低温下外源水杨酸对水稻幼苗抗氧化酶系的影响-修改稿件

低温下外源水杨酸对水稻幼苗抗氧化酶系的影响张蕊1,2，吕俊1，米青山2，王三根*1（1.西南大学1农学与生命科学学院，重庆400716；2.周口职业技术学院2农学系，河南周口466000）摘要：用水杨酸（SA）预处理水稻幼苗，能够提高水稻幼苗的抗寒性。0.5mmol/LSA预处理水稻幼苗降低了低温胁迫期间水稻幼苗体内过氧化氢（H2O2）和丙二醛（MDA）的含量及超氧阴离子（O2-.）的产生速率；同时酶活性分析表明，SA预处理后水稻幼苗在低温胁迫下超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）和过氧化氢酶（CAT）活性较低温对照上升，而抗坏血酸过氧化物酶（APX）活性较低温对照下降。研究结果表明，常温下用0.5mmol/LSA预处理水稻幼苗，提高了抗氧化酶的活性，从而提高了水稻幼苗的抗寒性。关键词：水稻幼苗;低温;水杨酸;抗氧化酶系EffectsofSalicylicAcidontheAntioxidantEnzymesofRiceSeedlingsduringChillingStressZHANGRui1,2，LVJun1，MIQing-shan2，WANGSan-gen1（1.CollegeofAgronomyandLifeScience,SWU,Chongqing400716,China;2.DepartmentofAgronomy,ZhoukouVocationalTechnicalCollege,ZhoukouHenan466000,China）Abstart：Spryingsalicylicacid(SA)toriceseedlingsundernormalgrowthconditionsprovidedprotectionagainstsubsequentchillingstress.0.5mmol/LSApretreatmentdecreasedthehydrogenperoxide(H2O2)andmalondialdehyde(MDA)concentrationandproductionratesofsuperoxideanionradicals(O2-.)inriceseedlingsunderchillingstress.TheanalysisofantioxidantenzymesshowedthatSApretreatmentcauseddecreasesinsuperoxidedismutase(SOD)activity、peroxidase(POD)activityandcatalase(CAT)activity,howevertherewasanincreaseinascorbateperoxidase(APX)activityunderchillingstress.ItissuggestedthatthepretreatmentofriceseedlingswithSAatnormalgrowthtemperaturemayincreasetheactivitiesofantioxidantenzymeswhichleadtoincreasedchillingtolerance.Keywords：riceseedlings;chilliingstress;Salicylicacid;antioxidantenzymes水杨酸（Salylicacid，SA）是植物体内普遍存在的酚类化合物，被认为是一种信号传递分子，近年来引起了人们的特别关注，其最典型的生理作用是诱导植物体内病程相关蛋白（PRs）基因表达及产生系统获得抗病性（SAR）。近年来，SA在植物抗逆境方面研究的报道也较多，如提高植物的抗盐性[1]、抗寒性[2]和抗热性[3]]及减少重金属对对细胞膜的伤害[4]；当植物受到紫外照射、臭氧胁迫时，内源SA在积累，并有病程相关蛋白的产生[5]。Janda.T[2]，MonikaNemeth[6]等最近研究表明，外源SA能够提高玉米幼苗的抗寒性，减---------------------------基金项目：重庆市科委项目（98-155）与重庆市作物品质改良重点实验室（2003-3）开放基金共同资助。作者简介：张蕊（1978－）女，河南省周口市人，助教，西南大学在读硕士研究生，研究方向：植物抗性生理。*通讯作者：王三根轻玉米幼苗因冷害造成的伤害。康国章等[7]用SA处理香蕉幼苗、Ho-MinK.和MikalE[8]等用SA处理玉米、黄瓜及水稻幼苗，发现SA能够提高其抗氧化酶活性而提高植株的抗寒性。但有关SA对提高水稻幼苗抗寒性的系统研究目前在国内外还未见有报道。本文用水杨酸预处理水稻幼苗，初步研究探讨了低温胁迫下SA与水稻幼苗膜保护酶、过氧化氢及膜脂过氧化产物之间的关系，为进一步研究SA提高水稻幼苗抗寒性机制及其作用模式提供参考。1材料与方法1.1供试材料供试水稻品种为西农优1号，由西南大学水稻研究所提供。1.2培养和处理方法水杨酸为分析纯，用蒸馏水溶解后，用1mol/LNaOH调至pH6.8，配成100mmol/L母液，使用前配成所需浓度。种子按常规消毒，浸种和催芽后，播于自制的带有尼龙网的培养钵内，每钵100粒，用1／2浓度的国际水稻所研制的水稻培养液，在人工气候室(25～27℃)下培养至二叶一心时，水稻幼苗在5℃下处理5d，测定各项指标，每个处理重复3次。幼苗在转入低温(5℃，5d)前24h用0.5mmol/L水杨酸试剂叶面喷雾1次。低温对照同时喷雾等量的清水。按常规方法测量株高、根长。丙二醛(MDA)含量参照张宪政以及王爱国的方法[9]；过氧化氢(H2O2)含量测定参照林植芳等的方法[10]；超氧阴离子(O2-.)产生速率按王爱国等的方法测定[11]；超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)、过氧化物酶(POD)与抗坏血酸过氧化物酶（APX）活性测定参照李忠光等方法[12]；超氧化物歧化酶活性，采用已知SOD活性单位抑制NBT光还原的50％为1个酶活性单位（U）；过氧化氢酶活性，以每分钟内A240减少0.1的酶量为1个酶活单位（U）；过氧化物酶活性，以每分钟内A470变化0.01的酶量为1个活性单位（U）；抗坏血酸过氧化物酶活性，以每分钟内A290的减少值计算酶活性。数据处理采用EXCEL软件，数据分析采用方差分析。2结果与分析2.1SA预处理对水稻幼苗形态指标的影响在室温经0.5mmol/LSA处理后的水稻幼苗，在转入5℃低温处理5天后，SA处理植株的根长和株高比未处理植株分别增加9.8％和4.7％（图1）。2SA预处理对水稻幼苗膜脂过氧化作用的影响试验表明低温逆境胁迫使水稻幼苗体内MDA含量明显增加。SA预处理能减小MDA的增加（图2）；低温胁迫24h后，0.5mmol/LSA预处理植株MDA含量比未处理植株的MDA含量降低22％（表1）。2.3SA预处理后水稻幼苗过氧化氢含量和超氧阴离子产生速率的影响低温胁迫下，SA预处理与未处理植株的超氧阴离子均呈现先上升后下降的趋势，但SA处理植株的超氧阴离子的产生速率明显低于未处理植株（图3）；而SA预处理植株过氧化氢含量则在低温胁迫前期含量较高，以后呈下降趋势，且低于未处理植株的过氧化氢含量，而未处理植株在低温胁迫前期明显上升，以后逐渐下降（图4）。在低温胁迫24后，SA处理植株的过氧化氢含量和超氧阴离子产生速率比对照分别下降25％和3％（表1）。表1SA预处理对水稻幼苗在低温胁迫24h后丙二醛、过氧化氢含量和超氧阴离子产生速率变化的影响Table1Effectsofchangesofmalondialdehydeandhydrogenperoxideconcentrationandproductionratesofsuperoxideanionradicalsinriceseedlingsunderchillingstressfor24hafterpretreatedwithSA测定项目低温对照0.5mmol/LSA预处理丙二醛[μmol﹒mg-1（FW）]0.401±0.0003610.315±0.000144(-22%)*过氧化氢（mmol﹒L-1）30.702±2.08222.887±1.000(-25%)超氧阴离子（U﹒L-1）381.414±1.186370.528±6.062(-3%)**,**分别为在0.05和0.01水平处理植株与未处理植株相比达到显著差异*,**SignificantattheP≤0.05and0.01levelscomparedtountreatedplants,respectively2.4SA预处理后水稻幼苗抗氧化酶活性在低温胁迫过程中的动态变化经0.5mmol/LSA预处理后，水稻幼苗在低温胁迫期间，处理与未处理植株的SOD活性均呈上升趋势，POD活性在低温胁迫前期先上升，而后下降，CAT和APX活性均呈下降趋势。总体上讲，经SA预处理的水稻幼苗SOD、POD和CAT活性在整个低温期间高于未处理的植株SOD、POX和CAT活性，而APX活性低于未处理的（图5）。SA预处理后，在低温胁迫24h后水稻幼苗SOD、POD和CAT活性分别比对照上升10％、42.56％和9.5％，而APX活性比对照下降13％（表2）。表2SA预处理对水稻幼苗在低温胁迫24h后抗氧化酶活性的影响Table2Effectsofactivitiesofantioxidantenzymesinriceseedlingsunderchillingstressfor24hafterpretreatedwithSA酶活性低温对照0.5mmol/LSA预处理超氧化物歧化酶[U﹒g-1(FW)]342.933±45.363377.233±24.543(+10%)*过氧化物酶[U﹒min-1﹒g-1（FW）]26175.000±242.50037315.000±185.333(+42.56%)**过氧化氢酶[U﹒min-1﹒g-1（FW）]326.400±16.810357.600±19.360(+9.5%)**抗坏血酸过氧化物酶[△470﹒min-1﹒g-1(FW)]6.970±0.5556.120±0.212(-13%)**,**表示为在0.05和0.01水平处理植株与未处理植株相比达到显著差异*,**SignificantattheP≤0.05and0.01levelscomparedtountreatedplants,respectively05101520根长株高cm低温对照SA预处理图1SA预处理对水稻幼苗在低温胁迫5天后根长和株高的影响Fig.1Effectsofthelongthofrootsandhightofriceseedlingsunderchillingstressfor5daysafterpretreatedwithSA00.10.20.30.40.50.60.70246低温胁迫时间/dMDA含量/μmol﹒mg-1（FW）SA预处理低温对照图2SA预处理后水稻幼苗在低温胁迫过程中丙二醛含量的动态变化Fig.2DynamicsofmalondialdehydeconcentrationinriceseedlingsduringchillingstressafterpretreatedwithSA3603653703753803853903954000246低温胁迫时间/d超氧阴离子产生速率/U﹒L-1低温对照SA预处理图3SA预处理后水稻幼苗在低温胁迫过程中超氧阴离子产生速率的动态变化Fig.3DynamicsofproductionratesofsuperoxideanionradicalsinriceseedlingsduringchillingstressafterpretreatedwithSA51015202530350246低温胁迫时间/d过氧化氢含量/mmol﹒L-1低温对照SA预处理图4SA预处理后水稻幼苗在低温胁迫过程中过氧化氢含量的动态变化Fig.4Dynamicsofh