模擬干旱脅迫對苜蓿幼苗抗氧化酶系統的影響

李　紅，李　波，馬 赫,李祥利

(1.黑龍江省畜牧研究所，黑龍江 齊齊哈爾　161000； 2.齊齊哈爾大學 生命科學與農林學院，黑龍江 齊齊哈爾　161006)

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模擬干旱脅迫對苜蓿幼苗抗氧化酶系統的影響

李紅1，李波2，馬 赫2,李祥利2

(1.黑龍江省畜牧研究所，黑龍江 齊齊哈爾161000； 2.齊齊哈爾大學 生命科學與農林學院，黑龍江 齊齊哈爾161006)

采用不同濃度的PEG-6000對抗旱性不同的紫花苜蓿幼苗進行滲透脅迫處理，研究了不同抗旱品種苜蓿幼苗的抗氧化酶活性的變化。結果表明：12個紫花苜蓿品種的幼苗過氧化物酶(POD)，過氧化氫酶(CAT)和超氧化物歧化酶(SOD)活性呈現先增加后降低的變化趨勢，15%或20%的PEG下3種酶活性達最大值。通過隸屬函數法分析12種紫花苜蓿的抗旱性順序為：WL168HQ>圖牧2號>敖漢>龍牧100>草原1號>龍牧801>德寶>龍牧803>農菁1號>皇后>龍牧806>龍牧81。

紫花苜蓿；PEG脅迫；抗氧化系統；酶活性

紫花苜蓿(Medicagosativa)是世界上廣泛栽培的豆科牧草之一，具有適應性強、蛋白質含量高和營養豐富等特點，同時又是一種優良的改土培肥植物，在草田輪作、植被恢復和家畜養殖方面發揮著重要作用[1-2]。但近些年來,干旱成為限制紫花苜蓿生產的主要因素，是紫花苜蓿出苗及成苗的限制因子之一，選育抗旱強的苜蓿品種迫在眉睫。在正常情況下植物體內源保護酶系統協調一致，使生物自由基維持在低水平，從而防止自由基毒害植物，但在干旱等逆境脅迫下，保護酶系統中酶的活性會發生變化[3-4]，逆境對保護酶活性的影響已廣泛應用于植物對逆境反應機理的研究。

試驗選取了12種抗旱性不同的紫花苜蓿品種幼苗，以PEG-6000滲透脅迫模擬不同程度的干旱脅迫，研究干旱條件下苜蓿葉片中過氧化物酶(POD)、過氧化氫酶(CAT)和超氧化物歧化酶(SOD)活性的動態變化，探討紫花苜蓿品種3種抗氧化酶活性與抗旱性的關系，以探明3種抗氧化酶活性在紫花苜蓿抗旱性中的作用，為進一步開展苜蓿抗旱機制研究提供理論依據。

1　材料和方法

1.1試驗材料

以12個苜蓿品種的種子為試驗材料，種子由黑龍江省畜牧研究所提供，編號及產地見表1。

1.2試驗方法

1.2.1幼苗培養及脅迫處理取12個品種的苜蓿種子，在裝有3/4營養土的營養缽中澆透水，均勻播撒苜蓿種子，覆蓋1 cm的營養土。當幼苗培養至3葉期后，定期澆1/2 Hogland營養液，培養至葉片4～5葉期。取4～5葉期的苜蓿幼苗在1/2 Hogland營養液中培養 5 d，待其根系完全適應培養液環境后，將各品種幼苗置于 0%、10%、15%、20%、25% 的PEG溶液中(用1/2 Hogland營養液為溶劑配制)，脅迫處理24 h，每處理3次重復。

1.2.3酶活性測定采取功能葉片進行3種酶活性的測定，POD 酶活性測定測定采用愈創木酚法，CAT 酶活性測定采用紫外吸收法，SOD 酶活性測定測定采用氮藍四唑(NBT)光化還原法[5-7]。

1.2.4耐旱性評價與分析

耐旱系數(%)= (處理測定值/對照測定值)×100 %

隸屬函數：X(u)=(X-Xmin)/(Xmax-Xmin)

表1　苜蓿種質材料

式中：X(u)為隸屬函數值；X為PEG 脅迫處理下某指標的測定值；Xmax為所有品種中此指標的最大值；Xmin為所有品種中此指標的最小值。

綜合分析法采用隸屬函數法對不同品種的苜蓿在試驗中測得的隸屬值進行累加[8-9]，求得平均數并進行分析比較，以評定出不同PEG濃度對苜蓿幼苗的抗旱性影響。

2　結果與分析

2.1PEG脅迫下葉片CAT活性的變化

不同濃度PEG脅迫下，苜蓿葉片的CAT活性出現先增加后降低的變化趨勢(圖1)，但是變化幅度大小不同，1，2，3，4，5，6，9號苜蓿品種在PEG濃度為15%時達最高值，而 7，8，10，11和12號在PEG濃度為20%時達最高值。

PEG濃度為20%時，各品種中11號CAT活性最高，為324.34 U/(g FW·min)。1，2，3，4，5和9號品種的CAT活性較對照降低，其他各品種均高于對照組，6，7，8，10，11和12號CAT活性分別比對照增加了 7.23%，98.48%，19.09%，25.55%，122.21%和45.36%。12種苜蓿的葉片CAT活性方差分析顯示，不同品種間及不同PEG濃度脅迫下，苜蓿葉片的CAT活性差異均達到極顯著水平(P<0.01)。

2.2PEG脅迫下苜蓿葉片POD 活性的變化

不同濃度 PEG脅迫下，12個苜蓿品種葉片的 POD活性呈現先增加后降低的趨勢(圖 2)。其中，2和 8號在PEG濃度為 10%時達最高值；3，6，7，9，10和12號在 PEG濃度為 15%時達最高值；而 1，4，5和11號苜蓿在PEG濃度為20%時酶活性最高；1，4，5，10和 11號 POD活性變化較大。

在PEG濃度為 20%時，POD活性最高的是5號品種，為627.64 U/(g FW·min)。7，8和12號品種酶活性較對照組降低，其他各品種 POD活性均高于對照組；1，2，3，4，5，6，9，10和11號POD活性分別比對照增加了115.91%，29.37%，13.93%，394.83%，138.67%，72.33%%，37.48%，121.28%和442.25%，4和11號POD活性增加最多。12種苜蓿的葉片POD活性方差分析顯示，不同品種間及不同PEG濃度脅迫下，苜蓿葉片的POD活性差異均達到極顯著水平(P<0.01)。

2.3PEG 脅迫下苜蓿葉片 SOD 活性的變化

不同濃度 PEG脅迫下，苜蓿葉片的 SOD活性出現先增加后降低的變化趨勢(圖 3)。2，4，5，6，7，9，10和12號在PEG濃度為15%時達最高值，而 1，3，8和11號苜蓿在 PEG濃度為20%時達最高值，3，4，和11號苜蓿品種SOD活性變化較大。

圖1　PEG脅迫下不同苜蓿品種葉片CAT 活性Fig.1　The change of CAT activity of 12 germplasms of alfalfa leaves under PEG stress

圖2　PEG脅迫下不同苜蓿品種葉片 POD 活性Fig.2　The change of POD activity of 12 germplasms of alfalfa leaves under PEG stress

PEG濃度為15%時，SOD活性最強的是5號品種，為2767.12U/(g FW·min)。20% PEG脅迫組與對照比較，其SOD活性分別增加了58.26%，63.54%，197.24%，396.68%，104.13%，16.242%，39.88%，33.20%，32.84%，416.84%，192.01%和54.89%，10號品種SOD活性增加最多。12 種苜蓿的葉片SOD活性方差分析顯示，不同品種間及不同PEG 濃度脅迫下，苜蓿葉片的SOD活性差異均達到極顯著水平(P<0.01)。

圖3　PEG脅迫下不同苜蓿品種葉片 SOD 活性Fig.3　The change of SOD activity of 12 alfalfa leaves under PEG stress

2.4基于3種酶活性的苜蓿抗旱性分析

苜蓿葉片的CAT，POD和SOD酶活性的抗旱系數值見表 2。以3種酶活性的抗旱系數值進行隸屬函數分析(表 3)，不同苜蓿品種的抗旱性強弱順序為11>4>10>7>5>1>6>3>9>12>2>8，即WL168HQ>圖牧2 號>敖漢>龍牧100>草原1號>龍牧801>德寶>龍牧803>農菁1號>皇后>龍牧806>龍牧81。

3　討論

為適應鹽堿和干旱脅迫，植物產生適應機制使植物免受逆境的傷害，植物體內存在的抗氧化酶系統，如過氧化物酶(POD)、過氧化氫酶(CAT)和超氧化物歧化酶(SOD)等可以緩解因逆境帶來的傷害[10-14]。耐旱品種比不耐旱品種更能維持相對較高的 POD，CAT和SOD活性，從而降低膜脂過氧化作用，而減輕對膜脂的傷害[15-17]，提高植物對干旱等逆境環境的適應能力，這在小麥等許多植物[18-20]中均得到證實。試驗中，苜蓿葉片的酶活性受到干旱脅迫的影響比較大，尤其是龍牧806和龍牧81，因此，POD，CAT和 SOD活性的大小可作為苜蓿抗旱性評價的重要指標。

表2　12個苜蓿品種葉片 CAT，POD和SOD的耐旱系數

表3　PEG脅迫下不同苜蓿品種葉片3種抗氧化酶隸屬函數值

4　結論

POD，CAT和SOD 3種抗氧化酶活性的變化表明，不同抗旱性品種的苜蓿葉片的反應不一樣，干旱脅迫下苜蓿幼苗體內過氧化酶的活性呈先下降后上升的趨勢,在 25%PEG條件下3種酶活性最低。在20% PEG處理下，抗旱性強的10和11號品種在3種抗氧化酶的活性均增加，且增加的幅度較大，4 和5號在2種抗氧化酶的活性均增加，且增加的幅度比較大，而抗性較弱的12號品種在2種抗氧化酶的活性均降低,3種抗氧化酶與苜蓿的抗旱性強弱有一定的相關性。從3種抗氧化酶的隸屬函數值綜合分析，WL168HQ、圖牧2號、敖漢和龍牧100苜蓿抗旱性較強，草原1號、龍牧801、德寶、龍牧803和農菁1號苜蓿抗旱性居中，皇后、龍牧806和龍牧 81苜蓿抗旱性較弱。

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Effects on antioxidative enzymes of alfalfa seedlings under simulated drought

LI Hong1，LI Bo2，MA He2，LI Xiang-li2

(1.AnimalScienceInstituteofHeilongjiang，Qiqihar161000，China； 2.ForestryandLifeSciences，QiqiharUniversity，Qiqihar161006,China)

Treatment of different alfalfa seedlings with different concentrations PEG-6000 osmotic stress,alfalfa seedlings with different drought resistance were studied the changes of antioxidant enzyme activity.The results showed that the changes of peroxidase (POD),catalase (CAT) and superoxide dismutase (SOD) activity of 12 germplasms of alfalfa seedlings appears to increase first and then decrease.The 3 enzymes activity reached the maximum under the PEG stress of 5% or 20%.The order of drought resistance of 12 alfalfa varieties was analyzed by the method of membership function：WL168HQ>Tu Mu No.2>AoHan>Long Mu 100>Cao Yuan No.1>Long Mu 801>De Bao>Long Mu 803>Nong jing No.1>Huang Hou>Long Mu 806>Long Mu 81.

alfalfa；PEG stress；antioxidant system；enzyme activity

2015-08-11；

2016-04-11

黑龍江省應用技術研究與開發計劃重大項目(GA15B105-5)；黑龍江省自然科學青年基金項目(QC2014C025)；黑龍江省教育廳科學技術研究項目(12521610)資助

李紅(1960-)，女，山東萊蕪人，研究員，主要從事牧草與飼料作物育種與栽培研究工作。

E-mail：hljlihong@163.com

S 541

A

1009-5500(2016)04-0054-05

李波為通訊作者。