沙尘和遮阴胁迫对南疆4种果树叶片抗氧化酶活性的影响

萨吉旦·阿卜杜克日木，祖力克艳·麻那甫，巴特尔·巴克，王孟辉，罗那那

(新疆农业大学草业与环境科学学院，新疆 乌鲁木齐 830052)

沙尘和遮阴胁迫对南疆4种果树叶片抗氧化酶活性的影响

萨吉旦·阿卜杜克日木，祖力克艳·麻那甫，巴特尔·巴克*，王孟辉，罗那那

(新疆农业大学草业与环境科学学院，新疆 乌鲁木齐 830052)

【目的】测定沙尘和遮阴处理的SOD、POD和CAT等指标，研究不良环境对果树叶片的伤害。【方法】以南疆核桃、杏、巴旦木、苹果叶片为试验材料，以无沙尘或无遮阴的叶片为对照，通过进行9、18、27、36 d的人工覆沙(轻度3 mg/cm2、重度8.8 mg/cm2)与遮阴(轻度14.6 %、重度46.5 %)处理，分析了沙尘和遮阴胁迫对叶片超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)活性的影响。【结果】4种果树叶片SOD活性均高于对照，且随着沙尘覆盖或遮阴处理时间的持续，轻度处理的4种果树叶片SOD活性呈上升趋势，处理36 d时达到最大值，重度处理的叶片SOD活性均是先升高，在第27 天出现峰值后明显下降；4种果树叶片POD活性呈先上升后下降趋势，轻度处理的叶片POD活性均在18和27 d时达到峰值，重度处理的均在18 d时达到最大值；重度沙尘处理的CAT活性均在9 d时达到最高值，遮阴处理的均在18 d出现峰值，随后开始下降，说明沙尘处理的叶片比遮阴处理的叶片受到更大的伤害。【结论】重度处理的上升和下降幅度比轻度处理的上升和下降幅度大，表明沙尘和遮阴对叶片SOD、POD、CAT活性有明显影响，而且长时间重度胁迫会对叶片造成的影响较大。4种果树叶片中SOD，POD和CAT活性变化幅度不同，由此可见，4种果树在清除活性氧以避免自由基对机体的伤害能力不同。

沙尘；遮阴；果树叶片；SOD；POD；CAT

1 材料与方法

1.1 试验区概况和实验材料

试验区位于新疆农业科学院轮台县果树资源圃。该资源圃地理坐标83°38′～85°25′E，40°05′42°32′N，位于塔里木河中游,塔里木盆地北缘，巴音郭楞蒙古自治州西部，年平均气温10.6 ℃，≥10 ℃的积温4038.5 ℃，年平均降水量52 mm，年平均蒸发量2072 mm，平均日照数为2783 h，无霜期188 d左右，属于温带大陆性干旱气候，降水稀少、蒸发旺盛、空气干燥、日照时间长、无霜期长、温差较大。供试材料为生长状况良好，适应性强的4种果树，包括核桃(Juglansregia)、杏(Armeniacavulgaris)、巴旦木(Amygdaluscommunis)、苹果(Maluspumila)。

1.2 实验设计

试验于2016年7月19日至8月28日在果树资源圃内进行，试验处理包括人工覆沙与遮阴等2个处理。处理以无沙尘或无遮阴下的叶片为对照，分别设置处理时间(9、18、27、36 d)的人工覆沙(轻度3 mg·cm-2、重度8.8 mg·cm-2)与遮阴(轻度14.6 %、重度46.5 %)处理。具体实验步骤如下。

沙尘处理：①选好叶龄，叶位一致，长势良好，受光充足，无虫病害的健康成熟叶片；②将选好的叶片用万深LA-S叶面积仪测定叶面积；③用算出的叶面积乘以单位面积滞尘量(3、8.8 mg·cm-2)算出每个不同梯度下各个叶片的所需沙尘的重量，将试验用的沙子烘干、称好备用。在覆沙前，先将试验所用的叶片全部打湿，再将实验所需量的沙尘平均覆盖到叶片表面上；遮阴处理：①对照：自然光照(CK)；②16.4 %遮阴：83.6 %的自然光达到冠层表面(T1)即1层白色尼龙遮阴网；③46.5 %遮阴：53.5 %的自然光达到冠层表面(T2)即5层白色尼龙遮阴网。每个处理重复3次，各个处理间保持一定的株距离，确保彼此相互不遮阴，可认为各个处理之间没有影响。待所有处理到设定期，将试验所用的叶片剪下，用锡箔纸包好并立即用液氮速冷，然后带回实验室进行相关指标的分析测定。

1.3 测定方法

超氧化物歧化酶(SOD)活性采用NBT比色法测定[12]，以每克鲜叶抑制50 % 0.75 mmol/L NBT光还原为1个酶活性单位(U)，用U·g-1表示。

式中，ODCK为照光对照管的光密度值；ODE为样品管的光密度值；Vt为样品总体积(mL)；VS为测定时样品重量(mL)；m为样重(g)。

过氧化物酶(POD)活性的测定采用愈创木酚显色法测定[13]，以每分钟内引起470 nm吸光度变化0.01的酶量为1个酶活力单位(U)，用U·g-1·min-1表示。

式中，VOD470为反应时间内光密度的变化；m为样重(g)；Vt为提取酶液总体积(mL)；Vs为测定时取用酶液体积(mL)；t为反应时间(min)。

过氧化氢酶(CAT)活性采用比色法法测定[14]，以每分钟内使240 nm吸光度减少0.1的酶量为1个酶活力单位(U)，用U·g-1·min-1表示。

OD240=OD0-[(OD1+OD2+OD3+OD4)/4]

(3)

式中，OD0为加入煮死酶液的对照管吸光度；OD1、OD2、OD3、OD4为样品吸光度；V为粗酶提取液总体积管每分钟记录；VS为测定用粗酶液体积；m：样重；0.1为1 min内A240每下降0.1个酶活性单位；t：测定时间。

1.4 数据处理

试验数据采用Excel软件进行数据处理及绘图。采用SPSS21.0软件对数据进行单因素方差分析(ANOVA)，Duncan新复极差法检验差异显著性，显著性水平定为a=0.05。

2 结果与分析

2.1 沙尘和遮阴胁迫对叶片SOD活性的影响

SOD通过歧化反应使超氧阴离子转变为H2O2，是植物中的最重要的保护物细胞免受胁迫所带来的伤害，维持活性氧代谢平衡的关键酶。由图1可知，叶片各个沙尘覆盖厚度处理在经历了不同沙尘覆盖时间后，其叶片SOD活性较对照均有较大幅度的上升，随着沙尘覆盖时间的延长，轻度处理的核桃(A)、杏(B)、巴旦木(C)、苹果(D)叶片SOD活性逐渐上升，并在处理36 d时达到最大值510.043、689.521、511.815、421.565 U·g-1，较对照分别增加2.25、2.94、2.18和1.89倍，可能是由于叶片自身对沙尘胁迫产生一种适应能力，以维持体内各种代谢的平衡，SOD活性上升。重度处理的核桃、杏、苹果叶片SOD活性呈先升高后下降趋势，叶片覆盖时间27 d时达到峰值，在此处为最大耐受值，随后开始下降，覆盖到36 d时，较27 d分别降低1.22、1.99和1.20倍，原因可能是随着沙尘覆盖时间的延长，植物叶片本身的平衡遭到破坏，SOD活性降低；相同覆盖时间下，重度处理的叶片SOD活性上升或下降幅度比轻度处理的上升和下降幅度大，表明受到重度胁迫的叶片保护自身方面的表现较弱，受到伤害的影响较大。

试验结果表明，随着遮阴胁迫程度的增加和时间的延续，SOD活性呈不同的变化趋势(表1)。随着遮阴时间的延长，轻度处理的核桃、杏、巴旦木、叶片SOD活性表现增加趋势，遮阴36 d时达到最大值，较对照分别增加2.02(P<0.05)倍、2.70(P<0.05)倍、1.85倍(P<0.05)，苹果叶片SOD活性值有所上升(P<0.05)，遮阴时间27 d时达到峰值，其后缓慢下降，说明轻度遮阴胁迫下的叶片既适应了环境还保持了较高的SOD活性，有效地减轻了遮阴胁迫所导致的膜质过氧化对果树叶片的伤害。重度处理的4种果树叶片SOD活性呈先升高后下降趋势，表明轻度遮阴能缓解强光造成的膜脂过氧化，表现较强的SOD活性，而遮阴程度重度时，叶片受到伤害，SOD活性下降。

图1 不同沙尘覆盖对核桃(A)、杏(B)、巴旦木(C)、苹果(D)叶片SOD活性的影响Fig.1 Effect of dust coverage at different treatment days on the SOD activities of Juglans regia (A), Armeniaca vulgaris (B), Amygdalus communis (C), Malus pumila (D)leaves

果树名称Fruitname遮阴率(%)Shadingrate处理时间(d)TreatmenttimeCK9182736核桃JuglansregiaT1233126d314594c352579b362531b470239aT2233126d324733c382457b520849a411238b杏ArmeniacavulgarisT1234446c360482bc369684bc484689b633442aT2234446c377984b388070b521073a516900a巴旦木AmygdaluscommunisT235159d313529c386024b403552ab434614aT2235159c366954b474448a502939a463803a苹果MaluspumilaT223125c288515b398114a430057a396161aT2223125c383447ab401267a362589ab338276b

注：同行中不同小写字母代表0.05水平下差异显著，下同。

Note：The data with little letters in the same line show significant difference at 0.05 level. The same as below.

2.2 沙尘和遮阴胁迫对叶片POD活性的影响

POD也是植物体抗氧化酶系统中重要的酶类，当植物受到胁迫时，可诱导叶片POD活性升高，从而起到保护生物膜的作用。图2为不同沙尘覆盖厚度下4种果树叶片POD活性随处理时间持续的动态变化。叶片各个沙尘覆盖厚度处理在经历了不同覆盖时间后，叶片POD活性有明显变化。随着胁迫时间持续，轻度和重度沙尘处理的4种果树叶片POD活性呈先升高后下降趋势。沙尘覆盖厚度3 mg/cm2的核桃(A)、杏(B)、苹果(D)叶片，POD活性在36 d时开始下降，较27 d下降1.03、1.62、1.07倍，巴旦木(C)叶片POD活性在27 d时开始下降，较18 d下降1.39倍，说明巴旦木叶片受沙尘胁迫的影响较大。沙尘覆盖厚度8.8 mg/cm2的4种果树叶片POD活性呈先升高后下降趋势。4种果树叶片覆盖时间18 d时达到峰值后呈下降的趋势，较峰值分别降低 1.01、2.12、1.98、1.12倍，由此可以得出，长时间的胁迫会对叶片抗氧化能力造成伤害。

图2 不同沙尘覆盖对核桃(A)、杏(B)、巴旦木(C)、苹果(D)叶片POD活性的影响Fig.2 Effect of dust coverage on the POD activities of Juglans regia(A), Armeniaca vulgaris(B), Amygdalus communis(C), Malus pumila(D)leaves at different treatment days

果树名称Fruitname遮阴率(%)Shadingrate处理时间(d)TreatmenttimeCK9182736核桃JuglansregiaT1111．980b228．860b246．830b434．184a411．777aT2111．980c298．797ab364．614a268．926b122．755c杏ArmeniacavulgarisT185．570bc91．514b118．538a70．366c50．842dT285．570a108．907a54．399b47．788b33．371b巴旦木AmygdaluscommunisT1415．757ab450．302a377．600ab340．297bc288．432cT2415．757ab495．136a320．456bc295．187cd203．277d苹果MaluspumilaT1101．198d329．489ab377．409a308．995b200．142cT2101．198d343．327ab396．773a253．787bc163．374cd

由表2可知，果树叶片受到遮阴胁迫后，叶片的POD活性发生了明显的变化(P<0.05)。短期的遮阴胁迫会使4种果树叶片中的POD活性上升，长期的胁迫会使叶片POD活性降低，不同处理下，POD活性最大值出现时间不尽相同，轻度处理下叶片POD活性均在遮阴时间18 d时达到峰值，而重度处理下9 d或18 d时达到最大值，随后开始下降。相同时间的遮阴胁迫条件下，重度处理的叶片比轻度处理的叶片POD活性上升或下降幅度大，表明重度胁迫对叶片的影响较大。

图3 不同沙尘覆盖对核桃(A)、杏(B)、巴旦木(C)、苹果(D)叶片CAT活性的影响Fig.3 Effect of dust coverage on the CAT activities of Juglans regia(A), Armeniaca vulgaris(B), Amygdalus communis(C), Malus pumila(D)leaves at different treatment days

果树名称Fruitname遮阴率(%)Shadingrate处理时间(d)TreatmenttimeCK9182736核桃JuglansregiaT1137．677c166．448b169．552b128．695ab193．158aT2137．677c170．074b175．057b184．873ab200．323a杏ArmeniacavulgarisT1128．629bc135．317ab148．018ab156．850a110．253cT2128．629c150．908a112．235bc98．503bc85．652c巴旦木AmygdaluscommunisT1112．639b121．243b154．548a162．328a179．166aT2112．639b126．098b175．879a130．468b114．238b苹果MaluspumilaT185．117c97．447bc108．244b117．596ab133．404aT285．117b125．171a135．199a122．090a77．811b

2.3 沙尘和遮阴胁迫对叶片CAT活性的影响

CAT的主要功能是分解H2O2使之处于一个低水平状态，防止它及其它氧化物反应所产生的自由基对植物组织的伤害。本研究中，随着沙尘处理时间的延长持续升高，轻度和重度处理的4种果树叶片CAT活性呈先上升后下降趋势。轻度处理的叶片均在18 d时达到峰值，重度处理的叶片均在9 d时达到最大值。由此可见，重度胁迫对叶片的影响较大。

4种果树叶片的CAT活性变化各异，核桃和巴旦木沙尘轻度处理的叶片CAT活性先显著升高，在第18 天出现峰值后迅速降低，杏和苹果叶片CAT活性均在9和27 d时达到最大值，其后逐渐下降。重度沙尘处理的4种果树叶片CAT活性先显著升高，在第9 天出现峰值后明显下降(图3)。

从表3可以看出，4果树叶片中的CAT活性值在遮阴胁迫下呈不同的变化规律(P<0.05)。轻度遮阴胁迫促进核桃、巴旦木、苹果叶片CAT活性增加，遮阴36 d时达到最大值，较对照分别增加1.40、1.59、1.57倍，表明CAT能有效清除自由基，防止自由基过量积聚，从而使植物免受连作障碍逆境的的伤害。重度遮阴处理的杏、巴旦木、苹果叶片CAT活性值先上升后下降的变化，遮阴均在18 d时达到峰值，随后开始下降，表明重度胁迫使果树的抗氧化酶系统与自由基之间动态平衡被打破，并加重了逆境对叶片的伤害。

3 讨 论

4 结 论

沙尘和遮阴胁迫对叶片超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)过氧化氢酶(CAT)活性有显著影响。不同覆盖厚度和不同遮阴率对果树叶片的影响不同。在轻度胁迫(覆盖厚度3 mg/cm2或遮阴率16.5 %)下，叶片在保护自身，维持体内代谢平衡方面的表现较强，受到伤害的影响较小。在重度胁迫(覆盖厚度8.8 mg/cm2或遮阴率46.5 %)下，果树叶片在保护自身方面的表现较弱，受到伤害的影响较大。

[1]侯冬花. 新疆野生杏种子萌发及抗逆性研究[D]. 新疆农业大学，2007.

[2]高鑫宇，刘丽君，刘 博，等. PEG模拟干旱对大豆抗氧化酶活性及抗氧化能力的影响[J]. 大豆科学，2016，35(4)：616-619.

[3]王 允，张 逸，刘灿玉，等. 干旱胁迫下外源ABA对姜叶片活性氧代谢的影响[J]. 园艺学报，2016，43(3)：587-594.

[4]许彦明，陈永忠，陈 勇，等. 持续干旱对油茶叶片及根系生理生化指标的影响[J]. 湖南林业科技，2016，43(4)：7-11.

[5]裴冬丽，张红岩，张 贺，等. 干旱胁迫对番茄幼苗叶片SOD、POD和PAL活性的影响[J]. 吉林农业科学，2015，40(4)：83-86.

[6]李雪凝，董守坤，刘丽君，等.干旱胁迫对春大豆超氧化物歧化酶活性和丙二醛含量的影响[J]. 中国农学通报，2016，32(15)：93-97.

[7]欧文军，罗秀芹，李开绵. 低温胁迫对木薯组培苗叶片若干代谢生理指标的影响[J]. 热带作物学报，2015，36(4)：706-712.

[8]李春燕，徐 雯，刘立伟，等. 低温条件下拔节期小麦叶片内源激素含量和抗氧化酶活性的变化[J]. 应用生态学报，2015，26(7)：2015-2022.

[9]陈荣发,刘文娟,张保青,等.低温胁迫对甘蔗幼苗根系线粒体生理生化作用的影响[J].南方农业学报,2015,46(8):1385-1390.

[10]朱宁华，李志辉，李芳东. 桉树耐寒性与超氧化物歧化酶关系研究[J]. 中南林业科技大学学报，2000，20(3)：63-66.

[11]巫光宏，罗焕亮. 几种保护酶活性变化与马占相思树对低温胁迫的抵抗性的关系研究[J]. 植物研究，2002，22(1)：42-45.

[12]李合生.植物生理生化试验原理与技术[M]. 北京：高等教育出版社，2000：165-169.

[13]刘家尧. 植物生理实验教程[M]. 北京：高等教育出版社，2010：79-80.

[14]Singh B K, Sharma S R, Singh B. Antioxidant enzymes in cabbage: Variability and inheritance of superoxide dismutase, peroxidase and catalase[J]. Scientia Horticulturae, 2010，124(1)：9-13

[15]尹永强，胡建斌，邓明军. 植物叶片抗氧化系统及其对逆境胁迫的响应研究进展[J]. 中国农学通报，2007，23(1)：105-110.

[16]Babitha M P,Bhat S G,Prakash H S,et al. Differential induction of superoxide dismutase in downy mildew-resistant and susceptible genotypes of pearl millet[J].Plant Pathology，2002，51(4)：480-486.

[17]Kukavica B, Jovanovic S V. Senescence-related changes in the antioxidant status of ginkgo and birch leaves during autumn yellowing[J]. Physiologia Plantarum，2004，122(3)：321-327.

[18]冯定邦，黄继川，彭智平，等.淹涝胁迫后施用不同有机碳(氮)营养对水稻主要抗逆生理指标的影响[J].南方农业学报,2015,46(12):2106-2111.

[19]蒋明义，荆家海，王韶康. 水分胁迫与植物膜脂过氧化[J]. 西北农林科技大学学报自然科学版，1991，19(2)：88-94.

[20]霍勇锦，徐紫薇，王 燃，等. 干旱胁迫下嫁接对烟草抗氧化酶活性、膜脂过氧化及胁迫响应基因表达的影响[J]. 烟草科技，2016，49(8)：14-20.

[21]吴永波，叶 波. 高温干旱复合胁迫对构树幼苗抗氧化酶活性和活性氧代谢的影响[J]. 生态学报，2016，36(2)：403-410.

[22]李春燕，王进鑫，薛 设. 干旱及复水对侧柏幼苗叶片抗氧化酶活性的影响[J]. 西北林学院学报，2015，30(2)：33-37.

[23]刘 峄，张 婷，岳婉婷，等. 遮阴对海姆维斯蒂栒子叶片生理生化特性的影响[J]. 湖北农业科学，2014，53(21)：5184-5186.

EffectsofDustStressandShadingTreatmentonActivityofAnti-oxidativeEnzymesofFourFruitTreeLeavesinSouthernXinjiang

Sajidan Abudukerimu, Zulikeyan Manaf, Batur Bake*, WANG Meng-hui, LUO Na-na

(College of Pratacultural and Environmental Sciences, Xinjiang Agricultural University, Xinjiang Urumqi 830052, China)

【Objective】In order to understand the effect of adverse environment on the damage of fruit tree leaves, their SOD,POD and CAT were determined under the condition of dust and shade stress.【Method】This experiment was carried out in southern Xinjiang，the treatments with no dust cover or no shading were used as the control, and the effects of dust(coverage thickness were 3 and 8.8 mg/cm2) and shading treatments (shading rate14.6 %, shading rate46.5 %) on the antioxidant enzymes activities of four fruit tree leaves, includingJuglansregia，Armeniacavulgaris，AmygdaluscommunisandMaluspumila, were studied.【Result】SOD activities in the leaves were higher than that in control, and under the condition of dust coverage and shading treatment, four fruit tree leaves SOD activities were increased under the light stress，reaching the maximum value in 36 days, while increased first time and then dropped under the heavy stress，reaching the peak value in 27 days；The POD activity, however, increased first and then decreased. under the light level, POD activity was the maximum value in 18 and 27 days and reached peak value in 18 days under heavy stress level；The CAT activity in heavy dust treatment increased markedly and reached a peak on the 9th day, while CAT activity in heavy shading treatment reached the maximum value in 18th day and then decreased rapidly, which indicates that dust contribution was higher that shading. 【Conclusion】heavy stress increased and decreased rate more than light stress，which indicates that dust stress and shading treatment had different effects on the activities of superoxide dismutase of fruit leaves. The SOD, POD, CAT activities of different fruit trees were different, which indicated that under dust stress, the four species for the elimination of oxygen free radicals had different avoiding injury abilities.

Dust；Shading；Leaf；SOD；POD

1001-4829(2017)12-2680-07

10.16213/j.cnki.scjas.2017.12.011

2017-01-10

国家自然科学基金项目“新疆几种特色果树叶绿素荧光对沙尘胁迫的响应”(31460316)

萨吉旦·阿卜杜克日木(1990-)，女，新疆伊犁人，硕士研究生，主要研究环境污染与修复，E-mail：sajidamyili@163.com，*为通讯作者，E-mail：bateerbake@163.com。

S761.2

A

(责任编辑陈 虹)