全 文 ：西北林学院学报 1 9 9 5 , 1 0 ( 4 ) : 7 2~ 7 5
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低温胁迫下案树幼苗衰老与膜脂质过氧化关系
刘西平 l) 晋耀平 2) 王妹清 l) 李周歧 3)
( ” 西北林学院基础课部 , 7 12 1 0 0 陕西杨胶 ; . ,园林系 . 3 ,林学系 ;第一作者 : 男 , 3 2 岁 ,讲师 )
摘 要 案树幼 苗在不 同的低遥处理下叶片均 出现衷老生理反应 , 并随低温加深和持续
时间延长而加速 。轻度低温胁迫下植物的应激反应表现在 SO D , C A T 活性升高 ,膜脂过氧
化作用下降 ,杭寒能力增强 ; 深度低沮胁迫下膜脂 质过氧化产物 M D A 含 贵升高 , 细胞膜
系统结构和功能发生改变 ,细胞内电解质外渗童明显增大 。 结果表明 ,低温首先引起案树
幼苗衰老 , 随之增强的膜脂过或化作用进一 步加速 丁衰老过程 。
关镇词 低温胁迫 ;衷老 ;膜脂过轧化 ; 案树
分类号 5 7 1 8 . 4 3
近年来 ,生物膜理论和研究技术的发展 ,越来越多地证实了生物膜在植物抗性方面的重要
性 。 生物 自由基 (特别是活性氧 )代谢对植物细胞衰老的影响了受到了人们的普遍重视比幻 。 关
于 SO D 在衰老过程中的作用及其与植物保护性反应的关系有不少报道 “ 3 , , 但对于逆境下植物
伤害和应激反应的原初反应过程尚少见报道 , 因此 ,进一步了解一些外部因素与植物衰老和膜
脂过氧化作用的关系 ,研究木本植物对逆境的生理反应过 程 ,对于探索人工控制植物器官衰
老 , 提高植物抗逆能力和降低氧化损伤具有一定意义 。 本文以常见绿化树种栗树 (天浇寿翻 t e r 必
aP 扎心“ 人血 aL x m )幼苗为材料 ,对低温胁迫下衰老与活性氧伤害的主次关系进行了初步研究 .
1 材料和方法
1
.
1 材料
1 月采收的栗树种子 , 经低温沙藏后于翌年 3 月上旬播种于直径 sc m 、高 1 c2 m 的塑料营
养钵 中 。 在第 6 片复叶形成后 ,选取生长一致的苗木分别放于一 5 士 1℃ 、 o士 1℃ 、 5士 1℃和 10
士 l ℃低温条件下处理 。选用各处理苗木基部第 l一 3 片复叶进行测定 ,每一指标各个处理重复
测定 3 次 。
L Z 测定方法
1
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2
.
1 叶绿素含 童 ,.l 定 将处理的叶子样品用 80 写丙酮提取 、 定容后 , 分别在 6 4 5 、 6 6 3 和
6 4 5n m 波长下 比色测定 。
1
.
2
.
2 蛋 白质含量浏定 将样品脱色后按照 L o w yr 法进行测定 〔们
1
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2
.
3 超氧物歧化畴活性 沮1定 超氧物歧化酶 ( S u p e r o x id e d is m u t a se , 以下简称 SO D )活性检
测根据 S O D 抑制氮兰四哇在荧光下的还原作用进行测定 〔5 , 。 反应液总体积 3m L ,其中含有 :
收稿 日期 1 9 9 5一 0 4一 1 2
4期 刘西平等 :低温胁迫下栗树幼苗衰老与膜质过氧化关系
1 o 3m m o l甲硫氨酸 0 .3e m 3、 7 5 0严m o l氮兰四哇 o · 3m L, 1 o o o n m o lED T A一N a Zo . 3m L , 2 0拌m o l
核黄素 。 . 3m L 和适量酶液 , 3 o o lx 萤光下反应 20 m in , 以缓冲液代替酶液作为对照 , 5 6 0n m 波
长下比色 , 以 S O D 抑制 N B T 光还原 50 %时所需酶液量为一个酶活力单位 。
1
.
2
.
4 过或化 氮晦活性的浏定 过氧化氢酶 ( C at al a se , 缩写 为 C A T )的测定采用高锰酸钾滴
定法 . 将提取的酶液 (空白用缓冲液代替 ) 30 ℃恒温水浴中保温后加入 0 . l m ol H Z认 2 . s m L ,水
浴中反应 l o m i n , 加入 1 0% H : 5 0 . 溶液 2 . s m L ,用 0 . l m o l K M n O ; 标准液进行滴定 . 酶活性用
每克鲜重样品在 10 m in 内分解 H ZO : 的毫克数表示 。
1
.
2
.
5 丙二醛含黄沮1定 丙二醛 (M a lon a ld e h y d e , 简写为 M D A )按林植芳等 ( 1 9 8 4 ) 方法进
行 。 经处理的样品提取液 1 . s m L , 加 2 . s m L T B A 显色液 , 混匀后于 10 o o o r/ m in 下离心 15 m in ,
以缓冲液代替酶液作为对照 . 所提取的上清液在 5 3 4 n m 及 6 o o n m 波长下比色 。 丙二醛含量用
每克鲜重样品中丙二醛微摩尔浓度表示 。
1
.
2
.
6 细胞膜选择透性的测定 2 9 叶片剪成 0 . sc m x o . 3c m 的小块 , 加 40 m L 无离子水 , 真
空抽气 l o m in , 30 m in 后用 D D S一 l l A 型电导仪测定其电导率 . 然后在沸水浴中将材料组织杀
死 , 再次测定其电导率 ,计算细胞受伤害的程度 。
2 结果及分析
2
.
1 低温下叶绿素和蛋白质含 t 的变化
不同低温下处理 24 h 后 ,亲树幼苗叶片中叶绿素和可溶性蛋白质含量具有大致相同的变
化趋势 (图 1 左图 ) 。 在 10 ℃的低温下叶绿素含量已开始下降 , 并随温度的进一步降低明显地
呈现直线下降趋势 (图 1左 ) ,表明低温胁迫抑制了叶绿素的合成 , 同时加速了其衰解过程 。 在
5
、
o℃和一 5℃下 , 随温度降低蛋白质含量同叶绿含量一样 ,也呈直线下降趋势 . 叶绿素和蛋白
质含量的变化 , 说明衰老过程已经出现 ,并随外界温度降低而加速 , 温度越低时衰老的诱导作
用也越强烈 。 但是在接近 10 ℃时 ,轻度低温胁迫虽然使叶绿素含量降低 ,而植物产生的应激反
应却调节代谢过程以抵抗低温环境 ,使叶片的氮代谢维持在与正常条件下相一致的水平 。
蛋白质
.
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2 3 1 0 5 0 一 5 0
处理温度 / ℃
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低温处理时间 / h
图 1
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不同低沮下和同一低沮不同处理时间叶绿紊和蛋白质含 t 的变化进程
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e卜lor o p h y l l a n d p or t e i n e o n t e n t s u n d件 l晰 t e m详 r a t u esr
西北林学院学报 10 卷
在同一低温下 ,处理持续时间不同时 ,叶绿素和蛋白质含量也表现出随低温胁迫加深而降
低的趋势 (图 1 右 ) 。 温度越低 ,持续时间越长 , 叶绿素和蛋 白质含量下降越大 ,说明对衰老的促
进作用越大 。
2
.
2 低温下 S O D 和 C A T
活性的变化
作为植物体主要内
源的酶系清除剂 , so D
和 C A T 起着清除细胞
内过多的活性氧 、 保护
膜结构的作用 。 低温下
二者活性变化过程 ( 图
2 )
, 在 10 ℃和 5℃轻度
的低温胁迫下处理 24 h
(左图 ) , SO D 活性分别
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图 2 不同低沮和不周处理时间 S O D 和 C A T 含 t 的变化
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e ha 雌 . 成 S O D a n d C A T act i访 r y u n d e r 】口扮 tem eP r a t U esr
上升 56 . 5 %和 14 . 4 % , C A T 分别上升 17 . 71 %和 3 . 70 % , 表明一定程度的低温诱导能够增
强 S O D 和 C A T 的活性 。 但在较低温度和持续胁迫下 , SO D 和 C A T 活性都有不同幅度下降 ,
在 。℃和 一 5℃下处理 24 h , S O D 活性分别下降 n . 09 %和 45 . 94 % , C A T 活性下降 6 . 4 %和
2 3
.
3 4 % ; 5℃低温下处理 72 h 和 96 h (右图 )旧O D 活性分别下降 57 . 34 %和 78 . 84 % , O℃处理
9 6 h 的叶片中没有检测到 so D 的活性 。
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么 3 低沮胁迫对细胞
膜系统的伤害
从低温下膜脂发生
过氧化作用的主要产物
丙二 醛 (M D A ) 含量和
膜系统的选择性被改变
后内含物外渗量变化来
看 ( 图 3) , 随着胁迫温
度的降低 和 时 间的 持
续 , M D A 含 量 明显 增
大 , 说明膜脂质的过氧
0 0
2 3 1 0 5 0 一 5 0 2 4 4 8 7 2 9 6
处理沮度 / ℃ 低沮处理时间
图 3 不同低沮和同一低沮不同处理时间丙二醛和电解质外渗* 的变化
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3 P心 e~ of e卜a n g , 5 fO M D A e朋 t en t a n d e胶 t or ly t e 肠 ka g . u n d er b , t em p 叮 a t u比 s
化作用逐渐增强 , 对膜的伤害作用增加 。 低温处理 2h4 后 (图 3 左图 ) , 10 ℃时的 M D A 含量与
正常代谢水平相一致 , 而 。℃和一 5℃时的 M D A 含量分别增加了 82 . 4%和 154 . 6% ;处理 96 h
后 (图 3 右图 ) , 5 ℃和 。℃下叶片的 M D A 含量分别增大到正常叶片量的 4 倍和 6 倍 。 处理 24 h
后细胞内电解质的外渗率也随低温胁迫加深而明显增大 (图 3 左图 ) ,其变化趋势与 M D A 含
量变化具有平行关系 。 M D A 含量和内含物外渗率在深度胁迫下的增大 ,表明膜脂过氧化作用
增强 , 细胞膜系统的透性增大 ,选择透性降低 , 膜受到的伤害程度增大 。
.2 4 so D 活性与植物抗寒能力
比较低温胁迫下 M D A 含量和 SO D 活性的变化趋势 , 可以看 出 , 二者有一定的相关性 ,见
4 期 刘西平等 : 低温胁迫下亲树幼苗衰老与膜质过氧化关系
图 2 、 图 3。 在轻度 ( 0 1℃和 5℃ )的低温胁迫初期 , S O D 的含量升高或与正常水平一致 , M D A 含
量与正常情况相 比也没有明显增高 ,说明较高的 S O D 活性能够抑制膜脂过氧化作用 ,使 M D A
含量控制在正常水平 . 随着温度降低和低温时间的持续 , SO D 活性降低甚至大幅度减弱 ,氧自
由基积攀 ,从而引发膜系统的脂质发生过氧化作用 ,导致 M D A 含量也随之增加 . 结果表明 ,植
物细胞中 SO D 活性的降低与细胞膜系统的伤害有一定的关系 ,因此可以认为低温胁迫下 ,当
SO D 活性降低后 ,植物细胞对活性氧的清除能力下降 ,不断累积的活性氧对膜脂的氧化作用 ,
使膜的结构和功能被破坏 , 从而使植物细胞受到伤害 。植物的抗寒能力与体内能否维持较高的
so D 活性密切关系 , 活性氧代谢失调是低温胁迫下架树叶片受伤的主要原因之一 。
2
.
5 衰老与旗脂过叙化作用
M D A 含量和细胞膜透性与叶绿素和蛋白质含量之间也具有一定的相关关系 , 图 1 、 图 3
在叶绿素和蛋白质含量较高时 , M D A 含量较低 ,当叶绿素和蛋白质含量降低时 , M D A 的含量
在增加 。 从时间上出现的早晚次序来看 ,作为衰老指标的叶绿素和蛋白质含量的降低要早于
M D A 的增加 ,更早于 S O D 活性的下降 ,因为在 10 ℃下处理 2h4 , 叶片的叶绿素含量 已经开始
下降 , M D A 的含量却与正常代谢一致甚至低于正常代谢水平 , 因此 , 低温首先引起架树叶片
的衰老作用 , 而由 SO D 活性降低所导致的膜脂过氧化作用并非衰老的原初反应 , 它是架树幼
苗叶片衰老到一定程度的生理变化过程 ,从时间上衰老的出现要先于膜脂过氧化作用 .
从低温胁迫下的整个衰老过程来看 , 叶绿素和蛋 白质降低的速率趋势要低于 M D A 含量
和细胞内含物外渗率的增加趋势 ,这是由于随着低温胁迫的加深 ,膜脂过氧化产生的丙二醛对
膜系统又会产生毒害作用 , 同时膜选择透性的改变 , 使细胞 内含物大量外渗 ,从而引起代谢紊
乱 ,这些都会进一步加剧对膜的伤害 , 因此 ,可以看出在衰老的同时 ,引发的膜脂过氧化作用以
更高的速度进行 ,加速着衰老过程 。
3 结论
低沮胁迫所引起架树叶片的衰老随低温加深和持续时间延长而 加速 , 表现在叶绿素和蛋
白质含量的降低 , M D A 和膜透性的增大 。
轻度的低温胁迫下植物产生较明显的应激反应 ,升高的 SO D 和 C A T 活性可以减弱或消
除低温胁迫诱发的超氧物对细胞膜系统的伤害 ,使膜的脂质过氧化作用处于一个较低的水平 .
因此在研究植物对逆境的抵抗性锻炼中 , SO D 活性的变化可作为应激反应过程的指标之一 。
低温胁迫首先引起架树幼苗叶片的衰老 , S O D 活性降低所引起的膜脂过氧化作用是叶片
衰老到一定程度的生理变化过程 ,它的存在导致膜的累积性质变化 ,致使细胞的结构和功能发
生改变或丧失 , 引起代谢紊乱 ,从而进一步加速了衰老过程的进行 。
参 考 文 献
王宝山 . 生物 自由荃与植物膜伤害 . 植物生理学通讯 , 19 8 , 2 4( 2) : 12 ~ 15
陈少裕 . 膜脂过级化对植物细胞的伤害 . 植物生理学通讯 , 19 91 , 2 7( 2) : 84 ~ 90
王建华 , 对鸿先 ,徐同 . 超级物歧化醉在植物逆境和衰老生理中的作用 . 植物生理学通讯 , 19 89 , 2 5( 1 ) : l ~ 7
李柏林 , 梅葱生 . 燕麦叶片衰老与活性级代谢的关系 . 植物生理学报 , 19 89 , 1 5 ( 1 ) : 6 ~ 12
王爱国 , 罗广华 ,邵从本等 . 大豆种子超氧物歧化醉的研究 . 植物生理学报 , 19 83 , 9( 1 ) : 7 ~ 84 (下转第 79 页 )