全 文 ：⒇水分胁迫对元宝枫膜脂过氧化作用的影响*
胡景江　　顾振瑜　　文建雷　　王姝清
(西北林学院基础课部 ,陕西杨陵 712100)
摘　要　采用盆栽控水法和 PEG6000处理法研究了在水分胁迫条件下元宝枫膜脂过氧
化作用的变化与抗旱性的关系 ,结果发现 ,随胁迫时间的延长和胁迫程度的加深 , M DA
含量和质膜相对透性逐渐增大 ,但在轻度和中度水分胁迫条件下增幅不显著。 SO D和
CAT活性随胁迫程度加深缓慢降低 ,但在同一胁迫程度下随时间延长 ,两种酶活性呈增
高趋势 ,并逐渐接近正常水平。这表明元宝枫对干旱有较强的适应能力 ,在缺水条件下体
内的保护酶仍能维持较高的活性水平 ,减轻了由膜脂过氧化引起的膜伤害。
关键词:水分胁迫 ;元宝枫 ;膜脂过氧化
中图分类号: TQ351. 01　 文献标识码: A　 文章编号: 1001-7461( 1999) 02-007-05
好氧生物在其代谢中不可避免地要产生含氧自由基 ( O H、 HO 2或 O -2 )、单线态氧 ( 1O2 )以
及 H2O2等性质活泼、氧化能力极强的活性氧物质。这些强氧化剂的产生和积累是引起组织伤
害和衰老的重要诱因 [1, 2 ]。正常情况下 ,植物体内存在着有效的保护系统以清除这些潜在的有
毒物质。遇到逆境 (如低温、干旱、盐渍、病害等 )时这种清除机制就会受阻 ,导致体内活性氧积
累 ,引起伤害。研究证明 ,在逆境下膜的伤害显然与活性氧诱发的膜脂过氧化有关 [3, 4 ]。抗逆性
强的植物在逆境下 ,超氧物歧化酶 ( SOD)、过氧化氢酶 ( CAT)和过氧化物酶 ( POD)等保护酶
仍能维持较高的活性水平 ,因而防止了活性氧的积累 ,减轻了由膜脂过氧化所引起的膜伤害。
元宝枫 ( Acer truncatum Bunge)是槭树科槭树属落叶乔木 ,它不仅是绿化和营造风景林的
重要树种 ,而且还具有很高的经济价值 [5 ]。近年来大面积栽植实践表明元宝枫具有很强的抗旱
性 ,但有关元宝枫的抗旱机理研究还未见系统报道。本文研究了水分胁迫对元宝枫膜脂过氧化
及保护酶的影响 ,以探讨其抗旱机理。
1　材料与方法
1. 1　实验材料
同笔者《元宝枫对干旱适应性的研究》一文中试验方法 [6 ]。
1. 2　测定方法
土壤含水量 ( SWC)的测定:用烘干法 ,以含水量占土壤干重的百分数表示。
叶水势的测定:采用压力室法 ,上午 8∶ 00选取枝条中部成熟叶片用压力室 (兰州大学产
ZLZ- 4型植物水分状况测定仪 )进行测定。
西北林学院学报　 1999, 14( 2): 7～ 11
Journal of No rthw est Fo r est ry Univ er sity
　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　 　　　　　　　　
⒇ 　收稿日期: 1998-11-06
* 基金项目: 国家“九五”科技攻关项目“干旱区元宝枫丰产栽培及产业化技术研究”内容之一
　作者简介: 胡景江 ,男 , 41岁 ,副教授
叶细胞膜透性的测定: 用电导法 [7 ] ,以叶片杀死前的电导率占杀死后 (全透性 )电导率的百
分数表示膜的相对透性。
粗酶液的制备: 参照林芳植等 [8 ]的方法 , 2 g鲜叶加 10 m l预冷的 0. 05 mol磷酸缓冲液
( pH7. 8) ,冰浴研磨匀浆 , 4层沙布过滤后 , 4℃下 4 000 r /min离心 30 min,上清液即为粗酶液。
SOD活性的检测:粗酶液经 8 000 r /min离心 20 min( 4℃ ) ,取上清液按王爱国等 [10 ]的氯
化硝基四氮唑蓝 ( NBT)光化还原法检测 SOD活性 ,以每克鲜叶抑制 N BT光化还原 50%为一
个酶活性单位 ( U /g )。
CAT活性的测定:用 KMnO4滴定法 [ 7] ,粗酶液稀释 25倍 ,取稀释后的酶液 2. 5 mL,加
0. 1mol H2O2 2. 5 m L, 30℃恒温水浴中反应 10 min, 10% H2 SO4 2. 5 mL终止反应。 以先加
10% H2 SO4后加酶液为对照实验 ,用 0. 1 mol KM nO4标准液滴定剩余的 H2O2 ,根据 H2O2的
消失量计算 CAT活性 ( H2O2 ) mg /g· min)。
丙二醛 ( MDA)含量测定:取粗酶液按王爱国等 [ 10]的方法进行 ,以每克鲜叶的 MDA微摩
尔数 (μmol /g )来表示膜脂过氧化程度。
2　结果与分析
2. 1　水分胁迫对元宝枫细胞质膜透性的影响
元宝枫幼苗受干旱胁迫后 ,无论是随胁迫程度的加深还是随胁迫时间的延长 ,叶细胞质膜的相
对透性均表现出递增的趋势 (表 1) ,但与叶水势的变化相比 ,其增幅不显著。与 SWC为 20%相比 ,
SWC为 5% 、胁迫 60 d时 ,叶水势由- 0. 40 M Pa降至- 4. 1 M Pa,而质膜相对透性则由 16. 95%
增至 51. 15% ,仅增加了 2倍 ,特别是在 SWC为 10%以上的各处理间增幅更小。这表明元宝枫在
中度水分胁迫下体内的保护系统乃能有效运行 ,从而避免了细胞质膜受到明显的伤害。
表 1　干旱胁迫对元宝枫幼苗叶水势 (jW )和质膜相对透性 (RP )的影响
Table 1　 Ef fect of drough t s tress on leaf w ater potintial and relative permeabili t y of plasma membrane of maple seedling
SWC
/%
10
jW
/- M Pa
RP
/%
20
jW
/- M Pa
RP
/%
30
jW
/- M Pa
RP
/%
40
jW
/- M Pa
RP
/%
50
jW
/- M Pa
RP
/%
60
jW
/- M Pa
RP
/%
20
15
10
5
0. 25
0. 40
1. 00
1. 80
15. 33
18. 37
21. 73
32. 64
0. 27
0. 52
1. 60
2. 18
15. 58
21. 37
26. 00
37. 85
0. 32
0. 63
1. 72
2. 92
15. 83
25. 80
31. 12
42. 24
0. 33
0. 78
1. 88
3. 11
16. 13
26. 72
33. 39
46. 30
0. 36
0. 92
2. 22
3. 90
16. 59
28. 63
37. 39
50. 23
0. 40
1. 14
2. 41
4. 10
16. 59
28. 72
38. 93
51. 15
表 2　干旱胁迫对元宝枫离体枝条叶水势 (ψW )和质膜相对透性 ( RP)的影响
Table 2　 Ef fect of d rought s t res s on leaf w ater potin tial and relativ e permeabili ty
of plasma membrane of maple seedling
胁迫
程度
/- M Pa
6 h
jW
/- M Pa
RP
/%
12 h
jW
/- M Pa
RP
/%
18 h
jW
/- MPa
RP
/%
24 h
jW
/- M Pa
RP
/%
0
0. 5
1. 0
1. 5
0. 33
0. 69
1. 12
2. 07
20. 90
27. 37
32. 56
40. 34
0. 34
0. 96
1. 52
2. 81
22. 52
30. 91
40. 25
46. 53
0. 37
1. 34
2. 38
3. 71
22. 88
34. 67
45. 05
51. 39
0. 36
1. 52
2. 70
4. 40
23. 56
38. 65
48. 12
53. 26
8　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　西北林学院学报　　　　　　　　　　　　　　　　　 14卷
　　 7年生幼树枝条经不同程度的水分胁迫后 ,质膜透性的变化 (表 2)与幼苗的相似 ,与 0
MPa相比 ,在 - 1. 5 M Pa、胁迫 24 h,叶水势降低到 - 4. 40 M Pa倍 ,而质膜相对透性仅增加了
1. 3倍。
2. 2　水分胁迫对元宝枫 SOD活性的影响
元宝枫幼苗受旱时叶片 SOD活性随干旱程度的加深 (即 SWC降低 )而缓慢降低 ,但在同
等胁迫程度下 ,随时间的延长而增高 ,并逐渐接近正常水平 (表 3)。 水分胁迫对 7年生幼树叶
片 SO D活性的影响与对幼苗的影响相似 (表 4) ,随胁迫加重 SOD活性缓慢下降。
表 3　干旱胁迫对元宝枫幼苗 SOD活性的影响
Table 3　 Ef fect of drough t s tress on SOD act ivi ty in the leav es of maple seedling U /g
SWC /% 10 d 20 d 30 d 40 d 50 d 60 d
20
15
10
5
6 46 0
5 30 4
4 83 6
3 92 5
6 562
5 425
5 233
4 126
6 310
5 467
5 350
4 206
6 474
5 608
5 588
4 732
6 373
5 791
5 662
4 675
6 572
5 873
5 694
4 837
　　元宝枫幼苗和幼树在水分胁迫下 , SOD
活性能够维持在一个较高的水平 ,因而防止
了活性氧的大量积累 ,降低膜脂过氧化程度 ,
减轻了膜的伤害。 这与膜透性的变化 (表 1,
2)表现出较好的一致性。特别是随胁迫时间
的延长 , SO D活性呈上升趋势 ,这表明无宝
枫对干旱有较好的适应能力。
2. 3水分胁迫对元宝枫 CAT活性的影响
在水分胁迫条件下 ,元宝枫幼苗 CAT
活性随胁迫时间延长缓慢升高 (表 5) ,随
表 4　水分胁迫对元宝枫幼树叶片 SOD活性的影响
Tab le 4　 Ef fect of w ater st res s on SOD activi ty in
th e leaves of maple sapling U /g
胁迫程度
/- M Pa
6 d 12 d 18 d 24 d
0
0. 5
1. 0
1. 5
5 930
5 544
5 340
4 806
6 104
5 613
5 440
5 032
6 119
5 661
5 491
5 115
6 161
5 762
5 623
5 215
表 5　干旱胁迫对元宝枫幼苗 C AT活性的影响
Table 5　 Ef fect of d rough t s t res s on activity of CAT in leaves of the maple s eedling　 mg / ( g· min)
SWC /% 10 h 20 h 30 h 40 h 50 h 60 h
20
15
10
5
18. 36
16. 32
14. 26
6. 12
17. 71
16. 38
15. 18
6. 99
18. 40
18. 10
17. 28
7. 28
18. 90
18. 36
17. 59
9. 36
17. 96
20. 18
18. 42
10. 67
18. 81
22. 15
20. 17
13. 59
SWC的降低而减小。但在 SWC为
10%以上各处理间降低不明显 ,且
在胁迫 50 d后表现出升高的趋势。
7年生幼树枝条受水分胁迫时 ,随
时间延长和程度加深 ,叶片 CAT
活性均表现出降低的趋势 (表 6)。
这可能与胁迫时间较短 ,树体没有
完成适应有关。
表 6　水分胁迫对元宝枫幼树叶片 C AT活性的影响
Tab le 6　 Ef fect of w ater st res s on activity of in th e
leav es of maple sapling mg / (g· min)
胁迫程度
/- M Pa
6 d 12 d 18 d 24 d
0
0. 5
1. 0
1. 5
7. 16
11. 25
10. 95
6. 83
7. 09
7. 23
6. 70
5. 40
7. 12
6. 45
5. 85
4. 35
7. 15
5. 99
5. 46
3. 57
9第 2期　　　　　　　　　　胡景江等　水分胁迫对元宝枫膜脂过氧化作用的影响
2. 4　水分胁迫对元宝枫叶片 MDA含量的影响
元宝枫幼苗受干旱胁迫后 , M DA含量表现出和质膜透性相同的变化趋势 (表 7) ,即随胁
迫时间延长和程度加重 MDA含量递增 ,但在 SWC为 10%以上各处理间变化幅度很小。这进
一步表明质膜透性的增大与膜脂过氧化引起的膜伤害直接相关 ,因而二者均可作为植物抗逆
性的鉴定指标。
表 7　干旱胁迫对元宝枫幼苗叶片 MDA含量的影响
Table 7　 Effect of d rought st res s on conten t of M DA in the leaves of maple seedling μmol /g
SWC /% 10 d 20 d 30 d 40 d 50 d 60 d
20
15
10
5
1. 183
1. 256
1. 518
2. 136
1. 192
1. 412
1. 707
2. 245
1. 235
1. 643
1. 872
2. 565
1. 224
1. 712
2. 018
3. 474
1. 212
2. 032
2. 283
4. 151
1. 223
2. 093
2. 331
4. 257
　　水分胁迫对 7年生幼树 MDA含量的影响见表 8,从整体变化水平来看与幼苗的变化相
似 ,但其 MDA的含量却明显低于幼苗中的含量 ,这可能与幼树叶片中谷光甘肽 ( GSH)、 Vc、
Ve以及胡萝卜素等抗氧化剂的含量有关。
3　讨论
　　植物体内活性氧的清除剂包括保护
酶系统 (如 SOD、 CA T、 POD)和抗氧化
剂 (如 GSH、 Vc、 V e、 Car等 )两类物质 ,
其中 SO D是存在于植物细胞内最重要
的清除自由基的酶类。 逆境对植物的影
响境下活性氧产生加快、清除系统活性
降低或破坏直接有关 ,导致活性氧积累 ,
诱发膜脂过氧化所引起的膜伤害。与逆
表 8　水分胁迫对元宝枫幼树叶片 M DA含量的影响
Table 8　 Ef fect of w ater st ress on conten t of M DA in
leaves of th e maple mapling μmol /g　　
胁迫程度
/- M Pa
6 h 12 h 18 h 24 h
0
0. 5
1. 0
1. 5
0. 576
0. 598
0. 634
0. 755
0. 574
0. 654
0. 746
0. 826
0. 592
0. 698
0. 756
0. 896
0. 585
0. 747
0. 864
0. 964
在水分胁迫条件下保护酶活性的变化已有较多的报道 [1, 4, 11, 1 2] ,一般认为抗旱品种在水分胁迫
时 ,保护酶活性的变化有些表现为先升后降 ,有些则表现为维持恒定或略有增高的趋势。而不
耐旱品种其保护酶活性表现为一直降低的趋势。
元宝枫在干旱胁迫后 , SOD和 CA T活性表现出了随胁迫程度的加深而降低 ,但在同一胁
迫程度下随时间的延长表现出逐渐增高的趋势 ,特别是在轻度和中度水分胁迫 (叶水势由
- 0. 4 M Pa降至 - 2. 4 M Pa )条件下 ,经一段时间的适应后 ,两种酶活性逐渐接近或超过正常
水平。 MDA含量和质膜相对透性均表现出了随胁迫时间延长和程度加深逐渐增高的趋势 ,但
在轻度和中度水分胁迫条件下二者的增幅很小 ,表明元宝枫受旱时 ,体内的保护酶仍能维持较
高的水平 ,因而避免了活性氧的大量积累 ,减轻了由活性氧激发的膜脂过氧化所引起的膜伤
害。因此可以认为元宝枫对干旱具有较强的适应能力。
1年生幼苗的盆栽控水试验和 7年生幼树枝条的 PEG6000处理试验 ,在上述几种测定指
标中均得出了极为相似的结果 ,因此这两种方法均可作为检验植物抗旱性强弱的方法。
10　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　西北林学院学报　　　　　　　　　　　　　　　　　 14卷
参 考 文 献
1　蒋明义 ,荆家海 .水分胁迫与膜脂过氧化 [ J] .西北农业大学学报 , 1991, 19( 2): 88～ 93
2　王根轩 ,杨成德 ,梁厚果 .蚕豆叶片发育与衰老过程中超氧物歧化酶活性与丙二醛含量变化 [ J ].植物生理学报 , 1989, 15
( 1): 13～ 17
3　王宝山 .生物自由基与植物膜脂伤害 [ J] .植物生理学通讯 , 1988, ( 12): 12～ 16
4　孙昌祖 .渗透胁迫对青杨叶片氧自由基伤害及膜脂过氧化影响 [ J ].林业科学 , 1993, 29( 2): 104～ 108
5　王性炎 ,盛平想 ,王姝清等 .元宝枫开发利用研究 [ J] .西安:陕西科学技术出版社 , 1996. 77～ 97
6　顾振瑜 ,胡景江 ,文建雷等 .元宝枫对干旱适应性的研究 [ J] .西北林学院学报 , 1999, 14( 2): 1～ 6
7　西北农业大学植物生理生化教研组 .植物生理实验指导 [M ] .西安:陕西科学技术出版社 , 1987. 36～ 38
8　林植芳 ,李双顺 ,孙谷畴等 .水稻叶片的衰老与超氧物歧化酶活性及膜脂过氧化作用的关系 [ J ].植物学报 , 1984, 26( 6):
605～ 615
9　王爱国 ,罗广华 ,邵从本等 .大豆种子超氧化物歧化酶的研究 [ J].植物生理学报 , 1983, ( 9): 77～ 83
10　王爱国 ,邵从本 ,罗广华等 .丙二醛作为植物膜脂过氧化指标的探讨 [ J ].植物生理学通讯 , 1986, ( 2): 56～ 58
11　姚允聪 .不同浇水处理过程中柿树 SOD、 CAT和膜脂过氧化作用的变化 [ J] .北京农学院学报 , 1996, 22( 5): 451～ 455
12　王茅雁 .水分胁迫对玉米保护酶活力及膜系统结构的影响 [ J].华北农学报 , 1995, 10( 2): 43～ 49
Effect of Water Stress on Menbrane Lipid Peroxidation in Maple
Hu Jingjiang　　 Gu Zhenyu　　 Wen Jianlei　　 Wang Shuqing
( Dept . Of Basic Cou rces ,N WFU ,Yangling Shaansi 712100　Ch ina )
Abstract 　 Relationship betw een membrane lipid peroxidation and drought resistance of
maple( Acer truncatum ) w as studied th rough one-year-old po t-cul tured seedlings g rowing un-
der dif ferent soil w ater contents and seven-year-old t rees t reated wi th di fferent w ater po ten-
tial so lution of PEG6000. The resul ts show ed that the leng thening and deepening of w ater
st ress, permeabili ty o f plasma membrane and content of MDA increased g radually , but the in-
crease w as no t rema rkable under ligh t and moderate w ater stress. The activi ty of SO D and
CAT decreased slow ly wi th the deepening of w ater st ress, while under the same g rade of w a-
ter st ress, SOD and CAT activ ity increased wi th leng thening of w ater st ress and near norma l
level finally. This indicated tha t the maple has a pow erful adaptabili ty to drough t. Under w a-
ter st ress the protectiv e enzymes could maintain a rela tiv ely high activi ty and eased the dam-
age of membrane caused by lipid peroxidation.
Key words　 water st ress; Acer truncatum ; membrane lipid pero xida tion
11第 2期　　　　　　　　　　胡景江等　水分胁迫对元宝枫膜脂过氧化作用的影响