外源NO对干旱胁迫下茶树生理特性的影响

曹 丹，金孝芳，马林龙，刘艳丽

（湖北省农业科学院果树茶叶研究所，湖北 武汉 430064）

外源NO对干旱胁迫下茶树生理特性的影响

曹 丹，金孝芳＊，马林龙，刘艳丽

（湖北省农业科学院果树茶叶研究所，湖北 武汉 430064）

研究外源NO对干旱胁迫生理生化反应。以15%聚乙二醇 （PEG 6000）模拟干旱胁迫，0．5 mmol·L－1的外源NO供体 （SNP）处理对茶树幼苗叶片游离脯氨酸、丙二醛 （MDA）的含量及保护酶活性的影响。结果表明，一定浓度的SNP缓解干旱胁迫伤害的效果较好，显著提高了受干旱胁迫茶树幼苗叶片的保护酶 （CAT）活性和游离脯氨酸含量，并降低了MDA的含量。表明外源NO通过提高干旱胁迫下渗透调节物质含量和保护酶活性，降低MDA的含量，缓解干旱胁迫对茶树幼苗的损伤，增强植株的抗旱性。

一氧化氮；干旱胁迫；茶树幼苗；氧化损伤

茶树［Camellias sinensis（L．）O．Kuntze］属于山茶科山茶属多年生常绿木本植物，性喜湿润。我国茶区分布广泛，部分茶区四季分明，雨量和太阳辐射能周年分布不均，6月至9月常发生高温少雨、日照强烈的情况，故许多茶区都会先后出现不同程度的伏旱和秋旱。据报道，2006年因持续连晴高温天气，重庆市万盛区666．67hm2的茶园受损严重，其中约133．33hm2茶园的近720万株茶树因旱害死亡［1］。2013年7～8月的高温干旱，导致浙江省轻度、中度、重度受害茶园面积分别达7、4．92和1．94万hm2，其中重度受害中绝收死亡茶园面积达5070hm2，占受害茶园的3．66%，严重影响了夏秋茶的生产以及翌年春茶的产量［2］。故研究茶树抗旱机制对提高茶树的抗旱性，以及对茶树耐旱优良新品种的选育都有着非常重要的意义。

一氧化氮（nitric oxide，NO）是植物体内重要的生物活性分子，主要由一氧化氮合酶和硝酸还原酶催化形成。研究表明，NO参与了植物生长发育的各个生理过程，比如种子萌发、根生长、叶扩展、细胞凋亡以及植物的耐逆反应［3］。目前，已有研究表明NO可以缓解由于热激、低温胁迫及盐胁迫等对植物造成的伤害。但NO对于干旱胁迫下茶树幼苗的生理特性的研究还未见报道，本文研究外源NO对PEG 6000模拟的中度干旱胁迫下茶树幼苗的游离脯氨酸 （Pro）和丙二醛（malondialdehyde，MDA）含量以及过氧化氢酶（catalase，CAT）和超氧化物歧化酶（superoxidedismutase，SOD）活性的影响，探究外源NO对提高茶树抗旱性的作用，为阐明NO提高植物抗旱性的机理研究提供理论基础。

1 材料与方法

1．1 试验材料

供试材料为湖北省茶树种质资源圃培育的1年生茶树扦插苗，品种为鄂茶1号。

1．2 试验方法

选择长势均匀的1年生茶树扦插苗移栽到塑料小桶，每桶5株，共12桶，用清水进行水培适应，7d（确保扦插苗成活）后进行干旱胁迫，将茶苗随机分成3组。其中一组用清水培养作为对照组（CK），其余组用15%聚乙二醇（PEG 6000）溶液模拟干旱胁迫。采用小型喷雾器分别对PEG溶液培养的茶树叶面喷施浓度为0、0．5mmol·L－1的硝普钠 （SNP）溶液，对照组喷施清水，以叶片布满液滴且无下滴为宜［4－5］，叶面喷施SNP后立即进行PEG胁迫处理。PEG处理后分别在2h，4 h，6h，8h，10h采样（一芽三叶），叶片用蒸馏水冲洗，滤纸吸干表面水分后置－80℃低温冰箱保存备用。

1．3 测定指标

过氧化氢酶 （CAT）活性、总超氧化物酶（SOD）活性及丙二醛（MDA）含量分别采用过氧化氢 （CAT）测定试剂盒 （可见光法）、总超氧化物歧化酶 （T－SOD）测试盒 （羟胺法）、丙二醛（MDA）测定试剂盒（TBA法）进行测定（所用试剂盒均购自南京建成生物工程研究所），游离脯氨酸 （Pro）含量采用参照贾根良［6］的实验方法。

1．4 数据处理

实验数据采用PASW Statistics 18．0统计软件，应用单因素方差分析法进行统计学分析，组间比较采用最小显著差法（LSD），p＜0．05，认为具有统计学差异。

2 结果与分析

2．1 外源NO对干旱胁迫下茶树叶片游离脯氨酸含量的影响

由图1可知，与对照组相比，干旱胁迫处理随着时间的延长，茶树叶片中游离脯氨酸含量不断增加，增幅为31%～80%（p＜0．05）；干旱加外源NO处理的茶树叶片中游离脯氨酸含量均明显高于干旱胁迫组，增幅为23%～36%（p＜0．05），说明外源NO显著提高了干旱胁迫下茶树叶内的游离脯氨酸含量。

图1 NO对干旱胁迫下茶树叶片游离脯氨酸含量的影响Fig．1 Effect of NO on free proline in tea leaves under drought stress

2．2 外源NO对干旱胁迫下茶树叶片MDA含量的影响

如图2所示，与对照组相比，干旱胁迫组茶树叶片中MDA含量显著增加，其增幅为85%～312%（p＜0．05）；与干旱胁迫组相比，干旱加外源NO处理的MDA含量减少17%～52%（p＜0．05），其中8h时无明显差异，说明外源NO处理能降低干旱胁迫下茶树叶内的MDA含量。

图2 NO对干旱胁迫下茶树叶片MDA含量的影响Fig．2 Effect of NO on free MDA in tea leaves under drought stress

2．3 外源NO对干旱胁迫下茶树叶片抗氧化酶活性的影响

如图3和图4可知，在干旱胁迫处理下CAT和SOD的活性增加，但增量程度不同，干旱处理分别比对照增加52%～243%、1%～5%，其中10 h时，二者均比对照组低，这可能是因为在干旱胁迫下氧化酶活性呈现先升后降的趋势；干旱加外源NO处理则分别比干旱处理增加23%～167%（p ＜0．05）、3%～6%，说明外源NO处理可以显著提高CAT的活性，以减轻干旱胁迫对茶树的伤害。

图3 NO对干旱胁迫下茶树叶片CAT活性的影响Fig．3 Effect of NO on CAT activity in tea leaves under drought stress

图4 NO对干旱胁迫下茶树叶片SOD活性的影响Fig．4 Effect of NO on SOD activity in tea leaves under drought stress

3 讨论

植物叶片的形态和生理的变化可以反映其受干旱等逆境胁迫的程度［7－8］。在干旱胁迫处理过程中，通过对植株叶片进行形态观察、脯氨酸和MDA含量等的测定，确保了干旱胁迫处理合理可靠。本研究显示，随着干旱胁迫时间的延长，Pro和MDA含量显著增加，抗氧化酶CAT和SOD活性也增强，这说明干旱胁迫持续时间影响了茶树对干旱胁迫的响应；本研究还发现，干旱胁迫不同阶段茶树具有不同的形态及生理响应特征。

脯氨酸是植物在逆境下最为有效的渗透调节物质之一，具有稳定生物大分子结构、维持水分、降低细胞酸性、降低渗透压、防止植物脱水、解除毒氨以及提供代谢能源及合成蛋白质的碳源和氮源［9］；脯氨酸在一定程度上反映了植物的抗逆性，故植物在受到干旱胁迫时，其含量的增加有利于防止植物脱水，保持细胞水分，缓解细胞酸化，提供代谢能源及蛋白质合成的原料［10－12］。本试验表明，茶树叶片脯氨酸的含量随着干旱胁迫时间的延长而增加，这与杨华［1］，刘玉英等［13］的研究结果基本一致；外源NO提高了干旱胁迫下茶树幼苗体内脯氨酸的含量，减轻了干旱对细胞产生的伤害。这可能与NO可提高谷氨酰激酶底物γ－谷氨酰磷酸合成活力有关，γ－谷氨酰磷酸与脯氨酸累积成正相关［14］。植物细胞可以通过多种途径产生H2O2等活性氧，和H2O2又可进一步发生化学反应生成毒性更强的羟基自由基 （OH），该自由基可将脂肪酸氧化成有毒的过氧化物，破坏生物膜，导致MDA累积。当环境遭到胁迫时，植物会发生质膜过氧化，其终产物MDA可与细胞膜上的蛋白质、酶等物质结合或交联而使之失活，进而破坏生物膜的结构与功能［15－16］，MDA含量可作为反映细胞膜脂过氧化作用和质膜损伤程度的重要指标［17－18］。在本试验中，干旱加外源NO处理的茶树叶片MDA的含量低于干旱胁迫组，说明外源NO抑制了干旱胁迫下茶树叶片膜脂化氧化损伤，提高了茶树的抗旱性。

逆境胁迫可引起植物细胞活性氧 （ROS）急剧增加，过量的活性氧能导致蛋白质、DNA以及脂类的氧化损害，并最终引发细胞死亡［19］。抗氧化酶系统的协调作用可清除过剩的氧自由基，防止细胞受到损伤［20－21］。CAT可以分解逆境胁迫中产生的H2O2，从而减少干旱胁迫对植物细胞的损伤［2］。SOD对清除生物体内的超氧离子基团、防御活性氧及其它氧化物自由基对细胞膜的伤害具有重要的作用。本研究中，在干旱胁迫下，外源NO处理可显著提高茶树叶片的CAT活性，这可能是由于NO作为信号分子调控抗氧化酶基因的表达［］。

参考文献

［1］杨华 ．名山白毫茶树品种对干旱胁迫的生理生态相应 ［D］．雅安：四川农业大学，2007．

［2］周琳，徐辉，朱旭君，等 ．脱落酸对干旱胁迫下茶树生理特性的影响［J］．茶叶科学，2014，34（5）：473－480．

［3］Corpas F J，Barroso JB，Valderrama R，et al．Constitutive arginine－dependent nitric oxide synthase activity in different organs of pea seedling during plant development［J］．Planta，2006，224（2）：246－254．

［4］李杨瑞 ．甘蔗应用乙烯利增产增糖的技术及机理 ［M］．北京：中国农业出版社，2006：1－9．

［5］李永健，杨丽涛，李杨瑞，等 ．不同时期喷施乙烯利对甘蔗生长主要农艺性状及抗旱性的影响［J］．甘蔗，2002，（9）：12 －18．

［6］贾根良，代惠萍，冯佰利，等．PEG模拟干旱胁迫对糜子幼苗生理特性的影响［J］．西北植物学报，2008，28（10）：2073 －2079．

［7］Corina H K，Carlos CV，Enrique I L，et al．Analysis of gene expression and physiological responses in three Mexican maize landraces under drought stress and recovery irrigation［J］．Plos One，2009，（4）：7531．

［8］Sperdouli I．，Moustakas M．Interaction of proline，sugars，and anthocyanins during photosynthetic acclimation of Arabidopsis thaliana to drought stress［J］．Journal of Plant Physiology，2012，（169）：577－585．

［9］黎大爵．甜高粱可持续农业生态系统研究 ［J］．中国农业科学，2002，35（8）：98－102．

［10］李芳红，乔文兰，王瑞贞，等 ．干旱胁迫下草地早熟禾幼苗几种抗旱性指标的变化 ［J］．延安大学学报，2007，26 （3）：70－72．

［11］汝红，薛艳妮，常海飞，等 ．干旱胁迫下黑麦草幼苗几种抗旱性指标的变化 ［J］．延安大学学报 （自然科学版），2009， 28（4）：86－88．

［12］LEVITT J．Response of Plants to Enviromental Stress［M］．New York：Academic press，1980：300－590．

［13］刘玉英，徐泽，罗云米．干旱胁迫对不同茶树品种生理特性的影响［J］．西南农业学报，2010，23（2）：387－389．

［14］Kavi Kishorl P B，Sangaml S，Amrutha R N，et al．Regulation of proline biosynthesis，degradation，uptake and transport in higher plants：Its implications in plant growth and abiotic stress tolerance［J］．Current Science，2005，88（3）：424－438．

［15］邓旭，董晨，张广明 ．干旱对两种金花茶幼苗抗氧化能力及渗透物质含量的影响［J］．热带作物学报，2012，33（6）：1034－1039．

［16］董喜存，李岩，李文建，等 ．聚乙二醇模拟干旱对甜高粱幼苗丙二醛、脯氨酸含量的影响 ［J］．云南农业大学学报，2010，25（4）：726－730．

［17］乌兰巴特尔，张力君，张少英，等 ．植物生理学实验指导［M］．内蒙古自治区：内蒙古农业大学植物生理学教研室，2005：167－171．

［18］荣少英，郭蜀光，张彤．干旱胁迫对甜高粱幼苗渗透调节物质的影响［J］．河南农业科学，2011，40（4）：56－59．

［19］Geehev T S，Hille J．Molecular basis of plant stress［J］．Cellular and Molecular Life Sciences，2012，（69）：3161－3163．

［20］陈少瑜，郎南军，贾利强，等 ．干旱胁迫对坡柳等抗旱树种幼苗膜脂过氧化及保护酶活性的影响 ［J］．植物研究，2006，26（1）：88－92．

［21］李阳，齐曼·尤努斯，安萍 ．渗透胁迫对新疆大果沙枣幼苗叶片膜脂过氧化及膜保护酶的影响 ［J］．新疆农业大学学报，2005，28（2）：47－50．

［22］Neill S J，Desikan R，Hancock J T．Nitric oxide signa－ling in plants［J］．New Phytologist，2003，（159）：11－35．

Effect of Exogenous Nitric Oxide on Physiological Characteristics of Tea Plants under Drought Stress

CAO Dan，JIN Xiao－fang＊，MA Lin－long，LIU Yan－li
（Fruit and Tea Research Institute，Hubei Academy of Agricultural Sciences，Wuhan，Hubei 430064，China）

Physiological and biochemical responses of tea plants to drought stress by addition of nitric oxide（NO）in soil were studied．Under a simulated drought stress by adding 15%PEG 6000to the soil，the effects of 0．5mmol· L－1SNP on the activities of protective enzymes as well as the contents of free proline and MDA in the leaves of the tea seedlings were determined．The results showed that，with the NO addition，the activity of CAT and content of free proline in leaves increased significantly，while MDA decreased．It suggested that the exogenous NO enhanced the tolerance of the tea seedlings to drought via an increase in enzymatic activity，the osmotic adjustment by added substances，and a reduction on MDA．

NO；drought stress；tea seedling；oxidative damage

S571．1；Q945．78

：A

：2096－0220（2016）02－0076－03

2016－03－25初稿；2016－05－25修改稿

湖北省农业科技创新中心项目（2016－620－000－001－032）；湖北省农科院青年科学基金（2016NKYJJ24）。

曹丹（1988－），女，硕士，主要从事茶树逆境生理、茶树资源与育种研究。E－mail：skyiswide＠163．com

＊通讯作者：金孝芳（1982－），男，助理研究员，主要从事茶树种质资源与遗传育种研究。E－mail：jxf1130＠126．com