新型生物防裂劑對棗果實抗氧化酶系統(tǒng)活性及脯氨酸含量的影響

丁改秀，王保明，安曉寧，張鵬飛，蘇 琪，溫鵬飛

新型生物防裂劑對棗果實抗氧化酶系統(tǒng)活性及脯氨酸含量的影響

丁改秀1，王保明1，安曉寧1，張鵬飛2，蘇 琪2，溫鵬飛2

（1.山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院園藝研究所，山西太原030031；2.山西農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院，山西太谷030801）

以壺瓶棗（Ziziphus jujuba Mill.cv.Huping）為試驗材料，在果實不同發(fā)育期分別噴施生物防裂劑I和防裂劑II，以噴施等量的清水為對照，通過測定不同處理棗果不同發(fā)育時期抗氧化酶活性和脯氨酸含量的變化，研究不同生物防裂劑對棗果實發(fā)育過程中抗氧化酶活性及脯氨酸含量的影響，探討防裂劑的防裂機制。結(jié)果表明，防裂劑I可促使脯氨酸含量增加，膨大期之后增加顯著，脯氨酸含量明顯高于對照組，而防裂劑II可使脯氨酸含量降低，膨大期之后降低顯著，脯氨酸含量明顯低于對照組；與對照組相比，噴施防裂劑I處理的SOD，POD，CAT活性都有不同程度的降低，噴施防裂劑II處理的SOD，POD，CAT活性高于對照組和噴施防裂劑I處理。防裂劑I可促使棗果實脯氨酸含量增加，防裂劑II可使脯氨酸含量減少，防裂劑I，II可有效提高棗果實中抗氧化酶活性，防裂劑II的效果更明顯。

生物防裂劑；壺瓶棗；抗氧化酶；脯氨酸

抗氧化酶類（SOD，POD，CAT）是植物中重要的保護系統(tǒng)[1]，對于細(xì)胞衰老[2-5]、凋亡[6-8]有著重要的影響。棗果表皮細(xì)胞發(fā)生衰老死亡，會造成果皮破裂應(yīng)力降低，導(dǎo)致裂果。SOD，POD，CAT作為最重要的清除氧自由基的保護酶系統(tǒng)[9]，能有效延緩植物組織的衰老、凋亡，其參與調(diào)控植物體衰老活性氧代謝，維持細(xì)胞代謝平衡[10]；當(dāng)其活性降低時，植物則會加速衰老、凋亡[11]。植物體內(nèi)的脯氨酸含量與植物逆境生理密切相關(guān)，在低溫、鹽漬、干旱、大氣污染、微生物感染等環(huán)境脅迫及衰老加快時，植物體內(nèi)游離的脯氨酸含量會明顯增加[12]。在植物發(fā)育過程中，SOD，POD和CAT活性以及脯氨酸含量的變化都可作為植物組織衰老、凋亡的評價指標(biāo)。研究外源棗防裂劑對抗氧化酶活性的影響對于進一步完善棗裂果機理具有重要意義。有研究認(rèn)為，好氧生物呼吸、代謝過程中會產(chǎn)生氧自由基，而氧自由基的積累會使質(zhì)膜產(chǎn)生脂質(zhì)過氧化物、氧自由基及MDA，造成機體損傷，加速組織衰老或凋亡[6]。高梅秀等[13]研究表明，噴施SOD制劑可提高冬棗內(nèi)源SOD活性，有利于果實營養(yǎng)的積累，該結(jié)果與郭守華等[14-15]的研究結(jié)果基本一致。前人研究認(rèn)為，棗果皮的厚度與棗的抗裂性存在相關(guān)性。前人研究認(rèn)為，棗果皮的厚度與棗的抗裂性存在相關(guān)性。而王保明等[8]研究表明，在棗果實發(fā)育后期，果皮存在凋亡及死亡現(xiàn)象，失去對外界水分的調(diào)控，使水分進入果實，是導(dǎo)致果實膨壓增大的主要原因。而抗氧化酶活性變化與植物細(xì)胞的衰老、凋亡密切相關(guān)。目前，關(guān)于棗裂果研究主要集中在棗果皮細(xì)胞組織結(jié)構(gòu)、果柄形態(tài)、水勢及激素等方面，對于噴施外源棗防裂劑對棗裂果的影響報道不多。

本試驗采用不同生物防裂劑對棗果實進行處理，對棗果實不同發(fā)育期抗氧化酶的活性和脯氨酸含量的變化進行研究，以期了解新型生物防裂劑對棗果實不同發(fā)育時期細(xì)胞活性變化的影響，進一步完善棗裂果的機理研究。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

供試材料為山西省晉中市太谷縣小白鄉(xiāng)東里村壺瓶棗；2種新型生物防裂劑，由山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院園藝研究所棗課題組研制；試劑盒，購自南京建成科技有限公司。

1.2 試驗方法

試驗于2016年8—10月在山西農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院實驗室進行。在試驗棗園選取長勢基本一致的植株，分別于2016年7月30日、8月15日和9月1日噴施新型生物防裂劑。試驗設(shè)置2個處理：處理1.噴施新型生物防裂劑I；處理2.噴施新型生物防裂劑II。同時以噴施等量清水作對照。

1.3 測定項目及方法

脯氨酸含量的測定采用酸性茚三酮法，測定520 nm下OD值；OD活性的測定采用黃嘌呤氧化酶法，測定550 nm下OD值；POD活性的測定采用愈創(chuàng)木酚法，測定420 nm處吸光度的變化；CAT活性的測定采用紫外吸收法，測定405 nm處吸光度的變化。

1.4 統(tǒng)計方法

利用Excel軟件進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計和分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 防裂劑對壺瓶棗果實脯氨酸含量的影響

脯氨酸（Pro）是植物蛋白質(zhì)的組分之一，植物體內(nèi)脯氨酸含量在一定程度上反映了植物的抗逆性，由于脯氨酸親水性極強，能穩(wěn)定原生質(zhì)膠體及組織內(nèi)的代謝過程，因而能降低凝固點，有防止細(xì)胞脫水的作用。從圖1可以看出，對照組壺瓶棗果實發(fā)育過程中，果皮中脯氨酸含量呈逐漸上升趨勢，8月4日含量最低，為18.633 7μg/g；9月20日含量最高，為321.705 4μg/g；8月19—30日脯氨酸含量增長最快，其他階段增長緩慢，并不顯著。處理1脯氨酸含量變化也是呈逐漸上升趨勢，但是含量在9月4日突然下降，之后又逐漸上升，8月4日含量最低，為26.014 2μg/g；9月20日含量最高，為351.099 2μg/g；8月19—30日脯氨酸含量增長最快。處理2脯氨酸含量變化趨勢與對照組相同，8月4日含量最低，為22.285 9μg/g；9月20日含量最高，為329.187 5μg/g；8月30日至9月4日脯氨酸含量增長最快。

2.2 防裂劑對壺瓶棗果實抗氧化酶活性的影響

2.2.1 防裂劑對壺瓶棗果實SOD活性的影響SOD是生物體內(nèi)超氧陰離子自由基的清除劑，能有效地防止其對生物體的損害，是植物體內(nèi)一種很重要的抗氧化酶類[16]。從圖2可以看出，對照組在8月10日SOD活性最高，為919.782 7 U/g；處理1，2的SOD活性均在8月4日最高，分別為905.9254，948.026 0 U/g，對照組與試驗組之間差異不顯著；對照組和處理1的SOD活性均在8月30日降到最低，分別為600.640 5，503.262 5 U/g，處理2在9月4日SOD活性降到最低，為820.925 7 U/g。

2.2.2 防裂劑對壺瓶棗果實POD活性的影響POD是植物體內(nèi)酶促防御系統(tǒng)的一種保護酶，能有效催化過氧化氫分解成水，從而有效阻止過氧化氫在植物體內(nèi)的累積，排除其對植物細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的潛在傷害[17]。從圖3可以看出，對照組和試驗組棗果實POD活性在果實發(fā)育過程中均呈現(xiàn)下降趨勢，對照組和處理1的POD活性均是8月4日最高，分別為270.42，233.294 7 U/g，處理2的POD活性在8月4日為187.406 1 U/g，8月10日活性最高，為194.765 3 U/g，但2個時期POD活性差異不顯著。

2.2.3 防裂劑對壺瓶棗果實CAT活性的影響CAT與過氧化氫具有較高的親和力，主要清除線粒體電子傳遞、脂肪酸氧化過程中產(chǎn)生的過氧化氫，其含量變化是植物體內(nèi)過氧化氫在體內(nèi)變化的標(biāo)志性反應(yīng)[18-19]。從圖4可以看出，對照組和處理2棗果實CAT活性在果實發(fā)育過程中變化趨勢基本一致，對照組活性最高值出現(xiàn)在8月30日，活性為11.932 6 U/g，最低在8月10日，活性為1.827 9 U/g；處理2活性最高值出現(xiàn)在9月4日，為9.456 3 U/g，最低也在8月10日，為1.719 6 U/g。處理1的CAT活性呈逐漸增長趨勢，在9月4日時活性下降，為8.495 2 U/g，但與8月30日差異并不顯著。

3 討論與結(jié)論

超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化物酶（POD）、過氧化氫酶（CAT）是細(xì)胞內(nèi)自由基清除系統(tǒng)中的關(guān)鍵酶類，對于植物防御活性氧傷害、維持細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)和功能均具有重要的作用[20]。本研究表明，壺瓶棗果實在發(fā)育過程中，棗果實中脯氨酸含量增加，POD活性降低，SOD，CAT活性變化不穩(wěn)定，出現(xiàn)先降低后增加的趨勢。與對照組相比，噴施防裂劑I處理的脯氨酸含量增加，SOD，POD，CAT活性都有不同程度的降低；噴施防裂劑II處理的脯氨酸含量明顯低于對照組，其棗果實中的SOD，POD，CAT活性高于對照組和噴施防裂劑I處理；噴施防裂劑I可促進棗果實發(fā)育過程中脯氨酸含量的增加，降低抗氧化酶的活性，而防裂劑II的作用與防裂劑I相反，噴施防裂劑II可降低棗果實的脯氨酸含量，有效提高棗果實中抗氧化酶活性。綜上認(rèn)為，新型生物防裂劑對于棗果中的脯氨酸含量和抗氧化酶活性具有一定的作用，外源棗防裂劑在防止棗裂果方面可能具有潛在的應(yīng)用價值，但尚需進一步研究。

［1］徐田軍，董志強，蘭宏亮，等.低溫脅迫下聚糠萘合劑對玉米幼苗光合作用和抗氧化酶活性的影響[J].作物學(xué)報，2012，38（2）：352-359.

［2］尹春佳，李彩鳳，孫世臣，等.寒地超級稻葉片衰老過程中SOD，POD活性的動態(tài)變化[J].作物雜志，2009（3）：37-39.

［3］王根軒，楊成德，梁厚果.蠶豆葉片發(fā)育與衰老過程中超氧物歧化酶活性與丙二醛含量變化 [J].植物生理學(xué)報，1989，15（1）：13-17.

［4］沈文瓜，葉茂炳，徐朗萊.小麥旗葉自然衰老過程中清除活性氧能力的變化[J].植物學(xué)報，1997，39（7）：634-640.

［5］寇曉虹，王文生，吳彩娥，等.鮮棗果實衰老與膜脂過氧化作用關(guān)系的研究[J].園藝學(xué)報，2000，27（4）：287-289.

［6］蘇金為，王湘平.鎘誘導(dǎo)的茶樹苗膜脂過氧化和細(xì)胞程序性死亡[J].植物生理與分子生物學(xué)學(xué)報，2002，28（4）：292-298.

［7］支立峰，余濤，朱英國，等.鎘脅迫引起煙草懸浮細(xì)胞程序性死亡[J].武漢植物學(xué)研究，2006，24（5）：403-407.

［8］王保明，丁改秀，王小元，等.壺瓶棗不同發(fā)育期果皮顯微結(jié)構(gòu)與裂果關(guān)系的研究 [J].中國農(nóng)業(yè)科學(xué)，2013，46（21）：4558-4568.

［9］郭守華，楊曉玲，楊晴，等.外源SOD對葡萄抗氧化酶活性及含糖量的影響[J].經(jīng)濟林研究，2008，26（4）：26-29．

［10］尚松浩.土壤水分模擬與墑情預(yù)報模型研究進展[J].沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報，2004，35（5/6）：455-458.

［11］ Wen M X，Shi X J.Influence of calcium on fruit cracking of jinchengorangeand itsphysiological mechanism[J].Scientia Agricultura Sinica，2012，45（6）：1127-1134.

［12］ROSENBAUGH EG，MANICKAMDS，BATRAKOVA EV，et al.Neuronal uptakeand subcellular localization of functional nanoformulated copper/zinc superoxide dismutase （SOD nano）[J].The FASEBJournal，2012，26：893.

［13］高梅秀.噴施SOD制劑對冬棗品質(zhì)和產(chǎn)量的影響 [J].中國果樹，2014（2）：44-46.

［14］郭守華，趙香蘭，趙杰雄.外源SOD對葡萄SOD、POD活性及含糖量的影響[J].河北果樹，2007（4）：7-9．

［15］郭守華，楊曉玲，楊晴，等.外源SOD對櫻桃番茄抗氧化酶活性及含糖量的影響[J].河北科技師范學(xué)院學(xué)報，2007，21（4）：1-3.

［16］楊靜敬，蔡煥杰，王松鶴，等.楊凌區(qū)淺層土壤水分與深層土壤水分的關(guān)系研究[J].干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究，2010，28（3）：53-57.

［17］王松華，張華，何慶元.銅脅迫對紫花苜蓿幼苗葉片抗氧化系統(tǒng)的影響[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報，2011，22（9）：2285-2290.

［18］R DOCTROW S，LIESA M，MELOV S，et al.Salen Mn complexes are superoxide dismutase/catalase mimetics that protect the mitochondria[J].Current Inorganic Chemistry，2012，2（3）：325-334.

［19］ JESSICA E S.Nanoceria exhibit redox state-dependent catalase mimetic activity[J].Chemical Communications，2010，46（16）：2736-2738.

［20］王保明，丁改秀，王小原，等.棗果實裂果的組織結(jié)構(gòu)及水勢變化的原因[J].中國農(nóng)業(yè)科學(xué)，2013，46（21）：4558-4568.

Effects of the New Biological Crack Inhibitor on Antioxidant Enzyme System Activity and Proline Content of Huping Jujube

DINGGaixiu1，WANGBaoming1，ANXiaoning1，ZHANGPengfei2，SUQi2，WENPengfei2
（1.Institute of Horticulture，Shanxi Academy of Agricultural Sciences，Taiyuan 030031，China；2.College of Horticulture，Shanxi Agricultural University，Taigu 030801，China）

The'Huping'Jujube was used as material.The anticrack agents Iand IIwere sprayed in different developmental stages of fruit,and the same amount of fresh water was used as control.The changes of antioxidant enzyme activity and proline content in different processing dates were determined.The objective was to study the effect of different biological crack inhibitor on the activity of antioxidant enzymes and proline content in the development of jujube fruit,and to explore the mechanism of biological crack inhibitor.The result showed that the anti cracking agent Icould increase proline content,increase significantly after expansion period,and proline content was significantly higher than that of control group,while anticracking agent IIcould reduce proline content,reduce significantly after expansion period,and proline content was significantly lower than that of control group.Compared with the control group,the activities of SOD,PODand CATtreated by anti cracking agent Idecreased to some extent.The activities of SOD,POD and CATtreated by anticrackingagent IIwerehigher than thoseof control group and spraying anticracking agent I.Anticracking agent Ican increase the content of proline in jujube fruit,and the anti cracking agent II can reduce the content of proline.The anti cracking agent I,II can effectively improvetheactivity of antioxidant enzymesin jujube fruit,and theeffect of anticrackingagent IIismore obvious.

biological anti-cracking agents;Huping jujube;antioxidant enzymes;proline

S665.1

A

1002-2481（2017）12-1937-04

10.3969/j.issn.1002-2481.2017.12.10

2017-09-15

山西省重點項目（2015-TN-5）；山西省科技攻關(guān)項目（201603D221016-1）

丁改秀（1964-），女，山西興縣人，副研究員，主要從事果樹晚霜災(zāi)害、紅棗防裂機理研究工作。溫鵬飛為通信作者。