朱翠英,付喜玲,孙明岳,陈修德,肖伟,李玲

山东农业大学园艺科学与工程学院,山东泰安271018

桃自然休眠期间抗氧化系统酶(CAT、POD、SOD)活性变化

朱翠英,付喜玲,孙明岳,陈修德,肖伟,李玲*

山东农业大学园艺科学与工程学院,山东泰安271018

本文以曙光油桃为试材，分析了休眠期花芽和叶芽中抗氧化系统酶类过氧化氢酶(CAT)、过氧化物酶(POD)、超氧化物歧化酶(SOD)活性动态以及低温（5℃）、高温（20℃）处理对三种酶的活性影响。结果表明：CAT、POD、SOD酶活性变化动态不同，CAT活性休眠初期较低，之后迅速上升，自然休眠结束后急剧下降；POD活性前期较低，而后一直升高，试验期内并无降低；SOD活性则是休眠前期较高，低温来临后降低，并维持较低的活性水平，休眠结束后略有回升。休眠期三种酶活性均是花芽高于叶芽。低温、高温处理对酶活性影响效应不同。5℃恒低温处理使CAT、POD活性升高，使SOD活性降低；20℃恒高温处理的效应则相反。

桃树;自然休眠;CAT;POD;SOD

自然休眠是落叶果树生长发育不可逾越的阶段，是植物生长发育过程中的一种生长暂停现象，是受多种环境因素影响和多基因控制的典型的数量性状，涉及到一系列生理生化和信号转导问题。许多研究表明呼吸代谢和活性氧代谢在休眠解除过程中都发生标志性变化，虽然目前仍没有直接证据证明活性氧代谢参与芽自然休眠解除的调控，但许多研究都表明活性氧代谢与芽休眠过程存在密切联系[1,2]。另外抗氧化系统酶作为保护酶，在休眠解除中发挥了一定作用[1,3,4]。国外对自然休眠解除过程中抗氧化系统的变化研究认为，活化的抗氧化系统能够清除氧自由基，与H2O2物质密切关联的三种酶过氧化氢酶(CAT)、过氧化物酶(POD)、超氧化物歧化酶(SOD)活性上升，非酶促系统中抗坏血酸、还原型谷胱甘肽等物质含量增加，是果树解除休眠的重要原因[5-7]，但缺乏抗氧化系统在自然休眠过程中的动态分析。落叶果树可受多种因子诱导进入休眠期[8-11]，包括光周期、低温、干旱等。自然休眠结束的时期理论上是设施果树扣棚升温的最早时间[12]，对自然休眠进程调控是目前果树设施栽培中亟待解决的问题。本研究以设施栽培中常用的油桃品种‘曙光’为试材，对自然休眠进程中三种酶活性动态及低温、高温对酶活性的影响效应作分析，旨在探讨抗氧化系统变化在自然休眠中的作用，为自然休眠的微域调控提供理论指导。

1 材料与方法

试验于2013～2014年在山东农业大学设施果树示范园进行。试材为五年生曙光品种（Prunuspersicavar.nectarinacv.Shuguang），砧木为青州蜜桃，生长健壮，常规管理。

自2013年10月20日始，采集生长一致、长度30～40 cm，角度平斜的一年生花枝，分别取花芽、叶芽，去掉鳞片，作CAT、POD、SOD活性动态分析。每隔10 d取样1次，共取样10次。

于2013年11月10日取一年生花枝，捆绑成束，每束10条为一重复，每处理重复6次。枝条放在盛有少许清水的烧杯中，分别同时置于两个光照培养箱中培养，分别于5℃、光/暗14/10 h、光强1200 μmol·m-2·s-1；20℃、光/暗14/10 h、光强1200 μmol·m-2·s-1下培养；以露天自然生长的同一品种为对照（CK）。自处理之日始，每隔2 d取样，测定花芽的CAT、POD、SOD酶活性，共测定6次。过氧化氢酶（CAT）活性测定按《植物生理学试验指导》[13]的方法进行。过氧化物酶（POD）活性测定按孙文全[14]方法进行。超氧化物歧化酶（SOD）活性测定按张志良[15]方法进行。

2 结果与分析

2.1 自然休眠期CAT、POD、SOD活性变化动态

2.1.1 自然休眠期CAT活性动态曙光油桃芽休眠期过氧化氢酶（CAT）活性的变化动态(图1a)。结果表明：自然休眠过程中花芽和叶芽的CAT活性变化趋势相似，此变化动态与已测定的芽H2O2含量变化动态相一致[20]。休眠前期芽CAT活性较低，11月1日后CAT活性迅速上升，花芽由11月1日的0.28 mg·H2O2·g-1FW·min-1增加至1.97 mg·H2O2·g-1FW·min-1，增加了3.17倍。此后，CAT一直保持较高活性，但存在下降趋势，至12月20日始急剧下降，花芽由1.2 mg·H2O2·g-1FW·min-1降至0.52 mg·H2O2·g-1FW·min-1，下降了56%，叶芽亦下降了一半多。最后CAT活性一直保持较低水平。CAT活性迅速增加和急剧变化的时间与H2O2含量变化非常一致，而且与芽自然休眠进程变化相吻合，说明CAT通过调控H2O2含量变化而影响自然休眠进程。试验结果还可以看出，CAT在整个休眠期活性变化中，花芽的CAT活性始终高于叶芽。

2.1.2 自然休眠期POD活性动态曙光油桃芽休眠期POD活性变化动态(图1b)。结果表明：自然休眠过程中花芽和叶芽的POD活性变化趋势相似，但变化动态与CAT的变化动态不同。10月20日～11月10日，POD活性较低，平均为5.16△OD·g-1FW·min-1，自11月10日始，POD活性迅速上升，花芽由11月10日的5.44△OD·g-1FW·min-1上升到11月20日的10.50△OD·g-1FW·min-1，增加了1.93倍。此后POD活性一直呈逐渐上升趋势，到1月20日，POD活性已达18.00△OD·g-1FW·min-1，比试验开始10月20日的5.05△OD·g-1FW·min-1增加了近3.56倍。休眠期芽POD活性变化动态与测定的H2O2含量变化并不吻合，尤其是自然休眠结束时芽内H2O2含量急剧下降，而POD活性非但没有降低，反而持续增加。这与王鹏等对马铃薯块茎休眠与萌发的研究结果不一致，他们认为POD是调控马铃薯块茎休眠的关键酶[16]，当POD活性下降，可能促进了IAA含量的升高，加速休眠的解除。但与温室杏树POD含量变化相一致[17]，可能酶的表达,有利于增加细胞的保水力，也表明POD活性升高可能是休眠解除的原因之一。进一步证明抗氧化酶活性的改变可影响休眠的进行。同时由图可以看出，在整个变化过程中，花芽的POD活性始终高于叶芽。

2.1.3 自然休眠期SOD活性动态SOD活性变化动态（图1c）与前面测定的CAT、POD不同，总体来看是先下降后上升的趋势。休眠前期花芽和叶芽SOD活性较高，低温来临后，SOD活性下降，自11月20日至12月20日近30 d的时期内一直维持较低的稳定水平，其活性平均为27.07 U·g-1FW，之后于12月30日又开始上升，并保持较为稳定的活性水平。花芽的SOD活性高于叶芽，这一点与CAT、POD的属性相同。SOD活性变化动态与陈登文等在杏枝芽内的研究结果相一致[18]。在秋末冬初时由于外界低温的影响，使树体内自由基含量增加，为防止对树体造成伤害，此时需SOD来清除体内的自由基，所以SOD活性开始较高，随着低温的不断累积，SOD活性升高，说明枝芽低温需求量的变化与植物体内SOD活性有关。SOD作为催化超氧自由基产生H2O2的主要酶类，一般认为SOD活性上升，H2O2的生成量也应上升，但从试验结果得出，其活性与之前芽内H2O2的含量变化并不一致。可能是扣棚后温度相对升高，桃芽内自由基含量相对减少.而此时H2O2含量上升，说明自然休眠过程中H2O2来源的多样性。

图1 ‘曙光’油桃芽休眠期抗氧化系统酶的活性动态Fig.1 Dynamical changes of antioxidant enzymes activity during the dormancy of nectarine buds

2.2 不同温度处理对CAT、POD、SOD活性的影响

2.2.1 不同温度处理对休眠芽CAT活性的影响利用人工控制温度的方式探讨休眠季低温、高温对芽CAT活性的影响（图2a）。结果表明：不同温度处理对芽CAT活性影响不一样，20℃高温处理后2 d，CAT活性升高，但随后下降，且一直低于5℃及室外自然温度条件下的芽CAT活性，差异显著（P=0.05），处理后10 d，20℃条件下芽CAT活性分别比5℃低38.9%、较室外自然条件低36.75%；5℃恒温处理与室外自然温度相比，二者在测定期内，CAT活性呈下降趋势，但前者的CAT活性仍高于后者，表明有利于自然休眠进行的低温诱导了芽内CAT活性的升高。

2.2.2 不同温度处理对休眠芽POD活性的影响以室外自然条件为对照，对休眠期曙光油桃进行低温和高温处理（图2b），结果表明：虽然处理后2 d两种温度条件下的POD活性均有升高，但此后的变化趋势不同。5℃低温使POD活性持续升高，而20℃高温刚好作用相反，使POD活性缓慢降低；二者比较，5℃处理的POD活性显著高于20℃处理的POD活性，亦高于室外自然条件下的POD活性。处理后10 d，5℃条件下POD活性为8.44△OD·g-1FW·min-1而20℃条件下仅为4.024△OD·g-1FW·min-1，前者是后者的2.10倍。说明低温处理通过提高POD活性而增加了芽内H2O2的含量，这与前面低温处理提高芽H2O2的含量的结果相符。

2.2.3 不同温度处理对休眠芽SOD活性的影响与高、低温度对CAT、POD活性影响效应不同(图2c)，休眠季人工控制的恒低温5℃处理在一定程度上降低了SOD活性，但与自然条件下的SOD活性相比，差异不显著；而20℃恒高温处理却明显提高了芽SOD活性，处理后10 d，20℃条件下的SOD活性为36.09 U·g-1FW，而5℃和自然条件下分别为23.5420.19 U·g-1FW。与休眠期芽H2O2含量变化相联系，不同温度对SOD活性影响的结果说明，SOD催化的反应并不是产生H2O2的主要途径。

图2 休眠期不同温度处理对‘曙光’油桃花芽抗氧化系统酶活性的影响Fig.2 Effects of different temperatures on antioxidant enzymes activity of nectarine bud during dormancy

3 讨论

对于休眠过程中的抗氧化系统的变化，国内研究较少，国外有一些报道[7,19]。一般认为通过活化的抗氧化系统清除氧自由基，CAT、POD、SOD等酶活性上升，抗坏血酸、还原态的谷胱甘肽等物质含量上升，同时抗环血酶和氧化型谷胱甘肽等物质含量下降。这些结果似乎表明抗氧化系统的活化是打破休眠的原因或条件。这一推理遵循的理论基础是H2O2等活性氧为有毒的代谢产物，彻底清除促进代谢的正常进行，而没有考虑H2O2等活性氧是否具有其它生理功能。

植物体内产生的H2O2一般由CAT分解或被POD利用，这与休眠期花芽内CAT的活性变化所报道基本一致。既有低温处理期CAT表现出较高活性，在打破休眠时活性下降，又有高温处理CAT活性基本保持在一个略低于低温处理水平上的较稳定的或者说有波动的CAT活性[6]。本试验发现，随低温需求量的累积，CAT活性升高，自然休眠结束时CAT活性迅速下降，变化趋势与H2O2含量一致，与上述结果相符。人工控制的恒低温处理提高了CAT活性，而高温处理则使CAT活性降低，这也与温度对H2O2含量的影响相一致。

此外，在休眠期NH4NO3、KNO3、尿素等打破休眠有效的化学脱叶处理促进了CAT活性的下降，起到了促进H2O2积累的作用。Nir等[1]报道，Cyanamide(氢氰胺)较好地促进打破休眠的同时也诱导CAT活性下降。有人认为CAT活性的降低是打破休眠的原因，然而高温条件下CAT活性一直低于低温处理的CAT活性，但是高温处理并不能打破休眠。因此，CAT活性的降低可能是打破休眠后的结果而不是原因。联系同期花芽内H2O2含量，在打破休眠后CAT活性下降时H2O2含量也处于低水平状态。花芽内CAT活性的变化也可能是受H2O2含量下降而引起的。

除CAT外，POD也具有清除H2O2的功能，同时POD也受底物H2O2的诱导。POD作为生物体内的一种重要酶，存在一系列同工酶，在不同时期不同器官起着重要的生理功能。关于POD在打破休眠中的作用，郑光华[20]等认为POD可能促进种子的PPP途径而促进休眠的解除。实验结果表明，整个休眠期POD活性一直升高，自然休眠结束时POD活性并没有降低；低温和化学脱叶处理均不同程度地使POD活性增强。目前还不清楚在休眠的桃花芽中POD对H2O2的清除作用占据什么地位，但实验表明低温促进POD活性升高可能是休眠解除的原因之一。

H2O2的产生与SOD活性直接相关。SOD是抗氧化系统中的一种重要酶，普遍存在植物体内，催化超氧阴离子自由基歧化分解：O2+O2+2H—H2O2+O2

反应产物为H2O2和O2。因此，高的SOD活性促进H2O2的产生。然而，试验结果表明，整个休眠期SOD活性一直较低，且对打破休眠有良好效果的低温处理显著抑制了SOD活性，对打破休眠无效或有逆转作用的高温处理却大大促进了SOD活性的提高。此外化学脱叶处理也提高了SOD活性，而此时花芽内H2O2的含量却增高。以上结果说明SOD并不是休眠过程催化产生H2O2的主要途径，但对自然休眠会产生一定程度的影响。有关抗氧化系统在自然休眠中的变化、作用以及如何调控自然休眠的的机理机制还需更进一步的研究。

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Changes in the Activity of Antioxidant Enzymes(CAT,POD,SOD) during the Dormancy of Nectarine Buds

ZHU Cui-ying,FU Xi-ling,SUN Ming-yue,CHEN Xiu-de,XIAO Wei,LI Ling
College of Horticulture Science and Engineering/Shandong Agricultural University,Tai’an271018,China

To investigate the dynamic changes of antioxidant enzymes including CAT,POD,and SOD that present in buds during dormancy and analyze the effects of three antioxidant enzymes treated by low temperature(5℃),higher temperature (20℃)with the nectarinePrunus persicavar.nectarinacv.Shuguang as the test material.The results indicated that CAT activity was very low in earlier stage of dormancy and then rose quickly,it dropped sharply after the end of dormancy.POD activity of dormant bud was also low in earlier stage and then kept rising,it didn’t drop during the whole experimental period. SOD activity was high at earlier stage,then dropped to a low activity when the outdoor lower temperature came and maintained a very low level,it only rose slightly after the end of dormancy.The controlled constant low temperature at 5℃made CAT and POD activity rise,but that of SOD activity dropped.Constant high temperature at 20℃dropped the CAT and POD activity but raised that of SOD activity.

Peach;dormancy;CAT;POD;SOD

S662.1;TQ073+.1

:A

:1000-2324(2015)06-0808-04

2014-08-20

:2014-09-08

山东省现代农业产业技术体系水果产业创新团队—栽培与设施装备(SDAIT-03-022-05);山东省良种工程-设施专用水果新品种选育

朱翠英(1962-),女,讲师,主要从事园艺栽培与品种选育研究.E-mail:chunying196217@163.com

*通讯作者:Author for correspondence.E-mail:lilingsdau@163.com