模拟干旱胁迫对苜蓿幼苗抗氧化酶系统的影响

李　红，李　波，马 赫,李祥利

(1.黑龙江省畜牧研究所，黑龙江 齐齐哈尔　161000； 2.齐齐哈尔大学 生命科学与农林学院，黑龙江 齐齐哈尔　161006)



模拟干旱胁迫对苜蓿幼苗抗氧化酶系统的影响

李红1，李波2，马 赫2,李祥利2

(1.黑龙江省畜牧研究所，黑龙江 齐齐哈尔161000； 2.齐齐哈尔大学 生命科学与农林学院，黑龙江 齐齐哈尔161006)

采用不同浓度的PEG-6000对抗旱性不同的紫花苜蓿幼苗进行渗透胁迫处理，研究了不同抗旱品种苜蓿幼苗的抗氧化酶活性的变化。结果表明：12个紫花苜蓿品种的幼苗过氧化物酶(POD)，过氧化氢酶(CAT)和超氧化物歧化酶(SOD)活性呈现先增加后降低的变化趋势，15%或20%的PEG下3种酶活性达最大值。通过隶属函数法分析12种紫花苜蓿的抗旱性顺序为：WL168HQ>图牧2号>敖汉>龙牧100>草原1号>龙牧801>德宝>龙牧803>农菁1号>皇后>龙牧806>龙牧81。

紫花苜蓿；PEG胁迫；抗氧化系统；酶活性

紫花苜蓿(Medicagosativa)是世界上广泛栽培的豆科牧草之一，具有适应性强、蛋白质含量高和营养丰富等特点，同时又是一种优良的改土培肥植物，在草田轮作、植被恢复和家畜养殖方面发挥着重要作用[1-2]。但近些年来,干旱成为限制紫花苜蓿生产的主要因素，是紫花苜蓿出苗及成苗的限制因子之一，选育抗旱强的苜蓿品种迫在眉睫。在正常情况下植物体内源保护酶系统协调一致，使生物自由基维持在低水平，从而防止自由基毒害植物，但在干旱等逆境胁迫下，保护酶系统中酶的活性会发生变化[3-4]，逆境对保护酶活性的影响已广泛应用于植物对逆境反应机理的研究。

试验选取了12种抗旱性不同的紫花苜蓿品种幼苗，以PEG-6000渗透胁迫模拟不同程度的干旱胁迫，研究干旱条件下苜蓿叶片中过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)和超氧化物歧化酶(SOD)活性的动态变化，探讨紫花苜蓿品种3种抗氧化酶活性与抗旱性的关系，以探明3种抗氧化酶活性在紫花苜蓿抗旱性中的作用，为进一步开展苜蓿抗旱机制研究提供理论依据。

1　材料和方法

1.1试验材料

以12个苜蓿品种的种子为试验材料，种子由黑龙江省畜牧研究所提供，编号及产地见表1。

1.2试验方法

1.2.1幼苗培养及胁迫处理取12个品种的苜蓿种子，在装有3/4营养土的营养钵中浇透水，均匀播撒苜蓿种子，覆盖1 cm的营养土。当幼苗培养至3叶期后，定期浇1/2 Hogland营养液，培养至叶片4～5叶期。取4～5叶期的苜蓿幼苗在1/2 Hogland营养液中培养 5 d，待其根系完全适应培养液环境后，将各品种幼苗置于 0%、10%、15%、20%、25% 的PEG溶液中(用1/2 Hogland营养液为溶剂配制)，胁迫处理24 h，每处理3次重复。

1.2.3酶活性测定采取功能叶片进行3种酶活性的测定，POD 酶活性测定测定采用愈创木酚法，CAT 酶活性测定采用紫外吸收法，SOD 酶活性测定测定采用氮蓝四唑(NBT)光化还原法[5-7]。

1.2.4耐旱性评价与分析

耐旱系数(%)= (处理测定值/对照测定值)×100 %

隶属函数：X(u)=(X-Xmin)/(Xmax-Xmin)

表1　苜蓿种质材料

式中：X(u)为隶属函数值；X为PEG 胁迫处理下某指标的测定值；Xmax为所有品种中此指标的最大值；Xmin为所有品种中此指标的最小值。

综合分析法采用隶属函数法对不同品种的苜蓿在试验中测得的隶属值进行累加[8-9]，求得平均数并进行分析比较，以评定出不同PEG浓度对苜蓿幼苗的抗旱性影响。

2　结果与分析

2.1PEG胁迫下叶片CAT活性的变化

不同浓度PEG胁迫下，苜蓿叶片的CAT活性出现先增加后降低的变化趋势(图1)，但是变化幅度大小不同，1，2，3，4，5，6，9号苜蓿品种在PEG浓度为15%时达最高值，而 7，8，10，11和12号在PEG浓度为20%时达最高值。

PEG浓度为20%时，各品种中11号CAT活性最高，为324.34 U/(g FW·min)。1，2，3，4，5和9号品种的CAT活性较对照降低，其他各品种均高于对照组，6，7，8，10，11和12号CAT活性分别比对照增加了 7.23%，98.48%，19.09%，25.55%，122.21%和45.36%。12种苜蓿的叶片CAT活性方差分析显示，不同品种间及不同PEG浓度胁迫下，苜蓿叶片的CAT活性差异均达到极显著水平(P<0.01)。

2.2PEG胁迫下苜蓿叶片POD 活性的变化

不同浓度 PEG胁迫下，12个苜蓿品种叶片的 POD活性呈现先增加后降低的趋势(图 2)。其中，2和 8号在PEG浓度为 10%时达最高值；3，6，7，9，10和12号在 PEG浓度为 15%时达最高值；而 1，4，5和11号苜蓿在PEG浓度为20%时酶活性最高；1，4，5，10和 11号 POD活性变化较大。

在PEG浓度为 20%时，POD活性最高的是5号品种，为627.64 U/(g FW·min)。7，8和12号品种酶活性较对照组降低，其他各品种 POD活性均高于对照组；1，2，3，4，5，6，9，10和11号POD活性分别比对照增加了115.91%，29.37%，13.93%，394.83%，138.67%，72.33%%，37.48%，121.28%和442.25%，4和11号POD活性增加最多。12种苜蓿的叶片POD活性方差分析显示，不同品种间及不同PEG浓度胁迫下，苜蓿叶片的POD活性差异均达到极显著水平(P<0.01)。

2.3PEG 胁迫下苜蓿叶片 SOD 活性的变化

不同浓度 PEG胁迫下，苜蓿叶片的 SOD活性出现先增加后降低的变化趋势(图 3)。2，4，5，6，7，9，10和12号在PEG浓度为15%时达最高值，而 1，3，8和11号苜蓿在 PEG浓度为20%时达最高值，3，4，和11号苜蓿品种SOD活性变化较大。

图1　PEG胁迫下不同苜蓿品种叶片CAT 活性Fig.1　The change of CAT activity of 12 germplasms of alfalfa leaves under PEG stress

图2　PEG胁迫下不同苜蓿品种叶片 POD 活性Fig.2　The change of POD activity of 12 germplasms of alfalfa leaves under PEG stress

PEG浓度为15%时，SOD活性最强的是5号品种，为2767.12U/(g FW·min)。20% PEG胁迫组与对照比较，其SOD活性分别增加了58.26%，63.54%，197.24%，396.68%，104.13%，16.242%，39.88%，33.20%，32.84%，416.84%，192.01%和54.89%，10号品种SOD活性增加最多。12 种苜蓿的叶片SOD活性方差分析显示，不同品种间及不同PEG 浓度胁迫下，苜蓿叶片的SOD活性差异均达到极显著水平(P<0.01)。

图3　PEG胁迫下不同苜蓿品种叶片 SOD 活性Fig.3　The change of SOD activity of 12 alfalfa leaves under PEG stress

2.4基于3种酶活性的苜蓿抗旱性分析

苜蓿叶片的CAT，POD和SOD酶活性的抗旱系数值见表 2。以3种酶活性的抗旱系数值进行隶属函数分析(表 3)，不同苜蓿品种的抗旱性强弱顺序为11>4>10>7>5>1>6>3>9>12>2>8，即WL168HQ>图牧2 号>敖汉>龙牧100>草原1号>龙牧801>德宝>龙牧803>农菁1号>皇后>龙牧806>龙牧81。

3　讨论

为适应盐碱和干旱胁迫，植物产生适应机制使植物免受逆境的伤害，植物体内存在的抗氧化酶系统，如过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)和超氧化物歧化酶(SOD)等可以缓解因逆境带来的伤害[10-14]。耐旱品种比不耐旱品种更能维持相对较高的 POD，CAT和SOD活性，从而降低膜脂过氧化作用，而减轻对膜脂的伤害[15-17]，提高植物对干旱等逆境环境的适应能力，这在小麦等许多植物[18-20]中均得到证实。试验中，苜蓿叶片的酶活性受到干旱胁迫的影响比较大，尤其是龙牧806和龙牧81，因此，POD，CAT和 SOD活性的大小可作为苜蓿抗旱性评价的重要指标。

表2　12个苜蓿品种叶片 CAT，POD和SOD的耐旱系数

表3　PEG胁迫下不同苜蓿品种叶片3种抗氧化酶隶属函数值

4　结论

POD，CAT和SOD 3种抗氧化酶活性的变化表明，不同抗旱性品种的苜蓿叶片的反应不一样，干旱胁迫下苜蓿幼苗体内过氧化酶的活性呈先下降后上升的趋势,在 25%PEG条件下3种酶活性最低。在20% PEG处理下，抗旱性强的10和11号品种在3种抗氧化酶的活性均增加，且增加的幅度较大，4 和5号在2种抗氧化酶的活性均增加，且增加的幅度比较大，而抗性较弱的12号品种在2种抗氧化酶的活性均降低,3种抗氧化酶与苜蓿的抗旱性强弱有一定的相关性。从3种抗氧化酶的隶属函数值综合分析，WL168HQ、图牧2号、敖汉和龙牧100苜蓿抗旱性较强，草原1号、龙牧801、德宝、龙牧803和农菁1号苜蓿抗旱性居中，皇后、龙牧806和龙牧 81苜蓿抗旱性较弱。

[1]徐向南，易津，于林清，等.紫花苜蓿抗旱性研究进展[J].中国农学通报，2009,25(21)：180-184.

[2]刘智微,钟小仙,沈益新.海盐胁迫对苏牧2号象草抗氧化酶活性和MDA含量的影响[J].中国草地学报，2011，33(1)：24-28.

[3]夏更寿,王加真.高盐胁迫对沟叶结缕草叶片抗氧化酶活性的影响[J].河北农业大学学报,2009,32(1):30-33.

[4]Fatima K,Khalid O,Majida L.Physiological and antioxidant responses ofMedicagosativa-rhizobiasymbiosis to cyanobacterial toxins exposure[J].official journal of the International Society on Toxinology,2013,76(1):167-177.

[5]Mohan N,Patel P,Chintan R P，etal.Metal-Based Biologically Active Compounds:Synthesis,Characterization,DNA Interaction,Antibacterial,Cytotoxic and SOD Mimic Activities[J].Applied Biochemistry and Biotechnology,2013,169(4):1329-1345.

[6]陈雅君,祖元刚,刘慧民,等.干旱对草地早熟禾膜质过氧化酶和保护酶活性的影响[J].中国草地学报,2008,30(5):32-36.

[7]王娟,李德全,谷令坤.不同抗旱性玉米幼苗根系抗氧化系统对水分胁迫的反应[J].西北植物学报,2002,22(2):285-290.

[8]李阳，谢宏伟，徐庆国.黑麦草品种不同生育期的生理生化指标的比较[J]．草原与草坪，2011,31(6):40-45.

[9]赵海明，孙桂枝，王学敏，等.百脉根种质苗期抗旱性鉴定及综合评价[J].草原与草坪，2011,31(6)：18-26.

[10]刘建新,王鑫,王凤琴.水分胁迫对苜蓿幼苗渗透调节物质积累和保护酶活性的影响[J] .草业科学，2005，22(3)：18-21.

[11]Wang Yi,Ding Gui-jie.Physiological responses of mycorrhizal Pinus massoniana seedlings to drought stress and drought resistance evaluation[J].Ying yong sheng tai xue bao,2013,24(3):639-645.

[12]马彦军,曹致中,李毅.PEG 胁迫对尖叶胡枝子幼苗SOD 和POD 同工酶的影响[J].草原与草坪,2010,30(1):64-67.

[13]王峥，车淑红，李小娟，等.油菜中过氧化物酶及相关生化指标的研究[J].河南师范大学学报(自然科学版)，2007,35(1):167-169.

[14]刘素纯，萧浪涛，廖柏寒，等.铅胁迫对黄瓜幼苗抗氧化酶活性及同工酶的影响 [J].应用生态学报，2006，17(2)：300-304.

[15]刘世鹏,刘济明,陈宗礼,等.模拟干旱胁迫对枣树幼苗的抗氧化系统和渗透调节的影响[J].西北植物学报，2006,26(9):1781-1787.

[16]刘世鹏，曹娟云,陈国梁，等.干旱对组培枣苗过氧化物酶活性及其同工酶酶谱的影响[J].安徽农业科学，2007，35(5):1269-1271.

[17]王玉祥，王博.盐胁迫对苜蓿同工酶活性和可溶性糖的影响[J].新疆农业科学，2009，46(3)：589-591.

[18]魏炜，赵欣平，吕辉，等.三种抗氧化酶在小麦抗干旱逆境中的作用初探[J].四川大学学报(自然科学版)，2006，40(6):1172-1175.

[19]刘怀攀，陈龙，张承烈.渗透胁迫对芦苇愈伤组织保护酶活性及同工酶的影响[J].周口师范高等专科学校学报，2012，19(2)：52-55.

[20]金兰,罗桂花.盐胁迫对紫花苜蓿SOD，丙二醛及SOD同工酶的影响[J].黑龙江畜牧兽医，2004(5):15-16.

Effects on antioxidative enzymes of alfalfa seedlings under simulated drought

LI Hong1，LI Bo2，MA He2，LI Xiang-li2

(1.AnimalScienceInstituteofHeilongjiang，Qiqihar161000，China； 2.ForestryandLifeSciences，QiqiharUniversity，Qiqihar161006,China)

Treatment of different alfalfa seedlings with different concentrations PEG-6000 osmotic stress,alfalfa seedlings with different drought resistance were studied the changes of antioxidant enzyme activity.The results showed that the changes of peroxidase (POD),catalase (CAT) and superoxide dismutase (SOD) activity of 12 germplasms of alfalfa seedlings appears to increase first and then decrease.The 3 enzymes activity reached the maximum under the PEG stress of 5% or 20%.The order of drought resistance of 12 alfalfa varieties was analyzed by the method of membership function：WL168HQ>Tu Mu No.2>AoHan>Long Mu 100>Cao Yuan No.1>Long Mu 801>De Bao>Long Mu 803>Nong jing No.1>Huang Hou>Long Mu 806>Long Mu 81.

alfalfa；PEG stress；antioxidant system；enzyme activity

2015-08-11；

2016-04-11

黑龙江省应用技术研究与开发计划重大项目(GA15B105-5)；黑龙江省自然科学青年基金项目(QC2014C025)；黑龙江省教育厅科学技术研究项目(12521610)资助

李红(1960-)，女，山东莱芜人，研究员，主要从事牧草与饲料作物育种与栽培研究工作。

E-mail：hljlihong@163.com

S 541

A

1009-5500(2016)04-0054-05

李波为通讯作者。