不同地黄品种叶片中活性氧和抗氧化物质的差异研究.docx

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不同地黄品种叶片中活性氧和抗氧化物质的差异研究

不同地黄品种叶片中活性氧和抗氧化物质的差异研究

　　摘要：

以河南省焦作市武陟县主栽的地黄品种“金九”和航天搭载诱变后选育出的“HT-102”为材料进行大田试验，研究不同地黄品种叶片中活性氧和抗氧化物质的差异性。

结果表明：

相同生长期中，HT-102叶片中的活性氧（ROS）水平、抗氧化物质含量及SOD、POD抗氧化酶活性都显著高于金九，差异达显著水平（P　　1.3数据分析

　　试验3次重复，所有的数据用SPSS20.0进行统计分析和显著性检验。

　　2结果与分析

　　2.1金九和HT-102叶片中ROS含量的差异

　　植物在线粒体中进行有氧呼吸和叶绿体中进行光合电子传递过程中，都会产生O-2?

。

O-2?

是活性氧的一种，是生物体内生理生化反应的中间产物，能促进脂肪氧化，促使生物体衰老。

由表1可知：

2种地黄叶片中O-2?

的含量都随着生长发育期的推进而升高，且在相同生长期内，HT-102叶片中的O-2?

含量都较金九高。

金九叶片中O-2?

的含量，在生长期155d和75d时差异不显著；但O-2?

的含量在205d时比155d时升高了2.33倍，差异达到极显著。

HT-102叶片中O-2?

的含量，在155d时比75d时升高了24.4%，在205d时比在155d时升高了2.31倍，差异达到极显著。

而且，在205d时，HT-102叶片中O-2?

的含量比金九高19.7%，差异也达到极显著。

　　H2O2并不是一种很活跃的ROS，但有时它却可引发?

OH的产生而对细胞产生毒性。

由表1可知：

金九叶片中H2O2含量在205d时比155d时升高了69.2%，差异达到极显著；HT-102叶片中H2O2含量在205d时比155d时升高了76.4%，差异也达到极显著。

HT-102和金九叶片中H2O2含量在75d时与155d时差异不显著，但到收获期205d时，H2O2含量与155d时相比，差异已达到极显著水平，且HT-102比金九叶片中H2O2含量高16.9%。

由表2可知，随着地黄生长发育进程的推进，逐渐升高的ROS含量也会激活地黄细胞内的抗氧化防御系统。

　　2.2金九和HT-102叶片中抗氧化物质含量的差异

　　AsA和GSH是2个重要的防御氧化胁迫的非酶复合物[21]，它们能够缓和生物体内的多种氧化应激，保护组织细胞免受内源性ROS的损伤。

由表3可知：

AsA和GSH的含量在2种地黄叶片中呈现相似的变化趋势，随着生长期的推进，AsA的含量升高更显著。

金九叶片中AsA含量在205d时比155d时升高了189.0%，HT-102叶片中AsA含量在205d时比155d时升高了141.2%，差异达到极显著水平；且在205d时，HT-102叶片中AsA含量比金九高32.8%。

而对于GSH的水平，金九在205d时比155d时升高了26.1%，在155d时比75d时升高了23.9%，差异达到显著水平。

但对于HT-102来说，其叶片中GSH水平在205d时比155d只上升了9.6%，差异不显著；而在155d时比75d时升高了37.0%，差异达到极显著水平。

　　在逆境（旱、热、盐碱、冷、冻等）条件下，许多植物体内Pro大量积累。

积累的Pro作为细胞质内的渗透调节物质，还能稳定蛋白的结构、维持酶的活性、降低细胞酸性以及调节细胞的氧化还原势等[22]。

Pro能作为单态氧的淬灭剂和?

OH的清除剂，所以它在植物的抗衰老过程中也起着重要的作用。

由表3可知：

金九Pro水平在205d时比155d时升高了94.4%，HT-102的Pro水平在205d时比155d时升高了81.0%。

而且，HT-102比金九叶片中Pro含量在205d时和155d时都高，差异达到极显著；这也说明：

在地黄生长发育后期，HT-102比金九叶片中产生了更多的ROS。

因此，HT-102叶片中积累较多的Pro来提高代谢能力。

在生长过程中，HT-102和金九2个地黄品种出苗率之间没有明显差异，但到了生长末期，HT-102和金九相比，叶片干枯和死苗现象严重很多。

　　2.3金九和HT-102叶片中抗氧化酶活性的差异

　　由表4可见，SOD、POD和CAT活性在2种地黄叶片中都随着生长发育期的推进而升高。

对SOD活性来说，金九叶片在205d时和155d时相比上升了72.3%，HT-102叶片在205d时和155d时相比上升了77.6%。

而且，HT-102叶片中SOD活性在205d、155d和75d时都比金九高，差异达到极显著。

POD活性和SOD活性有相似的变化趋势，但2种地黄叶片中POD的活性增强较SOD剧烈。

POD活性显著增强表现在：

金九叶片在205d时比155d时升高了6.78倍，HT-102叶片在205d时比155d时升高了4.67倍，差异都达到极显著水平。

然而，CAT活性整体上与SOD和POD却表现出不同的变化特性。

在2种地黄叶片中，CAT活性在205d、155d和75d时差异都达到极显著水平。

但是在205d时，金九叶片中CAT活性却比HT-102的高。

这很可能是地黄在衰老过程中，HT-102叶片中积累了更多的ROS，从而造成了对生物大分子蛋白质、酶等更严重的损伤，损伤导致了蛋白质解离、酶变性失活，这也和表1的结果相吻合。

　　由表5可见，APX和GR2种酶活性在金九和HT-102地黄生长发育过程中，整体上表现出相同的变化趋势，而且在生长的75d、155d和205d时差异都达到极显著水平。

GR活性变化具体表现在：

金九叶片在155d时比75d时升高了1.56倍，在205d时比155d时升高了73.91%；HT-102叶片在155d时比75d时升高了1.25倍，205d时比155d时升高了37.04%，差异都达到极显著水平。

对于APX活性来说，金九叶片在155d时比75d时升高了76.19%，在205d时比155d时升高了1.31倍；HT-102叶片在155d时比75d时升高了93.71%，205d时比155d时升高了75.45%。

而且，在205d收获期时，金九叶片中GR和APX活性都比HT-102的高。

这也很可能是地黄在衰老过程中，HT-102叶片中积累了更多的ROS，从而造成了GR和APX酶变性失活。

这也和表1的结果相符合。

　　3讨论与结论

　　近年来，很多研究表明植物叶片的衰老与ROS引起的损伤有关。

地黄在生长发育过程中，会产生一定量的ROS，而且，随着生长发育期的推进，直到衰老期，产生过量的ROS远远超出了其自身抗氧化系统的清除能力。

本研究中，2个品种地黄在收获期叶片中积累了很高水平的O-2?

和H2O2，且HT-102叶片中O-2?

和H2O2水平都高于金九。

这些ROS在细胞内会引起一系列反应，如膜损伤、细胞器功能破坏、代谢反应减缓、电解质渗漏等，最终导致细胞死亡。

而且，在生长后期，HT-102植株叶片的干枯现象较金九严重，这很可能和HT-102叶片中ROS水平较高有关。

　　己证实地黄叶片具有很强的抗氧化活性[23]。

SOD的主要功能是催化O-2?

发生歧化反应，生成H2O2和O2，从而消除O-2?

对细胞的损害[24]。

正常情况下，SOD活性稳定，植物产生和消除O-2?

的能力处于动态平衡。

但当植物衰老或遇到逆境时，体内O-2?

水平升高，SOD的活性也上升[25]，从而对植物起到保护作用。

另外，SOD活性强，也间接说明了叶片细胞内具有高水平的O-2?

，本研究中对O-2?

的直接测定也证明了这一点（表1）。

SOD虽然可以清除O-2?

，但同时又有H2O2的形成。

植物体中H2O2的清除需要依赖CAT和POD这2种保护酶的共同作用。

细胞中高浓度的H2O2主要靠CAT清除，从而尽可能使H2O2控制在较低水平[26]。

但是，在各种逆境胁迫或者植物体衰老的条件下，过多的H2O2积累会造成CAT活性下降甚至变性失活已被大多数的研究所证实。

本研究中HT-102地黄在衰老期叶片中较高的H2O2水平和较低的CAT活性，与沈文飚、祁春苗等人的研究结果[27-28]一致。

本研究中，POD活性在地黄衰老期大大升高，一方面要清除细胞内的H2O2，另一方面可能它参与了叶绿素的降解[29]、活性氧的产生，并引发膜脂过氧化，是植物衰老到一定阶段的产物。

HT-102叶片中较高的POD活性也说明它较金九更早进入了衰老期，叶片膜脂过氧化更严重。

　　APX和GR是AsA-GSH循环中清除H2O2的关键酶。

APX通过把AsA转变成脱氢抗坏血酸而清除H2O2，AsA的再生由依赖GSH的脱氢抗坏血酸还原酶催化[30]。

本研究中，APX和GR活性在2种地黄叶片中都随着生长发育过程的推进而升高（表5），这些酶活性的升高也导致了AsA和GSH的积累（表3）。

因为在地黄生长过程中，为了防治黄斑病、轮纹病、枯萎病及其他常见的病毒病而喷施多种农药后，在一定时期内对地黄叶片造成伤害。

以上抗氧化酶活性升高，是为了减轻病害、农药及衰老等因素对地黄细胞的伤害。

抗氧化酶活性的升高可能是植物体内新合成或激活了编码这些抗氧化酶基因的转录和翻译[31]，进而增强了地黄的抗性。

但是，在地黄生长末期，叶绿素的降解快于合成、叶片逐渐黄化、RNA水解、蛋白质也迅速降解，ROS水平超出防御机制所受范围，细胞处于氧化胁迫状态，进而会引发脂质过氧化、蛋白质氧化以及酶失活，最终激活程序性细胞死亡。

HT-102地黄叶片中高水平的O-2?

和H2O2与其叶片出现黄化现象较早以及后期叶片干枯现象更严重有直接的关系。

　　总之，地黄不同品种ROS和抗氧化物质的差别反映了地黄种质资源在抵抗外界胁迫和适应环境方面的遗传多样性。

ROS含量高无疑不利于光合产物的积累和次生代谢产物的合成[32-33]，但不同品种产量的高低除与抗氧化物质水平高低有关外，还与其他遗传因素和栽培条件有关。

叶片早衰是影响地黄和其他农作物产量和品质的重要因素之一，因此ROS和抗氧化物质含量的高低只是地黄栽培育种的参考指标之一。

本研究为今后揭示地黄衰老的分子机制，以及在生产实践中延缓地黄的衰老进程，并进一步提高地黄的产量和品质具有重要的理论价值。

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