金荞麦叶保护酶与保护物质对增强UV-B辐射及干旱胁迫处理的响应

1、金荞麦叶保护酶与保护物质对增强UV-B辐射及干旱胁迫处理的响应第一作者简介：陆翔（1991-），男，浙江湖州人，生物专业，本科大四学生，从事植物相关研究。E-mail: ，电话：0575- 通信作者：张益锋，博士，主要从事药用植物保护研究。E-mail:zhangyifeng_007163.com，电话：陆翔，张益锋(绍兴文理学院元培学院生命科学系，浙江 绍兴) 摘要 目的：研究金荞麦叶保护酶与保护物质对增强UV-B辐射及干旱胁迫处理的响应，为其规范化种植提供科学依据。方法：采用盆栽试验的方法，测定金荞麦在干旱和UV-B辐射胁迫下超氧化物歧化酶 (SOD) 活性、过氧化物酶 (PO

2、D)活性、总黄酮含量、游离脯氨酸和可溶性蛋白含量。结果：在充足水分状况下，增强的UV-B辐射提高了金荞麦叶SOD活性、总黄酮含量、游离脯氨酸含量；增强的UV-B辐射在处理前期和后期提高了金荞麦POD活性；增强的UV-B辐射在处理前期增加了金荞麦叶可溶性蛋白含量。在干旱胁迫下，增强的UV-B辐射在处理中期提高了金荞麦SOD活性，而在处理前期和后期却降低了其SOD活性；增强的UV-B辐射在处理后期升高了金荞麦叶POD活性；提高了金荞麦叶游离脯氨酸和可溶性蛋白含量。结论：在干旱条件下，金荞麦通过酶系统和保护物质的调节减少胁迫带来的不利影响，增强试验设定强度的UV-B辐射在一定程度上有利于提高其对干旱

3、的抗性。关键词 金荞麦；干旱胁迫；增强UV-B辐射；酶系统；保护物质Response of the protective enzymes and protective substances of Fagopyrum dibotrys under enhanced UV-B radiation and drought stress LU Xiang,ZHANG Yifeng(School of Life and Sciences, Yuanpei College Shaoxing University, Shaoxing , China)Abstract Objective: To study

4、the influences of enhanced UV-B radiation in simulation and drought stress on the protective enzymes and protective substances of Fagopyrum dibotrys, and so as to provide a theoretical basis for the cultivation for F. dibotrys. Method: By experiment of potted plant, we mensurated the SOD activity, P

5、OD activity, total flavonoids contents, free proline contents and soluble protein contents of F. dibotrys under different drought stresses and UV-B radiations. Result: In conditions of adequate water, enhanced UV-B radiation increased SOD activity, total flavonoids contents and free proline contents

6、 of F. dibotrys. In the early and late stages of the treatment, POD activity of F. dibotrys was increased by enhanced UV-B radiation. In the early and late stages of the treatment, soluble protein contents of F. dibotrys was increased by enhanced UV-B radiation. In conditions of drought stress, enha

7、nced UV-B radiation increased SOD activity of F. dibotrys in the medium-term of the treatment while decreased it in the early and late stages of the treatment. In the late stage of the treatment, enhanced UV-B radiation increased POD activity, free proline contents and soluble protein contents of F.

8、 dibotrys. Conclusion: In conditions of drought stress, F. dibotrys reduce adverse effects by regulating protective enzyme system and protective substances, the enhanced UV-B radiation improve their resistance to drought to some extent.Key words Fagopyrum dibotrys; drought stress; enhanced UV-B radi

9、ation; enzyme system; protective substances据统计，在我国干旱、半干旱土地面积占全国总面积的47%。另一方面，臭氧量的减少带来的后果是导致到达地表的UV-B辐射增强，而地表的UV-B辐射增强对植物造成很大影响。近年来，干旱胁迫与UV-B辐射的相互作用对植物的影响受到国内外学者重视，有研究表明干旱胁迫会减轻或掩盖增强UV-B辐射对植物的不利影响1，也有相反的结论2。本文以广泛栽培的药用植物金荞麦为材料，探讨金荞麦叶保护酶与保护物质对增强UV-B辐射及干旱胁迫处理的响应，不但有利于深化两种胁迫相互作用机理的认识，进一步拓展相关研究领域，而且可以为金荞麦种植

10、提供科学依据。1 材料与方法1.1 实验设计同文献3。1.2 测定方法取0.5 g叶片，精密称重后按1:10 (w/v)比例加入预冷的酶提取液(0.1mmolL-1EDTA、0.3%(w/v) Triton X-100、4%(w/v) PVP、50mmolL-1pH 7.8L磷酸缓冲液)，在冰浴条件下充分研磨后，冷冻离心10500 20 min，取上清液冷藏备用。参照张志良21的法方测定超氧化物歧化酶 (SOD) 和过氧化物酶 (POD)活性；参照李芳兰5的方法测定总黄酮含量；参照参照文献6的法方测定游离脯氨酸、可溶性蛋白。2 结果与分析2.1金荞麦叶片保护酶活性对增强UV-B辐射及干旱胁迫处

11、理的响应图1显示的是金荞麦叶SOD活性在增强UV-B辐射及不同干旱水平处理下的响应。由图可知，各处理组随处理时间的增加有升高的趋势。在不增强UV-B辐射的情况下在各时间点上都有T3T2T1，且各处理组间差异显著，表明在不增强UV-B辐射的情况下，SOD活性随干旱胁迫的增加而显著上升。a、b、c表示每一处理时间同一UV-B辐射水平处理组间有显著性差异；r和s表示每一处理时间同一干旱胁迫水平处理组间有显著性差异(p0.05)(图25同)。图 1金荞麦叶SOD活性对增强UV-B辐射及干旱胁迫的响应(平均值+标准误)在增强UV-B辐射的情况下，都有T6T5T4，第2050天时各处理组间差异显著，表明在

12、增强UV-B辐射的情况下，SOD活性随干旱胁迫的增加而显著上升。在充足水分状况下，在各时间点上T4都要高于T1，处理中后期(3050天时)达到显著差异，表明在充足水分状况下，增强的UV-B辐射在处理中后期显著提高了SOD活性。在中度干旱胁迫下，第2040天时T5都要显著高于T2，而第10，50天时T2都要显著高于T5，表明在中度干旱胁迫下，增强的UV-B辐射在处理中期提高了SOD活性，而在处理前期和后期却降低了SOD活性。在重度干旱胁迫下，第1040天时T6都要显著高于T3，第50天时T3都要显著高于T6，表明在重度干旱胁迫下，增强的UV-B辐射在处理前中期提高了SOD活性，而在处理后期却降低

13、了SOD活性。经过双因素方差分析的有关增强UV-B辐射、干旱水平以及两者交互作用对金荞麦叶SOD活性的影响程度在表1中体现出来，和以上分析结果一致。图2显示的是金荞麦叶POD活性在增强UV-B辐射及不同干旱水平处理下的响应。由图可知，POD活性随着处理时间的增加有先升高后下降的趋势。在不增强UV-B辐射条件下，在各时间点上都有T3T2T1，第30天时各组处理间差异显著，第10，40，50天时，只有T1和T3差异显著，第20天时，只有T1和T2差异显著，表明在不增强UV-B辐射条件下，POD活性随干旱胁迫的加重而升高的趋势，在处理中期尤为明显。在增强UV-B辐射条件下，基本都有图 2金荞麦叶PO

14、D活性对增强UV-B辐射及干旱胁迫的响应(平均值+标准误)T6T5T4，第30，40天时各处理组间差异显著，第20天时T4和T5无显著差异，第50天时各处理组无显著差异，表明在增强UV-B辐射条件下，POD活性随干旱胁迫的加重而升高的趋势，在处理中期尤为明显。在充足水分状况下各时间点上都有T4T1，显著差异只在第10，50天时达到，表明在充足水分状况下，增强的UV-B辐射升高了POD活性，在处理前期和后期尤为明显。在中度干旱胁迫下，第1030天时T2和T5无显著差异，第40，50天时，T5要显著高于T2，表明在中度干旱胁迫下，增强的UV-B辐射在处理后期升高了POD活性。在重度干旱胁迫下情况和

15、中度干旱胁迫类似，即增强的UV-B辐射在处理后期升高了POD活性。经过双因素方差分析的有关增强UV-B辐射、干旱水平以及两者交互作用对金荞麦叶POD活性的影响程度在表1中体现出来，和以上分析结果一致。2.2金荞麦叶片保护物质含量对增强UV-B辐射及干旱胁迫处理的响应图3显示的是金荞麦叶总黄酮含量在增强UV-B辐射及不同干旱水平处理下的响应。由图可知，总体上各处理组随处理时间的增加有先缓慢上升后缓慢下降的趋势。在不增强UV-B辐射条件下，在各时间点上都有T3T2T1，第20天时各处理组差异达到显著水平，其它时间点上，只有T3和T2差异不显著，这表明在不增强UV-B辐射条件下，总黄酮含量随干旱胁迫

16、程度加重而升高，显著差异只在充足水分和干旱胁迫间达到。在增强UV-B辐射条件下情况和不增强UV-B辐射条件类似，即总黄酮含量随干旱胁迫程度加重而升高，而显著差异只在充足水分和干旱胁迫间达到。在充足水分状况下，T4在各时间点上都要显著高于T1，表明在充足水分状况下，增强的UV-B辐射显著提高了总黄酮含量。图 3金荞麦叶总黄酮含量对增强UV-B辐射及干旱胁迫的响应(平均值+标准误)在中度干旱胁迫下，T2和T5在各时间点上都无显著差异，表明在中度干旱胁迫下总黄酮含量对增强的UV-B辐射不敏感。在重度干旱胁迫下，T2和T5只在第40天时有显著差异，表明在重度干旱胁迫下，不增强UV-B辐射条件类似，即总

17、黄酮含量随干旱胁迫程度加重而升高，而显著差异只在充足水分和干旱胁迫间达到。在充足水分状况下，T4在各时间点上都要显著高于T1，表明在充足水分状况下，增强的UV-B辐射显著提高了总黄酮含量。在中度干旱胁迫下，T2和T5在各时间点上都无显著差异，表明在中度干旱胁迫下总黄酮含量对增强的UV-B辐射不敏感。在重度干旱胁迫下，T2和T5只在第40天时有显著差异，表明在重度干旱胁迫下，不增强UV-B辐射条件类似，即总黄酮含量随干旱胁迫程度加重而升高，而显著差异只在充足水分和干旱胁迫间达到。在充足水分状况下，T4在各时间点上都要显著高于T1，表明在充足水分状况下，增强的UV-B辐射显著提高了总黄酮含量。在中

18、度干旱胁迫下，T2和T5在各时间点上都无显著差异，表明在中度干旱胁迫下总黄酮含量对增强的UV-B辐射不敏感。在重度干旱胁迫下，T2和T5只在第40天时有显著差异，表明在重度干旱胁迫下，中度干旱胁迫下总黄酮含量对增强的UV-B辐射不甚敏感。经过双因素方差分析的有关增强UV-B辐射、干旱水平以及两者交互作用对金荞麦叶总黄酮含量的影响程度在表1中体现出来，和以上分析结果一致。图 4金荞麦叶游离脯氨酸含量对增强UV-B辐射及干旱胁迫的响应(平均值+标准误)图4显示的是金荞麦叶游离脯氨酸含量在增强UV-B辐射及不同干旱水平处理下的响应。由图可知，各处理组随着处理时间的增加而有先升高后降低的趋势。在不增强

19、UV-B辐射条件下，第1040天时，基本都有T3T2T1，差异显著，第50天时， T2要显著高于T1和T3，T1和T3差异不显著，这表明在不增强UV-B辐射条件下，在处理前中期游离脯氨酸含量随干旱胁迫的加重而上升，在处理后期则无明显规律。在增强UV-B辐射条件下，情况和不增强UV-B辐射类似。在充足水分状况下，在各时间点上T1都要显著低于T4，表明，在充足水分状况下，增强的UV-B辐射提高了游离脯氨酸含量。在中度干旱胁迫下情况和在充足水分状况类似。在重度干旱胁迫条件下，第10天时，T3要显著高于T6，第30天时，T6要显著高于T3，在其它时间点上，差异不显著，表明在重度干旱胁迫条件下，增强的U

20、V-B辐射对游离脯氨酸的影响无明显规律。经过双因素方差分析的有关增强UV-B辐射、干旱水平以及两者交互作用对金荞麦叶游离脯氨酸含量的影响程度在表1中体现出来，和以上分析结果一致。图5显示的是金荞麦可溶性蛋白含量在增强UV-B辐射及不同干旱水平处理下的可塑性响应。由图可知，各处理组随处理时间的增加大体有先上升后下降的趋势（T1一直上升）。在增强UV-B辐射条件下类似在不增强UV-B辐射条件时，图 4金荞麦叶可溶性蛋白含量对增强UV-B辐射及干旱胁迫的响应(平均值+标准误)可溶性蛋白含量在处理前期随干旱胁迫的加深而升高，而到处理后期则随干旱胁迫的加深而降低。在充足水分状况下，第10，20天时有T6

21、T3，在第20天时差异不显著，第3050天时有T3T6，显著差异只在第50天时达到，表明在充足水分状况下，增强的UV-B辐射在处理前期增加了可溶性蛋白含量，而在后期则减小了可溶性蛋白含量。在中度干旱胁迫下，在各时间点上都有T5T2，显著差异在第1050天时达到，表明在中度干旱胁迫下，增强的UV-B辐射提高了可溶性蛋白含量，在处理前期和后期尤为显著。在重度干旱胁迫下，第1040天时，基本都有T6T3，显著差异在第10，30天时达到，而在第50天时，T3要显著高于T6，表明在重度干旱胁迫下，增强的UV-B辐射在处理前中期增加了可溶性蛋白含量，而在后期则减小了可溶性蛋白含量。经过双因素方差分析的有关

22、增强UV-B辐射、干旱水平以及两者交互作用对金荞麦叶可溶性蛋白含量的影响程度在表1中体现出来，和以上分析结果一致。表1 增强UV-B辐射及干旱水平处理对金荞麦保护酶和保护物质特征影响的方差分析指标影响因子处理时间 (d)1020304050超氧化物歧化酶活性UV-B*G*UV-B G*过氧化物酶活性UV-Bn.s.*n.s.*G*UV-B G*n.s.n.s.*n.s.总黄酮含量UV-Bn.s.n.s.n.s.*n.s.G*UV-B G*n.s.n.s.n.s.n.s.游离脯氨酸含量UV-Bn.s.*G*UV-B G*n.s.*n.s.可溶性蛋白质含量UV-B*n.s.n.s.*G*注：G.干

23、旱；n.s.不显著；*.显著性概率p0.05；*.显著性概率p0.01；*.显著性概率 p0.001。3 讨论当植物受到干旱和UV-B辐射增强等胁迫时，会产生大量的活性氧(active oxygen)，从而导致蛋白质、膜脂、DNA及其它细胞组分的严重损伤。植物自身酶保护系统和非酶保护系统的成员协同作用使细胞内的活性氧维持在较低水平才能确保其正常生长和代谢7。超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化物酶(POD)是酶保护系统的重要成员，能有效地清除自由基。黄酮类物质能清除活性氧已经得到越来越多的学者证实8,9。游离脯氨酸是植物体内有效的非酶类抗氧化物质35，能有效清除羟自由基，和可溶性蛋白一样作为渗透调

24、节物在植物体内积累对抵抗逆境具有重要作用11。本研究结果发现金荞麦SOD活性、总黄酮含量随干旱胁迫的增加而显著上升；POD活性随干旱胁迫的加深而升高，在处理中期达到显著水平，而在处理前期和后期，这种影响似乎有减弱的趋势；在处理前中期游离脯氨酸含量随干旱胁迫的加重而上升，在处理后期则无明显规律；金荞麦可溶性蛋白含量在处理前期随干旱胁迫的加深而升高，而到处理中后期则随干旱胁迫的加深而降低。以上结果基本证实了前人有关干旱胁迫对植物保护酶和保护物质影响的观点。在充足水分状况下，增强的UV-B辐射处理提高了金荞麦叶SOD活性、总黄酮含量、游离脯氨酸含量；增强的UV-B辐射在处理前期和后期升高了金荞麦PO

25、D活性；增强的UV-B辐射在处理前期增加了金荞麦叶可溶性蛋白含量，而在后期则减小了金荞麦和荞麦叶可溶性蛋白含量。Pastori and Trippi12认为植物不仅具有抵抗某种境胁迫的能力，而且具有抵抗其它逆境的能力，即交叉抗性，这种交叉抗性与植物体内活性氧清除系统存在密切关系。本研究表明，在干旱胁迫下，增强的UV-B辐射在处理中期提高了金荞麦SOD活性，而在处理前期和后期却降低了其SOD活性，UV-B辐射和干旱胁迫导致金荞麦叶O2-在中期积累较多，两种胁迫的伤害在中期可能有累加效应，同时需要更高的SOD活性来清除O2-，在处理前期和中期则相反，增强的UV-B辐射缓解了干旱胁迫导致的O2-积累

26、；增强的UV-B辐射在处理后期升高了金荞麦叶POD活性；增强的UV-B辐射提高了金荞麦叶游离脯氨酸含量；在中度干旱胁迫下，增强的UV-B辐射提高了金荞麦叶可溶性蛋白含量，而在重度干旱胁迫下，增强的UV-B辐射在处理前中期提高了金荞麦叶可溶性蛋白含量，而在后期则减小了其叶可溶性蛋白含量。因此，本研究认为，酶保护系统或非酶保护系统在植物受到胁迫的反应灵敏度是可能因植物本身特性、胁迫强度、胁迫时间差异而不同。参考文献1 晏斌, 戴秋杰. 紫外线B对水稻叶组织中活性氧代谢及膜系统的影响J. 植物生理学报, 1996, 22(4): 373-378.2 Rao M V, Paliyath G, Ormrod D P. Ultraviolet-B and ozone-induced biochemical changes in antioxidant enzymes of Arabidopsis thalianaJ. Plant Physio, 1996, 110(1): 125.3 张益锋, 何平, 张春平. 干旱及增强UV-B胁迫对金荞麦生物量积累与分配的影响J. 中国中药杂志(15): 2032-2037.4 张志良. 植物生理学实验指