H2O2对低温下油菜幼苗几个生理指标的影响
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摘要：以油菜为试验材料，研究不同浓度外源过氧化氢（h2o2）对油菜幼苗抗冷生理指标的影响。结果表明，利用H2O2喷施后，油菜幼苗叶片在低温胁迫下丙二醛（MDA）含量呈明显下降趋势，叶绿素含量、脯氨酸含量和超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化氢酶（CAT）、过氧化物酶（POD）等保护酶的活性呈升高趋势。可见H2O2预处理可以提高油菜幼苗的抗冷性，以0.3 mmol/L H2O2处理效果最好，推测H2O2通过降低对膜脂的氧化、提高叶绿素含量和提高保护酶活性等缓解低温对油菜幼苗的伤害。
关键词：油菜幼苗；过氧化氢（H2O2）；低温胁迫；生理指标
中图分类号：Q945.78 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2013）21-5144-03
Effects of H2O2 on Some Physiological Indexes of Rape Seedlings under Chilling Stress
HOU Li-xia
（Life Science College of Qingdao Agricultural University/Key Lab of Plant Biotechnology in Universities of Shandong Province， Qingdao 266109， Shandong， China）
Abstract： Using the rape seedlings as experiment materials， the effects of different concentrations of H2O2 on some physiological indexes of rape seedlings under chilling stress were studied. The results showed that the exogenous H2O2 could reduce the content of MDA in rape seedlings leaves under low temperature. At the same time， it could enhance both the contents of chlorophyl and praline and the cell defensive enzymes activity. These results indicated that H2O2 could remit the effect of chilling stress on the rape seedlings and the effect of 0.3 mmol/L H2O2 was the best.
Key words： rape seedlings； H2O2； chilling stress； physiological indexes
低温是作物种植中常遇到的一种灾害，会出现植株苗弱小、生长缓慢、黄化等诸多不良表现，对作物产量和品质造成严重影响[1]。油菜是我国广泛种植的油料作物，虽然属于秋播作物，自身具有一定的抵御严寒的能力，但由于越冬期间的冷空气侵袭、播栽期偏晚、施肥管理措施应用不当等原因，往往引起冻害，造成不同程度的减产，甚至绝收[2]。因此选育优良的抗寒品种是一项重要的任务。
过氧化氢（H2O2）是植物体内重要的信号分子，植物在逆境胁迫初期内源H2O2快速上升，从而引起逆境相关基因表达[3-5]，而且外源H2O2预处理可提高植物对多种胁迫的耐性[6]。目前有关低温对油菜的影响多集中在生长、产量和品质方面，也有关于H2O2浸种提高油菜种子发芽率的报道[7]，而外施H2O2对低温胁迫下油菜幼苗抗冷性的研究报道较少。试验以油菜幼苗为材料，外施H2O2预处理后，通过测定低温胁迫下油菜幼苗叶片的叶绿素含量、丙二醛（MDA）含量、脯氨酸含量和超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化氢酶（CAT）、过氧化物酶（POD）活性的变化，从生理角度探讨H2O2对油菜幼苗抗冷性的影响，以期阐明H2O2在低温下作用的生理机制，为油菜抗寒育种提供依据。
1 材料与方法
1.1 供试材料及其低温处理
供试油菜品种为秦优3号（杂交种）。选取饱满一致的油菜种子，用0.1%的HgCl2消毒10 min，自来水冲洗干净后，温箱30 ℃避光催芽24 h，然后播种到营养钵中，并在自然条件下培养。当幼苗长至5～6片叶时，分别用0、0.1、0.3、0.5 mmol/L H2O2喷施叶片，6 h后，将其移到光照培养箱中4℃低温处理48 h，取幼苗叶片备用。
1.2 生理指标测定方法
叶绿素含量采用SPAD-502型手持叶绿素仪进行测定，每组取15片叶进行测定，求其平均值。MDA 含量的测定采用硫代巴比妥酸法，利用双组分分光光度计法计算MDA含量；脯氨酸含量测定采用酸性茚三酮比色法；SOD活性测定采用NBT 光还原法，以抑制NBT光化还原50%的酶量为1个酶活性单位；CAT活性测定采用高锰酸钾滴定法，以每分钟每克鲜重样品分解H2O2的量（μmol）表示；POD活性测定采用愈创木酚法，以每分钟内OD470 nm变化0.01为一个酶活性单位。
2 结果与分析
2.1 H2O2对低温胁迫下油菜幼苗叶片叶绿素含量的影响
叶绿素是与光合作用密切相关的重要色素，叶绿素含量的多少在一定程度上反映了植物光合作用的高低，从而影响植物的生长。从图1可以看出，H2O2处理可以提高低温胁迫下油菜幼苗叶片叶绿素含量，其中0.3 mmol/L H2O2喷施叶片后油菜幼苗叶绿素含量比对照升高58.3%，差异显著。由此可见，H2O2预处理可以提高低温胁迫下油菜幼苗叶片叶绿素含量，缓解低温对油菜的伤害。
2.2 H2O2对低温胁迫下油菜幼苗叶片MDA含量的影响
MDA作为膜脂过氧化的终产物，可以表示细胞膜脂质过氧化程度和植物受到逆境伤害的程度，植物受到逆境胁迫后MDA含量会有所增加。从图2可以看出，H2O2处理可以降低低温胁迫下油菜幼苗叶片MDA含量，其中0.1 mmol/L H2O2喷施后油菜幼苗叶片MDA含量比对照降低47.3%，差异显著。由此可见，H2O2可以降低低温胁迫下油菜幼苗叶片中MDA含量，缓解低温对油菜的伤害。
2.3 H2O2对低温胁迫下油菜幼苗叶片脯氨酸含量的影响
植物在正常条件下，游离脯氨酸含量很低，但是遇到低温、干旱、盐碱等逆境时，游离脯氨酸便会大量积累，并且脯氨酸的诱导合成与植物的抗逆性增强呈正相关。试验测定了各处理油菜幼苗叶片中脯氨酸的含量，结果（图3）表明，H2O2可以提高低温胁迫下油菜幼苗叶片脯氨酸含量，其中0.3 mmol/L H2O2处理后油菜幼苗叶片脯氨酸含量比对照升高66.7%，差异显著。推测H2O2可以通过增加油菜幼苗叶片中脯氨酸含量来缓解低温对油菜的伤害。
2.4 H2O2对低温胁迫下油菜幼苗叶片SOD活性的影响
SOD普遍存在于动植物体内，可以清除生物体内超氧阴离子自由基，反应产物过氧化氢可被过氧化氢酶进一步分解或被过氧化物酶利用，因此SOD有保护生物体免受活性氧伤害的能力，其大小通常作为植物抗逆性强弱的生理指标。通过对各处理油菜幼苗叶片SOD活性的测定可以看出，H2O2可以提高低温胁迫下油菜幼苗叶片SOD活性，其中0.3 mmol/L H2O2处理后油菜幼苗叶片SOD活性比对照升高43.6%，差异显著（图4）。推测H2O2通过调节SOD活性缓解了低温对油菜的伤害。
2.5 H2O2对低温胁迫下油菜幼苗叶片CAT活性的影响
CAT主要存在于过氧化体中，其活性与植物的代谢强度及抗寒、抗病能力有一定关系。通过对各处理油菜幼苗叶片CAT活性的测定（图5）可以看出，H2O2可以提高低温胁迫下油菜幼苗叶片CAT活性，其中0.3 mmol/L H2O2处理后油菜幼苗CAT活性比对照升高85.4%，差异显著。
2.6 H2O2对低温胁迫下油菜幼苗叶片POD活性的影响
POD是植物在逆境条件下酶促防御系统的关键酶之一，它与SOD、CAT相互协调配合，清除过剩的自由基，使植物体内自由基维持在正常的动态水平，以提高植物的抗逆性。通过对各组油菜幼苗叶片POD活性的测定（图6）可以看出，H2O2可以提高低温胁迫下油菜幼苗叶片POD活性，其中0.3 mmol/L H2O2预处理后油菜幼苗叶片POD活性比对照升高58.2%，差异显著。推测H2O2通过调节POD活性缓解了低温对油菜的伤害。
3 结论与讨论
H2O2作为信号分子参与了植物抵御低温的过程。Prasad等[8]研究发现外施H2O2可以缓解低温对玉米的伤害，提高其抗性，其后相继在香蕉[9]、黄瓜[10]、大豆[11]和草莓[12]等植物中也发现类似的结果，但外施H2O2浓度在不同物种之间存在差异。基于油菜受到低温胁迫后，叶片的叶绿素含量、MDA含量和抗氧化酶活性等可以作为检测的生理指标[13，14]，因此，试验分析了H2O2喷施油菜叶片后对低温胁迫下油菜幼苗叶片生理指标的影响，分别测定了叶绿素含量、MDA含量、脯氨酸含量、保护酶活性的变化规律。从结果可以看出，不同浓度的H2O2处理均可以缓解油菜幼苗受到的低温伤害。外源H2O2可以提高低温胁迫下油菜幼苗叶片的叶绿素含量，抑制膜脂过氧化产物MDA的积累；外源H2O2还可以提高低温胁迫下油菜幼苗叶片脯氨酸含量从而增加渗透调节物质应对低温；此外，外源H2O2处理后提高油菜幼苗叶片SOD、CAT和POD等保护酶的活性从而清除低温引起的活性氧的积累。0.3 mmol/L H2O2处理对于缓解油菜幼苗的低温胁迫效果最好， 0.1 mmol/L H2O2处理后MDA含量最低，0.5 mmol/L H2O2处理的缓解效果较差，推测外源H2O2在低浓度时作为信号物质参与低温抵御过程，高浓度可能成为一种胁迫。由此可见，H2O2通过提高油菜幼苗叶片叶绿素含量、抑制MDA积累和提高抗氧化能力来缓解低温对油菜幼苗的伤害，提高其抗寒性。然而植物对低温的反应是非常复杂的生理过程，涉及到基因表达和信号传导等多种途径[15]，因此从生理角度去解析抗冷性是远远不够的，而且H2O2在大田中的应用浓度是否与试验一致等诸多问题仍有待解决。
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