全 文 ：　2010年 20(2) 生　物　技　术　
实验浓度范围内 ,磷浓度的增加也促进了底栖硅藻在第 5d和
15d的蛋白积累。说明除氮元素以外磷元素的高低对底栖硅
藻蛋白的积累也有明显影响。
多糖是海洋微藻胞外多聚物(EPS)的主要成分 [ 18] ,在水
产养殖特别是鲍鱼育苗过程中具有重要作用 [ 13] 。有研究指
出 , 培养液中营养盐浓度的限制有利于藻细胞胞外物质的积
累 [ 19] 。而本实验中通过测定培养不同天数的底栖硅藻胞外多
糖含量发现 , 氮浓度的增加与硅藻胞外可溶性多糖的分泌成
正相关。继续补充试验表明 , 当培养的氮浓度进一步增加到
1.5g/l时 ,底栖硅藻细胞整个生长期中多糖含量均较高 , 可以
到达 104.3 ～ 105.8μg/ml。国外有学者指出 , 底栖硅藻在 “卫
星细菌”存在的条件下生物量和多糖的分泌会有显著的提
高 [ 20] 。而本实验在无菌培养条件下进行 , 随着硝酸氮浓度的
增加 , 硅藻 Nitzschia.constricta的胞外多糖分泌也得到了相同
的结果。但是磷元素浓度的高低对底栖硅藻胞外多糖的积累
作用相反 , 总体来说 ,低磷浓度有助于促进底栖硅藻胞外多糖
的积累 , 这与前人的研究结果相似 [ 19] 。
在实验浓度范围内营养盐浓度的增加促进底栖硅藻生物
量的增加。当氮浓度大于 75mg/l时 , 叶绿素 a含量增加不明
显 , 而磷浓度的增加明显影响了叶绿素 a含量的增加。说明
此种分离得到的野生底栖硅藻适宜较高的营养盐浓度。 另
外 , 高浓度的营养盐对促进底栖硅藻营养成分的积累也具有
积极影响 , 从而为此种分离得到的野生底栖硅藻在育苗生产
上的大规模应用提供了理论基础。
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淹水胁迫对铺地黍几种保护酶活性的影响
詹嘉红 1 ,林建平 2 ,蓝宗辉 1(1.韩山师范学院生物系 , 广东 潮州 521041;2.广州地理研究所 , 广东 广州 510070)
摘要:目的:探讨淹水胁迫对铺地黍几种保护酶活性的影响。方法:通过模拟试验 , 研究不同淹水时间对铺地黍体内超氧化
物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)、过氧化物酶(POD)及多酚氧化酶(PPO)活性的影响。结果:在淹水胁迫前期 , 铺地黍体内
SOD、CAT和 PPO活性总体表现为升高的变化特征。之后 , 随着胁迫时间的延长 , 3种酶活性均逐渐降低 , 在淹水 5w时 , SOD、
CAT和 PPO活性分别为对照的 38.7%、50.3%和 178.2%。而在整个淹水期间 POD活性则一直呈升高的趋势。结论:几种保护
酶对淹水胁迫的响应能力有差异 ,其中 SOD、CAT活性的变化可作为铺地黍对淹水反应的生理指标。
关键词:淹水胁迫;铺地黍;保护酶;消落带
中图分类号:Q945　　文献标识码:A　　文章编号:1004-311X(2010)02-0067-03EfectsofWaterloggingStressontheActivityofSomeProtectiveEnzymesinPanicumrepens
ZHANJia-hong1 , LINJian-ping2 , LANZong-hui1
(1.DepartmentofBiology, HanshanNormalColege, Chaozhou521041, China;2.GuangzhouInstituteofGeography, Guangzhou510070, China)
Abstract:Objective:ItwastosearchtheactivityofprotectiveenzymestowaterloggingstressonPanicumrepens.Method:Inthispaper,
theeffectsofvariouswaterloggingtimelengthontheactivityofsuperoxidedismutase(SOD), catalase(CAT), peroxidase(POD)and
polyphenoloxidase(PPO)inPanicumrepenswerestudiedbysimulatedexperiment.Result:TheactivityofSOD, CATandPODtended
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toincreaseunderwaterloggingstressatearlydays.Asthetimeoftreatmentincreased, theactivityofthethreeenzymeswasdecreased
gradualy, whenPanicumrepensweretreatedforfiveweeks, theactivityofSOD, CATandPODwas38.7% , 50.3%, 178.2% ofthe
control.WhilethePODactivityalwaysincreasedduringthewholeperiodofwaterloggingstress.Conclusion:Theresponsibilityofsome
protectiveenzymestowaterloggingstressisdiferent, changesofSOD, CATactivitycouldbeusedasphysiologicalindicatorsofPanicum
repenstowaterloggingreaction.
Keywords:waterloggingstress;Panicumrepens;protectiveenzymes;water-fluctuatingzone
收稿日期:2009-09-12;修回日期:2009-11-02
基金项目:广东省自然科学基金项目(“几种抗旱耐淹性植物组合护坡
效应研究 ” , 07000597)资助
作者简介:詹嘉红(1963-),女 , 副教授 ,从事生物化学研究 , Email:
zhanjhong@ 163.com。
　　铺地黍(Panicumrepens)别名匍地黍 、硬骨草 、风台草等 ,
是广泛分布在热带和亚热带的一种多年生禾草 [ 1] , 常见于海
边 、溪边及潮湿地 , 是一种较能适应水淹环境的物种。廖世
纯 [ 2]等人调查发现 , 铺地黍也是水库消落带的常见物种 , 有
耐淹 、耐压又相对耐旱的特点。该草是水库消落带植被恢复
的优良植物之一 。
水库消落带 ,是指库岸由于季节性水位涨落而使周边被
淹没土地出露水面的一段特殊区域。由于受季节性水涨水落
的影响 , 消落带水位升降淹露交替 , 生境条件极其恶劣 , 一般
水生植物和陆生植物难以生长 [ 3] , 这就使得水库库岸消落带
植被恢复成为世界性难题 [ 4] 。因此 , 在以植被恢复为主要手
段的治理中 , 筛选适应消落带特殊环境条件的植物种类 , 就成
为消落带生态环境治理的关键。已有研究表明 , 李氏禾 [ 4] 、香
根草 、菖蒲 、空心莲子草 [ 5 , 6] 、铺地黍 [ 2] 、水蓼 [ 7] 、牛鞭草 [ 8]等
草本植物都有很强的水淹耐受能力 , 可应用于库岸消落带的
生态治理。而以往对这些耐淹植物的研究多集中在形态变化
及生态分布上 , 从生理学影响的角度 ,尤其是对其保护酶活性
的影响方面则研究较少。本实验选取有抗旱耐淹能力的铺地
黍为研究对象 , 探索不同水淹时长处理对铺地黍体内超氧化
物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)、过氧化物酶(POD)和多
酚氧化酶(PPO)活性的影响 , 为认识铺地黍对淹水生境的适
应机制以及在消落带植被恢复的物种筛选上提供参考。
1　材料与方法
1.1　供试材料
铺地黍采自潮州市岗山水库边。采集生长旺盛 、长势相
近且根系完整的幼苗栽种于塑料沙盆中 , 复壮 15d后 , 选取其
中生长良好且长势相近的 24盆植株进行淹水处理。
1.2　实验设计
淹水处理参考陈芳清 [ 7]等的实验设计。把 24盆植株分
为 6组 , 每组 4盆。其中 5组用作水淹处理 ,分别水淹 1w、2w、
3w、4w、5w。水淹处理按间隔 1w时间逐批放入塑料桶中进行
没顶淹水处理。另外 1组作为对照组。水淹处理每天更换水
1次 ,对照处理每天浇水 1次。
1.3　酶活性测定方法
1.3.1　粗酶液的提取
剪取各处理组的地上部分约 0.5g, 分别加入少量预冷的
50mmol· L-1 pH7.8的磷酸缓冲液(内含质量体积分数 1%的
PVP), 冰浴研磨至匀浆后定容至 25mL, 于 4℃冰箱中静置
30min后过滤 ,滤液即为待测酶液。
1.3.2　酶活性测定
SOD活性的测定采用氮蓝四唑(NBT)法 [ 9] , CAT活性的
测定采用紫外吸收法 [ 10] , POD活性的测定采用愈创木酚
法 [ 11] , PPO活性的测定采用邻苯二酚法 [ 9] 。每一个指标的测
定采取同时取样 、同时测定的方法。
2　结果与分析
2.1　淹水对铺地黍 SOD活性的影响
由图 1可见 , 在整个设定的淹水时间内 , 铺地黍体内 SOD
活性呈先升后降的变化趋势。在淹水胁迫初期 , SOD活性迅
速升高 ,到了淹水第 2w时 , 酶活性达到最大 , 为对照的 1.99
倍。随着淹水时间延长 , SOD活性呈现快速下降趋势 , 到了淹
水第 3w, SOD活性虽比第 2w时明显降低 , 但仍然高于对照。
在淹水第 5w, SOD活性降至最低 , 仅为对照的 38.7%。 SOD
是清除超氧化物自由基的金属酶 , 在淹水胁迫下 , 植物体内超
氧化物自由基会大大增加。在淹水初期 , 即轻度或中度胁迫
下 ,植物可通过增强 SOD活性来清除有害的自由基 ,这也反映
了植物的一种应激性现象 , 但到了淹水后期 , 即重度胁迫下 ,
由于胁迫超过了植物的耐受能力 , 因而酶活性反而下降 , 这与
钟雪花 [ 12]等人研究的淹水胁迫对油菜 SOD活性影响的变化
趋势是一致的。
图 1　淹水胁迫对铺地黍 SOD活性的影响
Fig.1　EfectofwaterloggingstreeonSODactivityinPanicumrepens
2.2　淹水对铺地黍 CAT活性的影响
从图 2可以看出 , 铺地黍 CAT活性的变化与 SOD相似 ,
随着淹水时间延长也呈先升后降趋势。在淹水第 1w时 , CAT
活性即达到最大值 , 为对照的 1.26倍。之后 , 随着淹水时间
延长 , CAT活性呈下降趋势 , 在淹水的第 1～ 3w, 酶活性下降比
较缓慢 ,第 3w的酶活性仍略高于对照 , 以后快速下降 , 第 5w
时酶活性降至最低 , 为对照的 50.3%。 CAT的主要生理作用
是催化 H2O2分解为 H2O和 O2 ,使 H2O2不致与 O-·2 在铁螯合
物作用下反应生成非常有害的· OH。结果表明 , 短期胁迫时
铺地黍体内产生的 H2O2是通过诱导 CAT的合成 、提高 CAT
活性来清除的。
图 2　淹水胁迫对铺地黍 CAT活性的影响
Fig.2　EfectofwaterloggingstreeonCATactivityinPanicumrepens
2.3　淹水对铺地黍 POD活性的影响
图 3显示 ,在淹水胁迫时间内 , POD活性始终高于对照 ,
且随着淹水时间的延长表现出逐渐增加的趋势。在淹水第 1w
时 , POD活性上升最快 , 接近对照的 2倍 , 在第 1 ～ 3w, 酶活性
上升比较缓慢 , 到第 5w时酶活性达到最大值 , 为对照的 2.62
倍。 POD是植物体内普遍存在的 、活性较高的一种抗氧化酶 ,
它能分解植物体内过多的过氧化物。实验结果表明 , 淹水胁
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迫对铺地黍体内 POD活性有较强且持久的诱导能力。
图 3　淹水胁迫对铺地黍 POD活性的影响
Fig.3　EfectofwaterloggingstreeonPODactivityinPanicumrepens
2.4　淹水对铺地黍 PPO活性的影响
从图 4可见 , 淹水对铺地黍 PPO活性的影响与对 SOD、
CAT活性的影响相似 ,均呈先升后降的趋势。在淹水前 2w, 随
着淹水时间的延长 ,酶活性逐渐上升 , 到了第 2 ～ 3w酶活性急
剧上升 , 到第 3w时酶活性达到最大 , 为对照的 2.41倍 , 之后 ,
酶活性便缓慢下降 ,到第 5w时酶活性比最大值减少 25%, 但
仍为对照 1.78倍。 PPO是植物体酚类物质氧化的主要酶类 ,
在淹水胁迫下 , 铺地黍体内可能产生了一定数量的酚类物质 ,
从而诱导 PPO活性的上升。这对清除植物细胞内的酚类物质
及 O-·2 ,避免细胞膜系统的损伤具有重要意义。
图 4　淹水胁迫对铺地黍 PPO活性的影响
Fig.4　EfectofwaterloggingstreeonPPOactivityinPanicumrepens
3　讨论
在没顶水淹条件下 , 植物遭受的最大胁迫是缺氧。在长
期的进化和适应过程中 , 耐淹性植物形成了各种抗缺氧胁迫
的相应机制 , 大致可归纳为对缺氧胁迫的避性和耐性。避缺
氧性是植物的一种主动 、积极的抗性方式 , 而耐缺氧性则是一
种被动的抗性方式 , 但对于在严重缺氧条件下保证种的延续
是有利的 [ 13] 。缺氧后 ,正常植物细胞原本存在的活性氧产生
与清除的动态平衡就会遭到破坏 , 为了防止淹水胁迫导致的
活性氧积累对植物造成的伤害 ,植物依赖自身的保护酶系统 ,
如升高 SOD、CAT和 POD等酶活性来清除植物在淹水胁迫下
积累的活性氧 , 其中 , SOD的重要作用是消除 O-·2 , 而 POD和CAT则主要是清除经 SOD歧化和 Habei-Weiss反应而产生
的 H
2
O
2
与· OH, 以避免它们对细胞的伤害 [ 14] , 而整个保护
酶系统的防御能力则取决于这几种酶彼此协调的综合结果。
本研究表明 , 在淹水胁迫前期 , 铺地黍体内 SOD、CAT、
POD和 PPO活性总体表现为升高的变化特征 , 且各酶活性均
高于对照组 , 说明几种酶的协同作用使活性氧维持在一个低
的水平 , 此时 ,铺地黍的外部形态特征与对照组差异不大 , 表
明短时间的水淹对其没影响 ,也说明铺地黍在一定时间内有
较强的耐淹性。但各种酶活性升高的变化特征 , 尤其是表现
出最高活性的时间不同 , CAT在淹水 1w时即达到最高活性 ,
而 SOD和 PPO分别在第 2、4w时才达到最大 , 表明这几种酶
对淹水胁迫的响应能力不同 ,同时也说明不同酶对淹水胁迫
的敏感性有差异 , 其中以 CAT最敏感 , 这点与晏斌 [ 15]等在玉
米叶片涝渍伤害实验中的结论是一致的。随着胁迫时间的延
长 , SOD、CAT和 PPO的活性均表现为降低的变化特征 , 而
POD则一直维持升高的态势 ,然而 , POD活性的升高并没有导
致铺地黍对淹水胁迫耐性的增加。到淹水第 5w时 , SOD和
CAT活性仅为对照的 38.7%和 50.3%, 而 PPO活性虽然有所
降低 ,但仍为对照的 178.2%,而 POD却高达对照的 262.4%,
但此时的植株已出现叶片黄烂 、茎软的严重伤害表征 , 说明试
验胁迫后期 , 已超出铺地黍保护酶清除活性氧的生理耐受性
范围 ,从而导致 SOD和 CAT活性降低;然而 , 水淹后生理指标
的异常变化最终应与植株的形态受害症状变化相映证 [ 16] ,试
验后期 POD和 PPO出现的异常活性 ,结合植株的形态受害症
状变化 ,提示高活性的 POD和 PPO实际是植株受害的一种表
现。赵丽英 [ 17]等认为 , POD的作用具有双重性 , 一方面可在
逆境或衰老初期表达 , 清除 H2O2 , 表现为保护效应;另一方面POD也可在逆境或衰老后期表达 , 参与活性氧的生成 、叶绿素
的降解 ,并能引发膜脂过氧化作用 , 表现为伤害效应。本试验
后期 POD和 PPO的这种异常表现正符合后者。
综上所述 , 由于在整个淹水期间 SOD和 CAT的活性变化
与铺地黍的受害程度相一致 , 因此 SOD、CAT活性的变化可考
虑作为植株对淹水反应的两个生理指标。鉴于全淹后期铺地
黍的伤害程度及后来观察到出水后较低的存活率 , 建议在营
造消落带植被过程中 , 应将其栽植于水淹时间较短的区域。
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