全 文 ：1998-07-17收到 , 1998-12-08接受。
本研究系福建省自然科学基金资助项目的部分研究内容。
不同光照条件下 4种满江红(Azolla)品系体内多酚氧化酶
活性的变化
唐龙飞　钟红梅　陈　坚
(福建省农业科学院红萍研究中心 ,福州 350013)
摘要:在生物学观察测定基础上 , 引入生化
测定方法探讨不同光照条件下卡洲满江红
3001、小叶满江红 4018、杂交萍 90-4-6 和回交
萍 MH3-1 四个红萍品系体内多酚氧化酶
(PPO)活性变化趋势。 结果表明 , 光照影响
各满江红品系的生长速率与抗霉腐病能力 ,
随着光照强度减弱 , 各品系的生长速率和抗
霉腐病能力都下降。在低光下 , 供试的满江
红品系生物量与体内 PPO 活性的相关性显
著(r=0.9560)。低光下满江红各品系生长
速率 、抗霉腐病能力和体内 PPO 活性的从高
到低依次为卡洲满江红 3001 、杂交萍 90-4-6 、
小叶满江红4018 和回交萍 MH3-1。从生理 、
生化角度讨论了满江红耐荫性与体内多酚
氧化酶活性的关系。
关键词:满江红 , 耐荫性 ,多酚氧化酶
学科分类号:Q945
　　满江红(俗称红萍)是一种体内含共生
固氮蓝藻的水生蕨类植物 ,是我国传统的
绿肥与饲料作物(Liu 1979 , Lu 等 1963 )。
它的耐荫力直接影响其生长繁殖速率与对
逆境的抗性(Wei等 1982)。随着我国满江
红育种方法的不断创新 ,已培育出大量新
品种(系)。耐荫力已成为筛选优良满江红
品系的重要生理指标(Tang 和 Zheng
1993)。但以前对满江红耐荫力评定多局
限于生物量测定及弱光下霉腐病(black rot
disease)发病指数的分级(Chen 等 1981),
而对不同光照条件下生理生化的变化知之
甚少 。本试验目的是在生物学手段的基础
上 ,引进生化测定方法 ,研究弱光条件下满
江红供试品种生理生化的变化 ,探讨体内
多酚氧化酶(PPO)活性与耐荫力的关系 ,
以确定其作为判定满江红耐荫性生化指标
的可行性。
1　材 料 与 方 法
1.1　供试满江红品种(系)　试验采用 4 个红萍
品系 , 其中卡州满江红 3001(Azolla caroliniana
3001)、小叶满江红4018(A.microphylla 4018)引自
菲律宾国际水稻研究所;回交萍 MH3-1(back-
crossed Azolla MH3-1)、杂交萍 90-4-6(hybrid Azolla
90-4-6)分别为小叶满江红与蕨状满江红 1001(A.
filiculoides 1001)、小叶满江红与墨西哥满江红
2027(A.mexicana 2027)的回交与杂交后代。 4 种
满江红品系均保存于福建省农科院国家红萍品
种资源中心。
1.2　满江红品系的生物量测定　经 2 周预培养 ,
供试品系各 1.5 g接种于含 250 ml IRRI红萍营养
液(Watanabe等 1977)的白瓷钵(直径 80 mm)里。
荧光灯照射 , 用不同层数尼龙网调节光强分别至
420μmol m-2 s-1(高光)、210μmol m-2 s-1(中光)
和 105 μmol m-2 s-1(低光)。光照时间数 12 h/ d ,
生长温度 26℃/ 18℃(日/夜)。试验第 4 天换营养
液一次 , 第 7天收获萍体 , 测定生物量。
1.3　霉腐病的诱发　8.0 g 供试品系接种于含
1 500 ml IRRI红萍营养液的搪瓷盆(直径180 mm)
中。 210μmol m-2 s-1光照预培养 1 周后 , 喷洒 5
ml霉腐病菌(Rhizoctonia solani)菌液 , 不通风条件
下培养 15 d。用累加法测算出各培养盆中发病菌
斑的总面积 , 计算发病指数。
1.4　满江红体内 PPO活性的测定　萍体 PPO 活
性的测定根据波钦诺克(1981)方法 , 被测定的萍
体材料即是 1.2 小节中的萍体最终收获物 ,以达
到同步测定。 PPO活性以 1 g 鲜萍粗提液制备的
酶液每分钟在20℃时氧化抗坏血酸的μmol数表示。
98 植物生理学报 , Acta Phytophysiologica Sinica　1999 , 25(1):98～ 102
2　结果 与 讨论
2.1　供试品系耐荫性的生物学评定
2.1.1　光照强度对满江红生物量的影响
　在 3种光照强度下培养 1周的 4种满江
红品系生长速率测定结果列于表 1。可以
看出 ,随着光照强度的减弱 ,各品系生物量
总体上呈下降趋势。但在高 、中光照下 ,各
品系间生物量 、增长率差异不大 。而在低
光照下 , 品系间差异显著 , 卡州满江红
3001 、90-4-6处理 7 d后增长率仍在 50%以
上;小叶满江红 4018 、MH3-1生长受到较大
抑制 ,增幅减少 ,萍体外观出现霉腐病症状。
表 1　不同光照条件下各满江红品系生长速率测定
Table 1　The growing rate of tested Azolla strains under different illumination conditions
Azolla st rain Azolla inoculum(g)
Illumination(μmol m-2 s-1)
420(strong) 210(medium) 105(weak)
Final
biomass(g)
Growing
rate(%)
Final
biomass(g)
Growing
rate(%)
Final
biomass(g)
Growing
rate(%)
A.caroliniana 3001 1.50 3.89±0.126 159.3 3.08±0.143 105.3 2.36±0.127 57.3
Hybrid Azolla 90-4-6 1.50 3.50±0.152 133.3 2.75±0.108 83.3 2.32±0.183 54.7
A.microphylla 4018 1.50 3.58±0.183 138.7 2.60±0.113 73.3 1.74±0.078 16.0
Backcrossed Azolla MH3-1 1.50 3.67±0.232 144.7 2.75±0.143 83.3 1.57±0.079 4.7
Growth period:7 days;8 replicates.
2.1.2　满江红品系对霉腐病诱发的反应
　在室内郁闭环境下 ,接种含霉腐病菌菌
液 ,经低光(105 μmol m-2 s-1)处理 15 d
后 ,各满江红供试品系均出现程度不同的
霉腐病。卡州满江红 3001发病程度轻 ,生
物量仍能增加 85.75%,表现抗病力。90-
4-6与小叶满江红 4018的发病指数大体相
同 ,但在生物量上有较大差异。而 MH3-1
发病面积大 ,产量减少 57.0%, 为不抗病
品系(表 2)。魏文雄等(1982)和陈家驹等
(1981)对满江红品种在田间发生霉腐病的
环境条件的研究结果表明 ,高湿 、弱光和高
温是发病的主要因子 ,而弱光对发病的影
响超过高湿与高温 。与复瓦状满江红
表 2　供试满江红品系对霉腐病诱发的反应
Table 2　Response of tested Azolla strains to the induction of black rot disease
Azolla strain
Azolla-growing
area(cm2)
Area of diseased
spots(cm2)
Morbidity
(%)
Azolla
inoculum (g)
Final biomass
(g)
Percentage
increase(%)
A.caroliniana 3001 254.5 3.8±0.95 1.49 8.00 14.86±1.61 +85.75
Hybrid Azolla 90-4-6 254.5 11.7±3.57 4.60 8.00 9.40±0.80 +17.50
A.microphylla 4018 254.5 12.0±2.32 4.72 8.00 6.23±0.73 -22.13
Backcrossed Azolla MH3-1 254.5 37.3±7.53 14.67 8.00 3.44±0.96 -57.00
Treatment period:15 d;4 replicates.
(A.pinnata var.imbricata)及蕨状满江红相
比 ,卡州满江红抗病力最强。我们对供试
品种诱发霉腐病的室内试验证实了这一结
论 ,4个品系抗病力强弱从大到小依次为
卡州满江红 3001 、90-4-6 、小叶满江红 4018
和MH3-1。
991 期　　唐龙飞等:不同光照条件下 4 种满江红(Azolla)品系体内多酚氧化酶活性的变化
2.2　供试品系耐荫性与体内 PPO活性
2.2.1　不同光照条件对供试品系 PPO活
性的影响　对高 、中 、低光处理 7 d的萍体
PPO活性测定结果(图 1)表明:(1)随着光
强的减弱 ,供试品系体内 PPO活性呈上升
趋势 。这表明在连续处于弱光与黑暗下生
长 7 d 的萍体多酚氧化酶活性提高了。
(2)在同一光照强度下 ,卡州满江红 3001
体内 PPO活性在各供试品系中最高 ,其次
是 90-4-6 和小叶满江红 4018 , 而 MH3-1
PPO活性始终处于最低水平。
图 1　不同光照处理对供试满江红品系 PPO活性
影响
Fig.1　Effect of different illuminations on PPO activi-
ties of tested Azolla strains
＊:Parts of the Azolla fronds died.
2.2.2　不同光照条件下供试品系生物量
与 PPO活性关系　同时测定了在高 、中 、
低光照下生长 7 d的各供试品系生物量及
体内PPO活性 ,结果(表 3)表明 ,供试品系
生物量随光强下降而减少 ,PPO 活性随光
强下降而上升。统计分析表明 ,在低光下 ,
各供试品系生物量(Yc)与体内 PPO 活性
的相关性最高(r=0.9560)。这可能是在
光能不足情况下 ,萍体产生生理生化反应 ,
促使体内 PPO 浓度上升。从表 3 中我们
还注意到 ,在低光处理中 ,PPO 活性高的品
系(3001)其生物量显著高于 PPO活性低的
品系(MH3-1),而 90-4-6与 4018在 PPO活
性与生物量上对应地分居于第 2 、第 3位 。
与此吻合的是 , 4种供试品系抗霉腐病能
力的强弱与上述结果一致(表 2)。
2.3　供试品系耐荫性的生理生化基础
多酚氧化酶是普遍存在于植物体内的
一种生理防御性酶类 。当植物机体受病
菌 、虫害损伤时 ,其体内 PPO 活性被激活 ,
催化植物体内富含的酚类物质产生具有生
物毒性的醌类物质。其浓度的升高有效阻
止病虫的危害(安利佳和姜长阳 1996),因
而体内 PPO 浓度较高的品种抗病能力相
对较强(Song 等 1997 , Zhang 等 1997)。耐
荫的植物品种如荫生观叶植物 、原始森林
中的苔藓 、蕨类等具有光补偿点低 、在弱光
下能正常生长等特点 。由于满江红各品种
表 3　供试满江红品系生物量与体内 PPO活性关系
Table 3　Relationship between biomass and in vivo PPO activities(8 replicates of treatment for each tested Azolla)
Azolla strain
Illumination(μmol m-2 s-1)
420 210 105
Biomass(Ya)(g) PPOa Biomass(Yb)(g) PPOb Biomass(Yc)(g) PPOc
A.caroliniana 3001 3.89 13.80 3.08 15.34 2.36 16.80
Hybrid Azolla 90-4-6 3.50 12.28 2.75 13.83 2.32 15.48
A.microphylla 4018 3.58 10.26 2.60 11.49 1.74 12.64
Backcrossed Azolla MH3-1 3.67 9.89 2.75 9.96 1.57 9.04
Y=-0.417+0.2612X (Yc=Y , PPOa=X), r=0.9498;Y =0.497+0.1389X (Yc=Y , PPOc=X), r =
0.9560;Y=83.20-4.114X ([(Ya-Yc)/Ya] ×100%=Y , PPOa=X), r =-0.8132;Y =69.34-2.238X
([(Ya-Yc)/ Ya] ×100%=Y , PPOc=X), r=-0.8344.
100 植　物　生　理　学　报　　　　　　　　　　　　　　25 卷
(系)光补偿点基本相近(刘中柱和郑伟文
1988),它们的耐荫性主要取决于其在光能
不足情况下对病 、虫害逆境的抵抗力 。大
量田间的观察和试验表明 ,卡州满江红是
现有品种(系)中抗逆性最强的品种(Wei
等 1982 ,Chen 等 1981 ,Lin 等 1984)。本试
验的测定表明 ,它的体内 PPO活性始终是
各供试品系中最高 ,这对阐明卡州满江红
的多抗性(抗虫 、抗病 、抗螺 、抗藻 、耐荫)提
供了生化分析基础 。在正常光照情况下 ,
满江红萍体生长快 ,能量较充足 ,其叶片表
面细胞结构正常 ,具有较强的自身防御体
系 ,其体内重要的防御性酶如 PPO活性只
要维持在一个相对低的水平就足够了。而
在长时间处于正常生长所需的光强范围之
下时 ,满江红品系体内能量的积累呈负增
长 ,萍体自身的健康状况与防御系统由正
常逐渐趋弱 。出于自我保护机制 ,萍体产
生生理反应 ,增加其体内 PPO活性 ,以防
止外源病 、虫害的侵扰 。本试验所采用的
光强(420 、210和 105μmol m-2 s-1)对满江
红品系生长来说是正常 、基本正常和不足 ,
在经过长时间的处理后 ,不同品系满江红
在不同光照下表现了生理反应差异 ,体内
PPO活性高的品系在光照不足情况下抗霉
腐病强 ,生物量高 ,证实 PPO 是红萍体内
重要的防御性酶类。综上分析 ,体内 PPO
活性高的满江红品系更具抗性 ,它在弱光
下具有阻止病虫害损伤萍体的功能 ,因此
表现为耐荫(图 2)。
图 2　满江红品系在正常及弱光条件下抗病耐荫的生理生化基础示意
Fig.2　The scheme showing the sequence of events of disease resistance and shade tolerance of Azolla strains under
normal or weak illumination condition
　　本试验采用生物学观察和测定结合生
化分析说明 ,满江红不同品系间光照对生物
量及抗霉腐病能力的影响存在差异 ,但只有
在弱光下供试品系间的差异才达到统计学
上显著水平 。红萍耐荫性与其体内 PPO活
性有明显相关 ,这可归因于 PPO 活性高的
满江红品种能抵御病虫入侵 ,使在低光下 ,
萍体本身的生理代谢功能不被破坏 ,从而保
持了较正常的生长能力。
参 考 文 献
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辽宁师范大学出版社 , 208～ 215
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Variation in in vivo Polyphenol Oxidase Activity of Four
Azolla Strains Under Different Illumination Conditions
TANG Long-Fei , ZHONG Hong-Mei and CHEN Jian
(National Azolla Research Center , Fujian Academy of Agricultural Sciences , Fuzhou 350013)
Abstract:Shade tolerance is an impor-
tant physiological index for the selection
of Azolla strains.A biochemical deter-
mination was made in this study to probe
into the variation in the in vivo polyphe-
nol oxidase(PPO)activity of four Azolla
strains , A.carolilnana 3001 , A.mi-
crophylla 4018 , hybrid Azolla 90-4-6
and backcrossed Azolla MH3-1 under
different illumination conditions.The re-
sults showed that illumination affected
the growth rate and resistance of Azolla
against black rot disease , both of which
were lower under weak light (Tables 1 ,
2).Following the decrease of illumina-
tion from 420 to 105 μmol m-2 s-1 , the
PPO activities of four tested Azolla
strains increased (Fig.1).Under weak
illumination , significant correlation(r=
0.9560) was found between Azolla
biomass of tested strains and their in vivo
PPO activity.A.caroliniana 3001 had
the highest PPO activity and biomass ,
backcrossed Azolla MH3-1 had the low-
est PPO activity and biomass(Table 3).
The same tendency has been observed in
the experiment on the induction of black
rot disease.The order of black rot-resis-
tance of these tested strains was A.car-
oliniana 3001> hybrid Azolla90-4-6>
A.microphilla 4018 > backcrossed A-
zolla MH3-1.The relationship between
shade tolerance of Azolla and the in vivo
PPO activityhasbeendiscussed(Fig .2).
Key words:Azolla , shade tolerance , polyphenol oxi-
dase
102 Acta Phytophysiologica Sinica　1999 , 25(1):98～ 102