全 文 ：第 27卷 第 2期
2011年 3月
森　林　工　程
FORESTENGINEERING
Vol.27No.2
Mar., 2011
高温胁迫对黑皮油松主要生理指标的影响
陈全光 , 戚大伟＊
(东北林业大学理学院 , 哈尔滨 150040)
摘　要:研究高温胁迫对黑皮油松主要生理指标的影响 , 以不经过处理的叶片为对照组 , 以不同温度分别处理不同时
间的为实验组 , 测其生理指标 。结果显示黑皮油松叶片中的叶绿素 a、 叶绿素 b、 叶绿素和类胡萝卜素的含量在高温胁迫
40 min后都呈下降的趋势。超氧化物歧化酶 (SOD)、 过氧化氢酶 (CAT)的活性随着高温胁迫时间的延长都呈现出先增加
后减小的趋势。高温胁迫确实对黑皮油松的生理指标即色素的含量 , 超氧化物歧化酶 (SOD)、 过氧化氢酶 (CAT)的活性
产生了影响。
关键词:高温;胁迫;黑皮油松;色素;酶
中图分类号:S718.43　　　　文献标识码:A　　　文章编号:1001-005X(2011) 02-0016-03
EffectsofHighTemperatureStressonMainPhysiologicalIndexesofPinustabulaeformisvar.mukdensisUyeki/Chen
Quanguang, QiDawei(CollegeofScience, NortheastForestryUniversity, Harbin150040)
Abstract:EfectsofhightemperaturestressonmainphysiologicalindexesofPinustabulaeformisvar.mukdensisUyekiwerestudied.Takingthe
leaveswithoutanytreatmentasthecontrolgroup, theresearchmeasuredthemainphysiologicalindexesoftheexperimentalleavestreatedbydifferent
temperatureswithdifferenttime.Resultsshowthatthecontentofpigmentincludingchlorophyla, chlorophylb, chlorophylandcarotenoiddecreaseaf-
ter40minuteshightemperature.TheactivitiesofSODandCATincreasefirstandthendecrease.Therefore, hightemperaturestressrealyafectsthe
physiologicalindexesofPinustabulaeformisvar.mukdensisUyeki.
Keywords:hightemperature;stress;Pinustabulaeformisvar.mukdensisUyeki;pigment;enzyme
收稿日期:2010-12-10
第一作者简介:陈全光 (1983-), 男 , 山东菏泽人 , 硕士。研
究方向:生物物理技术和方法。
＊通讯作者:戚大伟 (1959-), 男 , 黑龙江齐齐哈尔人 , 博
士 , 教授。研究方向:生物物理。
随着工业的快速发展 , 生态的破坏。这都导致
了二氧化碳含量的逐年增加 , 因此温室效应也逐渐
明显起来 , 2010年 6月份东北就出现过 40 ℃的高
温 , 全国的高温有逐渐北扩的迹象。揭示东北植物
对不同高温胁迫的响应机制是有必要的[ 1-2] 。因
此 , 如果一定时期植物受到高温的影响 , 就会生成
活泼的活性氧自由基 , 会对植物色素含量产生影
响 , 同时会诱导植物保护性机制的启动 [ 3-4] , 即利
用清除活性氧的酶系统超氧化物歧化酶 (SOD),
过氧化氢酶 (CAT), 来维持内部的平衡 , 如果随
着时间的延长 , 平衡被打破后 , 就会对植物产生不
可估量的伤害[ 5-7] , 甚至死亡 。高温对黑皮油松的
引种和生长状况以及低温对黑皮油松抗氧化酶电泳
情况的研究有所报道 [ 8] , 而高温对黑皮油松叶片
生理机制的影响却鲜有报道。本文就黑皮油松对高
温胁迫的生理响应机制进行了研究。
1　材料和方法
实验材料选自东北林业大学校内自然生长的黑
皮油松 (Pinustabulaeformisvar.mukdensisUyeki),
天气温度在 -20 ～ -10 ℃。
首先将新采的生长一致叶片进行清洗擦干后进
行测其质量 , 并进行记录。然后放到水浴锅中进行
高温的处理 , 温度是 30 ～ 70℃间隔 10℃, 时间分
别是 10 ～ 50 min间隔 10 min。对照是不经过处理
的叶片 , 然后进行色素的提取 , 超氧化物歧化酶
(SOD)和过氧化氢酶 (CAT)活性的测定 。
色素的提取用紫外 -可见光分光光度法 , 超氧
化物歧化酶 (SOD)和过氧化氢酶 (CAT)活性的
测定分别采用 NBT光化还原法和紫外吸收法。
2　结果和讨论
2.1　高温胁迫对黑皮油松叶绿素 a, 叶绿素 b, 叶
绿素 , 类胡萝卜素含量的影响 。
如图 1 ～ 4所示 , 绿素 a、 叶绿素 b、 叶绿素和
类胡萝卜素含量随着高温胁迫时间的延长都有相似
的规律 , 即高温胁迫 40 min后其含量都是下降的
趋势 , 只是高温胁迫前 40 min其含量出现了起伏
的现象 , 如图 3所示叶绿素含量在高温胁迫下 10
～ 40 min段是有时增加的 , 30 ℃处理下的这个时
间段叶绿素含量增加尤其明显 , 而且大都高温胁迫
下不同时间叶绿素的含量都超过对照组 。这是因为
离体叶片的叶绿体能存活一段时间 , 而且做实验时
DOI :10.16270/j.cnki.slgc.2011.02.023
第 2期 陈全光等:高温胁迫对黑皮油松主要生理指标的影响
的天气温度在零下 20 ℃左右 , 所以这可能抑制了
转化为叶绿素所需酶的活性 , 当到了合适的温度激
发了酶的活性 , 再加上高温的胁迫产生的活性氧 ,
适量的活性氧是对植物有利的 , 有助于发生 Mehler
-peroxidase反应 , 调节了光合作用产生的能量和
还原力之比 , 以及避免光和作用的光抑制现象 , 从
而为叶绿素合成提供了能量和光 , 叶绿素合成大于
分解 , 所以其含量出现了短暂的增加 , 但是温度过
高或者时间过长就会使叶绿素合成受阻 , 而且叶绿
素的分解加快 , 所以随着高温胁迫时间的延长都出
现下降的趋势 , 显然 70 ℃的这个过高的温度对叶
绿素的的合成是不利的 , 而且加速了分解 , 所以很
快叶绿素的含量就低于对照组 。如图 3所示不同温
度的 10 ～ 40 min段叶绿素含量出现了起伏 。可能
是黑皮油松为了维持正常的光合作用而主动适应高
温的胁迫 , 所以这一段时间出现了叶绿素含量的高
低起伏。
图 1　高温胁迫不同温度不同时间对黑皮油松叶绿素 a含量的影响
Fig.1Efectofhightemperaturestressonchlorophylacontent
ofPinustabulaeformisvar.mukdensisUyekiunder
diferenttemperaturesindifferenttime
图 2　高温胁迫不同温度不同时间对黑皮油松叶绿素 b的影响
Fig.2Efectofhightemperaturestressonchlorophylbcontent
ofPinustabulaeformisvar.mukdensisUyekiunder
diferenttemperaturesindifferenttime
图 3　高温胁迫不同温度不同时间对黑皮油松叶绿素含量的影响
Fig.3Efectofhightemperaturestressonchlorophylcontent
ofPinustabulaeformisvar.mukdensisUyekiunder
diferenttemperaturesindifferenttime
图 4　高温胁迫不同温度不同时间对黑皮油松类胡萝卜素含量的影响
Fig.4Efectofhightemperaturestressoncarotinoidcontent
ofPinustabulaeformisvar.mukdensisUyekiunder
diferenttemperaturesindifferenttime
如图 3所示叶绿素含量在高温胁迫 40 min后
开始下降 , 可能随着时间的延长 , 黑皮油松受到的
伤害越来越重 , 不能有正常的生理代谢 , 导致叶绿
素的含量下降 , 叶绿素含量突然下降原因可能有三
个方面:一是叶绿素的合成是靠叶绿体中一系列酶
的作用下形成的 , 高温胁迫可能通过影响叶绿素合
成相关酶类的活性进而抑制叶片中叶绿素的合成 。
二是高温胁迫引起活性氧的积累 , 活性氧的积累过
多 , 就会加速了叶绿素的降解 , 造成叶片中叶绿素
含量的降低。三是类胡萝卜素既是光合色素 , 又是
细胞内源抗氧化剂 , 一方面吸收光能并且传递给反
应中心 , 补偿由于叶绿素减少而造成的光合作用的
下降 , 另一方面可以吸收剩余能量 , 猝灭活性氧 ,
防止膜脂过氧化。因此 , 类胡萝卜素含量的减少也
是叶绿素含量下降的原因之一 。
如图 4所示黑皮油松在经过前 40 min逐渐适
应的过程后 , 类胡萝卜素的含量开始急剧的下降 ,
下降的主要原因一方面是活性氧造成其合成受阻 ,
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森　林　工　程 第 27卷
分解加速。另一个原因是类胡萝卜素能接受单线态
氧的能量 , 自身变成激发态 CAR＊, CAR＊最后以
无害的热能形式释放 , 光敏反应能产生单线态氧 ,
所以类胡萝卜素能有效的抑制光敏反应 , 一分子类
胡萝卜素还能清除 2分子的脂过氧基 LOO＊, 有效
地抑制脂类过氧化 , 而使类胡萝卜素的含量降低。
2.2　高温胁迫对黑皮油松 SOD、 CAT活性的影响
如图 5所示可以看出不同温度胁迫随着时间的
延长 SOD的活性整体上都出现了先增加后减小的
趋势 , 30 ℃和 40 ℃SOD活性在 30 min时达到最
大 , 其余的温度都在 20 min左右达到最大 , 可能
是因为温度过高 , 为了尽快清除过多的活性氧 ,
SOD活性很快就达到最大 , 经过高温处理的不同
时间 SOD的活性都比对照的要高 , 这是因为高温
的胁迫导致的活性氧的增加 , 植物为了保护自己必
然增加 SOD的活性来清除活性氧。如图 6所示可
以看出不同温度胁迫随着时间的延长 CAT活性整
体上出现先增加后减小的的趋势 , 不同温度的胁迫
黑皮油松只有在 30 ～ 50 min时 , CAT的活性高于
对照组。
图 5　高温胁迫不同温度不同时间对黑皮油松 SOD活性的影响
Fig.5EfectofhightemperaturestresonSODactivity
ofPinustabulaeformisvar.mukdensisUyekiunder
diferenttemperaturesindifferenttime
图 6　高温胁迫不同温度不同时间对黑皮油松 CAT活性的影响
Fig.6EfectofhightemperaturestressonCATactivity
ofPinustabulaeformisvar.mukdensisUyekiunder
diferenttemperaturesindifferenttime
高温胁迫下活性氧的产生有两方面原因:一方
面叶绿素含量的减少和电子传递的受阻碍可以将过
剩的光能转化成 Mehler反应的激发能 , 导致活性
氧的产生;另一方面以分子态氧为受体的光合电子
传递支路反应的增强也不可避免的提高活性氧的积
累量。活性氧在植物中也有积极的作用 , 在植物体
中可作为伤害信号分子 , 在第二信使系统的调控
下 , 引起植物对高温胁迫产生响应 , 而植物 SOD
是一种典型的诱导酶 , 植物在受到高温的胁迫后 ,
诱导 SOD活性的提高 , SOD可以歧化超氧阴离子
等活性氧产生 H2O2 , 一般 SOD会出现在细胞水平
和整体水平的自适应诱导现象 , 表现就是 SOD的
活性的受到胁迫后先活性增加 , 而后随着活性氧的
增加 , 就会破坏以 SOD为主导的细胞保护系统 ,
当活性氧的浓度超过 SOD的清除活性氧的能力时 ,
就会使酶的活性降低 。
CAT主要存在于过氧化物酶体与乙醛酸循环
及相关氧化酶定位的细胞器中 , 是清除 H2O2的主
要的酶类 , 生成无害的 H2O和 O2 , CAT活性在 30
min前是低于对照组 , 活性氧增加会对 CAT的活
性产生不利的影响 , 导致 CAT的活性降低。
SOD、 CAT是互相配合的 , 表现在前 30 min
随着活性氧增加 , SOD活性逐渐增加 。歧化超氧
离子 , 生成 H2O2。而 H2O2同样是对植物有害的 ,
这个时候 , CAT活性开始增加 , 来清除 H2O2 , 生
成无害的 H2O和 O2起到保护植物的作用 。
SOD、 CAT是互相保护的。 H2O2能使 SOD慢
慢的失活 , 超氧阴离子却使 CAT迅速失活 , 所以
CAT清除 H2O2能保护 SOD, 而 SOD清除超氧阴离
子能保护 CAT。在高温胁迫的前 30min, 随着高温
的时间的延长 , 高温造成活性氧的逐渐增加 , SOD
在经过适应诱导的过程后活性开始逐渐的增加 , 来
清除过多的活性氧 , 而在这个适应诱导的过程中 ,
随着活性氧的增加虽然诱导 SOD的活性逐渐的增
加 , 但是也对 CAT的活性产生了不利的影响 , 表
现就是 SOD的活性在增加且高于对照组 , 而 CAT
活性却低于对照组 , 但是随着 H2O2的增加 CAT也
开始了自适应诱导的过程 , CAT的活性也逐渐增
加的 。SOD、 CAT的活性在 40 min后开始了下降 ,
可能是活性氧的积累量超过了酶的防御能力 , 导致
酶的活性降低 。
(下转第 22页)
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因在于泥河水库受人类活动影响较大 , 人类活动会
大大增加外源有机质的输入[ 10-11] 。同时 , 秋季动
植物的残体通过腐殖过程也会增加水中的有机质 ,
释放 CO2。由图 6 (以 B点数据为例)可见 , 秋季
CO2通量与 DOC有着相同的变化趋势。
图 5　CO2通量与 DOC变化趋势
Fig.5ChangingtrendofDOCandCO2 fluxesinautumn
另外 , 在本次观测中发现碱度与碳通量的正相
关性明显 (0.601, p<0.01), 根据生物泵原
理 [ 11] , 浮游植物通过光合作用将水中溶解的无机
碳转为有机碳 , 同时从水中获取磷酸盐和硝酸盐 ,
使水中碱度降低 , 导致 CO2分压降低 , 促使 CO2
从大气进入水体 。反之 , 水生生物的呼吸作用使水
体碱度升高 , 有利于 CO2从水体进入大气 , 使碳
通量增加。
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[责任编辑:肖生苓 ]
(上接第 18页)
3　结束语
随着高温胁迫时间的延长 , 活性氧的含量逐渐
积累 , 导致了黑皮油松色素的含量整体上出现了下
降的趋势 , 色素的含量也能从一定程度反映植物受
到高温伤害的程度。 SOD、 CAT的活性都是先升高
后降低的趋势。这两种重要的抗氧化酶对高温胁迫
的反应有稍有点差异 , 因此整个保护酶系统防御能
力的变化取决于这两种酶彼此协调的综合结果 。
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[责任编辑:杨学春 ]
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