铝处理对桉树幼苗抗氧化酶CAT和POD活性的影响

蓝雄彬

(广西壮族自治区国有东门林场，广西 崇左 532108)



铝处理对桉树幼苗抗氧化酶CAT和POD活性的影响

蓝雄彬

(广西壮族自治区国有东门林场，广西 崇左 532108)

摘要采用室内水培试验法，研究了铝处理对广西2个优良桉树无性系(Eucalyptus grandis×E.urophylla No.9和E. urophylla No.4，分别记为G9、G4)根系及叶片内CAT、POD的影响，为进一步揭示速生桉对铝毒害的响应机制及选育耐铝型速生桉优良无性系提供参考，结果表明：(1)桉树叶片中CAT、POD对活性氧的清除起主要作用，而POD对铝处理最为敏感，CAT对铝处理最不敏感，在根和叶中均有此规律。(2)铝处理下，2个桉树无性系根、叶内CAT、POD活性均发生变化，变化幅度差别较大，不同酶在不同部位对铝毒害的响应程度不一致，CAT在根内对铝处理响应较强，POD在G9叶内及G4根内对铝处理响应较强。

关键词桉树；铝处理；抗氧化酶

1研究目的与意义

铝毒害间接导致一些对植物正常生理活动至关重要的酶活性改变，最终造成经济损失 。桉树是世界著名的速生树种，也是重要的纤维原料重要材种，而广西是中国主要桉树引种推广区，也是中国主要木材战略基地。巨尾桉(Eucalyptusgrandis×E.urophylla)是广西壮族自治区国有东门林场以巨桉为母本、尾叶桉为父本杂交培育成的优良无性系，广林巨尾桉9号(E.grandis×E.urophyllaNo.9)由于其生长迅速，树干通直，枝下高高等优点被广西林木良种委员会审定为林木良种，在广西区及其周围地区普遍种植。尾叶桉(E.urophylla)是我国华南地区桉树人工林的主要树种，具有速生丰产和有极旺盛的萌芽力，一次造林多代萌芽收获等特点，主要用于纸浆材、顶木用材等。本研究结果表明在pH 5.0、120 mg/LAl3+处理下，与对照(pH 5.0、0 mg/LAl3+)相比，2个速生桉无性系耐铝性表现为：巨尾桉广林9号>>尾叶桉广林4号。不同的植物或不同植物基因型对Al毒的耐性存在着显著的差异。在植物的抗性机理研究中，保护酶系统CAT、POD的变化已广泛作为指示植物抵御逆境伤害的指标，并在国内外已有大量报道，但在铝处理下同时对桉树对这两种抗氧化酶活性进行测定比较研究还未见报道。

本研究采用室内水培试验法，以广西栽植的2个桉树优良无性系(巨尾桉9号，尾叶桉4号)为研究对象，研究铝处理条件下2个桉树无性系体内一系列防御酶活性变化规律，探讨巨尾桉9号和尾叶桉4号的耐铝机制及铝处理下2种抗氧化酶、在其根和叶器官中的差异，旨在为桉树的耐铝机理深入研究提供资料，对筛选耐铝型桉树优良无性系以及建立桉树耐铝性的评价标准具有重要理论意义和实践意义，并为进一步应用基因工程技术提高植物耐铝能力奠定基础，也为其他林木耐铝种质的筛选和改良提供参考。

2材料与方法

2.1　试验材料和仪器

试验材料：(巨尾桉9号和尾叶桉4号，分别记为G9、G4)，均为2个月生苗木。

试验试剂：三氯乙酸(TCA)、硫代巴比妥酸(TBA)、 磷酸氢二钠(Na2HPO4)、磷酸二氢钠(NaH2PO4)、甲硫氨酸(C5H11O2NS)、氮蓝四唑(NBT)、乙二胺四乙酸二钠(EDTA-Na2)、核黄素、愈创木酚、邻苯二酚、H2O2、抗坏血酸(AsA)、AlCl3、CaCl2等。

试验仪器设备：离心机、pHS-3C型精密pH计、恒温水浴锅、电子天平、725-771超低温冰箱、紫外分光光度计、离心管、比色皿等。

2.2　试验设计

桉树苗木水培试验于2014年11月中旬至2015年1月中旬在广西大学林学院实验室进行，采用口径为20 cm、高度25 cm、容积约为2L的塑料桶，使用黑色培养袋将桶的下部以及桶身遮光处理，并使用珍珠棉作为固定材料，根据培养桶的大小在其四周均匀打孔，孔径约为1 cm，以较好的固定苗木，在桶盖中央打直径约为1.5 cm的孔，将乳胶管和通气头插入其中。通气装置为医用乳胶管连接砂头，采用一管与多个砂头相连，再与增氧气泵连接。

取2个月生桉树幼苗用清水清洗根部，先用0.5%多菌灵消毒20 min，再用蒸馏水漂洗3次之后将其放入培养桶中，将3株苗木放入珍珠棉的1 cm小孔中，使用霍格兰德营养液(见表1)对桉树幼苗进行培养液培养，每3 d更换1次营养液。

水培40 d后，选取生长良好、叶片及根系生长健康的桉树幼苗，进行实验处理，铝离子浓度设为120 mg·L-1，以AlCl3·6H2O(1.0708 g·L-1)形式加入，以pH 4.0，0.5 mmol·L-1CaCl2的基本处理液为对照(CK)，处理24 h后取样测定相关指标。

表1　Hoagland营养液配方

注：按以上配方将硝酸钾、硫酸镁和磷酸二氢铵混合配成200倍母液，微量元素配成2 000倍母液，单独将四水硝酸钙和螯合铁盐各配成400倍母液(铁盐避光保存)，用时稀释即可

2.3　指标测定及方法

测定0 mg·L-1、120 mg·L-12个浓度铝胁迫条件下，巨尾桉9号，尾叶桉4号根和叶片内CAT、POD两种抗氧化酶活性及其变化值。

2.4　数据统计分析

使用Excel统计桉树苗期叶片和根部CAT、POD两种抗氧化酶活性数据，运用SPSS软件进行单因素方差分析。

3结果与分析

3.1　铝处理下2个桉树无性系CAT活性的影响

过氧化氢酶(CAT)为重要的保护酶，尤其具有清除活性氧(H2O2)对膜脂的攻击能力。

从图1可见，有无铝处理下，2个桉树无性系叶内CAT活性均比根中高，说明CAT在叶中对活性氧的清除起有更为重要的作用；铝处理下，2个桉树无性系苗的CAT活性均高于对照，以根内的CAT活性变化幅度较叶片内明显，其中：巨尾桉9号(G9)根内CAT活性最低，为76.44 U·min-1·g-1FW，叶内CAT活性最高达到327.54 U·min-1·g-1FW，G9和尾叶桉4号(G4)根内CAT活性分别为对照组的1.53倍和1.60倍，叶内CAT活性分别为对照组的1.13倍和1.34倍。这表明，CAT活性在根内的铝毒应激性较强，而2个无性系之间在根内的差异则不明显，叶内表现以G4较好。

方差分析结果显示(表2)，铝处理下2个桉树无性系苗木根、叶内CAT活性与对照之间均达到极显著差异(P<0.01)，这表明铝毒害对植物根和叶的正常生理代谢均产生了显著影响，而CAT对铝处理的伤害产生了显著的响应作用。在相同的铝处理下，尽管G9叶内CAT活性极显著高于G4 (表2)，但在叶内活性氧的清除能力上，G4优于G9(图1)。这表明不同无性系对Al的耐受性与其酶活性的高低并没有直接的联系，而是与酶的变化值密切相关。

表2　铝处理下桉树根、叶CAT活性单因素方差分析结果

注：无性系之间差异仅在铝处理(120 mg·L-1)条件下进行比较，下同

3.2　铝处理对两个桉树无性系POD活性的影响

过氧化物酶(POD)是植物体内普遍存在的、活性较高的一种酶，它与呼吸作用、光合作用及生长素的氧化等都有密切关系。图2显示，有无铝处理下，两个桉树无性系叶中POD活性均比根中高，这证实了POD对叶内活性氧的清除更为重要；相同铝浓度处理下，G9根内POD活性略高于G4，而在叶内略低于G4，这一变化与CAT刚好相反。铝处理下，两个桉树无性系苗的POD活性均高于对照，叶内的POD活性变化幅度较根内明显，其中：G4叶内POD活性最高，为373.40 U·min-1·g-1，G4根内POD活性最低，为71.93 U·min-1·g-1，G9和G4根内POD活性分别为对照组的1.68倍和2.11倍，叶内POD活性分别为对照组的2.31倍和1.66倍。表现为G4根部对铝处理的应激性强于G9，而G9叶片对铝处理的应激性却强于G4，这说明POD在不同无性系的不同器官中对铝处理的响应机制存在差异。

方差分析结果显示(表3)，铝处理条件下，桉树两个无性系幼苗根、叶中POD活性与对照之间差异均为极显著(P<0.01)，与CAT相似，铝对植物的根和叶中正常生理代谢产生了显著影响，保护酶POD对铝处理的伤害产生了积极的响应作用。在相同的铝处理下，G9根内POD活性高于G4，但在根内活性氧的清除能力上，G4优于G9，在叶内的表现则相反。这表明不同无性系对Al的耐受性与其酶活性的高低并没有直接的联系，而是与酶的变化值密切相关。

表3　铝处理下桉树根、叶POD活性单因素方差分析结果

4结论与讨论

4.1　有无铝处理下，两个桉树无性系幼苗根及叶内抗氧化酶活性存在如下规律：叶内CAT、POD活性高于根，说明CAT、POD在叶中对活性氧的清除起有更为重要的作用，且POD活性对铝处理最为敏感。

4.2　铝处理下，2个桉树无性系根、叶中CAT、POD活性均发生变化，变化幅度差别较大，不同酶在不同部位对铝毒害的响应程度不一致：CAT在根内变化幅度大于叶内，其在根内对铝处理的应激性较强；而POD在G9根中变化幅度较叶小，在G4根中变化幅度较叶大，即POD在G9叶内及G4根内对铝处理响应较强。在正常条件下，植物能有效地清除体内的活性氧自由基，使细胞免受伤害，但在逆境或胁迫条件下，植物体内的活性氧自由基产生速度超过了植物清除活性氧的能力，便会引起伤害。铝胁迫下植物体内保护酶活性高低与植物铝毒耐性成正相关。保护酶活性较高，表明植物体内氧自由基清除能力较强，膜脂过氧化水平稳定，植物耐铝性好。为了降低胁迫所造成的氧化伤害，植物进化出一套抗氧化保护系统，其中包括非酶类低分子量抗氧物质，及抗氧化酶系统作为抗氧化保护的一个组成部分，整个抗氧化保护酶系防御能力取决于各酶活性及其彼此间的综合协调。

参考文献：

[1]郭天荣, 张国平, 卢王印, 等. 铝胁迫对不同耐铝大麦基因型干物质积累与铝和养分含量的影响.植物营养与肥料学报,2003,9(3):324-330

[2]蒋淑磊.丹红杨和巨尾桉组织培养技术的研究.长沙：中南林业科技大学,2009

[3]王鹏良,姜福星,蔡玲,等.广林巨尾桉9号遗传转化体系的建立.林业科技开发,2013,27(3):76-80

[4]江松远,杨曾奖,徐大平.施肥对尾叶桉萌芽林生长的影响.林业科学研究，2002,15(6):666-671

[5]曹洪法,高吉喜,舒俭民.铝对马尾松幼苗影响的研究.生态学报,1992,12(3):239-246

Effect of Aluminum Stress on Two Antioxidase (CAT and POD)

inEucalyptusspp. Seedlings

Lan Xiongbin

(State-Owned Dongmen Forest Farm, Guangxi Zhuang Autonomous Region,Chongzuo 532108,China)

AbstractThe effects of aluminum (Al) stress on CAT and POD of root and leaves for two superior clonal Eucalyptus spp. seedlings (Eucalyptus grandis × E.urophylla No.9 and E. urophylla No.4, simplified as G9 & G4) were studied by adopting indoor hydroponics test method. In order to further reveal the response mechanism of fast-growing Eucalyptus spp. on Al toxicity and provide reference for selecting the excellent aluminum-resistant clones, the main result is follows:(1) the POD and CAT in the leaves of Eucalyptus spp. have the main effect on the scavenging activity of oxygen, and POD is the most sensitive to the treatment of CAT. (2) under the treatment of Al,the activities of CAT and POD in the roots and leaves of the two clones of Eucalyptus spp. changed;change width vary greatly;response degree of different parts for different enzymes are inconsistent;the response of CAT on aluminum treatment in the roots is very strong;the response of POD on aluminum treatment in the leaves of G9 and root of G4 is very strong.

Key wordsEucalyptus spp.;Al stress;antioxidase

作者简介：蓝雄彬(1987-)，男，广西贵港人，大学，助理工程师，现从事苗木培育和营造林工作.

收稿日期：2015-11-10

中图分类号：S792.39

文献标识码：A

doi:10.13601/j.issn.1005-5215.2016.01.009

文章编号：1005-5215(2016)01-0022-03