全 文 ：收稿日期:2011 － 03 － 21;修回日期:2011 － 04 － 14
基金项目:“贵州省优秀青年科技人才培养对象专项资金”应用蛋白质组技术研究葡萄对锌锰元素的富集机制(黔科合人字(2009)04 号)
作者简介:尹文彦 (1986 －) ，男，安徽省亳州市人，硕士研究生，研究方向:果树生理与分子生物学，E-mail:wenyan19861106@ 163. com;
通讯作者:姚银安，博士，教授，E-mail:yaoyinan0430@ 163． com。
doi∶10． 3969 / j. issn. 2095 － 1736． 2012. 01. 051
锰对葡萄根中离子吸收及抗氧化酶系统的影响
尹文彦1，姚银安2
(1． 贵州大学 喀斯特山地果树资源研究所，贵阳 550025;2． 贵州大学农学院，贵阳 550025)
摘 要:以 2 个葡萄品种(金手指、康拜尔)为材料，采用温室沙培实验，研究不同浓度 Mn处理对葡萄根中离子吸收
及抗氧化酶活性的影响。结果表明，随着 Mn2 +浓度的增大，葡萄根中元素含量呈现不同的变化，总体上看 Ca和 Mg
的含量降低，Mn、Cu和 Zn的含量增加，Fe含量则随锰处理浓度增加呈先下降后略有升高的趋势。在抗氧化系统中
POD活性随 Mn浓度的升高而逐渐降低，而 CAT和 APX酶活性呈先升高后降低的趋势，SOD活性变化不大，说明保
护酶系统形成了一定的适应高锰胁迫的机制，这些抗氧化酶活性的增强能够提高葡萄适应和抵抗重金属胁迫的能
力。
关键词:葡萄;锰;离子吸收;抗氧化酶系统
中图分类号:Q948;X173 文献标识码:A 文章编号:2095 － 1736(2012)01 － 0051 － 03
Effects of Mn on the ion absorption and activity
of antioxidant enzymes system in the roots of grape
YIN Wen-yan1，YAO Yin-an2
(1． Research Institute for Fruit Resources of Karst Mountain Region，Guizhou University，Guiyang 550025;
2． College of Agriculture，Guizhou Vniversity，Guiyang 550025，China)
Abstract:Taking two grape varieties(Gold Finger and Campbell)as material，a sand culture experiment in greenhouse was carried out
to study effects of various Mn stress on ion absorption and antioxidant enzyme system of grape roots． The results showed that with the in-
crease concentrations of Mn2 +，the element content in grape roots showed different changes，in general，the contents of Ca and Mg
were low levels，contents of Mn，Cu and Zn increased，while the Fe content declined first and then rose slightly with the rising of man-
ganese concentration． The activity of POD with the rising of Mn concentration was decreasing，while the CAT and APX enzyme activi-
ties rose first and then declined． SOD maintained stability．
Keywords:grape;Mn;ion absorption;antioxidant enzyme system
锰是植物生长和发育的必需微量元素，但过量的
锰也对植物有毒害作用。过量的锰抑制植物的生长，
扰乱营养元素的平衡，以及扰乱植物体内抗氧化系统
和活性氧代谢平衡［1］。为了避免这种氧化伤害，在逆
境中植物会有效启动抗氧化体系尤其是高效激活相关
抗氧化酶活性，有效清除体内的活性氧及有毒的过氧
化物，使体系的氧化和抗氧化之间达到平衡，对植物有
效耐受重金属胁迫起到重要作用［2］。
很多研究表明中国南方地区酸性土壤锰的危害可
能是仅次于铝素毒害［3］。已有研究报道葡萄是对 Mn
毒非常敏感的果树之一，葡萄在中国南方地区推广面
积逐步增大，然而关于锰毒对葡萄根系生理毒害的研
究却很少报道。本研究采用沙培法研究不同锰浓度处
理下葡萄根中离子吸收及抗氧化酶活性变化，旨在深
入了解葡萄对锰耐受性机制以及锰重金属吸收与富集
规律，对于生产优质、安全的绿色有机果品具有重要意
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义，从而也能给果树的生产提供一定的理论依据。
1 材料与方法
1. 1 供试材料
试验在贵州大学农学院温室进行。供试葡萄品
种:金手指(山东春光园艺场购得) ;康拜尔(凌海市永
盛苗木种植专业合作社购得)。
1. 2 试验设计
本实验采用沙培法以珍珠岩、珍珠沙和蛭石作为
基质以 1∶ 1∶ 1 混匀并移入箱中。将一年生葡萄嫁接苗
移入箱中，每箱 8 株。试验设 4 个锰处理，用硫酸锰
(MnSO4·H2O)分析纯配成 Mn
2 +溶液的形式浇入，其
Mn2 +含量分别 0、5、10、15 g /L，每 2 d 浇一次已加入不
同 Mn 浓度的 Hoagland 营养液 5 L /箱(溶液 pH 值用
HCl调至 5. 5 ± 0. 2)。实验采用完全随机设计，3 个重
复，3 个月后对各项指标进行测定。
1. 3 测定项目和方法
葡萄根中铜、钙、镁、铁、锰、锌元素的含量采用原
子吸收分光光度计法［4］，超氧化物歧化酶(SOD)活性
测定采用氮蓝四唑法［5］，过氧化物酶(POD)活性测定
采用愈创木酚法［5］，过氧化氢酶(CAT)活性测定采用
紫外吸收法［6］，抗坏血酸过氧化物酶(APX)活性测定
参照高俊凤［6］的方法。
应用 DPS 数据处理系统处理数据，并进行方差分
析及最小显著差异性检验(LSD 法) (P ＜ 0. 05) ，用
Microsoft Excel软件制图。
2 结果与分析
2. 1 葡萄根中锰积累与其它离子吸收的关系
2. 1. 1 锰胁迫对葡萄根中锰及钙、镁吸收的影响
在沙培条件下，随着锰处理浓度的升高葡萄根中
锰含量随之升高(图 1A)。两葡萄品种各处理锰含量
均显著高于对照，与对照相比金手指葡萄分别提高了
11. 4、26. 7 与 21. 7 倍;康贝尔葡萄提高了 11. 4、24. 4
与 20. 2 倍，各处理之间也差异显著，两葡萄根中锰含
量变化趋势也是一样的。
图 1B可以看出，高锰处理降低了葡萄根中 Ca 的
含量。金手指葡萄除锰浓度在 15 g /L 时 Ca 含量与对
照相当且无显著差异外，其他各处理均显著降低，依次
下降的只有对照的 71. 7%与 73. 1%;而康拜尔葡萄各
处理与对照相比 Ca含量均显著下降，与对照相比分别
下降了 40. 9%、34. 1%与 39. 2%，但各处理之间 Ca 含
量变化差异不是很大。
图 1C所示，高锰对镁的吸收具有明显的抑制作
用，显著降低了两葡萄根中 Mg 含量，尤其是金手指葡
萄在 10 g /L 锰处理时降到最低，此时只有对照的
40. 6%;而康拜尔根中 Mg含量在 5 g /L时只有对照的
54. 5%，其他处理 Mg含量变化不大。但随着锰浓度的
升高 Mg 含量变化基本上是先降后又略有上升的趋
势。
图 1 锰对葡萄根 Mn、Ca、Mg、Fe、Zn和 Cu含量的影响
Fig 1 The effect of manganese on Mn，Ca，Mg，Fe，Zn
and Cu content of grape roots
误差线为标准误差;不同字母表示差异显著(P ＜ 0. 05) ;下同。
2. 1. 2 锰胁迫对铁、铜、锌吸收的影响
图 1D表明，随着 Mn 浓度水平的提高，两葡萄根
中 Fe含量变化都很显著，无论是金手指葡萄还是康拜
尔基本上都是先降后升的趋势。对于金手指葡萄，锰
浓度在 5 g /L时显著下降，与对照相比下降了 38. 3%，
其余两个处理之间变化不大但都显著高于对照;而康
拜尔各处理 Fe含量都显著低于对照，尤其是锰浓度在
5 g /L时 Fe含量下降了 2. 37 倍。
图 1E可以看出，两种葡萄根中 Cu 含量随锰浓度
的升高呈先升后降的趋势。金手指根中各处理浓度
Cu含量均显著高于对照，与对照相比分别提高了
32. 6%、78. 1%与 25. 9%;而康拜尔除锰浓度在 15 g /L
时低于对照外，其他两个处理也均明显高于对照。
图 1F 显示，随锰浓度水平的升高 Zn 含量的变化
和铜一样都呈先升高后降低的趋势，并且两葡萄品种
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变化趋势也是一样的，但是与 Cu相比锰胁迫下两葡萄
根对 Zn的吸收能力远高于 Cu。金手指根中各锰处理
Zn含量都显著高于对照，分别是对照的 2. 8、17. 9 与
1. 5 倍;而康拜尔根中除锰处理在 15 g /L 时低于对照
是 52. 7%外，其他两个锰处理 Zn含量分别比对照提高
了 9. 1%与 33. 6%。
2. 2 锰胁迫对抗氧化酶系统的影响
植物体内的 SOD、POD、CAT 和 APX 是抗氧化系
统中重要的抗氧化酶，在清除逆境诱导产生的活性氧
自由基和减轻细胞伤害等方面起着重要作用。
图 2 锰对葡萄根 SOD、CAT、APX和 POD活性的影响
Fig 2 The effect of manganese on SOD，CAT，APX
and POD activity of grape roots
植物在氧化胁迫下超氧化物歧化酶(SOD)通常是
第一个反应。图 2A所示，不同浓度锰处理葡萄后，在
10 g /L 处理时两葡萄品种 SOD 活性与对照相比略有
所降低，虽然其他处理 SOD 酶活性都有所提高，但与
对照差异不显著，两葡萄酶活性变化也不大。图 2B显
示，两葡萄根中 CAT活性均表现为先升高后降低的趋
势，且各处理浓度均明显高于对照，在金手指根中各处
理 CAT活性分别比对照提高了 4. 4、3. 5 与 2. 3 倍，康
拜尔分别提高了 1. 2、2. 5 与 1. 1 倍。由图 2B 也可以
看出，CAT活性在两葡萄锰胁迫响应上有点差异，金手
指在 5g /L 时活性最高，而康拜尔在 10g /L 时活性最
高。APX也是清除活性氧和过氧化氢的重要的酶，葡
萄两品种在锰毒害较轻时(5 g /L) ，诱导了 APX 活性
增加，与对照相比金手指根中 APX 活性提高了
61. 3%，康拜尔提高了 61%。然而随锰浓度的升高，在
高于 10 g /L时却抑制了 APX的活性，金手指根中 APX
活性只有对照的 40. 4%和 18. 3%，而康拜尔只有对照
的 83%和 32%(图 2C)。图 2D显示，POD活性随锰浓
度的升高呈逐渐下降的趋势，可见高锰显著抑制了葡
萄根中 POD的活性。尤其是在锰浓度为 15 g /L 时金
手指根中 POD活性下降的只有对照的 19%，康拜尔只
有对照的 19. 4%。
3 讨论
随着环境供锰量增加，葡萄对锰的吸收也迅速增
加，使两葡萄根中对锰的积累也均显著增加(图 1A)。
由于Mn2 +和 Ca2 +具有相似的电化学特性，环境过量的
锰存在必然抑制植株对 Ca2 +的吸收［7］，使葡萄根中 Ca
含量降低。然而金手指根在锰浓度 15 g /L 时 Ca 含量
却与对照相当且略高于对照，可能主要是为了平衡体
内 Mn的大量积累以及稳定膜的结构，进而缓解锰毒
对葡萄体内的伤害。植物吸收营养元素过程中存在
Mn、Fe拮抗作用［8］，供锰过量引起植物体内 Fe含量下
降。同时高锰也降低植物对镁的吸收［9］，Mn2 +半径介
于 Ca2 +与 Mg2 +之间且与 Fe2 +相近，故可能与 Mg2 +、
Ca2 +和 Fe2 +在植物根部具有相同的结合位点，并且
Mn2 +的结合能力较强［10］，所以高浓度的 Mn2 +抑制了
Mg2 +和 Fe2 +的吸收，这与本试验结果一致。
植物体内金属离子是酶的重要辅因子，如醇脱氢
酶、色氨酸合成酶等含锌，而多酚氧化酶含铜，高锰条
件下使 IAA 氧化酶和多酚氧化酶活性提高［11］。同时
锌离子具有保护膜免受氧化损伤的作用，能避免细胞
的膜渗漏［12］。因此，高锰胁迫可能间接地增强了植株
对 Cu、Zn的吸收，具体原因还需进一步研究。
在植物中，主要清除活性氧的酶有 SOD、CAT 和
APX，SOD把活性氧转变成 H2O2，然后 CAT、APX 和抗
坏血酸一起将 H2O2转变成 H2 O。POD 的主要功能不
是清除活性氧，而是以 H2O2为反应底物而产生氧化产
物，因而也常把它看作活性氧清除酶［13］。本实验结果
显示，低浓度的 Mn2 +激活了葡萄根中的活性氧清除系
统，表现为锰胁迫在 5 g /L 时葡萄根中 SOD、CAT 和
APX 3 种抗氧化酶活性均有不同程度升高，其中 CAT
和 APX更显著。说明这两个葡萄品种的抗氧化能力
得到提高，这是葡萄对锰胁迫因子的一种保护性应激
反应，清除了活性氧等各种自由基的大量积累，减轻了
膜脂过氧化作用。但随着锰胁迫浓度的增大，抗氧化
酶系统本身的协调性逐渐丧失，酶活性开始被抑制呈
下降的趋势，表明高锰处理可能积累了过量的活性氧，
继而产生过多的 H2O2。H2O2可引起 SA的积累
［14］，SA
又可抑制酶的活性［15］，从而使活性氧和防御系统的动
态平衡遭到了破坏，因而抑制了酶的活性，具体原因尚
需进一步研究。 (下转 36 页)
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后，有利于底物的溶解，另一方面可能是产海因酶的
SHNU01 细胞有较好的耐高温能力，又加上载体基质
的保护降低了酶的变性速度，从而使酶促反应的速度
也有了较大的提高。
在实验中我们也发现，在包埋固定的过程中 PVA
的浓度过高或过低都对酶活的发挥不利。分析其原因
可能是 PVA浓度过低，固定化细胞的机械强度也随之
下降，在反应过程中容易破碎，造成细胞的流失，从而
使之活力较低。PVA浓度过高时，虽然机械强度很好，
但是由于底物在反应过程中所受到的传质阻力较大，
所以也表现为活力下降。
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(上接 53 页)
SOD、CAT和 APX三者的活性协调一致，表现出 3
种酶在锰胁迫下适应性调节过程中的协同作用。然而
与其他三种酶活性不同的是 POD活性随 Mn浓度的升
高而呈降低趋势，这可能是因为 CAT 或 APX 可能是
Mn累积植物清除 Mn毒产生的 H2O2的关键酶，而 POD
却不是，其原因尚需作进一步研究。
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