碱胁迫下杜鹃花亚细胞抗氧化体系响应及品种耐碱性差异研究

摘要：本文对比分析了“胭脂蜜”、“红珊瑚”与“红月”三个杜鹃花品种在碱胁迫下，叶绿体、线粒体及细胞溶质三个亚细胞部位抗氧化体系的响应差异。研究发现，强耐碱品种“胭脂蜜”通过显著提升多种抗氧化酶（SOD、POD、CAT、APX、GR）活性及非酶促物质（AsA、GSH）含量，展现出比弱抗性品种更全面的活性氧（ROS）清除能力，为其在碱性生境下的细胞膜稳定性提供了生理保障。

关键词：杜鹃花碱胁迫；亚细胞抗氧化体系；活性氧清除机制；叶绿体响应；线粒体防御；细胞溶质抗性；胭脂蜜

一、整体响应：不同耐碱性品种的抗氧化策略差异

与抗性弱的植物相比，抗性强的植物通常显示更强的抗氧化机制（齐振华，2014；李洪瑶等，2018）。在3个亚细胞部位中，3个杜鹃花品种主要清除活性氧的抗氧化物质不同，抗性强的品种‘胭脂蜜’3个亚细胞部位中SOD、POD、CAT和GR酶活性显著提高，APX在叶绿体和细胞溶质中的活性显著上升，积极响应碱胁迫的抗氧化物质种类要多于其他2个抗性弱的品种。但抗氧化体系增强都没能够降低活性氧水平，减轻过氧化损伤，表明这一阶段杜鹃花叶片中活性氧产生的水平高于抗氧化酶的清除能力。

二、叶绿体防御：SOD与H2O2清除酶的协同作用

在叶绿体中，抗性强的品种‘胭脂蜜’在碱胁迫下SOD活性显著提高，以清除超氧阴离子，使其保持较稳定的状态，减少活性氧造成的损伤。而抗性弱的品种SOD活性与对照相比有所提高但不显著，其清除活性氧的能力较低，表现在超氧阴离子的增幅较大。碱胁迫下，‘胭脂蜜’的H2O2清除酶POD、CAT、APX和GR活性也显著提高，‘红珊瑚’仅CAT和APX活性显著提高，而抗性最弱的‘红月’仅CAT活性显著提高，说明碱胁迫下抗性强的品种叶绿体中清除H2O2的抗氧化酶种类多于抗性弱的品种，抗性弱的品种在碱胁迫下抗氧化酶活性下降，导致H2O2的积累高于抗性强的品种。

前人报道，在高盐胁迫下水稻耐盐品种的叶绿体内SOD、APX、GR活性和AsA、GSH含量均高于盐敏感品种，说明其清除活性氧的能力强于盐敏感品种（华春等，2004）。

盐生植物碱蓬叶绿体中与类囊体结合SOD、APX、GR和基质SOD、APX、GR在高盐度条件下显著增强（Pangetal.，2005；Zhangetal.，2005），这可能是其耐盐的一个重要组成部分。汪月霞等（2010）的研究表明，当Na2CO3浓度较低时，芦荟叶绿体可以提高自身叶绿体保护酶［SOD、CAT、APX和GST（谷胱甘肽巯基转移酶）］的活性来降低ROS水平，保持膜脂稳定性（MDA无显著变化），增强其抗逆性；但在过高浓度的Na2CO3胁迫下，抗氧化酶清除能力下降，MDA指数升高。

三、线粒体与细胞溶质：多组分抗氧化系统的空间分布

碱胁迫下线粒体和细胞溶质中活性氧清除系统的变化趋势与叶绿体相类似，耐碱性强的‘胭脂蜜’中有较多种类的抗氧化酶及非酶促抗氧化物质响应碱胁迫，抗氧化能力提高以清除过多的活性氧，维持细胞膜结构的稳定性。线粒体中，碱胁迫诱导‘胭脂蜜’的抗氧化酶SOD、POD、CAT、GR的活性和抗氧化剂AsA、GSH的含量显著提高；‘红珊瑚’的SOD、POD、CAT的活性和抗氧化剂GSH含量显著提高；而‘红月’仅SOD、CAT活性及GSH含量显著提高。

在番茄线粒体中，盐胁迫后抗性强的品种的SOD、APX、MDHAR、DHAR、GPX活性显著提高，仅GR活性下降，且所测的几种酶活性要高于栽培种，这些酶的清除能力要高于栽培种，表现为抗性强的品种在盐胁迫后H2O2含量较稳定及膜脂过氧化程度减轻（Mittovaetal.，2003）。

四、比较研究：从水稻到番茄的耐逆性机理验证

在细胞溶质中，碱胁迫下‘胭脂蜜’的5种抗氧化酶SOD、POD、CAT、APX、GR的活性和抗氧化剂AsA、GSH的含量显著提高；‘红珊瑚’的SOD、GR的活性和抗氧化剂AsA、GSH显著提高；‘红月’中仅SOD活性及AsA、GSH含量显著提高。碱胁迫下，‘胭脂蜜’SOD、POD和APX活性高于耐碱性弱的品种。

在碱胁迫下，‘胭脂蜜’发挥清除能力的抗氧化酶及抗氧化剂的种类及清除力度高于抗性差的品种，体现在其较低的MDA含量上。在小麦和西瓜中也发现与盐敏感品种相比耐盐品种细胞溶质中H2O2 and MDA增幅小，SOD、APX和GR活性提高更为显著（Sairam&Srivastava，2002；Yanetal.，2018）。