抗氧化酶对百合鳞茎破眠的影响研究

陈业雯+刘芳+高玉刚+汪志强+李雨琦+谢守峰+陈学武+杨瑾

摘 要：该文主要研究了休眠的细叶百合鳞茎在低温5℃贮藏过程中，抗氧化酶及呼吸代谢与鳞茎休眠进程的关系。结果表明，鳞茎呼吸速率在冷藏2周后显著下降，2～12周随着贮藏时间的延长呼吸速率逐渐上升。SOD活性在冷藏2～6周呈下降趋势，6～12周后逐渐增加。CAT活性4周最高，POD 活性在贮藏过程中逐渐降低。鳞茎ASP活性则表现为先升高后降低的趋势，PPO活性在贮藏初期平缓下降。4周后逐渐上升，整个冷藏期PAL活性平稳波动。鳞茎贮藏过程中呼吸速率与SOD、POD、PAL呈正相关性，呼吸速率与CAT、ASP、PPO均表现为负相关性。

关键词：细叶百合；鳞茎；低温贮藏；抗氧化酶

中图分类号 S68 文献标识码 A 文章编号 1007-7731（2016）06-15-03

Effects of Antioxidant Enzymes on Bulb Dormancy-broken in Lilium pumilum

Chen Yewen1 et al.

（1College of Agriculture，Heilongjiang Bayi Agricultural University，Daqing 163319，China）

Abstract：The changes of respiratory rate and antioxidant enzymes activity of Lilium pumilum during bulb dormancy breaking at 5℃ were studied. Results showed that the respiration rate decreased observably at 2w，respiration rate increased with the extension of cold storage time within 2～12w，SOD activity of scales was falling within 2～6w，and on the rise in 6～12w. The maximum value of CAT activity rose at 4w，POD activity had a downward trend during cold storage，ASP activity rose first and falled later，PPO activity had a trend of gentle decline during early storage，increased after 4w，PAL activity changed smoothly in the whole cold storage period. Respiratory rate and SOD，POD，PAL were characterized by positive correlations. Respiratory rate and CAT，ASP，PPO were in the form of negative correlation.

Key words：Lilium pumilum；Bulb；Low temperature storage；Antioxidant enzymes

百合是重要的园林应用花卉，其具有良好的食用、药用、观赏价值。百合鳞茎具有秋季收获后休眠、春季复苏破眠的特性，已有很多学者从鳞茎内部细胞组织结构、核酸、碳水化合物及相关酶的生理生化代谢方面对其进行了系统的研究；超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）和过氧化氢酶（CAT）等抗氧化酶类在百合鳞茎休眠解除过程中也具有重要的作用。乔永旭等[1]指出抗坏血酸过氧化物酶（ASP）和POD的活性在百合鳞茎低温解除休眠过程中先上升后下降。孔红梅等研究表明，随着贮藏期的延长，鳞茎盘PAL活性下降，顶芽与鳞片的 PAL活性有增加趋势[2]。植物破眠过程中，多种活性氧代谢相关基因进行表达[3-4]，H2O2在活化戊糖磷酸途径中起重要作用[5]。因此，冷藏过程中活性氧变化与抗氧化酶代谢可能影响百合鳞茎休眠。百合鳞茎破眠过程的呼吸代谢与抗氧化酶之间的联系尚不清楚，为此，本文研究了呼吸代谢以及抗氧化酶对百合鳞茎破眠的影响，以期为明确百合鳞茎休眠机制提供理论依据。

1 材料与方法

供试材料为从凌源引种的野生种细叶百合，鳞茎周径4～6cm。2015年10月中旬，采收细叶百合休眠鳞茎置于5℃冰箱中贮藏。贮藏期间，每2周取样一次，每次随机取6个鳞茎的中部鳞片，测定抗氧化酶活性，取6个鳞茎测定呼吸速率，各指标均3次重复。呼吸速率测定采用王晶英等[6]的方法，SOD活性测定采用高俊凤[7]的方法，ASP活性测定参照沈文飚[8]的方法。采用紫外分光光度法[9]测定CAT活性，愈创木酚法[10]测定POD活性，儿茶酚法[10]测定PPO活性，巯基乙醇法[10]测定PAL活性。试验数据采用Excel和SPSS软件进行计算和处理。

2 结果与分析

2.1 百合鳞茎冷藏过程中呼吸代谢变化 由图1可以看出，百合鳞茎在贮藏0周时呼吸速率可达12.684CO2mg·kg-1·h-1，此时期呼吸速率显著高于其他贮藏时期；鳞茎贮藏2周时呼吸速率较采收时有较大幅度降低，此时呼吸速率仅为5.36CO2mg·kg-1·h-1；鳞茎贮藏2～12周呼吸速率呈逐渐上升的趋势，鳞茎贮藏12周时，呼吸速率也远远低于采收时期。2～8周各时期内呼吸速率差异不显著，但与0、12周相比都有显著差异，12周呼吸速率与其他各时期均有显著差异。

<＼＼Pc10＼工作盘 （E）＼姜秀红＼杂志＼安徽农学通报杂志＼2016-6农学通报内文＼s85-1.eps>[呼吸速率（Co2mg·kg-1·h-1）]

图1 冷藏过程中百合鳞茎呼吸代谢变化

注：不同字母代表0.05水平上的显著差异性。

2.2 百合鳞茎冷藏过程中抗氧化酶活性变化 从表1可知，鳞茎内抗氧化酶活性在整个贮藏过程中变化趋势都不相同。SOD活性在冷藏2～6周呈下降趋势，6～12周后逐渐增加，贮藏后期仍较前期低，各时期内没有显著差异。鳞茎CAT活性贮藏初期较低，0～10周内CAT活性呈先先上升后下降的抛物线变化，4周活性最高，与贮藏0、10、12周有显著差异。POD活性贮藏过程中逐渐降低，4周后下降迅速，贮藏0周和12周相比差异非常显著。鳞茎ASP活性则表现为先升高后降低的趋势，4～8周上升幅度最大，8周后活性略有下降，贮藏8周与0、12周有显著差异。PPO的活性在贮藏初期表现为平缓下降，4周后逐渐上升，贮藏8周后增加幅度明显。鳞茎贮藏期PAL活性呈现平稳的波动性变化，各时期均比贮藏0周活性低，贮藏4～6周活性一直保持较低水平。

表1 鳞茎抗氧化酶活性变化

[处理时间

（周）＼&超氧化物歧化酶SOD

（U·g-1 fw·min-1）＼&过氧化氢CAT

（U·g-1 fw·min-1）＼&过氧化物酶POD

（U·g-1fw·min-1）＼&抗坏血酸过氧化物酶ASP

（μmolAsA·g-1 fw·min-1）＼&多酚氧化酶PPO

（U·g-1 fw·min-1）＼&苯丙氨酸解氨酶PAL

（U·g-1 fw·min-1）＼&0＼&62.35±5.45a＼&0.86±0.05c＼&55.21±2.79a＼&79.43±9.05e＼&2.23±0.14b＼&3.96±0.31a＼&2＼&56.15±4.13a＼&1.25±0.12ab＼&54.35±6.50ab＼&83.21±9.36e＼&2.19±0.11b＼&3.82±0.33a＼&4＼&55.86±4.39a＼&1.32±0.17a＼&54.16±2.34ab＼&112.03±12.72d＼&2.03±0.47b＼&3.24±0.26b＼&6＼&53.24±6.20a＼&1.29±0.06a＼&51.42±3.38ab＼&185.47±17.28c＼&2.39±0.37b＼&3.26±0.35b＼&8＼&53.87±6.76a＼&1.15±0.09ab＼&50.06±4.06ab＼&265.34±12.99a＼&3.46±0.48a＼&3.74±0.09ab＼&10＼&56.13±4.91a＼&0.93±0.06c＼&49.12±4.74ab＼&256.33±7.16ab＼&3.62±0.10a＼&3.85±0.28a＼&12＼&57.66±4.55a＼&1.06±0.15bc＼&46.54±5.13b＼&243.26±11.59b＼&3.84±0.35a＼&3.42±0.12ab＼&]

注：不同字母代表0.05水平上的显著差异性。

2.3 百合鳞茎冷藏过程中呼吸代谢与抗氧化酶的相关性分析 从呼吸速率与鳞茎抗氧化酶的相关性分析情况能够看出（表2），鳞茎贮藏过程中呼吸速率与SOD、POD、PAL呈正相关性，呼吸速率与CAT、ASP、PPO均表现为负相关性，其中呼吸速率与SOD正相关性非常显著。各种抗氧化酶活性之间的相关性也各有不同。POD与PPO，POD与ASP之间都表现出极显著的负相关关系，PPO与ASP正相关性达到了极显著水平。可见，鳞茎冷藏复苏的过程中抗氧化酶之间并不是独立的关系。

表2 鳞茎中呼吸速率与抗氧化酶活性的相关分析

[抗氧化酶＼&呼吸速率＼&SOD＼&POD＼&CAT＼&PAL＼&PPO＼&SOD＼&0.904**＼&＼&＼&＼&＼&＼&POD＼&0.358＼&0.317＼&＼&＼&＼&＼&CAT＼&-0.738＼&-0.72＼&0.183＼&＼&＼&＼&PAL＼&0.512＼&0.503＼&0.196＼&-0.705＼&＼&＼&PPO＼&-0.191＼&-0.153＼&-0.933**＼&-0.419＼&0.131＼&＼&ASP＼&-0.397＼&-0.477＼&-0.912**＼&-0.165＼&-0.1＼&0.91**＼&]

注：**和*分别表示0.01和0.05水平的相关性。

3 讨论

酶活性变化是细胞代谢重要的源动力。本研究中，呼吸速率在冷藏后呈现逐渐上升的过程，在此过程中与前期研究鳞茎顶芽生长点细胞内线粒体的变化是一致的，随着线粒体数量的增加，生物体内活性酶反应空间和接触面积大大增加，必然会促使呼吸代谢加快。呼吸作用增强是酶活性升高的体现。当鳞茎处于低温条件下，随低温处理时间的延长细胞中产生的活性氧也会得到积累，细胞内高活性氧的不平衡动态会损伤线粒体等生物膜系统，鳞茎细胞为保护自身的结构和功能不被破坏，就会启动自身免疫调节系统，在冷藏6周后，鳞茎保护酶SOD活性逐渐升高，以降低超氧阴离子自由基（O2-），将其歧化为过氧化氢（H2O2）和分子氧。鳞茎冷藏2～8周内CAT活性较高，ASP活性上升幅度也较大，CAT、POD、ASP是清除H2O2的重要酶类，这些酶类相互协调，互补代偿，清除多余自由基，从而提供鳞茎休眠期的抗性。鳞茎内SOD活性受H2O2的含量的影响。东方百合低温冷藏期间，鳞茎中O2-的释放速率前期增加，后期下降，而H2O2含量冷藏过程中也呈现先升高后降低的趋势[1]。因此，鳞茎休眠解除可能与H2O2含量的增加及活性氧代谢有关[11-12]。PAL和PPO是酚类物质氧化重要酶，本研究PPO的活性在贮藏4周后逐渐明显上升。刘艳萍[10]指出冷藏或许改变了酚类（下转145页）（上接16页）物质代谢的相关酶活性，导致酚类物质的合成和氧化受阻，缓解酚类物质对百合鳞茎休眠解除的抑制作用，使休眠得以解除。这与本研究中PAL在冷藏后期酶活性下降是一致的。

参考文献

[1]乔永旭，张永平，陈超，等.百合鳞茎低温解除休眠与抗氧化系统酶的关系[J].西南农业学报，2010，23（1）：161-163.

[2]孙红梅，李天来，李云飞.低温解除休眠过程中兰州百合鳞茎酚类物质含量及相关酶活性变化[J].中国农业科学，2004，37（11）：1777-1782.

[3]Oracz K，El-Maarouf-Bouteau H，Kranner I.The mechanisms involved in seed dormancy alleviation by hydrogen cyanide unravel the role of reactive oxygen species as key factors of cellular signaling during germination[J].Plant Physiology，2009，150：494-505.

[4]Rojas-Beltran J A，Dejaeghere F，Abd Alla Kotb M.Expression and activity of antioxidant enzymes during potato tuber dormancy[J].Potato Research，2000，43：383-393.

[5]Levy A，Erlanger M，Rosenthal M，et al.A plasmodesmata associated β-1，3-glucanase in Arabidopsis[J].Plant Journal，2007，49：669-682.

[6]王晶英，敖红，张杰，等.植物生理生化实验技术与原理[M].哈尔滨：东北林业大学出版社，2003：72-74.

[7]高俊凤.植物生理学实验指导[M].北京：高等教育出版社，2006.

[8]沈文飚，徐朗莱，叶茂炳，等.抗坏血酸过氧化物酶活性测定的探讨[J].植物生理学通讯，1996，32（3）：203-205.

[9]邹琦.植物生理生化实验指导[M].北京：中国农业出版社，1995：36-39.

[10]刘艳萍.百合鳞茎低温解除休眠过程中生理生化变化研究[D].哈尔滨：东北林业大学，2007.

[11]高东升，束怀瑞，李宪利.几种落叶果树H2O2含量变化与自然休眠关系的研究[J].园艺学报，2002，29（3）：209-213.

[12]邵浩，马锋旺.梨树花芽休眠解除与活性氧代谢的关系[J].植物生理与分子生物学学报，2004，30（6）：660-664.

（责编：张宏民）