全 文 ：第 33卷　第 6期
2009年 11月
南京林业大学学报(自然科学版)
JournalofNanjingForestryUniversity(NaturalScienceEdition)
Vol.33, No.6
Nov., 2009
　收稿日期:2009-06-30　　　　修回日期:2009-10-12
　基金项目:国家自然科学基金资助项目(39900115);江苏省高校自然科学基金资助项目(05KJB220053)
　作者简介:谢寅峰(1966—),副教授 ,研究方向为树木生理生化。 E-mail:xxyyf@njfu.com.cn。
　引文格式:谢寅峰 ,林　候 ,张千千 ,等.鹅毛竹花后叶片衰老生理特性 [ J] .南京林业大学学报:自然科学版 , 2009, 33(6):39-43.
鹅毛竹花后叶片衰老生理特性
谢寅峰 1 ,林　候2 ,张千千 1 ,张春霞1
(1.南京林业大学森林资源与环境学院 ,江苏　南京　210037;2.厦门理工学院管理科学系 ,福建　厦门　 361024)
摘要:以鹅毛竹为材料 ,以未开花竹为对照 ,分析了鹅毛竹花后叶片生理变化特性。结果表明:鹅毛竹开花后总
体上叶片叶绿素 、可溶性蛋白质和糖含量不断下降 , 并始终低于未开花竹相应指标 ,而可溶性糖与蛋白质含量比
值 、MDA含量呈不断增加趋势 ,并始终高于未开花竹相应指标。随着试验时间的延长 , 上述各指标的变幅以及
与未开花竹的差距增大 , 表明花后叶片衰老逐渐加快。开花初期开花竹叶片 SOD活性明显高于未开花竹 , 而
POD、CAT活性明显低于未开花竹 , 后期开花竹各保护酶活性的变幅明显大于未开花竹 , 表明鹅毛竹开花后保护
酶系统间的平衡失调。推测活性氧的大量产生以及保护酶系统间平衡失调导致的膜脂过氧化程度增加 ,膜以及
蛋白质等生物大分子结构与功能的破坏及其降解等可能是开花竹花后叶片衰老加快的主要原因之一。
关键词:鹅毛竹;花后;生理变化;叶片衰老
中图分类号:S718　　　　文献标志码:A　　　　文章编号:1000-2006(2009)06-0039-05
PhysiologicalcharacteristicsofleafsenescenceinShibataea
chinensisafteranthesis
XIEYin-feng1 , LINHou2 , ZHANGQian-qian1 , ZHANGChun-xia1
(1.ColegeofForestResourcesandEnvironment, NanjingForestryUniversity, Nanjing210037, China;
2.DepartmentofManagementScience, XiamenUniversityofTechnology, Xiamen361024, China)
Abstract:Inordertoexplorethephysiologicalchangeofleafsenescenceofbamboosafteranthesis, Shibataeachinensis
wastakenasexperimentalmaterial.Theresultsshowedthatthecontentsofchlorophyll, solubleproteinandsolublesug-
arofbamboosafteranthesisdecreasedgradualy, whichwerealwayslowerthanthoseofthecontrolgroupduringtheex-
periment.Butthechangesinratioofsolublesugarcontenttosolubleprotein, andMDAcontentincreasedgradualy,
whichwerehigherthanthoseofcontrolgroupthroughouttheexperiment.Withtheprolongationoftestingtime, thevari-
ationrangeofindexesandthegapcomparedtothecontrolindicatedthatleafsenescenceofbamboosacceleratedgradual-
lyafteranthesis.Attheearlyfloweringstage, theSODactivityoffloweringbamboowassignificantlyhigherthanthosein
thecontrolgroup, butthePODandCATactivitiesweresignificantlylower.Atthelatestage, thechangedegreesofpro-
tectiveenzymeactivitiesweresignificantlyhigherthanthoseofcontrolgroup, whichshowedtheimbalanceofprotective
enzymesystem.Weguessthatproductionofagreatquantityofactiveoxygenandimbalanceofprotectiveenzymesystem
ledtothedestructionanddegradationofthestructuresandfunctionsofbiomembraneandbiomacromoleculeandtheag-
gravationofthelipidperoxidation, whichmaybeoneofthemaincausethatacceleratestheleafsenescenceofbamboos
afteranthesis.
Keywords:Shibataeachinensis;afteranthesis;physiologicalchanges;leafsenescence
竹类植物作为重要的禾本科经济植物 ,以其用途广 、繁殖快 、资源丰富 ,经济效益 、社会效益 、生态效益
显著而越来越受到世界各国的重视。我国具有丰富的竹类植物资源 ,约有 37个属 , 400多种 ,占世界竹类
植物资源的一半 [ 1-2] 。但竹类植物具有独特的开花衰老生物学特性 ,开花周期长 、难以预测 ,结实率低 ,大
多数竹种为一生一次性开花植物 ,并且随着开花结实 ,植株逐渐进入衰老死亡 [ 3] 。竹林的大面积开花衰
老会导致严重的经济损失和生态环境的破坏 [ 4] ,因此进行竹类植物花后衰老及其机制的研究具有重要的
南 京 林 业 大 学 学 报 (自 然 科 学 版 ) 第 33卷
理论和现实意义 。由于受竹子开花特性 、试材等因素的限制 ,有关花后衰老生理的研究尚少 ,尤其是开花
致衰的生理机制尚不清楚 。叶片是植物利用光能 、合成有机化合物的重要场所 ,也是植物衰老最敏感的器
官之一 。笔者以南京林业大学竹类植物园的开花鹅毛竹为材料 ,通过开花竹与未开花竹的比较 ,探讨竹子
花后叶片衰老生理特性 ,为竹类植物花后衰老生理机制的研究提供依据 。
1　材料与方法
1.1　试验地概况
试验地位于南京林业大学竹类植物园(118°20′E, 31°18′N),年均气温 15.4℃,极端高温 40.7℃,极端
低温 -14.0℃,年均降水 1 026.1 mm,无霜期 237 d,属北亚热带季风气候区 ,土壤为下蜀系黄棕壤 。
1.2　材料及试验方案
鹅毛竹(ShibataeachinensisNakai)为鹅毛竹属中分布最广的一种小型地被竹 ,地下茎复轴混生型 ,秆
高 0.3 ～ 1.0m,每节 3 ～ 6分枝 ,每分枝通常 2节 ,仅上部 1节生叶 ,一般每小枝生 3小叶 ,叶卵状披针形 ,
形似鹅毛。花序序次发生 ,假小穗 ,颖片 2 ～ 3枚;每小花具 2枚稃片;雄蕊 3枚 ,花药黄色;花柱 1,柱头 3,
可作地被观赏植物栽培 ,也可用于制作盆景[ 5] 。
试验材料包括开花竹与未开花竹两种不同生理状态的竹子 ,分别位于两块不同的试验样地 ,因引种来
源及生理年龄不同 ,一块未见开花 ,另一块成片开花 ,试验时间为 2006年 3月至 6月 。根据观察 ,初花期
为 3月中旬左右 , 3月下旬至 4月初为盛花期 , 4月初至 4月中旬为开花末期 ,花期 1个月左右 ,花后未见
结实 ,开花株枝叶衰老加快 ,逐渐枯萎死亡 ,但竹鞭可继续发笋。
在鹅毛竹两块样地上各设置 3个重复试验小区 ,分别选取年龄 、高度及生长状况基本一致的开花与未
开花竹株(每小区 10 ～ 15株)的 2年生中上部(第 3 ～ 5分枝)功能叶进行标记 ,用于各项指标的动态测
定 ,标记叶片经过便携式叶绿素计预测定选取 。于 3月 20日开始测定 ,以后每隔 1个月测定一次 ,后期因
部分叶片枯黄脱落 ,故最后一次测定提前至 6月 10日。
1.3　指标的测定及数据处理
叶绿素含量采用便携式叶绿素计 SPAD-502(Minolta, Japan)进行相对含量的测定 ,选取标记叶片随
机选取多个不同部位进行测定 ,取其平均值作为该叶片的相对叶绿素含量 ,每个处理重复 6次。可溶性蛋
白质及可溶性糖含量分别采用 G-250考马斯亮蓝染色法和蒽酮法 [ 6] ,每处理至少 3次重复。丙二醛
(MDA)含量采用硫代巴比妥酸法[ 7] ;细胞质膜透性参照谭常方法 ,用相对电导率表示 [ 8] ,每处理重复
6次 。超氧化物歧化酶(SOD)活性通过氮蓝四唑(NBT)法 [ 9]测定 ,以抑制 NBT光化还原的 50%为一个酶
活性单位表示;过氧化物酶(POD)活性采用愈创木酚法 [ 10] ,以每分钟每克鲜质量材料变化 1.0(OD值)表
示 1个酶活单位;过氧化氢酶(CAT)活性采用紫外分光光度法 [ 11] ,酶活性以 1分钟内 A240减少 0.1的酶量
为 1个酶活单位 ,每处理重复 3次。
利用 Excel2003及 SPSS11.5软件对数据进行图表处理和统计分析 。
2　结果与分析
2.1　叶绿素相对含量和可溶性蛋白质含量的变化
开花与未开花鹅毛竹在试验期间叶绿素相对含量(SPAD)均呈逐渐下降的趋势(图 1)。图 1a表明 ,与 3月
相比 , 4、5、6月 SPAD值未开花竹分别降为 3月的 86.3%、68.3%、62.7%,开花竹分别降为 3月的 86.1%、
63.9%、55.8%;从降幅看 ,开花竹要大于未开花竹 ,尤其 4月后降幅加大。整个测定期间 ,开花竹的 SPAD值始
终要小于未开花竹 ,且差异显著(p<0.05), 5、6月差距较大 ,分别为未开花竹的 85.2%和 81.0%。
图 1b表明 ,开花与未开花竹可溶性蛋白质含量也呈下降趋势 , 4、5、6月份未开花竹分别降为 3月的
96.0%、51.5%、27.9%,开花竹分别降为 3月的 87.5%、38.8%、15.1%, 4月后降幅加大 ,下降幅度明显
大于叶绿素含量 。方差分析表明 ,各月份开花竹的蛋白质含量均明显低于未开花竹(p<0.05),分别为未
开花竹的 85.6%、78.0%、64.6%、46.3%。开花竹与未开花竹之间蛋白质含量的差异明显高于叶绿素含
量的差异 ,说明花后叶片衰老过程中蛋白质的降解要快于叶绿素。
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　第 6期 谢寅峰 ,等:鹅毛竹花后叶片衰老生理特性
图 1　开花与未开花鹅毛竹叶片叶绿素相对含量(SPAD)和可溶性蛋白质含量的变化
Fig.1　Changesintherelativechlorophylcontent(SPAD)andsolubleproteincontentinleavesof
floweringandno-floweringS.chinensis
2.2　可溶性糖含量和可溶性糖与蛋白质含量比值的变化
可溶性糖含量的变化与叶绿素含量变化有所不同(图 2)。由图 2a可知 , 4月比 3月略有增加 ,但并不
显著(p>0.05), 4月后明显下降 ,至 6月 ,开花与未开花竹含量分别为 3月的 21.6%、36.5%,开花竹在各
时间点也均低于未开花竹 ,前期差距较小 ,后期增大 , 3— 6月分别为未开花竹的 91.3%、91.0%、74.6%、
54.0%,除了 3月外 ,其余各月两者间均差异显著(p<0.05)。
图 2　开花与未开花鹅毛竹叶片可溶性糖含量及可溶性糖与蛋白质含量比值的变化
Fig.2　Changesofsolublesugarcontentandratioofsolublesugarandproteincontentinleavesof
floweringandno-floweringS.chinensis
图 3　开花与未开花鹅毛竹叶片 MDA含量的变化
Fig.3　Changesofmalondialdehydecontent(MDA)in
leavesoffloweringandno-floweringS.chinensis
图 2b表明 ,开花与未开竹可溶性糖与蛋白质含量比值(SS/SP)均呈先升后降的趋势 , 5月达到高峰 ,
分别为 3月的 172.0%、186.5%,其后又出现下降。与未开花竹相比 ,开花竹的 SS/SP值在各月份均高于
未开花竹 ,分别比未开花竹提高 6.6%、19.0%、15.5%和 11.3%,方差分析表明 , 4、5月差异显著(p<
0.05),其余月份不显著 。
2.3　丙二醛含量的变化
开花与未开花竹丙二醛(MDA)含量随着时间的
延长均呈不断增加的趋势(图 3)。图 3表明 , 3— 4月
增幅较小 ,开花与未开花竹分别增加 20.8%、23.6%,
4— 5月增幅较大 ,分别增加 62.1%、52.9%,后期开花
竹上升加快。与未开花竹相比 ,开花竹的 MDA含量
始终高于未开花竹 ,其中 5月与未开花竹差异显著
(p<0.05)。
2.4　保护酶活性的变化
开花鹅毛竹 SOD活性呈先升后降的趋势(图 4)。
图 4a表明 , 4月 SOD活性为最大 ,然后逐渐下降 ,而未
开花竹虽然也呈先升后降的趋势 ,但其峰值在 5月 ,
6月比 5月略有下降。开花竹在试验前期活性明显高
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南 京 林 业 大 学 学 报 (自 然 科 学 版 ) 第 33卷
于未开花竹 , 3、4月分别比未开花竹高 63.1%、33.7%,与未开花竹差异均为显著(p<0.05),但后期开花竹下
降明显 , 5、6月分别为未开花竹的 90.7%和 79.3%,其中 6月与未开花竹差异显著。说明开花竹虽然前期
SOD活性较高 ,但后期下降较快。
图 4b表明 , POD活性的变化与 SOD有所不同 ,开花与未开花竹均呈不断上升的趋势 , 3— 4月增幅相
对较小 ,开花与未开花竹分别增加 25.3%和 17.0%, 4— 5月急剧上升 ,分别比 3月提高 224.7%和
229.6%,至 6月开花与未开花竹分别比 3月提高 244.5%、303.1%。与未开花竹相比 ,开花竹试验期间
POD活性始终低于未开花竹 ,各月均与未开花竹有显著差异(p<0.05)。
由图 4c可知 ,开花与未开花鹅毛竹 CAT活性均呈先升后降的趋势 ,开花竹的峰值在 4月 ,而未开花
竹的峰值出现在 5月 ,开花竹 3月活性较低 ,到 4月急剧上升 ,为 3月的 2.83倍 ,而未开花竹 3月活性较
大 ,为开花竹的 2.69倍 ,整个试验期间 ,未开花竹的 CAT活性始终高于开花竹 ,除 4月外 ,其余时间均显
著高于开花竹(p<0.05)。可见 ,开花竹 CAT活性在试验前期和后期均较低 ,而未开花竹能保持相对稳
定 ,后期能维持较高活性。
3　讨　论
叶片的衰老症状是叶片许多生理生化功能下降的综合表现。光合能力 、叶绿素 、可溶性蛋白含量和膜
脂过氧化程度等是常用于判断叶片衰老的生理生化指标 [ 12] 。该试验结果显示 ,鹅毛竹开花后随着时间的
延长 ,开花竹与未开花竹叶绿素相对含量 、可溶性蛋白和 MDA含量均呈不断下降趋势 ,表明叶片生理功
能逐渐衰退 ,处于衰老进程 。尽管试验期间开花竹叶绿素 、可溶性蛋白含量始终低于未开花竹 ,而 MDA
含量始终高于未开花竹 ,但在试验初期上述指标的变化相对较小 ,只是后期变幅明显增大 ,与未开花竹的
差距也不断增大 ,说明开花竹后期叶片衰老明显加快 。刘静研究发现 ,月月竹开花后叶绿素含量逐渐下
降 、MDA含量逐渐升高 ,但可溶性蛋白含量明显有一升高过程 ,与未开花竹逐渐接近 ,然后又急剧下降 ,该
研究并未测到类似结果 ,可能与取样间隔时间不同有关[ 13] 。谢海平研究表明 ,初次开花的福建茶秆竹叶
片叶绿素含量在刚开花时甚至高于未开花竹同龄叶 [ 14] 。这些结果均反映了竹子开花后为了满足生殖生
长的需要 ,叶片在一定时期内能维持较强的生理功能和代谢水平 ,是发育过程的自然适应 。
关于竹子花后衰老加快的原因 ,不同的研究者从不同角度进行研究得出的结论和提出的理论也有所不
同 ,如基因表达的改变 、营养亏缺 、激素平衡 、碳氮平衡等。丁兴萃进行早竹开花衰老的研究认为 ,内源激素
平衡的改变可能作为一种信号触发衰老的启动[ 15] ;王小红等研究认为 ,水竹开花期间碳氮代谢平衡失调 ,碳
代谢增强而氮代谢下降 ,是导致水竹花后衰老的原因 [ 16] 。从生理角度来看 ,鹅毛竹花后碳氮(可溶性糖与蛋
白质含量)比均比未开花竹增高 ,而可溶性蛋白质含量的下降比未开花竹明显要快 ,说明竹子花后叶片衰老
与碳氮比的升高和可溶性蛋白质含量的下降有关 ,与王小红等的结果类似 ,但碳氮比的升高和可溶性蛋白质
含量的下降并不能说明是竹子花后衰老加快的原因 ,也可能只是衰老过程中的生理反应或结果。
关于衰老的自由基理论认为 ,生物自由基(主要指活性氧)代谢平衡的失调所导致活性氧的累积是植
物衰老的重要原因之一。从该试验保护酶活性的变化来看 ,开花初期开花竹 SOD活性明显高于未开花
竹 ,随着发育进程 ,逐渐与未开花竹接近 ,最后低于未开花竹 ,与刘静在月月竹以及谢海平在茶秆竹和异叶
苦竹中研究结果类似 [ 13 -14] ,而开花期间开花竹 POD活性总体上要明显低于未开花竹 ,也与月月竹和异叶
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　第 6期 谢寅峰 ,等:鹅毛竹花后叶片衰老生理特性
苦竹中 POD的情况基本一致 。该研究对 CAT的变化进行了测定 ,其结果与 POD的情况类似。 SOD、POD
和 CAT作为植物清除活性氧的主要保护酶类 ,正常情况下 ,相互协调 ,从而维持活性氧产生和清除的平
衡 , SOD能催化超氧物阴离子自由基的歧化作用而生成分子氧和 H2O2 , H2O2又在 CAT和 POD的作用下
形成 H2O,减少活性氧对机体的毒害作用。这一研究结果反映了竹子开花后 SOD与 CAT、POD之间的平
衡失调 ,可能导致 H2O2的累积 ,致使 H2O和 O·-2之间相互作用产生·OH,而后者对组织的损伤力远远大于
前者 , ·OH和 O·-2可以使膜的不饱和脂质过氧化 ,过氧化产物 MDA能强烈地与细胞内各种成分发生反应 ,
因而引起膜的严重损伤 ,膜电阻及膜的流动性降低 ,最终导致了膜的结构及生理完整性的破坏 ,从而引起
叶片的衰老 。可见 ,鹅毛竹开花后 ,保护酶活性之间的不协调导致了活性氧代谢平衡的失调。
但活性氧的累积究竟是保护酶系统活性下降造成清除能力降低 ,还是活性氧增多然后导致酶的破坏
和失活 ,因果关系并不清楚 ,或者视不同情况而有所不同 。从该研究结果来看 , SOD作为一种诱导酶 ,花
后其活性的明显升高很可能受 O·-2的诱导 ,是对 O·-2产生过多的应急性反应 ,是受 O·-2胁迫的体现 。因此 ,竹
子开花后 SOD活性的升高并非是清除活性氧能力增强 、抗逆性提高的表现 ,很可能是 O·-2增多的体现 。植
物叶片产生 O·-2的主要部位包括叶绿体和线粒体 ,光合电子传递中的假环式电子传递(Mehler反应)以及
呼吸链的电子漏的增强是 O·-2产生的主要途径[ 17] 。与未开花竹相比 ,鹅毛竹开花后呼吸作用明显增强 ,
PSⅡ实际电子传递速率和羧化效率并未降低 ,而净光合速率明显下降 ,因此 , O·-2的大量产生可能与 Mehler
反应以及呼吸链的电子漏的增强有关 ,该研究仅从保护酶及 MDA含量变化来推测 ,直接证明还需通过 O·-2
的产生速率及其部位的测定来证明。
J.Gielis等通过开花逆转与环境及营养条件关系的研究 ,提出了竹子成花的自由基理论 ,认为活性氧
代谢平衡的失调 、自由基含量的上升导致竹子发育加快 ,出现开花 [ 18] 。该研究结果认为 ,活性氧的爆发及
其保护酶系统间平衡的失调可能也是导致竹子花后衰老加快的主要原因之一 ,但具体机制尚需进一步研
究和证实。
[ 　参　考　文　献　]
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(责任编辑　郑琰燚)
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