胡海燕,賀杰,趙俊杰,茹振剛

（河南科技學(xué)院,河南新鄉(xiāng)453003）

小麥?zhǔn)俏覈?guó)的主要糧食作物之一.我國(guó)地域廣闊,不同地區(qū)地質(zhì)、酸堿度等的不同,使小麥的種植面積受到較大的限制.而且,隨著現(xiàn)代化工業(yè)和農(nóng)業(yè)的高度發(fā)展,導(dǎo)致一些地區(qū)土壤結(jié)構(gòu)破壞,pH值發(fā)生變化,引起農(nóng)作物減產(chǎn).環(huán)境pH的變化一方面影響土壤營(yíng)養(yǎng)元素的有效性,另一方面不同程度地影響植物本身對(duì)營(yíng)養(yǎng)元素的吸收和利用,進(jìn)而影響其生長(zhǎng)發(fā)育[1-4].因此,篩選和培育適應(yīng)不同pH土壤的小麥品種有利于挖掘植物自身的潛力,充分利用土壤養(yǎng)分,提高土壤養(yǎng)分的利用率.不同pH值土壤對(duì)植物的影響方面的研究大多集中在對(duì)植物生長(zhǎng)發(fā)育和離子吸收等生理特性影響上[5-8],而pH值對(duì)小麥體內(nèi)保護(hù)酶活性影響的研究較少.本研究通過(guò)測(cè)定不同偏堿性pH條件下小麥幼苗中超氧化物歧化酶（SOD）、過(guò)氧化氫酶（CAT）和過(guò)氧化物酶（POD）3種保護(hù)酶的活性,分析其變化動(dòng)態(tài),為深入了解小麥耐酸、堿性生物學(xué)機(jī)制及抗逆性育種提供理論基礎(chǔ).

1 材料與方法

1.1 小麥材料

供試小麥品種為百農(nóng)矮抗58和百農(nóng)3217,由河南科技學(xué)院小麥育種中心提供.

1.2 小麥培養(yǎng)

選取籽粒飽滿(mǎn)的種子,用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的NaClO3處理20 min,用蒸餾水漂洗后浸泡過(guò)夜,然后用濾紙法發(fā)芽.出芽后幼苗移植于完全營(yíng)養(yǎng)液（pH 6.5）中培養(yǎng),營(yíng)養(yǎng)液組成（mmol/L）：K2SO40.75,KH2PO40.25,KCl 0.1,Ca（NO3）22.0,MgSO40.6,Fe-EDTA 4.0×10-3,H3BO31.0×10-3,MnSO41.0×10-3,ZnSO41.0×10-3,CuSO41.0×10-3,（NH4）6MoO45.0×10-6.于人工氣候箱內(nèi)培養(yǎng),每天光照12 h,白天溫度20℃,晚上溫度15℃.營(yíng)養(yǎng)液每隔2 d更換1次,每天測(cè)定營(yíng)養(yǎng)液pH值并調(diào)節(jié)到6.5.小麥幼苗長(zhǎng)至三葉一心時(shí)開(kāi)始進(jìn)行不同pH處理.

1.3 pH處理

用1 mol/L的HCl溶液和1 mol/L的NaOH溶液調(diào)節(jié)營(yíng)養(yǎng)液的pH值,設(shè)5個(gè)pH水平（6.5、7.5、8.5、9.5、10.5）,其中 pH 6.5 為對(duì)照,設(shè) 3 次重復(fù),培養(yǎng)條件同上.分別取處理后 0、12、24、48 和 72 h 的葉片和根系,用蒸餾水沖洗后吸凈表面水分,進(jìn)行3種抗氧化酶的提取及活性測(cè)定.

1.4 酶活性測(cè)定

稱(chēng)取1.0 g新鮮樣品,加入5 mL預(yù)冷的50 mmol/L的磷酸緩沖液（pH 7.8）,冰浴研磨至勻漿,4℃,15 000 r/min離心10 min,取上清液用于測(cè)定酶活性.SOD活性測(cè)定采用氯化硝基四氮唑藍(lán)（NBT）法[9],以560 nm下抑制NBT光還原的50%為1個(gè)酶活性單位（U）.CAT活性測(cè)定采用紫外吸收法[10],以240 nm下1 min吸光度值A(chǔ)減少0.1的酶量為1個(gè)酶活性單位（U）.POD活性測(cè)定采用愈創(chuàng)木酚法[11],以1 min分解1 mmol H2O2的酶量定義為1個(gè)酶活性單位（U）.試驗(yàn)結(jié)果取3次重復(fù)的平均值,數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和作圖采用Excel和SPSS進(jìn)行處理.

2 結(jié)果與分析

2.1 不同堿性pH條件下小麥幼苗的SOD活性

不同pH處理下2個(gè)小麥品種葉片中SOD活性的動(dòng)態(tài)變化見(jiàn)圖1,根系中SOD活性的動(dòng)態(tài)變化見(jiàn)圖2.

由圖1可知,在處理后12 h,2個(gè)小麥品種的酶活性都呈上升趨勢(shì),且2個(gè)品種不同處理下的酶活性都高于對(duì)照.百農(nóng)3217葉片的SOD活性開(kāi)始有所上升,除對(duì)照外,48 h變化達(dá)最大,且隨pH升高而升高,72 h又有所下降,且隨pH升高下降幅度增大；百農(nóng)矮抗58葉片的SOD活性隨pH升高酶活性也升高,在處理12 h幾乎達(dá)最大值,除pH 6.5和9.5條件下外,至72 h仍保持上升趨勢(shì).表明在高pH環(huán)境下小麥可以通過(guò)提高SOD酶活性來(lái)應(yīng)對(duì)外界環(huán)境的變化,但隨著脅迫強(qiáng)度的增加,酶活性變化的幅度相對(duì)較大,且變化所維持的時(shí)間較短,品種之間也存在一定的差異.

由圖2可知,小麥根系中SOD活性與葉片中的變化基本上一致,也受環(huán)境pH變化的影響,在處理12 h也已有所變化,但總體上2個(gè)品種的變化幅度和趨勢(shì)存在較大差異.百農(nóng)3217的酶活性在不同pH處理下都大于對(duì)照,而百農(nóng)矮抗58酶活性大都小于對(duì)照.百農(nóng)3217的酶活性從12 h開(kāi)始隨著pH升高而上升,24 h有所下降,48 h又有所上升,但隨處理pH值的升高而降低.百農(nóng)矮抗58在處理12 h時(shí)根系酶活性也已開(kāi)始上升,但到48 h才有所下降,72 h又有所回升；不同pH處理下百農(nóng)矮抗58根系隨著處理時(shí)間的延長(zhǎng),只有pH 7.5和8.5處理下的酶活性有所上升,而pH 9.5和10.5兩個(gè)處理下的SOD酶活性一直低于對(duì)照.

2.2 不同堿性pH條件下小麥幼苗CAT的活性

不同pH處理下2個(gè)小麥品種葉片中CAT活性的動(dòng)態(tài)變化見(jiàn)圖3,根系中CAT活性的動(dòng)態(tài)變化見(jiàn)圖4.

由圖3可知,在pH處理下2個(gè)小麥品種葉片中CAT活性在處理早期都升高,但隨處理時(shí)間延長(zhǎng)酶活性有所下降.百農(nóng)3217的CAT活性隨著處理pH值升高表現(xiàn)出先升高后降低的趨勢(shì).隨著處理時(shí)間延長(zhǎng),不同pH處理下的酶活性與正常條件下的相差較大,直至48 h,但處理72 h后均趨于對(duì)照條件下的活性.在堿性條件下12 h,百農(nóng)矮抗58表現(xiàn)出先降低隨后增加最后又降低的趨勢(shì),不同pH值條件下,酶活性變化幅度較百農(nóng)3217小,但在處理72 h后酶活力雖然也趨于對(duì)照,但較之百農(nóng)3217下降緩慢.

由圖4可知,根系中CAT活性變化與葉片相似,即處理早期均升高,隨處理時(shí)間延長(zhǎng)又都趨于對(duì)照.在處理后12 h,百農(nóng)3217的酶活性隨著pH的上升持續(xù)上升,24 h后有所變化,48 h后酶活性開(kāi)始下降,到72 h時(shí)酶活性均接近對(duì)照.隨著處理pH的升高,百農(nóng)矮抗58根系中CAT活性呈現(xiàn)上升的變化趨勢(shì)（24 h有所下降）,但48 h升高至最大后開(kāi)始下降,在72 h又都接近對(duì)照.

2.3 不同堿性pH條件下小麥幼苗POD的活性

不同pH處理下2個(gè)小麥品種葉片中POD活性的動(dòng)態(tài)變化見(jiàn)圖5,根系中POD活性的動(dòng)態(tài)變化見(jiàn)圖6.

由圖5可知,小麥幼苗葉片中POD在堿性pH處理后12 h開(kāi)始發(fā)生變化,且pH處理后的酶活性都大于對(duì)照,隨著處理時(shí)間延長(zhǎng)其變化幅度增加,兩品種的變化趨勢(shì)存在一定差異,百農(nóng)3217總體變化幅度大于百農(nóng)矮抗58.不同pH處理間,除了pH 7.5外,其他處理間POD活性基本呈現(xiàn)隨pH升高而升高的趨勢(shì),但在處理72 h各處理間的活性有恢復(fù)到對(duì)照的趨勢(shì).

由圖6可知,堿性pH條件下,小麥幼苗根系中POD活性也在12 h開(kāi)始變化,且變化幅度達(dá)最大,隨著時(shí)間延長(zhǎng),POD活性又有所下降,處理后72 h又接近對(duì)照.兩品種的變化趨勢(shì)有所不同,百農(nóng)3217隨著pH升高而升高,且在所測(cè)時(shí)間內(nèi)都高于對(duì)照.而百農(nóng)矮抗58在處理12 h隨著pH升高呈現(xiàn)降低的趨勢(shì),除了pH 7.5外其余處理都低于對(duì)照,但隨著處理時(shí)間的延長(zhǎng)POD活性有所上升,到72 h又都大于對(duì)照.

3 討論

植物在受到干旱[11]、低溫[12-13]、鹽堿[14-15]等不適宜的外界環(huán)境脅迫時(shí),體內(nèi)抗氧化酶系統(tǒng)如SOD、CAT和POD活性發(fā)生相應(yīng)的變化來(lái)清除體內(nèi)產(chǎn)生的氧自由基,從而使植物能抵御外界的逆境脅迫.本研究結(jié)果顯示,偏堿性pH處理下,小麥幼苗植株體內(nèi)3種保護(hù)酶活性呈現(xiàn)動(dòng)態(tài)變化,處理12 h時(shí)已開(kāi)始發(fā)生變化,隨著處理時(shí)間的延長(zhǎng)即到處理72 h,植株體內(nèi)酶活性有趨于到對(duì)照水平的趨勢(shì),表明植株能夠通過(guò)本身的調(diào)節(jié)應(yīng)對(duì)不良的生長(zhǎng)環(huán)境.小麥品種本身酶活性的大小,在受到不同堿性pH值脅迫后的酶活性變化幅度存在一定差異.除了SOD活性外,品種本身CAT和POD酶活性大的,不同pH處理間的變化幅度較小,反之亦然.因此認(rèn)為,小麥品種本身的酶活性存在差異,受不同pH脅迫時(shí)具有不同的調(diào)節(jié)能力,本身酶活性大的其自身調(diào)節(jié)能力相對(duì)較強(qiáng),耐堿性pH環(huán)境脅迫的能力也越強(qiáng).

同一植株體內(nèi)根系與葉片比較而言,葉片的酶活性變化時(shí)間出現(xiàn)的比根系稍晚,說(shuō)明根系比葉片對(duì)高pH反應(yīng)敏感.推測(cè)原因可能是根系較接近培養(yǎng)液,根系中分泌出的一些代謝產(chǎn)物能及時(shí)釋放到培養(yǎng)液中,而葉片中分泌出的一些代謝產(chǎn)物不能及時(shí)釋放,產(chǎn)生了一定的積累.因此認(rèn)為,同一品種不同組織之間,受不同pH脅迫處理后,根系的酶活性變化的時(shí)間和變化幅度更能夠反映植株自身應(yīng)對(duì)不良環(huán)境的能力.

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