降香黄檀幼苗对低锰胁迫的早期生理响应

冯守富蒙美香林海丽杨红兰

(1.广西民族师范学院化学与生物工程学院，广西 崇左 532200；2.广西师范大学生命科学学院，广西 桂林 541004)

前言

降香黄檀(Dalbergia odorifera T.Chen)为蝶形花科黄檀属半落叶乔木，是国家二级保护植物，也是我国华南和华东“热区”培育珍贵用材林的重要树种[1]。降香黄檀对立地条件要求不严，在陡坡、山脊、岩石裸露、干旱瘦瘠的地区均能适生[2]。目前，我国红木资源极度短缺，需大量从国外进口花梨木，可以预计人们对高档红木家具的需求也越来越大，因此发展降香黄檀的前景非常看好[3]。对此，加快珍贵树种的人工培育、地区引种技术研究，是缓解当前市场供需矛盾的重要举措。本课题研究以降香黄檀幼苗为材料，通过研究降香黄檀幼苗对于低锰胁迫下的耐受性，为降香黄檀在重金属污染地区的引种提供一定的理论依据。

1 试验方法和数据分析

试验采用的降香黄檀种子采于广西壮族自治区崇左市广西民族师范学院校园内。2019年3月采集颗粒饱满、完好无损的种子，于实验室外进行幼苗培育。胁迫使用的幼苗为长出5片羽叶的降香黄檀幼苗；胁迫用药品为白色粉末的硫酸(MnSO4)，分子量为169.01，以填埋方式一次施入；胁迫时间为21d。测定丙二醛含量、POD酶活力、SOD酶活性，测定方法参照蔡庆生版的《植物生理学实验》课本[4]。所有数据采用Excel 2010处理及绘制图表。

2 结果与分析

2.1 低锰胁迫下降香黄檀幼苗丙二醛(MDA)含量

当植物自身器官衰老或生长在与自身生长环境相违背的地方时，会对植物本身产生伤害，而受到伤害的程度则可由丙二醛含量反映。由图1可知，降香黄檀幼苗的根在低浓度锰胁迫下，MDA含量与胁迫周期息息相关，随着胁迫周期的延长，MDA含量逐渐增加，但数值都比对照组小；茎中MDA含量随着胁迫周期的延长，也逐渐增加，胁迫后期(21d)茎中的MDA含量与空白组的含量大致相等；叶的MDA含量在中期(14d)时最低，在整个胁迫周期试验组的含量与空白组的含量相差不大。膜脂过氧化在分解中，促使了丙二醛的产生，其含量越少意味着膜脂过氧化程度越小。根据图1可看出，在胁迫期，降香黄檀幼苗的茎、叶与空白组的MDA含量相差不大，而根的含量相差较大，表明整个胁迫过程中2mg·kg-1的锰离子对降香黄檀幼苗的茎和叶的膜脂伤害较小，对根的伤害较大。

图1 低锰胁迫对幼苗MDA含量的影响

2.2 低锰胁迫下降香黄檀幼苗过氧化物酶(POD)活性

植物体的代谢变化可以通过酶活性的程度进行了解，因为在植物的生长期间，酶的活性无时无刻都在发生着变化。POD是植物体内清除过氧化物和过氧离子的一类抗氧化酶。当植物处于各种不利环境下时，过氧化物酶启动保护机制，提高植物的抗逆性，如抗旱、抗寒、抗盐、抗病等[5]。

如图2所示，胁迫中期，降香黄檀幼苗根的POD酶活性与对照组的活性相近，而胁迫的前期和后期，幼苗根中的POD酶活性与对照组的差距较大，大约是对照组POD酶活性的1/2。幼苗茎的POD酶活性在胁迫期出现上下波动，在胁迫前期酶活性最高，且明显高于对照组；叶的POD酶活性整体是下降的，在胁迫后期叶的POD酶活性最低。从图中还可以看出，低浓度锰胁迫后的降香黄檀幼苗的根和叶中POD酶活性比对照组的酶活性低，说明在低浓度下降香黄檀幼苗并未立即启动自身抗氧化机制以应对外界带来的伤害或是该浓度下的锰胁迫并未对降香黄檀幼苗的过氧化物酶造成伤害。

2.3 低锰胁迫下降香黄檀幼苗超氧化物歧化酶(SOD)活性

超氧化物歧化酶(SOD)是普遍存在于需氧生物体内的一种金属酶，清除超氧阴离子自由基(O2-)便是其主要功能[6]。在不利环境中，SOD是首先发挥清除氧化自由基功能的抗氧化酶，在植物保护机制中起着关键的作用。当植物在有利的环境中生长时，超氧化物歧化酶活性处于正常水平。但是当植物处于高温、低温、干旱或者是金属胁迫等不利环境时，就会引起SOD活性的变化[4]。

图2 低锰胁迫对幼苗POD活性的影响

如图3所示，低锰胁迫前期，降香黄檀幼苗根的SOD活性较对照组的低，随着胁迫周期的延长，胁迫中、后期，根的SOD活性有所升高，但后期SOD酶活性低于胁迫中期。幼苗茎的SOD活性呈现上升趋势，胁迫前期SOD活性较对照组的低，但随着胁迫周期的延长，茎的SOD活性值逐渐增加且高于对照组。锰胁迫后幼苗叶的SOD活性随着胁迫周期的延长，酶活性逐渐降低，但都比对照组的活性高。随着胁迫时间的持续，降香黄檀幼苗各部位SOD活性都高过对照组，说明降香黄檀幼苗在逆境下能提高自身清除氧自由基的能力，以防止幼苗受低浓度锰胁迫的进一步破坏。

图3 低锰胁迫对幼苗SOD活性的影响

3 讨论与结论

锰作为植物生长必需的微量元素，虽然需求量很少，但对植物有着不可替代的作用[6]，锰含量的高低会直接或间接影响植物的生长发育。植物在逆境中往往会产生氧自由基，这也是造成细胞损坏的原因(如生物膜过氧化)，为了避免此情况的发生，保护生物膜，活性氧清除系统在植物体内衍生[7]。植物体内脂质过氧化程度越强，MDA含量就越高，进而会造成不可逆的膜损伤。通过此次试验探究，MDA含量低的情况发生于胁迫周期中的前期，随着胁迫周期的延长，MDA含量逐渐增加，但与对照组含量差别并不大，说明在2mg·kg-1浓度的Mn2+胁迫下，并未对降香黄檀幼苗的膜系统造成不可逆转的伤害。

植物在逆境胁迫下，自由基会大量积累，而植物体内的SOD、POD可以有效清除植株体内多余的自由基，从而保护植物不受侵害[8]。存在于植物细胞质、液泡、细胞壁中的POD是植物抗氧化机制的重要化合物，可作为锰胁迫的指示物质。锰胁迫过程中，POD活性在根和叶中呈现下降趋势，说明在2mg·kg-1浓度的Mn2+胁迫下，降香黄檀幼苗并未立即启动自身抗氧化机制以应对外界带来的伤害。酶活性比较高且平稳的SOD有利于植物抵御不利环境。本试验发现，在2mg·kg-1浓度的Mn2+胁迫下，随着胁迫周期的延长，SOD活性逐渐增强，说明降香黄檀幼苗在胁迫环境下能提高自身内部条件以抵御不良环境。