全 文 ：安徽农业大学学报 , 2006, 33(4):450-453
Jou rna l of Anhui Agricultura l Un ive rsity
涝渍胁迫对枫杨幼苗保护酶活性及膜脂过氧化物的影响①
李纪元
(中国林业科学研究院亚热带林业研究所 , 富阳 311400)
摘　要:以耐水湿潜力较强 、中等及较弱的 3个枫杨种源为试材 , 测定苗龄为 180 d的枫杨叶片的膜保护酶系
统的 SOD、POD与根系中的 ADH含量 , 以及膜脂过氧化产物 MDA积累与叶绿素降解率。结果表明 , 在淹水胁迫 72
h后 , 3个种源 SOD活性下降 40. 7%, POD活性下降 64.2%, ADH活性上升 327.1%;MDA积累量增加 120. 9%,叶
绿素含量平均比对照下降 36. 2%;种源间变化趋势基本一致。
关键词:枫杨;涝渍;膜脂保护酶;过氧化
　　中图分类号:S792. 110.1 文献标识码:A 文章编号:1672-352X(2006)04-0450-04
Variations of activities for protecting enzym es and superox ide of lip id m embrane in
Ch ineseW ingnut tree seed lings(P terocarya stenoptera) after flooding treatm ent
LI Ji-yuan
(Research Institute of Subtropica l Forestry, The Chine se Academ y o f Fo restry, Fuyang 311400)
Abstract:Ch ineseW ingnut tree p rovenances w ith stronger, medium and w eaker flooding to le rancew ere cho sen
for this flood ing expe rimen.t A tota l o f 8 flooding treatmentsw ith an in terva l flooding time from 6 hou rs to 24 hours
w ere conduc ted in a consecutive 72 flooding scheme. A ctivities of the pro tective enzymes in the lipid membrane
such as SOD , POD in the leaves and ADH in the fresh roots, and supe roxide such asMDA , and decomposition o f
ch lo rophy llw ere measured in the 3 provenance seedling s aged by 180 days. A fter flooding fo r 72 hours, average o f
SOD and POD activity decreases by 40.7% and 64.2% re spective ly. However, ave rage ac tiv ity ofADH inc reases
by 327.1%. S imultaneously, the supe roxide o fMDA increases by 120.9% and tota l conten t of chlorophy ll decrea-
ses by 36.2%. There is a sim ilar variation trend for these physio log ica l indicators among the 3 provenances.
Key words:ChineseW ingnu t tree (P terocarya stenoptera);flooding; lipid membrane;pro tective enzyme;
superox ida tion
　　涝害在长江中下游地区及沿海地区是一种重要
的自然灾害 。由于江河泛滥 、长期阴雨 、土壤积水 、
台风暴雨 、沿海潮涨 ,特别是临近水源 ,地下水位高
的洼地和滩地 ,经常发生植物涝害 。过去 20多年
来 ,关于植物对涝渍的适应性的研究逐渐成为植物
逆境研究的热点之一 [ 1] 。但对乔木植物涝害研究
则鲜有报道。作者试图以我国广泛分布于南北方
10多个省区的乡土树种枫杨为试材 ,开展涝渍胁迫
的若干生理反应研究。将对阐明林木涝害及其耐涝
机制 、以及筛选沿江沿海防护林耐湿树种和湿地土
地资源开发均具有重要的借鉴意义。
1　材料与方法
1.1　试验材料与设计
在前期试验基础上 ,挑选耐水湿潜力强 、弱和中
等程度的 3个种源 [ 2, 3] ,即:湖北潜江 、黄冈和松滋。
① 收稿日期:2006-03-03
基金项目:浙江省自然科学基金(398293)资助。
作者简介:李纪元(1964 -), 男 ,博士 , 研究员。
DOI牶牨牥牣牨牫牰牨牥牤j牣cnki牣牨牰牱牪牠牫牭牪x牣牪牥牥牰牣牥牬牣牥牥牪
水涝胁迫处理设 8个处理时段 ,即 0、6、12、18、24、
30、36、48和 72 h。每处理测 5盆枫杨幼苗。苗龄
180 d。各种源均设对照处理。
1.2　测定方法
1.2.1　酶液制备方法　参照刘祖祺的方法 [ 4] 。剪
取枫杨苗叶数片 ,切成长宽 2 ～ 5 mm小方块 ,充分
混合后 ,称 1.2 ～ 1.5 g叶样 ,加适量 1%聚乙烯吡唏
啉酮 (PVP), 分次加入 5.0 mL 62.5 mmol L -1
pH7.8的磷酸缓冲液 (PBS),于冰浴上匀浆 。匀浆
材料转入带盖离心管中 ,在低温离心机中于 15 000
×g 4℃条件下离心 20m in。取上清液于 Tip管中置
4℃冰箱保存备用 。
1.2.2　蛋白质含量测定参照考马斯亮兰法　每克
鲜重材料的蛋白质含量(mg g- 1) =(μg μL -1 ×
稀释倍数 ×总体积) /克鲜重。
1.2.3　叶绿素含量测定　参照杨善元的方法[ 5] 。
1.2.4　丙二醛 (MDA)含量测定　参照林植芳的方
法 [ 6] 。在日本 Shim adzu公司 UV-2401 PC紫外可见
分光光度计 532 nm和 600 nm处分别测定 OD值。
丙二醛含量 (μmol-1) =(OD (532 nm - 600
nm) /0.155×V ×S /A) W/ 。V为反应体积 (mL), S
为提取液体积(mL), A为测定时提取液用量 (mL),
W为试材鲜重 (g)。
1.2.5　过氧化物酶 (POD)活性测定　参照林植芳
的方法 [ 6] 。在 470 nm波长处作时间扫描 ,扫描曲线
斜率为酶反应速率 ,以每分钟 OD 470增加 0.01为 1
个酶活单位(U),酶活性以 U mg-1 min-1蛋白表示。
1.2.6　超氧物歧化酶 (SOD)测定　参照王爱国的
方法 [ 7] 。测定反应液的 OD560值 ,以抑制 NBT光化
还原 50%作为一个酶单位 (U),酶活性以 U mg- 1
蛋白表示 。U =2×(OD max -OD 560) /OD max。
1.2.7　乙醇脱氢酶(ADH)活性测定　参照杨善元
方法 [ 5] 。取 1.0 ～ 1.5 g根样 ,按 4倍体积加入预冷
的酶提取液 ,于冰浴中匀浆 , 10 000×g 4℃离心 20
m in,取上清液即为酶粗提取液 。
酶反应总体积为 3mL,含2.7mL 0.1 mo l L - 1 ,
pH 9.0的 G ly-NaOH缓冲液 , 0.1 mL 0.4 mmo l L - 1
NAD +0.1 mL 1.7 mo l L - 1乙醇 , 于 25℃温育 10
m in,加 100 μL酶粗提取液启动反应于 340 nm处作
时间扫描 ,扫描曲线斜率为酶反应速率 ,以每分钟
OD340增加 0.001为一个酶活单位(U),酶活性用 U
mg- 1 m in- 1表示。
2　结果与分析
2.1　膜保护酶系统的活性
2.1.1　SOD活性　SOD是受到广泛研究的一种细
胞质膜保护酶 。枫杨幼苗在水涝胁迫下 , SOD活性
随着胁迫持续期的延长而逐渐下降(图 1)。在胁迫
初期 ,即最初 48 h内 , SOD下降速率较平稳 ,而在 72
h后 , SOD活性则急剧下降 。在 72 h, SOD活性仅相
当于对照的 59.3%, 即活性下降 40.7%。这表明
SOD酶在受胁迫下已受到严重损伤。从图 1还可
知 ,各种源间的 SOD变化趋势比较一致。
图 1　短期水涝胁迫后 SOD活性变化趋势
F igure 1　T rend for SOD activ ity during short-pe riod flooding stress 图 2　水涝胁迫持续期与 POD活性的变化
F igure 2　T rend for POD activ ity during sho rt-period flooding stress
2.1.2　POD活性　POD也是植物体内对细胞质膜
进行有效保护的一种重要酶类 。其活性的变化也反
映植物体内的膜损伤程度 。
图 2结果表明 , POD酶在胁迫下的变化趋势与
SOD十分相似 。随着水涝胁迫持续时间的延长而
迅速下降 。在处理 72 h后 , POD的活性仅为对照的
35.8%。与 SOD相比之下 ,其下降速率似乎比 SOD
更快 。这也表明 POD对水涝逆境比 SOD更为敏
感。同样地 ,种源间的 POD变化差异也比 SOD的
种源差异略大些。
45133卷 4期 李纪元　涝渍胁迫对枫杨幼苗保护酶活性及膜脂过氧化物的影响
2.1.3　ADH活性　土壤水渍之所以危害植物是因
为水渍造成的缺氧环境使植物根系 、根际和地上部
的有氧呼吸受到抑制和无氧呼吸得到加强所致 。作
为植物对渍水胁迫的一种反应是植物体内的 ADH
活性会发生变化 。因此 , ADH活性常常作为植物遭
受水涝胁迫的一种生理指标。
图 3表明 ,枫杨幼苗在胁迫逆境下 , ADH酶活
发生了明显的反应 ,即随着胁迫期的持续延长而稳
步上升 。在胁迫 72 h后 ,其活性约为对照的 4.3
倍。 ADH活性的增强 ,在一定程度上能清除植物体
内因水涝胁迫而产生的大量有毒的反应底物 ,如乙
醇等 。
图 3　短期水涝胁迫条件下 ADH活性变化趋势
F igure 3　T rend fo rADH ac tivity during short-pe riod flood-
ing stre ss
图 4　短期水涝胁迫下叶片 MDA积累变化趋势
F igure 4　T rend forMDA during short-pe riod flooding stress
图 5　短期水涝胁迫下叶片总叶绿素含量变化趋势
F igu re 5　T rend for to tal chlorophy ll content during sho rt-pe riod
flooding stre ss
2.2　膜脂的过氧化与幼苗衰老
2.2.1　MDA含量　受涝后植物衰老在一定程度上
代表了其受伤害的轻重。为表示枫杨幼苗的衰老程
度 ,分析了不同胁迫期里的叶绿素和 MDA含量 。
结果表明 , 3个种源的表现趋势基本相同 ,其丙二醛
含量均随水涝时间的延长而增加。在淹水 30 h后 ,
上升的速率加快 。这说明 ,枫杨叶片从受涝胁迫开
始后几小后内就产生了膜脂过氧化作用 ,并且这种
作用的程度随着水涝时间的延长而持续加剧。在淹
水 72 h后 , 3个种源的 MDA平均积累量比对照增加
120. 91%。前人研究表明 ,膜脂的过氧化作用是极
为有害的 ,它能诱发更深的脂膜的伤害[ 8] 。
2.2.2　叶绿素降解　在短期水涝胁迫逆境下 ,叶绿
素的降解随着水涝时间的延长而增加 (图 5)。虽然
种源间的总叶绿素含量存在一定的差异 ,但种源间
的降解速率基本一致。在水涝初期下降缓慢 ,在 12
h后 ,逐渐明显并加速进行 。在淹水 72 h后 , 3个种
源的叶绿素含量平均比对照下降 36.24%。叶绿素
的降解趋势还与 MDA的积累呈现明显的负相关 。
3　小结与讨论
水涝胁迫是一种典型的无氧胁迫或低氧胁迫。
在一个通气的土壤系统中 ,氧气供应是充足的 ,通常
含氧浓度在0.2 ～ 0.28 mol m -3。低氧系统中 ,氧气
的浓度下降 ,通常在 0.05 ～ 0.11 mo l m - 3 ,缺氧系统
中 ,氧气状况极度恶化 ,其浓度低于 0.05 mo l m - 3。
土壤达到田间饱和持水量时 ,供给根系的氧浓度因
根系和土壤微生物的消耗而急剧下降 。氧气在数小
时或数天内就会衰褐 ,其衰褐速率取决于环境温度
和供给微生物的有机物数量 。氧气一旦耗尽 ,土壤氧
浓度维持在极低水平 ,因为氧在水中的溶解度极低
(在 20℃时为 0.28 mo l m -3)、扩散能力极弱 ,水中
扩散度比空气中低 104倍 ,即仅为空气中的万分之
一[ 1, 9, 11] 。
水涝还是一种水分亏缺胁迫 。尽管在水涝初
期 ,由于主根系在形态学能保持其正常状态 ,但随着
胁迫的加深 ,主根系在形态上也将发生重要变化 ,如
须根的腐烂 ,从而严重影响到水分的正常吸收 ,从而
与干旱胁迫十分相似。因此 ,在水涝胁迫的后期林
木表现为缺氧胁迫与干旱胁迫的综合影响。
枫杨对水涝的生理反应与适应是十分复杂的。
从植物逆境的其它研究来看 ,水涝对细胞质膜的影
452 安 徽 农 业 大 学 学 报 2006年
响是最重要的反应 ,在一定程度是不可逆转的 ,也是
致命的 。因此 ,关于细胞膜脂的反应与适应研究是
关键所在。枫杨在水涝胁迫下的膜保护酶在短时间
内就发生变化 ,迅速对水涝胁迫作出反应 。其中表
现在 SOD、POD等氧化酶的活性随着水涝胁迫的加
深而急剧下降 ,从而急剧降低其对质膜进行有效保
护的能力 ,最终导致膜脂的过氧化产物(如 MDA)迅
速积累 。现有研究已经证实 ,以 MDA为代表的一
类过氧化产物对膜脂具有直接的损伤作用 。另一方
面 ,水涝胁迫下 ,能量合成与供应系统遭受严重损
伤 。现有研究已证实 ,在水涝胁迫下 ,植物的气孔会
迅速作出反应 ,即随着水涝的延长 ,气孔的导度会迅
速上升 ,最终气孔还会关闭[ 11] 。因此 ,气体的交换
出现了严重障碍 ,使呼吸途径发生相应变化 ,以维持
能量的供应 。叶绿素作为叶绿体的重要组成部分 ,
在水涝胁迫后 ,降解非常迅速。总之 ,随着水涝胁迫
的加深 ,由于缺氧和根系吸水效率的下降 ,细胞能量
合成与供应水平降低 、细胞脂膜的保护酶的保护作
用下降 ,有害过氧化产物迅速积累 ,使植物表现明显
的衰老现象 ,最终因水涝而死亡 。
在耐涝树种和种源选择中 ,通常采用水涝试验
直接法 。但以 SOD、POD、ADH等为代表的细胞膜
保护性指标 ,以及以 MDA积累为代表的细胞膜受
害性指标 ,均可在一定范围内应用于植物耐涝性的
评价。就枫杨种源而言 ,这二类种指标都可应用 ,但
种源间的敏感程度和反应时间有差别 。在膜保护性
指标中 , POD和 ADH的种源间差异比 SOD来得更
早 ,从而可以在处理后短时间内用于枫杨种源层次
上的差异区分。但随着胁迫处理时间的延长 (如 48
h后 ), SOD在种源间也表现出差异 。在受害性指标
中 ,MDA积累和叶绿素降解都能反映枫杨种源间的
差异 ,且测定过程容易控制 ,结果重复性稳定 ,应选
为枫杨种源耐涝性评价中的重要参考指标之一。
致谢:本项目的生理指标测定得到国家林业局
亚热带林木培育重点实验室费学谦研究员的大力帮
助 ,谨致谢忱。
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