吳華+蘇倩+陳金慧+匡華林+施季森+成鐵龍

摘要：水楊酸（SA）在植物的抗病、抗逆境脅迫中發(fā)揮著重要作用，為研究水楊酸對杉木抗紫外脅迫的影響，以杉木組培苗為試驗材料，在培養(yǎng)基中添加不同濃度（0、50、100、150、200 mg/L）SA（以不添加SA作為對照組），用紫外燈模擬自然界UV-B輻射對其進行處理，測定紫外脅迫下杉木組培苗內(nèi)源SA含量的變化，以及經(jīng)SA預(yù)處理后杉木組培苗在紫外脅迫前后的生理狀態(tài)及光合作用效率的變化。結(jié)果顯示：不經(jīng)SA預(yù)處理的杉木組培苗在紫外脅迫下內(nèi)源SA含量隨著照射時間的增加而增加，說明SA參與了紫外脅迫響應(yīng)；經(jīng)100、150 mg/L SA預(yù)處理后，有效降低杉木組培苗丙二醛含量，緩解紫外脅迫對杉木幼苗的傷害，POD活性、可溶性蛋白含量及葉綠素熒光參數(shù)（Fv/Fm值、YⅡ、qN、qP）均升高，顯示SA能調(diào)節(jié)上述物質(zhì)含量來增強杉木組培苗的抗紫外能力，從而有效保護杉木組培苗免受紫外脅迫的傷害。

關(guān)鍵詞：杉木；組培苗；水楊酸；紫外脅迫；生理指標；POD活性；可溶性蛋白質(zhì)含量；葉綠素熒光參數(shù)

中圖分類號： S791.270.5 文獻標志碼： A

文章編號：1002-1302（2016）09-0207-04

杉木[Cunninghamia lanceolata （Lamb.） Hook]屬杉科（Taxodiaceae）杉木屬（Cunninghamia），是中國長江流域、秦嶺以南地區(qū)栽培最廣、生長快、經(jīng)濟價值高的用材樹種。但是，杉木在生長過程中常受到各種逆境環(huán)境的脅迫。喻方圓等研究發(fā)現(xiàn)，杉木不同無性系間抵抗逆境脅迫的能力有所差異[1]；吳華等發(fā)現(xiàn)，紫外線對杉木體胚苗有脅迫作用[2]。

水楊酸（salicylic acid，SA）是植物體內(nèi)普遍存在的一種酚類化合物，是細胞內(nèi)信號分子，又是一種內(nèi)源性激素[3-4]。當植物受到病原物侵染后，產(chǎn)生過敏反應(yīng)的部位內(nèi)SA水平顯著升高；當植物再次受到同種病原物或其他病原物侵染時，表現(xiàn)出抗性增強[5-7]。近年來，SA在植物抵抗非生物脅迫（紫外輻射[8-9]、低溫[10-11]、高溫[12-13]、干旱[14-15]、鹽害[16]、重金屬[17-18]等）方面作用的研究也開始受到廣泛關(guān)注，但是目前有關(guān)SA在重要用材樹種杉木逆境脅迫中的作用研究相對較少。本試驗以杉木組培苗為對象，分析外源SA預(yù)處理對紫外脅迫的杉木組培苗生長發(fā)育的影響，從杉木組培苗生理指標的變化探討外源添加SA是否可以緩解紫外脅迫對杉木組培苗的傷害，從而為揭示SA誘導(dǎo)植物抗紫外脅迫作用機制提供一定的理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

選取株高7～8 cm、葉長2～3 cm、長勢基本相同、生長狀況良好的杉木組培苗，隨機分成A、B 2組。

1.1 紫外脅迫處理下杉木組培苗內(nèi)源SA含量變化

A組置于UV-B燈管（30 W，上海高硼紫外燈管）（280～320 nm）下方，用紫外輻射強度測試儀（北京師范大學光電儀器廠）測定紫外線輻射強度為18 kJ/（m2·d）。紫外輻射處理時間為每天10 h （8：00-18：00）。取輻射0、1、3、5、7、9 d 的杉木組培苗葉片（0 d為對照組），設(shè)3組重復(fù)，稱質(zhì)量后投入液氮，于-80 ℃冰箱保存，用于內(nèi)源SA的測定。其中用甲醇浸提杉木組培苗體內(nèi)的SA[19]，用高效液相色譜儀（Waters e2695）測定內(nèi)源SA含量。

1.2 添加SA對杉木組培苗的影響

將B組接種到含有不同濃度SA（0、50、100、150、200 mg/L）的培養(yǎng)基上，每個濃度4株苗，3個重復(fù)。接種3 d后將其置于紫外燈下，每天照射10 h（8：00-18：00）；以接種在不加SA（0 mg/L）的培養(yǎng)基上的杉木為對照組（CK）。取照射0、3 d 植株相同部位的葉片，進行POD活性、丙二醛（MDA）含量、可溶性蛋白含量及葉綠素熒光參數(shù)的測定。

本研究用硫代巴比妥酸比色法進行丙二醛含量的測定[20]；用考馬斯亮藍比色法進行可溶性蛋白含量的測定[21]；用愈創(chuàng)木酚法進行過氧化物酶（POD）活性的測定[22]，將1 min 內(nèi)D值增加0.1計為1個過氧化物酶活力單位（U），酶活性單位為U/g。

在本研究中使用Dual-PAM-100葉綠素熒光儀進行活體葉綠素熒光的測定。測定前將植物于黑暗中適應(yīng)30 min，利用24 μmol/（m2·s）測量光測初始熒光Fo，利用20 000 μmol/（m2·s）飽和脈沖測定最大熒光Fm，利用209 μmol/（m2·s）光化光測量光適應(yīng)下的最大熒光（Fm′）。光系統(tǒng)Ⅱ的最大光合效率（Fv/Fm值）、光系統(tǒng)Ⅱ的實際光合效率（YⅡ）、光化學猝滅系數(shù)（qP）、非光化學猝滅系數(shù)（qN）由儀器自動給出。

2 結(jié)果與分析

2.1 紫外脅迫處理對杉木組培苗內(nèi)源SA濃度的影響

從圖1可以看出，隨著紫外照射時間的增加，杉木組培苗的內(nèi)源SA含量呈上升趨勢，與對照相比，其含量分別增加36.53%、81.73%、107.6%、162.5%、199.0%。說明在遭受紫外逆境脅迫時，杉木組培苗體內(nèi)內(nèi)源SA含量會升高。

2.2 SA處理對杉木組培苗抗紫外脅迫能力的影響

從圖2可以看出，紫外照射0 d，經(jīng)不同濃度SA處理，杉木組培苗葉綠素熒光參數(shù)（Fv/Fm值、YⅡ、qN、qP）與對照相比均降低；紫外照射3 d，與紫外照射0 d相比，杉木組培苗葉綠素熒光參數(shù)（Fv/Fm值、qN、qP）均降低。對照（0 mg/L SA）降低幅度最大，試驗組杉木組培苗葉綠素熒光參數(shù)（Fv/Fm值、YⅡ、qN、qP）均高于對照組；當SA濃度為100 mg/L時，F(xiàn)v/Fm值、YⅡ均達到最高值，與對照相比分別增加了10.6%、17.7%；當SA濃度為150 mg/L時，qN、qP達到最高值，與對照相比相比分別增加了81.7%、27.9%，說明適宜濃度的SA能夠減弱紫外脅迫對植物的傷害。

從圖3可以看出：紫外照射0 d，與對照相比經(jīng)不同濃度SA處理杉木組培苗MDA含量增加，但差異不顯著；紫外照射3 d，與紫外照射0 d相比，杉木組培苗MDA含量都有所上升，對照上升幅度最大，表明外源SA能緩解紫外照射引起的杉木幼苗體內(nèi)MDA含量升高，MDA含量分別比對照減少了22%、29%、14%、3%，其中100 mg/L SA能顯著降低由紫外脅迫產(chǎn)生的MDA含量。

如圖4所示，在紫外照射前，與對照相比，經(jīng)不同濃度水楊酸處理杉木組培苗POD活性顯著提高，并隨著水楊酸濃度的增加呈先上升后下降的趨勢。紫外照射3 d后，不同濃度水楊酸處理POD活性升高幅度不同，與對照相比分別增加了8.1%、14.4%、34.7%、1.0%，表明紫外脅迫下外源SA可增強POD活性，其中100、150 mg/L SA可顯著增強杉木體內(nèi)POD的活性。

由圖5可知，在紫外照射前，與對照相比，經(jīng)不同濃度SA處理的杉木組培苗可溶性蛋白含量增加，差異顯著，并隨著

SA濃度的增加呈先上升后下降的趨勢。紫外照射3 d后，經(jīng)不同濃度SA處理，與對照相比杉木體內(nèi)可溶性蛋白含量分別增加了121.9%、37.2%、16.9%、1.7%，說明外施SA能增加杉木體內(nèi)可溶性蛋白含量，其中100、150 mg/L SA能顯著增加可溶性蛋白含量。

3 結(jié)論與討論

SA是植物體內(nèi)一種與逆境防御系統(tǒng)密切相關(guān)的信號分子，參與植物抵抗生物與非生物脅迫的一系列細胞防御反應(yīng)。研究表明，在植物中部分非生物脅迫可以導(dǎo)致植物內(nèi)源SA水平的升高[23-25]。在本試驗中，紫外輻射導(dǎo)致杉木組培苗葉片中內(nèi)源SA積累，說明SA作為一種植物激素，參與杉木組培苗對紫外脅迫信號的響應(yīng)。有研究表明，SA能激活植物過敏反應(yīng)（hypersensitive response，HR）并誘導(dǎo)植物產(chǎn)生系統(tǒng)獲得性抗性（systemic acquired resistance，SAR），HR使病原感染局部化，植物局部HR反應(yīng)能引起整株植物獲得抗性（即SAR）[26]。紫外照射前，外源添加SA使MDA含量增加不顯著、葉綠素熒光參數(shù)數(shù)值降低，POD活性、可溶性蛋白含量升高，推測SA介導(dǎo)杉木產(chǎn)生HR、SAR，當杉木受到紫外線脅迫時，可提高杉木的抗性，保護杉木組培苗免受紫外脅迫的傷害。

葉綠素熒光參數(shù)是評價植物光合機構(gòu)是否受損傷的重要參數(shù)，因此研究者常把它作為研究逆境脅迫對光合機構(gòu)傷害內(nèi)在響應(yīng)的理想探針[27]。本試驗結(jié)果表明，紫外脅迫后葉綠素熒光參數(shù)（Fv/Fm值、qN、qP）與紫外照射前相比都呈下降趨勢，說明植株的光系統(tǒng)遭到了一定破壞；添加一定濃度SA后，F(xiàn)v/Fm值、YⅡ、qN、qP下降幅度變小，SA濃度為100 mg/L時能有效增強植物光合作用，說明外源SA預(yù)處理誘導(dǎo)了杉木組培苗提高PSⅡ的潛在活性，提高了光能轉(zhuǎn)化效率，減少了反應(yīng)中心過剩光能的積累，保護光合機構(gòu)免受破壞。

在正常生長條件下，植物體內(nèi)自由基的產(chǎn)生和清除處于動態(tài)平衡狀態(tài)；當植物受脅迫時，這種平衡被破壞，首先影響生物膜產(chǎn)生質(zhì)膜過氧化作用，累積許多有害的過氧化物[28]。丙二醛是植物細胞膜不飽和脂肪酸發(fā)生過氧化作用的終產(chǎn)物，它可以結(jié)合交聯(lián)質(zhì)膜上的蛋白質(zhì)，使其失活，導(dǎo)致膜孔隙度變大，通透性增加，從而破壞生物膜的結(jié)構(gòu)和功能，引起細胞代謝紊亂[29]。在本試驗中，紫外脅迫處理后，與對照相比，MDA含量減少，說明一定濃度的SA能緩解紫外脅迫對植物膜系統(tǒng)的破壞，緩解植物的膜脂過氧化。張林青在研究SA對鹽脅迫下番茄幼苗生理指標影響時也發(fā)現(xiàn)，SA可降低膜脂過氧化物產(chǎn)物丙二醛含量和質(zhì)膜透性，緩解鹽脅迫對幼苗生長的抑制[30]。

植物在干旱、低溫、鹽害逆境脅迫下，葉綠體利用CO2的能力會受到限制，能耗降低，光合電子傳遞到O2的比例相對增加，可使體內(nèi)活性氧如H2O2等含量大量增加。如果過量的活性氧不能被及時清除，植物將會受到嚴重的氧化傷害，因此植物形成酶促和非酶促的抗氧化防御系統(tǒng)以保護細胞免受傷[31-32]。植物體內(nèi)的可溶性蛋白質(zhì)大多數(shù)是參與代謝的酶類，其含量是了解植物體總代謝水平的一個重要指標[33]。在本試驗中，與紫外照射前相比，紫外照射后杉木中的抗氧化酶（POD）活性及可溶性蛋白含量明顯上升，杉木組培苗受到紫外脅迫后，SA可顯著增強POD活性，來調(diào)節(jié)抗氧化系統(tǒng)代謝平衡，減輕對植物的傷害。李婧男等發(fā)現(xiàn)，SA對鹽脅迫下沙冬青幼苗抗氧化酶活性有影響[34]；可溶性蛋白含量的升高可能是與抗性蛋白質(zhì)、防御酶系的合成有關(guān)[35-36]。但不同SA處理使得POD活性及可溶性蛋白含量增加量不同，100、150 mg/L SA可顯著增加杉木體內(nèi)POD的活性、可溶性蛋白含量，200 mg/L SA反而對杉木有害，說明SA能通過增加抗氧化酶（POD）活性、提高可溶性蛋白含量來提高杉木的適應(yīng)性，從而減少紫外照射對于杉木的傷害。

綜上所述，外施SA 100、150 mg/L能夠有效提高杉木組培苗的生理機能，增強杉木組培苗抵抗紫外脅迫的能力，保護杉木組培苗免受紫外輻射的傷害，在今后杉木幼苗培育過程中可適當外施一定濃度SA以提高杉木幼苗的抗性。另外，SA及其功能類似物具有高效、低成本、無毒、無殘留等特點，其在林業(yè)、農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)應(yīng)用中將有廣闊的前景。

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