一定強(qiáng)度UVC輻射對小麥活性氧組分及抗氧化酶的影響

卜 婷，劉靈霞，肖朝霞

（1.隴東學(xué)院生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，甘肅慶陽 745000；

2.甘肅省高校隴東生物資源保護(hù)與利用省級重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，甘肅慶陽 745000）

一定強(qiáng)度UVC輻射對小麥活性氧組分及抗氧化酶的影響

卜 婷1,2，劉靈霞1,2，肖朝霞1,2

（1.隴東學(xué)院生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，甘肅慶陽 745000；

2.甘肅省高校隴東生物資源保護(hù)與利用省級重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，甘肅慶陽 745000）

目的：研究一定強(qiáng)度UVC輻射對小麥活性氧組分及抗氧化酶的影響，為慶豐1號小麥在慶陽當(dāng)?shù)氐姆N植提供一定指導(dǎo)。方法：UVC照射小麥幼苗5h/d后，測定超氧陰離子（）產(chǎn)生速率、過氧化氫(H2O2)含量，并測定超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化物酶(POD)、過氧化氫酶（CAT）活性。結(jié)果:UVC處理組-離子產(chǎn)生速率及H2O2的濃度降低，SOD活性及POD活性降低，CAT活性有所上升。結(jié)論：小麥幼苗對一定強(qiáng)度UVC輻射能夠做出應(yīng)答，并表現(xiàn)出一定的適應(yīng)性。

小麥；UVC；；H2O2；SOD；POD；CAT

慶陽市位于中國甘肅省東部，海拔在885米與2089米之間，山、川、塬兼有，溝、峁、梁相間，屬于典型的黃土高原地貌，素來就有“隴東糧倉”之稱，是小麥的主產(chǎn)區(qū)，“慶豐1號”小麥?zhǔn)钱?dāng)?shù)胤N植的主要小麥品種之一。由于當(dāng)?shù)睾０屋^高，加上近幾十年工業(yè)化進(jìn)程加快導(dǎo)致的地球臭氧層變薄，較強(qiáng)的紫外輻射對農(nóng)作物帶來的效應(yīng)成為我們研究的重要課題之一。

目前已有眾多學(xué)者對紫外的生物效應(yīng)進(jìn)行了研究。李琪[1]等發(fā)現(xiàn)4種不同品種的小麥經(jīng)UVB輻射后其根部的蛋白含量均降低，且不同品種對UVB的敏感度不同；何麗蓮[2]、王傳海[3]、Calderini[4]等發(fā)現(xiàn)UVB輻射增強(qiáng)處理可影響小麥產(chǎn)量。張志忠等學(xué)者發(fā)現(xiàn)UVB 增強(qiáng)處理會對植物葉片產(chǎn)生明顯的傷害，處理后的葉片表面出現(xiàn)銹色傷斑，葉片失綠[5]。對于UVC的研究顯示，對采前植物進(jìn)行低劑量的UVC照射，可促進(jìn)種子萌芽、提高番茄果實(shí)抗病性，增強(qiáng)果皮細(xì)胞壁防御能力[6]，Charles L等發(fā)現(xiàn)UVC處理能夠増加種子的根系活力，提高發(fā)芽勢，増加抗逆能力[7]，另外有研究表明UVC照射可提高草莓[8-9]、楊梅[10]、藍(lán)莓[11]、哈密瓜[12]、桃子[13]、山楂[14]、葡萄干[15]等的貯藏和保鮮。

本實(shí)驗(yàn)室前期研究發(fā)現(xiàn)：對于慶豐1號小麥，UVC照射時間為5h/d時可使小麥種子萌芽率提高，照射時間＞8h/day則抑制萌芽； UVC照射后，小麥幼苗表生長緩慢，株高變短，根有萎蔫現(xiàn)象，莖的生長失去背地性，出葉緩慢，日光+UVC混合照射5h/d時，幼苗生長狀況則明顯好于UVC單獨(dú)照射。活性氧自由基屬自由基中的一大類[16]，Hideg E等發(fā)現(xiàn)UV輻射后植物體內(nèi)ROS含量增加[17]，王弋博等也發(fā)現(xiàn)UVB促進(jìn)了玉米幼苗活性氧和乙烯的產(chǎn)生，且在乙烯的生物合成過程中起著很重要的作用[18]。我們推斷形態(tài)上能夠觀察到的UVC對農(nóng)作物的傷害可能與活性氧分子的積累有關(guān)。因此，本實(shí)驗(yàn)將對慶豐1號小麥經(jīng)一定強(qiáng)度對UVC和/或日光照射5h/d后，小麥的活性氧成分及抗氧化酶進(jìn)行檢測和分析，以進(jìn)一步探究UVC輻射效應(yīng)的機(jī)理。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 材料來源及種子預(yù)處理：小麥種子為慶豐1號品種，購自慶陽市西峰區(qū)種子公司。實(shí)驗(yàn)前挑選無傷痕、無病蟲害、子粒飽滿的小麥種子，自來水清洗后用5%次氯酸鈉消毒30min[19]，蒸餾水沖洗，浸泡24h后接種。

1.1.2 接種：將小麥種子等間距接種于盤子（長38.6cm寬26cm高7cm）底部，400粒/盤，均勻的輕覆珍珠巖，蒸餾水澆透，以后每天補(bǔ)加適量蒸餾水以保證濕度。待幼苗露出珍珠巖表層后開始澆一次MS培養(yǎng)液。

1.1.4 照射裝置

實(shí)驗(yàn)采用箱式避光裝置，分別將日光燈管、UVC紫外燈管、日光+UVC紫外燈管水平懸掛于三個相同的箱式裝置中，實(shí)驗(yàn)時將材料置于燈管正下方，通過調(diào)整燈管高度來調(diào)整照射劑量。日光燈管15w，長35cm；UVC燈管15w（波長254nm），長35cm。本實(shí)驗(yàn)中燈管高度為40cm，紫外輻射儀測定紫外輻射劑量為46mJ/cm2。

1.2產(chǎn)生速率和H2O2含量測定

1.3 抗氧化酶活性的測定

超氧化物歧化酶（SOD）活性采用氮藍(lán)四唑光還原法、過氧化氫酶（CAT）活性采用紫外吸收法，按張志良等[20]的方法測定，過氧化物酶（POD）測定參照王學(xué)奎的愈創(chuàng)木酚法[21]。SOD活性以抑制氯化硝基四氮唑藍(lán)(NBT)光化還原的50%為一個酶活性單位(U)；POD活性以每分鐘470 nm OD值增加0.01為1個活力單位(U)；CAT活性以每分鐘A240減少0.1的酶量為1個活性單位(U)。

1.4 數(shù)據(jù)處理

對于進(jìn)入小學(xué)高年級的學(xué)生，教師與學(xué)生的交流中應(yīng)更加強(qiáng)化“平等”的概念，認(rèn)真傾聽學(xué)生想法，并就其中的偏頗之處給出引導(dǎo)。同時，可以利用班會、班級活動等情景，為學(xué)生描繪初中階段的學(xué)習(xí)生活，讓其對未來階段心理上有所準(zhǔn)備。

數(shù)據(jù)經(jīng)WPS軟件進(jìn)行統(tǒng)計學(xué)處理，組間比較采用t-檢驗(yàn)，p＜0.05表示有顯著性差異，p＜0.01表示有極顯著性差異。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.1 一定強(qiáng)度的UVC輻射對小麥產(chǎn)生速率的影響

圖1 小麥幼苗經(jīng)日光燈和/或UVC照射處理后產(chǎn)生速率檢測結(jié)果

2.2 一定強(qiáng)度的UVC輻射對小麥H2O2含量的影響

圖2 小麥幼苗經(jīng)日光燈和/或UVC照射處理后H2O2濃度檢測結(jié)果

小麥幼苗經(jīng)不同光照條件照射處理后，對H2O2含量測定結(jié)果見圖2。與對照組相比，UVC照射后H2O2濃度明顯下降且具有極顯著性差異（P＜0.01）。C+UVC處理組與UVC處理組相比超氧陰離子產(chǎn)生速率極顯著增高（P＜0.01），且與對照組相比無顯著差異。這表明UVC照射小麥幼苗后可使得小麥H2O2含量下降，混合照射后H2O2含量恢復(fù)到原來水平。

2.3 一定強(qiáng)度的UVC輻射對小麥SOD活性的影響

圖3 小麥幼苗經(jīng)日光燈和/或UVC照射處理后SOD酶活性檢測結(jié)果

小麥幼苗經(jīng)日光燈和/或UVC照射處理后，SOD酶活性檢測結(jié)果見圖3。與對照相比，UVC照射組和C+UVC照射組SOD酶活性均極顯著性下降（P＜0.01），且兩組之間無明顯差異（P＞0.05）。

2.4 一定強(qiáng)度的UVC輻射對小麥POD活性的影響

小麥幼苗經(jīng)日光燈和/或UVC照射處理后，POD活性檢測結(jié)果見圖4：與對照相比，經(jīng)UVC照射處理后小麥幼苗POD活性極顯著下降（P＜0.01）。混合光照處理后，小麥幼苗POD酶活性與單獨(dú)UVC照射相比明顯升高，但仍極顯著低于對照組。

圖4 小麥幼苗經(jīng)日光燈和/或UVC照射處理后POD酶活檢測結(jié)果

2.5 一定強(qiáng)度的UVC輻射對小麥CAT活性的影響

圖5 小麥幼苗經(jīng)日光燈和/或UVC照射處理后CAT酶活性檢測結(jié)果

小麥幼苗經(jīng)日光燈和/或UVC照射處理后，CAT活性檢測結(jié)果見圖5： UVC照射后CAT酶活性與對照組相比升高但無明顯差異（P＞0.05）。C+UVC照射后分別與對照組和UVC照射組相比，均顯示CAT酶活性降低，且都具有極顯著性差異（P＜0.01）。

3 討論

抗氧化酶SOD、POD、CAT是細(xì)胞抵御活性氧傷害的酶保護(hù)系統(tǒng)，在清除超氧自由基、過氧化氫和過氧化物及阻止或減少羥基自由基形成方面起重要作用[22]。

另外，在本研究中我們還使用C+UVC對小麥幼苗進(jìn)行了混合光照，結(jié)果顯示混合光照后與UVC單獨(dú)照射相比，產(chǎn)生速率回升，但SOD酶活性依然沒有改變。推測可能原因?yàn)閁VC處理損傷了細(xì)胞中超氧陰離子的部分產(chǎn)生途徑或是促進(jìn)了其分解反應(yīng)，當(dāng)用混合光處理時，產(chǎn)生速率得到了一定程度恢復(fù)，可推測UVC對產(chǎn)生系統(tǒng)的破壞是可進(jìn)行光修復(fù)的。從SOD活性變化分析顯示：UVC處理可能因?yàn)榇龠M(jìn)了SOD對的過度分解而使其酶活性降低及產(chǎn)生速率下降；或者是損害了SOD活化的途徑而導(dǎo)致其活性下降。同時，也可說明UVC對SOD產(chǎn)生系統(tǒng)的破壞是不可進(jìn)行光修復(fù)的。

POD和CAT是清除植物細(xì)胞內(nèi)H2O2的重要氧化酶類，其活力與H2O2含量正相關(guān)[23]，POD催化H2O2分解成氧和水[24]。CAT以H2O2為電子受體催化底物氧化，具有消除H2O2和酚類、胺類毒性的雙重作用[25]。一定強(qiáng)度的UVC照射處理后小麥幼苗中H2O2的濃度明顯下降，POD活性極顯著下降，CAT活性有所增高但不顯著。混合光照處理后H2O2的濃度明顯回升，POD活性也明顯回升，但仍顯著低于對照，而CAT活性顯著降低。結(jié)果表明UVC光照處理可影響小麥幼苗中H2O2濃度及POD和CAT活性變化，且同樣處理后兩種酶的活性變化趨勢不同。由此推測UVC處理損傷了細(xì)胞中H2O2的部分產(chǎn)生途徑，混合光照時CAT活性降低可能與其參與促進(jìn)H2O2的分解有關(guān), POD活性的升高可能與參與消除過氧化氫和酚類、胺類毒性相關(guān)。另外，紫外照射本身會影響蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)，SOD與POD活性下降可能也與UVC照射后其自身結(jié)構(gòu)被破壞有關(guān)系。

[1]李琪,李靖銳,張啟.增強(qiáng)UVB輻射對4種小麥根部蛋白質(zhì)含量的影響[J].河北師范大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2015,39(6): 527-530.

[2]何麗蓮,祖艷群,李元,等.10個小麥品種對UV-B輻射增強(qiáng)響應(yīng)的生長和產(chǎn)量差異[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報,2005,24(04): 648-651.

[3]王傳海,鄭有飛,閔錦忠,等.UV-B 輻射增加對小麥產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響[J].麥類作物學(xué)報,2004,24(03):87-89.

[4]Calderini D F,Lizana X C,Hess S,et al.Grain Yield and Quality of Wheat under Increased Ultraviolet Radiation (UV-B) at Later Stages of the Crop Cycle[J].The Journal of Agricultural Science, 2008,146(01):57-64.

[5]張志忠,柯俊祥,葉葆瑄.紫外輻射增強(qiáng)對茄子種子萌發(fā)和幼苗生長的影響[J].種子,2012,31(8):76-79.

[6]榮瑞芬,馮雙慶,趙玉梅.UVC照射采后番茄果皮細(xì)胞超微結(jié)構(gòu)變化與抗病性研究[J].華北農(nóng)學(xué)報,2008,23(3):166-169.

[7]Charles L,Wilson,Ahmed El Ghaouth,et al.Potential of induced resistance to control postharvest diseases of fruits and vegetables [J]. Plant diseases,1994,78(9):837-844.

[8]蔡艷,施麗愉,陳偉,等.UV-C處理對采后草莓果實(shí)品質(zhì)和活性氧代謝的影響[J].中國食品學(xué)報,2015,15(3):128-136.

[9]王煥宇,姜璐璐,王惠源.短波紫外線對草莓采后腐爛、苯丙烷類代謝和抗氧化活性的影響[J].食品科學(xué),2015,36(10):221-227.

[10]喻譞,姜璐璐,王煥宇等.UV-C處理對楊梅采后品質(zhì)及苯丙烷類代謝的影響[J].食品科學(xué),2015,36(12):255-259.

[11]楊樂,侯智霞,楊俊楓,等.UV-C對藍(lán)莓酚類物質(zhì)及其相關(guān)酶活性的影響[J].浙江農(nóng)業(yè)學(xué)報,2015,27(6):955-960.

[12]Lamikanra O,Richard OA,Parker A.Ultraviolet induced stress response in fresh cut cantaloupe[J].Phytochemistry.2002,60 (1):27-32.

[13]梁敏華,雷建敏,邵佳蓉,等.UV-C處理對桃果實(shí)酚類物質(zhì)代謝和貯藏品質(zhì)的影響[J].核農(nóng)學(xué)報,2015,29(6):1088-1093.

[14]胡麗娜,張春嶺,劉慧.短波紫外線處理對采后山楂果營養(yǎng)品質(zhì)及其抗氧化活性的影響[J].食品工業(yè)科技,2016,37 (1):342-346.

[15]陳存坤,董成虎,紀(jì)海鵬.短波紫外線處理對葡萄干表面微生物的影響[J].農(nóng)產(chǎn)品加工,2015(9):10-14.

[16]劉滿紅,楊明惠,劉曉芳,等.紫外輻射誘發(fā)自由基體系及抗氧化活性的研究[J].化學(xué)世界,2008,(1):14-16.

[17]Hideg E,Jansen MA,Strid A.UV-B exposure,ROS,and stress inseparable companions or loosely linked associates?[J] Trends Plant Sci,2013,18:107-115.

[18]王弋博,馮虎元,曲穎,等.活性氧在UV-B誘導(dǎo)的玉米幼苗葉片乙烯產(chǎn)生中的作用[J].植物生態(tài)學(xué)報,2007,31(15):946-951

[19]劉曉冰,曾寒冰,李文雄.植物生長調(diào)節(jié)物質(zhì)對春小麥種子萌發(fā)的效應(yīng)[J].東北農(nóng)學(xué)院學(xué)報,1991,22(3):220-224.

[20]張志良,瞿偉菁,李小芳,等.植物生理學(xué)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)[M].北京高等教育出版社,2009.

[21]王學(xué)奎.植物生理生化實(shí)驗(yàn)原理和技術(shù)[M].北京:高等教育出版社,2006.

[22]Lou L-X (羅立新),Sun T-H ( 孫鐵珩),Jin Y-H (靳月華) Accumulation of superoxide radical in wheat leaves unde cadmium stress[J].Acta Sciential Circumstantial(環(huán)境科學(xué)學(xué)報),1998, 18(5):495-499.

[23]李合生.現(xiàn)代植物生理學(xué)[M].北京:高等教育出版社,2002.

[24]Dawar S,Vani T,Singhal GS.Stimulation of antioxidant enzyme and lipid peroxidation by UV-B irradiation in thylakoid membranes of wheat[J].Bio logia Plant-arum,1998,41(1):65-73

[25]孔維保,劉娜,陸建,等.過氧化物酶(POD)對協(xié)定糖化麥汁品質(zhì)的影響[J].西北師范大學(xué)學(xué)報,2011,47(1):81-86.

[責(zé)任編輯劉貴陽]

The Effect of UVC Radiation on Wheat Active Oxygen Species and Antioxidant Enzyme

BU Ting1,2, LIU Ling-xia1,2, XIAO Zhao-xia1,2

(1. College of life science and technology, Longdong University, Qingyang 745000, Gansu, Gansu,China; 2. Provincial Key University Laboratory for Protection and Utilization of Longdong Bio- resources, Qingyang 745000, Gansu,China)

objective: Study the influence of a certain intensity of UVC radiation on wheat reactive oxygen species and antioxidan enzyme, to guide the plantment of wheat qingfeng.1 in Qingyang area. Methods: After exposing to UVC for 5h/d, super-oxide anion free radicals () generation rate, content of hydrogen peroxide (H2O2), superoxide dismutase(SOD) activity, catalase (CAT) activity peroxidase (POD) activity, of wheat seedling were tested. Resultsgeneration rate and the concentration of H2O2reduced, activity o SOD and POD decreased, and CAT activity activity had a little promotion when wheat seedling were treated with UVC. Conclusion wheat seedling could response to UVC radiation, and shows some adaption.

Wheat; UVC;H2O2; SOD; POD; CAT

S512

A

1008-9128（2017）02-0122-04

10.13963/j.cnki.hhuxb.2017.02.032

2016-05-06

國家自然科學(xué)基金地區(qū)基金（31560139）；隴東學(xué)院青年科技創(chuàng)新項(xiàng)目（XYLK1304）

卜婷（1985-），女，甘肅慶陽人，碩士，講師，研究方向：農(nóng)作物的UVC效應(yīng)及其機(jī)理。