低温胁迫下脱落酸及合成抑制剂对甘蔗幼苗抗氧化系统的影响

黄 杏 ，梁勇生 ，杨丽涛 ，陈荣发，李杨瑞

(1 中国农业科学院 甘蔗研究中心，广西农业科学院 甘蔗研究所，农业部广西甘蔗生物技术与遗传改良重点实验室，广西甘蔗遗传改良重点实验室，广西 南宁 530007;2 广西大学 农学院，亚热带农业生物资源保护与利用国家重点实验室，广西 南宁 530004;3 南宁市蔬菜研究所，广西 南宁 530021)

1 材料与方法

1.1 材料

甘蔗品种为桂糖28 号，由广西农业科学院甘蔗研究所提供.

1.2 甘蔗培养及取样

试验于2011年6—12月在广西大学农学院甘蔗智能温室大棚进行.将桂糖28 号单芽种茎脱毒处理后放进沙盘中进行沙培.培养3 周后，选取长势一致植株移栽至Hoagland 营养液中(pH6.0)，水培桶规格为25 cm×30 cm(直径×高)，每桶5 株，每桶装营养液5 L，每3 d 换1 次营养液，为防止根系缺氧，使用充气泵每隔1 h 充气1 次，每次10 min.在智能温室大棚中(20～30℃)水培1 个月，待甘蔗苗长至5～6 叶时分组进行低温处理.处理如下:①低温处理(对照)组;②低温+100 μmol/L ABA 处理组;③低温+5 mmol/L 钨酸钠处理组.ABA 及钨酸钠喷施在低温胁迫前12 h 进行，低温处理组喷清水作对照，喷施程度以叶面喷施欲滴为度.低温胁迫时，温度为0℃，光强为250～300 μmol·m-2·s-1，12 h 光周期，相对湿度60%～70%.分别于低温处理后0、24、48、72 h 采集甘蔗幼苗叶样(+1 叶)及幼嫩根系分装速冻于液氮中，后存于-80℃冰箱中，供测定相关生理指标用.

1.3 测定项目与方法

1.4 数据分析

采用SPSS 15.0 软件进行数据方差分析，采用LSD 法进行显著性检验，用Excel 2007 进行数据计算和作图.

2 结果与分析

2.1 低温胁迫下ABA 及合成抑制剂对甘蔗幼苗ABA 和MDA 含量的影响

由图1A 和1B 可知，低温胁迫下，甘蔗叶片中ABA 含量呈上升趋势，根系ABA 含量先升高后降低，叶片ABA 含量高于根系.与低温处理相比，低温+ABA 处理显著提高了甘蔗叶片和根系中ABA的含量，处理0～72 h 叶片中分别提高了11.9%、23.0%、24.4%、20.4%，根系中分别提高了16.3%、19.3%、20.8%、28.3%;低温+ 钨酸钠处理则显著降低了甘蔗叶片和根系中ABA 含量，在处理72 h后，根系和叶片中降幅分别为18.0%和15.3%.说明外喷ABA 促进了低温胁迫下ABA 含量的提高，而外喷钨酸钠则抑制了内源ABA 的合成.

图1 低温胁迫下ABA 和钨酸钠对甘蔗幼苗ABA 和MDA 含量的影响Fig.1 Effects of ABA and sodium tungstate on ABA and MDA content in sugarcane seedlings under cold stress

MDA 是膜脂过氧化作用的最终产物，能够影响细胞膜结构的稳定，干扰正常生理代谢.从图1C 和1D 可以看出，低温胁迫下，甘蔗叶片和根系中MDA含量呈上升趋势，同一处理下叶片中MDA 含量高于根系.与低温处理相比，低温+ABA 处理降低了甘蔗叶片和根系中的MDA 含量，处理0～72 h 叶片中降幅分别为2.6%、13.7%、14.7%、15.8%，根系中降幅分别为21.6%、10.4%、13.2%、16.7%;低温+钨酸钠处理与对照相比，则明显提高了甘蔗叶片和根系中MDA 含量;在处理0～72 h，叶片中增幅分别为10.8%、10.3%、9.5%、6.7%，根系中增幅分别为9.2%、10.9%、11.7%、12.8%.说明外喷ABA 处理减少了低温胁迫下膜脂过氧化程度，外喷钨酸钠处理则加剧了膜脂过氧化程度.

2.2 低温胁迫下ABA 及合成抑制剂对甘蔗幼苗产生速率的影响

图2 低温胁迫下ABA 和钨酸钠对甘蔗幼苗产生速率的影响Fig.2 Effects of ABA and sodium tungstate on production rate of in sugarcane seedlings under cold stress

2.3 低温胁迫下ABA 及合成抑制剂对甘蔗幼苗H2O2含量的影响

H2O2是ROS 自由基之一，具有很强的氧化作用，它的积累会造成植物毒害.图3 显示，低温胁迫下，甘蔗叶片和根系中H2O2含量均呈上升趋势，但叶片的上升幅度较为平缓.与低温(对照)相比，低温+ABA 处理显著降低了甘蔗叶片和根系中H2O2含量，处理72 h 时，叶片和根系中的降幅分别为16.4%和19.7%;低温+钨酸钠处理提高了甘蔗叶片和根系中H2O2含量，处理72 h 时，叶片和根系中的增幅分别为20.2%和35.9%，差异显著.说明随着低温胁迫时间的延长，甘蔗体内积累了大量H2O2且未能及时被清除，甘蔗受到毒害，正常生理代谢被干扰.

图3 低温胁迫下ABA 和钨酸钠对甘蔗幼苗H2O2含量的影响Fig.3 Effects of ABA and sodium tungstate on H2O2content in sugarcane seedlings under cold stress

2.4 低温胁迫下ABA 及合成抑制剂对甘蔗幼苗酶活性的影响

2.4.1 CAT 活性 CAT 是植物体内分解、清除H2O2的重要保护酶类.由图4A 和4B 可知，低温胁迫下，甘蔗幼苗叶片中CAT 活性呈先升高后降低的趋势，低温处理48 h 达到最高;甘蔗根系中的CAT活性也呈逐渐上升趋势，同一处理下，叶片中的CAT活性要高于根系.与低温处理相比，低温+ABA 处理明显提高了甘蔗叶片和根系中的CAT 活性，处理48 h 时，叶片中CAT 活性提高了18.7%，根系中CAT活性提高了7.4%.低温+钨酸钠处理与对照比则显著降低了甘蔗叶片和根系中CAT 的活性，低温胁迫48 h 叶片和根系中CAT 活性分别降低了14.8%和16.9%.

2.4.2 POD 活性 从图4C 和4D 可看出，低温胁迫下，甘蔗叶片和根系中POD 活性均呈先升高后降低的趋势，并在低温胁迫48 h 达到最大;根系中的POD活性要高于叶片.与低温处理相比，低温+ABA 处理明显提高了甘蔗叶片和根系中的POD 活性，低温胁迫48 h 叶片和根系中POD 活性增幅分别为15.4%和15.5%，差异显著;低温+钨酸钠处理显著降低了甘蔗叶片和根系中POD 活性，在低温胁迫48 h，叶片和根系中POD 活性降幅分别为5.3%和18.6%.

2.4.3 SOD 活性 SOD 是植物体内最重要的防御活性氧伤害的酶类之一，它可以缓解逆境对植株造成的伤害.低温胁迫下，甘蔗叶片和根系中SOD 活性呈先升高后下降的趋势，并在低温处理24 h 时，达到最大(图4E 和4F).与低温处理相比，低温+ABA 处理显著提高了甘蔗叶片和根系中的SOD 活性，处理0～72 h 叶片中SOD 活性分别提高了21.3%、52.3%、36.8%、44.9%，根系中SOD 活性分别提高了19.2%、43.2%、74.6%、33.9%.低温+钨酸钠处理较对照显著降低了甘蔗叶片和根系中SOD 活性，处理0～72 h 叶片中分别降低了25.3%、23.7%、32.3%、18.4%，根系中分别降低了14.0%、24.8%、20.2%、25.6%.

图4 低温胁迫下ABA 和钨酸钠对甘蔗幼苗酶活性的影响Fig.4 Effects of ABA and sodium tungstate on activity of enzymes in sugarcane seedlings under cold stress

2.4.4 APX 活性 APX 是植物中尤其是叶绿体中清除H2O2的关键酶.图4G 和4H 表明，低温胁迫下，甘蔗叶片中APX 活性呈先升高后下降的趋势，在低温胁迫48 h 达到最大;根系中4 个处理时间的APX 活性变化不大一致，低温+ABA 和低温+钨酸钠处理表现为逐渐上升趋势，低温处理则呈降-升-降趋势.相比之下，根系中APX 活性要低于叶片.与低温处理相比，低温加ABA 处理明显提高了甘蔗叶片和根系中APX 活性，处理48 h 叶片和根系中的增幅分别为33.9%和7.3%.与对照组相比低温+钨酸钠处理降低了甘蔗根系和叶片中的APX 活性，在低温处理48 h 时，降幅分别为7.8%和20.2%.

2.4.5 GR 活性 由图4I 和4J 可知，低温+ ABA处理，甘蔗叶片中GR 活性呈升-降-升变化;根系中的GR 活性则是先升高后降低，在处理48 h 时达到最高.与低温(对照)相比，低温+ABA 处理后显著提高了甘蔗叶片和根系中GR 活性，在低温胁迫48 h 时，叶片和根系中GR 活性分别提高了46.3%和69.8%.低温+钨酸钠处理与对照比则降低了叶片和根系中GR 活性，处理0～72 h 叶片中分别降低了13.5%、39.0%、22.4%、30.5%，根系中分别降低了18.2%、8.7%、13.2%、40.2%.

3 讨论

ABA 作为一种胁迫激素，在植物抵御低温胁迫中起着重要的作用.逆境胁迫下植物体内的ABA 含量增加，而外施ABA 处理能进一步促进其在植株内的合成，使其含量处于更高水平［20-21］.本研究中，甘蔗幼苗经低温胁迫后，内源ABA 含量比胁迫前明显提高，外施ABA 后也进一步增加了甘蔗幼苗叶片和根系中的ABA 含量.钨酸钠是一种ABA 合成抑制剂，它可以抑制ABA 合成过程中的醛氧化酶(AO)，使ABA 醛不能转化为ABA，从而抑制ABA 的生物合成［7］.周碧燕等［22］在对柱花草的抗冷性研究中发现，低温胁迫下，同时喷施ABA 和钨酸钠处理后，柱花草体内ABA 含量下降;只喷钨酸钠处理时，低温引起的ABA 积累效应被消除，与本试验结果相一致.说明外喷钨酸钠处理通过抑制ABA 的生物合成，降低了植物体内的ABA 水平.

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