土荊芥化感脅迫對玉米幼根抗氧化酶活性和基因表達的影響

陳斌，王亞男，馬丹煒，胡忠良，何亞強，周健

四川師范大學生命科學學院，四川 成都 610101

土荊芥化感脅迫對玉米幼根抗氧化酶活性和基因表達的影響

陳斌，王亞男，馬丹煒*，胡忠良，何亞強，周健

四川師范大學生命科學學院，四川 成都 610101

為了探討土荊芥（Chenopodium ambrosioides L.）化感脅迫誘導氧化損傷的機理，以土荊芥入侵地廣泛種植的玉米（Zea mays L.）（雅玉26#）為受試材料，在未施加或施加外源抗氧化劑抗壞血酸（AsA）的條件下，研究了土荊芥揮發油及其兩種主要成分對傘花素和α-萜品烯對玉米幼根根長以及抗氧化酶（CAT、SOD和POD）活性的影響，并運用實時熒光定量PCR（RT-qPCR）技術分析了土荊芥化感脅迫下3種抗氧化酶基因相對表達量的變化規律。結果表明：在土荊芥揮發油及其兩種主要成分的作用下，玉米幼根根長受到影響，其抗氧化酶活性也受到不同程度的抑制。其中，SOD活性受到的抑制效應最為顯著。揮發油的兩種主要成分中，α-萜品烯對抗氧化酶活性的影響比對傘花素更為明顯；各處理組中，玉米幼根的 SOD基因（ZmSOD）和POD基因（ZmPOD）的表達均被下調。在揮發油和對傘花素的作用下，CAT基因（ZmCAT）的表達隨著處理劑量增加而顯著上調。在α-萜品烯作用下，ZmCAT的表達在高處理劑量時明顯被下調。整體來看，抗氧化酶活性與其基因的表達量具有顯著的相關性；外源AsA緩解了土荊芥化感脅迫對玉米幼根抗氧化酶活性的抑制效應，這種緩解效應隨著抗壞血酸濃度的增加而更加顯著。以上結果說明，土荊芥揮發油及其兩種主要成分誘導玉米幼根內過量積累活性氧（ROS），下調抗氧化酶基因表達，降低抗氧化酶活性，引起了氧化損傷。比較化感綜合效應可知，土荊芥揮發油對玉米幼根抗氧化系統的脅迫效應最為明顯（0.413），α-萜品烯次之（0.398），對傘花素最弱（0.325）。

土荊芥；揮發油；化感脅迫；抗氧化酶活性；基因表達

土荊芥（Chenopodium ambrosioides L.）屬藜科藜屬一年生或多年生草本植物，原產于中美洲和南美洲，現廣布于全球熱帶及溫帶地區（徐海根等，2004），目前已成為我國危害極嚴重的外來入侵物種（中華人民共和國環境保護部，2010）?；凶饔檬侨肭种参锍晒θ肭值臋C制之一，它們通過各種途徑釋放到環境中的化感物質包括揮發性物質最終都會進入土壤影響植物的根系（王朋等，2008），抑制其他植物生長發育，如銀葉鼠尾草（Salvia leucophylla）葉片釋放的揮發性萜類化合物可以被雨露帶進土壤（李紹文，1989）。根尖是植物吸收物質的主要部位，對外界脅迫十分敏感，對進入土壤的化感物質必然會產生響應?；钚匝酰≧eactive Oxygen Species，ROS）是植物體產生的有害代謝產物。在正常情況下，植物體內的抗氧化劑和抗氧化酶將ROS控制在較低的水平（Yang et al.，2011；Gechev et al.，2006）。但是，當植物受到逆境脅迫時，ROS水平異常升高，就會抑制甚至破壞抗氧化系統誘導氧化脅迫，導致細胞死亡（Gechev et al.，2006）?；忻{迫往往伴隨著氧化脅迫的發生，如美國西部的入侵植物斑點矢車菊（Centaurea maculosa）釋放的化感物質-catechin引發擬南芥（Arabidopsis thaliana）根分生區 ROS爆發，激活ROS觸發的Ca2+信號通路，最終導致植物細胞的快速死亡（Bais et al.，2003）；向日葵（Helianthus annuus）籽油誘導發芽芥菜種子內H2O2濃度增大，細胞內MDA水平升高，使抗氧化系統失控（Bogatek et al.，2007）。土荊芥全株富含揮發油，其揮發油的化感脅迫引起蠶豆根尖細胞出現氧化損傷，細胞內積累 MDA，抗氧化酶活性改變（胡琬君等，

2012）。目前已知土荊芥揮發油成分在10種以上，雖然具有一定的地域差異，但主要成分均為單帖烯類和倍半萜類（賀祝英等，2002），如對傘花素和α-萜品烯等（黃雪峰等，2002；魏輝等，2010）。在這些物質中，哪些是土荊芥的揮發性主效化感物質？這些物質的化感作用是否改變了受體植物抗氧化酶基因的表達？這些化感物質誘導氧化損傷的途徑和機理是什么？這些問題尚不清楚。因此，本研究選擇在土荊芥入侵地被廣泛栽培的農作物玉米（Zea mays L.）作為受體植物，以土荊芥揮發油及其兩種主要成分對傘花素和α-萜品烯為供體，在探究土荊芥揮發性化感物質對玉米幼根根長影響的基礎上，采用生化分析和RT-QPCR進一步分析了土荊芥揮發性化感物質對玉米幼根抗氧化酶活性以及對ZmSOD、ZmCAT、ZmPOD等抗氧化酶基因表達的影響。此外，在反應體系中施加外源抗氧化劑抗壞血酸（AsA）的條件下，研究在土荊芥化感脅迫下玉米根尖細胞抗氧化酶活性的變化規律，以期從分子水平和生物化學水平揭示土荊芥化感脅迫引起氧化損傷的機理，為確定土荊芥揮發油中的化感物質成分和探討土荊芥入侵機制提供理論依據。

1 材料和方法

1.1 供試材料

成熟期土荊芥植株采集于成都郊區荒地，陰干后剪成小段，水蒸氣蒸餾法（孟慶會等，2009）提取其揮發油，無水Na2SO4干燥后置于4 ℃冰箱保存備用；經四川大學分析測試中心測定，供試土荊芥揮發油中α-萜品烯含量為151 mg·mL-1，對傘花素的含量為156 mg·mL-1，本研究據此確定α-萜品烯和對傘花素的處理劑量。

α-萜品烯標準品（質量分數90%，國藥集團化學試劑有限公司）、對傘花素標準品（質量分數99.5%，德國Ehrenstoefer Quality公司）均購自成都銳可思生化試劑公司。

受體植物玉米種子（雅玉 26#）購自四川西南科聯種業有限責任公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 材料培養

挑選顆粒飽滿、大小均一的玉米種子，0.5% KMnO4浸泡20 min，蒸餾水清洗6次，置于25 ℃培養箱中催芽；配制0.8%純瓊脂培養基，121 ℃滅菌后，分別將50 mL培養基倒入玻璃培養瓶（容積100 mL，高9 cm，瓶底直徑6 cm）中，凝固后備用；待種子露白后，胚根朝外插入純瓊脂培養基中，每瓶10粒。

1.2.2 實驗處理

脅迫實驗：根據前期化感脅迫處理實驗結果以及揮發油中α-萜品烯和對傘花素的含量，設置4個處理組：揮發油處理組（V）、對傘花素處理組（C）、α-萜品烯處理組（AT），對傘花素+α-萜品烯混合處理組（M）。設置3個化感物質處理梯度（表1），分別將揮發油、對傘花素、α-萜品烯滴加在培養瓶的瓶蓋上，立即旋緊瓶蓋，置于 25 ℃培養箱中，倒置暗培養24 h。以不加揮發油、對傘花素、α-萜品烯的處理為對照（CK），每處理重復5次。

表1 土荊芥揮發油和兩個主要成分的處理劑量Table 1 The treatment doses of the volatile oil from Chenopodium ambrosioides L. and two main components

緩解實驗：根據脅迫處理實驗結果，選取V組、C組、AT組和M組梯度2的處理進行氧化損傷緩解實驗。分別將0.01、0.02、0.03、0.04、0.05 mol·L-1的 AsA溶液噴灑在玉米幼根上（每個培養瓶約 5 mL），其余操作與脅迫處理相同。以不加揮發油、對傘花素、α-萜品烯和 AsA溶液的處理為對照（CK）。

1.2.3 玉米幼根根長測定

24 h脅迫處理結束后，分別取不同處理下的玉米幼根測定其根長。

1.2.4 總RNA的提取和RT-qPCR分析

總RNA的提?。嚎俁NA的提取按照天根生化科技（北京）有限公司的植物總RNA提取試劑盒（DP432）說明書進行。用普通瓊脂糖凝膠電泳檢測RNA完整性。

引物設計：使用Primer Express software（V 5.0）設計用于RT-qPCR的引物（表2）。

RT-qPCR分析：選取玉米的GAPDH基因作為內參基因，檢測3個目的基因ZmSOD、ZmCAT、ZmPOD的相對表達量。使用北京莊盟國際生物基因科技有限公司（ZOMANBIO）的HSYBR一步法實時定量PCR試劑盒（ZOMANBIO，ZF301）進行實時定量PCR分析。使用美國Bio-Rad生命醫學公司的 MiniOpticon? Real-Time PCR Detection Systems，Bio-Rad CFX Manager（V 3.1）（SYBR Green）進行實時定量PCR。反應體系為20 μL，包括 10 μL的 HSYBR One Step RT-qPCR Buffer（ZOMANBIO），0.4 μL的forward and reverse引物（成都擎科梓熙生物技術有限公司），0.4 μL的

QKEnzyme Mix（ZOMANBIO），10 μL的RNA提取 物 以 及 7.8 μL 的 RNase-Free Water（ZOMANBIO）。PCR反應條件為：45 ℃ 5min，95 ℃ 1 min，然后94 ℃ 10 s，57 ℃ 40 s進行45個循環。每個處理分析3次，Bio-Rad CFX Manager（V 3.1）分析基因表達結果。

表2 玉米幼根ZmSOD、ZmCAT和ZmPOD基因RT-qPCR引物設計Table 2 Primers of ZmSOD, ZmCAT and ZmPOD used for RT-qPCR assays

1.2.5 抗氧化酶活性測定

總酶提?。悍謩e稱取0.5 g長約10 mm玉米根尖，置于研缽中，加入液氮研磨成粉末狀后轉入10 mL離心管，加入5 mL勻漿液[含50 mmol·L-1磷酸緩沖液（pH=7.0），1 mmol·L-1EDTA和2 g·L-1PVP]混勻，4 ℃下10000 g離心40 min，取上清液待用（范雪濤等，2008）。

抗氧化酶活性測定：抗氧化酶活性的測定方法參照文獻（劉萍等，2007），略有改進。SOD（超氧化物歧化酶）活性的測定采用氮藍四唑（NBT）光化還原法；CAT（過氧化氫酶）活性采用 H2O2分解法測定；POD（過氧化物酶）活性采用愈創木酚法測定。分別用SpectraMax M2多功能酶標儀測定OD值。

1.3 數據處理和統計分析

化感效應敏感指數（RI）的計算參照Williamson et al.（1998）的方法：

式中，C為對照值，T為處理值。RI表示化感作用強度大小，其絕對值大小反映化感作用的強弱。參考文獻（沈慧敏等，2005）計算揮發油、對傘花素、α-萜品烯及其混合物的化感綜合效應（SE）。

采用SPSS 17.0進行ANOVA方差分析和相關性分析，Microsoft Excel 2010作圖。

2 結果與分析

2.1 土荊芥揮發油及其兩種主要成分對玉米幼根根長的影響

在土荊芥揮發油及其兩種主要成分作用下，玉米幼根根長變化如圖1所示。

圖1 土荊芥揮發油及其兩種主要成分對玉米幼根根長的影響Fig. 1 The effects of the volatile oil from Chenopodium ambrosioides L., α- terpinene and cymene on the root length of maize radicle

總體上，4種不同化感物質處理下，玉米幼根的長度均受到不同程度的影響。其中，在處理梯度為3時，在揮發油及其兩種不同主要成分作用下，玉米幼根的長度被明顯抑制（P=0.000）。整體來看，處理劑量越大，對玉米幼根的長度的抑制效應越顯著。

2.2 土荊芥揮發油及其兩種主要成分對玉米幼根抗氧化酶活性的影響

在土荊芥揮發油及其兩種主要成分作用下，玉米幼根CAT、SOD、POD活性變化如圖2所示。

CAT活性在各處理組均表現為與處理劑量呈負相關。土荊芥揮發油及其兩種主要成分的不同處理對CAT活性的影響差異不顯著；SOD活性總體上表現出與CAT活性相似的特征。其中揮發油對其活性的影響較其他處理組更為顯著（P=0.000）。隨著處理劑量的增大，α-萜品烯對SOD活性的抑制作用相對于對傘花素更為明顯；除AT組表現為隨著處理劑量增大呈先降低后增加的趨勢外，其余各處理組 POD活性均與處理劑量呈負相關，即處理劑量越大， POD活性受抑制效應越顯著。

整體來看，玉米幼根 SOD活性受到土荊芥揮發油及其兩種主要成分的影響較大，而 POD活性的變化幅度相對較小?？寡趸富钚耘c幼根根長相關性分析表明結果表明，不同處理組中，抗氧化酶活性與幼根根長均呈顯著正相關（P<0.05）。4種處理對抗氧化酶的化感綜合效應強弱順序為：揮發油

（0.413）>α-萜品烯（0.398）>對傘花素（0.325）>α-萜品烯+對傘花素（0.283）。

圖2 土荊芥揮發油、對傘花素和α-萜品烯對玉米幼根CAT、SOD和POD活性的影響Fig. 2 The effects of the volatile oil from chenopodium ambrosioides L., α- terpinene and cymene on activities of CAT, SOD and POD in maize radicle

圖3 土荊芥揮發油、對傘花素和α-萜品烯對玉米幼根ZmCAT、ZmSOD和ZmPOD相對表達量的影響Fig. 3 The effects of the volatile oil from Chenopodium ambrosioides L., α- terpinene and cymene on relative expression of ZmSOD, ZmCAT and ZmPOD in maize radicle

2.3 土荊芥揮發油及其兩種主要成分對玉米幼根抗氧化酶基因表達的影響

在土荊芥揮發油及其兩個主要成分作用下，玉米幼根ZmSOD、ZmCAT和ZmPOD的相對表達量發生變化（圖3）。

與對照相比，V組和C組玉米幼根的ZmCAT的表達量均被上調，上調程度與處理劑量呈正相關；AT組中，低劑量處理（梯度1）導致ZmCAT基因表達量明顯上調，但隨著處理劑量增大，這種上調作用逐漸減弱；M組中，中等處理劑量（梯度2）導致ZmCAT基因表達量上調。

與對照相比，ZmSOD的相對表達量在4個處理組中均被顯著下調，其中AT、C和M組下調最為明顯。V組的低劑量處理使ZmSOD表達量明顯下調，高劑量處理時，ZmSOD基因表達量所有上升，但仍低于對照。

ZmPOD的相對表達量在4個處理組中表現出

與ZmSOD相似的結果。其中AT、C和M組中，ZmPOD表達量均被下調，下調程度隨著處理劑量增大而更為顯著。V組中，低劑量處理導致ZmPOD的相對表達量明顯下調，而高劑量處理使 ZmPOD表達量明顯上調。

抗氧化酶活性與基因表達相關性分析結果表明，不同處理組中，CAT活性與其基因相對表達量均呈負相關，但未達到顯著水平（P>0.05）；SOD活性與其基因表達呈正相關，其中對傘花素處理組達到顯著水平（P=0.033）；揮發油處理組中 POD活性與基因表達量呈負相關，其余處理組 POD活性與其基因相對表達量之間均表現出正相關。

2.4 外源AsA對土荊芥化感脅迫下玉米幼根抗氧化酶活性的影響

無外源AsA時，玉米幼根CAT、SOD和POD活性均明顯低于對照組（P<0.01）（圖4）。

圖4 外源抗壞血酸作用下土荊芥揮發油、對傘花素和α-萜品烯對玉米幼根CAT、SOD和POD活性的影響Fig. 4 The effects of the volatile oil from Chenopodium ambrosioides L., α- terpinene and cymene on Activities of CAT, SOD and POD in maize radicle under the treatments of exogenous ascorbic acid

當施加外源 AsA后，CAT活性明顯升高（P=0.000），且與處理劑量呈正相關。但當AsA處理濃度為0.05 mol·L-1時，除C組外，CAT活性相對于其他處理劑量有所降低，但仍然高于未施加外源AsA的處理組。

SOD活性在各處理組中均隨著AsA濃度增加而升高。其中，V組的SOD活性升高幅度最為明顯，各處理均達到顯著水平（P<0.01）。當AsA濃度為0.03 mol·L-1時，其余處理組的SOD活性升高也達到顯著程度（P<0.05）。0.05 mol·L-1的AsA作用下，各處理組的 SOD活性有所降低，但仍高于沒有施加外源AsA的處理組。

POD活性的變化與SOD相似，但其活性隨AsA濃度增加的幅度大于SOD。在0.05 mol·L-1AsA溶液作用下，POD活性顯著高于無 AsA的處理組（P=0.000）。

3 討論

3.1 土荊芥揮發油及其兩種主要成分化感脅迫誘導的氧化損傷

化感物質引起的脅迫往往會誘導 ROS的過量積累而使受體代謝失衡（Yang et al.，2011）。這些ROS一方面可以作為信號分子，參與細胞內的抗氧化應答（Kreslavskii et al.，2012），低劑量的ROS也會誘導抗氧化酶活性升高，以達到清除過量ROS的目的（Veal et al.，2011；Suzuki et al.，2012）。另一方面，當 ROS積累過多，受體抗氧化系統會受到破壞，主要的抗氧化酶如SOD、POD、CAT等活性受到影響（何兵等，2013）。抗氧化系統在植物對外防御中起著重要的作用，但化感物質誘導的氧化損傷往往又會影響抗氧化系統的正常運轉（Qian et al.，2009）。本研究結果表明，在土荊芥揮發油及其主要成分對傘花素和α-萜品烯作用下，玉米幼根的生長不同程度受到抑制，抗氧化酶活性整體表現隨著處理劑量增加而下降的趨勢。

植物體積累的 ROS會不同程度地影響抗氧化酶基因的表達。一般來說，較低水平的 ROS誘導抗氧化酶基因表達上調（Li et al.，2012），而較高水平的ROS會使得抗氧化系統受到破壞（Zhang et al.，2012；Sharma et al.，2012），誘導的基因表達下調（Shearer et al.，2012；Mehterov et al.，2012；Golisz et al.，2011）。毛野豌豆（Vicia villosa Roth.）

釋放的氰胺影響了蕃茄（Solanum lycopersicum L.）根尖細胞分裂和激素水平，下調抗氧化應答相關基因表達（Dorota et al.，2012）。本研究結果表明，玉米幼根不同抗氧化酶基因表達對不同化感物質脅迫的應答有所差異。在揮發油和對傘花素作用下，玉米幼根CAT基因表達上調，在高劑量處理組中，對傘花素處理的上調效應大于揮發油處理。α-萜品烯對 CAT基因表達的影響則整體表現為低劑量上調、高劑量下調效應，其下調作用比對傘花素更為明顯；整體來看，揮發油、對傘花素和α-萜品烯化感脅迫均導致 SOD基因和 POD基因表達下調。根據這些結果推測，土荊芥化感脅迫誘導產生的 ROS作為信號分子，參與細胞抗氧化應答，通過上調抗氧化酶基因表達、提高抗氧化酶活性來清除過量產生的 ROS。當化感脅迫誘導產生的 ROS量過多、超出了抗氧化系統的清除能力時，導致抗氧化系統受損，基因表達下調，進而引起氧化損傷。在同等劑量處理下，α-萜品烯對玉米幼根的損傷作用大于對傘花素。相關性分析表明，不同處理組的CAT活性均與基因相對表達量呈負相關，但未達到顯著水平。此時，基因表達量上調，但酶活性仍然隨處理劑量增加而降低，其原因可能是土荊芥化感脅迫導致 ROS過量產生，破壞了細胞內蛋白質的結構與功能。而SOD與POD的活性與其基因相對表達量整體呈正相關，表明土荊芥揮發油及其兩種主要成分通過下調相關抗氧化酶基因表達從而降低了酶的活性。

3.2 外源AsA對土荊芥揮發油及其兩種成分誘導氧化損傷的緩解效應

AsA是自然界植物抗氧化系統中重要的非酶抗氧化劑，可以通過清除過量的 ROS達到抗氧化的目的（Huang et al.，2005）。當用AsA和SO2共同作用于氣孔保衛細胞時，AsA有效清除了SO2脅迫產生的ROS，緩解了由SO2誘導的保衛細胞凋亡（魏愛麗等，2014）。本研究結果表明，施加外源AsA條件下，明顯緩解了由土荊芥揮發油及其兩種主要成分脅迫對玉米幼根抗氧化酶活性的抑制效應，CAT、SOD和POD的活性明顯升高，這種緩解作用隨著AsA劑量的增加而增強。由此可見，土荊芥揮發油及其兩種主要成分造成玉米根尖受損與其化感脅迫誘導的氧化損傷有關。在土荊芥揮發油、對傘花素和α-萜品烯作用下，根尖細胞內積累大量ROS，破壞抗氧化酶的結構與功能。

4 結論

土荊芥揮發油及其兩種成分化感脅迫影響抗氧化酶基因的表達，降低抗氧化酶活性，引起玉米幼根生長受抑制。這種抑制效應與土荊芥揮發油及其兩種成分誘導細胞內大量積累ROS，引起氧化損傷有關；土荊芥揮發油化感脅迫效應最明顯，α-萜品烯次之，對傘花素最弱。

BAIS H P, VEPACHEDU R, GILROY S, et al. 2003. Allelopathy and exotic plant invasion: from molecules and genes to species interactions [J]. Science, 301(5638): 1377-1380.

BOGATEK R, GNIAZDOWSK A A. 2007. ROS and phytohormones in plant-plant allelopathic interaction [J]. Plant Signaling & Behavior, 2(4): 317-318.

DOROTA S, ANNA R L, AGNIESZKA G, et al. 2012. Inhibition of tomato (Solanum lycopersicum L.) root growth by cyanamide is due to altered cell division, phytohormone balance and expansin gene expression [J]. Planta, 236(5): 1629-1638.

GECHEV T S, BREUSEGEM F V, STONE J M, et al. 2006. Reactive oxygen species as signals that modulate plant stress responses and programmed cell dea th [J]. Bioessays, 28(11): 1091-1101.

GOLISZ A, SUGANO M, HIRADATE S, et al. 2011. Microarray analysis of Arabidopsis plants in response to allelochemical L-DOPA [J]. Planta, 233(2): 231-240.

HUANG C H, HE W L, GUO J K, et al. 2005. Increased sensitivity to salt stress in an ascorbate-deficient Arabidopsis mutant [J]. Journal of Experimental Botany, 56(422): 3041-3049.

KRESLAVSKII V D, LOS D A, .ALLAKHVERDIEV S I, et al. 2012. Signaling Role of Reactive Oxygen Species in Plants under Stress [J]. Russian Journal of Plant Physiology, 59(2): 141-154.

LI L, YI H. 2012. Effect of sulfur dioxide on ROS production, gene expression and antioxidant enzyme activity in Arabidopsis plants [J]. Plant Physiology and Biochemistry: PPB/Societe Francaise de Physiologie Vegetale, 58(3): 46-53.

MEHTEROV N, BALAZADEH S, HILLE J, et al. 2012. Oxidative stress provokes distinct transcriptional responses in the stress-tolerant atr7 and stress-sensitive loh2 Arabidopsis thaliana mutants as revealed by multi-parallel quantitative real-time PCR analysis of ROS marker and antioxidant genes [J]. Plant Physiol Biochemistry, 59(2): 20-29.

QIAN H F, XU X Y, CHEN W, et al. 2009. Allelochemical stress causes oxidative damage and inhibition of photosynthesis in Chlorella vulgaris [J]. Chemosphere, 75(3): 368-375.

SHARMA P, JHA A B, DUBEY R S, et al. 2012. Reactive Oxygen Species, Oxidative Damage, and Antioxidative Defense Mechanism in Plants under Stressful Conditions [J]. Journal of Botany: 1-26.

SHEARER T L, RASHER D B, SNELL T W, et al. 2012. Gene expression patterns of the coral Acropora millepora in response to contact with macroalgae [J]. Coral Reefs, 31(4): 1177-1192.

SUZUKI N, KOUSSEVITZKY S, MITTLER R, et al. 2012. ROS and redox signalling in the response of plants to abiotic stress [J]. Plant, Cell & Environment, 35(2): 259-270.

VEAL E, DAY A. 2011. Hydrogen peroxide as a signaling molecule [J]. Antioxidants & Redox Signaling, 15(1): 147-151.

WILLIAMSON G B, RICHARDSON D. 1998. Bioassays for allelopathy [J]. Journal of Chemical Ecology, 14(1): 181-187.

YANG C Y, LIU S J, ZHOU S W, et al. 2011. Allelochemical ethyl 2-methyl acetoacetate (EMA) induces oxidative damage and antioxidant responses in Phaeodactylum tricornutum [J]. Pesticide Biochemistry and Physiology, 100(1): 93-103.

ZHANG F, CHEN F, LIU W, et al. 2012. ρ-Cymene Inhibits Growth and

Induces Oxidative Stress in Rice Seedling Plants [J]. Weed Science, 60(4): 564-570.

范雪濤, 馬丹煒, 向莎, 等. 2008. 不同逆境條件下辣子草抗氧化酶系統的變化[J]. 應用與環境生物學報, 14(5): 616-619.

何兵, 王亞男, 李安奇, 等. 2013. 土荊芥組培根分泌物對大豆根尖細胞的氧化損傷[J]. 四川師范大學學報, 36(3): 440-444.

賀祝英, 周欣, 王道平, 等. 2002. 貴州土荊芥揮發油化學成分研究[J].貴州科學, 20(2): 76-78.

胡琬君, 馬丹煒, 王亞男, 等. 2012. 土荊芥揮發油對蠶豆根尖細胞的氧化損傷[J]. 應用生態學報, 23(4): 1077-1082.

黃雪峰, 孔令義. 2002. 土荊芥揮發油的化學成分分析[J]. 中國藥科大學學報, 33(3): 256-257.

李紹文. 1989. 生態生物化學(二). 高等植物之間的生化關系[J]. 生態學雜志, 8(1): 66-70.

劉萍, 李明軍. 2007. 植物生理學實驗技術[M]. 北京: 科學出版社: 123-129, 147-149, 162-164.

孟慶會, 黃紅娟, 劉艷, 等. 2009. 假高粱揮發油化學成分及其化感潛力[J]. 植物保護學報, 36(3): 277-282.

沈慧敏, 郭鴻儒, 黃高寶. 2005. 不同植物對小麥、黃瓜和蘿卜幼苗化感作用潛力的初步評價[J]. 應用生態學報, 16(4): 740-743.

王朋, 王瑩, 孔垂華. 2008. 植物揮發性單萜經土壤載體的化感作用——以三裂葉豚草(Ambrosia trifida L.)為例[J]. 生態學報, 28(1): 62-68.

魏愛麗, 辛曉靜, 王云山, 等. 2014. SO2衍生物誘導的萱草保衛細胞凋亡及其信號調節[J]. 環境科學學報, 34(3): 801-806.

魏輝, 李兵, 田厚軍, 陳藝欣, 等. 2010. 福建省不同產地及不同生育期土荊芥精油化學成分的比較[J]. 植物資源與環境學報, 19(3): 62-67.

徐海根, 強勝. 2004. 中國外來入侵物種編目[M]. 北京: 中國環境科學出版社: 91-92.

中華人民共和國環境保護部. 2010. 關于發布中國第二批外來入侵物種名單的通知. [2014-12-08]. http://www.mep.gov.cn/gkml/hbb/bwj/ 201001/t20100126_184831.htm.

The Antioxidant Enzyme Activities and Their Gene Expression in Maize Radicle under the Allelochemical Stress from Chenopodium ambrosioides L.

CHEN Bin, WANG Yanan, MA Danwei*, HU Zhongliang, HE Yaqiang, ZHOU Jian
College of Life Science, Sichuan Normal University, Chengdu 610101, China

To explore the mechanism of oxidative damage induced by the allelochemical stress of an invasive plant, Chenopodium ambrosioides L.. In this study, maize (Zea mays L.) which widely planted in the areas invaded by C. ambrosioides was chosen as the receptor plant. The root length and the activities of catalase (CAT), superoxide dismutase (SOD) and peroxidase (POD) in maize radicles induced by the volatile oil from Chenopodium ambrosioides L. and its two main components (cymene and α-terpinene) were studied under the condition of exogenous antioxidant ascorbic acid or absent. The antioxidant enzyme gene expressions of maize radicle were analyzed by the real-time fluorescent quantitative (RT-qPCR). The results showed that the root length of maize radicle were inhibited by the volatile oil, cymene and α-terpinene from C. ambrosioides, and the antioxidant enzyme activities in maize radicle were inhibited, too. The inhibitory effect on SOD activity was the most significant in the three enzymes. Their activities affected by α-terpinene were more obvious than cymene. The expression of ZmSOD and ZmPOD were down-regulated in each treatment group, while the ZmCAT expression was up-regulated with the increasing treatment dose. And when treated with high dose of α-terpinene, the expression of ZmCAT was down-regulated obviously. There was a correlation between the antioxidant enzymes and their gene expression. The inhibtory effect on the antioxidant enzymes activities induced by the allelopathic stress was reduced by the exogenous ascorbic acid. The reducing effect was more significant with the increasing concentration of ascorbic acid. In conclusion, C.ambrosioides and its two main components induced the excessive accumulation of reactive oxygen species (ROS) in maize radicle, down-regulated the gene expression of the antioxidant enzymes, reduced the antioxidant enzyme activities and caused oxidative damage. In comparison of the effects on the antioxidant system of maize radicle, the stress induced by the volatile oil was the most, followed by α-terpinene, cymene was the weakest.

Chenopodium ambrosioides L.; volatile oil; allelochemical stress; antioxidant enzyme activity; gene expression

10.16258/j.cnki.1674-5906.2015.10.008

Q945.78；X171.1

A

1674-5906（2015）10-1640-07

陳斌，王亞男，馬丹煒，胡忠良，何亞強，周健. 土荊芥化感脅迫對玉米幼根抗氧化酶活性和基因表達的影響[J].生態環境學報, 2015, 24(10): 1640-1646.

CHEN Bin, WANG Yanan, MA Danwei, HU Zhongliang, HE Yaqiang, ZHOU Jian. The Antioxidant Enzyme Activities and Their Gene Expression in Maize Radicle under the Allelochemical Stress from Chenopodium ambrosioides L. [J]. Ecology and Environmental Sciences, 2015, 24(10): 1640-1646.

國家自然科學基金項目（31370549）；四川省高校重點實驗室開放項目（SCYZ201410）；四川師范大學校級重點培育項目（2013）

陳斌（1988年生）男，碩士研究生，主要從事細胞生物學的研究。E-mail: xiao_nongfu@hotmail.com *通信作者：馬丹煒（1963年生）女，教授，碩士生導師，博士，研究方向為植物化感作用。E-mail: danwei10ma@163.com

2015-07-15