遮蔭條件下紫心甘薯的抗氧化防御系統研究

侯夫云 董順旭 張海燕等

作者簡介：侯夫云（1981-），女，助理研究員，主要從事甘薯分子育種與栽培生理研究。

*通訊作者：王慶美（1964-），女，博士，研究員，主要從事甘薯育種與栽培生理研究。

摘要：研究了遮蔭條件下兩個紫心甘薯品種葉片的抗氧化防御系統多種重要保護酶的變化。結果顯示，遮蔭20天，兩種甘薯的葉片SOD、CAT活性均下降，POD活性、MDA含量均增加；長期弱光脅迫下，濟薯18葉片SOD和CAT活性上升，POD活性下降，而品種Ayamuraski葉片的SOD、CAT、POD活性均上升。在遮蔭脅迫下，紫心甘薯的SOD、CAT在抗氧化防御系統中顯示出重要作用。

關鍵詞：遮蔭；紫心甘薯；抗氧化防御系統

中圖分類號：S531.01 文獻標識號：A 文章編號：1001-4942（2013）06-0048-03

光是植物的能量來源，又是導致其遭受逆境傷害的重要因素。弱光脅迫不僅會導致作物光合性能變差，使得作物的光合生產能力降低，而且導致器官生長發育的不協調[1]。甘薯是我國重要的糧食、飼料和工業原料用作物。目前，不少地區將甘薯與新辟茶園、果園或其他經濟林進行間（套）作，使甘薯生長發育置于不同程度的遮蔭狀態，對甘薯塊根的產量和品質產生較大影響。王慶美等[2，3]研究表明，遮蔭處理可導致紫心甘薯塊根品質發生不同程度變化，尤其是加工品質下降。遮蔭處理從“源、庫、流”各環節影響了紫心甘薯品質合成相關酶的活性，其中RUBPCase、ATPase、ADPGPPase和UDPGPPase活性顯著降低是導致紫心甘薯塊根品質下降的主要原因。然而，關于遮蔭影響紫心甘薯的抗氧化防御系統研究較少。本研究以紫心甘薯為材料，研究遮蔭處理對紫心甘薯葉片抗氧化防御系統酶類和抗氧化物質的影響，為甘薯對弱光脅迫適應性研究提供一定的理論基礎。

1 材料與方法

11 試驗材料

供試材料為濟薯18和Ayamuraski（Aya）。試驗于2009～2010年在山東省農業科學院作物研究所試驗田進行。試驗田肥力條件均勻一致。每個品種分別于塊根膨大高峰期（栽后50～100天）用不同透光度的黑色遮陽網設置2個遮蔭處理：遮光40%和遮光70%，對照（CK）為自然光處理。采用隨機區組設計，兩年試驗均重復3次。

12 測定方法

121 酶液提取 稱取05 g葉片，置于5 ml預冷的005 mol/L磷酸緩沖液（pH 78）中冰浴研磨，于4℃下12 000×g離心15 min，上清液即為酶提取液。

122 SOD活性測定 參照Giannopolitics（1977）[4]的方法。稱取葉片05 g，加5 ml提取液，冰浴研磨，12 000× g 、4 ℃離心20 min，上清液即為蛋白和酶提取液。取透明度好的指形管，加入各溶液： ①50 mmol/L、pH 78磷酸緩沖液15 ml； ② 65 mmol/L Met溶液03 ml； ③ 500 μmol/L NBT溶液03 ml； ④ 100 μmol/L EDTA； ⑤ 200 μmol/L核黃素03 ml； ⑥ 酶液01 ml（對照管加緩沖液）； ⑦ 蒸餾水02 ml。總體積30 ml。混勻后將一支對照管置暗處作空白對照，其余各管于光下反應幾分鐘，待各管溶液顏色變藍后，結束反應。以不照光的對照管為空白，測定A560nm 。

123 POD活性的測定 用愈創木酚法[5]。反應液配制：02 mol/L的磷酸二氫鈉877 ml與02 mol/L的磷酸氫二鈉123 ml混合得到02 mol/L的磷酸緩沖液（pH 60），取該緩沖液50 ml加入30% H2O2 30 μl和愈創木酚20 μl混勻。取50 μl酶液加3 ml愈創木酚反應液搖勻，立即記錄起始和2 min內的OD470值。POD活性大小用每分鐘光密度變化值表示，即以OD470/gFW · min表示。

124 CAT活性的測定 參照何文亮等[6]的方法。酶提取液01 ml + CAT反應液29 ml，測量A240nm的下降變化值（10 s/30 s）。反應液：10 mmol，100 mmol/L磷酸緩沖液（pH 70）。在240 nm進行比色，測定其單位時間內吸光度的變化。

125 MDA含量的測定 按朱廣廉等[7]的方法測定。1 mol的MDA可與2 mol的硫代巴比妥酸（TBA）形成紅棕色的三甲川（trimethine）。在10 ml刻度試管中（均勻一致可離心用），加入4 ml三氯乙酸-硫代巴比妥酸混合液（TCA-TBA），然后再加入1 ml酶提取液，沸水浴中20 min，迅速冰浴冷卻后置于4 000 r/min離心機離心5～10 min，取上清液測OD532和OD600，空白用TCA-TBA溶液。

抗氧化酶活性測定的比色均用UV-1601型分光光度計（日本島津）進行。

2 結果與分析

21 SOD活性變化

遮蔭前期（10～30天），甘薯葉片中的SOD活性顯著降低，處理與對照間，及不同處理間差異顯著（圖1）。遮蔭處理30天后，SOD活性逐漸上升，開始高于對照，兩品種表現一致。品種間，濟薯18的40%、70%遮蔭處理前期SOD活性下降幅度較小，而遮蔭中后期SOD活性上升幅度卻遠遠大于Ayamuraski（Aya.）。

22 POD活性變化

正常條件下，甘薯葉片POD活性隨生育進程呈上升狀態（圖2）。遮蔭處理下，甘薯葉片POD活性的變化因品種而異。在遮蔭處理前期，濟薯18兩個處理的葉片POD活性均比對照有不同程度的升高；遮蔭中后期，葉片的POD活性卻均低于對照，其40%處理的下降幅度大于70%處理，但差異均未達顯著水平。Aya葉片POD活性對遮蔭脅迫的反應與濟薯18表現出相反趨勢：遮蔭

處理前期，兩個處理的葉片POD活性下降，且低于對照，30天后開始上升，且40%遮蔭處理的上升幅度顯著高于70%處理， 并高于對照。

23 CAT活性變化

遮蔭條件下，甘薯葉片CAT活性變化趨勢與SOD活性基本一致（圖3）。遮蔭前期CAT活性下降，中后期逐漸上升，處理與對照間差異顯著。品種間比較顯示，濟薯18遮蔭中后期CAT活性上升幅度顯著大于Ayamuraski。

24 MDA積累量變化

正常條件下，葉片MDA含量隨著生育進程呈上升狀態（圖4）。遮蔭處理前期，葉片MDA含量不同程度增加，且高于對照，至遮蔭中后期開始下降，后期則低于對照，兩品種變化趨勢一致，但濟薯18的下降和上升幅度均大于Ayamuraski。

3 結論與討論

植物在經受環境脅迫如干旱、低溫等產生的損傷在很大程度上與產生過量活性氧有關。劉霞（2005）[8]報道，小麥灌漿前期遮蔭處理3天后，旗葉SOD活性升高，而灌漿中期處理后SOD活性降低；旗葉POD活性和其它處理的CAT活性均升高。王興銀等（2000）[9]研究指出，弱光處理下黃瓜幼苗葉片膜保護酶活性也有明顯的變化，其中SOD活性下降，下降幅度與品種的耐弱光性呈反相關；MAD含量上升，上升幅度與品種的弱光耐受性呈反相關。

本研究表明，甘薯葉片在弱光脅迫下保護酶系統具有較強的自我協調能力。短期的弱光脅迫導致葉片SOD、CAT 活性下降，MDA積累量隨之上升，對葉片生理機能產生一定的毒害。甘薯在遮蔭處理后期SOD和CAT活性上升， MDA積累減少，這說明甘薯葉片細胞中酶防御系統具有較強的自動調節能力，長期弱光脅迫誘導產生的活性氧對SOD和CAT活性有誘導作用，有助于及時清除葉片的活性氧毒害以抵御逆境產生的傷害。品種間比較，長期弱光脅迫下，濟薯18葉片SOD和CAT活性上升，POD活性下降，POD活性的降低會導致葉片貪青，過度生長的莖葉（徒長現象）影響光合產物向塊根的轉運；Ayamuraski品種葉片的SOD、CAT、POD活性均上升，這表明甘薯葉片弱光逆境下起保護作用的酶主要是SOD和CAT，POD的作用相對較小。

參 考 文 獻：

[1] 張 昆 光強對花生光合特性、產量和品質的影響及生長模型研究[D] 泰安：山東農業大學，2009

[2] 王慶美，侯夫云，汪寶卿，等 遮蔭處理對紫甘薯塊根品質的影響[J] 中國農業科學， 2011，44（1）：192-200

[3] 王慶美，侯夫云，汪寶卿，等 大田遮蔭對紫心甘薯塊根中酶活性的影響[J] 核農學報， 2012，26（6）：960-966

[4] Giannopolitics C N，Ries S KSuperoxide dismutasesⅠ .Ocurrence in higher plants[J] Plant Physiol，1977，59：309-314

[5] 西北農業大學 基礎生物化學實驗指導[M]西安：陜西科學技術出版社，1985

[6] 何文亮，黃承紅，楊穎麗，等 鹽脅迫過程中抗壞血酸對植物的保護功能[J] 西北植物學報，2004，24（12）：2196 -2201

[7] 朱廣廉，鐘海文等編 植物生理學實驗[M]北京：北京大學出版社，1988

[8] 劉 霞 小麥淀粉品質形成機制及其對溫光因子的響應[D]泰安：山東農業大學，2005

[9] 王興銀，張福墁 弱光對日光溫室黃瓜光合產物分配的影響[J]中國農業大學學報，2000，5（5）：36-41 山 東 農 業 科 學 2013，45（6）：51～54