全 文 ：水分胁迫对闽引圆叶决明 (Chamaecrista rotund i f olia)
活性氧代谢的影响
任丽花1 ,2 , 翁伯琦2 , 黄炎和3 , 王义祥2 , 应朝阳2
(1.福建农林大学生命科学学院 , 福建　福州　350002;2.福建省农业科学院农业生态研究所 ,
福建　福州　350013;3.福建农林大学资源与环境学院 , 福建　福州　350002)
收稿日期:2008-01-02初稿;2008-02-26修改稿
作者简介:任丽花 (1977-), 女 , 在读博士生 , 研究方向:植物营养与环境生态。
通讯作者:翁伯琦 (1957-), 男 , 研究员 , 主要从事生态农业技术与生态经济理论研究 (E-m ail:b oqiw eng@yahoo.com.cn)。
基金项目:科技部农业成果转化项目(2007GB2C400151);福建省科技计划重点项目(2005N029);福建省财政厅专项资助(STIF-Y01)
摘　要:采用人工控水盆栽法研究干旱胁迫对圆叶决明叶片的 O ·2 产生速率 、 MDA 含量和细胞质膜透性的变化
以及 SOD、 POD 和 CAT 酶活性的影响 , 结果表明:在干旱胁迫下 , 圆叶决明叶片中 O ·2 产生速率增加 , 细胞
膜透性增大 , 作为膜脂过氧化产物的 MDA 含量也随着升高;不同的保护酶在变化趋势和幅度上有差异 , 随着胁
迫程度的加深 , SOD、 POD酶活性上升 , CAT 活性则在轻度干旱胁迫时较高于其他处理;随着胁迫时间的延
长 , SOD、 CAT 酶活性上升 , POD活性则在胁迫第 15 d开始下降 。
关键词:圆叶决明;干旱胁迫;活性氧代谢
中图分类号:S 718 文献标识码:A
Effect of water stress on active oxygen metabolism of Chamaecrista rotundif olia.
REN Li-hua1 ,2 , WENG Bo-qi2 , HUANG Yan-he3 , WANG Yi-xiang 2 , YING Zhao-yang2
(1.Col lege of L i f e Sciences , Fuj ian A griculture and Forestry University , Fuzhou , F ujian　350002 , China;
2.Agricultural Ecology Institute , Fuj ian Academy of Agricultural S ciences , F uzhou , Fujian　350013 , China;
3.College o f Resources and Environment , Fujian Agriculture and Forestry University ,
F uz hou , F ujian　350002 , China)
Abstract:Effects o f v ary ing soil wa te r content and stress time on the O ·2 production rate , malondialdehyde (MDA)
content , plasma membrane permeability (PMP), as w ell as the ac tivities o f supero xide dismutase (SOD), pe rox i-
dase (POD) and catalase (CAT) in the leaves o f Chamaecrista rotundi f olia w ere studied by using po t experimen-
ta tion.The results showed that , under drought stress , (a)the O ·2 production rate and PMP increased w ith decrea-
sing water content in so il , (b) leav e MDA content accumulated , and (c) activities of pro tective enzymes varied.
With the incr ease of st ress , the activ itie s of SOD and POD increased.The CAT activity w as higher under mild
dr ought stre ss than the others.With the treatment pro longed , the activities o f SOD and CAT increased , but the
POD activity star ted to decrease 15 day s af te r the drought-stre ss tr eatment.
Key words:Chamaecrista rotundi f olia ;drought stress;active oxygen metabolism
　　干旱对植物的影响非常广泛而深刻[ 1-2] , 植物
对干旱 、 半干旱环境具有不同的适应策略和表现方
式。其中 , 植物在不同立地环境条件下的水分生理
生态过程和特征是研究的重点和基础[ 3-4] 。对牧草
而言 , 干旱是草业生产中常常遇到的问题 , 有些优
良牧草在漫长的历史进化过程中 , 经过对恶劣生长
环境的不断适应 , 对干旱等胁迫只有从生理 、生化
和分子水平上产生适应性变化 , 形成较强的抗性 ,
才能增加在逆境下存活的机会[ 5-7] 。目前关于热
带 、亚热带红壤山地豆科牧草品种抗旱性的研究报
道还不多见 , 圆叶决明是近年筛选出的适应南方红
壤山地种植的多年生热带豆科牧草优良草种 , 国内
外对圆叶决明的研究主要集中在牧草利用 、果园套
种及水土保持上[ 8-14] , 对其干旱胁迫下活性氧代
谢机理方面的研究仍比较少 。本研究通过人工控水
模拟试验 , 对干旱胁迫下闽引圆叶决明 CPI86134
叶片的超氧阴离子自由基 (O ·2 )产生速率 、 丙二
醛 (MDA)含量和细胞质膜透性 (PMP)以及保
福建农业学报 23(1):63 ～ 67 ,2008
F ujian Journal o f Agricultural Sciences
文章编号:1008-0384 (2008)01-0063-05
护酶 (SOD 、 POD 、 CA T)活性的变化进行研究 ,
探讨圆叶决明品种的活性氧代谢特性与抗旱性的关
系 , 旨在为圆叶决明抗旱机制以及深入进行山地牧
草抗旱性鉴定的研究提供理论依据 。
1　材料与方法
1.1　试验材料
供试材料为闽引圆叶决明 (Chamaecrista ro-
tund i folia)CPI86134 , 种子由福建省农业科学院
农业生态研究所提供 。
1.2　试验设计
供试植物于 2004年 4月上旬播种 , 为了便于
控制水分 , 采用盆栽试验 , 每盆装山地红壤土 4
kg , 供试土壤的凋萎含水量为 7.65%。播种前用
特定根瘤菌拌种 , 播种深度 2 ～ 3 cm;所有肥料均
作为基肥在装盆时一次性拌匀施入 , 每公斤土基肥
用量为过磷酸钙 1.80 g 、 尿素 0.60 g 、 氯化钾
0.60 g , 每盆播种 30粒左右。出苗期间 , 隔 3 ～ 4
d浇 1次水 , 浇水量为田间持水量的 75%～ 80%,
在室外培养 21 d后间苗 , 每盆留 10 株 , 选取 140
盆长势较整齐的植株搬入网室内 , 按 Hsiao[ 15]的标
准设轻度 、中度 、 重度干旱胁迫和对照 4 个处理 ,
各处理的土壤相对含水量分别为 60% ～ 65%、
45%～ 50%、 30%～ 35%、 75%～ 80%, 每个处理
35盆。试验期间每天用感量为 0.1 g 的电子天平称
重补充水分 , 使其维持在设定的胁迫水平范围内 ,
为使浇水均匀 , 用移液管缓慢将水滴人土壤中。处
理开始每 5 d取 1次样 , 每次取样均由主枝顶端向
末端沿垂直方向均匀采取 , 取下新鲜叶片后 , 立即
进行各项生理指标的测定 。
1.3　测定项目及其测定方法
O ·2 产生速率采用羟胺氧化法[ 16] 测定;PMP
采用上海植物生理学会[ 17] 的方法 , 以相对电导率
衡量;MDA 含量采用硫代巴比妥酸 (TBA)显色
法[ 18]测定;SOD活性采用氮蓝四唑 (NBT)光化
学还原法[ 19] 测定;POD活性采用愈创木酚法[ 20] 测
定;CA T 活性采用高锰酸钾滴定法[ 21] 测定。
1.4　数据处理方法
统计分析均采用 Excel和 DPS软件处理。
2　结果与分析
2.1　干旱胁迫对圆叶决明叶片 O ·2 产生速率的
影响
O ·2 伤害植物的机理之一在于参与启动膜脂过
氧化或脱脂过程 , 造成 MDA 的增加 , MDA 能与
膜上的蛋白质氨基酸残基或核酸反应生成 Shif f碱 ,
从而降低膜的稳定性 , 质膜相对透性增加 , 促进了
膜的渗漏 , 细胞内物质大量外渗 , 从而引起组织电
导率上升。图 1显示 , 在整个处理过程中 , 随着干
旱时间的延长与程度的加重 , 圆叶决明叶片 O ·2 产
生速率呈现上升趋势 , 不同程度干旱处理各取样时
间 O ·2 产生速率均高于对照水平 , 其中胁迫第 10
d , 严重干旱胁迫处理 O ·2 产生速率极显著高于其
他处理 。随着胁迫时间的延长 , 不同程度干旱处理
O ·2 产生速率均有所增加 , 但变化不显著 (P >
0.05)。
图 1　干旱胁迫对圆叶决明叶片超氧阴离子自由基产生速率
的影响
Fig.1　Effects of drought stress on oxygen-derived free radicals
content in leaves of C.rotundi folia
2.2　干旱胁迫对圆叶决明叶片 MDA 含量的影响
丙二醛是膜质过氧化的产物 , 是膜系统受到伤
害的重要标志之一 , 干旱胁迫下其积累的多少及变
化幅度表明了植物质膜系统的稳定性[ 22] 。研究结
果表明 (图 2), 各取样时间胁迫处理的植株叶片
中 MDA 含量均高于对照 , 且随胁迫程度的加深而
增加 。随着胁迫时间的延长 , 各胁迫处理 MDA 含
量略有起伏 。胁迫处理第 5 d , 各处理 MDA 含量
均高于其他胁迫时间的相应值 , 且胁迫第 5 d 严重
干旱处理 MDA含量与其他处理相比差异显著 (P
<0.05)。
2.3　干旱胁迫对圆叶决明叶片 PMP 的影响
从图 3可知 ,随着胁迫程度的加重和胁迫时间
的延长 ,细胞膜透性增大 ,到胁迫第 15 d膜透性增
加幅度变小 。方差分析结果显示:4 个取样时期不
同程度干旱胁迫处理植株叶片的细胞膜透性均显著
高于对照(P<0.05),胁迫第 10 d 、15 d则极显著高
于对照(P<0.01)。说明干旱胁迫下圆叶决明细胞
膜透性增加 ,且胁迫程度越重细胞膜透性越大。
64 福建农业学报 第 23卷
2.4　干旱胁迫对圆叶决明叶片细胞 SOD活性的
影响
SOD是植物体内清除活性氧系统的第一道防
线 , 在活性氧的清除系统中发挥着特别重要的作
用 , 从而可能在保护系统中处于核心的地位 , 其功
能是清除 O ·2 。图 4 显示 , CPI86134 叶片细胞
SOD酶活性随胁迫时间的延长和胁迫程度的加重
而增强 , 不同程度干旱处理各取样时间 SOD 酶活
性与对照间均存在极显著的差异 (P<0.01)。
2.5　干旱胁迫对圆叶决明叶片细胞 POD活性的
影响
POD是植物呼吸代谢的末端氧化酶之一 , 可
催化有毒物质的氧化分解 , 是一种对环境因子比较
敏感的酶。图 5 表明 , 随着土壤相对含水量的降
低 , 圆叶决明叶片细胞的 POD活性逐渐升高 。方
差分析表明 , 4 个取样时间不同程度干旱处理的
POD酶活性显著高于对照 (P <0.05)。随着胁迫
时间的延长 , 各处理的 POD 活性基本呈现逐渐升
高的趋势 , 胁迫第 15 d各胁迫处理植株叶片 POD
活性低于胁迫第 10 d , 但差异不显著。
2.6　干旱胁迫对圆叶决明叶片细胞 CA T 活性的
影响
CAT 能够清除植物组织中的 H 2O 2 , 限制潜在
的活性氧伤害。图 6显示 , 随着土壤相对含水量的
降低 , 不同胁迫处理的叶片细胞 CA T 活性均高于
对照 , 但轻度干旱胁迫处理高于中度和严重干旱胁
迫处理 。随着胁迫时间的延长 , 各处理的圆叶决明
叶片 CA T 活性亦逐渐增强 , 这与 O ·2 产生速率的
变化趋势一致。但胁迫前期 (第 0 d 和第 5 d)变
化不显著;当胁迫持续到第 10 d 后 , 各处理的植
株叶片 CA T 活性与胁迫前期相比存在显著差异
(P<0.05)。说明植株 O ·2 产生速率升高 , 引起
CA T 活性的增强以有效地清除体内活性氧 , 提高
植物的抗旱性。
3　讨　论
由于生物体处于一种活动状态 , 水分胁迫条件
下活性氧代谢的动态变化更能够反映出一个品种的
耐旱特性。在正常情况下 , 植株体内自由基的产生
和清除处于动态平衡状态 。在植株遭受干旱胁迫
65第 1期 任丽花等:水分胁迫对闽引圆叶决明 (Chamaecrista rotundi f olia)活性氧代谢的影响
图 6　干旱胁迫对圆叶决明叶片 CAT 活性的影响
Fig.6　Effects of drought stress on CAT activity in leaves of
C.rotundi folia
时 , 体内自由基增多 , 当超过了伤害 “阈值” , 膜
脂中的不饱和脂肪酸双键在自由基冲击下发生过氧
化作用:过氧化过程又会产生新的自由基 , 进而促
进膜脂的过氧化 , 使膜完整性的破坏加重。膜脂过
氧化重要产物之一MDA , 它可与细胞膜上的蛋白
质 、 酶等结合 、 交联使之失活 , 从而破坏生物膜的
结构与功能 , 是有细胞毒性的物质 , 对许多生物大
分子均有破坏作用 , 人们常以MDA 作为判断膜脂
过氧化作用的一种主要指标。本研究结果表明:随
土壤水分胁迫的加重 , 圆叶决明叶片 O ·2 产生速
率 、 MDA 含量和细胞质膜相对透性增加;随着胁
迫时间的延长 , O ·2 产生速率及膜透性均增加 , 说
明不同程度的土壤干旱都会加剧叶片细胞膜的脂质
过氧化作用 , 而且干旱程度越重 , 膜脂过氧化水平
越高。在干旱胁迫条件下 , 圆叶决明 MDA 含量随
胁迫时间的延长呈现增加 —减少—增加的趋势 , 这
种过程反映了圆叶决明在经受干旱胁迫时其体内膜
系统的防御过程:开始受干旱胁迫时膜系统受到破
坏 , 导致 MDA 含量增加 , 植物接受到干旱胁迫的
信号 , 启动自身的干旱胁迫防御系统 , 抗旱能力增
强 , MDA 含量下降;但植物对干旱的耐受力是有
限度的 , 一旦超过了这个限度 , 膜系统再次受到破
坏 , MDA 含量增加。这也说明了保护酶系统酶不
同程度地起到缓解伤害的作用 , 抑制了氧自由基离
子的进一步积累和对膜的伤害 , 这与韦小丽等[ 23]
的研究结果一致 。
SOD 、 POD 、 CAT 等酶被公认为是植株体内
的主要保护酶 , 参与活性氧的代谢。通常情况下 ,
细胞保护酶活性较高 , 可以有效地清除细胞内的各
种活性氧自由基 。大量研究表明 , 植物的抗旱性与
其体内保护酶系统对活性氧的清除能力直接相
关[ 2 4] 。不同的植物材料 、 水分胁迫方式及胁迫强
度 , 保护酶活性变化动态是各不相同的 , 因此许多
学者在不同植物上的研究结果颇为不同。本试验中
随着土壤水分胁迫的加重 , SOD 、 POD 酶活性上
升 , CAT 则在轻度干旱时酶活性最高。随着胁迫
时间的延长 , SOD 、 CAT 酶活性上升 , 这可能是
圆叶决明在受到干旱胁迫后所产生的一种反馈结
果 , 有利于清除或减少氧自由基的积累 , 缓解膜脂
过氧化;POD活性在胁迫 10 d 后呈下降的趋势 ,
推测可能是自由基的过量生成 , 超出了防御系统的
清除能力。这时植株对水分胁迫的适应性调节作用
虽在减弱 , 但其活性仍大于胁迫前期的水平。
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(责任编辑:翁志辉)
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