高温胁迫对杨树保护酶活性的影响

高榕择++邹吉祥++赵丹++李新林++盛莉

摘 要：为了研究高温胁迫对杨树保护酶系统活性的影响，以小胡杨和大叶杨一年生嫩枝为材料，经高温胁迫处理后分别测定各叶片中保护酶活性。结果表明：当杨树叶片处于35 ℃时，SOD酶与POD酶协同作用，在耐热性方面起主要作用；大于45 ℃时，CAT酶在耐热性方面起主要作用。本研究可为耐高温杨树品种的选育和引种栽培提供理论依据。

关键词：杨树；高温胁迫；超氧化物歧化酶；过氧化物酶；过氧化氢酶

中图分类号：Q945 文献标识码： A DOI 编码：10.3969/j.issn.1006-6500.2016.03.003

杨树（Populus）为杨柳科杨属植物落叶乔木的统称[1]，是世界上分布最广、适应性最强的树种之一，而我国是世界上杨树栽培面积最大的国家[2]。本研究选取的杨树中，大叶杨为落叶乔木，根系发达，萌芽力强，生长较快，是杨属植物中寿命最长的树种，长达200年，且耐烟尘、抗污染能力强[3]。小胡杨是杨树中最耐盐碱、耐大气干旱较强的树种，是我国荒漠地带沙漠盐碱地区的重要森林资源[4]。

目前，对杨树的研究主要集中在产品的加工利用和新品研发，以及对抗冷害胁迫等方面[5]。对其适应高温胁迫生理生化的研究相对较少，大多是对光合作用所产生影响的研究[6]。近年来，温室效应导致全球气温上升，因此，研究高温胁迫对保护酶系统活性的影响极为重要[7]，同时对杨树抗高温胁迫的基础理论研究具有重大意义。本试验通过对杨树的水培枝进行不同高温温度梯度的处理，深入微观的领域对杨树保护酶系统的酶活性进行测定分析，探讨保护酶系统与抗逆性的关系，为促进杨树耐高温机理研究提供依据。

1 材料和方法

1.1 试验材料

2015年5月在大连民族大学苗圃采集生长健壮、叶芽多且发育状态相似的小胡杨和大叶杨一年生枝条，采枝长度在50 cm左右，消毒后在改良版霍格兰营养液中水培。

1.2 试验方法

小胡杨和大叶杨枝条水培3 d后，选取水培后生长状态一致的枝条剪取其顶部20 cm幼嫩部分在光照培养箱中25 ℃进行预处理1 d，将预处理枝条置于光照培养箱中高温处理（25，35，45，55 ℃），每个处理2 h。各温度梯度进行高温处理完毕后，立即测定小胡杨和大叶杨叶片的酶活性，3次重复。测定方法：超氧化物歧化酶（SOD）活性测定采用氮蓝四唑光还原法[8]；过氧化氢酶（CAT）活性测定采用紫外分光光度法[8]；过氧化物酶（POD）活性测定采用愈创木酚法[8]。

1.3 数据处理方法

试验数据用Excel软件整理后，采用SPSS 22.0进行单因素方差分析（ANOVE）。

2 结果与分析

2.1 高温胁迫下两种杨树外部形态的变化

不同高温胁迫处理下，两种杨树水培枝条的叶片外部形态均发生了明显变化。小胡杨和大叶杨的水培枝条在55 ℃胁迫处理2 h后，叶片均出现严重萎蔫现象，叶片受损程度严重几近死亡状态，叶片边缘发黄，卷曲严重。在45 ℃胁迫处理下，两种杨树的叶片下垂，叶片边缘发黄、卷曲，其中大叶杨水培枝条下部叶片萎蔫状态较小，胡杨严重。35 ℃胁迫处理下，两种杨树的叶片颜色无变化，叶片外表鲜亮，枝条底部的大叶片外观上无变化，生长状态良好，然而顶部的嫩叶均有轻微的卷曲。在25 ℃处理下，两种杨树的叶片外表鲜亮，叶片外部形态均无明显变化，叶色浓绿，生长状态良好。

2.2 两种杨树叶片的SOD酶活性检测结果

从图1可以看出，小胡杨和大叶杨SOD酶活性随着温度的升高呈先升高后下降再上升的趋势，随着温度的升高，胁迫程度增大，SOD酶活性受到影响，SOD酶活性在35 ℃时出现最大值，此时两种杨树水培枝条从外观看均未受到较大伤害，生长状态还处于旺盛阶段，说明可通过提高SOD酶活性来清除细胞内部的活性氧类物质。在45 ℃和55 ℃下两种杨树SOD酶活性与对照组相比还是处于升高水平，其中大叶杨叶片样品在45 ℃出现最低值。

2.3 两种杨树叶片的CAT酶活性检测结果

从图2可以看出，随着胁迫温度的增加，CAT酶活性呈波动状态，在不同胁迫温度下CAT酶活性在35 ℃时出现最小值，在45 ℃时出现最大值，说明杨树在遭受热胁迫后抗氧化酶开始发生作用。在55 ℃时，CAT酶活性急剧下降至低于25 ℃的水平，而在55 ℃的高温条件下两种杨树的叶片组织都受到相当大程度的损伤，从外观上看叶片已趋近于死亡。随着胁迫温度的变化，由于种间差异的影响CAT酶作用的温度范围与SOD酶不同。

2.4 两种杨树叶片的POD酶活性检测结果

由图3可以看出，在叶片处于不同的高温胁迫处理后，两种杨树POD酶活性在35 ℃出现最大值，当胁迫温度高于45 ℃时，POD酶活性又逐渐升高，说明两种杨树的POD酶发挥显著作用的温度主要集中于35 ℃之前和45 ℃之后这两个温度区域，POD酶与SOD酶活性呈现相同变化趋势。

3 结论与讨论

当植物生活在正常的环境中时，其细胞内的代谢活动也有条不紊地有序进行。植物遭受逆境胁迫的主要特征是活性氧代谢的失调，活性氧的产生与清除这一动态平衡遭到了破坏，导致细胞内活性氧大量积累而使细胞受到氧胁迫[9]，此时细胞内由抗氧化酶组成的保护酶系统会发挥作用，及时清除掉这些对细胞有害的物质，维持细胞内环境，保证细胞处于稳定的状态。抗氧化系统的代谢与植物的抗热性密切相关[10]。高温胁迫可导致植物叶片光合色素降解，活性氧积累，膜脂过氧化程度加重[11-12]。当植物长期处于高温胁迫状态下，活性氧类物质含量超出保护酶系统的能力范畴，细胞就会遭受氧化损伤，出现一系列的代谢变化[13]。

本研究发现，当杨树叶片处于35 ℃时，SOD酶与POD酶协同作用，在耐热性方面起主要作用，酶活性同时显著提升并达到峰值来抵抗细胞内暴发的大量的活性氧，保护叶片组织免受氧化损伤。当在45 ℃时，CAT酶活性在耐热性方面起主要作用，此时SOD酶与POD酶的活性同时下降，CAT酶活性则大幅度上升，分解H2O2并清除多余的活性氧类物质，增强细胞对热胁迫的抵抗能力。为了消除过量活性氧，维持其自由基代谢系统平衡，各种酶活性产生了相应的变化。