茭白肉质茎膨大过程中3种保护酶的活性变化

陈淑玲，张雷，王凌云，郑寨生，张尚法，寿森炎

（1.浙江金华市农业科学研究院，321000；2.浙江大学农业与生物技术学院）

茭白肉质茎膨大过程中3种保护酶的活性变化

陈淑玲1，张雷1，王凌云1，郑寨生1，张尚法1，寿森炎2

（1.浙江金华市农业科学研究院，321000；2.浙江大学农业与生物技术学院）

以双季茭白浙茭3号、浙茭5号为试验材料，选择不同生长阶段的肉质茎，分别测定多酚氧化酶（PPO）、过氧化氢酶（CAT）、过氧化物酶（POD）的活性。试验结果表明，在茭白肉质茎的膨大过程中，PPO、CAT的活性呈膨大前期下降，后期上升的趋势。PPO的活性在生长后期有明显的上升。POD的活性总体呈下降趋势，生长后期活性趋于稳定。浙茭3号、浙茭5号3种保护酶的变化趋势一致，但品种间不同酶的活性有差异。

茭白；肉质茎；酶活性；多酚氧化酶（PPO）；过氧化氢酶（CAT）；过氧化物酶（POD）

茭白（Zizania latifoliaTurcz.）是我国重要的水生蔬菜之一，栽培面积仅次于莲藕。茭白地上茎，即短缩茎长到10节以上时，如果温度、光照条件适宜，养分充足，共生的黑粉菌就会大量繁殖侵入茭白茎部，刺激茎膨大形成肥大的菌瘿，即可食用的器官——茭白[1]。黑粉菌是一种寄生真菌，对谷物的为害很大，其侵染刺激茭白茎基部的膨大被认为是一种感病的过程。植物在抵御病原微生物的侵染过程中，与抗性相关的酶，如过氧化物酶（POD）、过氧化氢酶（CAT）、多酚氧化酶（PPO）等活性均会发生相应的变化，发挥抗病的作用。本文通过不同茭白品种在肉质茎膨大过程中3种与抗性相关酶的活性变化的研究，研究茭白被黑粉菌侵染后的应激反应，以期为茭白肉质茎的膨大机理提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试茭白品种为浙茭3号、浙茭5号，双季茭品种，种苗由浙江大学试验农场提供。

试验在浙江大学华家池校区进行，田间管理同常规。10月根据肉质茎膨大程度：膨大初期（质量2 g±0.2 g）、前期（质量 15 g±0.5 g）、中期（质量35 g±0.5 g）、后期（肉质茎露白）和生长后期（叶鞘撑裂，肉质茎开始转青）共取样5次，以字母A，B，C，D，E表示，每个处理4次重复。样品放入液氮速冻后，保存于-70℃超低温冰箱。

1.2 酶活性测定方法

PPO活性测定参照蒋跃明等[2]的方法；CAT活性测定参照朱祝军等[3]方法；POD活性测定参照Cakmak等[4]方法加以改进。

2 结果与分析

2.1 PPO活性的变化

由图1可知，茭白肉质茎膨大初期到生长后期，浙茭3号、浙茭5号的PPO活性在膨大前期略有下降，到生长后期均明显提高。从最低点（膨大前期）到最高点（生长后期），浙茭3号、浙茭5号PPO活性分别增长了48.2%、33.6%。茭白肉质茎膨大过程中浙茭3号的PPO活性高于浙茭5号。

图1 茭白肉质茎膨大过程中PPO活性的变化

2.2 CAT活性的变化

由图2可知，浙茭3号、浙茭5号的CAT活性在膨大前期开始下降，到膨大后期略提高后趋于稳定。从最高点（膨大初期）到最低点（生长后期），浙茭3号、浙茭5号CAT活性分别下降了32.1%、51.5%。茭白肉质茎膨大过程中CAT活性表现为浙茭5号>浙茭3号。

2.3 POD活性的变化

如图3所示，浙茭3号、浙茭5号的POD活性在膨大过程中不断下降，后趋于稳定，从膨大初期到生长后期，浙茭3号、浙茭5号CAT活性分别下降了30.6%、21.9%。二者的POD活性膨大后期和生长后期无明显差异。生长后期POD活性不再下降可能与此时木质素的积累增加有关。茭白肉质茎膨大过程中2个品种的POD活性相近。

3 小结与讨论

PPO氧化生物体内的酚类物质形成对害虫、病菌更具毒性的醌，对植物的抗病性发挥了重要作用。本试验中，茭白肉质茎中的PPO活性在膨大初期较高，膨大过程中变化较小，直到生长后期明显增强。说明PPO活性对茭白肉质茎的膨大作用不明显，可能是因为在黑粉菌侵染后膨大前的阶段已经有过快速增长，在膨大过程中始终保持着这一活性水平。茭白生长后期肉质茎老化，导致木质素含量上升，而PPO催化香豆酸向咖啡酸转化，为木质素合成提供前体物质[5]，因此在生长后期，茭白肉质茎中的PPO活性升高。

受病菌侵染后，植物体内会产生大量活性氧，导致细胞受损，POD、CAT可以清除植物体内的H2O2，维持体内的活性氧代谢平衡，保护膜结构。本试验中，肉质茎膨大初期，CAT活性较大，说明此时茭白受黑粉菌侵染，茭白对其有应激反应。之后CAT活性下降幅度较大，到膨大后期活性趋于平缓，说明黑粉菌侵染对茭白不会产生为害，或膨大后期黑粉菌繁殖力下降。POD活性与CAT的变化相似，但变化幅度较小，到生长后期不再下降，这可能与茭白生长后期木质素的合成积累上升有关，因为POD的同工酶是植物木质素合成过程中的关键酶[1]。

本试验结果表明，肉质茎膨大过程中2个双季茭品种的3种保护酶的活性变化趋势一致，但品种间不同酶的活性有差异，说明不同品种对黑粉菌的应激反应程度不同，这可能与黑粉菌侵染后的分泌物质种类和含量不同有关。下一步我们可以将采样时期提前到孕茭前，研究整个孕茭过程中酶活性的变化规律，明确黑粉菌侵染时期，为进一步探讨茭白孕茭机理提供依据。

图2 茭白肉质茎膨大过程中CAT活性的变化

图3 茭白肉质茎膨大过程中POD活性的变化

[1]程龙军，郭得平，朱祝军，等.茭白肉质茎膨大发育的生化基础研究[J].核农学报，2004，18（6）：457-461.

[2]蒋跃明，陈绵达.香蕉低温酶促褐变[J].植物生理学报，1991，17（2）：157-163.

[3]朱祝军，喻景权，Gerendas J，等.氮素形态和光照强度对烟草的H2O2清除酶活性的影响[J].植物营养与肥料学报，1998（4）：379-385.

[4]Cakmak I,Marschner H.Magnesium deficiency and high light intensity enhance activities of superoxide dismutase ascorbate peroxidase,and glutathione reductase in bean leaves[J].Plant Physiol,1991,98:1 222-1 227.

[5]Campbell M M,Sederof R R．Variation in lignin content and composition[J]．Plant Physiol,1996,26(2):127-131.

Activity Changes of Three Protective Enzymes during Stem Swelling inZizania latifoliaTurcz.

CHEN Shuling1,ZHANG Lei1,WANG Lingyun1,ZHENG Zhaisheng1,ZHANG Shangfa1,SHOU Senyan2
(1.Jinhua Academy of Agricultural Sciences,Zhejiang 321000; 2.College of Agriculture and Biotechnology,Zhejiang University)

Taking the two water bamboo(Zizania latifoliaTurcz.)cultivars Zhejiao No.3 and Zhejiao No.5 as materials,the activities of polyphenol oxidase(PPO),catalase(CAT)and peroxidase(POD)were determined respectively at the different growth stages of the stem swelling.The results showed that,the PPO and CAT activities declined at earlier swelling stages, and rose afterwards,while the PPO activity increased significantly in the later growth stages.The POD activity decreased slowly during stem swelling,but was stable at the later growth stages.The change trends of PPO,CAT and POD activities were consistent,but the activities of the enzymes were different between Zhejiao No.3 and Zhejiao No.5.

Zizania latifoliaTurcz.;Fleshy stem;Enzyme activity;PPO;CAT;POD

10.3865/j.issn.1001-3547.2012.16.020

陈淑玲（1985-），硕士研究生，主要从事水生蔬菜栽培、育种，E-mail：elaine615@zju.edu.cn

寿森炎，通信作者，教授，主要从事蔬菜栽培方面的教育、科研工作，E-mail：syshou@zju.edu.cn

2012-07-01