干旱預處理對鹽脅迫下水稻幼苗抗氧化酶活性及AsA-GSH循環的影響

張韞璐， 王 琦， 王金緣， 王宇楠， 劉凱月， 耿夢恬， 郭晴雪， 馬蓮菊

(沈陽師范大學生命科學學院，遼寧沈陽 110034)

土壤鹽堿化是干旱和半干旱地區的主要非生物脅迫，極大地限制著作物生長和產量提高[1]。工廠排出的廢水污染、化學肥料的亂施亂放和日光溫室的大面積生產等導致土壤鹽漬化愈加嚴重，鹽漬土已嚴重危害了人們賴以生存的地球環境[2]，而且土壤含鹽量高，會使植物生長發育受到不良影響，如光合作用減弱、膜傷害增加、呼吸代謝紊亂，甚至導致植物死亡[3-4]。

采用PEG預處理植物種子或幼苗，可以有效增強其抗逆性，緩解其在逆境脅迫下受到的傷害。如用不同濃度PEG預處理翅果油樹種子，可以提高翅果油樹種子的活力指數和發芽速度[5]。用一定濃度PEG預處理刺槐種子，可以提高其抗鹽能力[6]。PEG預處理過的青稞種子的發芽率和生根率均提高，并且對青稞幼苗的生長發育也起到了促進作用[7]。然而，關于PEG預處理對鹽脅迫下水稻幼苗的影響方面的研究較少，因此本試驗采用PEG預處理水稻幼苗，從抗氧化酶活性及AsA-GSH循環中關鍵酶活性和抗氧化劑含量等方面進行研究，探討其對鹽脅迫下水稻幼苗的影響。

1 材料與方法

1.1 試驗材料及處理

試驗于2015年在沈陽師范大學進行，供試材料為鹽粳48水稻。選取大小一致、種皮完好且飽滿的種子，用3% H2O2浸泡10 min后，放入28 ℃恒溫箱浸種24 h，用蒸餾水反復沖洗后催芽24 h，播種于600 mL帶紗網的塑料燒杯上，利用Hoagland營養液在光照培養箱內培養，定期更換營養液。培養7 d后進行以下處理：(1)對照，用完全營養液培養作為對照；(2)鹽脅迫，先用完全營養液培養6 d，后用100 mmol/L NaCl進行鹽脅迫處理3 d；(3)10% PEG預處理，開始用含10% PEG的營養液培養3 d，然后用完全培養液培養3 d，最后用含100 mmol/L NaCl的營養液進行鹽脅迫3 d。每處理重復3次。

1.2 測定方法

葉綠素含量測定參考張志良的方法[9]。超氧化物歧化酶(SOD)活性測定采用氯化硝基四氮唑(NBT)光氧化還原法[8]；過氧化物酶(POD)活性測定采用愈創木酚法[9]；過氧化氫酶(CAT)活性測定采用紫外分光光度計法[9]；抗壞血酸過氧化物酶(APX)活性測定參考Nakano等的方法[10]；谷胱甘肽還原酶(GR)活性測定參考Ma等的方法[11]；抗壞血酸(AsA)和還原型谷胱甘肽(GSH)含量的測定參照吳強盛等的方法[12]。

1.3 數據處理

采用SPSS 16.0對水稻幼苗不同處理下的抗氧化酶活性、AsA-GSH中關鍵酶活性和抗氧化劑含量進行LSD-單因素最小顯著性差異分析(Least-Significant Difference，One-Way ANOVA，P<0.05)，比較不同處理之間的差異性，并用Microsoft Excel制作圖表。

2 結果與分析

2.1 PEG預處理對鹽脅迫下水稻幼苗葉綠素含量的影響

葉綠素a分子不僅可以攝取和傳送光能，并且可以將光能轉變成其他能供給植物生長發育，因此也有光能的“捕捉器”之稱。葉綠素b的功能則是將攝取的光能準確快速地傳送給反應中心色素。從圖1可以看出，在鹽脅迫下，葉綠素a和葉綠素b含量分別比對照減少18.49%和14.29%，而PEG預處理水稻幼苗的葉綠素a含量和葉綠素b含量分別比鹽脅迫高52.07%和77.09%。

2.2 PEG預處理對鹽脅迫下水稻幼苗SOD、POD和CAT活性的影響

植物體內的抗氧化酶主要包括SOD、POD和CAT，可以有效清除植物體內的活性氧，減輕植物在逆境下受到的傷害。從圖2可以看出，鹽脅迫下的SOD、CAT活性與對照相比顯著降低(P<0.05)，POD活性則顯著增高。在PEG預處理下，SOD、POD、CAT活性均高于鹽脅迫，分別比鹽脅迫高9.93%、6.04%、62.17%。

2.3 PEG預處理對鹽脅迫下水稻幼苗AsA-GSH循環中相關酶活性的影響

APX和GR是AsA-GSH循環中的關鍵酶，在活性氧的清除過程中起重要作用。從圖3可以看出，鹽脅迫下的APX和GR活性均降低，分別比對照低22.23%和33.33%，GR活性降幅更為顯著。PEG預處理APX和GR活性均高于鹽脅迫，其中APX活性比鹽脅迫高85.72%，差異顯著，GR活性比鹽脅迫高16.68%。

2.4 PEG預處理對鹽脅迫下水稻幼苗AsA-GSH循環中非酶類抗氧化劑的影響

AsA和GSH是植物體內重要的非酶類抗氧化劑，并且也是植物細胞中主要的氧化還原緩沖劑，對AsA活性的保持起著重要作用[13]。從圖4可以看出，鹽脅迫顯著降低了AsA的含量。PEG預處理下，AsA含量較鹽脅迫提高98.51%，差異顯著，GSH含量比鹽脅迫高14.29%。

3 討論

利用外源物質預處理可以減緩逆境脅迫對植物的傷害，如脫落酸預處理可以提高橡膠樹芽接苗期抗寒性[14]，蔗糖預處理可以有效增加鹽脅迫下水稻幼苗的總氮量并提高氮代謝關鍵酶的活性[15]。PEG作為模擬干旱的一種高分子滲壓劑，也常作為外源物質用于增強植物的抗逆性[5-7]。

鹽脅迫影響植物葉片內葉綠素含量的變化主要是因為其減慢光合速率，使光合作用受抑制，導致葉綠素含量降低，最終使植物生長發育受影響。本研究表明，在PEG預處理下，葉綠素a和葉綠素b含量均高于鹽脅迫處理，說明PEG預處理緩解了鹽脅迫對水稻幼苗葉綠素的傷害，從而改善水稻幼苗在鹽脅迫下的生長狀況。

植物體內有清除活性氧的機制，在逆境條件下，植物體內會產生過多的活性氧，如果超出了植物自我調節的程度，就會因無法清除從而堆積在機體內，活性氧的消除工作主要是由抗氧化酶系統來完成，主要包括SOD、POD、CAT、APX和GR。研究表明，在鹽脅迫下水稻幼苗的POD活性有所上升，這與Garg等的研究結果[16]基本一致，說明在一定脅迫內，植物能夠通過提高酶活性來抵抗逆境造成的傷害。而SOD和CAT的含量則有所下降，可能是因為該脅迫程度不足以使SOD和CAT迅速啟動防御機制，而活性氧的產生又消耗掉了一部分SOD和CAT[17]。在PEG預處理下，水稻幼苗的SOD、POD、CAT活性均高于鹽脅迫，說明PEG預處理可以緩解鹽脅迫對抗氧化酶活性的影響，使其更有效地清除活性氧(ROS)，提高水稻幼苗對鹽脅迫的抵抗能力。APX作為存在于植物體內清除H2O2的關鍵酶，可將AsA氧化為DHA，同時又可以將H2O2還原為H2O，從而保護植物體免受ROS傷害。而GR則可以促使GSH再生，因此植物體內的GR活性也是代表其抗氧化能力的重要標志之一[18]。本試驗結果表明，PEG預處理下APX和GR活性較鹽脅迫均有所增高，說明PEG預處理可以提高鹽脅迫下APX和GR活性，從而更好地保護植物免受鹽脅迫所帶來的傷害。

AsA和GSH是AsA-GSH循環中2種重要的非酶類抗氧化劑，其含量能反映出植物體對鹽脅迫的抵抗程度。研究表明，鹽脅迫下AsA和GSH含量均有所減少，這與顏志明等在甜瓜方面的研究結果[19]相吻合，原因可能是其參與自由基清除反應的同時部分被氧化的結果[20]，也有可能是因為逆境下AsA與GSH合成能力下降所導致的[21]。但本試驗中PEG預處理的AsA、GSH含量高于鹽脅迫，說明PEG預處理可以提高鹽脅迫下AsA和GSH的含量，減輕鹽脅迫對水稻幼苗的傷害。PEG可能是通過影響水稻幼苗中ROS的積累和信號轉導途徑，調節相關蛋白基因的表達，從而增強其對鹽脅迫的抗性。

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