野生與栽培穿龍薯蕷保護酶活性研究

野生與栽培穿龍薯蕷保護酶活性研究

劉麗華，秦佳梅*

(通化師范學院，吉林 通化 134002)

摘要：采用分光光度法研究了不同生長年限(1～3年生)野生穿龍薯蕷與栽培穿龍薯蕷保護酶系統活性變化。結果顯示，隨著生長年限的增加，栽培穿龍薯蕷SOD、CAT、POD活性均顯著高于野生穿龍薯蕷，說明在適度的光照脅迫下,栽培穿龍薯蕷可以提高保護酶活性，增強其抗逆性。研究結果為野生穿龍薯蕷的馴化栽培提供理論依據。

關鍵詞：穿龍薯蕷；保護酶；抗逆性;活性研究

DOI:10.13463/j.cnki.jlzyy.2015.10.022

中圖分類號：R282.71文獻標志碼： A

文章編號：1003-5699(2015)10-1043-03

基金項目:吉林省科技發展計劃項目(201205081)；通化師范學院博士

作者簡介:劉麗華(1972- )，女，博士，副教授，主要從事植物資源與功能基因組研究。

收稿日期:(責任編輯：王丹2015-07-06)

*通信作者:秦佳梅，教授，電話-(0451)3208073，電子信箱-th-Qjm@163.com

Activities of protective enzymes in Dioscorea nipponica under wild and tame

LIU Lihua,QIN Jiamei*

(Tonghua Normal University,Tonghua 134002,Jilin Province,China)

Abstract:To study activities variation tendency of protective enzymes systemin Dioscorea nipponica under wild and tame of growth 1-3 years,that spectrophotometry adopted.Result shows SOD,CAT,POD activities under tame rank above under wild,increase with growth years.State clearly,in moderate illumination stress,activities of protective enzymes have deen increased in Dioscorea nipponica under tame.Plant resistance has been increased and providing theoretical basis with Dioscorea nipponica omestication and breeding.

Keywords:Dioscorea nipponica;protective enzymes;resistance;activities study

植物在自然環境條件下，會受到如高溫、干旱、光照過強等多種逆境脅迫，使植物直接或間接形成過量的活性氧自由基，引發膜脂過氧化作用，導致膜系統損傷和細胞傷害[1]。為了平衡植物體內的活性氧，植物體在長期進化過程中形成了以超氧化物歧化酶(superoxide,SOD)、過氧化物酶(peroxidase,POD)、過氧化氫酶(catalase,CAT)為主導的保護酶系統，可有效地清除代謝過程中產生的活性氧，從而防止活性氧引起的膜脂氧化及其他傷害過程[2]。

穿龍薯蕷(DioscoreanipponicaMakino.)為薯蕷科多年生纏繞草本植物，以根莖入藥，有效成分主要為薯蕷皂苷元，是合成各種甾體藥物的重要原料[3]。因此,具有極高的藥用價值。由于長期采挖野生資源，儲量銳減，遠遠不能滿足生產需求，導致人工栽培的穿龍薯蕷面積逐年擴大。目前對野生及栽培的穿龍薯蕷研究主要集中在栽培技術、藥理及藥化等方面，尚未見對其保護酶活性比較的研究報道。因此，本實驗對不同生長年限(1～3年生)栽培與野生穿龍薯蕷的保護酶活力變化比較，以進一步了解穿龍薯蕷生長發育狀況，為采取合理栽培措施提供理論依據。

1材料與方法

1.1材料穿龍薯蕷根莖，栽培樣品采自通化師范學院無公害規范化種植實驗田，野生樣品采自通化市東昌區江東鄉頭道溝。按根莖上根跡環痕區分不同生長年限(1～3年生)。

1.2酶液提取將預先處理好的穿龍薯蕷置于預冷的研缽中，加入PBS(0.05 mol/L,PH=7.0)緩沖液和少許石英砂，在冰浴下研磨成勻漿，4 ℃離心10 min ，10 000 r/min，上清液即為酶液，貯于4 ℃下備用。

1.3保護酶活性測定方法

1.3.1SOD酶活力測定采用氮藍四唑光化學還原法測定[4]。

1.3.2POD酶活力測定采用Bestwick等的愈創木酚法測定[5]。

1.3.3CAT酶活力測定采用Chance等方法測定[6]。

2結果與分析

2.1SOD活性變化SOD是活性氧清除系統中第一個發揮作用的抗氧化酶，催化超氧物陰離子自由基發生歧化反應，產生氧和H2O2，保護生物體免受活性氧傷害[7]。由圖1可知，隨著生長年限的增加，栽培穿龍薯蕷SOD活性變化呈逐年升高,而野生穿龍薯蕷則呈逐年降低的趨勢。但在不同生長年限，栽培穿龍薯蕷SOD活性均高于野生穿龍薯蕷,尤其是2、3年生栽培穿龍薯蕷SOD活性顯著高于野生穿龍薯蕷。表明環境中光照及溫度變化對植物生長構成脅迫，使SOD活性增高，以抵抗不良外界環境條件。

圖1　1～3年生栽培與野生穿龍薯蕷SOD活性變化

2.2CAT活性變化CAT是生物氧化過程中一系列抗氧化酶的終端，能夠有效清除植物體內多余的H2O2，保護膜結構。使細胞免于遭受H2O2的毒害[8]。由圖2看出，隨著生長年限的增加，CAT與SOD活性變化趨于一致，即栽培穿龍薯蕷呈逐年升高，而野生穿龍薯蕷呈逐年降低的趨勢。但不同的是，1年生穿龍薯蕷CAT活性表現為野生品種高于栽培品種，而2、3年生則是栽培穿龍薯蕷CAT活性變化顯著高于野生穿龍薯蕷。

圖2　1～3年生栽培與野生穿龍薯蕷CAT活性變化

2.3POD活性變化POD是以H2O2為電子受體催化底物氧化的酶，具有清除H2O2和酚類、胺類毒性的作用[9]。圖3表明，隨著生長年限的增加，栽培與野生穿龍薯蕷POD活性均降低，但在不同生長年限，栽培穿龍薯蕷POD酶活性均高于野生穿龍薯蕷。

圖3　1～3年生栽培與野生穿龍薯蕷POD活性變化

3結論

植物細胞在長期進化過程中形成了包括SOD、POD、CAT等各類清除活性氧的保護酶系統,這些保護酶在清除超氧自由基、H2O2、過氧化物以及阻止或減少羥基自由基形成等方面起重要作用[10]。

穿龍薯蕷為藤本植物，生長在林下或林周，需要攀援在其他植物上生長，在自然環境下光照較弱，而栽培植物則在全光照條件下生長，并且溫度較高。環境變化導致植物產生新的適應方式，不同的光照強度及溫度會使植物產生生理、形態、解剖和營養等方面的一系列變化。抗氧化酶活性變化也是植物遭受逆境脅迫程度的反映[11]。

已有研究表明，植物體內保護酶活性隨光照條件變化而不同，弱光能降低活性氧產生速率，保護酶系統活性降低[12]，這與筆者研究結果相同。本實驗研究結果表明，隨著生長年限的增加，栽培穿龍薯蕷SOD、POD、CAT活性均高于野生穿龍薯蕷,可能是由于地上部分劇烈生長，在全光照條件下，光合作用產生大量的活性氧自由基，使整個植株的活性氧達到平衡，導致保護酶系活性升高。這與孟祥海[13]、周興元[14]等的研究結果一致。但1年生野生與栽培穿龍薯蕷保護酶活性差異不顯著,可能是環境因子尚不能引起植物細胞內活性氧代謝平衡的紊亂與啟動膜的過氧化所致。

本實驗研究同時表明,3種保護酶的活性變化在栽培與野生穿龍薯蕷中有所不同，隨著生長年限的增加，栽培穿龍薯蕷中SOD、CAT活性均呈現逐年增高,POD活性則是呈現下降趨勢，可能是光合作用增強所致。而野生穿龍薯蕷中SOD、CAT、POD活性均呈現下降趨勢,這與魏淑珍等[15]的研究結果相同，植物處于幼年期，保護酶活性較強，保護酶活性高低與植物器官生長量的大小密切相關。

由于保護酶系統在不同植物之間變化較為復雜[16]，在本實驗中,POD活性表現不同于CAT，可能與POD酶的性質有關。一方面由通過H2O2來氧化基質的過氧化物酶組成，其功能是生理性的;另一方面由主要功能是清除H2O2的酶組成。本實驗中POD活性變化可能是這兩種性質共同作用的結果。但關于這兩種酶作用的關聯性還有待于進一步深入研究。

參考文獻：

[1]HEIDARI B,PESSARAKLI M,DANESHNIA A D N.Reactive Oxygen Specieg-Mediated Functions in Plants under Environm ental Stresses[J].J Agric.Sci.Tech,2012,2(2b):159-168.

[2]李合生.現代植物生理學[M].北京:高等教育出版社,2002.

[3]王鐵杰.穿龍薯蕷質量控制方法及相關活性成分研究[D].沈陽:沈陽藥科大學,2007.

[4]PERY C A,DWYER J,GOURIS R R.Health effects salicylates in food and drug[J].Nutrient Rev,1996,54(8):225-240.

[5]張志良.植物生理學實驗指導[M].3版.北京:高等教育出版社,2003.

[6]CHANCE B,MAEHLY A C.1955.Assay of catalases and peroxidases[J].Methods Enzymol,11(2):764-775.

[7]田敏,饒龍兵,李紀元.植物細胞中的活性氧及其生理作用[J].植物生理學通訊,2005,41(2):235-238.

[8]黃玉山,羅廣華.鎘誘導植物的自由基過氧化損傷[J].植物學報,1997,39(6):522-526.

[9]RODRIGUEZ R,REDMAN R.Balancing the generation and elimination of reactive oxygen species[J].Proceedings of National Academy of Sciences,2005,102(9):3175-3176.

[10]WANG J G,CHEN G C,ZHANG C L.The effects of water stress on soluble protein content the activity of SOD,POD and CAT of two ecotypes of reeds(Phragmites communi-s)[J].Acta Botanica Boreali-Occidentalia Sinica,2002,22(3):561-565.

[11]JAMBUNATHAN N.Determination and detection of reactive oxygen species(ROS),lipid peroxidation and electrolyte leakage in plants[J].Methods Mol Biol,2010,639:292-298.

[12]PENG Y H,ETIENNE R.Influence of shading on growth and microenvironment of conlainer-grown citrus nursery tre-es[J].J Fruit Sci,1998,15(4):306-310.

[13]孟祥海,張躍進,皮莉,等.遮陰對半夏葉片葉綠素與保護酶活性的影響[J].西北植物學報,2007,27(6):1167-1171.

[14]周興元,曹福亮.遮陰對假儉草抗氧化酶系統及光合作用的影響[J].南京農業大學學報(自然科學版),2006,30(3):32-36.

[15]魏淑珍,何鐵柱,郭繼平.不同生長期燕子掌SOD含量與環境因子的關系[J].北方園藝,2010,19:89-91.

[16]杜潤峰,郝文芳,王龍飛.達烏里胡枝子抗氧化保護系統及膜脂過氧化對干旱脅迫及復水的動態響應[J].草業學報,2012,21(2):51-61.