全 文 ：植物生态学报 2009, 33 (4) 802~811
Chinese Journal of Plant Ecology
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收稿日期: 2008-09-22 接受日期: 2009-01-20
基金项目: 国家自然科学基金(30670319和 30770342)
* 通讯作者 Author for correspondence E-mail: chennl@gsau.edu.cn
不同海拔青海云杉与祁连圆柏叶片
抗氧化系统
张 涛1 安黎哲2 陈 拓2 代春艳1 陈年来1,2*
(1 甘肃农业大学资源与环境学院,兰州 730070) (2 中国科学院寒区旱区环境与工程研究所,兰州 730030)
摘 要 以祁连山寺大隆林区连续海拔梯度(2 665~3 365 m)上青海云杉(Picea crassifolia)和祁连圆柏(Sabina
przewalskii)为材料, 测定叶片中抗氧化保护系统的变化, 探讨常绿木本植物抗氧化系统对高山极端环境的适应机
制。结果显示, 祁连圆柏和青海云杉叶片中丙二醛(MDA)含量均与海拔高度呈正相关, 相同海拔上青海云杉MDA
含量极显著高于祁连圆柏(p＜0.01)。随海拔升高, 两树种抗氧化保护酶超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、
过氧化氢酶(CAT)、抗坏血酸过氧化物酶(APX)、谷胱甘肽还原酶(GR)活性和非酶促抗氧化剂脯氨酸(Pro)、抗坏
血酸(AsA)、还原性谷胱甘肽(GSH)含量均呈明显增加趋势。青海云杉叶片的AsA水平高于祁连圆柏, 但对海拔变
化的敏感性较低; 祁连圆柏的GSH、Pro水平及其对海拔变化的敏感性均高于青海云杉。结果表明, 研究区青海云
杉所受过氧化伤害较祁连圆柏更严重, 但两树种清除O2–·的能力相当而主要负责分解H2O2的酶种有所不同: 祁连
圆柏中为POD, 青海云杉中则为CAT、APX和GR, AsA-GSH循环系统在青海云杉活性氧清除中的作用强于在祁连
圆柏中, 祁连圆柏的活性氧清除物质可能以Pro为主。
关键词 青海云杉 祁连圆柏 海拔梯度 抗氧化系统 逆境适应性
ANTIOXIDATIVE SYSTEM IN LEAVES OF PICEA CRASSIFOLIA AND SABINA
PRZEWALSKII ALONG AN ALTITUDINAL GRADIENT
ZHANG Tao1, AN Li-Zhe2, CHEN Tuo2, DAI Chun-Yan1, and CHEN Nian-Lai1,2*
1College of Resource and Environmental Sciences, Gansu Agricultural University, Lanzhou, 730070, China, and 2Cold and Arid Region Envi-
ronmental and Engineering Research Institute, Chinese Academy of Sciences, Lanzhou 730030, China
Abstract Aims The antioxidative defense capacity of plants plays an important role in extreme
environments. We investigated the antioxidative system in Picea crassifolia and Sabina przewalskii
leaves along an altitudinal gradient in Sidalong forests of Qilian Mountains to study the response of
antioxidative systems in evergreen xylophytes to subalpine environment.
Methods We determined the contents of malonaldehyde (MDA), praline (Pro), ascorbic acid (AsA)
and glutathione (GSH), as well as the activities of superoxide dismutase (SOD) , peroxidase (POD) ,
catalase (CAT), ascorbate peroxidase (APX) and glutathione reductase (GR) in leaves of P. crassifolia
and S. przewalskii from different altitudes (2 665–3 365 m).
Important findings The MDA contents in P. crassifolia and S. przewalskii leaves positively and sig-
nificantly correlated with altitude. At the same altitude, the MDA content in S. przewalskii leaves was
significantly higher than that in P. crassifolia leaves. With increasing altitude, the content of Pro, AsA
and GSH and the activities of SOD, POD, CAT, APX and GR in leaves of both P. crassifolia and S.
przewalskii increased. The sensitivity of AsA, GSH and Pro in S. przewalskii leaves along the altitudinal
gradient was higher than those in P. crassifolia, although the AsA content was lower than the later.
Those results suggested that S. przewalskii suffered greater oxidative stress than P. crassifolia, but its
capacity to cavenge O2–· was similar. POD was a main enzyme in S. przewalskii as decomposing H2O2,
but P. crassifolia was CAT, APX and GR. The action of AsA-GSH circulatory system in P. crassifolia
was greater than that in S. przewalskii, and Pro was the most important antioxidant substance in S.
4期 张 涛等: 不同海拔青海云杉与祁连圆柏叶片抗氧化系统 DOI: 10.3773/j.issn.1005-264x.2009.04.019 803
przewalskii.
Key words Picea crassifolia, Sabina przewalskii, altitudinal gradient, antioxidative system, stress adaptation
DOI: 10.3773/j.issn.1005-264x.2009.04.019
随着海拔高度的升高, 各种生态因子均发生
变化 , 如温度会逐渐降低、UV-B辐射则逐渐增
强。生长于高山环境中的植物在长期适应与进化
过程中, 体内形成了特有的生理适应机制, 以免
受寒冷和强辐射、干旱等逆境的伤害。正常情况
下 , 植物体内活性氧的产生与清除处于动态平
衡。逆境胁迫会打破这种动态平衡, 导致细胞内
活性氧积累量升高, 从而造成氧化伤害。研究表
明 , 寒冷 (孙学成等 , 2006)、强辐射 (王弋博等 ,
2007)、干旱(赵丽英等, 2005)等逆境胁迫均能引
起植物体内活性氧(H2O2、O2–·、OH–、1O2等)水平
升高, 它们以极强的氧化性对细胞质膜中的不饱
和脂肪酸进行氧化, 产生丙二醛(MDA), 降低了
膜系统对离子透过的选择性, 导致细胞内电解质
泄漏量增加(Bailly et al., 1996)。在适应逆境伤害
的进化过程中, 植物体内也形成了一套抗氧化系
统来保护植物细胞免受活性氧的氧化损伤
(Gechev et al., 2003)。植物的抗氧化系统包括抗
氧化酶系统和非酶促抗氧剂系统两大类。抗氧化
酶包括过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)和超
氧化物歧化酶 (SOD)、抗坏血酸过氧化物酶
(APX)、谷胱甘肽还原酶(GR)等。荒漠植物沙拐
枣 (Calligonum mongolicum) 、 梭 梭 (Haloxylon
ammodendron)和沙枣 (Elaeagnus angustifolia)体
内的抗氧化酶活性与活性氧含量成负相关(龚吉
蕊等, 2004); 低温胁迫下红松(Pinus koraiensis)幼
苗活性氧积累, 保护酶活性升高可以增加其抗寒
性 (李晶等 , 2000); 华北落叶松 (Larix principis-
rupprechtii)针叶3种抗氧化酶(SOD、POD和CAT)
在高海拔处活性最高(梁建萍等, 2007)。非酶促抗
氧剂主要有抗坏血酸 (AsA)、还原型谷胱甘肽
(GSH)、脯氨酸(Pro)等。几种高山植物抗氧化剂
总含量随海拔升高而升高(Wildi & Lütz, 1996);
大盘山香果树(Emmenopterys henryi)叶片脯氨酸
和抗坏血酸含量增加有利于减轻膜脂过氧化(康
华靖等 , 2008); 陈银萍等 (2006)发现 , 圆柏
(Sabina chinensis)叶片在离体条件下表现出极强
的抗寒性与其具备完善的抗氧化保护系统有关。
可见 , 植物体内的活性氧清除能力(即抗氧化能
力)是其抗逆性的关键因子。
青海云杉(Picea crassifolia)分布于我国西北
地区山地阴坡和半阴坡及潮湿谷地, 耐寒、耐瘠
薄 , 是西北地区主要造林树种之一 (刘兴聪 ,
1992)。祁连圆柏(Sabina przewalskii)是祁连山林
区亚高山暗针叶林带中惟一分布在阳坡或半阳坡
上的森林类型(陈文年等, 2005), 具较强的抗旱能
力。它们都是祁连山重要的水源涵养林, 在调蓄、
涵养水源 , 保持水土 , 改善环境 , 保持生态平衡
等方面有重要的作用。关于青海云杉和祁连圆柏
在自然条件下抗寒耐旱的机制尚未见报道, 本研
究通过测定祁连山高海拔生境青海云杉和祁连圆
柏抗氧化酶活性和非酶促抗氧化剂含量, 探讨常
绿木本植物适应高寒、强辐射等胁迫生境的生理
生化机制。
1 材料和方法
1.1 采样点概况与采样方法
本研究采样点位于甘肃省张掖市肃南县寺大
隆 林 区 的 天 涝 池 流 域 , 地 理 坐 标
99°55′701′′~99°56′595′′ E, 38°25′342′′~38°26′392′′
N, 海拔 2 500~3 600 m, 年平均气温0.7 , 1℃ 月
平均气温–13.3 , 7℃ 月平均气温11.8 ; ℃ 年降水
量433.6 mm, 其中5~9月降雨量占全年降水总量
的89.2%, 年蒸发量1 061.8 mm, 年均相对湿度
60%, 土壤和植被随山地地形和气候的差异而形
成明显的垂直分布带。青海云杉为唯一建群种 ,
呈斑块状分布于阴坡、半阴坡, 祁连圆柏呈小块
状零星分布于阳坡、半阳坡。
于2006年和2007年10月沿2 665~3 365 m的
海拔梯度分别在青海云杉和祁连圆柏坡地上每隔
100 m设置采样点, 在每个采样点上选择生长状
况和地势相对一致的健康青海云杉和祁连圆柏各
5棵。每棵树上采集4个不同方位枝条上的成熟针
叶均量混合作为一个样本, 用纱布分装后立即存
入液氮罐中, 带回实验室测定各项生理指标。
1.2 测定指标与方法
1.2.1 丙二醛(MDA)含量的测定
采用硫代巴比妥酸法(李合生 , 2000)。取叶
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片0.3 g加5% TCA (三氯乙酸) 5 mL研磨成浆 ,
1 000×g离心10 min, 取上清液2 mL, 加0.67%
TBA (硫代巴比妥酸) 2 mL, 沸水浴中加热30 min,
冷却后再离心一次, 上清液在450、532和600 nm波
长下比色 , 根据下式计算MDA含量 : MDA含量
(μmol·g–1 FW)=6.45 (A532–A600)– 0.56A450。
1.2.2 SOD活性的测定
采用氮蓝四唑法(李合生, 2000)。取叶片0.3 g
于冰冻研钵中, 加5 mL预冷的0.05 mol·L–1 PBS缓
冲液(pH 7.8) (内含5 mmol·L–1 EDTA, 2 mmol·L–1
AsA, 2% PVP)在冰浴上研磨成浆 ,在 4 , ℃
10 000×g下离心20 min, 上清液即为测定液。在
4 000 μmol·m–2·s–1日光下反应20 min, 同时在暗
中和光下分别做对照。以暗对照调零, 在560 nm
下测定吸光值, 根据下式计算酶活性: 单位活力
(U·g–1 FW)= 0.5×Ack×(Ack–Ae)×稀释倍数 /取样
质量。
1.2.3 CAT活性的测定
参照邹琦(2000)的方法, 测定液提取同1.2.2,
用蒸馏水调零, 向比色杯中加0.2 mL测定液, 再
加2.8 mL 0.06 mol·L–1 H2O2启动反应, 立即计时,
在240 nm下连续测定2 min内吸光值的变化, 用
ΔA240·min–1·g–1来表示酶活性。
1.2.4 APX活性的测定
参照Nakano和Asada (1981)的方法 , 酶液提
取同1.2.2, 用蒸馏水调零, 向比色杯中加0.2 mL
测定液, 1.75 mL 0.05 mol·L–1 PBS缓冲液(pH 7.0),
0.3 mL 1 mmol·L–1 EDTA, 0.3 mL 5 mmol·L–1
AsA, 0.3 mL蒸馏水 , 并用0.3 mL 1 mmol·L–1
H2O2启动反应, 立即计时, 在290 nm下测定连续
2 min内吸光度值的变化, 用ΔA290·min–1·g–1来表
示酶活性。
1.2.5 GR活性的测定
参照Knorzer等(1996)的方法, 取叶片0.3 g于
冰冻研钵中, 加5 mL预冷的100 mmol·L–1、pH 7.5
PBS缓冲液(含1 mmol·L–1 EDTA)在冰浴上研磨成
浆, 在4 ℃、12 000 ×g下离心30 min, 上清液即为
测定液。在比色杯中加入0.2 mL测定液, 3 mL提
取液, 0.1 mL 5 mmol·L–1 GSSG, 最后用0.03 mL 3
mmol·L–1 NADPH启动反应, 在340 nm下测定连
续2 min内吸光值的变化, 用ΔA340·min–1·g–1来表
示酶活性。
1.2.6 POD活性的测定
愈创木酚法(李合生, 2000)。酶液提取同1.2.2,
向比色杯内加0.1 mL测定液, 2.6 mL 0.3%愈创木
酚, 用0.3 mL 0.6% H2O2启动反应, 在470 nm下测
定连续2 min内吸光值的变化, 用ΔA470·min–1·g–1来
表示酶活性。
1.2.7 AsA含量的测定
取叶片0.5 g加3 mL 2%草酸研磨, 用1%草酸
定容至100 mL, 过滤即为提取液。吸取4 mL提取
液 , 加2,6-二氯酚靛酚染料溶液2 mL、二甲苯5
mL, 将上层液在500 nm下比色, 通过标准曲线计
算AsA含量(李合生, 2000)。
1.2.8 GSH含量测定
参照Ellman (1959)的方法, 取叶片0.5 g, 加
15 mL 0.5 mmol·L–1 EDTANa2-3% TCA溶液研磨
匀浆 , 抽滤。取1 mL滤液加0.38 mL 1 mol·L–1
NaOH 、0.1 mL DTNB和0.5 mL 0.2 mol·L–1 PBS
缓冲液(pH 7.0), 摇匀0.5 h后在412 nm下比色, 通
过标准曲线计算GSH含量。
1.2.9 Pro含量的测定
取叶片0.5 g放入大试管中, 加5 mL 3%磺基
水杨酸, 在沸水中提取10 min,冷却过滤即为提取
液。吸2 mL提取液加2 mL冰醋酸和2 mL酸性茚三
酮, 在沸水浴中加热30 min, 冷却后用甲苯提取,
上层液在520 nm下比色 , 通过标准曲线计算Pro
含量(李合生, 2000)。
1.3 数据分析
利用SPSS 13.0统计软件和Excel软件对实验
数据进行统计分析和作图。
2 结果和分析
2.1 海拔高度对祁连圆柏和青海云杉膜脂过氧
化产物(MDA)含量的影响
祁连圆柏和青海云杉叶中MDA含量与海拔
梯度极显著正相关(图1, r圆柏=0.839**, r云杉= 0.930**),
高海拔处祁连圆柏(3 365 m)和青海云杉(3 265 m)
叶片中MDA含量分别比低海拔处(2 665 m)增加
78.03%和66.07%。在相同海拔梯度上, 青海云杉
MDA含量极显著高于祁连圆柏(p＜0.01＝。表明
这两个树种叶片遭受过氧化伤害的程度随海拔升
高而逐渐加剧, 生长于阴坡的青海云杉遭遇的过
氧化胁迫压力比阳坡的祁连圆柏更大。除2 865 m
和2 965 m两海拔梯度间青海云杉MDA含量差异显
著外, 其余两相邻海拔梯度间青海云杉和祁连圆柏
4期 张 涛等: 不同海拔青海云杉与祁连圆柏叶片抗氧化系统 DOI: 10.3773/j.issn.1005-264x.2009.04.019 805
图1 不同海拔高度青海云杉(空心)和祁连圆柏(实心)叶片丙二醛含量
Fig. 1 MDA contents in leaves of Picea crassifolia (open) and Sabina przewalskii (solid) at different altitudes
同一树种具有不同小写字母的海拔梯度间差异显著(p＜0.05) Lower case letter on bars of each species indicate sig-
nificant difference at p＜0.05 level
图2 不同海拔高度青海云杉(空心)和祁连圆柏(实心)SOD活性
Fig. 2 SOD activities in leaves of Picea crassifolia (open) and Sabina przewalskii (solid) at different altitudes
图注同图1 Note see Fig. 1
叶片MDA含量差异均不显著。
2.2 海拔高度对祁连圆柏和青海云杉叶片中抗
氧化酶活性的影响
2.2.1 SOD活性
青海云杉和祁连圆柏叶片中SOD活性与海拔
高度呈极显著正相关 (图2, r圆柏=0.930**, r云杉=
0.674**), 在≤3 165 m的各相同海拔梯度上, 青
海云杉叶片SOD活性显著高于祁连圆柏(p＜0.05
＝。但两树种叶片SOD随海拔升高而增长的幅度
不大, 高海拔处祁连圆柏(3 365 m)和青海云杉(3
165 m)叶片中SOD活性只比低海拔(2 665 m)处增
加13.19%和5.79%。
2.2.2 CAT活性
祁连圆柏和青海云杉叶片中CAT活性与海拔
高度呈极显著正相关 (图3, r圆柏=0.897**, r云杉=
0.868**)。高海拔处祁连圆柏(3 365 m)和青海云杉
(3 265 m)叶片中CAT活性分别比低海拔处(2 665
m)增加118.25%和112.05%。在≥2 865 m的各相同
海拔梯度上, 青海云杉叶片CAT活性均显著高于
祁连圆柏(p＜0.05), 表明叶片CAT活性升高对青
海云杉的低温适应性具有积极意义。
2.2.3 APX活性
祁连圆柏和青海云杉叶片APX活性均随海拔
升高极显著增加(图4, r圆柏=0.881**, r云杉= 0.943**)。
高海拔处(3 365 m)祁连圆柏叶片APX活性比低海
拔处(2 665 m)增加47.66%, 青海云杉叶片APX活
性在高低海拔间差异高达102.97%。除最低海拔
(2 665 m)处外, 其他海拔梯度上青海云杉叶片的
806 植 物 生 态 学 报 www. plant-ecology.com 33卷
图3 不同海拔高度青海云杉(空心)和祁连圆柏(实心)叶片CAT活性
Fig. 3 CAT activities in leaves of Picea crassifolia (open) and Sabina przewalskii (solid) at different altitudes
图注同图1 Note see Fig. 1
图4 不同海拔高度青海云杉(空心)和祁连圆柏(实心)叶片APX活性
Fig. 4 APX activities in leaves of Picea crassifolia (open) and Sabina przewalskii (solid) at different altitudes
图注同图1 Note see Fig. 1
APX活性均高于祁连圆柏, 且有海拔越高差异越
明显的趋势; 在≥2 965 m的各相同海拔梯度上,
二者差异极显著(p＜0.01)。
2.2.4 GR活性
两树种叶片GR活性与海拔高度极显著正相
关(图5, r圆柏= 0.856**, r云杉= 0.786**)。在相同海拔
梯度上 , 青海云杉叶片的GR活性显著高于祁连
圆柏的(p＜0.05＝, 但祁连圆柏叶片GR活性随海
拔升高的增长率(每100 m增加14.53%)高于青海
云杉(每100 m增加9.89%)。在≤3 065 m的各海拔
梯度上, 青海云杉叶片GR活性差异不显著。
2.2.5 POD活性
两树种叶片中POD活性都与海拔高度呈极显
著正相关(图6, r圆柏=0.831**, r云杉=0.930**)。虽然青
海云杉叶片POD活性随海拔升高的增长率(每100
m增加 62.14%)高于祁连圆柏 (每 100 m增加
38.46%), 但在同一海拔上, 祁连圆柏叶中POD活
性极显著地 (p＜0.01)高于青海云杉 , 二者相差
10~30倍。
2.3 海拔高度对祁连圆柏和青海云杉叶片中抗
氧化物质含量的影响
2.3.1 AsA含量
祁连圆柏和青海云杉叶片AsA含量与海拔高
度呈极显著正相关 (图7 , r圆柏=0 .976 * * , r云杉=
0.814**)。在同一海拔梯度上 , 青海云杉叶片的
AsA含量极显著地高于祁连圆柏(p＜0.01), 但祁
4期 张 涛等: 不同海拔青海云杉与祁连圆柏叶片抗氧化系统 DOI: 10.3773/j.issn.1005-264x.2009.04.019 807
图5 不同海拔高度青海云杉(空心)和祁连圆柏(实心)叶片GR活性
Fig. 5 GR Activities in leaves of Picea crassifolia (open) and Sabina przewalskii (solid) at different altitudes
图注同图1 Note see Fig. 1
图6 不同海拔高度青海云杉(空心)和祁连圆柏(实心)叶片POD活性
Fig. 6 POD activities in leaves of Picea crassifolia (open) and Sabina przewalskii (solid) at different altitudes
图注同图1 Note see Fig. 1
连圆柏叶片AsA含量随海拔升高的增幅(每100 m
平均增加0.46 mg·g–1)远高于青海云杉(每100 m平
均增加0.17 mg·g–1)。
2.3.2 GSH含量
祁连圆柏和青海云杉叶片中GSH含量与海拔
梯度间呈极显著正相关(图8, r圆柏=0.864**, r云杉=
0.829**)。在相同海拔梯度上, 祁连圆柏叶片GSH
含量极显著高于青海云杉(p＜0.01＝; 且祁连圆
柏叶片GSH含量随海拔升高的增加量(每100 m平
均增加0.12 mg·g–1)也远高于青海云杉(每100 m平
均增加0.06 mg·g–1)。
2.3.3 Pro含量
祁连圆柏和青海云杉叶片中Pro含量与海拔
高度呈极显著正相关 (图9, r圆柏=0.935**, r云杉=
0.900**)。高海拔处祁连圆柏(3 365 m)和青海云杉
(3 265 m)叶片中的Pro含量分别比低海拔处(2 665
m)增加了203.76%和85.89%。在相同海拔上, 祁连
圆柏叶片的Pro含量显著(p＜0.05)高于青海云杉
的 , 且祁连圆柏叶片Pro含量随海拔升高的增幅
(每100 m平均增加9.25 μg·g–1)也远高于青海云杉
(每100 m平均增加1.88 μg·g–1)。
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图7 不同海拔高度青海云杉(空心)和祁连圆柏(实心)叶片抗坏血酸含量
Fig. 7 Asa contents in leaves of Picea crassifolia (open) and Sabina przewalskii (solid) at different altitudes
图注同图1 Note see Fig. 1
图8 不同海拔高度青海云杉(空心)和祁连圆柏(实心)叶片谷胱甘肽含量
Fig. 8 GSH contents in leaves of Picea crassifolia (open) and Sabina przewalskii (solid) at different altitudes
图注同图1 Note see Fig. 1
图9 不同海拔高度青海云杉(空心)和祁连圆柏(实心)叶片脯氨酸含量
Fig. 9 Pro contents in leaves of Picea crassifolia (open) and Sabina przewalskii (solid) at different altitudes
图注同图1 Note see Fig. 1
4期 张 涛等: 不同海拔青海云杉与祁连圆柏叶片抗氧化系统 DOI: 10.3773/j.issn.1005-264x.2009.04.019 809
3 讨 论
生长在高海拔极端环境下的植物, 经受着低
温、干旱、强紫外辐射等多种逆境因子的胁迫, 各
种胁迫因子往往直接或者“耦联”作用, 引起细
胞中自由基代谢失衡、活性氧积累, 导致膜系统、
蛋白质、核酸等大分子氧化伤害 (康华靖等 ,
2008)。活性氧以极强的氧化性对细胞质膜中的不
饱和脂肪酸进行氧化, 产生MDA。因而, MDA积
累量在一定程度上反映了植物体内自由基活动的
状态: MDA积累多, OH–、O2–·等自由基亦可能是高
水平的(杨淑慎和高俊凤, 2001)。青海云杉和祁连
圆柏叶片中MDA含量随海拔上升而增加 , 表明
两树种体内活性氧水平和膜脂过氧化程度也随海
拔升高而增加。在相同海拔梯度上青海云杉叶片
中MDA含量显著高于祁连圆柏 , 可能与两树种
的抗氧化能力有关, 也可能与其所受逆境胁迫程
度有关: 在祁连山地, 青海云杉和祁连圆柏可能
遭受的主要胁迫因子为低温、强辐射和土壤干旱。
青海云杉生长在阴坡和半阴坡, 其生境的平均温
度比祁连圆柏生长的阳坡、半阳坡更低, 且林内
温度低于林外。青海云杉叶片中MDA含量显著高
于祁连圆柏, 可能暗示在此生境条件下低温是居
主导地位的胁迫因子。吴建慧等(2004)发现, 低温
比强光照对玉米(Zea mays)幼苗的氧化伤害要大
得多 ; 吕琳等 (2006)对库拉索芦荟 (Aloe bar-
badensis)叶肉细胞超微结构的观察中也发现, 低
温胁迫比干旱对细胞膜的损伤更严重。
植物体活性氧的清除涉及一系列细胞代谢和
酶促反应过程, 抗氧化酶和抗氧化剂协同作用使
细胞内活性氧维持在较低水平, 确保植物正常生
长和代谢(马旭俊和朱大海, 2003)。SOD作为唯一
可清除O2–·的酶, 是抗氧化系统的第一道防线, 能
在细胞质、叶绿体和线粒体内催化O2–·发生歧化反
应, 生成H2O2和O2, 对青海云杉和祁连圆柏针叶
SOD活性的测定结果表明 , 两树种清除O2–·的能
力相当, 且均随海拔升高呈增强趋势。植物体内
H2O2的清除有多条可能的途径: POD广泛存在于
植物体各组织中, 主要催化H2O2与其他还原剂的
反应; 过氧化物体和线粒体中的H2O2由CAT催化
分解成H2O和O2(伊永强等 , 2007), 叶绿体内的
H2O2主要被AsA-GSH循环系统所清除 , APX和
GR是该循环的关键酶。与高海拔挪威云杉(Picea
abies)针叶中的抗氧化酶一样 (Polle & Rennen-
berg, 1992), 祁连圆柏和青海云杉叶片中的SOD、
CAT、APX、GR和POD活性均随着海拔升高而显
著增强, 表明这些抗氧化酶活性的增强对于高山
木本植物适应高寒逆境均起着重要的作用。青海
云杉CAT、APX和GR活性高于祁连圆柏(平均高
35.38%、19.55%和57.25%), 但后者的POD活性平
均是前者的近16倍, 可部分解释祁连圆柏针叶中
MDA含量低于青海云杉的结果 , 也表明两树种
抗氧化酶系统中主要负责分解H2O2的酶种有所
不同: 祁连圆柏中为POD、青海云杉中为CAT、
APX和GR, 同时暗示AsA-GSH循环系统在青海
云杉活性氧清除中的作用强于在祁连圆柏中。
各类抗氧化剂在植物抗氧化系统中也起着重
要的作用。青海云杉和祁连圆柏叶片AsA、GSH
和Pro均与海拔高度呈显著正相关 , 跟两者抗氧
化酶活性的变化趋势相同, 表明植物体内的两类
抗氧化系统在抵御逆境伤害方面具有协同作用。
AsA具有还原O2–·、清除OH–、猝灭1O2、歧化H2O2、
再生 VE等多种抗氧化功能 , GSH既可以把
AsA-GSH循环中产生的双脱氢抗坏血酸(DAH)还
原成AsA, 维持高含量的AsA以保证APX有足够
的底物(韩刚等, 2008), 还可与包括OH–在内的多
种自由基直接反应, 并能将有机自由基R·还原为
RH (伊永强等, 2007)。各海拔梯度上, 两树种针
叶中AsA含量水平远高于GSH (尤以青海云杉为
甚 ), 表明在AsA-GSH循环中AsA是它们的主要
抗氧化剂。青海云杉针叶中AsA含量和APX、GR
活性高于祁连圆柏中 , 表明青海云杉通过
AsA-GSH循环清除活性氧的能力较祁连圆柏强。
Pro可以调节细胞质的渗透势 , 保护蛋白质分子
免受氧化伤害 , 并清除1O2、OH–等多种活性氧 ,
对抗氧化酶的催化活性也具有促进作用(Zhao et
a1., 2003)。祁连圆柏叶片的Pro含量极显著地高于
青海云杉, 一方面表明祁连圆柏的活性氧清除剂
可能以Pro为主 , 另一方面可能与祁连圆柏需要
同时适应阳坡的干旱和强辐射逆境有关(王生耀
等, 2008)。
总体来看, 两树种叶片抗氧化系统对海拔变
化的响应差异明显: 青海云杉所有抗氧化酶活性
对海拔变化的敏感性和AsA含量、除POD以外的
酶活性水平高于祁连圆柏的, 而祁连圆柏的POD
活性水平、GSH和Pro含量及AsA、Pro对海拔变
810 植 物 生 态 学 报 www. plant-ecology.com 33卷
化的敏感性高于青海云杉。青海云杉和祁连圆柏
两个树种叶片抗氧化剂含量和抗氧化酶活性水平
及其对海拔变化的敏感性差异到底缘起两树种的
遗传特性还是反映了植物在适应不同逆境造成的
氧化胁迫上有不同的机理, 尚需进一步研究。
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