全 文 ：6苄(基)腺嘌呤和抗坏血酸对渗透胁迫时杨树光
合作用光抑制的影响*
冯玉龙1, 2* * 马永双2 冯志立1
( 1 中国科学院西双版纳热带植物园昆明分部, 昆明 650223; 2 河北大学生命科学学院,保定 071002)
摘要 研究了 6BA和 AsA对渗透胁迫时杨树幼苗叶片光合作用光抑制和活性氧代谢的影响. 结果表
明,渗透胁迫时杨树叶片净光合速率( Pn)和表观量子效率( AQY)降低, 光合作用光抑制加剧,超氧化物歧
化酶( SOD)活性升高, 抗坏血酸过氧化物酶( APX )活性降低, O-!2 产生加快, H2O2 和膜脂过氧化产物丙二
醛( MDA )含量升高. 6BA 和 AsA 预处理使胁迫时叶片 SOD 和 APX 活性升高, O-!2 生成减少 , H2O2 和
MDA含量降低, 同时缓解了光合作用的光抑制.相关分析表明, 杨树叶片活性氧水平和 MDA 含量与 Pn
和 AQY 呈负相关. 胁迫时杨树叶片活性氧的积累与光合作用光抑制有一定关系 , 6BA 和 AsA 对光抑制
的缓解作用与其对活性氧清除系统的促进作用有关.
关键词 杨树无性系 渗透胁迫 光合作用光抑制 活性氧 保护酶 6BA AsA
文章编号 1001- 9332( 2004) 12- 2233- 04 中图分类号 Q945 文献标识码 A
Effects of 6BA and AsA on photosynthesis photoinhibition of attached poplar leaves under osmotic stress of
root. FENG Yulong 1, 2, MA Yongshuang 2, FENG Zhili1( 1K unming Div ision, X ishuangbanna T rop ical Botani
cal Garden , Chinese A cademy of Sciences , K unming 650223, China; 2College of Lif e Science, H ebei Universi
ty , Baoding 071002, China) . Chin. J . A pp l . Ecol . , 2004, 15( 12) : 2233~ 2236.
In order to know more about the relationships betw een photosynthesis photo inhibition and reactive oxygen species
metabolism, the effects of 6benzyladenine ( 6BA) and ascorbate ( AsA ) on net photosynthetic r ate ( Pn) , appar
ent quantum yield ( AQY) , superox ide dismutase ( SOD) and ascorbate perox idase ( APX) activities, O
-!
2 genera
tion rate, and H2O2 and malondialdehyde ( MDA) contents were studied with attached leaves of poplar clone
seedlings under osmotic str ess of root. Under osmotic stress, t he pho tosynthesis photoinhibition of attached poplar
leaves, judged by the significant decrease of Pn and AQY , was aggr avated, and the balance of reactive oxygen
species metabolism w as destroyed. The superox ide dismutase ( SOD) act ivity increased, but asco rbate perox idase
( APX) activit y decr eased. In the meantime, the O
-!
2 generation rate and the contents of H2O2 and malondialde
hyde ( MDA) increased. When osmotic stressed poplar seedlings w ere pretreated w ith 6BA and AsA, the activi
ties of SOD and APX increased, O
-!
2 generation rate and H2O2 and MDA contents decr eased, and photosynthesis
photoinhibition was alleviated. The contents of reactive oxygen species and MDA in poplar leaves w ere negat ively
co rrelated with net photosynthet ic r ate and apparent quantum y ield. It∀ s indicated that the photosynthesis pho
toinhibition of attached leaves of poplar clone seedlings had intrinsic relat ions with the accumulation of reactive
oxygen species under osmo tic stress of root, and the alleviation effects of 6BA and AsA on photosynthesis pho
toinhibition were related to their promotion effects to the scavenging system of reactive oxygen species.
Key words Poplar clone, Osmotic stress, Photosynthesis photoinhibition, Reactive oxygen species, P rotecting
enzymes, 6BA, AsA.
* 国家# 九五∃科技攻关资助项目( 960110102) .
* * 通讯联系人.
2003- 04- 16收稿, 2004- 07- 02接受.
1 引 言
强光在引起植物光抑制的同时, 还会刺激体内
活性氧的产生[ 8, 9] . 强光与其它胁迫同时发生则会
加剧活性氧的生成[ 12] . 因此, 人们将光抑制与活性
氧联系起来[ 21] . 活性氧的产生是光合电子传递的必
然结果[ 1, 12] .叶绿体中分子氧不可避免地被光还原
成O-!2 [ 15] , O-!2 还能进一步转变成 H2O2、1O2、!OH
等活性氧[ 3] . 正常条件下植物能及时清除 O-!2 等有
毒的活性氧, 使其保持在较低的水平[ 3] . 逆境则会
加速活性氧的生成[ 8, 10, 12] , 使其在体内积累, 造成
氧化伤害. 细胞分裂素( CT K)能使保护酶活性增
强,防止有毒活性氧生成, 因此具有防止衰老[ 2, 22]、
抑制盐渍伤害[ 18]及阻止干旱时膜脂过氧化[ 6, 7]等
作用. 抗坏血酸 ( AsA) 是植物体内有效的抗氧化
剂[ 5, 16] ,水分胁迫时其含量降低[ 13, 20, 24] , 外源 AsA
可缓解渗透胁迫引起的膜损伤[ 14, 17] . 研究表明, 杨
树光合作用光抑制与叶片中活性氧的积累有
应 用 生 态 学 报 2004年 12 月 第 15 卷 第 12 期
CHINESE JOURNAL OF APPLIED ECOLOGY , Dec. 2004, 15( 12)%2233~ 2236
关[ 9, 10] .本文通过叶面施用 6BA( CTK 的一种)和
AsA,研究其对根系渗透胁迫的杨树无性系幼苗光
抑制和活性氧代谢的影响, 进一步探讨活性氧和光
抑制的关系,为阐明光抑制机理和探索缓解胁迫伤
害的技术提供依据.
2 材料与方法
21 供试材料
试验材料 为昭林杨 6 号 ( Populus & x iaozhuanica
∋Zhaolin6∀ ) .其培养与渗透胁迫处理见文献[ 10] . 渗透胁迫
处理前一天 20%00分别用含 0 04%吐温20的 25 mmol!L - 1
AsA和 0 25 mmol!L - 16BA 溶液作叶面喷施, 以喷施含吐
温20 的磷酸缓冲液为对照.
22 测定方法
渗透胁迫处理后 1 h 和 8 h( 6BA和 AsA 处理后 13 h 和
20 h)测定成熟叶片的光合参数、活性氧和丙二醛水平, 以及
保护酶活性等,测定方法见文献[ 10] ,每个参数均为 3 个叶片
的 3~ 6 次测定结果的平均值.
3 结果与分析
31 6BA 和 AsA 对渗透胁迫时杨树叶片光合参
数的影响
渗透胁迫时杨树无性系幼苗叶片 Pn 和 AQY
明显低于对照, 6BA 和 AsA 处理可缓解渗透胁迫
对Pn和AQY的影响. - 05 MPa胁迫时, 6BA 和
AsA处理使 Pn 和 AQY 显著高于只胁迫的对照;
- 10 MPa胁迫时, 6BA 和 AsA 处理亦使 Pn 和
AQY 升高. 渗透胁迫 1 h时 Pn和AQY与对照差异
达显著水平; 胁迫 8 h 时 Pn 与对照差异不显著,
AQY 与对照差异显著(图 1a, b) .
32 6BA和 AsA 对渗透胁迫时杨树叶片活性氧
水平的影响
随胁迫强度的增大, O-!2 生成速率和 H2O2 含量
升高, 差异均达到显著水平. 6BA 处理时 O-!2 生成
速率降低不显著, 但H 2O2 含量显著降低, AsA处理
使 O-!2 生成速率和 H2O2 含量均明显降低 (图 1c,
d) . 胁迫时杨树叶片活性氧水平与 Pn和 AQY呈显
著负相关(图 2) .
33 6BA和 AsA 对渗透胁迫时杨树叶片丙二醛
含量的影响
MDA含量随胁迫强度的增大而升高,其变化趋
势与 H2O2 相似. 6BA 和 AsA 处理使 MDA 含量明
显降低(图 3) . 胁迫时杨树叶片 MDA 含量与 Pn和
AQY 呈显著负相关(图 4) .
34 6BA和 AsA 对渗透胁迫时杨树叶片保护酶
活性的影响
渗透胁迫时杨树无性系幼苗叶片 SOD活性升
高,APX 活性降低;胁迫强度越大, SOD活性越高,
APX活性越低. 6BA处理时 SOD和 APX活性显著
图 1 6BA 和 AsA 对渗透胁迫时杨树叶片净光合速率( Pn ) (a)、表观量子效率( AQY) ( b)、O-!2 生成速率( c)和 H2O 2含量( d)的影响
Fig. 1 Ef fects of 6BA and AsA on net photosynthet ic rate ( Pn) (a) , apparent quantum yield ( AQY) ( b) ,O-!2 generation rate ( c) and H2O 2 content ( d)
in leaves of poplar seedlings under osm ot ic st ress of root
每对柱中的第一个柱为渗透胁迫 1 h的测定值,第二个柱为胁迫 8 h的测定值 The first bar of the tw in bars indicates the value measured at 1 h af
t er osmotic stress, the secon d bar indicates the value measured at 8 h after osmot ic st ress* 表示 6BA 或AsA处理与胁迫对照相同时间测定值间差
异显著 P < 005 Indicates significant diff erent betw een the corresponding bars of osmot ic stress and 6BA or AsA pret reatment at P < 005 图中数
据为 3~ 6测定结果的平均值 ( 标准误 T he data are m ean ( SE of 3~ 6 replicates
2234 应 用 生 态 学 报 15卷
图 2 渗透胁迫时杨树叶片 O-!2 的生成速率和 H2O2 含量与 Pn和AQY的关系
Fig. 2 Relat ionships betw een O
-!
2 generat ion rate or H2O2 content an d Pn or AQY in leaves of poplar seedlings under osmotic st ress of root .
Pn= 122546- 1168593& O-!2 generation rate, r = 08679* ; AQY= 00220- 01556& O-!2 generation rate, r = 06969* ; Pn= 120566- 126644& H2O 2 content , r= 08930* ; AQY= 00223- 00178& H2O 2 content , r = 07549* .
图 3 6BA 和 AsA 对渗透胁迫时杨树叶片丙二醛( MDA)含量影响
Fig. 3 Ef fects of 6BA and AsA on malondialdehyde ( MDA) content in
leaves of poplar seedlings under osmotic st ress of root .
图 4 渗透胁迫时杨树叶片 MDA含量与 Pn和AQY的关系
Fig. 4 Relationships betw een MDA contnet and Pn or AQY in leaves of
poplar seedlings un der osmot ic stress of root.
Pn= 112944- 2990492 & MDA content , r = 08550* ; AQY =
02216- 04586& MDA content, r = 07903* .
图 5 6BA 和 AsA 对渗透胁迫时杨树叶片超氧化物歧化酶( SOD)
和抗坏血酸过氧化物酶( APX)活性的影响
Fig. 5 E ffect s of 6BA and AsA on the act ivit ies of superoxide dismutase
( SOD) and ascorbate peroxidase(APX) in leaves of poplar seedlings un
der osmot ic st ress of root .
高于对照.AsA处理对 SOD 活性无显著影响, 但可
使不同胁迫强度下叶片 APX活性显著升高(图 5) .
4 讨 论
渗透胁迫使杨树无性系幼苗叶片 AQY 降低
(图 1b) , 表明发生了光合作用的光抑制[ 9, 19] . 胁迫
时 Pn下降, 使碳同化利用的光能减少、过剩光能增
加.这些过剩光能若不能及时有效地耗散掉,就会通
过多种途径在植物体内产生有毒的活性氧[ 8, 12, 15] .
渗透胁迫时杨树叶片 O-!2 生成速率加快, SOD活性
升高,歧化反应生成的 H 2O2 量增多(图 1c, d 和图
5) . 胁迫时 APX 活性降低 (图 5) , H 2O2 的清除减
少,因此,使其在植物体内积累(图 1d) , 或通过 Fen
ton反应或 HaberWeiss反应产生毒性更大的!OH,
导致膜脂过氧化, M DA 含量升高(图 3) , 膜透性增
大,启动氧化伤害.活性氧代谢失衡进一步影响光合
功能[ 10, 14, 17] .水分胁迫时玉米、小麦叶片保护酶活
性降低, 导致膜脂过氧化[ 6, 7, 24] , 盐渍胁迫时亦有类
似的报道[ 18] . 胁迫对细胞保护酶活性的影响没有固
定的模式,酶活升与降和植物材料、胁迫种类、胁迫
强度及速度等有关. Zhang 等[ 25]、Davis 等[ 4]的研究
结果证明了这一点.
6BA预处理使胁迫时杨树叶片 SOD 和 APX
活性升高 (图 4) , H2O2 和 MDA 含量降低, Pn 和
AQY升高(图 1a) ,缓解了光合作用的光抑制.有关
CTK刺激细胞保护酶活性的报道较多[ 2, 22] ,胁迫时
CTK对 Pn的影响亦有报道[ 6, 7, 17] ,但 CT K对光抑
制影响的报道较少. 本研究结果表明, CTK 可以通
223512 期 冯玉龙等: 6苄(基)腺嘌呤和抗坏血酸对渗透胁迫时杨树光合作用光抑制的影响
过激活细胞保护酶活性, 降低活性氧水平,防止或减
缓膜脂过氧化, 缓解光合作用的光抑制.AsA是植物
体内有效的抗氧化剂[ 5, 16] , 水分胁迫时其含量降
低[ 13, 14, 20, 24] . AsA预处理可延缓水分胁迫时叶绿素
的降解,提高叶绿素含量[ 14, 17] , 维持较高的光系统,
尤其是 PSII的活性与 Pn[ 17] , 缓解光合作用的光抑
制[ 9] .本研究结果表明, AsA 预处理使渗透胁迫时
杨树叶片 O-!2 生成速率降低(图 1c) , APX 活性升高
(图 5) , 导致 H2O2 含量下降(图 1d) , 膜脂过氧化受
到抑制, MDA 含量降低(图 3) .同时, Pn 和 AQY 升
高(图 1a, b) , 缓解了光合作用的光抑制.相关分析
表明, O-!2 生成速率、H2O 和 MDA 含量均与 Pn 和
AQY呈极显著负相关. 保护酶抑制剂或 O-!2 诱导剂
处理使叶片中活性氧水平升高, 光抑制加剧[ 9, 10] .
可见光抑制的发生与活性氧的积累有一定关系.
研究表明, 胁迫早期杨树叶片 Pn 受气孔限制,
随胁迫时间的延长, Pn转受非气孔限制[ 9, 11] , 同时
叶片活性氧水平升高[ 9, 10] . 推测胁迫早期由于气孔
关闭光合作用利用的光能减少, M ehler 反应加快,
活性氧生成增多,随胁迫时间的延长,较高水平的活
性氧进一步引起 Pn降低,导致光合作用光抑制. 保
护酶激活剂 CTK 和抗氧化剂 AsA处理使杨树叶片
活性氧水平降低,缓解了光合作用光抑制,表明活性
氧积累是渗透胁迫时杨树光抑制的主要原因.
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作者简介 冯玉龙, 男, 1964 年生, 博士, 研究员, 主要从事
植物生理生态学、入侵生态学研究, 发表论文 70 多篇. T el:
08715163626; Email: fyl@ x tbg. ac. cn
2236 应 用 生 态 学 报 15卷