卜 婷，劉靈霞，楊建霞，鮮盼盼

(1.隴東學(xué)院 生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，甘肅 慶陽 745000；2.甘肅省高校隴東生物資源保護(hù)與利用省級重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，甘肅 慶陽 745000)

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一定強(qiáng)度的UVC輻射對玉米幼苗活性氧成分及抗氧化系統(tǒng)的影響

卜 婷1,2，劉靈霞1,2，楊建霞1,2，鮮盼盼1

(1.隴東學(xué)院 生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，甘肅 慶陽 745000；2.甘肅省高校隴東生物資源保護(hù)與利用省級重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，甘肅 慶陽 745000)

UVC照射；玉米；CAT；POD；SOD

0 引言

慶陽市位于甘肅省東部，具有典型的黃土高原地貌，為甘肅省的主要糧食產(chǎn)區(qū)。玉米是當(dāng)?shù)氐闹饕锛Z作物之一，其產(chǎn)量在當(dāng)?shù)丶Z食總產(chǎn)量中占據(jù)著重要比例，其經(jīng)濟(jì)效益與農(nóng)民收入息息相關(guān)。但由于當(dāng)?shù)睾０屋^高，加上近幾十年工業(yè)化進(jìn)程加快導(dǎo)致的地球臭氧層變薄，因此，較強(qiáng)的紫外輻射對農(nóng)作物帶來的影響已成為筆者研究的重要課題之一。

有研究顯示臭氧層為中波紫外線(UVB)和短波紫外線(UVC)的主要吸收者[1]。UVB輻射對植物有強(qiáng)烈的負(fù)面效應(yīng)，UVB輻射增強(qiáng)后，植物出現(xiàn)植株矮化和縮小，葉面積減小，葉片增厚，光合速率和生物量降低，導(dǎo)致出現(xiàn)蛋白質(zhì)損傷、膜脂變化和葉綠體損傷等[2，3]。王玉州等[4]研究表明3種類型的大豆在UVB輻射增強(qiáng)時葉綠素含量、生物量及形態(tài)方面都出現(xiàn)不同程度變化。侯麗麗等[5]通過研究發(fā)現(xiàn)，隨UVB輻射強(qiáng)度或時間的增加，番茄幼苗株高降低，而莖粗、根莖葉干物質(zhì)量及壯苗指數(shù)則先升高后降低。解備濤等[6]研究結(jié)果也顯示UVB輻射增強(qiáng)導(dǎo)致玉米的生物量、株高等形態(tài)指標(biāo)都下降，玉米葉片的光合速率、氣孔導(dǎo)度、蒸騰速率下降和胞間二氧化碳濃度上升，玉米葉片的抗氧化酶活性下降。鄭先波等[7]通過以UVC輻射對植物影響的研究，結(jié)果顯示，UVC輻射處理葡萄果實(shí)能顯著增加果皮白藜蘆醇(Resveratrol, Res)及其糖苷的含量。李丹丹等[8]發(fā)現(xiàn)在照射強(qiáng)度相同的前提下，UVC照射辣椒幼苗后株高、全鮮重及根系活力降低，且間斷照射的影響大于連續(xù)照射。儲藏前對平菇進(jìn)行UVC照射處理雖然可使得平菇表面有所變暗，但可降低利斯特菌的增生，仍對儲存有利[9]。UVC處理能夠顯著降低韭菜的黃變率和腐爛率[10]，另有研究發(fā)現(xiàn)，UVC對草莓、山楂、桃子等多種水果的儲藏和保鮮都有重要作用[11-13]，這可能與UVC照射后，水果表面的微生物生長狀況受影響有關(guān)[14-16]。

正大12號為慶陽當(dāng)?shù)胤N植的主要玉米品種之一，通過前期研究發(fā)現(xiàn)：對正大12號玉米種子進(jìn)行UVC照射時，照射時間為5～6h/d時可促進(jìn)玉米種子萌芽，照射時間>10h/d則抑制其萌芽，照射使得幼苗表現(xiàn)為生長緩慢，株高變短，根有萎蔫發(fā)黃現(xiàn)象，莖的生長失去背地性，出葉緩慢。因此，本研究選擇在正大12號玉米幼苗經(jīng)一定強(qiáng)度UVC單獨(dú)照射以及UVC-日光混合照射5h/d后，對玉米葉片中的活性氧成分及抗氧化酶活性進(jìn)行檢測和分析，了解UVC對于玉米幼苗的輻射效應(yīng)，并初步探究UVC對玉米的輻射效應(yīng)機(jī)理，為正大12號玉米在慶陽當(dāng)?shù)氐姆N植條件優(yōu)化提供一定的參考。

1 材料與材料處理方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

供試玉米品種為正大12號，采購于甘肅省慶陽市西峰區(qū)種子站。

1.2 材料處理方法

挑選無傷痕、無病蟲害、籽粒飽滿、均勻一致的玉米種子，2%次氯酸鈉消毒10min，蒸餾水沖洗后浸泡24h進(jìn)行種植。玉米種子等間距接種于盤子(長38.6cm，寬26cm，高7cm)底部，300粒/盤，輕覆珍珠巖，蒸餾水澆透，以后每天補(bǔ)加適量蒸餾水以保證濕度。中間澆MS培養(yǎng)液2次。待幼苗長至5cm左右時，將材料隨機(jī)分為日光照射組(C)、紫外照射組(UVC)、紫外日光混合照射組(C+UVC)，并按分組進(jìn)行對應(yīng)的光照處理，每天同一時間照射5h，暗處理2h，再補(bǔ)光3h，連續(xù)處理5d，實(shí)驗(yàn)重復(fù)3次。

1.3 實(shí)驗(yàn)照射裝置

實(shí)驗(yàn)采用箱式避光裝置，在實(shí)驗(yàn)室采用燈管照射模擬紫外照射。分別將日光燈管、UVC燈管、日光+UVC燈管水平懸掛于3個相同的箱式裝置中，高度可調(diào)。日光燈管15W，長35cm；UVC燈管15W，長35cm。實(shí)驗(yàn)時，將實(shí)驗(yàn)材料置于燈管正下方，通過調(diào)整燈管高度調(diào)整照射劑量。本實(shí)驗(yàn)中燈管高度為40cm，紫外輻射儀測定紫外輻射劑量為46mJ/cm2。

1.5 超氧化物歧化酶(SOD)含量測定

采用氮藍(lán)四唑光還原法，參考張志良等[17]的方法并作了適當(dāng)改進(jìn)。以能抑制反應(yīng)50%的酶量為1個SOD酶單位。其活力可由下式計(jì)算：SOD活力=反應(yīng)被抑制的百分比/(50%×加入粗酶液中的蛋白含量)=[(對照管OD值-測定管OD值)/對照管OD值]/(50%×加入粗酶液中的蛋白含量)，其中蛋白含量由紫外吸收法測得。

1.6 過氧化氫(H2O2)含量的測定

采用二甲基酚橙法，參考張志良等的方法[17]。H2O2含量=(C×Vt)/m，C為標(biāo)準(zhǔn)曲線上查得的樣品中H2O2濃度，單位μmol/L；Vt為樣品提取液總體積，單位是mL；m為植物組織鮮重，單位是g。

1.7 過氧化氫酶(CAT)活性的測定

采用紫外吸收法，按張志良等[17]的方法測定。以每分鐘A240減少0.1的酶量為1個活性單位(U)。過氧化氫酶活性=(△A240×Vt)/(W×Vs×0.1×t)，△A240=As0-(As1+As2∕2)；As0為加入煮死酶液的對照空白管的吸光度；As1﹑As2為樣品測定管的吸光度；W為材料鮮重(g)；t為從加入H2O2開始到最后讀數(shù)的時間(min)；Vs為測定時所取的酶液體積(mL)；0.1為A240下降0.1時的1個酶活性單位(U)；Vt為提取酶液總體積(mL)。

1.8 過氧化物酶(POD)活性的測定

參考王學(xué)奎的愈創(chuàng)木酚法[18]。以每分鐘內(nèi)A470變化0.01為1個過氧化物酶活性單位(U)。過氧化物酶活性=(△A470×Vt)/(W×Vs×0.01×t)，式中，△A470為反應(yīng)時間內(nèi)吸光度的變化，W為材料鮮重(g)；t為反應(yīng)時間(min)；Vs為測定時所取的酶液體積(mL)；Vt樣品總體積(mL)。

1.9 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

所有指標(biāo)測定重復(fù)3次，所有結(jié)果采用WPS雙樣本異方差分析法。0.01

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

注：“**”表示與C組相比有極顯著性差異，P<0.01；“##”表示與UVC組相比有極顯著性差異，P<0.01。下同。圖1 日光燈和/或UVC照射處理對玉米幼苗產(chǎn)生速率的影響Fig.1 Effect of daylight and/or UVC treatment on generation rate of corn seedings

2.2 UVC輻射對玉米幼苗H2O2含量的影響

圖2 日光燈和/或UVC照射處理對玉米幼苗H2O2濃度的影響Fig.2 Effect of daylight and/or UVC treatment on H2O2 concentration of corn seedings

由圖2可以看出，UVC照射后玉米幼苗葉片中H2O2濃度為2.752μmol/g，與對照相比降低了24.7%，表現(xiàn)為具有極顯著差異(P<0.01)。C+UVC照射時，玉米幼苗葉片中H2O2濃度為3.511μmol/L，與UVC組相比升高了27.6%，表現(xiàn)為極顯著升高(P<0.01)，且與C組相比無明顯差異。

2.3 UVC輻射對玉米幼苗SOD活性的影響

圖3 日光燈和/或UVC照射處理對玉米幼苗SOD活性的影響Fig.3 Effect of daylight and/or UVC treatment on SOD activity of corn seedings

圖3數(shù)據(jù)表明，UVC組及C+UVC玉米幼苗葉片中SOD活性與對照組相比分別下降了54.1%和82.2%，且均具有極顯著性差異(P<0.01)。另外，C+UVC混合光照處理時與單獨(dú)UVC照射時相比，SOD活性亦極顯著下降(P<0.01)，僅為UVC處理組的38.2%。

2.4 UVC輻射對玉米幼苗CAT活性的影響

圖4 日光燈和/或UVC照射處理對玉米幼苗CAT活性的影響Fig.4 Effect of daylight and/or UVC treatment on CAT activity of corn seedings

圖4為日光燈和/或UVC照射處理后對玉米幼苗CAT酶活性檢測的結(jié)果。結(jié)果表明，UVC照射后玉米幼苗葉片中CAT活性無明顯變化。日光與UVC混合照射處理時，CAT活性分別僅為對照組和UVC組的3.9%和3.8%，表現(xiàn)為極顯著下降(P<0.01)。

2.5 UVC輻射對玉米幼苗POD活性的影響

圖5數(shù)據(jù)顯示：對照組POD活性為805U/g，UVC照射后則僅為對照組的49.6%，POD活性表現(xiàn)為極顯著下降(P<0.01)，C+UVC照射處理后，POD活性為對照組的1.48倍，為UVC處理組的2.98倍，均表現(xiàn)為極顯著升高(P<0.01)。

圖5 日光燈和/或UVC照射處理對玉米幼苗POD活性的影響Fig.5 Effect of daylight and/or UVC treatment on POD activity of corn seedings

3 分析與討論

H2O2的存在可以直接或間接的導(dǎo)致細(xì)胞膜脂質(zhì)過氧化損壞，加速細(xì)胞的衰老和解體[17]。CAT、POD的功能是清除H2O2，催化體內(nèi)積累的H2O2分解為水和分子氧，從而減少H2O2對植物組織可能造成的氧化傷害[19]。通過實(shí)驗(yàn)研究，結(jié)果顯示UVC照射處理后，玉米幼苗葉片中H2O2含量顯著下降，CAT活性無明顯變化，POD活性亦極顯著下降，這表明UVC照射可能干擾了H2O2產(chǎn)生途徑而導(dǎo)致H2O2濃度降低，UVC對玉米幼苗的損害與H2O2的強(qiáng)氧化性無關(guān)，POD活性的下降可能與UVC照射對酶本身的結(jié)構(gòu)的破壞有關(guān)。日光與UVC混合照射處理后H2O2濃度回升，CAT活性極顯著下降，POD活性則極顯著上升，這提示我們：對于玉米幼苗，混合照射可以弱化UVC對H2O2產(chǎn)生途徑的干擾使得H2O2含量升高，而升高的H2O2可能被CAT清除，因此CAT酶活性極限著降低。

4 結(jié)論

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The effect of UVC radiation on corn seeding active oxygen species and antioxidant enzyme

BU Ting1,2,LIU Lingxia1,2,YANG Jianxia1,2,XIAN Panpan1

(1.College of life science and technology, Longdong University, Qingyang, Gansu 745000, China;2.Provincial Key University Laboratory for Protection and Utilization of Longdong Bio-resources, Qingyang, Gansu 745000, China)

UVC radiation; corn; CAT; POD; SOD

1004—5570(2016)06-0045-05

2016-05-12

國家自然科學(xué)基金地區(qū)基金(31560139)；隴東學(xué)院青年科技創(chuàng)新項(xiàng)目(XYLK1304)

卜 婷(1985-)，女，碩士，講師，研究方向：農(nóng)作物的UVC效應(yīng)及其機(jī)理，E-mail：biting2006@163.com.

S131；Q682

A