抗氧化酶對百合鱗莖破眠的影響研究

陳業(yè)雯+劉芳+高玉剛+汪志強+李雨琦+謝守峰+陳學(xué)武+楊瑾

摘 要：該文主要研究了休眠的細葉百合鱗莖在低溫5℃貯藏過程中，抗氧化酶及呼吸代謝與鱗莖休眠進程的關(guān)系。結(jié)果表明，鱗莖呼吸速率在冷藏2周后顯著下降，2～12周隨著貯藏時間的延長呼吸速率逐漸上升。SOD活性在冷藏2～6周呈下降趨勢，6～12周后逐漸增加。CAT活性4周最高，POD 活性在貯藏過程中逐漸降低。鱗莖ASP活性則表現(xiàn)為先升高后降低的趨勢，PPO活性在貯藏初期平緩下降。4周后逐漸上升，整個冷藏期PAL活性平穩(wěn)波動。鱗莖貯藏過程中呼吸速率與SOD、POD、PAL呈正相關(guān)性，呼吸速率與CAT、ASP、PPO均表現(xiàn)為負相關(guān)性。

關(guān)鍵詞：細葉百合；鱗莖；低溫貯藏；抗氧化酶

中圖分類號 S68 文獻標(biāo)識碼 A 文章編號 1007-7731（2016）06-15-03

Effects of Antioxidant Enzymes on Bulb Dormancy-broken in Lilium pumilum

Chen Yewen1 et al.

（1College of Agriculture，Heilongjiang Bayi Agricultural University，Daqing 163319，China）

Abstract：The changes of respiratory rate and antioxidant enzymes activity of Lilium pumilum during bulb dormancy breaking at 5℃ were studied. Results showed that the respiration rate decreased observably at 2w，respiration rate increased with the extension of cold storage time within 2～12w，SOD activity of scales was falling within 2～6w，and on the rise in 6～12w. The maximum value of CAT activity rose at 4w，POD activity had a downward trend during cold storage，ASP activity rose first and falled later，PPO activity had a trend of gentle decline during early storage，increased after 4w，PAL activity changed smoothly in the whole cold storage period. Respiratory rate and SOD，POD，PAL were characterized by positive correlations. Respiratory rate and CAT，ASP，PPO were in the form of negative correlation.

Key words：Lilium pumilum；Bulb；Low temperature storage；Antioxidant enzymes

百合是重要的園林應(yīng)用花卉，其具有良好的食用、藥用、觀賞價值。百合鱗莖具有秋季收獲后休眠、春季復(fù)蘇破眠的特性，已有很多學(xué)者從鱗莖內(nèi)部細胞組織結(jié)構(gòu)、核酸、碳水化合物及相關(guān)酶的生理生化代謝方面對其進行了系統(tǒng)的研究；超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化物酶（POD）和過氧化氫酶（CAT）等抗氧化酶類在百合鱗莖休眠解除過程中也具有重要的作用。喬永旭等[1]指出抗壞血酸過氧化物酶（ASP）和POD的活性在百合鱗莖低溫解除休眠過程中先上升后下降。孔紅梅等研究表明，隨著貯藏期的延長，鱗莖盤PAL活性下降，頂芽與鱗片的 PAL活性有增加趨勢[2]。植物破眠過程中，多種活性氧代謝相關(guān)基因進行表達[3-4]，H2O2在活化戊糖磷酸途徑中起重要作用[5]。因此，冷藏過程中活性氧變化與抗氧化酶代謝可能影響百合鱗莖休眠。百合鱗莖破眠過程的呼吸代謝與抗氧化酶之間的聯(lián)系尚不清楚，為此，本文研究了呼吸代謝以及抗氧化酶對百合鱗莖破眠的影響，以期為明確百合鱗莖休眠機制提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

供試材料為從凌源引種的野生種細葉百合，鱗莖周徑4～6cm。2015年10月中旬，采收細葉百合休眠鱗莖置于5℃冰箱中貯藏。貯藏期間，每2周取樣一次，每次隨機取6個鱗莖的中部鱗片，測定抗氧化酶活性，取6個鱗莖測定呼吸速率，各指標(biāo)均3次重復(fù)。呼吸速率測定采用王晶英等[6]的方法，SOD活性測定采用高俊鳳[7]的方法，ASP活性測定參照沈文飚[8]的方法。采用紫外分光光度法[9]測定CAT活性，愈創(chuàng)木酚法[10]測定POD活性，兒茶酚法[10]測定PPO活性，巰基乙醇法[10]測定PAL活性。試驗數(shù)據(jù)采用Excel和SPSS軟件進行計算和處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 百合鱗莖冷藏過程中呼吸代謝變化 由圖1可以看出，百合鱗莖在貯藏0周時呼吸速率可達12.684CO2mg·kg-1·h-1，此時期呼吸速率顯著高于其他貯藏時期；鱗莖貯藏2周時呼吸速率較采收時有較大幅度降低，此時呼吸速率僅為5.36CO2mg·kg-1·h-1；鱗莖貯藏2～12周呼吸速率呈逐漸上升的趨勢，鱗莖貯藏12周時，呼吸速率也遠遠低于采收時期。2～8周各時期內(nèi)呼吸速率差異不顯著，但與0、12周相比都有顯著差異，12周呼吸速率與其他各時期均有顯著差異。

<＼＼Pc10＼工作盤 （E）＼姜秀紅＼雜志＼安徽農(nóng)學(xué)通報雜志＼2016-6農(nóng)學(xué)通報內(nèi)文＼s85-1.eps>[呼吸速率（Co2mg·kg-1·h-1）]

圖1 冷藏過程中百合鱗莖呼吸代謝變化

注：不同字母代表0.05水平上的顯著差異性。

2.2 百合鱗莖冷藏過程中抗氧化酶活性變化 從表1可知，鱗莖內(nèi)抗氧化酶活性在整個貯藏過程中變化趨勢都不相同。SOD活性在冷藏2～6周呈下降趨勢，6～12周后逐漸增加，貯藏后期仍較前期低，各時期內(nèi)沒有顯著差異。鱗莖CAT活性貯藏初期較低，0～10周內(nèi)CAT活性呈先先上升后下降的拋物線變化，4周活性最高，與貯藏0、10、12周有顯著差異。POD活性貯藏過程中逐漸降低，4周后下降迅速，貯藏0周和12周相比差異非常顯著。鱗莖ASP活性則表現(xiàn)為先升高后降低的趨勢，4～8周上升幅度最大，8周后活性略有下降，貯藏8周與0、12周有顯著差異。PPO的活性在貯藏初期表現(xiàn)為平緩下降，4周后逐漸上升，貯藏8周后增加幅度明顯。鱗莖貯藏期PAL活性呈現(xiàn)平穩(wěn)的波動性變化，各時期均比貯藏0周活性低，貯藏4～6周活性一直保持較低水平。

表1 鱗莖抗氧化酶活性變化

[處理時間

（周）＼&超氧化物歧化酶SOD

（U·g-1 fw·min-1）＼&過氧化氫CAT

（U·g-1 fw·min-1）＼&過氧化物酶POD

（U·g-1fw·min-1）＼&抗壞血酸過氧化物酶ASP

（μmolAsA·g-1 fw·min-1）＼&多酚氧化酶PPO

（U·g-1 fw·min-1）＼&苯丙氨酸解氨酶PAL

（U·g-1 fw·min-1）＼&0＼&62.35±5.45a＼&0.86±0.05c＼&55.21±2.79a＼&79.43±9.05e＼&2.23±0.14b＼&3.96±0.31a＼&2＼&56.15±4.13a＼&1.25±0.12ab＼&54.35±6.50ab＼&83.21±9.36e＼&2.19±0.11b＼&3.82±0.33a＼&4＼&55.86±4.39a＼&1.32±0.17a＼&54.16±2.34ab＼&112.03±12.72d＼&2.03±0.47b＼&3.24±0.26b＼&6＼&53.24±6.20a＼&1.29±0.06a＼&51.42±3.38ab＼&185.47±17.28c＼&2.39±0.37b＼&3.26±0.35b＼&8＼&53.87±6.76a＼&1.15±0.09ab＼&50.06±4.06ab＼&265.34±12.99a＼&3.46±0.48a＼&3.74±0.09ab＼&10＼&56.13±4.91a＼&0.93±0.06c＼&49.12±4.74ab＼&256.33±7.16ab＼&3.62±0.10a＼&3.85±0.28a＼&12＼&57.66±4.55a＼&1.06±0.15bc＼&46.54±5.13b＼&243.26±11.59b＼&3.84±0.35a＼&3.42±0.12ab＼&]

注：不同字母代表0.05水平上的顯著差異性。

2.3 百合鱗莖冷藏過程中呼吸代謝與抗氧化酶的相關(guān)性分析 從呼吸速率與鱗莖抗氧化酶的相關(guān)性分析情況能夠看出（表2），鱗莖貯藏過程中呼吸速率與SOD、POD、PAL呈正相關(guān)性，呼吸速率與CAT、ASP、PPO均表現(xiàn)為負相關(guān)性，其中呼吸速率與SOD正相關(guān)性非常顯著。各種抗氧化酶活性之間的相關(guān)性也各有不同。POD與PPO，POD與ASP之間都表現(xiàn)出極顯著的負相關(guān)關(guān)系，PPO與ASP正相關(guān)性達到了極顯著水平。可見，鱗莖冷藏復(fù)蘇的過程中抗氧化酶之間并不是獨立的關(guān)系。

表2 鱗莖中呼吸速率與抗氧化酶活性的相關(guān)分析

[抗氧化酶＼&呼吸速率＼&SOD＼&POD＼&CAT＼&PAL＼&PPO＼&SOD＼&0.904**＼&＼&＼&＼&＼&＼&POD＼&0.358＼&0.317＼&＼&＼&＼&＼&CAT＼&-0.738＼&-0.72＼&0.183＼&＼&＼&＼&PAL＼&0.512＼&0.503＼&0.196＼&-0.705＼&＼&＼&PPO＼&-0.191＼&-0.153＼&-0.933**＼&-0.419＼&0.131＼&＼&ASP＼&-0.397＼&-0.477＼&-0.912**＼&-0.165＼&-0.1＼&0.91**＼&]

注：**和*分別表示0.01和0.05水平的相關(guān)性。

3 討論

酶活性變化是細胞代謝重要的源動力。本研究中，呼吸速率在冷藏后呈現(xiàn)逐漸上升的過程，在此過程中與前期研究鱗莖頂芽生長點細胞內(nèi)線粒體的變化是一致的，隨著線粒體數(shù)量的增加，生物體內(nèi)活性酶反應(yīng)空間和接觸面積大大增加，必然會促使呼吸代謝加快。呼吸作用增強是酶活性升高的體現(xiàn)。當(dāng)鱗莖處于低溫條件下，隨低溫處理時間的延長細胞中產(chǎn)生的活性氧也會得到積累，細胞內(nèi)高活性氧的不平衡動態(tài)會損傷線粒體等生物膜系統(tǒng)，鱗莖細胞為保護自身的結(jié)構(gòu)和功能不被破壞，就會啟動自身免疫調(diào)節(jié)系統(tǒng)，在冷藏6周后，鱗莖保護酶SOD活性逐漸升高，以降低超氧陰離子自由基（O2-），將其歧化為過氧化氫（H2O2）和分子氧。鱗莖冷藏2～8周內(nèi)CAT活性較高，ASP活性上升幅度也較大，CAT、POD、ASP是清除H2O2的重要酶類，這些酶類相互協(xié)調(diào)，互補代償，清除多余自由基，從而提供鱗莖休眠期的抗性。鱗莖內(nèi)SOD活性受H2O2的含量的影響。東方百合低溫冷藏期間，鱗莖中O2-的釋放速率前期增加，后期下降，而H2O2含量冷藏過程中也呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢[1]。因此，鱗莖休眠解除可能與H2O2含量的增加及活性氧代謝有關(guān)[11-12]。PAL和PPO是酚類物質(zhì)氧化重要酶，本研究PPO的活性在貯藏4周后逐漸明顯上升。劉艷萍[10]指出冷藏或許改變了酚類（下轉(zhuǎn)145頁）（上接16頁）物質(zhì)代謝的相關(guān)酶活性，導(dǎo)致酚類物質(zhì)的合成和氧化受阻，緩解酚類物質(zhì)對百合鱗莖休眠解除的抑制作用，使休眠得以解除。這與本研究中PAL在冷藏后期酶活性下降是一致的。

參考文獻

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（責(zé)編：張宏民）