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        曼地亞紅豆杉對(duì)甲醛脅迫的生理響應(yīng)

        2015-07-05 07:03:36何佳憶
        西北植物學(xué)報(bào) 2015年9期
        關(guān)鍵詞:植物

        余 普,羅 藍(lán),何佳憶,李 西

        (四川農(nóng)業(yè)大學(xué) 風(fēng)景園林學(xué)院,成都611130)

        繼“氧化性污染”和“還原性污染”后,人們正步入以“室內(nèi)空氣污染”為標(biāo)志的第三大污染時(shí)期[1]。作為一種常見(jiàn)的裝飾型室內(nèi)空氣污染物甲醛(CH2O),其可與蛋白質(zhì)、核酸和脂類(lèi)等產(chǎn)生非特異性反應(yīng)生成加合物,使之失去生物功能,因此對(duì)生物體普遍具有毒性[2]。當(dāng)前CH2O 污染已經(jīng)成為了突出的公共衛(wèi)生問(wèn)題[3-6]。

        在氣體污染等各種環(huán)境脅迫下,植物細(xì)胞產(chǎn)生并積累大量的活性氧(ROS),如果ROS的產(chǎn)生與清除無(wú)法達(dá)到平衡時(shí),將發(fā)生氧化脅迫(oxidative stress),會(huì)對(duì)植物造成氧化損傷,甚至造成植物的死亡;植物抗逆性與氧化脅迫抗性之間存在密切的相關(guān)性,在活性氧代謝平衡的破壞、恢復(fù)、維持過(guò)程中,活性氧分子行使著信使功能,使植物細(xì)胞與之相適應(yīng)[7]。早期研究主要針對(duì)CH2O 脅迫下植物的受害癥狀[8]及其對(duì)CH2O 的凈化能力[9-11]。目前研 究主要圍繞CH2O 脅迫下植物的生理生化響應(yīng),包括滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)、抗氧化酶和非酶抗氧化物質(zhì)的變化規(guī) 律,如葉 綠 素 含 量[12]、游 離 脯 氨 酸[13-14]和 可 溶 性糖[15-16]、質(zhì)膜透 性[17-18]、抗 氧 化 酶 活 性[13]等。植 物受到CH2O 脅迫后,形態(tài)和生理上會(huì)出現(xiàn)一系列變化,如葉片萎蔫枯焦、滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)增加、抗氧化系統(tǒng)被激發(fā)等。不同植物對(duì)CH2O 脅迫的生理反應(yīng)有所差異,耐受性也有很大差距。

        曼地亞紅豆杉(Taxus media cv.hicksii)為紅豆杉科(Taxaceae)紅豆杉屬(Taxus)常綠灌木,是一種天然雜交品種,其母本為東北紅豆杉(T.cuspidata),父本為歐洲紅豆杉(T.baccata),樹(shù)形挺拔優(yōu)美,是優(yōu)良的觀賞樹(shù)種,且對(duì)環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng),在中國(guó)大部分地區(qū)可以栽種。目前,曼地亞紅豆杉在組織培養(yǎng)快繁 技 術(shù)[19]、細(xì) 胞 培 養(yǎng)[20-21]、紫 杉 醇 含 量 分析及提取利用等方面已取得一定成果,但有關(guān)其對(duì)CH2O 逆境生理響應(yīng)的研究還未見(jiàn)報(bào)道。本試驗(yàn)以曼地亞紅豆杉為材料,采用靜態(tài)人工熏氣法,研究不同CH2O 濃度和熏氣時(shí)間對(duì)曼地亞紅豆杉活性氧清除酶類(lèi)活性的誘導(dǎo)和滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)積累的影響,分析其對(duì)CH2O 脅迫的適應(yīng)機(jī)制和抵御能力,為進(jìn)一步探討它對(duì)CH2O 的代謝機(jī)制和凈化能力奠定基礎(chǔ),也為曼地亞紅豆杉在CH2O 污染嚴(yán)重室內(nèi)的園林應(yīng)用提供一定的科學(xué)依據(jù)。

        1 材料和方法

        1.1 供試材料

        試驗(yàn)于2013年3月至11月在四川農(nóng)業(yè)大學(xué)科研基地進(jìn)行。試驗(yàn)材料選取生長(zhǎng)勢(shì)相對(duì)一致的一年生曼地亞紅豆杉扦插苗,每盆栽植1株,栽培基質(zhì)為營(yíng)養(yǎng)土和原土(1∶3)混合組成。對(duì)盆栽苗進(jìn)行正常的肥水養(yǎng)護(hù)管理,在實(shí)驗(yàn)前1周移入熏氣室內(nèi)。

        1.2 試驗(yàn)方法

        參照Wolverton 博士[22]的封閉艙,用厚度8 mm 普通玻璃制成5個(gè)規(guī)格為1.0m×1.0m×1.0 m 的密封艙,其中4個(gè)用于植物熏氣,另一個(gè)用于對(duì)照處理。每個(gè)玻璃箱內(nèi)部放一臺(tái)小型風(fēng)扇攪動(dòng)氣體,頂面玻璃用雙面貼及凡士林封口。每個(gè)玻璃箱中放入3株植物為1小區(qū),設(shè)3個(gè)小區(qū),3次重復(fù),為減少盆栽基質(zhì)對(duì)CH2O 濃度的影響,盆器和基質(zhì)用PE膜緊密包裹[23]。

        在參照前期預(yù)備試驗(yàn)和安雪等[12]研究結(jié)果的基礎(chǔ)上,熏氣處理設(shè)定4個(gè)處理時(shí)間分別為0、1、3、5和7d,處理濃度梯度分別為0、(5±0.25)、(10±0.5)、(20±0.75)和(40±1.0)mg·m-3,熏氣時(shí)間為每天8:00~15:00。熏氣箱內(nèi)溫度控制在25 ℃,根據(jù)不同濃度需要和揮發(fā)量用移液槍定量注入40%的CH2O 溶液,滴在提前粘在箱壁的濾紙上,立即封閉箱頂,開(kāi)啟風(fēng)扇使CH2O 揮發(fā)。箱內(nèi)的CH2O 濃 度 用CH2O 傳 感 器(CH2O/C-10,MEMBRAPOR,Swizerland)監(jiān)測(cè),使?jié)舛染S持在設(shè)定的濃度范圍(±0.05mg·m-3)內(nèi)。經(jīng)預(yù)實(shí)驗(yàn)證明熏氣箱內(nèi)CH2O 濃度維持穩(wěn)定可達(dá)7h以上。熏氣周期結(jié)束后觀察并記錄植株受害情況,同時(shí)剪取同一濃度處理下同一小區(qū)的曼地亞紅豆杉中上半部、生長(zhǎng)正常、方位不同的新梢和成熟葉片組成混合葉群,進(jìn)行各項(xiàng)生理指標(biāo)的測(cè)定。

        1.3 測(cè)定指標(biāo)及方法

        參照李合生[24]的方法測(cè)定以下生理指標(biāo):相對(duì)電導(dǎo)率測(cè)定采用電導(dǎo)儀法;葉片組織中丙二醛(MDA)含量測(cè)定采用硫代巴比妥酸顯色法;游離脯氨酸(Pro)含量采用茚三酮比色法測(cè)定;可溶性糖(SS)含量測(cè)定采用硫代巴比妥酸顯色法。參照高俊風(fēng)[25]的方法測(cè)定以下生理指標(biāo):過(guò)氧化氫酶(CAT)活性測(cè)定參照紫外分光光度法,將每分鐘吸光度值減少0.1定為1個(gè)酶活單位(U);超氧化物歧化酶(SOD)活性測(cè)定采用氮藍(lán)四唑(NBT)方法,以抑制NBT 光化還原的50%為1個(gè)酶活單位(U);過(guò)氧化物酶(POD)活性測(cè)定參照愈創(chuàng)木酚法,將每分鐘吸光度值增加0.01定義為1個(gè)酶活單位(U)。多酚氧化酶(PPO)活性測(cè)定參照鄭炳松[26]方法;抗壞血酸過(guò)氧化物酶(APX)活性測(cè)定參照張治安等[27]方法,根據(jù)290nm 處(消光系數(shù)=2.8mmol·L-1·cm-1)吸光度的減少值來(lái)確定。谷胱甘肽還原酶(GR)活性測(cè)定參照Knr?zer等[28]的方法。

        1.4 數(shù)據(jù)處理

        所有數(shù)據(jù)均采用SPSS 17.0進(jìn)行方差分析和相關(guān)性分析,顯著性水平定為0.05;并用Excel-2007作圖。

        2 結(jié)果與分析

        2.1 CH2O 脅迫對(duì)曼地亞紅豆杉的形態(tài)傷害

        許多專(zhuān)家學(xué)者已經(jīng)根據(jù)逆境條件下植物外部形態(tài)特征的變化進(jìn)行了植物受傷害分級(jí)[11,29],從而簡(jiǎn)便直觀地判斷植物對(duì)逆境脅迫的忍耐力。本試驗(yàn)綜合多個(gè)CH2O 脅迫研究的植物受害癥狀和分級(jí)標(biāo)準(zhǔn),最終制定CH2O 脅迫植物受害分級(jí)表(表1)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示:曼地亞紅豆杉在5~20mg·m-3的CH2O 濃度處理下均無(wú)受害癥狀,其受害級(jí)別為0級(jí);在40mg·m-3CH2O 濃度下處理1、3、5和7d時(shí),分別有2%、5%、20%和40%左右葉片出現(xiàn)葉緣焦邊、葉尖萎蔫,且隨處理時(shí)間的延長(zhǎng),葉片脫落程度逐漸加重,他們的受害級(jí)別分別為1、1、2和3級(jí)(表1)。值得注意的是,在所有的處理中,植物中下部枝條上的老葉受到的傷害最為嚴(yán)重,上部枝條上的新葉并未受到明顯傷害(圖1)。

        2.2 CH2O 脅迫對(duì)曼地亞紅豆杉葉片MDA含量和葉片質(zhì)膜相對(duì)透性的影響

        2.2.1 MDA含量 由圖2,A 可以看出,紅豆杉葉片MDA 的含量隨著CH2O 濃度升高和熏氣時(shí)間延長(zhǎng),呈現(xiàn)出持續(xù)升高的趨勢(shì),且在40 mg·m-3CH2O 濃度下熏氣7d時(shí)達(dá)到峰值,比對(duì)照增加了122.22%。方差分析顯示,在5mg·m-3CH2O 濃度下,各熏氣時(shí)間下MDA 含量均與對(duì)照無(wú)顯著差異;在10(1、5和7d)、20和40mg·m-3CH2O 濃度下,各熏氣時(shí)間段MDA 含量均顯著高于對(duì)照。

        表1 CH2O 脅迫植物受害分級(jí)表及不同CH2O 處理下曼地亞紅豆杉葉片的受害等級(jí)與傷害癥狀Table 1 Injury symptomized classification with CH2O fumigation and the injury symptomized classification and phenotypic injury symptoms of leaves in Taxus media cv.hicksii under various CH2O fumigation during the whole experimental period

        圖1 不同CH2O 濃度下各個(gè)處理時(shí)間的曼地亞紅豆杉葉片受害情況Fig.1 Phenotypic injury symptoms of leave in Taxus media cv.hicksii under different CH2O fumigation during the whole experimental period

        2.2.2 相對(duì)電導(dǎo)率 本實(shí)驗(yàn)中,葉片質(zhì)膜相對(duì)透性用相對(duì)電導(dǎo)率來(lái)表示。由圖2,B 可見(jiàn),在不同處理?xiàng)l件下,紅豆杉葉片相對(duì)電導(dǎo)率隨CH2O 濃度的濃度升高和熏氣時(shí)間的延長(zhǎng)均呈現(xiàn)出逐漸上升的趨勢(shì),且均在最高CH2O 濃度和最長(zhǎng)熏氣時(shí)間下達(dá)到峰值。其中,在各個(gè)熏氣時(shí)間段內(nèi),5 mg·m-3CH2O 濃度下的相對(duì)電導(dǎo)率同對(duì)照相比均無(wú)顯著差異;此后隨著CH2O 濃度的升高,葉片相對(duì)電導(dǎo)率逐漸增加,40mg·m-3處理1、3、5和7d時(shí)分別比對(duì)照增加了41.37%、53.24%、75.90%和88.13%。在5~20mg·m-3濃度CH2O 處理1d時(shí),相對(duì)電導(dǎo)率與對(duì)照均無(wú)顯著差異;在處理3、5和7d時(shí)間段內(nèi),10~40mg·m-3各處理濃度與對(duì)照差異顯著(P<0.05)。

        可見(jiàn),曼地亞紅豆杉葉片MDA 含量和相對(duì)電導(dǎo)率在5 mg·m-3CH2O 濃度下與對(duì)照無(wú)顯著差異,此時(shí)葉片內(nèi)自由基的產(chǎn)生和清除處于平衡狀態(tài),細(xì)胞膜維持正常水平;而后期隨著CH2O 濃度的增加和熏氣時(shí)間的延長(zhǎng),自由基不斷積累打破了該平衡,細(xì)胞開(kāi)始受到損傷并逐漸加重。

        2.3 CH2O 脅迫對(duì)葉片游離脯氨酸(Pro)和可溶性糖(SS)的影響

        2.3.1 脯氨酸含量 如圖3,A 所示,不同CH2O處理下,曼地亞紅豆杉葉片脯氨酸(Pro)含量隨CH2O 濃度和處理時(shí)間的增加均呈現(xiàn)持續(xù)上升趨勢(shì),最終在40mg·m-3處理7d時(shí)達(dá)到峰值,此時(shí)較對(duì)照增加了87.58%。方差分析顯示,在熏氣時(shí)間為1d、5mg·m-3CH2O 濃度下,葉片Pro含量與對(duì)照相比無(wú)顯著差異;其余各熏氣時(shí)間段內(nèi)各處理濃度均與對(duì)照差異顯著(P<0.05)。

        2.3.2 可溶性糖含量 由圖3,B 可以看出,隨著CH2O 濃度的升高和處理時(shí)間的延長(zhǎng),曼地亞紅豆杉葉片可溶性糖(SS)的含量均呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢(shì),且分別在20mg·m-3CH2O 濃度和處理5 d時(shí)達(dá)到峰值;在20 mg·m-3CH2O 濃度下,葉片SS含量在處理1、3、5 和7d 后分別較對(duì)照增加58.87%、101.57%、115.80%和67.34%;方差分析顯示,各濃度處理在各時(shí)間段內(nèi)(1~7d)與對(duì)照均差異顯著(P<0.05)。

        以上結(jié)果表明,曼地亞紅豆杉在CH2O 脅迫下能通過(guò)葉片Pro 和SS 的積累來(lái)保持一定的膨壓勢(shì),以維持正常的細(xì)胞功能。在CH2O 脅迫初期,葉片中Pro和SS開(kāi)始積累并較對(duì)照顯著增加,且

        在高濃度長(zhǎng)時(shí)間的脅迫下仍能保持顯著高于對(duì)照的水平,說(shuō)明Pro和SS響應(yīng)迅速且持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng);隨處理時(shí)間延長(zhǎng),Pro的含量逐漸上升,并在7d達(dá)到峰值,SS雖然呈現(xiàn)先升后降的趨勢(shì),但在處理7d時(shí)依舊維持顯著高于對(duì)照的較高水平,且遠(yuǎn)大于Pro的含量水平,因此SS比Pro發(fā)揮著更加重要的滲透調(diào)節(jié)作用。

        2.4 CH2O 脅迫對(duì)曼地亞紅豆杉葉片6 種抗氧化酶活性的影響

        2.4.1 SOD 活性 隨著CH2O 濃度和熏氣時(shí)間的增加,曼地亞紅豆杉葉片SOD 活性呈現(xiàn)出先升后降的趨勢(shì),且所有處理均在熏氣5d時(shí)達(dá)到最大,5~40 mg·m-3處理分別比對(duì)照升高了58.1%、66.2%、92.6%和80.9%(圖4,A)。其中,在5mg·m-3CH2O 濃度熏氣1d時(shí),SOD 迅速被誘導(dǎo)出來(lái)抵御逆境,其活性顯著高于對(duì)照;隨著處理濃度的升 高SOD活性逐漸增強(qiáng),在20mg·m-3CH2O濃度下活性達(dá)到最大,隨后活性受到抑制但仍顯著高于對(duì)照;隨著熏氣時(shí)間的延長(zhǎng),各濃度處理仍保持相同的表現(xiàn)。

        圖2 CH2O 脅迫下曼地亞紅豆杉葉片中MDA 含量和相對(duì)電導(dǎo)率的變化不同小寫(xiě)字母表示處理間在0.05水平存在顯著性差異(單因素方差分析,LSD多重比較);下同F(xiàn)ig.2 MDA content and the relative conductivity in leaves of Taxus media cv.hicksii seedling under CH2O stress The different normal letters indicate significant difference among treatments at 0.05level(One-way ANOVA with LSD test);The same as below

        圖3 CH2O 脅迫下曼地亞紅豆杉葉片中可溶性糖含量和脯氨酸含量的變化Fig.3 The contents of soluble sugar and proline in seedling leaves of the tested plants under CH2O stress.

        2.4.2 POD 活性 在不同濃度CH2O 脅迫條件下,POD 活性隨CH2O 濃度的升高和熏氣時(shí)間的延長(zhǎng),均呈現(xiàn)出現(xiàn)升高后下降的趨勢(shì);在熏氣3d時(shí),20 和40mg·m-3處理的植株P(guān)OD 活性達(dá)到最高,比對(duì)照分別增加了312.07%和252.99%,而10mg·m-3處理熏氣5d時(shí)達(dá)到最大值,比對(duì)照增加了266.66%。在各個(gè)熏氣時(shí)間段內(nèi),5 mg·m-3CH2O 濃度下的POD 活性與對(duì)照相比均無(wú)顯著變化,而其余處理POD 活性始終顯著高于對(duì)照,且同期多以20mg·m-3處理活性最高(圖4,B)。

        2.4.3 PPO 活性 據(jù)圖4,C 可知,不同濃度處理下,紅豆杉葉片的PPO 活性變化趨勢(shì)基本一致,隨處理時(shí)間呈現(xiàn)出下降趨勢(shì);在同一時(shí)間段內(nèi),PPO活性隨濃度呈先升后降的趨勢(shì),且20、40、10 和5 mg·m 濃度分別在處理1、3、5 和7d時(shí)達(dá)到最高。在熏氣1d時(shí),各濃度處理PPO 活性均急劇上升,分別比對(duì)照增加110.5%~163.0%,此后隨濃度的升高持續(xù)下降;在處理7d時(shí),各濃度處理下PPO活性均降到最低,但5mg·m-3濃度處理仍顯著高于對(duì)照,而濃度為40mg·m-3時(shí)顯著低于對(duì)照。

        2.4.4 CAT活性 圖4,D 顯示,在相同熏氣時(shí)間下,紅豆杉葉片CAT 活性變化整體表現(xiàn)為先升后降的規(guī)律,且各CH2O 濃度下始終顯著高于對(duì)照。在各熏氣時(shí)間段內(nèi),CAT 活性隨CH2O 濃度的升高而增加,達(dá)到峰值后下降到最低,但仍顯著高于對(duì)照。隨熏氣時(shí)間的延長(zhǎng),5 和20 mg·m-3處理的CAT 活性整體呈現(xiàn)上升趨勢(shì),并在熏氣7d達(dá)到峰值,而10和40mg·m-3處理則呈現(xiàn)先升后降的趨勢(shì),在熏氣5d時(shí)達(dá)到最高值。

        圖4 CH2O 脅迫下曼地亞紅豆杉葉片中抗氧化酶活性的變化Fig.4 The activities of antioxidative enzymes in seedling leaves of the examined plants under CH2O stress

        2.4.5 APX活性 由圖4,E 可以看出,在相同熏氣時(shí)間下,紅豆杉葉片APX活性隨著CH2O濃度的升高呈先升高后降低的趨勢(shì),且10 mg·m 處理始終處于較高水平。在5mg·m-3濃度下,APX活性在處理1、3和5d后均與對(duì)照無(wú)顯著差異,僅在處理7d時(shí)顯著升高;在10 mg·m-3處理?xiàng)l件下,APX 活性在處理1d時(shí)就迅速激活,并隨時(shí)間的延長(zhǎng)而持續(xù)積累,始終保持在較高水平;隨著CH2O 脅迫的加重,APX 活性逐漸降低,在20和40 mg·m-3濃度處理7d時(shí)均顯著低于對(duì)照。

        2.4.6 GR 活性 根據(jù)圖4,F(xiàn)可知,在中低濃度(5~20mg·m-3)CH2O 脅迫下,葉片GR 活性隨熏氣時(shí)間的延長(zhǎng)呈現(xiàn)出先上升后下降的趨勢(shì),且除20 mg·m-3處理7d時(shí)外,其余處理均顯著高于對(duì)照;在高濃度(40mg·m-3)CH2O 脅迫下,GR 活性隨時(shí)間的延長(zhǎng)呈下降趨勢(shì),并在處理7d時(shí)顯著低于對(duì)照。

        可見(jiàn),在不同CH2O 濃度和處理時(shí)間下,曼地亞紅豆杉葉片內(nèi)各抗氧化酶活性呈現(xiàn)出不同的變化規(guī)律。在同一熏氣時(shí)間下,6種酶的活性總體上隨CH2O 濃度的升高呈現(xiàn)出先上升后下降的趨勢(shì)。在各熏氣時(shí)間段內(nèi),SOD、PPO、CAT 和GR 活性在5 mg·m-3CH2O 濃度下已經(jīng)明顯升高且顯著高于對(duì)照,并以PPO 反應(yīng)最為敏感,積累最為迅速;而POD 和APX(1、3 和5d)的活性在5 mg·m-3CH2O 濃度下與對(duì)照無(wú)顯著差異,在10 mg·m-3CH2O 濃度下與對(duì)照相比顯著升高。在高濃度(40 mg·m-3)脅迫后期(7d)時(shí),6種保護(hù)酶的活性均受到不同程度的抑制呈明顯下降趨勢(shì),其中SOD、POD 和CAT 活性仍顯著高于對(duì)照,仍發(fā)揮著重要的保護(hù)作用,而PPO、APX 和GR 活性已顯著低于對(duì)照,已失去了清除活性氧自由基的作用。

        3 討 論

        3.1 CH2O 脅迫對(duì)曼地亞紅豆杉的形態(tài)傷害

        受到水澇、重金屬污染、鹽害、干旱和有毒氣體等逆境脅迫后,植物體的外觀形態(tài)和生理生化特性會(huì)隨之發(fā)生改變。本實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),在5~20mg·m-3CH2O 濃度下,各個(gè)設(shè)定的熏氣時(shí)間內(nèi),曼地亞紅豆杉均未顯示出明顯的傷害癥狀,一定程度上維持了自身的觀賞性。隨著CH2O 濃度的增加和脅迫時(shí)間的延長(zhǎng),曼地亞紅豆杉的形態(tài)傷害開(kāi)始顯現(xiàn)并逐漸加重,且受傷害部位主要集中在植株的成熟葉片和老葉,植株頂部的新葉并未表現(xiàn)出明顯的傷害癥狀。該結(jié)果與陳卓梅等[30]對(duì)樟樹(shù)的研究結(jié)果一致,即光合作用強(qiáng)的葉片更容易受害。

        3.2 CH2O 脅迫與曼地亞紅豆杉葉片MDA和細(xì)胞膜透性的關(guān)系

        植物細(xì)胞膜是一種選擇性透膜,膜透性的變化很大程度上反映了外界環(huán)境對(duì)細(xì)胞的傷害程度,相對(duì)電導(dǎo)率是衡量細(xì)胞膜完整性的重要指標(biāo)[31]。MDA 是植物在逆境中重要的膜脂過(guò)氧化產(chǎn)物之一,是表示植物對(duì)逆境條件反應(yīng)強(qiáng)弱和細(xì)胞膜過(guò)氧化程度的指標(biāo)。本研究中,隨著熏氣時(shí)間的延長(zhǎng)和CH2O 濃度的升高,曼地亞紅豆杉的MDA 含量和葉片相對(duì)電導(dǎo)率逐漸增加,這與許桂芳[17]對(duì)7種觀賞植物CH2O 抗性的研究結(jié)果類(lèi)似。在中高濃度(10~40mg·m-3)CH2O 脅迫下,葉片MDA 含量和相對(duì)電導(dǎo)率均顯著高于對(duì)照,說(shuō)明在此濃度CH2O 脅迫下細(xì)胞膜開(kāi)始受到損傷且過(guò)氧化程度逐漸加重,葉片內(nèi)部代謝受到干擾,自由基的產(chǎn)生和清除失衡,使得曼地亞紅豆杉葉片中的細(xì)胞膜系統(tǒng)受到一定程度的破壞;而在低濃度(5mg·m-3)脅迫下,各熏氣時(shí)間下的MDA 含量和相對(duì)電導(dǎo)率均與對(duì)照差異不顯著,這說(shuō)明細(xì)胞膜的受傷程度與CH2O 的脅迫程度呈正相關(guān),也表明曼地亞紅豆杉能抵御一定程度的CH2O 脅迫。

        3.3 CH2O 脅迫與曼地亞紅豆杉葉片滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的關(guān)系

        滲透調(diào)節(jié)是植物適應(yīng)環(huán)境脅迫的基本特征之一。在逆境條件下,細(xì)胞通過(guò)積累脯氨酸(Pro)、可溶性糖(SS)、可溶性蛋白質(zhì)(SP)等來(lái)調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)的滲透勢(shì),維持水分平衡,并保護(hù)細(xì)胞內(nèi)部分代謝活動(dòng)所需的酶類(lèi)活性[32]。本研究顯示,在各個(gè)熏氣時(shí)間段內(nèi),在5mg·m-3CH2O 濃度下,曼地亞紅豆杉葉片中Pro和SS 均開(kāi)始積累并較對(duì)照顯著增加,兩者能通過(guò)迅速積累來(lái)抵御CH2O 脅迫;隨著CH2O濃度的增加,兩者含量呈現(xiàn)出逐漸上升的趨勢(shì),但在40mg·m-3下SS的積累受到抑制呈下降趨勢(shì)但仍顯著高于對(duì)照,與劉棟[15]的研究結(jié)果類(lèi)似,而同期Pro含量進(jìn)一步升高,與令狐昱慰[14]得出的結(jié)果一致。可見(jiàn),曼地亞紅豆杉能通過(guò)Pro和Ss的積累來(lái)維持細(xì)胞正常的功能,提高自身對(duì)CH2O 的抵御能力;無(wú)論CH2O 濃度的高低和處理時(shí)間的長(zhǎng)短,SS的含量均遠(yuǎn)高于Pro的含量,在CH2O 脅迫下SS比Pro發(fā)揮著更加重要的滲透調(diào)節(jié)作用。

        3.4 CH2O 脅迫與曼地亞紅豆杉葉片抗氧化酶活性的關(guān)系

        本研究發(fā)現(xiàn),在不同CH2O 濃度和處理時(shí)間下,曼地亞紅豆杉葉片內(nèi)SOD、POD、CAT、PPO、APX 和GR 的活性呈現(xiàn)出不同的變化規(guī)律,酶的激活條件也有所差異。在各個(gè)熏氣時(shí)間下,SOD、CAT、PPO 和GR 活性在5mg·m-3CH2O 濃度時(shí)已被誘導(dǎo)增活,而POD 和APX 活性在此濃度下無(wú)顯著變化;隨著CH2O 處理濃度的增加,6種酶活性均表現(xiàn)先升高后下降的變化趨勢(shì)。SOD 常與CAT和POD 協(xié)同作用以維持體內(nèi)活性氧代謝平衡,但POD 與SOD 對(duì)氣體脅迫表現(xiàn)出的敏感性卻有所差異,在低濃度的污染情況下SOD 要比POD 更敏感些[33]。本實(shí)驗(yàn)中,曼地亞紅豆杉葉片中SOD 較POD 先被誘導(dǎo),這也表明對(duì)于低濃度CH2O 處理SOD比POD更敏感;在熏氣1d時(shí),各處理濃度下的PPO活性均被大量誘導(dǎo),隨后持續(xù)下降;在中低濃度處理下(5~20mg·m-3),隨脅迫時(shí)間的增加,CAT活性在熏氣7d時(shí)達(dá)到最大值,而SOD、POD、PPO、GR和APX此時(shí)均已受到抑制,該結(jié)果與韓宇等[34]關(guān)于藥用紅花幼苗的研究結(jié)果類(lèi)似。以上結(jié)果表明,在整個(gè)熏氣時(shí)間里,在低濃度(5mg·m-3)CH2O 處理下,曼地亞紅豆杉葉片內(nèi)SOD、CAT、PPO和GR作為第一道防線(xiàn)共同作用以清除過(guò)多的活性氧,其中PPO最為敏感;在10和20mg·m-3CH2O 濃度下,6種酶共同作用來(lái)清除過(guò)多的氧自由基,且CAT 在中低濃度CH2O脅迫后期發(fā)揮關(guān)鍵作用;在40mg·m 高濃度下,由于過(guò)多的活性氧積累致使該6種酶活性都受到了一定程度的抑制。

        綜上所述,曼地亞紅豆杉對(duì)CH2O 的耐受性受多種生理因素的共同作用,是一個(gè)復(fù)雜的生理調(diào)節(jié)機(jī)制,各個(gè)生理因子間有著一定的關(guān)聯(lián)。在5~40 mg·m-3CH2O 濃度下,為了去除自身體內(nèi)的活性氧自由基,曼地亞紅豆杉應(yīng)激保護(hù)系統(tǒng)被激活,可溶性糖和脯氨酸作為滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)大量積累,除在高濃度(40mg·m-3)CH2O 脅迫下APX、PPO 和GR受到抑制外,其余濃度(5~20 mg·m-3)下SOD、POD、CAT、PPO、APX 和GR 都有不同程度的激活,在一定程度上共同維持植物的正常生長(zhǎng)。同時(shí),在5~20mg·m-3濃度的各個(gè)熏氣時(shí)間段內(nèi),曼地亞紅豆杉葉片均未出現(xiàn)形態(tài)傷害;在40 mg·m-3濃度下APX、PPO、GR 活性受到顯著抑制,細(xì)胞膜過(guò)氧化程度加劇,植物葉片受到明顯傷害。由此可以初步推知曼地亞紅豆杉具有對(duì)20 mg·m-3CH2O 脅迫的耐受能力,能維持正常的形態(tài)結(jié)構(gòu)和觀賞性,但對(duì)于濃度為40mg·m-3CH2O 表現(xiàn)出一定的受害癥狀。本試驗(yàn)僅研究了曼地亞紅豆杉對(duì)CH2O 脅迫的生理響應(yīng),而其對(duì)CH2O 的抗性機(jī)理和對(duì)室內(nèi)CH2O 污染凈化能力還需要進(jìn)一步深入研究,尤其是更多CH2O 濃度梯度下的脅迫研究。

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