干旱胁迫下外源褪黑素对大豆苗期抗氧化酶的活性影响*

邹京南，金喜军，曹亮，何松榆，于 奇，张玉先

（黑龙江八一农垦大学农学院，黑龙江 大庆 163319）

近年来随着全球气候的变暖，使得干旱对作物生长的胁迫加剧。干旱是指在植株叶片蒸腾和其他生育进程所需水分高于根系吸收水分，导致植物含水量降低，从而影响植物正常生长发育的一种伤害[1]。大豆是一种富含蛋白质的豆科作物，具有一定的营养价值，在我国农业生产中占有重要地位，而干旱胁迫是大豆产量和产量稳定性的主要制约因素。干旱胁迫会降低大豆植株叶面积，破坏细胞膜结构稳定性，影响分生组织细胞的分裂、增殖和伸长，从而影响大豆植株的生长发育速率[2]。

在干旱条件下，植物体内会产生大量活性氧,导致膜脂过氧化，核酸等分子和蛋白质的损伤，植物在抵御不良环境时形成了相对的抗逆境机制,产生了由酶促和非酶促组成的抗氧化防御系统，酶促反应系统包括超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化氢酶（CAT）、过氧化物酶（POD）等，它们是酶促反应系统的重要组成成分，它们的协同作用可以有效的清除OH-、O2-、H2O2等自由基[3]。非酶促反应系统中参与活性氧清除的抗氧化物包括谷胱甘肽、抗坏血酸等[4]。

近年来研究发现，褪黑素可以诱导植物提高其抗氧化能力，从而提高其抗旱性。褪黑素是广泛存在于动植物体内的一类内源吲哚胺。随着褪黑素研究的发展[5]，人们发现褪黑素在植物体中具有多重生理功能，它可以调节植物的光周期、保护叶绿素、具有类似于吲哚乙酸的生长调节作用[6-7]。目前研究认为，褪黑素主要通过提高植物抗氧化酶的活性[8]，清除活性氧自由基以及产生一些渗透调节物质等来提高植物的抗逆性[9]。如褪黑素能够提高盐胁迫下哈密瓜和水稻幼苗叶片抗氧化酶活性[10]，可以通过提高盐胁迫下黄瓜种子的超氧化物歧化酶的活性（SOD）和过氧化物酶的活性（POD）来提高其发芽率[11]，可以有效清除过量的过氧化氢和降低丙二醛含量来减轻干旱胁迫对小麦幼苗造成的细胞膜伤害[12]。本实验通过测定干旱胁迫下叶片喷施褪黑素后大豆叶片抗氧化酶活性变化来确定外源褪黑素对大豆幼苗叶片抗氧化酶活性的影响。

1 材料与方法

1.1 供试材料

本次试验的材料是大豆（Glycine max（Linn.）Merr.），供试品种为大豆干旱敏感型绥农26。

1.2 方法

试验于2018年5月20日在黑龙江省大庆市国家杂粮工程技术研究中心，试验基地遮雨大棚内进行。本次试验的土壤为黑钙土，用白色塑料桶，每桶装入13 kg的土壤。5月20日，每桶播9粒大小均匀、颜色均匀的试验所用种子，种子播前用5%次氯酸钠对种子进行消毒，然后覆盖大约2.5 kg所用土壤约5 cm。于6月10日进行间苗，每桶保留3株幼苗。之后在每天进行补水，使每桶保持80%的田间持水量。正常生长至苗期（V2）开始干旱控水。本次试验设置4个处理组，分别为M+D（干旱胁迫条件下施褪黑素处理）、D（干旱胁迫处理）、CK（正常供水对照），W+M（正常供水条件下褪黑素处理）。于6月10控水当天连续5 d叶面喷施褪黑素溶液（100 μmol/L），并在6月22日达到田间持水量45%后，对照组（CK）和W+M保持80%田间持水量不变，进行第一次取样（S1），M+D和D继续停止供水7 d后进行第二次取样（S2）。取样时叶子需及时放入液氮盒中，再转移至零下80℃的冰箱中，之后测定叶片的有关指标。

1.3 测定项目和方法

抗氧化酶活性超氧化物歧化酶（SOD）活性的测定方法采用氮蓝四唑（NBT）法测定。过氧化氢酶（CAT）活性的测定方法采用紫外线吸收法测定。过氧化物酶（POD）活性的测定方法采用愈创木酚法测定。抗坏血酸过氧化物酶（APX）活性的测定方法采用Nakano的方法测定。

1.4 数据处理

采用Microsoft Excel2010和SPSS20.0进行数据处理、统计分析。

2 试验结果

2.1 干旱胁迫下褪黑素对超氧化物歧化酶（SOD）活性的影响

如图1所示，在正常供水条件下，叶面喷施褪黑素SOD活性分别提高了2.1%、2.5%。在干旱胁迫（D）条件下，大豆幼苗叶片的SOD活性分别提高了25.6%、9.9%，差异显著。在干旱胁迫条件下，叶面喷施褪黑素（M+D）SOD活性分别提高了27.8%、14.9%，差异显著。

2.2 干旱胁迫下褪黑素对过氧化物（POD）活性的影响

如图2所示，在正常供水条件下，叶面喷施褪黑素POD活性分别提高了5.5%、1.4%。在干旱胁迫（D）条件下，大豆幼苗叶片的POD活性分别提高了33.2%、6.8%，差异显著。在干旱胁迫条件下，叶面喷施褪黑素（M+D）POD活性分别提高了28.1%、12.5%，差异显著。

2.3 干旱胁迫下褪黑素对抗坏血酸过氧化物酶（APX）的影响

如图3所示，在正常供水条件下，叶面喷施褪黑素APX活性分别提高了5.6%、3.7%。在干旱胁迫（D）条件下，大豆幼苗叶片的APX活性分别提高了24.13%、1.8%，差异显著。在干旱胁迫条件下，叶面喷施褪黑素（M+D）APX活性分别提高了18.8%、18.1%，差异显著。

2.4 干旱胁迫下褪黑素对过氧化氢酶（CAT）的影响

如图4所示，在正常供水条件下，叶面喷施褪黑素CAT活性分别提高了7.6%、3.8%。在干旱胁迫（D）条件下，大豆幼苗叶片的CAT活性分别提高了44.7%、13.1%，差异显著。在干旱胁迫条件下，叶面喷施褪黑素（M+D）CAT活性分别提高了32.9%、25.2%，差异显著。

图1 干旱胁迫下褪黑素对大豆花期SOD活性的影响

图2 干旱胁迫下褪黑素对大豆花期POD活性的影响

图3 干旱胁迫下褪黑素对大豆花期APX活性的影响

图4 干旱胁迫下褪黑素对大豆CAT活性的影响

3 讨论

干旱胁迫会使大豆发生一系列生理生化变化，使大豆幼苗叶片气孔关闭，光合作用受到抑制，细胞活性氧ROS含量特别是过氧化氢含量升高。而大豆幼苗的抗氧化系统酶（SOD、CAT、POD、APX）无法及时清除过量的ROS，限制大豆正常的生长发育，制约大豆的产量和品质。这表明干旱会导致大豆抗氧化系统的损害，并导致丙二醛（MDA）对膜系统的损害。本次试验结果表明，干旱胁迫可提高大豆花期叶片中SOD、CAT、POD、APX的活性。目前研究认为，褪黑素作为一种氧化剂将自由基还原为非自由基，还可在抗氧化方面起作用[13]。褪黑素可以提高大豆体内抗氧化系统酶（SOD、CAT、POD、APX）活性，增加大豆体内ASA等抗氧化物质的含量。从而进一步促进大豆幼苗叶片抗氧化系统的运转，减少活性氧ROS的积累，提高大豆幼苗抗氧化的能力。褪黑素之所以能够增强植物的抗氧化能力，是因为它参加了活性氧的清除[14]。本次试验结果表明，在干旱胁迫条件下，通过喷施褪黑素可以极大的提高大豆幼苗叶片中超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化氢酶（CAT）、过氧化物酶（POD）、抗坏血酸过氧化物酶（APX）的活性，有效清除大豆叶片活性氧ROS，从而增强了干旱胁迫下大豆幼苗抗氧化的能力。

4 结论

本次试验结果表明，与正常条件（CK）相比，外源褪黑素提高了大豆叶片抗氧化酶活性，但均未达到显著差异水平。干旱胁迫提高了超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化氢酶（CAT）、过氧化物酶（POD）、抗坏血酸过氧化物酶（APX）活性。干旱胁迫并且喷施褪黑素后进一步提高了大豆叶片的超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化氢酶（CAT）、过氧化物酶（POD）、抗坏血酸过氧化物酶（APX）活性。