全 文 : 2012,38(3):28-31 Plant Protection
收稿日期: 2011-10-25 修订日期: 2011-12-18
* 通信作者 E-mail:xhqim100@163.com
旱芹粗提物对棉花枯萎病菌丙二醛含量、电导
率及保护酶活性的影响
魏立强, 谢慧琴*, 杨德松, 柳建伟, 孙 磊
(石河子大学农学院植物保护系,石河子 832003)
摘要 研究了旱芹粗提物对棉花枯萎病菌丙二醛(MDA)含量及保护酶活性的影响。结果显示,粗提物处理过的棉
花枯萎菌菌体发生膜质过氧化作用,随着处理时间的延长,MDA累积量增大,8h时达到最高,为对照的3.9倍,
48h时降到最低;同时电导率也呈现先升后降的趋势。在12h时达到最高,为对照的1.20倍,48h时降至最低。
结果还显示,随着处理时间的增加,超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)及过氧化物酶(POD)3种保护酶活
性先升高后降低,SOD、CAT在10h时达到最高值,分别是对照的1.40倍和1.23倍,48h时降至最低,POD略有
不同,在12h达到最高值,是对照的1.47倍,48h时降到最低。上述结果表明,粗提物破坏了枯萎病菌体内SOD、
POD及CAT酶系统原有的动态平衡状态,导致自由基清除系统出现障碍,体内自由基水平升高;MDA含量的增
加,破坏了膜系统的完整性,对枯萎病菌产生伤害作用。
关键词 旱芹粗提物; 棉花枯萎病菌; 丙二醛; 电导率; 保护酶
中图分类号: S 435.621.24,S 482.292 文献标识码: A DOI:10.3969/j.issn.0529-1542.2012.03.006
Effects of Apium graveolens extracts on the content of MDA,
conductivity ratio and activity of protective enzymes in
Fusarium oxysporumf.sp.vasinfectum
Wei Liqiang, Xie Huiqin, Yang Desong, Liu Jianwei, Sun Lei
(Department of Plant Protection,Shihezi University,Shihezi 832003,China)
Abstract The influences of extraction from Apium graveolens on the content of MDA,conductivity ratio and ac-
tivities of protective enzymes in Fusarium oxysporumf.sp.vasinfectum were studied.The results indicated that
the membrane lipid was peroxidized seriously,after being treated with the extraction,along with treated time pro-
longed,the content of MDA in mycelium trended increasing in prophase,reached the maximum at eight hours,
which was 3.9 times of the control,and decreased to the minimum at 48 hours.Meanwhile conductivity ratio also
trended increasing in prophase and then decreasing,reached the maximum at 12 hours,which was 1.20times of the
control,and decreased to the minimum at 48 hours.These results also indicated that,along with treated time pro-
longed,the activity of SOD,CAT and POD increased firstly and then declined.SOD and CAT reached the maxi-
mum at 10 hours,which was 1.40 and 1.23 times of the control,and decreased to the minimum at 48 hours.POD
reached the maximum at 12 hours,which was 1.47times of the control,and decreased to the minimum at 48 hours.
These results indicated that the dynamic balances among SOD,CAT and POD in F.oxysporumf.sp.vasinfectum
were destroyed by A.graveolens extraction.It led to the free radical clear system undergoing dysfunction,the level
of free radical in F.oxysporumf.sp.vasinfectumincreased,the content of MDA increased and the integrality of
membrane system was damaged,and consequently injured the F.oxysporumf.sp.vasinfectum.
Key words Apium graveolens extraction; Fusarium oxysporumf.sp.vasinfectum; MDA; conductivity rati-
o; protective enzyme
38卷第3期 魏立强等:旱芹粗提物对棉花枯萎病菌丙二醛含量、电导率及保护酶活性的影响
棉花枯萎病是由尖镰孢萎蔫专化型[Fusarium
oxysporum f.sp.vasinfectum(Atk.)Snyder & Han-
sen]引起的维管束病害,是危害严重的毁灭性棉花
病害之一。20世纪30年代由于引进未检疫的美棉
种子而传入我国,70-80年代初期,遍布全国大部
分产棉区,并形成重大危害,估计每年因此病皮棉减
产10万t[1]。芹菜(ApiumLinn.)具有抗氧化、镇
静止痛、降压降脂、抗肿瘤等药用功能,并且有一定
的抑菌杀虫活性。据报道旱芹所含有的挥发油等物
质,对不同微生物具有较高的抑菌活性[2-4]。刘福光
等报道旱芹粗提物有很好的抗真菌作用,其对棉花
枯萎病的EC50为2 689.061 1μg/mL
[5]。笔者的前
期研究发现旱芹粗提物对棉花幼苗的生长具有一定
的保护作用,同时发现粗提物浓度为10mg/mL时
对棉花枯萎病有很好的治疗作用,相对防效为
77.71%[6]。为了弄清旱芹粗提物对棉花枯萎病菌
生长的抑制机理,本文研究了其粗提物对该病原菌
MDA含量、电导率及保护酶活性的影响。
正常情况下,细胞内超氧化物歧化酶(SOD)、过
氧化物酶(POD)及过氧化氢酶(CAT)3种酶协调一
致,处于一种动态平衡状态,当处在外界胁迫条件下
时,这种平衡被打破,体内负责清除活性氧的抗氧化
系统能力下降,从而造成活性氧的大量积累,并引发
或加剧膜脂过氧化作用,导致生物膜系统受损,细胞
内含物外泄。大量报道显示在植物病害的防治中,
只注重研究药剂对植物体自身保护酶活性的影
响[7-8],而忽视了对目标病原菌体内保护酶的影响。
旱芹粗提物是否通过破坏病原菌体内的保护酶动态
平衡,导致病原菌的膜系统受损,从而达到抑菌作用
是本文的研究重点,通过探讨粗提物对棉花枯萎病
菌生长的抑制机理,为进一步利用旱芹防治植物病
害,开发新的植物源杀菌剂奠定基础。
1 材料和方法
1.1 供试菌株培养及处理
供试病菌:枯萎D-124(由石河子大学植物病理
实验室提供)。
将在25℃、PDA中培养3~4d的直径约为3cm
的枯萎菌菌片2个,用无菌水洗干净后置于含有6mL,
0.1g/mL旱芹粗提物中,处理时间分别为2、4、6、8、10、
12、24、48h,每处理重复3次,然后测定棉花枯萎病菌
体内 MDA含量的变化及保护酶活性[9]。其中电导
率测定采用DDS-317型电导仪,采用10%吐温80
水溶液处理作为对照。
1.2 旱芹粗提物的制备
将旱芹(果实)在室内阴干,置于干燥箱内50℃
烘干,然后粉碎过40目筛。称取处理好的植物样品
50g,按1∶8~1∶10(质量与体积比)加入丙酮溶液,
超声提取30min后过滤,滤渣重复提取3次,然后
合并滤液,减压浓缩,定容至浓度1g/mL(即1mL
提取液相当于1g植物干样品),置于4℃冰箱内备
用。试验时用少量丙酮及10%吐温80水溶液进行
溶解。
1.3 酶活性测定
SOD酶液制备:分别称取以上不同处理时间的枯
萎病菌菌片0.5g,按1∶10(质量与体积比)加入5mL
50mmol/L、pH7.8的磷酸缓冲液(内含0.1mmol/L
EDTA,0.5mmol/L巯基乙醇和1%PVP),加少许石英
砂,冰浴研磨,然后4℃、10 000r/min冷冻离心20min,
上清液即为SOD粗酶液[10]。单位定义:每克菌丝体在
1mL反应液中SOD抑制率达50%时所对应的SOD量
为一个SOD活力单位。
CAT酶液制备:分别称取以上不同处理时间的枯
萎病菌菌片0.5g,按1∶10(质量与体积比)加入5mL
50mmol/L、pH7.0的磷酸缓冲液(内含0.1mmol/L
EDTA),加 少 许 石 英 砂,冰 浴 研 磨,然 后 4 ℃、
10 000r/min冷冻离心20min,上清液即为CAT粗
酶液[12]。单位定义:每克菌丝体每秒钟分解1μmol
H2O2 的量为一个活力单位。
POD酶液的制备:制备方法同CAT酶液。单
位定义:在37℃条件下,每克菌丝体每分钟催化产
生1μg的底物酶量定义为一个酶活力单位。
3种保护酶活性的测定均采用试剂盒(由南京
建成生物工程研究所提供)。
1.4 丙二醛(MDA)含量的测定
棉花枯萎病菌中 MDA含量的测定采用硫代巴
比妥酸比色法[11]。
1.5 数据统计分析软件
采用SPSS16.0和Excel2003软件进行数据处
理和分析。
2 结果与分析
2.1 旱芹粗提物对枯萎病菌体内 MDA含量的
影响
从图1可以看出,随着处理时间的增加,对照组
中 MDA的含量不断增加,48h时的含量达到最高。
·92·
2012
旱芹粗提物处理过的菌体中 MDA含量先增加后减
少,8h时达到最高值,是对照组的3.9倍,方差分析
表明,两者差异显著,与其他处理相比也均表现差异
显著,48h降到最低值,但始终高于对照。
图1 旱芹粗提物处理时间对 MDA含量的影响
2.2 旱芹粗提物对枯萎病菌体内电导率的影响
细胞膜对维持细胞的微环境和正常代谢起着重
要的作用。细胞膜一旦遭到破坏,膜透性就会增大,
从而使细胞内的电解质外渗。从图2中可以看出,随
着处理时间的增加,旱芹粗提物处理后的枯萎病菌溶
液的电导率不断增加,12h达到最高值,是对照的
1.20倍,之后出现下降的趋势,48h时达到最低值,以
上现象表明经粗提物处理的枯萎病菌体内的细胞膜
遭到了破坏,随着处理时间的增加,菌体膜的完整性
丧失,电解质外渗,电导率最终呈现下降的趋势。
图2 旱芹粗提物处理时间对电导率含量的影响
2.3 旱芹粗提物对枯萎病菌体内保护酶活性的影响
2.3.1 粗提物处理时间对超氧化物歧化酶(SOD)
活性的影响
从图3可以看出,旱芹粗提物处理后SOD活性
呈现先上升后下降的趋势,10h时达到最高值,为对
照的1.40倍,与对照相比差异显著,在48h时降至
最低,仅为对照的9.04%,与其他处理时间的活性
相比差异也显著;对照组则表现为一直升高。
图3 旱芹粗提物处理时间对SOD活性的影响
2.3.2 粗提物处理时间对过氧化氢酶(CAT)活性
的影响
图4表明对照组CAT活性随着时间的增加而
上升,48h时达到最高值;旱芹粗提物处理组CAT
与SOD活性呈现出相近的变化趋势,也是先升高后
降低。在10h时达到最高值,此时是对照组的1.23
倍,与对照相比差异显著,48h时达到最低值,为对
照的15.31%,两者相比差异也显著。方差分析表明,
CAT活性对旱芹粗提物较为敏感,随着处理时间的
不同,活性受其影响存在差异。
图4 旱芹粗提物处理时间对CAT活性的影响
2.3.3 粗提物处理时间对过氧化物酶(POD)活性
的影响
从图5可以看出,POD对照组活性与SOD、CAT
对照组表现出相近的变化趋势,随着处理时间的增加
不断升高,在48h时达到最高值;旱芹粗提物处理组
POD活性最高值出现在12h,是对照的1.47倍,与
SOD、CAT活性最高值出现在10h有所不同,此时与
其他处理时间的活性相比差异还是显著的,随着处理
时间的增加,POD活性同样呈现出了先上升后下降的
趋势,在48h时达到最低值,仅为对照组的0.92%,
这一结果表明在3种保护酶中POD活性对旱芹粗提
物处理时间最敏感。
·03·
38卷第3期 魏立强等:旱芹粗提物对棉花枯萎病菌丙二醛含量、电导率及保护酶活性的影响
图5 旱芹粗提物处理时间对POD活性的影响
3 结论与讨论
细胞膜脂质过氧化反应会导致细胞变性、降解和
功能失常,因此细胞膜透性增加和细胞内电解质渗漏
及MDA含量的变化可以表示膜脂过氧化作用的程度,
是反映细胞膜脂质过氧化程度的重要指标[12-13]。MDA
可以与膜上的蛋白质、酶等结合,引起蛋白质分子内和
分子间的交联,使之失活,破坏生物膜的结构和功能,从
而使生物表现出伤害状态。本试验发现经旱芹粗提物
处理过的菌体 MDA含量在8h时最高,为对照的3.9
倍,之后随着处理时间的增加呈现下降趋势,48h时降
到最低,但始终高于对照;电导率在12h时达到最高,
48h时最低。这些结果表明旱芹粗提物对枯萎病菌细
胞膜结构具有破坏作用,并引起菌体脂质过氧化反应,
导致细胞膜受损伤,电解质渗漏严重。
正常情况下,细胞内SOD、CAT和POD 3种保
护酶协调一致,处于一种动态平衡状态,使自由基维
持在一个低水平,从而防止自由基毒害。一旦自由
基这种平衡受到破坏,就可能产生伤害作用[14]。超
氧阴离子自由基(O-2 )伤害植物的机理在于启动膜
脂过氧化物和膜脂脱脂化作用,SOD的作用就在于
能催化体内分子氧还原的第一个中间产物O-2 歧化
反应而产生O2 和H2O2[15],有效清除活性氧。CAT
也是生物体内极为重要的保护酶,它能清除细胞内
过多 H2O2,使其维持在低水平上,保护膜的结构。
POD是植物体内担负清除 H2O2 的主要酶类之一,
POD能催化 H2O2 氧化其他底物后产生 H2O。本
研究结果表明经旱芹粗提物处理过的棉花枯萎菌菌
体SOD和CAT活性变化趋势相似,随着处理时间
的增加先上升后下降,均在10h时达到最高值,与
对照相比差异显著,之后下降,在48h时降至最低,
POD活性变化与它们略有不同,在12h时达到最高
值,之后在48h时降至最低。
由上可以看出棉花枯萎病菌 MDA、SOD、CAT、
POD的活性及电导率在旱芹粗提物处理下均具有先
升高后降低的变化趋势,这表明它们在粗提物处理下
变化的一致性,在后期由于菌体的完整性丧失,趋于
死亡,它们均呈现出下降的趋势。
综上所述,旱芹粗提物破坏了棉花枯萎菌体内
活性氧产生和清除的动态平衡状态,引起自由基清
除系统出现问题,体内自由基水平升高,细胞毒性物
质 MDA含量增加,破坏了菌体膜细胞的完整性,致
使电导率呈现下降趋势,对菌体产生了伤害作用。
参考文献
[1] 董金皋.农业植物病理学[M].北京:中国农业出版社,2001:5.
[2] Afek U,Cameli S,Aharoni N.Columbianetin,aphytoalexin as-
sociated with celery resistance to pathogens modeling[J].Phy-
tochemistry,1995,39(6):1347-1350.
[3] Duan miic',Irena Zizovic,Marko Stamenic',et al.Antimicrobi-
al activity of celery fruit isolates and SFE process modeling[J].
Biochemical Engineering Journal,2008,42:148-152.
[4] Oussalah M,Cailet S,Saucier L.Antimicrobial effects of selected
plant essential oils on the growth of Pseudomonas putidastrain iso-
lated from meat[J].Meat Science,2006,73:236-244.
[5] 刘福光,谢慧琴,王春娟,等.11种伞形科植物提取物对7种植
物病原菌的抑制作用[J].新疆农业科学,2009,46(4):
888-890.
[6] 魏立强,谢慧琴,杨德松,等.旱芹粗提物控制棉花苗期枯萎病
盆栽试验研究[J].中国棉花,2011,38(7):11-13.
[7] 张清智,陈振德,刘红玉,等.氰戊菊酯对小白菜抗氧化酶活性
及丙二醛(MDA)含量的影响[J].生态毒理学报,2008,3(5):
507-512.
[8] 盛存波,安德荣,鲁燕汶,等.生防菌株B56-3防治猕猴桃溃
疡病的初步研究[J].西北农业学报,2006,15(3):75-81.
[9] 计红芳,宋瑞清,杨谦.绒白乳菇发酵液提取物对杨树叶枯病菌
保护酶活性、丙二醛含量及电导率的影响[J].北京林业大学
学报,2007,29(6):156-160.
[10]张芹.松针褐斑病菌(Lecanosticta acicola)毒素致病作用的细
胞学研究[D].南京:南京林业大学,2003.
[11]李合生.植物生理生化实验原理和技术[M].北京:高等教育
出版社,2000:260-261.
[12]苏梦云,范铭庆.渗透胁迫和钙处理对杉木幼苗膜脂过氧化及保
护酶活性的影响[J].林业科学研究,2000,13(4):391-396.
[13]Devlin W S,Gustine D L.Involvement of the oxidative burst in
phytoalexin accumulation and the hypersensitive reaction[J].
Plant Physiology,1992,100(3):1189-1195.
[14]杨振德,朱麟,赵博光,等.苦豆草生物碱对分月扇舟蛾体内消
化酶和保护酶活性的影响[J].北京林业大学学报,2006,28
(1):80-83.
[15]吕庆,郑荣梁.干旱及活性氧引起小麦膜脂过氧化与脱酯化
[J].中国科学,1996,26(1):26-30.
·13·