降香黃檀幼苗對低錳脅迫的早期生理響應

馮守富蒙美香林海麗楊紅蘭

(1.廣西民族師范學院化學與生物工程學院，廣西 崇左 532200；2.廣西師范大學生命科學學院，廣西 桂林 541004)

前言

降香黃檀(Dalbergia odorifera T.Chen)為蝶形花科黃檀屬半落葉喬木，是國家二級保護植物，也是我國華南和華東“熱區”培育珍貴用材林的重要樹種[1]。降香黃檀對立地條件要求不嚴，在陡坡、山脊、巖石裸露、干旱瘦瘠的地區均能適生[2]。目前，我國紅木資源極度短缺，需大量從國外進口花梨木，可以預計人們對高檔紅木家具的需求也越來越大，因此發展降香黃檀的前景非常看好[3]。對此，加快珍貴樹種的人工培育、地區引種技術研究，是緩解當前市場供需矛盾的重要舉措。本課題研究以降香黃檀幼苗為材料，通過研究降香黃檀幼苗對于低錳脅迫下的耐受性，為降香黃檀在重金屬污染地區的引種提供一定的理論依據。

1 試驗方法和數據分析

試驗采用的降香黃檀種子采于廣西壯族自治區崇左市廣西民族師范學院校園內。2019年3月采集顆粒飽滿、完好無損的種子，于實驗室外進行幼苗培育。脅迫使用的幼苗為長出5片羽葉的降香黃檀幼苗；脅迫用藥品為白色粉末的硫酸(MnSO4)，分子量為169.01，以填埋方式一次施入；脅迫時間為21d。測定丙二醛含量、POD酶活力、SOD酶活性，測定方法參照蔡慶生版的《植物生理學實驗》課本[4]。所有數據采用Excel 2010處理及繪制圖表。

2 結果與分析

2.1 低錳脅迫下降香黃檀幼苗丙二醛(MDA)含量

當植物自身器官衰老或生長在與自身生長環境相違背的地方時，會對植物本身產生傷害，而受到傷害的程度則可由丙二醛含量反映。由圖1可知，降香黃檀幼苗的根在低濃度錳脅迫下，MDA含量與脅迫周期息息相關，隨著脅迫周期的延長，MDA含量逐漸增加，但數值都比對照組小；莖中MDA含量隨著脅迫周期的延長，也逐漸增加，脅迫后期(21d)莖中的MDA含量與空白組的含量大致相等；葉的MDA含量在中期(14d)時最低，在整個脅迫周期試驗組的含量與空白組的含量相差不大。膜脂過氧化在分解中，促使了丙二醛的產生，其含量越少意味著膜脂過氧化程度越小。根據圖1可看出，在脅迫期，降香黃檀幼苗的莖、葉與空白組的MDA含量相差不大，而根的含量相差較大，表明整個脅迫過程中2mg·kg-1的錳離子對降香黃檀幼苗的莖和葉的膜脂傷害較小，對根的傷害較大。

圖1 低錳脅迫對幼苗MDA含量的影響

2.2 低錳脅迫下降香黃檀幼苗過氧化物酶(POD)活性

植物體的代謝變化可以通過酶活性的程度進行了解，因為在植物的生長期間，酶的活性無時無刻都在發生著變化。POD是植物體內清除過氧化物和過氧離子的一類抗氧化酶。當植物處于各種不利環境下時，過氧化物酶啟動保護機制，提高植物的抗逆性，如抗旱、抗寒、抗鹽、抗病等[5]。

如圖2所示，脅迫中期，降香黃檀幼苗根的POD酶活性與對照組的活性相近，而脅迫的前期和后期，幼苗根中的POD酶活性與對照組的差距較大，大約是對照組POD酶活性的1/2。幼苗莖的POD酶活性在脅迫期出現上下波動，在脅迫前期酶活性最高，且明顯高于對照組；葉的POD酶活性整體是下降的，在脅迫后期葉的POD酶活性最低。從圖中還可以看出，低濃度錳脅迫后的降香黃檀幼苗的根和葉中POD酶活性比對照組的酶活性低，說明在低濃度下降香黃檀幼苗并未立即啟動自身抗氧化機制以應對外界帶來的傷害或是該濃度下的錳脅迫并未對降香黃檀幼苗的過氧化物酶造成傷害。

2.3 低錳脅迫下降香黃檀幼苗超氧化物歧化酶(SOD)活性

超氧化物歧化酶(SOD)是普遍存在于需氧生物體內的一種金屬酶，清除超氧陰離子自由基(O2-)便是其主要功能[6]。在不利環境中，SOD是首先發揮清除氧化自由基功能的抗氧化酶，在植物保護機制中起著關鍵的作用。當植物在有利的環境中生長時，超氧化物歧化酶活性處于正常水平。但是當植物處于高溫、低溫、干旱或者是金屬脅迫等不利環境時，就會引起SOD活性的變化[4]。

圖2 低錳脅迫對幼苗POD活性的影響

如圖3所示，低錳脅迫前期，降香黃檀幼苗根的SOD活性較對照組的低，隨著脅迫周期的延長，脅迫中、后期，根的SOD活性有所升高，但后期SOD酶活性低于脅迫中期。幼苗莖的SOD活性呈現上升趨勢，脅迫前期SOD活性較對照組的低，但隨著脅迫周期的延長，莖的SOD活性值逐漸增加且高于對照組。錳脅迫后幼苗葉的SOD活性隨著脅迫周期的延長，酶活性逐漸降低，但都比對照組的活性高。隨著脅迫時間的持續，降香黃檀幼苗各部位SOD活性都高過對照組，說明降香黃檀幼苗在逆境下能提高自身清除氧自由基的能力，以防止幼苗受低濃度錳脅迫的進一步破壞。

圖3 低錳脅迫對幼苗SOD活性的影響

3 討論與結論

錳作為植物生長必需的微量元素，雖然需求量很少，但對植物有著不可替代的作用[6]，錳含量的高低會直接或間接影響植物的生長發育。植物在逆境中往往會產生氧自由基，這也是造成細胞損壞的原因(如生物膜過氧化)，為了避免此情況的發生，保護生物膜，活性氧清除系統在植物體內衍生[7]。植物體內脂質過氧化程度越強，MDA含量就越高，進而會造成不可逆的膜損傷。通過此次試驗探究，MDA含量低的情況發生于脅迫周期中的前期，隨著脅迫周期的延長，MDA含量逐漸增加，但與對照組含量差別并不大，說明在2mg·kg-1濃度的Mn2+脅迫下，并未對降香黃檀幼苗的膜系統造成不可逆轉的傷害。

植物在逆境脅迫下，自由基會大量積累，而植物體內的SOD、POD可以有效清除植株體內多余的自由基，從而保護植物不受侵害[8]。存在于植物細胞質、液泡、細胞壁中的POD是植物抗氧化機制的重要化合物，可作為錳脅迫的指示物質。錳脅迫過程中，POD活性在根和葉中呈現下降趨勢，說明在2mg·kg-1濃度的Mn2+脅迫下，降香黃檀幼苗并未立即啟動自身抗氧化機制以應對外界帶來的傷害。酶活性比較高且平穩的SOD有利于植物抵御不利環境。本試驗發現，在2mg·kg-1濃度的Mn2+脅迫下，隨著脅迫周期的延長，SOD活性逐漸增強，說明降香黃檀幼苗在脅迫環境下能提高自身內部條件以抵御不良環境。