全 文 ：·园林花卉·植物 北方园艺 2010(11):116～ 118
第一作者简介:周源(1970-),男,湖南新化人 ,博士,主要研究方向
为植物水分生理。
通讯作者:董玉芝(1955-),女 ,博士 ,教授 ,现主要从事林木遗传育
种方面研究工作。 E-mail:dy z830052@126.com。
基金项目:乌鲁木齐市园林局资助项目。
收稿日期:2010-01-26
五种不同基因型新疆鸢尾的叶片膜保护
系统对土壤水分胁迫的响应
周 　源1 , 董 玉芝1 , 朱 　颖2 , 吴 　伟2 , 覃 　燕2
(1.新疆农业大学 林学院,新疆 乌鲁木齐 830052;2.乌鲁木齐市植物园,新疆乌鲁木齐 830011)
　　摘　要:研究了中亚鸢尾 、膜苞鸢尾、喜盐鸢尾 、蓝花喜盐鸢尾和马蔺在土壤水分胁迫条件
下 ,膜保护酶超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)活性的影响。结果表明:在整个干旱处理
过程中 SOD 、POD先上升而后下降 ,5种鸢尾 SOD 、POD活性达最高的处理时间种间存在差异。
膜脂过氧化产物丙二醛(MDA)含量和膜透性在干旱处理中持续增加。
关键词:鸢尾;膜保护酶;丙二醛;膜透性
中图分类号:S 682.1+9(245)　文献标识码:A　文章编号:1001-0009(2010)11-0116-03
　　在水分胁迫下 ,植物细胞内活性氧产生和清除的平
衡受到破坏 ,加速了膜脂过氧化链式反应 ,增加了丙二
醛(MDA)等有害产物的积累 ,并进一步导致细胞膜结构
和功能的损伤 ,严重时导致细胞死亡[ 1] 。在长期进化过
程中 ,植物为保护自身免受伤害形成了一整套相应的抗
氧化保护系统 ,使植物体内产生和清除活性氧维持一个
动态平衡。其中超氧化物歧化酶(SOD)是抗氧化酶系
统中一种极为重要的且在生物体内普遍存在的金属酶 ,
在保护酶系中处于核心地位 ,其主要功能是清除氧自由
基 ,使其发生歧化反应产生无毒分子氧和 H2O2 、过氧化
氢酶(CAT)和过氧化物酶(POD),可除去生理系统中的
H2O2 ,在抵抗干旱胁迫诱导的氧化伤害中 ,抗氧化酶系
统协同起作用 ,从而避免植物遭受伤害。研究模拟在相
同灌溉量下 ,5种不同基因型鸢尾叶片膜保护系统对土
壤逐渐干旱胁迫的响应规律 ,研究在水分胁迫时 SOD 、
POD 、MDA和膜透性的变化特征 ,并分析其抗旱节水的
能力 ,为新疆鸢尾植物抗旱机制的研究做些基础性工
作 ,为基于抗旱节水考虑的新疆鸢尾属植物种质资源创
新提供依据。
1　材料与方法
1.1　试验材料
于2004年4月15日将新疆乌鲁木齐市植物园内中
亚鸢尾 、膜苞鸢尾 、喜盐鸢尾 、蓝花喜盐鸢尾 、马蔺5种鸢
尾 ,移栽在花盆中 ,盆直径 45 cm ,高 50 cm ,所用土壤为
大田表土 ,每盆栽1株 ,待其成活后 ,采用常规养护方法
管理。
1.2　试验设计
于 2005年 5月选长势基本一致的鸢尾为试验材
料 ,试验前通过称重法和土壤烘干法 ,使每盆盆土重量
和土壤含水量基本相同 ,盆土重量 14.0 kg ,土壤含水量
31.5%。处理采用自然干旱方式 ,每隔 2 d 采样 1次。
每种鸢尾 3次重复 ,处理时间为21 d。
1.3　试验方法
酶液制备:称取新鲜材料 0.5 g ,加 4.5 mL pH 为
7.8的 PBS。材料在预先冰冻的研钵中匀浆 ,研钵置于冰
浴中。10 000 r/min离心15 min ,上清液用于SOD 、POD
和 MDA测定。用BeckmanDU-800紫外可见光分光光
度计测定。
1.3.1　SOD活性测定　用氮蓝四唑(NBT)光还原法 ,
参照文献[ 2]中方法进行。酶反应体系加样次序为:pH
7.8的 PBS 2.4 mL+核黄素 0.2 mL+蛋氨酸 0.2 mL+
EDTA 0.1 mL+酶液0.1 mL+NBT 0.2 mL ,然后将试
管在 4 000 lx光下反应20 min ,进行光化还原 ,测定反应
液 560 nm 处OD值。
1.3.2　POD活性测定　参照文献[ 3]中方法进行。反
应混合液配制:50 mL pH 6.0的 PBS+28μmol愈创木
酚+30%H2O2 19 μmol+2 mL 反应混合液+1 mL 酶
470 nm处进行。
1.3.3　MDA 测定　参照文献[ 2]中方法进行 ,取酶液
1 mL ,加1 mL 10%三氯乙酸(TCA)封口放入沸水浴中
15 min后 ,取出快速冷却。10 000 r/min离心 15 min ,上
清液在 532 nm和 600 nm 处测定 OD值。
1.3.4　CAT 活性的测定　按文献[ 3]中方法进行。
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1.3.5　细胞膜相对透性的测定　参考朱广廉的方法[ 4] ,
用DDS-11A电导仪测定。
2　结果与分析
2.1　土壤水分胁迫对SOD的影响
土壤水分胁迫条件下 ,5种鸢尾 SOD变化趋势如图
1所示。图1表明干旱处理过程中 ,5种鸢尾 SOD活性
变化趋势一致 ,即先持续增加而后降低。但 SOD活性
的最高值及达到这一值处理时间种间存在差异。马蔺
SOD活性在干旱处理第 12天上升至最高 ,而后缓慢下
降;喜盐鸢尾 、蓝花喜盐鸢尾在干旱处理第 15天 ,SOD
活性至最高而后缓慢下降;中亚鸢尾和膜苞鸢尾在干旱
处理第 18天 ,SOD活性上升至最高 ,而后缓慢下降。干
旱处理第 21天时 ,5种鸢尾 SOD活性从高到低依次是
中亚鸢尾 、膜苞鸢尾、喜盐鸢尾 、马蔺 、蓝花喜盐鸢尾。
图 1　土壤水分胁迫对 SOD的影响
2.2　土壤水分胁迫对POD的影响
干旱处理过程中 ,5种鸢尾 POD变化如图 2所示 ,
蓝花喜盐鸢尾 、中亚鸢尾 、喜盐鸢尾 、马蔺和膜苞鸢尾
POD活性在干旱处理第 15天剧烈上升达最高 ,随后马
蔺、蓝花喜盐鸢尾 、喜盐鸢尾剧烈下降 ,中亚鸢尾和膜苞
鸢尾缓慢下降;蓝花喜盐鸢尾和马蔺 POD活性远大于
其它 3种鸢尾。干旱处理第 21天时 ,5种鸢尾 POD活
性从高到低依次是马蔺 、蓝花喜盐鸢尾 、喜盐鸢尾 、膜苞
鸢尾和中亚鸢尾。
图2　土壤水分胁迫对 POD的影响
2.3　土壤水分胁迫对 CAT 的影响
CAT 是植物体内重要的保护酶之一 ,清除生理系
统中的过氧化氢(H2O2)。如图 3所示 ,随着干旱胁迫的
不断加剧 ,CAT 酶活性迅速增加 ,膜苞鸢尾 、马蔺在胁迫
第 15天达到最大值 ,然后缓慢下降。蓝花喜盐鸢尾 、中
亚鸢尾和喜盐鸢尾在第 18天达到最大值 ,然后缓慢下
降。5种鸢尾 CAT 活性从高到低依次是膜苞鸢尾 、中亚
鸢尾 、喜盐鸢尾 、马蔺 、蓝花喜盐鸢尾。
图 3　土壤水分胁迫对 CAT 的影响
2.4　土壤水分胁迫对 MDA的影响
如图 4 所示 ,土壤水分胁迫条件下 , 5 种鸢尾的
MDA含量均明显增加 ,增加程度种间存在差异 ,干旱处
理第 21天时 ,5种鸢尾 MDA活性从低到高依次是膜苞
鸢尾 、中亚鸢尾 、马蔺 、喜盐鸢尾 、蓝花喜盐鸢尾。
图 4　土壤水分胁迫对 MDA 的影响
2.5　土壤水分胁迫对膜透性的影响
5种鸢尾在土壤缓慢水分胁迫条件下 ,细胞膜透性
缓慢增加。整个干旱处理过程中各鸢尾细胞膜透性增
加趋势如图5所示 ,蓝花喜盐鸢尾和喜盐鸢尾细胞膜透
性增加幅度较为强烈;中亚鸢尾和膜苞鸢尾膜透性增加
比较平缓。干旱处理第 21天时 ,5种鸢尾膜透性从低到
高依次是中亚鸢尾 、膜苞鸢尾 、马蔺、蓝花喜盐鸢尾 、喜
盐鸢尾。
图 5　土壤水分胁迫对膜透性的影响
3　讨论与结论
武永军等对干旱胁迫下蚕豆研究表明 ,随胁迫时间
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的延长 ,SOD 、POD 、CAT 活性均升高[ 5] 。Dhinsa等研究
表明 ,胁迫条件下保护酶系活性上升和下降与植物或品
种的抗旱性强弱有关。抗旱性强的品种在逆境条件下
能使保护酶活性维持在一个较高的水平 ,有利于清除自
由基 ,降低膜脂过氧化水平 ,从而减轻膜伤害程度[ 6] 。
时连辉等对桑树1 a生绿枝扦插苗研究表明 ,水分胁迫
下SOD 、POD 、CAT 活性先升高后下降[ 7] ,土壤水分胁迫
条件下 ,供试5种鸢尾的 SOD 、POD 、CAT 活性均上升。
这表明植物在干旱条件下 ,维持其 SOD 、POD 、CAT 酶
较高活性是抗旱的生理基础之一。
土壤水分胁迫条件下 ,供试 5种鸢尾中 ,中亚鸢尾
和膜苞鸢尾 SOD活性较高 ,但POD活性却是 5种鸢尾
最低的。5种鸢尾在干旱胁迫条件下 SOD 、POD 、CAT
活性变化的差异表明鸢尾的抗旱性种间存在差异 ,同时
也说明鸢尾抵御干旱的途径不止一条。图1 、2 、3显示 ,
土壤水分胁迫条件下 ,供试的5种鸢尾 SOD 、POD、CAT
活性变化有着一致的规律性 ,即先上升而后下降 ,这表
明体内保护酶维持膜系统稳定性的能力是有限的 ,随着
干旱胁迫程度的加剧 ,这种能力会逐渐丧失。
细胞膜不仅是细胞与环境发生物质交换的主要通
道 ,也是感受胁迫最敏感的组分。不同的植物及品种膜
透性变化的时间和速率有所不同 ,因而常常用测定电导
率变化情况的方法来判别植物组织受伤害的程度并作
为鉴定其抗旱能力的一个指标。通常耐旱树种(品种)
比不耐旱树种(品种)具有较低的膜透性 [ 8-9] 。图 4显
示 ,土壤水分胁迫条件下 , 5种鸢尾的 MDA含量均增
加 ,说明干旱促进了膜脂过氧化作用 ,而 MDA含量的上
升 ,导致了5种鸢尾膜透性的上升(见图 5),干旱处理第
21天时 ,5种鸢尾膜透性从低到高依次是中亚鸢尾 、膜
苞鸢尾 、马蔺、蓝花喜盐鸢尾 、喜盐鸢尾。说明受胁迫伤
害程度从低到高为中亚鸢尾 、膜苞鸢尾 、马蔺 、蓝花喜盐
鸢尾 、喜盐鸢尾 ,该试验采用盆栽 ,试验设计保证每种鸢
尾所拥有的水资源相同 ,所以从抗旱节水的综合角度考
虑 ,根据试验的结果 ,中亚鸢尾 、膜苞鸢尾抗旱节水能力
强于马蔺 、蓝花喜盐鸢尾 、喜盐鸢尾。
参考文献
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Response of Soil Moisture Stress on the Membrane Protective System of
5 Different Genotype of Iris Species in Xinjiang
ZHOU Yuan1 , DONG Yu-zhi1 ,WU Yan2 ,ZHU Yin2 , QIN Yan2
(1.College of Forestry in Xing Jiang Ag ricultural University , Urumqi , Xinjiang 83005;2.Urumqi Botanical Garden , Urumqi , Xinjiang 830011)
Abstract:The change characteristics of superoxide(SOD), peroxidase(POD)and MDA of 5 species of Iris under droughts
were researched.The results showed that under the conditions of soil moisture stress , the activation of SOD and POD of
Iris bloudowii Ledeb., Iris scariosa Willd , Irishalophi la Pall., Irishalophila var.sogdiana , and Iris.lactea , increases at
first and then decreases in the whole drying t reatment process.There are some differences among the activation of SOD
and POD and CAT of the 5 species of Iris.In the drying treatment , the content of MDA and electric conductivity in-
creased as the water stress stronger.
Keywords:iris;membrane protective enzyme;malondialdehyde(MDA);membrane permeability
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