碱胁迫下杜鹃花抗氧化体系响应及亚细胞分布规律研究

摘要：为探讨杜鹃花属（Rhododendron）植物的耐碱性机理，以3个杜鹃花园艺栽培品种“胭脂蜜”、“红珊瑚”及“红月”为试验材料，对植株进行为期2个月的NaHCO3和Na2CO3混合碱胁迫处理，观察植株在碱胁迫下的形态变化并测定叶片叶绿体、线粒体和细胞溶质3个亚细胞部位中活性氧及抗氧化体系的活性。结果表明：根据碱害指数，3个杜鹃花品种耐碱性从高到低依次为“胭脂蜜”>“红珊瑚”>“红月”。在碱胁迫下，3个品种的3个亚细胞部位中H2O2和超氧阴离子水平显著提高，导致MDA含量增加。抗碱性强的“胭脂蜜”在碱胁迫后ROS水平较稳定，SOD、POD、APX和GR活性较高。研究发现，细胞溶质是杜鹃花活性氧产生和清除的主要场所。

关键词：杜鹃花；碱胁迫；抗氧化体系；亚细胞分布；活性氧；细胞溶质

一、研究背景：碱胁迫对杜鹃花生长及ROS的影响

杜鹃花属（Rhododendron）植物喜酸性疏松的土壤，不耐盐碱，适宜pH 4.0 ~ 6.0，在pH 7.0以上的土壤中生长不良（林斌，2008）。中国的盐碱地分布广泛，极大限制了野生杜鹃花的推广应用。

研究表明植物的抗氧化体系与植物耐碱性相关（刘铎 等，2017；Hu et al.，2018）。在碱胁迫下，植物会产生大量活性氧（ROS），如超氧阴离子、过氧化氢（H2O2）、羟基自由基（· OH）等，这些ROS具有高度的活性和毒性，会对植物的亚细胞成分和新陈代谢产生不利影响（Tan et al.，2010；Hu et al.，2018）。而抗氧化防御机制能减少这些ROS对细胞的损伤，超氧化物歧化酶（SOD）将超氧阴离子转化为H2O2，H2O2经过氧化氢酶（CAT）、过氧化物酶（POD）及抗坏血酸—谷胱甘肽循环（As A–GSH 循环）最终转化为水（Apel & Hirt，2004）。

在各种非生物逆境胁迫下，活性氧及抗氧化物质在亚细胞部位的分布也不同。目前关于植物耐盐碱的研究主要集中在中性盐NaCl的研究上，而对碱性盐的关注相对较少。本研究中以3个杜鹃花品种为试验材料，分析碱胁迫下亚细胞部位中活性氧及抗氧化物质的变化，探讨其在亚细胞组分中的分布差异，有助于深入了解杜鹃花的耐碱机理。

二、材料与方法：碱处理设计与亚细胞组分提取

试验材料为3个杜鹃品种“胭脂蜜”（R. obtusum“Yanzhimi”）、“红珊瑚”（R. obtusum“Hongshanhu”）和“红月”（R. obtusum“Hongyue”）的1年生扦插苗，苗高约17 cm。

栽培基质为泥炭和珍珠岩（3︰1 体积比）。碱处理浓度为60 mmol · L-1（Na HCO3︰Na2CO3 = 5︰1）。

2018年6月13日开始碱处理，2个月后，3个杜鹃品种呈现不同程度的碱胁迫症状。8月13日取样，每处理取植株中部的功能叶10 g，保存于–80 ℃冰箱。采用干渣残法进行栽培基质水溶性盐总量的测定。随着时间增长，土壤碱性盐含量增加，在0.30% ~ 0.80%之间。

三、指标测定：形态碱害指数与生理统计分析

在试验结束时统计碱害形态指标。碱害程度分为5级：0级，无受害症状；1级，叶片出现水渍斑点，边缘枯黄；2级，叶片1/3枯黄；3级，新生叶边缘卷曲，叶片1/2枯黄；4级，新生叶边缘严重卷曲；叶片枯黄面积大于1/2。碱害指数 = Σ（各级叶片数 × 级数）/（最高级数 × 总叶片数）× 100。

参考于飞等（2014）的方法进行亚细胞部位的提取，全部操作在冰上进行。经纱布过滤和多次差速离心，分步获取叶绿体部分、线粒体部分和细胞溶质部分。将所得的叶绿体和线粒体部分用提取缓冲液悬浮备用。试验数据运用Excel 2007和SPSS 19.0软件进行显著性分析。