一定强度的UVC辐射对玉米幼苗活性氧成分及抗氧化系统的影响

卜 婷，刘灵霞，杨建霞，鲜盼盼

(1.陇东学院 生命科学与技术学院，甘肃 庆阳 745000；2.甘肃省高校陇东生物资源保护与利用省级重点实验室，甘肃 庆阳 745000)



一定强度的UVC辐射对玉米幼苗活性氧成分及抗氧化系统的影响

卜 婷1,2，刘灵霞1,2，杨建霞1,2，鲜盼盼1

(1.陇东学院 生命科学与技术学院，甘肃 庆阳 745000；2.甘肃省高校陇东生物资源保护与利用省级重点实验室，甘肃 庆阳 745000)

UVC照射；玉米；CAT；POD；SOD

0 引言

庆阳市位于甘肃省东部，具有典型的黄土高原地貌，为甘肃省的主要粮食产区。玉米是当地的主要秋粮作物之一，其产量在当地粮食总产量中占据着重要比例，其经济效益与农民收入息息相关。但由于当地海拔较高，加上近几十年工业化进程加快导致的地球臭氧层变薄，因此，较强的紫外辐射对农作物带来的影响已成为笔者研究的重要课题之一。

有研究显示臭氧层为中波紫外线(UVB)和短波紫外线(UVC)的主要吸收者[1]。UVB辐射对植物有强烈的负面效应，UVB辐射增强后，植物出现植株矮化和缩小，叶面积减小，叶片增厚，光合速率和生物量降低，导致出现蛋白质损伤、膜脂变化和叶绿体损伤等[2，3]。王玉州等[4]研究表明3种类型的大豆在UVB辐射增强时叶绿素含量、生物量及形态方面都出现不同程度变化。侯丽丽等[5]通过研究发现，随UVB辐射强度或时间的增加，番茄幼苗株高降低，而茎粗、根茎叶干物质量及壮苗指数则先升高后降低。解备涛等[6]研究结果也显示UVB辐射增强导致玉米的生物量、株高等形态指标都下降，玉米叶片的光合速率、气孔导度、蒸腾速率下降和胞间二氧化碳浓度上升，玉米叶片的抗氧化酶活性下降。郑先波等[7]通过以UVC辐射对植物影响的研究，结果显示，UVC辐射处理葡萄果实能显著增加果皮白藜芦醇(Resveratrol, Res)及其糖苷的含量。李丹丹等[8]发现在照射强度相同的前提下，UVC照射辣椒幼苗后株高、全鲜重及根系活力降低，且间断照射的影响大于连续照射。储藏前对平菇进行UVC照射处理虽然可使得平菇表面有所变暗，但可降低利斯特菌的增生，仍对储存有利[9]。UVC处理能够显著降低韭菜的黄变率和腐烂率[10]，另有研究发现，UVC对草莓、山楂、桃子等多种水果的储藏和保鲜都有重要作用[11-13]，这可能与UVC照射后，水果表面的微生物生长状况受影响有关[14-16]。

正大12号为庆阳当地种植的主要玉米品种之一，通过前期研究发现：对正大12号玉米种子进行UVC照射时，照射时间为5～6h/d时可促进玉米种子萌芽，照射时间>10h/d则抑制其萌芽，照射使得幼苗表现为生长缓慢，株高变短，根有萎蔫发黄现象，茎的生长失去背地性，出叶缓慢。因此，本研究选择在正大12号玉米幼苗经一定强度UVC单独照射以及UVC-日光混合照射5h/d后，对玉米叶片中的活性氧成分及抗氧化酶活性进行检测和分析，了解UVC对于玉米幼苗的辐射效应，并初步探究UVC对玉米的辐射效应机理，为正大12号玉米在庆阳当地的种植条件优化提供一定的参考。

1 材料与材料处理方法

1.1 实验材料

供试玉米品种为正大12号，采购于甘肃省庆阳市西峰区种子站。

1.2 材料处理方法

挑选无伤痕、无病虫害、籽粒饱满、均匀一致的玉米种子，2%次氯酸钠消毒10min，蒸馏水冲洗后浸泡24h进行种植。玉米种子等间距接种于盘子(长38.6cm，宽26cm，高7cm)底部，300粒/盘，轻覆珍珠岩，蒸馏水浇透，以后每天补加适量蒸馏水以保证湿度。中间浇MS培养液2次。待幼苗长至5cm左右时，将材料随机分为日光照射组(C)、紫外照射组(UVC)、紫外日光混合照射组(C+UVC)，并按分组进行对应的光照处理，每天同一时间照射5h，暗处理2h，再补光3h，连续处理5d，实验重复3次。

1.3 实验照射装置

实验采用箱式避光装置，在实验室采用灯管照射模拟紫外照射。分别将日光灯管、UVC灯管、日光+UVC灯管水平悬挂于3个相同的箱式装置中，高度可调。日光灯管15W，长35cm；UVC灯管15W，长35cm。实验时，将实验材料置于灯管正下方，通过调整灯管高度调整照射剂量。本实验中灯管高度为40cm，紫外辐射仪测定紫外辐射剂量为46mJ/cm2。

1.5 超氧化物歧化酶(SOD)含量测定

采用氮蓝四唑光还原法，参考张志良等[17]的方法并作了适当改进。以能抑制反应50%的酶量为1个SOD酶单位。其活力可由下式计算：SOD活力=反应被抑制的百分比/(50%×加入粗酶液中的蛋白含量)=[(对照管OD值-测定管OD值)/对照管OD值]/(50%×加入粗酶液中的蛋白含量)，其中蛋白含量由紫外吸收法测得。

1.6 过氧化氢(H2O2)含量的测定

采用二甲基酚橙法，参考张志良等的方法[17]。H2O2含量=(C×Vt)/m，C为标准曲线上查得的样品中H2O2浓度，单位μmol/L；Vt为样品提取液总体积，单位是mL；m为植物组织鲜重，单位是g。

1.7 过氧化氢酶(CAT)活性的测定

采用紫外吸收法，按张志良等[17]的方法测定。以每分钟A240减少0.1的酶量为1个活性单位(U)。过氧化氢酶活性=(△A240×Vt)/(W×Vs×0.1×t)，△A240=As0-(As1+As2∕2)；As0为加入煮死酶液的对照空白管的吸光度；As1﹑As2为样品测定管的吸光度；W为材料鲜重(g)；t为从加入H2O2开始到最后读数的时间(min)；Vs为测定时所取的酶液体积(mL)；0.1为A240下降0.1时的1个酶活性单位(U)；Vt为提取酶液总体积(mL)。

1.8 过氧化物酶(POD)活性的测定

参考王学奎的愈创木酚法[18]。以每分钟内A470变化0.01为1个过氧化物酶活性单位(U)。过氧化物酶活性=(△A470×Vt)/(W×Vs×0.01×t)，式中，△A470为反应时间内吸光度的变化，W为材料鲜重(g)；t为反应时间(min)；Vs为测定时所取的酶液体积(mL)；Vt样品总体积(mL)。

1.9 数据统计分析

所有指标测定重复3次，所有结果采用WPS双样本异方差分析法。0.01

2 实验结果

注：“**”表示与C组相比有极显著性差异，P<0.01；“##”表示与UVC组相比有极显著性差异，P<0.01。下同。图1 日光灯和/或UVC照射处理对玉米幼苗产生速率的影响Fig.1 Effect of daylight and/or UVC treatment on generation rate of corn seedings

2.2 UVC辐射对玉米幼苗H2O2含量的影响

图2 日光灯和/或UVC照射处理对玉米幼苗H2O2浓度的影响Fig.2 Effect of daylight and/or UVC treatment on H2O2 concentration of corn seedings

由图2可以看出，UVC照射后玉米幼苗叶片中H2O2浓度为2.752μmol/g，与对照相比降低了24.7%，表现为具有极显著差异(P<0.01)。C+UVC照射时，玉米幼苗叶片中H2O2浓度为3.511μmol/L，与UVC组相比升高了27.6%，表现为极显著升高(P<0.01)，且与C组相比无明显差异。

2.3 UVC辐射对玉米幼苗SOD活性的影响

图3 日光灯和/或UVC照射处理对玉米幼苗SOD活性的影响Fig.3 Effect of daylight and/or UVC treatment on SOD activity of corn seedings

图3数据表明，UVC组及C+UVC玉米幼苗叶片中SOD活性与对照组相比分别下降了54.1%和82.2%，且均具有极显著性差异(P<0.01)。另外，C+UVC混合光照处理时与单独UVC照射时相比，SOD活性亦极显著下降(P<0.01)，仅为UVC处理组的38.2%。

2.4 UVC辐射对玉米幼苗CAT活性的影响

图4 日光灯和/或UVC照射处理对玉米幼苗CAT活性的影响Fig.4 Effect of daylight and/or UVC treatment on CAT activity of corn seedings

图4为日光灯和/或UVC照射处理后对玉米幼苗CAT酶活性检测的结果。结果表明，UVC照射后玉米幼苗叶片中CAT活性无明显变化。日光与UVC混合照射处理时，CAT活性分别仅为对照组和UVC组的3.9%和3.8%，表现为极显著下降(P<0.01)。

2.5 UVC辐射对玉米幼苗POD活性的影响

图5数据显示：对照组POD活性为805U/g，UVC照射后则仅为对照组的49.6%，POD活性表现为极显著下降(P<0.01)，C+UVC照射处理后，POD活性为对照组的1.48倍，为UVC处理组的2.98倍，均表现为极显著升高(P<0.01)。

图5 日光灯和/或UVC照射处理对玉米幼苗POD活性的影响Fig.5 Effect of daylight and/or UVC treatment on POD activity of corn seedings

3 分析与讨论

H2O2的存在可以直接或间接的导致细胞膜脂质过氧化损坏，加速细胞的衰老和解体[17]。CAT、POD的功能是清除H2O2，催化体内积累的H2O2分解为水和分子氧，从而减少H2O2对植物组织可能造成的氧化伤害[19]。通过实验研究，结果显示UVC照射处理后，玉米幼苗叶片中H2O2含量显著下降，CAT活性无明显变化，POD活性亦极显著下降，这表明UVC照射可能干扰了H2O2产生途径而导致H2O2浓度降低，UVC对玉米幼苗的损害与H2O2的强氧化性无关，POD活性的下降可能与UVC照射对酶本身的结构的破坏有关。日光与UVC混合照射处理后H2O2浓度回升，CAT活性极显著下降，POD活性则极显著上升，这提示我们：对于玉米幼苗，混合照射可以弱化UVC对H2O2产生途径的干扰使得H2O2含量升高，而升高的H2O2可能被CAT清除，因此CAT酶活性极限著降低。

4 结论

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[3] 孙金伟，任斐鹏，任亮，等.UV-B辐射对植物生理生态特征的影响研究进展[J].长江科学院院报，2015，32(3)：107-111.

[4] 王玉州，翁傲，张明才.Si缓解UV-B辐射增强对大豆幼苗生长的影响[J].大豆科学，2015，34(3)：522-526.

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The effect of UVC radiation on corn seeding active oxygen species and antioxidant enzyme

BU Ting1,2,LIU Lingxia1,2,YANG Jianxia1,2,XIAN Panpan1

(1.College of life science and technology, Longdong University, Qingyang, Gansu 745000, China;2.Provincial Key University Laboratory for Protection and Utilization of Longdong Bio-resources, Qingyang, Gansu 745000, China)

UVC radiation; corn; CAT; POD; SOD

1004—5570(2016)06-0045-05

2016-05-12

国家自然科学基金地区基金(31560139)；陇东学院青年科技创新项目(XYLK1304)

卜 婷(1985-)，女，硕士，讲师，研究方向：农作物的UVC效应及其机理，E-mail：biting2006@163.com.

S131；Q682

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