O2處理效果最好，推測H2O2通過降低對膜脂的氧化、提高葉綠素含量和提高保護酶活性等緩解低溫對油菜幼苗的傷害。

關鍵詞：油菜幼苗；過氧化氫（H2O2）；低溫脅迫；生理指標

中圖分類號：Q945.78 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2013）21-5144-03

Effects of H2O2 on Some Physiological Indexes of Rape Seedlings under Chilling Stress

HOU Li-xia

（Life Science College of Qingdao Agricultural University/Key Lab of Plant Biotechnology in Universities of Shandong Province， Qingdao 266109， Shandong， China）

Abstract： Using the rape seedlings as experiment materials， the effects of different concentrations of H2O2 on some physiological indexes of rape seedlings under chilling stress were studied. The results showed that the exogenous H2O2 could reduce the content of MDA in rape seedlings leaves under low temperature. At the same time， it could enhance both the contents of chlorophyl and praline and the cell defensive enzymes activity. These results indicated that H2O2 could remit the effect of chilling stress on the rape seedlings and the effect of 0.3 mmol/L H2O2 was the best.

Key words： rape seedlings； H2O2； chilling stress； physiological indexes

低溫是作物種植中常遇到的一種災害，會出現(xiàn)植株苗弱小、生長緩慢、黃化等諸多不良表現(xiàn)，對作物產量和品質造成嚴重影響[1]。油菜是我國廣泛種植的油料作物，雖然屬于秋播作物，自身具有一定的抵御嚴寒的能力，但由于越冬期間的冷空氣侵襲、播栽期偏晚、施肥管理措施應用不當?shù)仍颍饍龊Γ斐刹煌潭鹊臏p產，甚至絕收[2]。因此選育優(yōu)良的抗寒品種是一項重要的任務。

過氧化氫（H2O2）是植物體內重要的信號分子，植物在逆境脅迫初期內源H2O2快速上升，從而引起逆境相關基因表達[3-5]，而且外源H2O2預處理可提高植物對多種脅迫的耐性[6]。目前有關低溫對油菜的影響多集中在生長、產量和品質方面，也有關于H2O2浸種提高油菜種子發(fā)芽率的報道[7]，而外施H2O2對低溫脅迫下油菜幼苗抗冷性的研究報道較少。試驗以油菜幼苗為材料，外施H2O2預處理后，通過測定低溫脅迫下油菜幼苗葉片的葉綠素含量、丙二醛（MDA）含量、脯氨酸含量和超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化氫酶（CAT）、過氧化物酶（POD）活性的變化，從生理角度探討H2O2對油菜幼苗抗冷性的影響，以期闡明H2O2在低溫下作用的生理機制，為油菜抗寒育種提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料及其低溫處理

供試油菜品種為秦優(yōu)3號（雜交種）。選取飽滿一致的油菜種子，用0.1%的HgCl2消毒10 min，自來水沖洗干凈后，溫箱30 ℃避光催芽24 h，然后播種到營養(yǎng)缽中，并在自然條件下培養(yǎng)。當幼苗長至5～6片葉時，分別用0、0.1、0.3、0.5 mmol/L H2O2噴施葉片，6 h后，將其移到光照培養(yǎng)箱中4℃低溫處理48 h，取幼苗葉片備用。

1.2 生理指標測定方法

葉綠素含量采用SPAD-502型手持葉綠素儀進行測定，每組取15片葉進行測定，求其平均值。MDA 含量的測定采用硫代巴比妥酸法，利用雙組分分光光度計法計算MDA含量；脯氨酸含量測定采用酸性茚三酮比色法；SOD活性測定采用NBT 光還原法，以抑制NBT光化還原50%的酶量為1個酶活性單位；CAT活性測定采用高錳酸鉀滴定法，以每分鐘每克鮮重樣品分解H2O2的量（μmol）表示；POD活性測定采用愈創(chuàng)木酚法，以每分鐘內OD470 nm變化0.01為一個酶活性單位。

2 結果與分析

2.1 H2O2對低溫脅迫下油菜幼苗葉片葉綠素含量的影響

葉綠素是與光合作用密切相關的重要色素，葉綠素含量的多少在一定程度上反映了植物光合作用的高低，從而影響植物的生長。從圖1可以看出，H2O2處理可以提高低溫脅迫下油菜幼苗葉片葉綠素含量，其中0.3 mmol/L H2O2噴施葉片后油菜幼苗葉綠素含量比對照升高58.3%，差異顯著。由此可見，H2O2預處理可以提高低溫脅迫下油菜幼苗葉片葉綠素含量，緩解低溫對油菜的傷害。

2.2 H2O2對低溫脅迫下油菜幼苗葉片MDA含量的影響

MDA作為膜脂過氧化的終產物，可以表示細胞膜脂質過氧化程度和植物受到逆境傷害的程度，植物受到逆境脅迫后MDA含量會有所增加。從圖2可以看出，H2O2處理可以降低低溫脅迫下油菜幼苗葉片MDA含量，其中0.1 mmol/L H2O2噴施后油菜幼苗葉片MDA含量比對照降低47.3%，差異顯著。由此可見，H2O2可以降低低溫脅迫下油菜幼苗葉片中MDA含量，緩解低溫對油菜的傷害。

2.3 H2O2對低溫脅迫下油菜幼苗葉片脯氨酸含量的影響

植物在正常條件下，游離脯氨酸含量很低，但是遇到低溫、干旱、鹽堿等逆境時，游離脯氨酸便會大量積累，并且脯氨酸的誘導合成與植物的抗逆性增強呈正相關。試驗測定了各處理油菜幼苗葉片中脯氨酸的含量，結果（圖3）表明，H2O2可以提高低溫脅迫下油菜幼苗葉片脯氨酸含量，其中0.3 mmol/L H2O2處理后油菜幼苗葉片脯氨酸含量比對照升高66.7%，差異顯著。推測H2O2可以通過增加油菜幼苗葉片中脯氨酸含量來緩解低溫對油菜的傷害。

2.4 H2O2對低溫脅迫下油菜幼苗葉片SOD活性的影響

SOD普遍存在于動植物體內，可以清除生物體內超氧陰離子自由基，反應產物過氧化氫可被過氧化氫酶進一步分解或被過氧化物酶利用，因此SOD有保護生物體免受活性氧傷害的能力，其大小通常作為植物抗逆性強弱的生理指標。通過對各處理油菜幼苗葉片SOD活性的測定可以看出，H2O2可以提高低溫脅迫下油菜幼苗葉片SOD活性，其中0.3 mmol/L H2O2處理后油菜幼苗葉片SOD活性比對照升高43.6%，差異顯著（圖4）。推測H2O2通過調節(jié)SOD活性緩解了低溫對油菜的傷害。

2.5 H2O2對低溫脅迫下油菜幼苗葉片CAT活性的影響

CAT主要存在于過氧化體中，其活性與植物的代謝強度及抗寒、抗病能力有一定關系。通過對各處理油菜幼苗葉片CAT活性的測定（圖5）可以看出，H2O2可以提高低溫脅迫下油菜幼苗葉片CAT活性，其中0.3 mmol/L H2O2處理后油菜幼苗CAT活性比對照升高85.4%，差異顯著。

2.6 H2O2對低溫脅迫下油菜幼苗葉片POD活性的影響

POD是植物在逆境條件下酶促防御系統(tǒng)的關鍵酶之一，它與SOD、CAT相互協(xié)調配合，清除過剩的自由基，使植物體內自由基維持在正常的動態(tài)水平，以提高植物的抗逆性。通過對各組油菜幼苗葉片POD活性的測定（圖6）可以看出，H2O2可以提高低溫脅迫下油菜幼苗葉片POD活性，其中0.3 mmol/L H2O2預處理后油菜幼苗葉片POD活性比對照升高58.2%，差異顯著。推測H2O2通過調節(jié)POD活性緩解了低溫對油菜的傷害。

3 結論與討論

H2O2作為信號分子參與了植物抵御低溫的過程。Prasad等[8]研究發(fā)現(xiàn)外施H2O2可以緩解低溫對玉米的傷害，提高其抗性，其后相繼在香蕉[9]、黃瓜[10]、大豆[11]和草莓[12]等植物中也發(fā)現(xiàn)類似的結果，但外施H2O2濃度在不同物種之間存在差異。基于油菜受到低溫脅迫后，葉片的葉綠素含量、MDA含量和抗氧化酶活性等可以作為檢測的生理指標[13，14]，因此，試驗分析了H2O2噴施油菜葉片后對低溫脅迫下油菜幼苗葉片生理指標的影響，分別測定了葉綠素含量、MDA含量、脯氨酸含量、保護酶活性的變化規(guī)律。從結果可以看出，不同濃度的H2O2處理均可以緩解油菜幼苗受到的低溫傷害。外源H2O2可以提高低溫脅迫下油菜幼苗葉片的葉綠素含量，抑制膜脂過氧化產物MDA的積累；外源H2O2還可以提高低溫脅迫下油菜幼苗葉片脯氨酸含量從而增加滲透調節(jié)物質應對低溫；此外，外源H2O2處理后提高油菜幼苗葉片SOD、CAT和POD等保護酶的活性從而清除低溫引起的活性氧的積累。0.3 mmol/L H2O2處理對于緩解油菜幼苗的低溫脅迫效果最好， 0.1 mmol/L H2O2處理后MDA含量最低，0.5 mmol/L H2O2處理的緩解效果較差，推測外源H2O2在低濃度時作為信號物質參與低溫抵御過程，高濃度可能成為一種脅迫。由此可見，H2O2通過提高油菜幼苗葉片葉綠素含量、抑制MDA積累和提高抗氧化能力來緩解低溫對油菜幼苗的傷害，提高其抗寒性。然而植物對低溫的反應是非常復雜的生理過程，涉及到基因表達和信號傳導等多種途徑[15]，因此從生理角度去解析抗冷性是遠遠不夠的，而且H2O2在大田中的應用濃度是否與試驗一致等諸多問題仍有待解決。

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