外源硼對油菜苗期相關酶活性的影響

摘要：通過盆缽土培試驗，研究了不同濃度外源硼對油菜苗期過氧化氫酶（ＣＡＴ）、過氧化物酶（ＰＯＤ）、超氧化物歧化酶（ＳＯＤ）３種保護酶的影響。結果表明，缺硼及硼過量時ＳＯＤ和ＣＡＴ的活性顯著下降，ＰＯＤ活性顯著上升，說明在逆境脅迫下，SＯＤ和ＣＡＴ活性受到不同程度的抑制作用，對油菜生長不利。在實際生產中需要根據土壤中硼含量確定合適的施肥水平。

關鍵詞：外源硼；油菜苗期；酶活性

中圖分類號：Ｓ５６５．４文獻標識碼：Ａ文章編號：0439－８114（２０11）22－4556-03

Influence of Exogenous Boron on Enzyme Activity of Rapeseed Seedlings

ＸＩＥ Ｌｉｎｇ－ｌｉ，ＸＵ Ｂｅｎ－ｂｏ，ＴＩＡＮ Ｚｈｉ－ｈｏｎｇ，ＺＨＡＮＧ Ｄａｎ－ｈｕｉ

（Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｌｉｆｅ Ｓｃｉｅｎｃｅ，Ｙａｎｇｔｚｅ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｊｉｎｇｚｈｏｕ ４３４０２５， Ｈｕｂｅｉ， Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ｅｘｏｇｅｎｏｕｓ ｂｏｒｏｎ ｏｎ ｔｈｅ ａｃｔｉｖｉｔｙ ｏｆ ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ ｅｎｚｙｍｅ， ＣＡＴ， ＰＯＤ ａｎｄ ＳＯＤ ｗａｓ ｓｔｕｄｉｅｄ ｉｎ ｔｈｉｓ ｒｅｓｅａｒｃｈ． Ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ａｃｔｉｖｉｔｙ of ＳＯＤ ａｎｄ ＣＡＴ ｄｅｃｒｅａｓｅｄ ｏｂｖｉｏｕｓｌｙ ｗｈｅｎ ｔｈｅ ｄｏｓｅ ｏｆ ｂｏｒｏｎ ｗａｓ ｄｅｆｉｃｉｅｎｔ ｏｒ ｅｘｃｅｓｓｉｖｅ， ｂｕｔ ｔｈｅ ａｃｔｉｖｉｔｙ ｏｆ ＰＯＤ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ ｒｅｍａｒｋａｂｌｙ， ｗｈｉｃｈ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｅｎｚｙｍｅ ａｃｔｉｖｉｔｙ ｃｏｕｌｄ ｂｅ ａｆｆｅｃｔｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ｂｏｒｏｎ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ． Ｈｉｇｈ ａｎｄ ｌｏｗ ｂｏｒｏｎ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ｗａｓ ｄｉｓａｄｖａｎｔａｇｅｏｕｓ ｔｏ ｔｈｅ ｒａｐｅ ｇｒｏｗｔｈ． Ｓｏ ｉｎ ｒａｐｅ ｐｌａｎｔｉｎｇ， ｂｏｒｏｎ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ｎｅｅｄｅｄ ｔｏ ｂｅ ｅｎｓｕｒｅｄ ｄｅｐｅｎｄｉｎｇ ｏｎ ｔｈｅ ｓｏｉｌ ｂｏｒｏｎ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ．

Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： ｅｘｏｇｅｎｏｕｓ ｂｏｒｏｎ； ｒａｐｅｓｅｅｄ ｓｅｅｄｌｉｎｇｓ； ｅｎｚｙｍｅ ａｃｔｉｖｉｔｙ

油菜是世界四大油料作物（大豆、向日葵、油菜和花生）之一，為我國重要的食用油來源之一。土壤硼含量對油菜的生產和產量有重要的影響，油菜的生長因為土壤中礦物質營養的缺乏或過量，會出現生長的紊亂，最終導致作物的減產和品質的下降。在植物代謝中，硼和其他微量元素有所不同，它不是植物體的結構部分，也不參與氧化還原作用，它最重要的作用是促進碳水化合物的運輸，使糖的運轉順利進行［１，２］。在我國長江中下游油菜主產區，由于長期的油菜栽培，硼消耗量大，并得不到及時有效的補充，微量元素硼缺乏比較嚴重，由于硼的缺乏導致油菜“花而不實”而大量減產。研究表明缺硼嚴重影響了油菜的產量和品質，平均產量下降達４５％；缺硼提高子粒硫甙和芥酸含量，而降低含油量［３］。

通常把土壤中水溶性硼的含量低于０．５0 ｍｇ／ｋｇ的土壤作為缺硼土壤，低于０．２５ ｍｇ／ｋｇ的土壤作為嚴重缺硼土壤。我國的缺硼土壤分布很廣，據２５個省的調查資料，土壤缺硼的耕地占５０％以上的省有２０個，其中８個省缺硼耕地占８０％以上，缺硼總面積達３．３×１０１１ ｍ２［４］。硼與植物的關系特別是十字花科植物的開花結實研究報道較多。

過氧化氫酶（ＣＡＴ）、過氧化物酶（ＰＯＤ）、超氧化物歧化酶（ＳＯＤ）是植物體內清除自由基的３種重要酶。植物在逆境條件下，３種酶都會發生變化。研究旨在探索在施外源硼的條件下對油菜幼苗生長發育的影響，以及不同濃度外源硼下油菜苗期ＣＡＴ、ＰＯＤ和ＳＯＤ ３種保護酶的變化，為油菜合理施硼技術提供參考。

１材料與方法

１．１材料

供試材料為國家新推油菜新品種富油６６８。

供試土壤取自湖北省荊州市水稻－油菜輪作農田，試驗前將土壤自然風干、過篩、剔除作物根系等雜物。土壤質地為沙壤土，有機質含量為１０．２ ｇ／ｋｇ，速效氮含量為１６０.00 ｍｇ／ｋｇ，速效磷含量為４．３0 ｍｇ／ｋｇ，速效鉀含量為６８．５0 ｍｇ／ｋｇ，有效硼含量為０．３３ ｍｇ／ｋｇ，ｐＨ ８．０。

１．２方法

１．２．１試驗設計盆缽土培試驗在長江大學生命科學學院人工氣候室內進行。試驗設置４個硼水平，分別為ＣＫ（不施硼）、Ｂ１（０．１ ｍｇ／ｋｇ）、Ｂ２（１．０ ｍｇ／ｋｇ）和Ｂ３（１０．０ ｍｇ／ｋｇ）４個處理，每個處理３次重復。試驗用盆為黑色聚乙烯塑料盆，每盆裝風干土壤２ ｋｇ。分別加適量去離子水至硼酸溶解，均勻攪拌在已經稱量好的土壤中，再盛裝在盆缽中以備育苗。土壤適度疏松，水分含量適中，以利于油菜萌發生長，待油菜４～５葉期取樣測量。

１．２．２樣品制備及酶活性的測定取樣后的新鮮植株在冰浴條件下研磨，不能立即測定酶液的樣品放在４℃以下的冰箱中保存。過氧化氫酶（ＣＡＴ）活性的測定采用高錳酸鉀滴定法，過氧化物酶（ＰＯＤ）活性的測定采用愈創木酚法，超氧化物歧化酶（ＳＯＤ）活性的測定采用氮藍四唑法［５］。

２結果與分析

２．１外源硼對油菜苗期生長的影響

土壤中硼狀況影響油菜苗期的生長發育。在試驗中觀察到，對照組及Ｂ１處理組（硼濃度都低于０．５ ｍｇ／ｋｇ），葉片小，葉質增厚變脆，葉端微卷，皺縮不平，葉脈及附近組織變黃，形成紫藍斑，表現出典型的缺硼癥狀；Ｂ２（硼濃度為１．０ ｍｇ／ｋｇ）處理組，出苗整齊，葉色嫩綠，葉片較大且容易萌發出新葉片；Ｂ３處理組（硼濃度為１０．０ ｍｇ／ｋｇ），萌發時間較其他處理組晚３～４ ｄ，且葉片顏色發黃，根莖短小，出葉數較少（圖１）。硼肥屬于一種微量高效肥料，適量與過量的界限相差甚小，過量往往會產生毒害。

２．２外源硼對油菜苗期ＣＡＴ、ＰＯＤ和ＳＯＤ活性的影響

不同濃度的外源硼對油菜苗期葉片保護酶過氧化氫酶（ＣＡＴ）、過氧化物酶（ＰＯＤ）和超氧化物歧化酶（ＳＯＤ）活性的影響結果見表１、圖2。

由表１、圖２可以看出，缺硼條件下（Ｂ１），油菜苗期葉片ＣＡＴ、ＳＯＤ的活性較低，分別僅為０．２０１ Ｕ／（ｇ·ｍｉｎ）、０．７００ Ｕ／（ｇ·ｍｉｎ）；正常供硼條件下（Ｂ２），酶活性明顯提高，分別達到０．２１５ Ｕ／（ｇ·ｍｉｎ）、１３．８７０ Ｕ／（ｇ·ｍｉｎ）；硼過量條件下（Ｂ３），ＣＡＴ和SOD的活性又處于下降趨勢，分別降到０．２１０ Ｕ／（ｇ·ｍｉｎ）、１３．２８０Ｕ／（ｇ·ｍｉｎ）。當硼供應不足時，ＰＯＤ的活性顯著提高；而當硼過量時ＰＯＤ的活性比正常供硼水平下相應地有所升高，同時也受到了一定抑制而遠遠低于最高值。只有在硼供應正常時ＰＯＤ的活性最穩定，處于最低值。硼濃度過高或過低均對酶造成了一定的傷害，同時也會間接地對生理機能造成一定的影響，即當硼含量超過某一范圍時酶活性會受到一定的抑制。

３討論

３．１外源硼對油菜苗期生長的影響

很多學者認為，作物對硼的敏感性是不相同的，一般雙子葉植物的含硼量和需硼量都比單子葉植物高，多年生植物需硼量比一年生植物高，硼多集中分布在莖尖、根尖、葉片和生殖器官中。作物缺硼一般均表現頂部生長點生長不正常或生長停滯；幼嫩的葉片畸形、起皺、變厚、變脆；花和果實的形成受阻［５，６］。缺硼引起油菜“花而不實”以致大量減產是油菜生產上的一大障礙，硼對油菜的影響范圍很廣，從苗期到生長期再到成熟期，關聯到根系、莖稈、葉片、果實等多種植物器官［７，８］。試驗結果也表明，在富油６６８種植過程中，適量添加硼肥對其苗期生長有利，硼肥不足或過量均不利油菜苗期生長。

３．２ 外源硼對油菜苗期相關保護酶的影響

油菜中硼與ＣＡＴ、ＳＯＤ和ＰＯＤ變化的關系，國內外均有不少報道。婁運生等［９］報道，油菜缺硼時體內ＳＯＤ、ＰＯＤ活性顯著下降；但何子平等［１０］報道，缺硼油菜體內ＰＯＤ活性明顯上升，而ＳＯＤ活性明顯降低。研究結果表明，硼供應不足（＜０．５ ｍｇ／ｋｇ）即缺硼時，ＳＯＤ和ＣＡＴ的活性均受到了抑制，酶活性處于最低點；而當硼供應充足（1．0 ｍｇ／ｋｇ）即硼供應正常時，兩種酶的活性均有大幅度的提高，此時的酶活性達到最高點；當硼含量過高（１０．０ ｍｇ／ｋｇ）時，酶活性反而相應地有所下降，ＣＡＴ活性下降幅度較大，而ＳＯＤ活性僅有較小幅度的下降。這種變化趨勢足以說明缺硼和硼過量均會對油菜產生一定的毒害作用，從而抑制了酶的活性，與已有研究結果［1，10-13］相符。研究還發現外源硼濃度的變化對ＰＯＤ活性有一定的影響。當硼含量不足時，ＰＯＤ的活性反而大幅升高，達到了酶活最高點；當硼含量正常時，ＰＯＤ的活性處于最低點，此時的酶活性也最穩定；而當硼含量過高時，ＰＯＤ的活性也有所提高，但提高幅度較小。這樣的變化趨勢表明，缺硼并沒有對過氧化物酶產生抑制作用，反而使酶活性有大幅度的提高，與彭青枝等［１１］的結果相似。

ＣＡＴ是生物體內主要的抗氧化酶之一，其功能主要是清除光呼吸、線粒體電子傳遞以及脂肪酸β－氧化等過程中產生的Ｈ２Ｏ２，從而使細胞免遭Ｈ２Ｏ２的毒害，在植物的抗逆性上表現抗干旱、低溫、鹽堿、病害以及除草劑等［１２］。ＳＯＤ是植物體內重要的保護酶類之一，能有效清除植物體內過剩的活性氧自由基以保護膜結構。植物體內活性氧自由基一般保持在一個較低水平，當植物受到逆境脅迫時SOD與ＣＡＴ、ＰＯＤ共同協作、互相影響清除植物體內的活性氧自由基，主要體現在植物的抗逆性和抗衰老方面［８］。ＰＯＤ是植物在逆境條件下酶促防御系統的關鍵酶之一，它與ＳＯＤ、ＣＡＴ相互協調配合，清除過剩的自由基，使植物體內自由基維持在一個正常的動態水平，以提高植物的抗逆性［１４－１６］。由于ＰＯＤ在生物體內參與多種代謝途徑，ＰＯＤ的變化可能因作物種類、脅迫程度不同而不同，故而到目前為止還沒有對其變化有確定的結論，具體影響效果還有待進一步研究。

在試驗中，取樣土壤有效硼含量為０．３３ ｍｇ／ｋｇ，因此對于甘藍型油菜的科學種植，應先明確當地土壤中的實際硼含量，再根據油菜種植需要的硼濃度確定施肥水平，以利既增產、又降低生產成本。

參考文獻：

［１］ 唐湘如，官春云．施氮對油菜幾種酶活性的影響及其與產量和品質的關系［Ｊ］．中國油料作物學報，２００１，２３（４）：３２－３７．

［２］ 耿明建，曹享云，朱端衛，等．硼對甘藍型油菜不同品種苗期生理特性的影響［Ｊ］．植物營養與肥料學報，１９９９，５（１）：８１－８４．

［３］ 年夫照．甘藍型油菜的硼高效生理［Ｄ］．武漢：華中農業大學，２００６．

［４］ 汪鑫，徐建明．硼的植物生理功能研究綜述［Ｊ］．安徽農業科學，２００７，３５（３０）：９６１１－９６１３．

［５］ 李合生．植物生理生化實驗原理和技術［Ｍ］．北京：高等教育出版社，２０００．１６４－１６９．

［６］ 祁寒，習金根，臧小平，等．不同硼濃度對菠蘿幼苗生長及酶活性的影響［Ｊ］．廣東農業科學，２００９（３）：６５－６８．

［７］ 曹享云，劉武定，皮美美．對缺硼反應不同的油菜品種根系活力和酶活性的差異［Ｊ］．中國油料作物學報，１９９７，１０（２）：１９－２１．

［８］ 褚海燕，喻敏，王運華，等．缺硼對甘藍型油菜親本及其Ｆ１代ＣＡＴ和ＰＯＤ活性的影響［Ｊ］．安徽農業大學學報，２００１，２８（３）：２８１－２８３．

［９］ 婁運生，楊玉愛，石偉勇．不同油菜基因型硼吸收效率的影響［Ｊ］．植物營養與肥料學報，１９９８，４（３）：２１－２４．

［１０］ 何子平，皮美美，劉武定．硼鉀營養相互配合對油菜葉片ＣＡＴ和ＰＯＤ活性及根膜透性的影響［Ｊ］．華中農業大學學報（自然科學版），１９９３，１２（５）：４６８－４７１．

［１１］ 彭青枝，皮美美，曹享云，等．硼對油菜不同品種酶活性和根系活力的影響［Ｊ］．植物營養與肥料學報，１９９６，２（３）：２３３－２３７．

［１２］ 陳金峰，王官南，程素滿．過氧化氫酶在植物脅迫響應中的功能研究進展［Ｊ］．西北植物學報，２００８，２８（１）：１８８－１９３．

［１３］ 梁艷榮，胡曉紅，張穎力，等．植物過氧化物酶生理功能研究進展［Ｊ］．內蒙古農業大學學報（自然科學版），２００３，２４（２）：１１０－１１３．

［１４］ 吳振先，蘇美彼．貯藏荔枝果皮多酚氧化酶及過氧化物酶與褐變的研究［Ｊ］．華南農業大學學報，１９９８，１９（７）：１２－１５．

［１５］ ＬＩＵ Ｚ Ｈ， ＧＥＲ Ｍ Ｊ． Ｃｈａｎｇｅｓ ｏｆ ｅｎｚｙｍｅ ａｃｔｉｖｉｔｙ ｄｕｒｉｎｇ ｐｏｌｌｅｎ ｇｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ ｉｎ ｍａｉｚｅ， ａｎｄ ｐｏｓｓｉｂｌｅ ｅｖｉｄｅｎｃｅ ｏｆ ｌｉｇｎｉｎ ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ［Ｊ］． Ａｕｓｔ Ｐｌａｎｔ Ｐｈｙｓｉｏｌ， １９９７， ２４： ３２９－３３５．

［１６］ ＳＴＡＮＧＯＵＬＩＳ Ｊ Ｃ Ｒ， ＧＲＥＷＡＬＨ Ｓ， ＢＥＬＬ Ｒ Ｗ， ｅｔ ａｌ． Ｂｏｒｏｎ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｉｎ ｏｉｌｓｅｅｄ ｒａｐｅ： Ｉ． Ｇｅｎｏｔｙｐｉｃ ｖａｒｉａｔｉｏｎ ｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｅｄ ｉｎｆｉｅｌｄ ａｎｄ ｐｏｔ ｇｒｏｗｎ Ｂｒａｓｓｉｃ ｎａｐｕｓ Ｌ． ａｎｄ Ｂｒａｓｓｉｃａ ｊｕｎｃｅａ Ｌ.［Ｊ］． Ｐｌａｎｔ ａｎｄ Ｓｏｉｌ，２０００，２２５：２４３－２５１．