黄芪多糖对小叶杨逆境胁迫下保护酶系统的影响

邱本军 马玲 杨洋 陈旭日 葛康康

摘要 [目的]探究黄芪多糖对小叶杨对抗逆境胁迫能力的影响。[方法]研究小叶杨在低温和干旱逆境条件下体内过氧化氢酶（CAT）、超氧化物歧化酶（SOD）和过氧化物酶（POD）活性的变化。[结果]在短时间内，经过一定浓度黄芪多糖处理的小叶杨保护酶活性较高，而一定时间后黄芪多糖处理组的小叶杨保护酶的活性较低。[结论]黄芪多糖可能提高了小叶杨抗逆境胁迫的能力。

关键词 黄芪多糖;小叶杨;低温胁迫;干旱胁迫;保护酶

中图分类号 S567 文献标识码 A 文章编号 0517-6611（2014）33-11766-03

Effect of Astragalus Polysaccharide on Protective Enzyme Activities of Populus simonii under Low Temperature and Drought Stress

QIU Ben-jun， MA Ling*， YANG Yang et al

（School of Forestry， Northeast Forestry University， Haerbin， Heilongjiang 150040）

Abstract [Objective] The aim was to study effects of astragalus polysaccharides on P. simonii to combat the environmental stress ability. [Method] The changes of CAT， POD and SOD activities of P. simonii at low temperature and drought stress conditions were studied. [Result]The activities of protective enzymes of P. simonii treated by a certain concentration of lobular astragalus polysaccharide were high after a short time， but lower after a certain time. [Conclusion] Astragalus polysaccharides may increase the resistant ability of P. simonii to environmental stress.

Key words Astragalus polysaccharide; Populus simonii; Low temperature stress; Drought stress; Protective enzymes

基金项目 大学生创新训练项目（201310225088）;林业公益性行业专项（20130403）。

作者简介 邱本军（1989-），男，山东蒙阴人，硕士研究生，研究方向：植物源农药。*通讯作者，教授，博士生导师，从事植物源农药与昆虫生态研究。

收稿日期 2014-10-15

低温和干旱是自然环境中影响植物生长发育的重要因子，植物在逆境胁迫条件下，细胞膜结构遭到破坏，通透性增加，胞内发生一系列生理生化功能反应，如叶绿素合成受到抑制导致的光合速率降低、活性氧大量产生、组织细胞发生氧化胁迫等，最终导致植物生长发育受到抑制[1-2]。小叶杨（Populus simonii）又名小叶白杨，属柳科杨树植物，是深根性的阔叶乔木，具有较强的适应性，是我国防风固沙、保持水土的主要栽培树种[3]。寡聚糖是国内外研究较多的一类信号物质，不仅能够提高动物机体的免疫能力，还具有调控植物生长、发育和抗病等方面的功能[4-7]。黄芪多糖（APS）是黄芪的主要成分，在医学上具有提高机体免疫力、促进抗体生成、抗菌、抗病毒、抗肿瘤、抗衰老、防辐射、双向调节血糖等作用[8]，但关于其在对植物的生长调节方面的研究报道较少。為此，笔者研究了低温和干旱胁迫下黄芪多糖对小叶杨幼苗生理生化的影响，旨在为探索黄芪多糖对苗木抗寒抗旱性的调控机制提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料

黄芪多糖为实验室自制;小叶杨为实验室种子繁殖（种子采于东北林业大学校园内）;蒸馏水为森林保护学科自备;其他试剂均为分析纯。

1.2 方法

1.2.1

小叶杨幼苗的处理。

选用6个月生的小叶杨幼苗，试验组分别用10.00、1.00、0.10、0.01 mg/ml的黄芪多糖溶液喷雾处理，每天16：00喷施，连续喷施2 d，对照组喷施清水，每个处理4次重复。黄芪多糖处理植物24 h后，进行相应试验。低温胁迫处理试验在人工气候箱中进行中，温度控制在10 ℃，湿度70%，保持土壤充足水分，每天光照12 h，低温处理后24 h开始，每12 h取样，共取3次。干旱胁迫处理试验于温室中进行，温度25 ℃。供试土壤为暗棕色森林土，饱和含水量为52.8%。试验采用自然风干法控制干旱条件，使土壤水分控制在21%～25%（中度干旱）[9]。采用称重法监测土壤含水量，每6 h监测补水一次。自达到相应含水量开始，每隔24 h取样一次，共取4次。

1.2.2

生理生化的测定。CAT活性的测定采用紫外分光光度法[10];SOD活性的测定采用氮蓝四唑（NBT）还原法[11];POD活性采用愈创木酚法测定[12]。

2 结果与分析

2.1 黄芪多糖对小叶杨低温胁迫下保护酶活性的影响

2.1.1

黄芪多糖对小叶杨低温胁迫下CAT活性的影响。由图1可知，在低温胁迫条件下，除对照外，处理组小叶杨CAT活性整体呈现随时间的延长而降低的趋势。在24 h时，除APS浓度为1.00 mg/ml时小叶杨CAT活性小于对照组外，其他处理组CAT活性均大于对照组;36 h后，处理组小叶杨CAT活性均低于对照组，且差异显著，其中APS浓度为10.00 mg/ml时CAT活性最低，为对照组的0.33倍;48 h时，1.00 mg/ml APS处理组小叶杨CAT活性最低，为对照组的0.50倍。因此，短时间内APS能够提高小叶杨CAT活性，但随着时间的延长，APS处理组CAT活性均低于对照组，且48 h时不同浓度APS处理组之间无显著性差异。

注：不同字母表示同一时间不同处理浓度之间在0.05水平差异显著。

图1 黄芪多糖对小叶杨低温胁迫下CAT活性的影响

2.1.2

黄芪多糖对小叶杨低温胁迫下POD活性的影响。由图2可知，在低温胁迫条件下，对照组的小叶杨POD活性逐渐升高，处理组中，除APS浓度为0.01 mg/ml外，其他各处理组小叶杨POD活性呈现先升高后降低的趋势。24 h时，除APS浓度为0.01 mg/ml外，其他处理组的小叶杨POD活性均高于对照组，且当APS浓度为0.10 mg/ml时POD活性最高，为对照组的2.86倍。36 h时，0.01和1.00 mg/ml处理组的POD活性低于对照组，分别是其的0.53和0.63倍。48 h时，处理组POD活性均低于对照组，且差异显著，其中当APS浓度为10.00 mg/ml时，POD活性最低，为对照组的0.26倍。因此，在短时间内一定浓度的APS能提高POD活性，长时间（48 h）后，处理组POD活性均显著低于对照组。

注：不同字母表示同一时间不同处理浓度之间在0.05水平差异显著。

图2 黄芪多糖对小叶杨低温胁迫下POD活性的影响

2.1.3

黄芪多糖对小叶杨低温胁迫下SOD活性的影响。由图3可知，在低温胁迫条件下，对照组的小叶杨SOD活性不断升高，除APS浓度为10.00 mg/ml外，其他处理组的小叶杨SOD活性均呈现先降低后升高的趋势。24 h时，当APS浓度为0.01和1.00 mg/ml时，小叶杨SOD活性均显著高于对照组，分别为对照组的1.05和1.10倍。36和48 h时，处理组小叶杨SOD活性均低于对照组，且APS浓度为10.00 mg/ml时SOD活性最低，分别为对照组的0.75和0.62倍。因此，短时间（24 h）内，一定浓度的APS处理小叶杨后，SOD活性高于对照组;长时间后，SOD活性均低于对照组，且差异显著。

注：不同字母表示同一时间不同处理浓度之间在0.05水平差异显著。

图3 黄芪多糖对小叶杨低温胁迫SOD活性的影响

2.2 黄芪多糖对小叶杨干旱胁迫下保护酶活性的影响

2.2.1

黄芪多糖对小叶杨干旱胁迫下CAT活性的影响。由图4可知，小叶杨在干旱胁迫条件下，对照组CAT活性随时间延长而不断升高，而处理组呈现波动性变化。在24 h时，处理组CAT活性与对照组无显著性差异;48 h时，0.01和0.10 mg/ml的APS处理组CAT活性显著高于对照组，而10.00 mg/ml高浓度的APS处理组CAT活性仅为对照组的0.40倍;72和94 h时，处理组CAT活性显著低于对照组，且10.00 mg/ml APS处理组活性最低，分别为对照组的0.43和0.26倍。因此，短时间内（≤48 h）低浓度（≤0.10 mg/ml）的APS处理组CAT活性高于对照组，而高浓度（≥1.00 mg/ml）APS处理组CAT活性低于对照组;随着时间的延长，APS处理组CAT活性均显著低于对照组，且各浓度处理组间差异不大。

注：不同字母表示同一时间不同处理浓度之间在0.05水平差异显著。

图4 黄芪多糖对小叶杨干旱胁迫下CAT活性的影响

2.2.2

黄芪多糖对小叶杨干旱胁迫下POD活性的影响。由图5可知，小叶杨在干旱胁迫条件下，对照组POD活性呈波动性变化，0.10和1.00 mg/ml APS处理组呈现先升高后降低的趋势，而0.01和10.00 mg/ml APS处理组POD活性不断降低。24 h时，除1.00 mg/ml处理组外，其他处理组POD活性均显著大于对照组;而48 h时，APS处理組POD活性均显著低于对照组，10.00 mg/ml APS处理组活性最低，为对照组的0.42倍;但是72 h时，除10.00 mg/ml APS处理组外，其他处理组POD活性均高于对照组;96 h时，APS处理组POD活性均显著低于对照组，其中0.01 mg/ml APS处理组POD活性最低，为对照组的0.13倍。因此，不同浓度APS对小叶杨细胞POD活性的影响呈波动性变化，但随时间的延长，处理组POD活性均低于对照组。

注：不同字母表示同一时间不同处理浓度之间在0.05水平差异显著。

图5 黄芪多糖对小叶杨干旱胁迫下POD活性的影响

2.2.3

黄芪多糖对小叶杨干旱胁迫下SOD活性的影响。由图6可知，小叶杨在干旱胁迫条件下，对照组SOD活性的变化趋势与其POD活性的变化趋势一致。24 h时，除0.01 mg/ml APS处理组外，其他APS处理组均与对照组无显著差异;在48 h时，除10.00 mg/ml APS处理组SOD活性高于对照组外，其他各处理组SOD活性均显著低于对照组;而72 h时，APS处理组SOD活性又高于对照组;随着对照组SOD活性的升高，到96 h时APS处理组SOD活性又再次低于对照组，且差异显著，其中10.00 mg/ml APS处理组活性最低，为对照组的0.26倍。对照组除72 h外，SOD活性均保持在一个稳定、较高的水平，而处理组SOD活性则整体呈现下降趋势，到96 h时均达到显著低于对照组的水平。

注：不同字母表示同一时间不同处理浓度之间在0.05水平差异显著。

图6 黄芪多糖对小叶杨干旱胁迫下SOD活性的影响

3 讨论

植物在遇到干旱、低温等逆境胁迫时，自身组织细胞内会大量产生超氧自由基，这些自由基的积累会对植物造成伤害。为了防止该种伤害，植物细胞内形成了清除活性氧的酶促保护体系，如SOD、POD、CAT等。它们能与自由基反应，从而使细胞内大分子蛋白质和膜系统在逆境下免受伤害。其中，SOD是植物细胞内重要的抗氧化酶，它能催化2个超氧自由基发生歧化反应形成O2和H2O2，而POD和CAT进

而把H2O2催

化降解，从而保护植物在逆境条件下免受

伤害[13]。

在低温和干旱胁迫条件下，植物细胞内CAT、POD和

SOD是保护植物免受自由基伤害的重要物质，也是反映植

物抵抗低温胁迫能力的重要指标[14]。研究表明，在低温和干旱等胁迫下，CAT、POD和SOD活性呈现升高的趋势，随着胁迫环境的加剧，植物细胞受到伤害导致保护酶的活性降低[15-16]。该研究发现，一定浓度的APS处理后小叶杨幼苗细胞内CAT、POD和SOD活性短时间内显著高于对照组，而随着时间的延长，APS处理组的CAT、POD和SOD活性显著低于对照组，这与刘昆成[17]研究的外源物质对格木POD和SOD活性的影响的结果一致。这可能是因为APS处理后小叶杨抵抗逆境胁迫的能力增强。在遇到低温和干旱胁迫短时间内，小叶杨细胞内保护酶的活性升高以保护组织细胞免受胁迫环境伤害。但随着胁迫时间的延长，处理组的小叶杨可能适应了胁迫环境，抵御低温和干旱的能力增强，在相同的条件下处理组细胞内活性氧自由基的积累量比对照组减少，从而引起细胞内保护酶的活性低于对照组。

该试验只研究了APS对低温和干旱条件下小叶杨细胞内CAT、POD和SOD活性变化的影响，而APS处理后小叶杨在逆境胁迫条件下的抗性变化和保护酶变化的机理有待进一步研究。

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