遮荫条件下紫心甘薯的抗氧化防御系统研究

侯夫云 董顺旭 张海燕等

作者简介：侯夫云（1981-），女，助理研究员，主要从事甘薯分子育种与栽培生理研究。

*通讯作者：王庆美（1964-），女，博士，研究员，主要从事甘薯育种与栽培生理研究。

摘要：研究了遮荫条件下两个紫心甘薯品种叶片的抗氧化防御系统多种重要保护酶的变化。结果显示，遮荫20天，两种甘薯的叶片SOD、CAT活性均下降，POD活性、MDA含量均增加；长期弱光胁迫下，济薯18叶片SOD和CAT活性上升，POD活性下降，而品种Ayamuraski叶片的SOD、CAT、POD活性均上升。在遮荫胁迫下，紫心甘薯的SOD、CAT在抗氧化防御系统中显示出重要作用。

关键词：遮荫；紫心甘薯；抗氧化防御系统

中图分类号：S531.01 文献标识号：A 文章编号：1001-4942（2013）06-0048-03

光是植物的能量来源，又是导致其遭受逆境伤害的重要因素。弱光胁迫不仅会导致作物光合性能变差，使得作物的光合生产能力降低，而且导致器官生长发育的不协调[1]。甘薯是我国重要的粮食、饲料和工业原料用作物。目前，不少地区将甘薯与新辟茶园、果园或其他经济林进行间（套）作，使甘薯生长发育置于不同程度的遮荫状态，对甘薯块根的产量和品质产生较大影响。王庆美等[2，3]研究表明，遮荫处理可导致紫心甘薯块根品质发生不同程度变化，尤其是加工品质下降。遮荫处理从“源、库、流”各环节影响了紫心甘薯品质合成相关酶的活性，其中RUBPCase、ATPase、ADPGPPase和UDPGPPase活性显著降低是导致紫心甘薯块根品质下降的主要原因。然而，关于遮荫影响紫心甘薯的抗氧化防御系统研究较少。本研究以紫心甘薯为材料，研究遮荫处理对紫心甘薯叶片抗氧化防御系统酶类和抗氧化物质的影响，为甘薯对弱光胁迫适应性研究提供一定的理论基础。

1 材料与方法

11 试验材料

供试材料为济薯18和Ayamuraski（Aya）。试验于2009～2010年在山东省农业科学院作物研究所试验田进行。试验田肥力条件均匀一致。每个品种分别于块根膨大高峰期（栽后50～100天）用不同透光度的黑色遮阳网设置2个遮荫处理：遮光40%和遮光70%，对照（CK）为自然光处理。采用随机区组设计，两年试验均重复3次。

12 测定方法

121 酶液提取 称取05 g叶片，置于5 ml预冷的005 mol/L磷酸缓冲液（pH 78）中冰浴研磨，于4℃下12 000×g离心15 min，上清液即为酶提取液。

122 SOD活性测定 参照Giannopolitics（1977）[4]的方法。称取叶片05 g，加5 ml提取液，冰浴研磨，12 000× g 、4 ℃离心20 min，上清液即为蛋白和酶提取液。取透明度好的指形管，加入各溶液： ①50 mmol/L、pH 78磷酸缓冲液15 ml； ② 65 mmol/L Met溶液03 ml； ③ 500 μmol/L NBT溶液03 ml； ④ 100 μmol/L EDTA； ⑤ 200 μmol/L核黄素03 ml； ⑥ 酶液01 ml（对照管加缓冲液）； ⑦ 蒸馏水02 ml。总体积30 ml。混匀后将一支对照管置暗处作空白对照，其余各管于光下反应几分钟，待各管溶液颜色变蓝后，结束反应。以不照光的对照管为空白，测定A560nm 。

123 POD活性的测定 用愈创木酚法[5]。反应液配制：02 mol/L的磷酸二氢钠877 ml与02 mol/L的磷酸氢二钠123 ml混合得到02 mol/L的磷酸缓冲液（pH 60），取该缓冲液50 ml加入30% H2O2 30 μl和愈创木酚20 μl混匀。取50 μl酶液加3 ml愈创木酚反应液摇匀，立即记录起始和2 min内的OD470值。POD活性大小用每分钟光密度变化值表示，即以OD470/gFW · min表示。

124 CAT活性的测定 参照何文亮等[6]的方法。酶提取液01 ml + CAT反应液29 ml，测量A240nm的下降变化值（10 s/30 s）。反应液：10 mmol，100 mmol/L磷酸缓冲液（pH 70）。在240 nm进行比色，测定其单位时间内吸光度的变化。

125 MDA含量的测定 按朱广廉等[7]的方法测定。1 mol的MDA可与2 mol的硫代巴比妥酸（TBA）形成红棕色的三甲川（trimethine）。在10 ml刻度试管中（均匀一致可离心用），加入4 ml三氯乙酸-硫代巴比妥酸混合液（TCA-TBA），然后再加入1 ml酶提取液，沸水浴中20 min，迅速冰浴冷却后置于4 000 r/min离心机离心5～10 min，取上清液测OD532和OD600，空白用TCA-TBA溶液。

抗氧化酶活性测定的比色均用UV-1601型分光光度计（日本岛津）进行。

2 结果与分析

21 SOD活性变化

遮荫前期（10～30天），甘薯叶片中的SOD活性显著降低，处理与对照间，及不同处理间差异显著（图1）。遮荫处理30天后，SOD活性逐渐上升，开始高于对照，两品种表现一致。品种间，济薯18的40%、70%遮荫处理前期SOD活性下降幅度较小，而遮荫中后期SOD活性上升幅度却远远大于Ayamuraski（Aya.）。

22 POD活性变化

正常条件下，甘薯叶片POD活性随生育进程呈上升状态（图2）。遮荫处理下，甘薯叶片POD活性的变化因品种而异。在遮荫处理前期，济薯18两个处理的叶片POD活性均比对照有不同程度的升高；遮荫中后期，叶片的POD活性却均低于对照，其40%处理的下降幅度大于70%处理，但差异均未达显著水平。Aya叶片POD活性对遮荫胁迫的反应与济薯18表现出相反趋势：遮荫

处理前期，两个处理的叶片POD活性下降，且低于对照，30天后开始上升，且40%遮荫处理的上升幅度显著高于70%处理， 并高于对照。

23 CAT活性变化

遮荫条件下，甘薯叶片CAT活性变化趋势与SOD活性基本一致（图3）。遮荫前期CAT活性下降，中后期逐渐上升，处理与对照间差异显著。品种间比较显示，济薯18遮荫中后期CAT活性上升幅度显著大于Ayamuraski。

24 MDA积累量变化

正常条件下，叶片MDA含量随着生育进程呈上升状态（图4）。遮荫处理前期，叶片MDA含量不同程度增加，且高于对照，至遮荫中后期开始下降，后期则低于对照，两品种变化趋势一致，但济薯18的下降和上升幅度均大于Ayamuraski。

3 结论与讨论

植物在经受环境胁迫如干旱、低温等产生的损伤在很大程度上与产生过量活性氧有关。刘霞（2005）[8]报道，小麦灌浆前期遮荫处理3天后，旗叶SOD活性升高，而灌浆中期处理后SOD活性降低；旗叶POD活性和其它处理的CAT活性均升高。王兴银等（2000）[9]研究指出，弱光处理下黄瓜幼苗叶片膜保护酶活性也有明显的变化，其中SOD活性下降，下降幅度与品种的耐弱光性呈反相关；MAD含量上升，上升幅度与品种的弱光耐受性呈反相关。

本研究表明，甘薯叶片在弱光胁迫下保护酶系统具有较强的自我协调能力。短期的弱光胁迫导致叶片SOD、CAT 活性下降，MDA积累量随之上升，对叶片生理机能产生一定的毒害。甘薯在遮荫处理后期SOD和CAT活性上升， MDA积累减少，这说明甘薯叶片细胞中酶防御系统具有较强的自动调节能力，长期弱光胁迫诱导产生的活性氧对SOD和CAT活性有诱导作用，有助于及时清除叶片的活性氧毒害以抵御逆境产生的伤害。品种间比较，长期弱光胁迫下，济薯18叶片SOD和CAT活性上升，POD活性下降，POD活性的降低会导致叶片贪青，过度生长的茎叶（徒长现象）影响光合产物向块根的转运；Ayamuraski品种叶片的SOD、CAT、POD活性均上升，这表明甘薯叶片弱光逆境下起保护作用的酶主要是SOD和CAT，POD的作用相对较小。

参 考 文 献：

[1] 张 昆 光强对花生光合特性、产量和品质的影响及生长模型研究[D] 泰安：山东农业大学，2009

[2] 王庆美，侯夫云，汪宝卿，等 遮荫处理对紫甘薯块根品质的影响[J] 中国农业科学， 2011，44（1）：192-200

[3] 王庆美，侯夫云，汪宝卿，等 大田遮荫对紫心甘薯块根中酶活性的影响[J] 核农学报， 2012，26（6）：960-966

[4] Giannopolitics C N，Ries S KSuperoxide dismutasesⅠ .Ocurrence in higher plants[J] Plant Physiol，1977，59：309-314

[5] 西北农业大学 基础生物化学实验指导[M]西安：陕西科学技术出版社，1985

[6] 何文亮，黄承红，杨颖丽，等 盐胁迫过程中抗坏血酸对植物的保护功能[J] 西北植物学报，2004，24（12）：2196 -2201

[7] 朱广廉，钟海文等编 植物生理学实验[M]北京：北京大学出版社，1988

[8] 刘 霞 小麦淀粉品质形成机制及其对温光因子的响应[D]泰安：山东农业大学，2005

[9] 王兴银，张福墁 弱光对日光温室黄瓜光合产物分配的影响[J]中国农业大学学报，2000，5（5）：36-41 山 东 农 业 科 学 2013，45（6）：51～54