鑭對(duì)UV-C脅迫下番茄幼苗抗氧化酶活性的影響

王文剛，李靈芝，張 惠，李海平

（1.太谷縣農(nóng)業(yè)局，山西太谷030800；2.山西農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院，山西太谷030801）

紫外輻射可分為UV-A（320～400 nm），UVB（280～320 nm）和 UV-C（200～280 nm）3 種。由于工業(yè)的發(fā)展對(duì)大氣平流層臭氧的破壞，地表的紫外輻射除UV-B外，UV-C的輻射量也在增加，且已成為當(dāng)今全球性環(huán)境問(wèn)題之一[1]。

紫外輻射會(huì)引起植物細(xì)胞膜脂過(guò)氧化，產(chǎn)生自由基，從而對(duì)植物造成一定傷害[2-3]。而植物體內(nèi)抗氧化系統(tǒng)可在一定程度上清除活性氧，維持體內(nèi)活性氧的動(dòng)態(tài)平衡[4]。稀土元素在有機(jī)體內(nèi)含量很少，但對(duì)生物生命活動(dòng)具有重要的調(diào)節(jié)作用，能夠增強(qiáng)作物對(duì)不良生長(zhǎng)環(huán)境的適應(yīng)能力、誘導(dǎo)植物的抗逆性，從而減輕傷害[5-7]。

本試驗(yàn)研究了稀土元素鑭在UV-C照射脅迫下對(duì)番茄幼苗抗氧化酶活性的影響，旨在探討鑭減輕番茄幼苗UV-C紫外傷害的途徑和機(jī)理。

1 材料和方法

1.1 材料

將飽滿(mǎn)的番茄種子（品種為Counter）播在育苗盤(pán)中，種子發(fā)芽后用清水澆灌，待2葉1心時(shí)定植于直徑為15 cm的育苗缽中，用1/2劑量營(yíng)養(yǎng)液（華南農(nóng)業(yè)大學(xué)番茄營(yíng)養(yǎng)液配方）進(jìn)行培養(yǎng)。待番茄幼苗長(zhǎng)至8～9片真葉時(shí)，選取大小整齊、健壯的番茄幼苗進(jìn)行處理。

1.2 處理方法

LaCl3的質(zhì)量濃度設(shè)為：30mg/L（T1），60mg/L（T2）。試驗(yàn)設(shè)4個(gè)組，即UV-C照射；UV-C照射＋T1；UV-C照射＋T2；無(wú)UV-C照射且不噴施LaCl3（CK），各組均3次重復(fù)。對(duì)番茄幼苗隔天噴施1次LaCl3，以葉片不滴液體為準(zhǔn)，共噴施2次，噴施LaCl3結(jié)束2 d后進(jìn)行UV-C照射處理。UV-C 照射時(shí)間分別為 1，2，3，4，5 h，用紫外燈（主波長(zhǎng)253.7 nm）懸于番茄植株上方1.5m處進(jìn)行輻照模擬，隨著番茄幼苗的長(zhǎng)高，調(diào)節(jié)紫外燈的高度，使番茄幼苗在整個(gè)試驗(yàn)時(shí)期保持同等的UV-C輻射脅迫。每天10:00開(kāi)始照射，連續(xù)照射5 d，照射完畢按照順序分別取各處理組番茄葉片進(jìn)行測(cè)定。

1.3 測(cè)定指標(biāo)及方法

每次按順序取樣并做好標(biāo)記，依次測(cè)定番茄幼苗葉片超氧化物歧化酶（SOD）[8]、過(guò)氧化物酶（POD）[9]、丙二醛（MDA）[10]含量。試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel作圖，用SAS軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 LaCl3對(duì)UV-C脅迫下番茄幼苗SOD活性的影響

SOD是生物體內(nèi)清除活性氧的關(guān)鍵酶之一，其活性大小在一定程度上代表了植物清除活性氧的能力。由圖1可知，番茄幼苗SOD活性隨UV-C脅迫時(shí)間的增加呈先升高后降低的趨勢(shì)。在較短時(shí)間UV-C脅迫下，番茄幼苗SOD活性逐漸升高，表明番茄幼苗啟動(dòng)了自身的抗逆機(jī)制，通過(guò)誘導(dǎo)SOD酶活性的上升來(lái)抑制活性氧對(duì)細(xì)胞膜脂的過(guò)氧化傷害，但是隨著UV-C照射時(shí)間延長(zhǎng)，番茄幼苗的SOD酶活性下降，且與對(duì)照相比差異極顯著（P＜0.01），說(shuō)明過(guò)度的UV-C脅迫會(huì)導(dǎo)致番茄自身抑制活性氧傷害的能力下降，造成番茄幼苗葉片細(xì)胞膜脂的過(guò)氧化。

La3+對(duì)番茄幼苗在UV-C脅迫下SOD活性有正調(diào)節(jié)效應(yīng)，噴施30mg/L LaCl3的番茄幼苗SOD活性高于對(duì)照，且高于單一UV-C脅迫組，輻射 1，2，3，4，5 h，分別比單一 UV-C脅迫組高38.78%，28.97%，30.24%，39.58%，64.14%，達(dá)到極顯著差異水平（P＜0.01）；輻射 1，2，3，4，5 h，噴施60mg/LLaCl3的番茄幼苗SOD活性分別比單一UV-C脅迫組高53.13%，43.51%，15.75%，24.25%，41.97%，也達(dá)到極顯著差異水平（P＜0.01）。La3+通過(guò)提高番茄幼苗在UV-C脅迫下的SOD活性，在一定程度上能延緩番茄幼苗葉片細(xì)胞膜脂過(guò)氧化，提高番茄幼苗忍耐UV-C脅迫的能力。2組La3+對(duì)番茄幼苗SOD活性的影響均呈現(xiàn)先升高后降低趨勢(shì)，在較短UV-C脅迫時(shí)間內(nèi)，60mg/LLaCl3提高SOD活性的效應(yīng)好于30mg/L LaCl3，但是隨著UV-C脅迫時(shí)間延長(zhǎng)，30mg/L LaCl3提高SOD活性的效應(yīng)好于60mg/L LaCl3。

2.2 LaCl3對(duì)UV-C脅迫下番茄幼苗POD活性的影響

一般情況下，POD與SOD協(xié)同作用來(lái)維持植物細(xì)胞活性氧代謝的平衡。由圖2可知，番茄幼苗POD活性在UV-C脅迫下呈波動(dòng)下降趨勢(shì)，表明UV-C脅迫使番茄幼苗葉片細(xì)胞產(chǎn)生了過(guò)多的H2O2，對(duì)番茄幼苗產(chǎn)生了一定的傷害。

在整個(gè)UV-C脅迫時(shí)期內(nèi)，噴施LaCl3對(duì)番茄幼苗POD活性也有正調(diào)節(jié)作用。在UV-C脅迫下，噴施30mg/LLaCl3的番茄幼苗POD活性雖然低于對(duì)照，但是比單一UV-C脅迫組番茄幼苗 POD 活性高，輻射 1，2，3，4，5 h 分別高出15.57%，12.39%，9.39%，30.61%，47.75%，與單一UV-C脅迫組相比差異顯著（P＜0.05）或差異極顯著（P＜0.01）；噴施 60mg/L LaCl3的番茄幼苗POD 活性輻射 1，2，3，4，5 h 分別比單一 UV-C脅迫組高 17.76%，18.09%，11.79%，19.58%，21.41%，差異也達(dá)到顯著水平（P＜0.05）。試驗(yàn)表明，La3+能夠提高番茄幼苗在UV-C脅迫下POD的活性，有利于維持番茄幼苗細(xì)胞活性氧代謝的平衡。在較短UV-C脅迫時(shí)間內(nèi)，60mg/L LaCl3提高POD活性的效應(yīng)好于30mg/L LaCl3，隨著UV-C脅迫時(shí)間延長(zhǎng)，30mg/L LaCl3提高POD活性的效應(yīng)好于60mg/L LaCl3。

2.3 LaCl3對(duì)UV-C脅迫下番茄幼苗MDA含量的影響

植物細(xì)胞膜脂含有不飽和脂肪酸，成為活性氧攻擊的靶位點(diǎn)，丙二醛是主要的過(guò)氧化產(chǎn)物。由圖3可知，隨著UV-C脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)，番茄葉片出現(xiàn)了膜脂過(guò)氧化現(xiàn)象，細(xì)胞膜透性增大，表現(xiàn)為番茄葉片MDA含量極顯著上升。

La3+有助于降低番茄幼苗在UV-C脅迫下的MDA含量，噴施30mg/L LaCl3的番茄幼苗MDA含量雖然高于對(duì)照，但是比單一UV-C脅迫組 MDA含量低，輻射 1，2，3，4，5 h 分別低于單一 UV-C脅迫組 19.89%，16.78%，22.99%，25.18%，23.29%，差異達(dá)到顯著水平（P＜0.05）；噴施60mg/L LaCl3的番茄幼苗MDA含量輻射1，2，3，4，5 h， 分 別 比 單 一 UV-C 脅 迫 組 低16.65%，11.59%，15.15%，19.75%，14.98%，差異顯著（P＜0.05），表明La3+在一定程度上緩解了UV-C脅迫對(duì)番茄幼苗的傷害，減輕了膜脂過(guò)氧化程度，且30mg/L LaCl3對(duì)番茄幼苗MDA含量的降低效應(yīng)好于60mg/LLaCl3。

3 結(jié)論與討論

紫外脅迫為害與活性氧自由基的生成有關(guān)，SOD活性大小在一定程度上代表了植物清除活性氧的能力。陳拓等[11]研究發(fā)現(xiàn)，蠶豆葉片中SOD活性隨著UV-B增強(qiáng)出現(xiàn)先升后降現(xiàn)象。孫令強(qiáng)等[12]的試驗(yàn)表明，低劑量UV-B處理黃瓜幼苗的SOD和POD含量均顯著高于對(duì)照。杜英君等[13]研究表明，隨著UV-C輻射時(shí)間的延長(zhǎng)，紫杉針葉超氧化物歧化酶（SOD）活性有不同程度的下降，膜脂過(guò)氧化程度增加。劉蕓等[14]觀(guān)察到增強(qiáng)UV-B輻射會(huì)引起葫蘆科植物栝樓幼苗細(xì)胞膜相對(duì)透性顯著增加，SOD，POD活性急劇下降。吳杏春等[15]研究了3個(gè)不同類(lèi)型水稻品種抗氧化系統(tǒng)在UV-B輻射增強(qiáng)條件下的變化，結(jié)果表明，UV-B輻射脅迫使水稻葉片超氧化物歧化酶（SOD）的活性先升后降。

本試驗(yàn)表明，較短時(shí)間UV-C脅迫下，番茄幼苗SOD活性逐漸升高，但隨著UV-C脅迫時(shí)間延長(zhǎng)，番茄幼苗SOD酶活性下降，UV-C脅迫導(dǎo)致番茄幼苗POD活性顯著降低，說(shuō)明過(guò)度的UV-C脅迫使番茄自身抑制活性氧傷害的能力下降，導(dǎo)致了番茄幼苗葉片細(xì)胞膜脂的過(guò)氧化，這與前人研究的結(jié)論基本一致。

La3+對(duì)番茄幼苗SOD，POD活性有顯著的正調(diào)節(jié)能力，在UV-C脅迫條件下，噴施30mg/L LaCl3組番茄幼苗的SOD，POD活性平均增加了40.34%，23.14%；噴施60mg/L LaCl3組番茄幼苗的SOD，POD活性平均增加了35.72%，17.73%。試驗(yàn)表明，在UV-C脅迫下，La3+能夠防止番茄幼苗葉片細(xì)胞膜脂過(guò)氧化作用，在一定程度上緩解了番茄幼苗葉片膜系統(tǒng)的傷害，可能是通過(guò)調(diào)控細(xì)胞基因表達(dá)途徑增加抗氧化酶的數(shù)量[16-17]，其機(jī)理還需進(jìn)一步研究。

MDA是細(xì)胞膜脂過(guò)氧化的產(chǎn)物，在一定紫外脅迫強(qiáng)度內(nèi)，植物細(xì)胞內(nèi)的保護(hù)機(jī)制可以使MDA維持一定水平，脅迫超過(guò)一定的限度后，會(huì)使細(xì)胞代謝失活，膜脂過(guò)氧化作用增強(qiáng)，MDA含量升高。試驗(yàn)結(jié)果表明，隨UV-C脅迫時(shí)間延長(zhǎng)，番茄幼苗MDA含量顯著增加，說(shuō)明UV-C脅迫使番茄幼苗細(xì)胞膜脂發(fā)生了一定的過(guò)氧化作用，細(xì)胞膜透性增加。噴施30mg/LLaCl3組番茄幼苗MDA含量比單一UV-C脅迫組平均下降21.63%，噴施60mg/L LaCl3組番茄幼苗MDA含量比單一UV-C脅迫組平均下降15.62%，說(shuō)明La3+有效防止了番茄幼苗在UV-C脅迫下細(xì)胞膜脂的過(guò)氧化作用。

總之，在UV-C脅迫下稀土元素La3+對(duì)番茄幼苗有一定的防護(hù)作用，增強(qiáng)了番茄幼苗抗氧化酶活性，降低了細(xì)胞膜脂過(guò)氧化產(chǎn)物MDA，有效防止了番茄幼苗在UV-C脅迫下細(xì)胞膜脂過(guò)氧化作用。綜合比較得出，噴施30mg/L LaCl3對(duì)番茄幼苗的防護(hù)作用好于60mg/LLaCl3。

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