黃芪多糖對小葉楊逆境脅迫下保護酶系統的影響

邱本軍 馬玲 楊洋 陳旭日 葛康康

摘要 [目的]探究黃芪多糖對小葉楊對抗逆境脅迫能力的影響。[方法]研究小葉楊在低溫和干旱逆境條件下體內過氧化氫酶（CAT）、超氧化物歧化酶（SOD）和過氧化物酶（POD）活性的變化。[結果]在短時間內，經過一定濃度黃芪多糖處理的小葉楊保護酶活性較高，而一定時間后黃芪多糖處理組的小葉楊保護酶的活性較低。[結論]黃芪多糖可能提高了小葉楊抗逆境脅迫的能力。

關鍵詞 黃芪多糖;小葉楊;低溫脅迫;干旱脅迫;保護酶

中圖分類號 S567 文獻標識碼 A 文章編號 0517-6611（2014）33-11766-03

Effect of Astragalus Polysaccharide on Protective Enzyme Activities of Populus simonii under Low Temperature and Drought Stress

QIU Ben-jun， MA Ling*， YANG Yang et al

（School of Forestry， Northeast Forestry University， Haerbin， Heilongjiang 150040）

Abstract [Objective] The aim was to study effects of astragalus polysaccharides on P. simonii to combat the environmental stress ability. [Method] The changes of CAT， POD and SOD activities of P. simonii at low temperature and drought stress conditions were studied. [Result]The activities of protective enzymes of P. simonii treated by a certain concentration of lobular astragalus polysaccharide were high after a short time， but lower after a certain time. [Conclusion] Astragalus polysaccharides may increase the resistant ability of P. simonii to environmental stress.

Key words Astragalus polysaccharide; Populus simonii; Low temperature stress; Drought stress; Protective enzymes

基金項目 大學生創新訓練項目（201310225088）;林業公益性行業專項（20130403）。

作者簡介 邱本軍（1989-），男，山東蒙陰人，碩士研究生，研究方向：植物源農藥。*通訊作者，教授，博士生導師，從事植物源農藥與昆蟲生態研究。

收稿日期 2014-10-15

低溫和干旱是自然環境中影響植物生長發育的重要因子，植物在逆境脅迫條件下，細胞膜結構遭到破壞，通透性增加，胞內發生一系列生理生化功能反應，如葉綠素合成受到抑制導致的光合速率降低、活性氧大量產生、組織細胞發生氧化脅迫等，最終導致植物生長發育受到抑制[1-2]。小葉楊（Populus simonii）又名小葉白楊，屬柳科楊樹植物，是深根性的闊葉喬木，具有較強的適應性，是我國防風固沙、保持水土的主要栽培樹種[3]。寡聚糖是國內外研究較多的一類信號物質，不僅能夠提高動物機體的免疫能力，還具有調控植物生長、發育和抗病等方面的功能[4-7]。黃芪多糖（APS）是黃芪的主要成分，在醫學上具有提高機體免疫力、促進抗體生成、抗菌、抗病毒、抗腫瘤、抗衰老、防輻射、雙向調節血糖等作用[8]，但關于其在對植物的生長調節方面的研究報道較少。為此，筆者研究了低溫和干旱脅迫下黃芪多糖對小葉楊幼苗生理生化的影響，旨在為探索黃芪多糖對苗木抗寒抗旱性的調控機制提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料

黃芪多糖為實驗室自制;小葉楊為實驗室種子繁殖（種子采于東北林業大學校園內）;蒸餾水為森林保護學科自備;其他試劑均為分析純。

1.2 方法

1.2.1

小葉楊幼苗的處理。

選用6個月生的小葉楊幼苗，試驗組分別用10.00、1.00、0.10、0.01 mg/ml的黃芪多糖溶液噴霧處理，每天16：00噴施，連續噴施2 d，對照組噴施清水，每個處理4次重復。黃芪多糖處理植物24 h后，進行相應試驗。低溫脅迫處理試驗在人工氣候箱中進行中，溫度控制在10 ℃，濕度70%，保持土壤充足水分，每天光照12 h，低溫處理后24 h開始，每12 h取樣，共取3次。干旱脅迫處理試驗于溫室中進行，溫度25 ℃。供試土壤為暗棕色森林土，飽和含水量為52.8%。試驗采用自然風干法控制干旱條件，使土壤水分控制在21%～25%（中度干旱）[9]。采用稱重法監測土壤含水量，每6 h監測補水一次。自達到相應含水量開始，每隔24 h取樣一次，共取4次。

1.2.2

生理生化的測定。CAT活性的測定采用紫外分光光度法[10];SOD活性的測定采用氮藍四唑（NBT）還原法[11];POD活性采用愈創木酚法測定[12]。

2 結果與分析

2.1 黃芪多糖對小葉楊低溫脅迫下保護酶活性的影響

2.1.1

黃芪多糖對小葉楊低溫脅迫下CAT活性的影響。由圖1可知，在低溫脅迫條件下，除對照外，處理組小葉楊CAT活性整體呈現隨時間的延長而降低的趨勢。在24 h時，除APS濃度為1.00 mg/ml時小葉楊CAT活性小于對照組外，其他處理組CAT活性均大于對照組;36 h后，處理組小葉楊CAT活性均低于對照組，且差異顯著，其中APS濃度為10.00 mg/ml時CAT活性最低，為對照組的0.33倍;48 h時，1.00 mg/ml APS處理組小葉楊CAT活性最低，為對照組的0.50倍。因此，短時間內APS能夠提高小葉楊CAT活性，但隨著時間的延長，APS處理組CAT活性均低于對照組，且48 h時不同濃度APS處理組之間無顯著性差異。

注：不同字母表示同一時間不同處理濃度之間在0.05水平差異顯著。

圖1 黃芪多糖對小葉楊低溫脅迫下CAT活性的影響

2.1.2

黃芪多糖對小葉楊低溫脅迫下POD活性的影響。由圖2可知，在低溫脅迫條件下，對照組的小葉楊POD活性逐漸升高，處理組中，除APS濃度為0.01 mg/ml外，其他各處理組小葉楊POD活性呈現先升高后降低的趨勢。24 h時，除APS濃度為0.01 mg/ml外，其他處理組的小葉楊POD活性均高于對照組，且當APS濃度為0.10 mg/ml時POD活性最高，為對照組的2.86倍。36 h時，0.01和1.00 mg/ml處理組的POD活性低于對照組，分別是其的0.53和0.63倍。48 h時，處理組POD活性均低于對照組，且差異顯著，其中當APS濃度為10.00 mg/ml時，POD活性最低，為對照組的0.26倍。因此，在短時間內一定濃度的APS能提高POD活性，長時間（48 h）后，處理組POD活性均顯著低于對照組。

注：不同字母表示同一時間不同處理濃度之間在0.05水平差異顯著。

圖2 黃芪多糖對小葉楊低溫脅迫下POD活性的影響

2.1.3

黃芪多糖對小葉楊低溫脅迫下SOD活性的影響。由圖3可知，在低溫脅迫條件下，對照組的小葉楊SOD活性不斷升高，除APS濃度為10.00 mg/ml外，其他處理組的小葉楊SOD活性均呈現先降低后升高的趨勢。24 h時，當APS濃度為0.01和1.00 mg/ml時，小葉楊SOD活性均顯著高于對照組，分別為對照組的1.05和1.10倍。36和48 h時，處理組小葉楊SOD活性均低于對照組，且APS濃度為10.00 mg/ml時SOD活性最低，分別為對照組的0.75和0.62倍。因此，短時間（24 h）內，一定濃度的APS處理小葉楊后，SOD活性高于對照組;長時間后，SOD活性均低于對照組，且差異顯著。

注：不同字母表示同一時間不同處理濃度之間在0.05水平差異顯著。

圖3 黃芪多糖對小葉楊低溫脅迫SOD活性的影響

2.2 黃芪多糖對小葉楊干旱脅迫下保護酶活性的影響

2.2.1

黃芪多糖對小葉楊干旱脅迫下CAT活性的影響。由圖4可知，小葉楊在干旱脅迫條件下，對照組CAT活性隨時間延長而不斷升高，而處理組呈現波動性變化。在24 h時，處理組CAT活性與對照組無顯著性差異;48 h時，0.01和0.10 mg/ml的APS處理組CAT活性顯著高于對照組，而10.00 mg/ml高濃度的APS處理組CAT活性僅為對照組的0.40倍;72和94 h時，處理組CAT活性顯著低于對照組，且10.00 mg/ml APS處理組活性最低，分別為對照組的0.43和0.26倍。因此，短時間內（≤48 h）低濃度（≤0.10 mg/ml）的APS處理組CAT活性高于對照組，而高濃度（≥1.00 mg/ml）APS處理組CAT活性低于對照組;隨著時間的延長，APS處理組CAT活性均顯著低于對照組，且各濃度處理組間差異不大。

注：不同字母表示同一時間不同處理濃度之間在0.05水平差異顯著。

圖4 黃芪多糖對小葉楊干旱脅迫下CAT活性的影響

2.2.2

黃芪多糖對小葉楊干旱脅迫下POD活性的影響。由圖5可知，小葉楊在干旱脅迫條件下，對照組POD活性呈波動性變化，0.10和1.00 mg/ml APS處理組呈現先升高后降低的趨勢，而0.01和10.00 mg/ml APS處理組POD活性不斷降低。24 h時，除1.00 mg/ml處理組外，其他處理組POD活性均顯著大于對照組;而48 h時，APS處理組POD活性均顯著低于對照組，10.00 mg/ml APS處理組活性最低，為對照組的0.42倍;但是72 h時，除10.00 mg/ml APS處理組外，其他處理組POD活性均高于對照組;96 h時，APS處理組POD活性均顯著低于對照組，其中0.01 mg/ml APS處理組POD活性最低，為對照組的0.13倍。因此，不同濃度APS對小葉楊細胞POD活性的影響呈波動性變化，但隨時間的延長，處理組POD活性均低于對照組。

注：不同字母表示同一時間不同處理濃度之間在0.05水平差異顯著。

圖5 黃芪多糖對小葉楊干旱脅迫下POD活性的影響

2.2.3

黃芪多糖對小葉楊干旱脅迫下SOD活性的影響。由圖6可知，小葉楊在干旱脅迫條件下，對照組SOD活性的變化趨勢與其POD活性的變化趨勢一致。24 h時，除0.01 mg/ml APS處理組外，其他APS處理組均與對照組無顯著差異;在48 h時，除10.00 mg/ml APS處理組SOD活性高于對照組外，其他各處理組SOD活性均顯著低于對照組;而72 h時，APS處理組SOD活性又高于對照組;隨著對照組SOD活性的升高，到96 h時APS處理組SOD活性又再次低于對照組，且差異顯著，其中10.00 mg/ml APS處理組活性最低，為對照組的0.26倍。對照組除72 h外，SOD活性均保持在一個穩定、較高的水平，而處理組SOD活性則整體呈現下降趨勢，到96 h時均達到顯著低于對照組的水平。

注：不同字母表示同一時間不同處理濃度之間在0.05水平差異顯著。

圖6 黃芪多糖對小葉楊干旱脅迫下SOD活性的影響

3 討論

植物在遇到干旱、低溫等逆境脅迫時，自身組織細胞內會大量產生超氧自由基，這些自由基的積累會對植物造成傷害。為了防止該種傷害，植物細胞內形成了清除活性氧的酶促保護體系，如SOD、POD、CAT等。它們能與自由基反應，從而使細胞內大分子蛋白質和膜系統在逆境下免受傷害。其中，SOD是植物細胞內重要的抗氧化酶，它能催化2個超氧自由基發生歧化反應形成O2和H2O2，而POD和CAT進

而把H2O2催

化降解，從而保護植物在逆境條件下免受

傷害[13]。

在低溫和干旱脅迫條件下，植物細胞內CAT、POD和

SOD是保護植物免受自由基傷害的重要物質，也是反映植

物抵抗低溫脅迫能力的重要指標[14]。研究表明，在低溫和干旱等脅迫下，CAT、POD和SOD活性呈現升高的趨勢，隨著脅迫環境的加劇，植物細胞受到傷害導致保護酶的活性降低[15-16]。該研究發現，一定濃度的APS處理后小葉楊幼苗細胞內CAT、POD和SOD活性短時間內顯著高于對照組，而隨著時間的延長，APS處理組的CAT、POD和SOD活性顯著低于對照組，這與劉昆成[17]研究的外源物質對格木POD和SOD活性的影響的結果一致。這可能是因為APS處理后小葉楊抵抗逆境脅迫的能力增強。在遇到低溫和干旱脅迫短時間內，小葉楊細胞內保護酶的活性升高以保護組織細胞免受脅迫環境傷害。但隨著脅迫時間的延長，處理組的小葉楊可能適應了脅迫環境，抵御低溫和干旱的能力增強，在相同的條件下處理組細胞內活性氧自由基的積累量比對照組減少，從而引起細胞內保護酶的活性低于對照組。

該試驗只研究了APS對低溫和干旱條件下小葉楊細胞內CAT、POD和SOD活性變化的影響，而APS處理后小葉楊在逆境脅迫條件下的抗性變化和保護酶變化的機理有待進一步研究。

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