全 文 ：　
收稿日期:2000-12-06
作者简介:张长青 (1960-), 男 , 副教授 , 青海大学
农牧学院农学系副主任。
矮嵩草抗氧化物质含量
的季节变化及与太阳辐射的关系
张长青 , 易现峰
(青海大学农牧学院农学系 , 西宁 810016)
摘要:对移植西宁地区矮嵩草几种抗氧化物质含量的季节变化测定发现 , 矮嵩草叶片内紫外线吸收色
素 、 抗坏血酸含量以及超氧化物歧化酶的活性在 5 到 8月间呈 “拱型” 变化 , 6、 7月份最高。超氧阴
离子自由基的相对含量呈现略微下降趋势。抗氧化物质含量和活性的变化动态与太阳辐射强度呈现一
定的正相关关系。
关键词:矮嵩草;抗氧化物质;太阳辐射
中图分类号:Q945.11　文献标识码:A　文章编号:1006-1932 (2001)03-0032-05
Seasonal variation of antioxidants in Kobresia humilis and its relation to solar radiation in Xi ning
ZHANG Chang-qing , YI Xian-feng
(Department of Agronomy , Agricultural and Husbandry Institute of Qinghai University , Xi ning 810016 , China)
Abstract:The seasonal variation of the contents of antioxidants in Kobresia humilis and tis relation to solar radiation
were studied.The results showed that the contents of ultraviolet absorption compounds , ascorbic acid and the activity
of superoxidase(SOD) exhibited convex course from May to August.Superoxide radical (O2-) tended to decline
from May to August.Seasonal changes of antioxidants in Kobresia humilis were positively related to solar radiation.
Key words:alpine meadow;Kobresia humilis;antioxidants;solar radiation
　　青藏高原有 “世界第三极” 之称 ,
该地区由于海拔高 、 太阳辐射强以及低
温而著称。高海拔地区植物是如何适应
强太阳辐射而防止光氧化 、 维持自身的
光合作用的? 为此 , 我们以移植西宁地
区的矮嵩草 (Kobresia humilis)为材料 ,
研究其叶片内几种抗氧化物质含量的季
节动态变化 , 探寻矮嵩草适应强光辐射
和避免潜在光抑制的物质基础 。
1　材料和方法　　
1.1　实验样地　实验样地设在中国科学
院西北高原生物研究所实验地内 。矮嵩
草分别于 5 、 6 、 7 、 8月中下旬取样。每
次均注意叶片的均一性 , 移植西宁地区
的矮嵩草至实验采用时已达两年。
1.2　实验方法
1.2.1　抗坏血酸(AsA)含量的测定　称取
珠芽蓼新鲜叶片组织 0.2g ,置于研钵中加
入少量石英砂及适量的氯化钠和 2ml10%
的偏磷酸 , 充分研磨后于 400×g 下离心
3min ,取上清液定容至 25ml。然后取提取
物 500μl ,依次加入 1ml柠檬酸—磷酸缓冲
液(pH =2.3)和 1ml 2 , 6—二氯酚靛酚
30mg/L(IIughes.1956), 30s 后用日本 SII-
IMADZU公司产 UV —1601型紫外 —可见
光分光光度计在 524nm 处测定吸光度下
降的速度(Tonamura et al.1978)。以标准
品抗坏血酸作吸光度下降速度标准曲线
·32· 矮嵩草抗氧化物质含量的季节变化及与太阳辐射的关系
(Schoner and Krause.1990)。以回归方程 C
=0.0205×ABS+2.75×10-5 ,求得植物叶
片中抗坏血酸的含量 ,单位以 mmol/g FW
计。
1.2.2　紫外线吸收色素含量的测定　参
照Day(1993)方法 ,称取珠芽蓼新鲜叶片
组织 0.2g ,放入 15ml酸性甲醇(methanol∶
H2O∶HC1(36%～ 38%)=90∶1∶1)(V∶V∶
V)中热搅拌 10min ,室温下冷却 15min ,然
后定容至 25ml ,用日本 SHIMADZU公司产
UV —1601型紫外—可见光分光光度计分
别读取 300nm 处的吸光度值(ABS),以此
来相对定量植物叶片内紫外线吸收色素
的含量。
1.2.3　超氧化物歧化酶含量的测定　测
定方法参照刘祖祺 ,张石诚(1994)。准确
称取珠芽蓼新鲜叶片组织 0.2g ,置于研钵
中 ,再加入少量石英砂和 1ml62.5mmol/L ,
pH=7.8的磷酸缓冲液(PBS),充分研磨后
于400×g 离心 10min , 取上清液定容至
100ml。然后向试管中依次加入 2.4ml
62.5mmo1/L pH =7.8 的 PBS , 0.2ml 3.6
mmo1/L 的核黄素 , 0.2ml 30mmo1/L 的蛋
氨酸 ,0.1ml 0.003mo1/L的 EDTA ,500μ1酶
液和 0.2ml 0.125mmo1/L 的氮 蓝四唑
(NBT)。以不加酶液(用 PBS 代替)的试管
为最大光化还原管 ,用缓冲液作空白(用
PBS 代替NBT),然后将各管在 10μmols-1
m-2光强下反应 25min 进行光化还原 ,以
日本SHIMADZU公司产 UV—1601型紫外
—可见光分光光度计测定反应液在 560nm
处的吸光度(ABS)值 ,以抑制 NBT 光化还
原50%作为一个酶单位(n),n=(ODmax-
OD560)/(ODmax ÷ 2),酶活性以 n/mg FW
叶片表示 。
1.2.4　超氧阴离子自由基(O-2 )含量的测
定　参照王爱国等(1990)方法 ,以 SOD提
取法提取。取以上提取酶液 0.9ml ,加入
50μl 0.01mmo1/L的盐酸羟胺 ,置室温下反
应 20min 后 ,加入 1ml 1%的α—萘胺和 1
ml0.33%的对氨基苯黄酸 ,显色 15min ,用
日本SHIMADZU公司产 UV —1601型紫外
—可见光分光光度计在 530nm 测定 ABS
值 ,以此相对定量超氧自由基的含量 。
1.2.5　太阳光合有效辐射(PAR)、总辐射
(Q)和紫外辐射(UV —B)强度的测定　太
阳光合有效辐射和总辐射强度用美国产
LI—188B辐射仪 190SB量子传感器测定 ,
分别读取水平方向上的PAR和Q的值;紫
外辐射强度用北京师范大学光电仪器厂
产紫外辐射仪测定 ,光谱响应峰为 297nm ,
读取水平方向上的UV-B的值。
2　结果与分析
2.1　西宁地区太阳光合有效辐射 、 总辐
射以及紫外辐射强度的季节变化　由图 1
可知 , 西宁地区太阳光合有效辐射 、 总
辐射以及紫外辐射强度的季节变化也呈
现拱型变化。辐射强度分别在 6月份最
高 , 7月份次之 , 5月和 8月份较低 。
2.2　抗坏血酸含量的季节变化　抗坏血
酸 (Vc)是植物体内重要的活性氧清除
剂和抗氧化物质 , 对光合作用的顺利进
行有重要作用。Vc可以还原超氧阴离子
自由基 (Nishikimi , et al., 1975), 与氢
氧自由 基 (OH)反应 (Law , et al.,
·33·四川草原　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　2001年第 3期　　　　
1983), 清除过氧化氢并形成水 (Anbar ,
et al., 1967), 而且还能淬灭单线态氧
(Bodannet , et al., 1979), 在叶黄素循环
中还原紫堇质形成环氧玉米黄质和玉米
黄质 (Yamamoto , 1979), 在强光下使叶
黄素快速启动并运转 , 籍此清除光合作
用过程中产生的各种活性氧。实验结果
显示 , 移植西宁地区矮嵩草体内抗坏血
酸含量在 5到 8 月间也呈现单峰趋势变
化 , 其 含 量 于 7 月 份 达 到 最 大 值
0.41mmol/g FW (见图 2), 与太阳辐射变
化呈现相关关系。6 、 7月份是西宁地区
太阳辐射的高峰期 , 紫外辐射和光合有
效辐射最强 。在上午 11:00 左右 , 光合
有效辐射强度往往超出植物的光饱和点。
实验测得移植西宁地区矮嵩草体内抗坏
血酸含量在 6 、 7月份最高 , 表明其变化
趋势太阳辐射以及植物的抗氧化作用相
一致 。
2.3　超氧化物歧化酶活性的季节变化　
图3显示的是移植西宁地区矮嵩草体内超
氧化物歧化酶活性的季节变化动态 。矮
嵩草超氧化物歧化酶活性于7月份达到最
大值 。5月海北站植物尚处于返青和初期
生长阶段 , 体内超氧化物歧化酶活性明
显较 6月份低。6月份西宁地区植物进入
生长旺期 , 体内各种代谢旺盛 , 此时SOD
的活性维持最高水平。7 月到 8月间超氧
化物歧化酶活性依次降低 。矮嵩草超氧
化物歧化酶活性的季节内变化与太阳辐
射呈相关关系。这种变化动态是适应太
阳辐射和清除超氧阴离子自由基的需要。
超氧化物歧化酶作为一种重要的抗氧化
剂 , 其含量和活性都随着环境的变化而
变化 , 特别是在逆境环境下 , 清除活性
氧的能力更为明显 。正是由于高活性的
SOD存在 , 使得移植西宁地区矮嵩草体
内产生的超氧阴离子自由基在生长季内
呈现逐渐下降趋势。
2.4　超氧阴离子自由基相对含量的季节
变化　超氧阴离子自由基 (O2-)是植物
光合作用过程中产生的一种具有很大毒
性的活性氧 , 它能对光合色素和光合膜
造成巨大损伤 , 因而对光合系统造成巨
大破坏 。更为严重的是 , 超氧阴离子自
由基 (O2-)又可以通过其它途径转化为
毒性更大的过氧化氢 (H2O2)、 单线态氧
(1O2)和 OH , 它们对光合膜以及许多生
物大分子有一定的破坏作用 。实验结果
表明 , 移植西宁地区矮嵩草体内O2-的相
对含量在所测定的 5到 8月份呈现拱型变
化 (见图4)。当植物光合作用不能完全
利用叶绿素吸收的光能时 , 强光便会造
成光抑制及光氧化破坏 , 产生一系列的
活性氧 。西宁矮嵩草叶片内超氧阴离子
自由基相对含量在生长季内的变化 , 说
明太阳辐射直接影响植物体内超氧阴离
子自由基的含量 。5月份植物开始返青 ,
·34· 矮嵩草抗氧化物质含量的季节变化及与太阳辐射的关系
此时太阳辐射较弱 , 超氧阴离子自由基
的相对含量较低。随着辐射强度在 6 、 7
月份的上升 , O2-的含量有所上升。实验
结果表明 , 西宁地区矮嵩草体内各种抗
氧化剂 (包括抗坏血酸 、 SOD 、 紫外线吸
收色素等)在光合作用过程中积极地参
与清除活性氧 (active oxygen), 使其维持
在尽可能低的水平 , 以保证光合过程顺
利地进行 。
2.5　西宁地区太阳光合有效辐射 、 总辐
射以及紫外辐射强度的季节变化　由图 5
可知 , 西宁地区太阳光合有效辐射 、 总
辐射以及紫外辐射强度的季节变化也呈
现拱型变化。辐射强度分别在 6月份最
高 , 7月份次之 , 5月和 8月份较低 。
3　讨论　
高山地区空气稀薄 , 二氧化碳和氧
浓度低 , 日辐射强 , 温度偏低 , 昼夜温
差大。植物需动员整个防御系统以抵抗
光氧化伤害 , 单一的抗氧化酶或抗氧化
物质均不足以防御氧化胁迫。在海拔
2300m 的西宁地区 , 太阳直接辐射特别
强 。6月和 7月 10:00到 16:00 之间的
太阳总辐射的强度多在 700 ～ 800Wm-2左
右 , PAR 可达 1600 ～ 1700μEm-2 s-1 , 远
远超出了植物的光饱和点;UV-B 辐射
强度约为南京 (海拔为 4m)的 1.2 倍。
在如此高的光强和特殊的光质条件下 ,
植物如何适应和保护自身的光合作用和
各种生理代谢的正常进行 , 它存在哪些
光保护机制;研究发现这与高光强下植
物体内的抗氧化物质的含量 、 抗氧化过
程以及可见光的修复密切相关。植物体
内存在着酶促和非酶促两类防御活性氧
的保护系统 , 非酶促保护系统主要包括
维生素 E (VE)、 维生素 C (Vc)、谷胱苷
肽 (GSH)、 类黄酮 (FLA)、 类胡萝卜素
(CAR)、 生 物 碱 (ALK)、 半 胱 氨 酸
(Cys)、氢醌 (HQ)以及甘露醇等;而酶
促保护系统主要包括超氧化物歧化酶
(SOD)、 过氧化物酶 (POD)、 过氧化氢
酶 (CAT)、 脱 氢 抗 坏 血 酸 还 原 酶
(DHAR)、 单 脱 氢 抗 坏 血 酸 还 原 酶
(MDAR)、谷胱苷肽还原酶 (GR)、 谷胱
苷肽过氧化物酶 (GSH -POD)、 抗坏血
酸过氧化物酶 (ASA-POD)以及谷胱苷
肽-S -转移酶 (GST)等 (曾韶西等 ,
1990)。实验表明 , 西宁地区矮嵩草抗氧
化酶活性提高和抗氧化物质含量随环境
和太阳辐射的变化而变化 , 在很大程度
上降低了细胞活性氧的水平 , 并积极参
与活性氧的清除过程。这样才使得高海
·35·四川草原　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　2001年第 3期　　　　
拔植物在高光强的逆境环境下避免光氧
化伤害以及光抑制发生 。植物体内还有
大量其它的抗氧化物质也起着清除自由
基的作用。高山地区这种特殊的环境使
生长在该地区的植物经过长期的自然选
择和适应在生化方面具有明显的适应特
征并建立了一套适应机制 。
参考文献
[ 1] 　郭连旺 , 沈允钢.高等植物光合机构避免
强光破坏的保护机制 [ J] .植物生理学通
讯 , 1996 , 32 (1):1-8.
[ 2] 　王爱国 , 罗光华.植物的超氧物自由基与
羟胺反应的定量关系 [ J] .植物生理学通
讯 , 1990 , (6):55.
[ 3] 　王小菁 , 潘瑞炽.UV-B 对高等植物生长
和产量及某些生理代谢过程的影响 [ J] .
植物生理学通讯 , 1995 , 31 (5):385-389.
[ 4] 　Anbar M , et al..Compilation of specific bi-
molecular rate constants for the reaction of hydrat-
ed electrons in aqueous solution [ J] .Int.J.
Appl.Radiat.Isot., 1967 , 18:493-523.
[ 5] 　Bodannet RS , et al , .Ascorbic acid as a
scavenger of singlet oxygen [ J] .FEBS Lett.,
1979 , 105:195-196.
[ 6] 　Day TA.Relating UV-B radiation screeing
effectiveness of foliage to absorbing compound
concentration and anatomical characteristics in a
diverse group of plante [ J] .Oecologia , 1993 ,
95:542-550.
[ 7] 　Hughes RE.The use of homocysteine in the
estimation of dehydroascorbic acid [ J ]
.Biochem.J.1956 , 64:203-208.
[ 8] 　Law MY., et al..Glutathione and ascorbic
acid in spinach(Spinacia oleracea)Chloroplasts.
The effects of hydrogen peroxide and of paraqual
[ J] .Biochem J., 1983 , 210:889-913.
[ 9] 　Nishikimi M.Oxidation of ascorbic acid with
superoxide anion generated by the xanthine-xan-
thine oxidase system [ J] .Biochem Biophys Res
Commun., 1975 , 63:463-468.
[ 10] 　Schoner S., and Krause GH.Protective sys-
tems against active oxygen species in spinach:re-
sponse to cold acclimation in excess light [ J]
.Planta., 1990 , 180:383-389.
[ 11] 　Staplet AE., Ultraviolet radiation and plants:
Burning questions [ J] .Plant Cell., 1992 , 4:
1353.
[ 12] 　Teramura AH , Effects of UV-B radiation on
the growth and yield of crop plants [ J] .Pyhsiol
Plant., 1983 , 58:415.
[ 13] 　Teramura AH , Murali WS., Intraspecific
diferences in growth and yield of soybean exposed
to UV -B radiation under greenhouse and field
conditions [ J] .Environ and Experi Bot.,
1986 , 26:89.
[ 14] 　Tevini M., et al., Some effects of enhanced
UV-B irradiation on the growth and composition
of plants [ J] .Planta., 1981 , 153:388.
[ 15] 　Tonamura B., Nakatani H., Ohnishi M.,
Yamaguchi-Ito J., Hiromi K.Test reactions
for a stopped-flow apparatus.Regulation of 2 ,
6-dichlorophenolindophenol and potassium ferri-
cynide by L - ascorbic acid [ J ] .Anal.
Biochem., 1978 , 84;370-383.
[ 16] 　Yamamoto HY.Biochemistry of the violaxan-
thin cycle in higher plants [ J] .Pure Appl
Chem., 1979 , 51:639-648.
·36· 矮嵩草抗氧化物质含量的季节变化及与太阳辐射的关系