全 文 ：干旱胁迫对金盏菊膜脂过氧化
及保护酶活性的影响
谷文众 a ,刘　杨 a ,谷振军b
(中南林业科技大学 a.生命科学与技术学院 ; b.林学院 ,湖南 长沙 410004)
摘　要: 为给金盏菊栽培技术的改进及新种选育提供理论依据 ,在人工模拟持续干旱条件下 ,研究了膜脂
过氧化及保护酶活性等生理指标的变化。研究结果表明 ,金盏菊叶片细胞 1 d内质膜透性增大 ,渗透调节物质
和膜脂过氧化产物也相应增加 , 3～ 5 d内增大趋势不明显 ,其实质是 POD和 CAT活性先上升后下降 ,特别
是干旱维持 7 d时 CAT活性低于对照水平。
关键词: 植物生理生化 ;金盏菊 ;干旱胁迫 ;保护酶
中图分类号: Q945. 78　　　文献标识码: A　　　文章编号: 1003- 8981( 2009) 03- 0079- 03
Effects of Drought Stress on Membrane Lipid Peroxidation
and Protective Enzymes Activity in Calendula off icinalis
GU Wen-zhonga , LIU Yanga, GU Zhen-junb
( a. Co llege o f Life Science& Technolog y; b. For estry Co lleg e,
Centr al South Univ ersity of Fo restry & Techno log y , Chang sha 410004, Hunan, China )
Abstract: In o rder to pr ovide theo retical basis fo r culture techniques improvement and new
species breeding in Calendula off icinalis , changes o f some phy siological indexes w ere
r esea rch ed, fo r exam ple membrane lipid per ox idation and pro tectiv e enzymes activ ity under the
condition of ar tificially stimula ting continuous drought st ress. Th e r esults show ed that cell
membrane permeability of leaf inC . off icinalis was increased in one day , and osmo tic r egulating
substances and products of membrane lipid perox idation w ere increased acco rdingly , which w as
not obv ious in 3- 5 day s. The r eason w as tha t activ ities o f POD and C AT fir st ly w ere increased
and th en decr eased, especia lly C AT ac tiv ity wa s low er than tha t o f CK wh en drought st ress la st
7 days.
Key words: plant physio log y and biochemistry; Calendula of f icinalis; drought str ess;
pro tectiv e enzym e
金盏菊 Calendula of f icina ,菊科金盏菊属 1年生或 2年生草本植物 ,原产欧洲南部 ,世界各地均有栽培 ,喜
光 ,耐寒 ,不择土壤 ,怕炎热天气 ,能自播。金盏菊富含类胡萝卜素、类黄酮、香豆素、香精油等活性成分 [1, 2 ] ,其籽
十八碳三烯酸含量较高 ,在工业上可作为油漆或涂料的粘合剂 ,也可用作活性稀释剂 ,能减少溶剂的挥发 ,降低
对人体和环境的危害 [ 3]。笔者以金盏菊为材料 ,模拟人工干旱条件持续 7 d,旨在探讨水分亏缺情况下膜脂过氧
化及保护酶活性等生理指标的变化过程 ,为金盏菊栽培技术的改进及新种选育提供理论依据。
1　材料与方法
1. 1　材　料
试验材料购于中南林业科技大学株洲校区苗圃 , 1年生 ,株高均为 45 cm ,长势良好。
经济林研究　 2009, 27( 3): 79-81
Nonwood　 Forest　Research 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
收稿日期: 2009-02-26
作者简介: 谷文众 ( 1953- ) ,男 ,湖南耒阳人。 副教授 ,大学 ,主要从事植物生理生化方面的教学与研究工作。
DOI : 10. 14067 /j . cnki . 1003 -8981. 2009. 03. 005
1. 2　处理方法
试验前材料用清水浇灌 ,待叶片舒展后 ,用 20%的 PEG- 6000模拟干旱条件 ,设立对照 ,定期 ( 0, 3, 5, 7 d)
采集叶片样本 , 3次重复测定各生理指标。
1. 3　测定指标及方法
细胞质膜透性的测定参照文献 [4]中的方法进行 ;脯氨酸含量、丙二醛含量、过氧化物酶活力、过氧化氢酶
活力的测定参照文献 [5 ]中的方法进行。
图 1　 PEG模拟干旱对叶片细胞电解质渗透率的影响
Fig. 1　 Ef fect of PEG simulate drought on electrolyte
permeability of leaf cells
图 2　 PEG模拟干旱对脯氨酸含量的影响
Fig. 2　 Ef fect of PEG simulate drought on proline content
图 3　 PEG模拟干旱对丙二醛含量的影响
Fig. 3　 Ef fect of PEG simulate drought on MDA content
2　结果与分析
2. 1　干旱胁迫对金盏菊细胞质膜透性的影响
在模拟持续干旱条件下 ,细胞膜完整性被破坏 ,
半透性丧失 ,电解质及某些小分子有机物大量外渗 ,
细胞物质交换平衡被破坏 ,导致一系列生理生化代谢
紊乱。电解质相对外渗率能反映植物细胞膜受伤害程
度 ,从图 1中可以看出 ,金盏菊干旱胁迫 1 d后 ,叶片
的电解质外渗比对照多 ,胁迫维持至第 3天、第 5天后
外渗又开始上升 ,第 7天外渗急剧增加 ,直至叶片接
近死亡。金盏菊耐旱期限应是 3～ 5 d,这与植物水分
持续亏缺导致细胞自身保护机制丧失有关。
2. 2　干旱胁迫对金盏菊脯氨酸含量的影响
脯氨酸是植物最主要有机渗透调节物质 ,干旱胁
迫使脯氨酸累积增多 ,比对照高出几十倍。 脯氨酸在
抗逆中有 2个作用 ,一是与胞内一些化合物形成聚合
物 ,类似亲水胶体 ,防止原生质水分散失 ,二是与蛋白
质作用增加蛋白质可溶性和减少可溶性蛋白的沉淀 ,
增强蛋白水合作用 ,保持膜结构完整性 [6 ]。 如图 2所
示 ,脯氨酸含量随胁迫天数增加而上升 , 1 d后少许增
加 , 5 d后明显增加 , 7 d后增加到对照的 29. 4倍 ,表
明干旱持续胁迫促进脯氨酸的积累 ,与植物叶片细胞
电解质相对外渗率变化一致。
2. 3　干旱胁迫对金盏菊丙二醛 ( MDA)含量的影响
植物遭受干旱胁迫时活性氧积累超过阈值 ,发生
膜脂过氧化作用 , M DA是膜脂过氧化的产物 ,其含
量的高低反映了细胞膜的受伤害程度。 如图 3所示 ,
M DA含量随干旱持续天数增加逐渐上升 ,干旱 1 d
后 MDA含量上升 ,干旱持续至第 5天 MDA含量达到
顶峰 ,第 7天时 MDA含量下降。 MDA含量最高时为
对照处理的 2. 91倍 ,表明金盏菊受到水分胁迫时叶
片细胞内积累了大量活性氧 ,过氧化作用加剧 ,导致
质膜受伤。
2. 4　干旱胁迫对金盏菊过氧化物酶 ( POD)活性的影响
POD作为胞内抗氧化酶 ,能催化 H2O2与其它物质反应消耗 H2O2 ,降低胞内活性氧的毒害。图 4中试验结
果显示 POD活性先上升后下降 ,维持干旱 1 d后 POD活性上升 , 5 d时达到顶峰 ,是对照组的 1. 85倍。胡哲森
等对锥栗幼苗的研究结果也表明水分胁迫使叶片相对含水量下降 , POD活性上升 [7 ] ;而王晓琦等对亚麻幼苗
的耐旱胁迫研究中 , POD活性是先降后升 [8 ]。 这表明种间差异可能致使 POD活性呈现不同的变化规律。
80 经　　济　　林　　研　　究 第 27卷　
2. 5　干旱胁迫对金盏菊过氧化氢酶 ( CAT)活性的影响
CAT和 PO D能清除细胞内 H2O2 ,不同的是 CAT可以直接催化 H2O2的分解。如图 5中结果显示 , CAT活
性 在干旱持续 1 d后比对照有大辐上升 ,然后在干旱持续 3～ 5 d时下降 ,接近对照水平 , 7 d后低于对照水平 ,
表明水分亏缺抑制了 CAT活性 ,降低了植物对干旱胁迫的保护能力。
图 4　 PEG模拟干旱对过氧化物酶活性影响
Fig. 4　 Ef fect of PEG simulate drought on POD act ivity
图 5　 PEG模拟干旱对过氧化氢酶活性的影响
Fig. 5　 Effect of PEG simulate drought on CAT activity
2. 6　各项生理指标间的相关性
用 EXCEL进行数据相关性分析 ,结果见表 1。由表 1可知 ,在持续干旱胁迫过程中 ,金盏菊叶片细胞电解质
相对外渗率与脯氨酸含量具有较大相关度 ,相关系数达 0. 903 5,即在持续干旱胁迫下 ,质膜损伤、电解质外渗
时 , Pro在胞内积累 ,它是植物体内重要的渗透调节物质。 MDA与 POD活性之间也有明显相关性 ,相关系数达
0. 944 1,即持续干旱胁迫对质膜的损伤 ,也破坏了膜脂过氧化及保护酶的活性。持续干旱胁迫使叶片细胞电解
质外渗率和脯氨酸含量增加 , CAT和 POD的活性反而降低 ,即伤害了膜脂过氧化及保护酶的作用。
表 1　金盏菊干旱胁迫中各生理指标间的相关性
Table 1　Relativity of all physiological parameters inCalendula of f icina under drought Stress
指　标
Id ex
电解质相对外渗率
Elect rolyte permeabi lit y
脯氨酸含量
Proline con tent
丙二醛含量
MDA con tent
过氧化物酶活性
POD conten t
过氧化氢酶活性
CAT activity
电解质相对外渗率
Elect rolyte permeabili ty
R= 1
脯氨酸含量 Proline con tent R= 0. 903 5 R= 1
丙二醛含量 M DA conten t R= - 0. 201 5 R= 0. 193 2 R= 1
过氧化物酶活性 POD activity R= - 0. 089 6 R= 0. 242 3 R= 0. 944 1 R= 1
过氧化氢酶活性 CAT activi ty R= - 0. 880 2 R= - 0. 889 1 R= - 0. 199 2 R= - 0. 360 1 R= 1
3　讨　论
复杂的有机体 ,具有种间差异 ,干旱胁迫的适应是多种因素协调的结果。在 PEG模拟干旱条件下 , 1 d内质
膜透性增大 ,渗透调节物质和膜脂过氧化产物相应增加 , 3～ 5 d内增大趋势不明显 ,为轻度水分胁迫。 这期间
各保护酶系统相互作用 ,使得电解质外渗情况并不严重。随着逆境加剧 ,超过植物自身的抗逆机能 ,电解质的外
渗骤然增大 ,细胞永久性损伤。其实质是由于脯氨酸合成途径主要为谷氨酸途径 [9 ] ,在持续干旱胁迫情况下 ,植
物增加了脯氨酸合成酶基因的表达 ,抑制了脯氨酸降解酶的活性 [10 ] ,脯氨酸含量总体呈上升趋势 ,胁迫前期增
幅较为平稳 ,逆境达到一定程度后 ,在 5 d内大量合成有效渗透调节物质。多数研究观点认为干旱造成的膜损
伤是膜脂过氧化引起的。王邦锡等发现渗透胁迫下随着叶片细胞膜损伤的加剧 ,膜脂过氧化程度反而下降 ,他
们认为膜损伤不是由膜脂过氧化引起的。 有文献中指出高等植物中脂类过氧化物有多种不同的代谢途径 [11 ] ,
有些途径不产生丙二醛 ,因此不能仅凭在植物中丙二醛的量来判断脂类过氧化程度的高低。自然情况下金盏菊
为适应干旱胁迫 , POD和 CAT活性均有上升 ,以清除胞内活性氧。这 2种酶起到保护细胞的作用 ,但存在一个
阈值 ,酶活性达到峰值后便回落。这可能是因为过度水分胁迫致使 POD和 CA T的合成受到抑制。应用分子生
物学技术研究 POD和 CAT的基因表达 ,是提高植物抗旱能力研究的一种思路。
(下转至第 97页 )
81第 3期 谷文众等: 干旱胁迫对金盏菊膜脂过氧化及保护酶活性的影响
植物遭受逆境胁迫时 ,膜结构首先受损。 Dex ter等人 [ 8]最早使用电导法测定植物的抗性 ; Sukumararan等
人 [9 ]提出了电解质透出率达 50%时的温度为半致死温度 ( LT50)的观点 ,这在植物抗寒性的鉴定中已得以广泛
的应用 [10～ 12 ]。干旱胁迫会引发膜脂过氧化 ,造成细胞膜系统的损伤 ,膜透性增加 [ 13]。女贞叶片无论在低温还是
干燥条件下 ,电解质渗出率的变化均较小 ,说明其抗低温和干旱的能力较强 ;而金叶女贞叶片在干燥条件下电
解质渗出率增加较多 ,说明其抗旱能力较差 ;金边女贞叶片在低温条件下电解质渗出率的增加较多 ,说明其抗
寒能力较差。
三种女贞叶片的结构和渗透调节能力的差异与其抗逆能力也有关系。金叶女贞的气孔数量和开度均较大 ,
且角质层较薄 ,这是其容易蒸腾失水的主要原因。金边女贞的渗透调节物质含量较少 ,其束缚水与自由水的比
值较低 ,因而容易受到低温的伤害。
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[本文编校:伍敏涛 ]
(上接第 81页 )
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[本文编校:闻　丽 ]
97第 3期 杨晓玲等:三种女贞叶片几个抗性生理指标的比较分析