干旱脅迫下外源褪黑素對(duì)大豆苗期抗氧化酶的活性影響*

鄒京南，金喜軍，曹亮，何松榆，于 奇，張玉先

（黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)農(nóng)學(xué)院，黑龍江 大慶 163319）

近年來隨著全球氣候的變暖，使得干旱對(duì)作物生長(zhǎng)的脅迫加劇。干旱是指在植株葉片蒸騰和其他生育進(jìn)程所需水分高于根系吸收水分，導(dǎo)致植物含水量降低，從而影響植物正常生長(zhǎng)發(fā)育的一種傷害[1]。大豆是一種富含蛋白質(zhì)的豆科作物，具有一定的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，在我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中占有重要地位，而干旱脅迫是大豆產(chǎn)量和產(chǎn)量穩(wěn)定性的主要制約因素。干旱脅迫會(huì)降低大豆植株葉面積，破壞細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，影響分生組織細(xì)胞的分裂、增殖和伸長(zhǎng)，從而影響大豆植株的生長(zhǎng)發(fā)育速率[2]。

在干旱條件下，植物體內(nèi)會(huì)產(chǎn)生大量活性氧,導(dǎo)致膜脂過氧化，核酸等分子和蛋白質(zhì)的損傷，植物在抵御不良環(huán)境時(shí)形成了相對(duì)的抗逆境機(jī)制,產(chǎn)生了由酶促和非酶促組成的抗氧化防御系統(tǒng)，酶促反應(yīng)系統(tǒng)包括超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化氫酶（CAT）、過氧化物酶（POD）等，它們是酶促反應(yīng)系統(tǒng)的重要組成成分，它們的協(xié)同作用可以有效的清除OH-、O2-、H2O2等自由基[3]。非酶促反應(yīng)系統(tǒng)中參與活性氧清除的抗氧化物包括谷胱甘肽、抗壞血酸等[4]。

近年來研究發(fā)現(xiàn)，褪黑素可以誘導(dǎo)植物提高其抗氧化能力，從而提高其抗旱性。褪黑素是廣泛存在于動(dòng)植物體內(nèi)的一類內(nèi)源吲哚胺。隨著褪黑素研究的發(fā)展[5]，人們發(fā)現(xiàn)褪黑素在植物體中具有多重生理功能，它可以調(diào)節(jié)植物的光周期、保護(hù)葉綠素、具有類似于吲哚乙酸的生長(zhǎng)調(diào)節(jié)作用[6-7]。目前研究認(rèn)為，褪黑素主要通過提高植物抗氧化酶的活性[8]，清除活性氧自由基以及產(chǎn)生一些滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)等來提高植物的抗逆性[9]。如褪黑素能夠提高鹽脅迫下哈密瓜和水稻幼苗葉片抗氧化酶活性[10]，可以通過提高鹽脅迫下黃瓜種子的超氧化物歧化酶的活性（SOD）和過氧化物酶的活性（POD）來提高其發(fā)芽率[11]，可以有效清除過量的過氧化氫和降低丙二醛含量來減輕干旱脅迫對(duì)小麥幼苗造成的細(xì)胞膜傷害[12]。本實(shí)驗(yàn)通過測(cè)定干旱脅迫下葉片噴施褪黑素后大豆葉片抗氧化酶活性變化來確定外源褪黑素對(duì)大豆幼苗葉片抗氧化酶活性的影響。

1 材料與方法

1.1 供試材料

本次試驗(yàn)的材料是大豆（Glycine max（Linn.）Merr.），供試品種為大豆干旱敏感型綏農(nóng)26。

1.2 方法

試驗(yàn)于2018年5月20日在黑龍江省大慶市國(guó)家雜糧工程技術(shù)研究中心，試驗(yàn)基地遮雨大棚內(nèi)進(jìn)行。本次試驗(yàn)的土壤為黑鈣土，用白色塑料桶，每桶裝入13 kg的土壤。5月20日，每桶播9粒大小均勻、顏色均勻的試驗(yàn)所用種子，種子播前用5%次氯酸鈉對(duì)種子進(jìn)行消毒，然后覆蓋大約2.5 kg所用土壤約5 cm。于6月10日進(jìn)行間苗，每桶保留3株幼苗。之后在每天進(jìn)行補(bǔ)水，使每桶保持80%的田間持水量。正常生長(zhǎng)至苗期（V2）開始干旱控水。本次試驗(yàn)設(shè)置4個(gè)處理組，分別為M+D（干旱脅迫條件下施褪黑素處理）、D（干旱脅迫處理）、CK（正常供水對(duì)照），W+M（正常供水條件下褪黑素處理）。于6月10控水當(dāng)天連續(xù)5 d葉面噴施褪黑素溶液（100 μmol/L），并在6月22日達(dá)到田間持水量45%后，對(duì)照組（CK）和W+M保持80%田間持水量不變，進(jìn)行第一次取樣（S1），M+D和D繼續(xù)停止供水7 d后進(jìn)行第二次取樣（S2）。取樣時(shí)葉子需及時(shí)放入液氮盒中，再轉(zhuǎn)移至零下80℃的冰箱中，之后測(cè)定葉片的有關(guān)指標(biāo)。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目和方法

抗氧化酶活性超氧化物歧化酶（SOD）活性的測(cè)定方法采用氮藍(lán)四唑（NBT）法測(cè)定。過氧化氫酶（CAT）活性的測(cè)定方法采用紫外線吸收法測(cè)定。過氧化物酶（POD）活性的測(cè)定方法采用愈創(chuàng)木酚法測(cè)定?？箟难徇^氧化物酶（APX）活性的測(cè)定方法采用Nakano的方法測(cè)定。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel2010和SPSS20.0進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、統(tǒng)計(jì)分析。

2 試驗(yàn)結(jié)果

2.1 干旱脅迫下褪黑素對(duì)超氧化物歧化酶（SOD）活性的影響

如圖1所示，在正常供水條件下，葉面噴施褪黑素SOD活性分別提高了2.1%、2.5%。在干旱脅迫（D）條件下，大豆幼苗葉片的SOD活性分別提高了25.6%、9.9%，差異顯著。在干旱脅迫條件下，葉面噴施褪黑素（M+D）SOD活性分別提高了27.8%、14.9%，差異顯著。

2.2 干旱脅迫下褪黑素對(duì)過氧化物（POD）活性的影響

如圖2所示，在正常供水條件下，葉面噴施褪黑素POD活性分別提高了5.5%、1.4%。在干旱脅迫（D）條件下，大豆幼苗葉片的POD活性分別提高了33.2%、6.8%，差異顯著。在干旱脅迫條件下，葉面噴施褪黑素（M+D）POD活性分別提高了28.1%、12.5%，差異顯著。

2.3 干旱脅迫下褪黑素對(duì)抗壞血酸過氧化物酶（APX）的影響

如圖3所示，在正常供水條件下，葉面噴施褪黑素APX活性分別提高了5.6%、3.7%。在干旱脅迫（D）條件下，大豆幼苗葉片的APX活性分別提高了24.13%、1.8%，差異顯著。在干旱脅迫條件下，葉面噴施褪黑素（M+D）APX活性分別提高了18.8%、18.1%，差異顯著。

2.4 干旱脅迫下褪黑素對(duì)過氧化氫酶（CAT）的影響

如圖4所示，在正常供水條件下，葉面噴施褪黑素CAT活性分別提高了7.6%、3.8%。在干旱脅迫（D）條件下，大豆幼苗葉片的CAT活性分別提高了44.7%、13.1%，差異顯著。在干旱脅迫條件下，葉面噴施褪黑素（M+D）CAT活性分別提高了32.9%、25.2%，差異顯著。

圖1 干旱脅迫下褪黑素對(duì)大豆花期SOD活性的影響

圖2 干旱脅迫下褪黑素對(duì)大豆花期POD活性的影響

圖3 干旱脅迫下褪黑素對(duì)大豆花期APX活性的影響

圖4 干旱脅迫下褪黑素對(duì)大豆CAT活性的影響

3 討論

干旱脅迫會(huì)使大豆發(fā)生一系列生理生化變化，使大豆幼苗葉片氣孔關(guān)閉，光合作用受到抑制，細(xì)胞活性氧ROS含量特別是過氧化氫含量升高。而大豆幼苗的抗氧化系統(tǒng)酶（SOD、CAT、POD、APX）無(wú)法及時(shí)清除過量的ROS，限制大豆正常的生長(zhǎng)發(fā)育，制約大豆的產(chǎn)量和品質(zhì)。這表明干旱會(huì)導(dǎo)致大豆抗氧化系統(tǒng)的損害，并導(dǎo)致丙二醛（MDA）對(duì)膜系統(tǒng)的損害。本次試驗(yàn)結(jié)果表明，干旱脅迫可提高大豆花期葉片中SOD、CAT、POD、APX的活性。目前研究認(rèn)為，褪黑素作為一種氧化劑將自由基還原為非自由基，還可在抗氧化方面起作用[13]。褪黑素可以提高大豆體內(nèi)抗氧化系統(tǒng)酶（SOD、CAT、POD、APX）活性，增加大豆體內(nèi)ASA等抗氧化物質(zhì)的含量。從而進(jìn)一步促進(jìn)大豆幼苗葉片抗氧化系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)，減少活性氧ROS的積累，提高大豆幼苗抗氧化的能力。褪黑素之所以能夠增強(qiáng)植物的抗氧化能力，是因?yàn)樗鼌⒓恿嘶钚匝醯那宄齕14]。本次試驗(yàn)結(jié)果表明，在干旱脅迫條件下，通過噴施褪黑素可以極大的提高大豆幼苗葉片中超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化氫酶（CAT）、過氧化物酶（POD）、抗壞血酸過氧化物酶（APX）的活性，有效清除大豆葉片活性氧ROS，從而增強(qiáng)了干旱脅迫下大豆幼苗抗氧化的能力。

4 結(jié)論

本次試驗(yàn)結(jié)果表明，與正常條件（CK）相比，外源褪黑素提高了大豆葉片抗氧化酶活性，但均未達(dá)到顯著差異水平。干旱脅迫提高了超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化氫酶（CAT）、過氧化物酶（POD）、抗壞血酸過氧化物酶（APX）活性。干旱脅迫并且噴施褪黑素后進(jìn)一步提高了大豆葉片的超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化氫酶（CAT）、過氧化物酶（POD）、抗壞血酸過氧化物酶（APX）活性。