光照强度对盾叶薯蓣试管苗保护酶活性的影响

， ， ， (.河南师范大学生命科学学院， 河南 新乡 453007；2.河南省高校道地中药材保育及利用工程技术研究中心， 河南 新乡 453007)

光照强度对盾叶薯蓣试管苗保护酶活性的影响

张晓丽1,2，王运英1，李明军1,2，白英豪1
(1.河南师范大学生命科学学院， 河南 新乡 453007；2.河南省高校道地中药材保育及利用工程技术研究中心， 河南 新乡 453007)

以盾叶薯蓣试管苗为材料，测定不同光照强度下盾叶薯蓣叶片超氧化物歧化酶(SOD)活性、过氧化物酶(POD)活性和过氧化氢酶(CAT)活性的变化，研究不同光照强度对盾叶薯蓣试管苗保护酶活性的影响。结果表明，光照强度为750 lx和3 200 lx时，盾叶薯蓣试管苗叶片SOD、POD和CAT活性均相对较低，而光照强度为2 000 lx时，叶片SOD、POD和CAT活性均相对较高。因此，2 000 lx的光照强度较适宜盾叶薯蓣试管苗的生长。

盾叶薯蓣； 光强； SOD； POD； CAT

盾叶薯蓣(DioscoreazingiberensisC.H.Wright)为薯蓣科薯蓣属多年生草本植物，别名黄姜，火头根等，是中国的特有种，分布广泛，尤其在河南、陕西、甘肃、湖北和四川等地分布较多[1]，薯蓣皂素含量最高为16.5%，可以合成甾体激素和避孕药[2]，可用于冠心病、心血管病等多种疾病的治疗，还具有抗癌、防衰老等功效，被称为“药用黄金”。

关于盾叶薯蓣的研究多集中在资源的分布、药用成分的组成、药用成分的提取工艺和新品种选育等方面[3-5]，而对于其生理特性的研究则较少。光是植物进行光合作用制造有机物必不可少的能源，而光合作用的强弱又直接影响到植物内部生理生化特性的变化[6]。有研究认为，不同光强对盾叶薯蓣的薯蓣皂苷元含量有显著影响，且弱光型盾叶薯蓣中薯蓣皂苷元含量较高[7]。但太弱的光强会造成植物叶片细胞膜脂过氧化程度提高，还会改变植物叶片的显微结构及叶绿体超显微结构等[8]，最终导致光合产物量下降。本试验以盾叶薯蓣试管苗为试材，对光照强度与盾叶薯蓣试管苗叶片中SOD、POD和CAT酶活性的变化趋势进行研究，寻求适宜盾叶薯蓣生长的光照强度。

1 材料与方法

1.1 试验材料

盾叶薯蓣无菌试管苗，来自河南省高校道地中药材保育及利用工程技术研究中心。

1.2 试验方法

将长势均一的盾叶薯蓣试管苗接种到快繁培养基(MS+6-BA 2.0 mg/L+NAA 0.2 mg/L)培养，重复3次。培养条件为：温度(25±2)℃，光照周期14 h/d，光照强度750，2 000，3 200 lx，30 d后取试管苗顶部叶片3～5片，蒸馏水冲洗后，用滤纸吸干水分，称取0.2 g，待测。

1.3 测定方法

SOD活性测定依照氮蓝四唑(NBT)法[9]，以每分钟每克植物组织的反应体系对NBT光还原的抑制为50%为1个活性单位。POD活性测定依照愈创木酚法[10]，以每分钟每克植物组织吸光度变化0.01为1个酶活性单位。CAT活性测定依照高锰酸钾滴定法[11]。

1.4 数据处理

试验数据用SPSS 18.0和Excel 2010软件处理。试验数据用最小差异法(LSD)在0.05水平检验，用小写字母在图中表示。

2 结果与分析

2.1 光照强度对盾叶薯蓣试管苗SOD活性的影响

SOD是植物体内活性氧清除系统的主要酶之一，其主要作用是清除超氧自由基，从而提高植物的抗氧化能力[12]。由图1可知，盾叶薯蓣试管苗叶片中SOD活性在光照强度为2 000 lx时最高，3 200 lx时次之，750 lx时最低。说明2 000 lx光照强度下试管苗的抗氧化能力更强，过高或过低的光照强度均可降低试管苗的抗氧化能力。

图1 光照强度对盾叶薯蓣试管苗SOD活性的影响

2.2 光照强度对盾叶薯蓣试管苗POD活性的影响

POD可以清除植物体内的过氧化物，如过氧化氢，是植物细胞的保护酶，可以反映植物本身的自我保护能力，活性越高，植物自身的保护能力也越强。由图2可以看出，盾叶薯蓣试管苗叶片中POD活性在光照强度为2 000 lx时最高，3 200 lx时次之，750 lx时最低。表明光照强度为2 000 lx时，细胞内部自由基产生和清除的速率基本相同。在过高或过低的光照强度下，POD活性较低，细胞内部活性氧的积累与正常水平相比偏高，细胞的代谢受到阻碍。

图2 光照强度对盾叶薯蓣试管苗POD活性的影响

2.3 光照强度对盾叶薯蓣试管苗CAT活性的影响

CAT是植物细胞膜保护酶，可以清除植物体内过多的过氧化氢，使其含量降低到细胞内部的正常水平，从而保护膜[8]，其活性越高，则植物的自我保护能力越强。由图3可知，与750 lx时和3 200 lx时相比，光照强度为2 000 lx时，盾叶薯蓣试管苗叶片中CAT活性较高。说明过低或过高的光照强度均可降低试管苗的自我保护能力，而2 000 lx的光照强度更有利于盾叶薯蓣试管苗的生长。

图3 光照强度对盾叶薯蓣试管苗CAT活性的影响

3 讨论与结论

SOD、POD和CAT是重要的抗氧化保护酶，可清除细胞内的过氧化物及超氧阴离子自由基等有害物质，从而保护细胞膜结构的完整性[13]，故可作为植物抗逆性的参考指标。SOD可以清除细胞内的氧自由基，防止其破坏细胞膜的结构和功能[14]；POD密切影响着植物的生长和分化，其活性水平决定了细胞膜脂过氧化反应的程度[15]。CAT广泛分布于植物组织内，能有效清除植物叶片中过氧化氢对细胞的氧化作用，是植物叶片保护自身免受OH-毒害的关键[16]，其活性的变化可以灵敏地反映外界环境条件是否对植物细胞产生了压力。在正常情况下，SOD、POD和CAT共同作用可使细胞内部自由基保持在正常水平，降低其对细胞膜造成的伤害。

光作为影响植物生长发育的重要环境因子，在影响光合作用的同时，还影响着植物的生理代谢。宋丽梅等对假俭草进行不同程度的遮荫处理，结果发现随着遮荫程度的加大，SOD活性不断降低，植株的抗氧化能力也逐渐降低[17]。杨生保等在研究光照对加工番茄穴盘苗植株生理影响时指出，与充足的光照处理相比，遮荫处理下穴盘苗株的SOD、POD和CAT这3种抗氧化酶活性都有一定程度的下降[18]。贺安娜等在研究光强对虎耳草的影响时发现，在透光率为50%条件下生长的虎耳草叶片的SOD、CAT活性均比全光照和25%遮荫条件下高，并指出全日照下的强光和过度遮荫都不利于虎耳草的生长[19]。

本研究也得到了与上述研究相一致的结论：盾叶薯蓣试管苗叶片中SOD、POD和CAT活性在光照强度为3 200 lx或750 lx时均较低，说明在过高或过低的光照强度下，细胞膜脂质过氧化程度较大，细胞受到损伤，代谢系统逐渐失调；光照强度为2 000 lx时，SOD、POD和CAT活性均较高，代谢基本处于平衡状态，较有利于盾叶薯蓣试管苗的生长。从另一方面验证了本课题组在同等条件下对盾叶薯蓣试管苗膜脂过氧化的研究结果[20]。

[1]张晓丽,刘雯,芦婕,等.不同诱导因子对盾叶薯蓣试管苗生根的影响[J].种子,2013,32(2):114-116.

[2]Sautour M,Mitaine A C,Lacaille M A.The Dioscorea genus:a review of bioactive steroid saponins[J].J Nat Med,2007,61(2):91-101.

[3]许丽娜,卫永丽,彭金咏.天然产物薯蓣皂苷的研究进展[J].中国中药杂志,2015,40(1):36-41.

[4]刘尧,房宇.黄姜资源分布及利用现状初探[J].广东化工,2014,41(21):144-145.

[5]李江浩,葛台明.黄姜皂素提取工艺研究进展[J].山东农业大学学报(自然科学版),2014,45(3):476-480.

[6]孙晶.光照强度对盾叶薯蓣生长发育及生理生态特性的影响[D].陕西：陕西师范大学,2011.

[7]王菊凤,李鹄鸣,廖飞勇,等.不同光强对弱光型盾叶薯蓣中薯蓣皂苷元和生物量的影响[J].中草药,2011,42(1):171-175.

[8]乔新荣.光照强度对烤烟生长发育、光合特性及品质的影响[D].郑州：河南农业大学,2007.

[9]王学奎.植物生理生化试验原理和技术[M].北京：高等教育出版社,2006:172-173.

[10]张志良,瞿伟菁.植物生理学试验指导[M].北京：高等教育出版社,2003:123-124.

[11]李合生.植物生理生化试验原理和技术[M].北京：高等教育出版社,2006:166-167.

[12]刘铎,丛日春,党宏忠,等.盐胁迫对柳树新品系的抗氧化酶活性及过氧化物含量的影响[J].种子,2014,33(10):20-23.

[13]李磊,孙雪婷,张广辉,等.脱水速率对顽拗性三七种子脱水敏感性和抗氧化酶活性的影响[J].种子,2014,33(12):1-5.

[14]Foyer C H,Descomvieres P,Kunert K J.Protection against oxegen Rvdicals:important defense mechanism studied in tRVnsgenic plants[J].Plant Cell and Envinmmont,1994(17):507-523.

[15]Kanazawa S,Sano S,Koshiba T,et al.Changes in antioxidative in cucumber cotyledons during natural senescence: comparison with those during dark induced senescence[J].Plant Physiol,2000,109:211-216.

[16]克热木·伊力,袁琳,齐曼·尤努斯,等.盐胁迫对阿月浑SOD、CAT、POD活性的影响[J].新疆农业科学,2004,41(3):129-134.

[17]宋丽梅,李永进,代微然,等.不同遮荫程度对假俭草光合特性和抗氧化能力的影响[J].草原与草坪,2014,34(5):76-79.

[18]杨生保,帕提古丽,王柏柯,等.光照对加工番茄穴盘苗植株形态及生理影响[J].新疆农业科学,2011,48(9):1 617-1 623.

[19]贺安娜,林文强,姚奕.遮荫对虎耳草光合生理特性的影响植物研究[J].植物研究,2012,32(6):657-661.

[20]芦婕,张晓丽,刘雯,等.光照强度对盾叶薯蓣试管苗膜脂过氧化的影响[J].河南农业科学,2013,42(7):94-96.

Effects of Light Intensity on Protective Enzyme Activities ofDioscoreazingiberensisC.H.Wright in Vitro

ZHANGXiaoli1,2,WANGYunying1,LIMingjun1,2，BAIYinghao1
(1.College of Life Science Henan Normal University,Xinxiang He’nan 453007,China;2.Engineering Technology Research Center of Nursing and Utilization of Genuine Chinese Crude Drugs of Henan Province University,Xinxiang He’nan 453007,China)

By determining the SOD,POD and CAT activities ofDioscoreazingiberensisC.H.Wright plantlets under different light intensity,the effects of light intensity on protective enzyme activities in leaf ofDioscoreazingiberensisC.H.Wright were studied in this paper.Results showed that the activities of SOD,POD and CAT were relatively low under the light intensity of 750 lx and 3 200 lx.While under the light intensity of 2 000 lx,the activities of SOD,POD and CAT were relatively high.The results indicated the plantlets ofDioscoreazingiberensisC.H.Wright can grow well under the light intensity of 2 000 lx.

DioscoreazingiberensisC.H.Wright; light intensity; SOD; POD; CAT

2016-04-17

国家中医药局中医药行业科研专项子课题(编号：201407005)。

张晓丽(1981—)，女，讲师，主要从事药用植物生物技术研究工作；E-mail：zhangxiaoli_hnsfdx@163.com。

李明军(1962—)，男，教授，主要从事药用植物生物技术研究工作；E-mail:limingjun2002@263.net。

10.16590/j.cnki.1001-4705.2016.09.006

S 632.1

A

1001-4705(2016)09-0006-03