甲基环丙烯对甘蔗苗期叶片抗氧化酶活性影响的初步研究

王冠玉, 何姗珊, 经 艳, 曾 媛, 梁朝旭, 李 鸣, 吴凯朝, 谭 芳, 宁 夏, 王伦旺, 李 松

(广西农业科学院，广西 南宁 530007)

甲基环丙烯对甘蔗苗期叶片抗氧化酶活性影响的初步研究

王冠玉, 何姗珊, 经 艳, 曾 媛, 梁朝旭, 李 鸣, 吴凯朝, 谭 芳, 宁 夏, 王伦旺, 李 松

(广西农业科学院，广西 南宁 530007)

以苗期桶栽甘蔗桂糖37号为研究对象，设置正常供水和干旱胁迫环境下施用及不施用1-MCP的4个处理，测定苗期甘蔗叶片保护酶系统相关生理指标.结果表明，在水分正常供应情况下，施用1-MCP一次和二次处理，均能提高POD、SOD、CAT活性，其中POD和SOD活性明显提高，CAT活性变化不明显；干旱胁迫下，与正常供水相比，POD和SOD活性提高，CAT活性降低；同时缺水的甘蔗叶片经1-MCP一、二次处理，均能显著提高POD和SOD活性，而对CAT活性影响较小.施用1-MCP能提高甘蔗叶片抗氧化酶POD和SOD活性，有利于缓解干旱胁迫对植物细胞的伤害.

1-MCP; 甘蔗; 抗氧化酶系统; 干旱胁迫

甘蔗(SaccharumofficinarumL.)是世界上最主要的糖料作物和能源作物，也是我国重要的经济作物之一.甘蔗糖业是广西最具竞争力的产业之一.广西蔗区大部分处于旱坡地，水资源不足，降水时空分布不均匀，严重影响甘蔗生长发育和甘蔗糖业的发展.研究水分胁迫下，甘蔗苗期抗旱生理对其栽培和生产具有重要意义.

甲基环丙稀(l-Methylcyclopfopene, 1-MCP)是水果和蔬菜等保鲜剂，其双键张力和化合能比乙烯更高，能够减缓果实成熟速度，保持果蔬色泽和硬度，保鲜农产品.近年来，1-MCP常作为乙烯抑制剂广泛使用，并逐渐应用于减轻逆境环境对植物造成伤害的研究,尤其在提高作物抗热和抗病方面[8-9].刘顺枝等[10]研究表明，1-MCP能延长香蕉在高温条件下的储藏寿命，提高果实耐热程度.魏宝东等[11]研究表明，1-MCP能防止梨在冷藏期间发生黑皮病.目前，国内外有关1-MCP对作物抗旱性作用的研究相对较少，Vladimir et al[12]研究表明，在干旱胁迫下，施用1-MCP可以提高超氧化物歧化酶(SOD)和谷胱甘肽还原酶(GR)的活性，清除植物体内的垃圾和自由基，维持抗氧化酶系统稳定.Sharipov et al[13]研究小麦在水分缺失条件下用1-MCP处理，研究表明，1-MCP能较强地抵御水分胁迫对细胞的伤害.关于1-MCP在甘蔗苗期抗旱生理方面的功效，王小乐[14]研究表明，喷施一定浓度的乙烯利与1-MCP组合能提高甘蔗苗期CAT、SOD和POD的活性，减轻水分胁迫的压力.滕峥[15]也研究表明，在干旱胁迫情况下，1-MCP能够提高CAT、SOD和POD的活性，延缓细胞衰老速度，有效地减轻干旱危害.本研究以桂糖37号(桂糖03-2357)甘蔗品种为研究对象，研究干旱胁迫下1-MCP对甘蔗苗期叶片三种保护酶POD、SOD、CAT活性的影响，明确1-MCP在提高甘蔗苗期抗旱性方面的作用.

1 材料与方法

1.1 试验材料

甘蔗品种：桂糖37号(桂糖03-2357).

试验药品：甲基环丙烯(1-MCP) ， 平均分子质量(MW)=54.09，由甘肃奥扬高科纳米技术有限公司提供.

1.2 试验方法

试验在广西农业科学院甘蔗研究所甘蔗温室大棚进行.试验方案：采用随机区组，桶栽试验，每个处理5桶，3个重复，桶高30 cm，桶底直径36 cm，并在桶底面打10个小孔.试验用土主要为甘蔗耕作土，与生物有机肥混合而成.桶栽甘蔗试验，齐苗后定苗，每桶留9株.在甘蔗苗期5～7片叶时用1-MCP处理.试验共设计4个处理A、 B、 C、D，其中A、B为正常供水，每天1次，每次1 L，分别是：A正常供水、B正常供水+1-MCP (1 mg·L-1)；C、D为干旱胁迫处理：连续7天不浇水，分别设置C干旱胁迫、D干旱胁迫+1-MCP (1 mg·L-1).利用NaOH溶液，使1-MCP(1 mg·L-1)密闭连续处理甘蔗叶片，每次处理14～16 h，设计两次处理试验.用温度计和湿度计分别测定1-MCP一次和二次处理期间的昼夜温、湿度.一次处理期间，白天温室大棚的温、湿度分别为(38±1) ℃和56%，晚上温、湿度分别为(36±3) ℃和58%.二次处理在处理第1天和第5天分别进行2次，二次处理期间白天温室大棚的温、湿度分别为(38.8±1) ℃和54%，晚上温湿度分别为(36.5±1) ℃和56%.

1.3 取样与测定

处理结束后，连续7 d随机取各处理7～9株甘蔗+1叶置于液氮带回实验室，用于测定与甘蔗抗旱性相关的生理生化指标.甘蔗叶片过氧化物酶(POD)、超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化氢酶(CAT)等活性测定参照孔祥生等[16]方法，略作改动.

1.4 统计分析

数据统计用Microsoft Excel 2003软件，采用SPSS 17.0软件One-Way ANOVA方法进行方差分析，用Excel 2007软件作图.

2 结果与分析

2.1 1-MCP对甘蔗叶片过氧化物酶(POD)活性的影响

2.1.1 1-MCP一次处理对过氧化物酶活性的影响 从图1中可知，1-MCP一次处理期间，A、B处理的POD活性水平恒定，B处理POD活性高于A处理，A、B两个处理的POD活性差异表现出显著—不显著的变化.说明不缺水条件下，1-MCP处理的甘蔗叶片在一定范围内能提高POD活性.在干旱胁迫下，C、D处理的甘蔗叶片的POD活性呈阶梯递增型提高，处理后第3天显著提高.随着干旱胁迫时间的增加，D处理的POD活性与C处理的差异先增大，然后变小.1-MCP一次处理可提高甘蔗叶片在水分缺失情况下的POD活性，缓解干旱胁迫对植物细胞的伤害.

相同小写字母表示差异不显著，不同小写定母表示差异显著(P<0.05).图1 正常供水和干旱条件下1-MCP一次处理期间的叶片POD活性变化Fig.1 Changes of leaf POD activity of the 1st 1-MCP treatment in normal condition and under drought stress

2.1.2 1-MCP二次处理对过氧化物酶活性的影响 从图2中可知，1-MCP二次处理期间， A、B两处理的POD活性较为稳定，同时过氧化物酶活性B处理一直高于A处理，说明1-MCP二次处理能保持并提高正常供水条件下甘蔗叶片POD活性.C、D处理与A、B两处理相比，POD活性明显提高，而其中D处理的POD活性在第2天开始高于C处理，第5天出现显著差异，这种较高活性一直持续.随着干旱程度加剧，1-MCP二次处理显著提高了甘蔗叶片POD活性且持续时间较长.

相同小写字母表示差异不显著，不同小写定母表示差异显著(P<0.05).图2 正常供水和干旱条件下1-MCP 二次处理期间的叶片POD活性变化Fig.2 Changes of leaf POD activity of the 2nd 1-MCP treatment in normal condition and under drought stress

2.2 1-MCP对甘蔗叶片超氧化物歧化酶(SOD)活性的影响

2.2.1 1-MCP一次处理对超氧化物歧化酶活性的影响 从图3可以看出，在1-MCP一次处理期间， A、B处理的SOD活性维持在相对恒定的水平，同时B处理的SOD活性均高于A处理，从第2天开始，A、B之间差异显著，说明不缺水条件下，1-MCP一次处理后也能够提高甘蔗叶片SOD活性， C、D为干旱胁迫处理，随着时间延长，与正常供水相比，甘蔗叶片的SOD活性大幅提高，总体呈现递增的趋势.从第3天开始，D处理的SOD活性高于C处理，差距增大，到第7天差异不显著.

2.2.2 1-MCP二次处理对超氧化物歧化酶活性的影响 从图4可以看出，从第2天开始，1-MCP二次处理后SOD活性B处理稍微高于A处理，但差异不明显.在干旱胁迫下，C、D处理从第3天开始，甘蔗叶片的SOD活性随时间延长逐步递增，从第4天起D处理的SOD活性明显高于C处理.说明随着干旱程度加剧，1-MCP二次处理可以持续提高甘蔗叶片SOD活性，且能在重度干旱胁迫中保持较高水平.

相同小写字母表示差异不显著，不同小写定母表示差异显著(P<0.05).图3 正常供水和干旱条件下1-MCP 一次处理期间的叶片SOD活性变化Fig.3 Changes of leaf SOD activity of the 1st 1-MCP treatment in normal condition and under drought stress

相同小写字母表示差异不显著，不同小写定母表示差异显著(P<0.05).图4 正常供水和干旱条件下1-MCP 二次处理期间的叶片SOD活性变化Fig.4 Changes of leaf SOD activity of the 2nd 1-MCP treatment in normal condition and under drought stress

2.3 1-MCP对甘蔗叶片过氧化氢酶(CAT)活性的影响

2.3.1 1-MCP一次处理对甘蔗叶片过氧化氢酶活性的影响 从图5中可知，A、B两处理的CAT活性变化较小，维持在比较稳定的水平，这可能与其处于正常供水状态未受到干旱胁迫有关，1-MCP一次处理对甘蔗叶片CAT活性影响较小.C、D两干旱胁迫处理下，CAT活性整体上呈现递减的趋势.从第2天开始，D处理的CAT活性较C处理有所提高，随着干旱胁迫加剧，第4、5、6天差异较为明显.说明在干旱胁迫下，1-MCP一次处理可以缓解CAT活性下降程度，减轻水分缺失对甘蔗叶片造成的伤害.

相同小写字母表示差异不显著，不同小写定母表示差异显著(P<0.05).图5 正常供水和干旱条件下1-MCP一次处理期间的叶片CAT活性变化Fig.5 Changes of leaf CAT activity of the 1st 1-MCP treatment in normal condition and under drought stress

2.3.2 1-MCP二次处理对甘蔗叶片过氧化氢酶活性的影响 从图6可知，A、B两处理的CAT活性变化较小，具有稳定而较高的水平.说明在正常供水情况下，甘蔗叶片CAT活性不受1-MCP 二次处理的影响.而C、D两处理表明在干旱胁迫下，甘蔗叶片CAT活性整体上呈现递减的趋势，随着干旱时间延长，逐渐表现出差异性.从第2天开始，D处理的CAT活性下降速度减缓，CAT活性高于C处理并持续到第7天.

相同小写字母表示差异不显著，不同小写定母表示差异显著(P<0.05).图6 正常供水和干旱条件下1-MCP二次处理期间的叶片CAT活性变化Fig.6 Changes of leaf CAT activity of the 2nd 1-MCP treatment in normal condition and under drought stress

3 讨论

植物受到逆境胁迫时，体内将会产生多余的活性氧(ROS)和自由基，这些过氧化物不能及时排除就会破坏细胞的新陈代谢和细胞完整性.植物会自发产生一些抗氧化酶进行自我保护，这些可清除活性氧的保护酶系统主要由SOD、POD、CAT等组成，而甲基环丙烯能够提高这些酶活性，诱导植物体内渗透调节物质的积累，从而加快参与一系列生化反应达到缓解氧化压力、提高植物抗逆性的目的[12-13].本研究设计正常条件和干旱胁迫两种环境，目的在于对比在缺水条件下甘蔗苗期叶片的保护酶系统的活性变化，施用1-MCP一次和二次处理，都已达到延长干旱时间的目的.研究结果表明，在正常供水情况下，甘蔗叶片经1-MCP一次处理和二次处理(处理B)后POD、SOD、CAT这3种酶活性变化较小，POD、SOD活性提高，在一定范围内随时间延长与不施用1-MCP的处理A之间表现出显著差异；而CAT活性变化较小，与不施用1-MCP的处理A之间差异不显著.这与王小乐[14]研究结果，1-MCP处理后甘蔗叶片POD、SOD、CAT活性高于对照处理相似.这也与张仁和等[17]所得出的干旱胁迫下施用1-MCP使玉米叶片SOD、POD、CAT活性提高的结果相似.很多研究也证明，这三种酶在水分胁迫下，其活性与植物抗旱性基本成正相关[18,19].在干旱胁迫下，甘蔗叶片的POD、SOD活性整体提高，呈阶梯上升趋势，CAT活性与正常供水相比活性下降；经1-MCP一、二次处理后(D处理)的甘蔗叶片与不施用1-MCP的处理C相比，POD、SOD活性在一定程度上具有差异，而CAT活性增量较小.总之，甘蔗叶片的POD、SOD活性受1-MCP作用影响比较明显，而CAT活性受影响不大.滕峥[15]也研究表明，1-MCP能够提高POD、SOD活性。所不同的是，在他的研究中CAT活性维持在较高水平.

4 结论

本研究结果表明，在干旱胁迫情况下，甘蔗叶片POD、SOD活性均比正常供水条件下有所提高，而CAT活性下降.无论正常供水还是缺水处理，1-MCP一、二次处理后，甘蔗叶片POD、SOD活性都有较大幅度提高，而对CAT活性影响不大.施用1-MCP能提高甘蔗叶片抗氧化酶POD、SOD的活性，缓解干旱胁迫对植物细胞的伤害.

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(责任编辑:吴显达)

Preliminar study on the effect of 1-MCP on antioxidase activities of sugarcane leaves under water stress at seedling stage

WANG Guanyu, HE Shanshan, JING Yan, ZENG Yuan, LIANG Zhaoxu, LI Ming, WU Kaichao, TAN Fang, NING Xia,WANG Lunwang, LI Song

(Guangxi Academy of Agricultural Sciences, Nanning, Guangxi 530007, China)

1-MCP was applied to Guitang 37 in normal condition and under drought stress, with no application as the control. Biochemistry parameters on antioxidase activity of leaves at seedling period were compared. The results showed that activities of POD and SOD increased significantly after adding 1 mg·L-11-MCP in normal condition, while CAT activity increased slightly. When being under drought tress without 1-MCP application, activities of POD and SOD increased, but CAT activity decreased. After twice application, activities of POD and SOD increased significantly but CAT activity varied slightly. Therefore, 1-MCP was able to promote activities of POD and SOD in sugarcane at seedling period, easing cell damage of plant under drought stress.

l-methylcyclopropene；sugarcane；antioxidase system; drought stress

2016-06-15

2016-10-31

国家自然科学基金(31460093)；广西科学研究与技术开发项目(AB16380258,1598006-1-1D)；广西农业科学院发展基金(2015JZ15,2015JZ91)；广西农业科学院基本科研业务专项(2016YM37).

王冠玉(1986-)，女，助理研究员.研究方向：学科馆员和农业信息化.Email：2593998841@qq.com.通讯作者李鸣(1977-)，男，博士，副研究员.研究方向：甘蔗育种和分子生物学.Email：gxua9606@163.com.

S184

A

1671-5470(2017)01-0009-06

10.13323/j.cnki.j.fafu(nat.sci.).2017.01.002