全 文 ：第 33卷 第 6期 东　北　林　业　大　学　学　报 Vo .l 33 No. 6
2005年 11月 JOURNAL OF NORTHEAST FORESTRY UN IVERSITY Nov. 2005
镍对紫丁香离体叶片衰老的延缓作用 1)
张治安　陈展宇　徐克章
(吉林农业大学 ,长春 , 130118)
　　摘　要　用 10、30、 50、70μmo l L- 1的 N i2+处理紫丁香离体叶片 , 研究了镍对紫丁香离体叶片衰老的作用效
果。结果表明:紫丁香离体叶片在衰老过程中 ,可溶性蛋白质 、叶绿素 、抗坏血酸(A sA)和还原型谷光苷肽(GSH)
含量显著降低;超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化氢酶(CAT)活性明显下降;过氧化物酶(POD)活性增强;阴离子超
氧自由基(O -2 )产生速率 、丙二醛(MDA)含量和外渗电导率明显升高 , 脂质过氧化作用加剧。 N i2+处理能显著地延缓可溶性蛋白质和叶绿素的降解 , 提高 SOD和 CAT活性 , 增加抗氧化剂 AsA和 GSH 含量 , 使 POD活性降低 ,
O -
2
产生速率 、MDA含量和外渗电导率下降 , 从而能减轻细胞膜脂过氧化作用。因此 , 镍能延缓紫丁香离体叶片的
衰老进程。
关键词　紫丁香;镍;离体叶片;衰老
分类号　S685. 26
R etarda tion of Senescence in Detached Leaves ofSyringa obla ta by N icke l Treatm en t /Zhang Zh i’ an, Chen Zhanyu,
Xu Kezhang( Jilin Agricultural Unive rsity, Changchun 130118, P. R. China) / /Journal o f Northeast Fo restry Un ive rsity.
- 2005, 33(6). - 10 ～ 13
Effects o f nicke l(10, 30, 50, 70 μm o l L- 1) on the senescence of de tached Syringa oblata leaves w ere studied.
Resu lts showed that in the process o f senescence, the contents of prote in, ch lo rophy ll, AsA and GSH dec reased signifi-
cantly, and the ac tivities o f supe rox ide dism urase (SOD) and ca ta lase(CAT) a lso reduced sign ificantly. H ow ever the ac-
tiv ities of perox idase (POD), the genera tive rate of supe roxide radical(O -2 ), the m alondia ldehyde (MDA) conten t and e-
lectric conduc tivity of the leaves increased sign ificantly. N i2+ treatment can significantly reta rd the deg rada tion of prote in
and chlorophy ll, enhance the activ itie s o f SOD and CAT, and increase the contents of an tioxidant A sA and GSH. N i2+
treatm ent can a lso decrease the activ ities o f POD, gene ra tive rate o f O -
2
, MDA content and e le ctric conductiv ity of the
leave s, a llevia te the m em brane lipid pe roxidation, and pro tect chlorop las.t There fore, it can slow down the senescence o f
detached Syringa oblata leaves.
K ey words　Syringa ob lata;N icke l;De tached Leave s;Senescence
　　植物的衰老是一种不可逆的高度有序的程序化过程。植
物叶片的衰老与叶片内含物质分解及生物膜的破损有密切关
系。研究表明 , 植物在衰老过程中 , 体内自由基 (O -2 、OH)及
H2O 2的累积造成生物膜脂质过氧化作用而受到破损 [ 1] 。当
植物体内清除自由基的保护酶系统如超氧化物歧化酶
(SOD)、过氧化氢酶(CAT)活性较强和抗氧化物质如抗坏血
酸(AsA)、还原型谷光苷肽(GSH)含量较多时 , 则脂质过氧化
可得到相应控制 , 从而维持生物膜的完整度 [ 2 , 3] 。镍与细胞
分裂素一样 , 对水稻 、玉米叶片衰老有一定的延缓作用 [ 4] , 但
有关镍对紫丁香离体叶片衰老的影响尚未见报道。本试验研
究了镍处理对紫丁香离体叶片在衰老过程中 ,叶绿素 、可溶性
蛋白质 、SOD、CAT、POD活性 、A sA、GSH、MDA含量 、O -
2
产生
速率和膜透性变化的影响 , 为进一步明确镍的生理作用提供
理论依据。
1　材料与方法
1. 1　材料
试验材料紫丁香(Sy ringa oblata)采自吉林农业大学植物
标本园。于 2004年 6月 , 选择叶色一致 、嫩度相同 、长势相当
的紫丁香枝条 , 剪取后保留 1芽和 4片叶 ,分别插于装有浓度
为 0、10、30、50、70μmo l L - 1N i2+(以 N iSO
4
提供)溶液的三
角瓶中 , 置于光照培养室中培养。光期 14 h,温度 26℃,暗期
1)国家自然科学基金项目 (30370862), 吉林省科技厅项目
(20000204 - 01 - 04)。
第一作者简介:张治安 ,男 , 1964年 12月生 ,吉林农业大学农学
院 ,副教授 ,在读博士研究生。
收稿日期:2004年 11月 8日。
责任编辑:戴芳天。
10 h, 温度 22℃,连续培养 5 d。试验设 3次重复 ,每天取倒数
第 3片叶测定各项生理指标。
1. 2　方法
1. 2. 1　蛋白质 、叶绿素 、AsA和 GSH含量的测定
蛋白质含量测定用考马斯亮蓝 G - 250染色法 [ 5];叶绿
素含量测定用分光光度法 [ 5];抗坏血酸(A sA)含量测定采用
分光光度法 [ 6];利用疏基试剂 DTNB测定还原型谷光苷肽
(GSH)含量 [ 7] 。
1. 2. 2　O -2 产生速率 、MDA含量和外渗电导率的测定超氧阴离子自由基(O -2 )产生速率采用羟胺氧化法 [ 8]测
定 , 用 nm o l O -2 m in- 1 g - 1来表示 (鲜质量 );丙二醛
(MDA)含量的测定采用硫代巴比妥酸(TBA)显色法 [ 5] , 以
nm o l g - 1表示(鲜质量);外渗电导率用电导率测定 [ 5] 。
1. 2. 3　SOD、CAT和 POD活性的测定
超氧化物歧化酶(SOD)活性用蛋蓝四唑(NBT)光化学还
原法 [ 5]测定 ,以抑制 NBT光氧化还原 50%的酶量为一个酶活
力单位 ,用 U g- 1表示(鲜质量);过氧化氢酶(CAT)活性采
用紫外吸收法 [ 5]测定 , 以每分钟减少 0. 1个 OD240值所需的酶
量为一个酶活力单位 , 用 U g - 1表示 (鲜质量);过氧化物酶
(POD)活性的测定采用愈创木酚法 [ 5] , 酶活性以 ΔOD470
m in- 1 g - 1表示(鲜质量)。
2　结果与分析
2. 1　镍对紫丁香离体叶片中叶绿素和蛋白质含量的影响
叶绿素和蛋白质含量的降低是叶片衰老的重要标志。 图
1表明:紫丁香离体叶片衰老过程中 , 叶绿素和蛋白质含量逐
渐降低, 用 10～ 70μmo l L - 1N i2+处理均能延缓处理叶片中叶
绿素和蛋白质的分解。处理第 5天 , 用 10、 30、 50、70 μm ol
DOI牶牨牥牣牨牫牱牭牴牤j牣cnki牣dlxb牣牪牥牥牭牣牥牰牣牥牥牬
L - 1Ni2+处理的叶绿素含量分别为初始值的 64. 4%、70. 9%、
83. 2%和 76. 4%,而对照的叶绿素含量为初始值的 55. 5%;用
10、30、50、70μm ol L- 1N i2+处理的蛋白质含量分别为初始值
的 62. 0%、73. 9%、80. 8%和 66. 9%, 而对照的蛋白质含量为初
始值的 55. 1%。这说明 N i2+处理能抑制紫丁香叶片叶绿素和
蛋白质的降解 ,具有延缓紫丁香离体叶片衰老的作用。在所试
验的不同浓度中 , 以 50μmo l L - 1浓度的 N i2+处理对叶绿素和
蛋白质的延缓分解效果最显著(P <0. 01)。因此, 在 AsA、
GSH、MDA含量测定 , SOD、CAT、POD活性测定 , O -2 产生速率
和外渗电导率测定时均采用 50μm o l L -1Ni2+处理的叶片。
图 1　镍对紫丁香离体叶片叶绿素和蛋白质含量的影响
—●— CK;— ×— 10 μm o l L- 1;—◆— 30 μm ol L- 1;—▲— 50
μm ol L - 1;—■— 70μm ol L - 1
2. 2　镍对紫丁香离体叶片中 AsA和 GSH含量的影响
紫丁香离体叶片衰老过程中 AsA含量不断降低 ,但 Ni2+
处理明显减缓了 AsA含量降低的速度。处理第 3天 ,对照叶
片 A sA含量降低了 12. 0%, 而处理叶片 AsA含量仅降低了
4. 0%;处理第 5天 , 对照叶片 A sA含量降低了 29. 8%,处理
叶片 A sA含量降低了 13. 4%(图 2a)。处理与对照差异极显
著(P <0. 01)。
GSH在紫丁香离体叶片衰老过程中降低较缓慢 , 处理第
3天 , 对照叶片GSH含量降低了 10. 5%, 处理叶片降低了
4. 7%;处理第 5天 ,对照叶片 GSH含量为初始值的 80. 3%,
处理叶片为初始值的 89. 3%(图 2b)。处理与对照差异显著
(P <0. 05)。
2. 3　镍对紫丁香离体叶片中 SOD和 CAT活性的影响
SOD是植物体内以氧自由基为底物的酶 , 在活性氧代谢
中处于重要地位 , 可淬灭超氧负离子的毒性 , 终止由超氧负离
子启动的一系列自由基连锁反应所造成的生物膜损伤 , 为植
物体内最重要的清除活性氧自由基的酶 [ 9 , 10] 。图 3a显示 , 处
理与对照叶片中 SOD活性均随叶片的衰老而降低 , N i2+处理
的叶片内 SOD活性明显高于对照。 试验第 3天 , 处理叶片
SOD活性是对照的 1. 15倍 ,为初始值的 85. 2%, 而对照的为
初始值的 74. 2%;试验第 5天 , 处理叶片 SOD活性是对照的
1. 50倍 , 为初始值的 71. 0%, 而对照的仅为初始值的 47. 0%,
处理与对照差异极显著(P <0. 01)。
图 3b表明 , CAT活性随叶片衰老而显著降低 , 与 SOD的
变化趋势基本一致 ,与对照相比 , N i2+处理明显抑制了紫丁香
离体叶片 CAT活性的降低。试验第 5天 ,处理叶片 CAT活性
是对照的 142. 2%, 为初始值的 60. 6%;而对照叶片的活性仅
为初始值的 42. 5%。处理与对照之间差异极显著(P <0. 01)。
图 2　镍对紫丁香离体叶片 AsA和 GSH含量的影响
—●— CK;—▲— 50μm ol L -1
图 3　镍对紫丁香离体叶片中 SOD和 CAT活性的影响
—●— CK;—▲— 50μm ol L -1
2. 4　镍对紫丁香离体叶片 POD活性和 O -2 产生速率的影响紫丁香离体叶片在衰老过程中 , POD活性随衰老而逐渐
11第 6期　　　　　　　　　　　　　　　张治安等:镍对紫丁香离体叶片衰老的延缓作用　　　　　　　　　　
升高 , 处理叶片与对照叶片的变化趋势基本一致;但与对照相
比 , Ni2+处理明显抑制了紫丁香离体叶片 POD活性升高幅度
(图 4a)。试验第 5天 ,处理叶片 POD活性是对照的 73. 8%,
为初始值的 1. 63倍;而对照叶片的 POD活性为初始值的 2. 21
倍 ,对照的 POD活性比处理高 35. 5%,差异极显著(P <0. 01)。
O -2 是植物体衰老过程中危害较大的无机氧自由基 , 它
在植物体内的积累并衍生为毒性更大的 OH(羟自由基)导
致植物体衰老死亡。由图 4b可以看出 ,紫丁香叶片在衰老过
程中 , 处理与对照叶片中 O -
2
产生速率均明显升高 ,但 Ni2+处
理的紫丁香离体叶片 O -2 产生速率明显比对照降低。处理第
3天 ,对照叶片 O -2 产生速率为初始值的 1. 73倍 , N i2+处理的
为初始值的 1. 32倍 , 仅为对照叶的 79. 1%;处理第 5天 , 对照
叶片 O -
2
产生速率为初始值的 2. 16倍 , Ni2+处理的为初始值
的 1. 61倍 , 仅为对照叶片的 77. 4%, 处理与对照之间达到了
极显著水平(P <0. 01)。这说明 N i2+处理降低 O -2 产生速率 , 从而延缓叶片衰老进程。
图 4　镍对紫丁香离体叶片 POD活性和 O -2 产生速率的影响
—●— CK;—▲— 50μm ol L - 1
2. 5　镍对紫丁香离体叶片 MDA含量和外渗电导率的影响
MDA是细胞质膜脂质过氧化的产物之一 , 其含量高低反
映了细胞膜脂过氧化水平。图 5a显示 , 紫丁香叶片在衰老过
程中 , 处理与对照叶片中 MDA 含量均呈明显升高趋势 , 但
N i2+处理的紫丁香离体叶片 MDA含量明显比对照降低。处
理第 5天 , 对照和处理叶片的 MDA含量分别为初始值的
2. 27和 1. 85倍 , 处理仅为对照的 81. 3%。处理与对照差异
达极显著水平(P <0. 01)。
叶片浸出液的外渗电导率大小可反映细胞膜受伤害的程
度。紫丁香叶片在衰老过程中, 处理与对照叶片中 MDA含量均
明显升高,但 N i2+处理的紫丁香离体叶片外渗电导率明显比对
照降低(图 5b)。处理第 5天, 对照和处理叶片的外渗电导率分
别为 26. 5%和 20. 6%,处理与对照差异显著(P <0. 01)。这说明
N i2+处理的紫丁香离体叶片在一定程度上能防止细胞膜脂过氧
化 ,减少细胞内溶物质外渗 ,进而减缓叶片衰老。
3　讨论
按照衰老的自由基学说 [ 1] , 植物衰老过程中 , O -2 产生速
率越大 [ 9] ,各种清除自由基的保护酶活性降低 [ 10] , 使细胞自
由基产生与清除之间的平衡受到破坏 , 从而导致自由基积累
是引起衰老的主要原因。 在植物体内 , 超氧化物歧化酶
(SOD)是活性氧清除酶之一 ,并常被认为是关键酶 ,它可以催
化 O -2 分解成 H2O2 [ 11] 。 过氧化氢酶 (CAT)和过氧化物酶(POD)均可清除植物体内的 H2O 2 , 从而使需氧生物体免受
H2O2的毒害 [ 12] 。 A sA是植物体内普遍存在的一种活性氧清
除剂 ,能清除 O -
2
、1O
2
和 H
2
O
2
,从而抑制脂质过氧化 , 而且与
防止活性氧抑制 CO2固定有关 [ 13] 。 GSH是植物体内普遍存在的含 - SH的还原性物质 , 在防御自由基和脂氢过氧化物对
膜质的过氧化过程中起重要作用 [ 14] 。 O -2 是生物体危害最严重的两种自由基之一 , 可启动膜脂过氧化作用 ,对生物有很强
的破坏力 [ 15] 。MDA是活性氧启动膜脂过氧化产生伤害的主
要产物之一 ,其含量高低是人们用来衡量植物体内活性氧伤
害程度的常用指标 [ 16]。
图 5　镍对紫丁香离体叶片丙二醛含量和外渗电导率的影响
—●— CK;—▲— 50μm ol L -1
本试验表明 , 紫丁香离体叶片在衰老过程中 , SOD 和
CAT活性及抗氧化物质 AsA和 GSH含量呈显著下降趋势 ,
N i2+处理能明显减缓 SOD和 CAT活性及抗氧化物质 AsA和
GSH在衰老过程中的降低速度 (图 2和图 3)。 可推测 , 镍通
过提高 SOD、CAT活性和抗氧化物质含量来降低 O -2 水平 , 从而减轻了细胞膜的脂质过氧化作用 , 使 MDA含量和外渗电
导率下降(图 5), 表明镍提高膜脂过氧化的保护能力 , 使细胞
内自由基产生与清除之间平衡时间延长是其延缓紫丁香离体
叶片衰老的重要原因。
高等植物叶片衰老最明显的表现是叶绿素的降解 , 本试
验表明 , 镍明显地延缓了丁香离体叶片叶绿素的降解破坏
(图 1a), 其延缓降解机理与其抑制 POD活性的升高有关。
许长成 [ 17]认为 , POD的作用具有双重性 , 一方面它可以清除
H2O2 ,为保护酶系统的成员之一;另一方面它参与叶绿素的
12 　　　　　　　　　　　东　北　林　业　大　学　学　报　　　　　　　　　　　　　　　第 33卷
降解和活性氧的产生 ,并引发膜脂过氧化 ,表现为伤害效应。
在丁香离体叶片衰老过程中 , POD应是起催化活性氧产生的
作用 , 而镍抑制了 POD活性升高 , 从而使 O -2 产生减少 , 延缓
了叶片衰老。
参　考　文　献
1　Dh ind sa R S, Dh ind sa P P , Thovpe T A. Leaf senesce: corre lated
w ith increased leve ls ofm emb rane penm eab i li ty, and lipid peroxidation
and decreased levels of superoxide dism u tase and cata lase. J Exp Bot,
1981(32):93～ 101
2　林植方 ,李双顺 ,林贵珠 ,等.水稻叶片的衰老与超氧物歧化酶及脂
质过氧化作用的关系.植物学报 , 1984, 26(6):605 ～ 608
3　卢少云 ,郭振飞 ,李宝盛 ,等.三唑酮对离体水稻叶片衰老的延缓作
用.华南农业大学学报 , 2000, 21(2):57～ 60
4　聂先舟 ,徐竹生 ,刘道宏, 等.镍(N i2+)银(Ag+)对延缓水稻衰老
的效应.湖北农业科学 , 1988(9):8～ 10
5　张治安 ,张美善 ,蔚荣海主编.植物生理学实验指导.北京:中国农
业科学技术出版社 , 2004
6　邹琦.植物生理学实验指导.北京:中国农业出版社 , 2000
7　陈建勋 ,王晓峰.植物生理学实验指导.华南理工大学出版社 , 2002
8　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.植
物生理学通讯 , 1990, 26(6):55～ 57
9　Lynch D V , Thom son J E. Lipoxygenase - mediated production of su-
peroxide anion in senescing p lan t tissu e. FEBS Lett, 1984(173):251
～ 254
10　Thom pson J E, Legge R L, Barber R F. Th e ro le of f ree rad icals in
senescence andw ound ing. N ew Phy tol, 1987(105):317～ 314
11　蒋明义,郭少川.水分亏缺诱导的氧化胁迫和植物的抗氧化作用.
植物生理学通讯 , 1996, 32(2):144 ～ 150
12　扶惠华 ,王煜,田廷亮.镍在植物生命活动中的作用. 植物生理学
通讯 , 1996, 32(1):45～ 49
13　S anchezM , Queijeiro E, Rev ila G , et a l. C hanges in ascorbic acid
levels in apop lastic flu id du ring grow th of p ine hypocotyls. E ffect on
p rxidase activities associatedw ith ce llwa lls. Physiol Plan t, 1997, 119
(4):815～ 820
14　 Ru th G , John L H. A ntioxidan ts in h igher p lan.t F lorida:CRC
Press, 1993
15　B eam en L, Beaman B L. The ro le of oxygen and its derivatives in m i-
crob ial pathogen esis and bos t defense. Annu Rev M icrob iol, 1984
(38):27～ 48
16　许明丽,孙晓燕 ,文江祁.水杨酸对水分胁迫下小麦幼苗叶片膜损
伤的保护作用.植物生理学通讯 , 2000, 36(1):35～ 36
17　许长成,邹 歧 ,程炳嵩.杂交水稻开花结实期间叶片衰老.植物生
理学报, 1991, 19(3):216 ～ 220
(上接 7页 )势木 1. 543∶1. 313∶1. 257∶1;上层木2. 027∶1. 830∶
1. 495∶1;平均木 2. 47∶2. 04∶1. 578∶1;中层木 2. 72∶1. 778∶
1. 316∶1;下层木 4. 788∶3. 195∶2. 23∶1)差异充分说明 , 密度对
高生长级林木材积生长的影响程度明显小于对低生长级林木
材积生长的影响程度 ,表 7 ～表 9的相关分析结果也说明了这
一点。
密度不同 , 各生长级林木的生长进程差异较大 , 即各生长
级林木材积生长进程都与密度有较明显的反比关系 ,这种反比
关系随年龄的增加而增大 ,且这种影响程度大于对直径和树高
的影响程度。
3　结论
在本研究涉及的林龄范围 (30 a以下 )内 , 林分密度与林
分平均直径 、林分平均高 、冠长 、冠幅 、轮枝内枝数 、枝直径 、枝
长和林分平均单株材积均存在明显的负相关关系 ,即林分密度
越大 , 林分平均直径 、林分平均高 、冠长 、冠幅 、枝直径 、枝长和
林分平均单株材积越小 , 轮枝内枝数越少;林分密度越小 ,林分
平均直径 、林分平均高 、冠长 、冠幅 、枝直径 、枝长和林分平均单
株材积越大 , 轮枝内枝数越多。但是林分密度与不同生长级林
木平均直径 、平均高 、冠长 、冠幅 、轮枝内枝数 、枝直径 、枝长和
平均单株材积的关系比较复杂 。总的来看 ,密度对各个指标的
影响程度因林木生长级的增大而减少 ,因林木生长级的降低而
增大。密度对上层木的树高 、冠长 、冠幅 、树冠上层枝直径和枝
长等的影响比较小;而对林木直径和单株材积 , 即使是上层木 ,
影响也比较大。对于欧洲赤松活枝轮数 、每轮活枝内枝数 、树
冠率 , 最大枝桠度 、枝长度 、枝基径与林分密度关系的研究结
果 [ 3 ～6] ,在本研究中也得到了证实。这些结果提示我们 , 在不
进行人工修枝的情况下 ,要想尽快获得枝节小的良好用材 ,需
要采用较高的初植密度(本研究提示 6 000株 hm - 2),并采用
一定年限后强度间伐(本研究提示初次间伐 12 a左右 , 间隔期
10 a左右 ,材积强度 30%左右 , 株数强度 40%以上 )的方式进
行樟子松培育。
致谢:本文在外业调查和资料收集过程中得到了黑龙江省
桦南县孟家岗林场的大力协助 ,谨此致谢。
参　考　文　献
1　姚成斌 ,沈海龙 ,刘继生 ,等.东北东部山地樟子松人工林的经济生
产力.植物研究 , 2003, 23(3):375～ 384
2　郎奎建 ,唐守正. IBM PC系列程序集.北京:中国林业出版社 , 1989
3　 Schm altz J. Deve lopm en t of branch th ickness and stem quality in tw o
Scots pine spacing trials. A llg Forst, 1989(50):1337～ 1339
4　Ke llom ak iS. E f fectof stand den sity on branch iness of young S cots p ine.
Fo lia For, 1981(478):1～ 27
5　Ke llom ak i S. Observations on the inf luen ce of s tand dens ity on b ranch i-
ness of young Scots p in e. S i lva Fenn, 1984, 18(2):101～ 114
6　 Jok inen P. Ob servations on th e effect of spacing on b ran ch iness of S cots
p ine stem s at pole stage. Folia For, 1982(508):1～ 12
13第 6期　　　　　　　　　　　　　　　张治安等:镍对紫丁香离体叶片衰老的延缓作用