硼鉬對低溫下草坪草海濱雀稗活性氧代謝的影響

2012/5/6 9:54:28

　　摘要：營養(yǎng)液培養(yǎng)試驗(yàn)，設(shè)缺硼、鉬和加硼、鉬處理，培養(yǎng)后的草坪草海濱雀稗進(jìn)行2周適溫和零上低溫處理，研究低溫下其活性氧代謝及硼、鉬對活性氧代謝的影響。結(jié)果表明，與缺硼、鉬相比，加硼、鉬處理極顯著提高低溫下草坪草超氧化物歧化酶(SOD)和過氧化氫酶(CAT)活性，極顯著降低過氧化物酶(POD)活性，極顯著降低超氧陰離子( )產(chǎn)生速率，顯著降低 質(zhì)膜電解質(zhì)相對滲透率，有降低丙二醛(MDA)含量的趨勢。而在常溫下施硼、鋁作用不如低溫下明顯。在低溫下，草坪草超氧陰離子水平極顯著升高，MDA含量升高，組織電解質(zhì)相對外滲率增大，SOD、CAT、POD顯著下降表明草坪草已遭受低溫寒害，而施硼、鉬改善了上述生理生化狀況，提高了草坪草抗寒力。

　　關(guān)鍵詞：海濱雀稗；抗寒力；活性氧；硼；鉬

　　珠江三角洲地區(qū)地處水熱條件十分優(yōu)越的南亞熱帶，具有發(fā)展常綠型草坪的良好條件，目前正在應(yīng)用的草坪草種主體是暖季型草種，如狗牙根、雀稗、結(jié)縷草、地毯草等，這些草種夏秋季生產(chǎn)良好，但冬季氣溫低于10~C時(shí)，很快葉色發(fā)黃休眠。廣州有80％以上暖季型草坪在冬季枯黃，景觀價(jià)值及實(shí)用價(jià)值大大降低。同時(shí)寒冷常引起大面積病害，寒害和病害并發(fā)，造成草坪大面積死亡。因此如何提高草坪草抗寒力是目前南方草坪業(yè)及高爾夫事業(yè)發(fā)展面臨的一大難題。

　　低溫下植物抗寒力的高低是內(nèi)部遺傳特性的表現(xiàn)，同時(shí)也受環(huán)境因素的影響。如施肥不當(dāng)，造成草坪植物營養(yǎng)失調(diào)，即不利于抵御冬春季低溫寒潮。近年來的研究表明，鉬和硼都能提高植物包括抗寒力在內(nèi)的各種抗逆性，通過維持細(xì)胞膜及細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，提高CAT、POD、SOD等酶的活性，減輕氧自由基傷害，提高植物抗寒力。然而關(guān)于硼鉬配施在草坪作物上的應(yīng)用及報(bào)道少。本文通過研究硼鉬對海濱雀稗低溫逆境下活性氧代謝的影響，旨在揭示硼鉬在草坪植物抗性生理中的作用，探索提高草坪草抗寒力的措施。

　　1 材料與方法

　　1．1 培養(yǎng)方法

　　海濱雀稗Seashore paspalum(Paspalum vaginatumSwartz．)，來自廣東國安草場，種植于佛山科學(xué)技術(shù)學(xué)院草坪基地。取草之莖節(jié)，在鋪有單層海綿的瓷盤中，以水培及壓條法進(jìn)行無性繁殖。采用改良Hoagland營養(yǎng)液，每盤400 mL，設(shè)不加硼鉬(一BMo)和加硼鉬(+ BMo，H3 BO3，25 tLmol／L；Na2M0o4·2H，O，1 tLmol／L)2處理，重復(fù)8次。所用海綿和瓷盤等用具，先用1 mol／L HC1浸泡48 h后，用去離子水沖洗干凈。營養(yǎng)液用去離子水配制，試劑均為分析純。先用1／4營養(yǎng)液培養(yǎng)1周后，再用1／2營養(yǎng)液培養(yǎng)1周，然后采用完全營養(yǎng)液培養(yǎng)。每天更換營養(yǎng)液，培養(yǎng)16 d后一半草作適溫對照(30℃／25℃)，一半草進(jìn)行低溫處理，根據(jù)廣東省冬季氣候特點(diǎn)，每天(15±1)oC照光8 h，光強(qiáng)600 gmol·m～·s～，(5±1)oC黑暗16 h。處理2周后取第1、2片完全展開葉，進(jìn)行各項(xiàng)生理生化指標(biāo)的測定。

　　1．2 測定方法

　　1．2．1 O 產(chǎn)生速率測定 按王愛國和羅廣華的方法，單位為nmol·g ·min～。1．2．2 SOD活性測定 按Beyer和Fridovich 的方法，以單位時(shí)間內(nèi)抑制光化還原50％的氮藍(lán)四唑 (NBT)為一個(gè)酶活性單位(u)，以每克鮮樣所含的酶活性單位(U／g )計(jì)。

　　1．2．3 MDA含量測定 按Heath和Packer 的方法。

　　1．2．4 CAT活性提取測定 按文獻(xiàn)[8]方法。酶活性單位u為25℃每分鐘催化1 mol H：O 分解的酶量。以每克鮮樣所含的酶活性單位(U／g FW)計(jì)。

　　1．2．5 POD活性測定 按文獻(xiàn)[8]方法。POD活性單位u為25℃每分鐘氧化1 gmol愈創(chuàng)木酚的酶量。以每克鮮樣所含的酶活性單位(U／g )計(jì)。

　　1．2．6 組織電解質(zhì)相對外滲率 參照張憲政的方法測定。

　　1．3 數(shù)據(jù)分析和統(tǒng)計(jì)

　　采用SAS 6．12進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和統(tǒng)計(jì)。

　　2 結(jié)果

　　2．1 超氧陰離子

　　研究表明：硼、鉬的施用在常溫下和低溫下均極顯著降低超氧陰離子產(chǎn)生速率(P<0．01)，由于低溫逆境下超氧陰離子產(chǎn)生速率極顯著升高，為常溫下的2倍左右，特別是不施硼、鉬時(shí)其含量近8 000 nmol·g ·min～，對生物膜造成極大的威脅。

　　2．2 膜脂質(zhì)過氧化

　　研究表明：不施硼、鉬時(shí)，伴隨超氧陰離子產(chǎn)生速率的增加，生物膜脂質(zhì)過氧化加劇，膜脂質(zhì)過氧化產(chǎn)物丙二醛含量有增加的趨勢。同樣，低溫下丙二醛含量也有增加的趨勢。

　　2．3 質(zhì)膜相對透性

　　研究表明，由于膜脂的過氧化作用造成生物膜損傷，膜滲透性增加，電解質(zhì)相對外滲率增加。硼、鉬的施用可降低質(zhì)膜電解質(zhì)相對外滲率，在低溫下不施硼、鉬和施硼、鉬電解質(zhì)相對外滲率差異達(dá)顯著水平(P<0．05)。

　　2．4 SOD活性

　　研究表明，施硼、鉬可提高SOD活性，低溫下施硼、鉬與不施硼、鉬差異顯著(P<0．05)。低溫逆境使SOD活性下降的情況下，施硼、鉬能維持植株較高的SOD活性，對于減輕體內(nèi)活性氧傷害至關(guān)重要。

　　2．5 CAT活性

　　研究表明，常溫下施用硼、鉬對CAT活性的促進(jìn)作用未達(dá)差異顯著水平。低溫處理后植物體CAT活性極顯著下降(P<0．01)，但硼、鉬的施用具有維持較高CAT活性的作用，其值極顯著高于對照 (P<0．01)。

　　2．6 POD活性

　　研究表明，在常溫和低溫下，硼、鉬的施用均極顯著降低POD活性(P<0．01)。但與常溫相比，低溫逆境下POD活性不施硼、鉬極顯著下降，而施硼、鉬處理間無差異。

　　3 討論

　　3．1 低溫下海濱雀稗受到活性氧傷害超氧陰離子(O )在植物體內(nèi)是其他活性氧如羥自由基(·OH)，過氧化物(H O )及單線態(tài)氧( O )等的來源 ，可代表植物體內(nèi)活性氧水平。在對草坪草海濱雀稗的研究中，常溫下及營養(yǎng)平衡狀態(tài)下，超氧陰離子產(chǎn)生速率較低，僅為低溫及缺硼、鉬三重脅迫下的1／5(圖1)。而在低溫下活性氧水平極顯著升高，因而可能增強(qiáng)對植物細(xì)胞的毒害，加劇生物膜的脂質(zhì)過氧化，改變生物膜的選擇透性及穩(wěn)定性。作為脂質(zhì)過氧化標(biāo)志性產(chǎn)物的丙二醛在低溫及缺硼、鉬時(shí)含量最高，表明草坪草生物膜受到的活性氧毒害及脂質(zhì)過氧化加劇，膜的結(jié)構(gòu)及功能完整性遭到破壞；組織電解質(zhì)相對滲透率升高，表明細(xì)胞內(nèi)容物滲漏增加，低溫下活性氧對細(xì)胞的傷害已顯而易見。在紅松幼苗、番茄幼苗 、藤黃和團(tuán)花幼苗 經(jīng)低溫處理后，也觀察到H O 、O 和MDA含量升高及活性氧傷害加重的現(xiàn)象，表明低溫下活性氧的增加及其引起的膜脂質(zhì)過氧化和細(xì)胞滲漏是草坪草寒害的重要表現(xiàn)。

　　3．2 硼、鉬通過維持低溫下較高保護(hù)酶活性和降低活性氧水平而提高草坪草抗寒力包括海濱雀稗、狗牙根等暖季型草坪草在內(nèi)的很多熱帶植物易受冷害襲擊的一個(gè)關(guān)鍵原因是冷脅迫下活性氧(reactive oxygen species，ROS)的產(chǎn)生及其對植物細(xì)胞的直接傷害 。對于避免細(xì)胞膜及細(xì)胞器的活性氧損傷，植物的抗氧化系統(tǒng)是很重要的。但是低溫下草坪草SOD、CAT和POD卻一致下降，極不利于對活性氧的清除。如何減少活性氧的產(chǎn)生，增加對活性氧的清除是當(dāng)前抗寒研究的重點(diǎn)。在冷害脅迫下植株生命活動(dòng)減弱，酶的活性通常會降低。采取正確的施肥管理措施減少酶活性的降低及維持酶的較強(qiáng)活性非常必要。硼、鉬的施用維持了相對較高的酶活性，有利于清除體內(nèi)活性氧，降低了氧自由基水平、膜脂質(zhì)過氧化及組織滲漏，提高了草坪抗寒力。

　　由于低溫下活性氧水平上升，對活性氧的有效清除更為重要。SOD是生物體內(nèi)防御氧自由基傷害的主要酶類。對草坪草的研究表明，常溫下培養(yǎng)液中硼、鉬的豐缺對SOD的影響不明顯，而在低溫時(shí)酶活性普遍降低的情況下，施硼、鉬較不施硼、鉬顯著提高植株SOD活性，增強(qiáng)對活性氧的清除能力，提高草坪草抗低溫冷害的能力。對青花菜¨酬和煙草等作物硼、鉬的合理配施也都有提高SOD活性減輕氧自由基傷害的作用。研究表明，過氧化氫酶(CAT)是C 植物中H O，清除的關(guān)鍵酶，而且是C 植物耐受脅迫所必需的 。然而CAT米氏常數(shù)(K )高，所以CAT清除細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)生的低濃度H O 的作用是有限的，而對減輕高水平H O 起重要作用 。由于低溫使植物體活性氧產(chǎn)生和清除的平衡遭到破壞，造成活性氧水平激增，CAT的作用就顯得較重要。低溫下缺硼、鉬植株CAT活性極低，而在同樣低溫下施用硼、鉬后CAT活性極顯著提高，對于減輕低溫逆境下活性氧傷害至關(guān)重要。POD屬非特異性過氧化物酶，根據(jù)其位置和反應(yīng)條件分為細(xì)胞壁過氧化物酶和質(zhì)膜過氧化物酶，除清除活性氧功能外，前者在堿性介質(zhì)中還參與植物體活性氧進(jìn)發(fā)，后者在各類酚類化合物存在、NADH參與的條件下也可導(dǎo)致活性氧的產(chǎn)生。推測正是由于POD的雙面性，在施用硼、鉬后，PoD活性顯著降低。同樣在缺鋅菜豆。加 、缺鎂菜豆 、缺硼甘藍(lán)型油菜 中也發(fā)現(xiàn)CAT活性下降、而POD升高。這些都與POD具O 和H O 的產(chǎn)生和H O清除雙重作用分不開。硼是高等植物必需元素，但其營養(yǎng)機(jī)理還不太清楚，近期研究表明硼主要作用于高等植物細(xì)胞壁，通過與果膠RG．11交叉連接形成有序和穩(wěn)定的細(xì)胞壁 。此外細(xì)胞骨架．細(xì)胞膜．細(xì)胞外基質(zhì)連續(xù)體可能也是缺硼的主要位點(diǎn)。

　　因此硼對維持細(xì)胞壁和細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的作用可能在低溫下顯得尤其重要，為其正�；钚匝醮�謝提供較為穩(wěn)定的細(xì)胞內(nèi)外環(huán)境，維持較高保護(hù)酶活性，促進(jìn)低溫逆境下活性氧水平的降低。鉬提高作物抗寒性及與光合作用有關(guān)已在冬小麥等作物得到證實(shí)，其機(jī)理正在

　　進(jìn)一步研究中，缺鉬使冬小麥谷氨酸大量累積，可達(dá)施鉬時(shí)的1O倍，表明施鉬可促進(jìn)正常碳氮代謝 ，提高植物抗寒性。低溫逆境下，草坪草活性氧顯著增加，膜脂質(zhì)過氧化及質(zhì)膜透性加大，而SOD、CAT、POD活性顯著下降，表明暖季型草坪草海濱雀稗已受到低溫寒害的襲擊，而施用硼、鉬顯著提高了草坪草SOD、CAT、POD活性，有效清除了體內(nèi)的活性氧，降低了膜脂質(zhì)過氧化及質(zhì)膜滲漏，提高了草坪草的抗寒力。通常草坪養(yǎng)護(hù)中僅重視大量元素的施用，忽略微量元素，而微量元素硼、鉬是中國南方鐵鋁土綱土壤常缺乏的元素，因此在草坪

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