全 文 ：低温胁迫对黑皮油松与华山松的几种保护酶的影响
徐众帅，徐东昱，郭太君* (吉林农业大学园艺学院，吉林长春 130118)
摘要 ［目的］为园林植物的抗寒性研究提供参考。［方法］以不同低温处理黑皮油松和华山松的叶片为材料，采用聚丙烯酰胺不连续
系统垂直板电泳法对其保护酶活性进行了分析。［结果］在 －40 ℃低温胁迫下，华山松 POD同功酶出现 2 条酶带(含 1 条新的 2 号酶
带)，其余处理均出现 1条酶带;－30 ℃低温胁迫下，黑皮油松 POD同功酶出现 4条酶带(含 1条新的 4号酶带)，其余处理均出现 3条
酶带;2种植物叶片 CAT、PPO酶活性随温度降低而增强表达;随着处理温度的下降，2种植物叶片 POD、SOD与 CAT酶活性逐渐升高，而
APX和 PPO酶活性则呈先上升后下降趋势。［结论］低温下，2种植物的电解质渗透均增加，黑皮油松的酶谱明显比华山松丰富。
关键词 黑皮油松;华山松;同工酶
中图分类号 S791. X 文献标识码 A 文章编号 0517 －6611(2010)04 －02127 －03
Effects of Low Temperature Stress on Some Protective Enzyme in Pinus tabulaeformis var. mukdensis Uyeki and Pinus armandii
Franch
XU Zhong-shuai et al (Horticulture College of Jilin Agricultural University，Changchun，Jilin 130118)
Abstract ［Objective］The aim was to provide the reference for the study on cold resistance of landscape plants. ［Method］With leaves of
Pinus tabulaeformis var. mukdensis Uyeki and Pinus armandii Franch in low temperature treatments as the materials，the activities of their pro-
tective enzymes were studied with the method of polyacrylamide vertical slab electrophoresis in discontinuous system. ［Result］Under low tem-
perature stress of － 40 ℃，POD isozyme of P. armandii had 2 isozyme bands(containing 1 new No. 2 band)，and that of P. armandii Franch
in other treatments had 1 isozyme band. Under low temperature stress of － 30 ℃，the POD isozyme of P. tabulaeformis var. mukdensis had 4
isozyme bands (containing 1 new No. 4 band)，and that of P. tabulaeformis var. mukdensis in other treatments had 3 isozyme bands. The ac-
tivities of CAT and PPO of 2 kinds of plants were all enhanced with the decrease of temperature. With the decrease of treatment temperature，
the activities of POD，SOD and CAT of 2 kinds of plants were all increased gradually，but the activities of their APX and PPO showed a trend
of rise first then fall. ［Conclusion］Under low temperature，the leakage of electrolytes of 2 kinds of plant was increased，and the zymogram of
P. tabulaeformis var. mukdensis was obviously abundant than that of P. armandii.
Key words Pinus tabulaeformis var. mukdensis Uyeki;Pinus armandii Franch;Isozyme
作者简介 徐众帅(1984 －) ，男，吉林双辽人，硕士研究生，研究方向:
园林植物栽培生理与生态。* 通讯作者。
收稿日期 2009-10-16
植物在逆境胁迫下会促进活性氧产生，损伤膜系统，一
些酶类如超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧
化氢酶(CAT)及抗坏血酸氧化酶(APX)等可清除活性氧自
由基，防止自由基的毒害，因此将其称为保护酶系统［1 －2］。
近年来，不少学者围绕酶保护系统的酶活性与园林植物
抗寒性的关系进行了大量研究［3 －5］，而对保护酶类同功酶电
泳酶谱的研究相对较少。为此，笔者以抗寒性不同的黑皮油
松(Pinus tabulaeformis var. mukdensis Uyeki)与华山松(Pinus
armandii Franch)为材料，研究了不同低温处理下 2种植物几
种保护酶的活性及其同功酶电泳酶谱(PAGE)的变化情况，
旨在探讨抗寒性不同的黑皮油松与华山松的保护酶与低温
胁迫的关系，为园林植物的抗寒性研究提供参考。
1 材料与方法
1. 1 材料 试验材料取自吉林农业大学校园内的黑皮油松
和华山松。选取长势健康优良的针叶作为供试材料，取样时
间为 4月上旬(平均气温 5 ～8 ℃)。
1. 2 方法
1. 2. 1 低温胁迫处理。采用连续降温和非连续降温 2 种方
法对供试材料进行胁迫处理。
(1)连续冷冻处理:取 2 种植物的叶片放置于超低温冰
箱内，－20 ℃条件下冷冻处理 1 h，取出部分样品，剩余样品
在 －30、－40 ℃条件下冷冻处理 1 h。以未经冷冻处理的田
间自然条件下的样品为对照。
(2)突然冷冻处理:将试材从自然条件取回后直接置于
－30、－40 ℃冰箱中冷冻处理 1 h。
1. 2. 2 几种酶的同功酶电泳(PAGE)。POD 同功酶电泳采
用张志安等的方法［6］，PPO 电泳参考薛俊杰等［7］的方法，
CAT电泳按照参考文献［8］的方法。
1. 2. 3 电导率测定。等量称取试验材料 1 g置于三角瓶中，
加水 100 ml，浸泡 48 h后用数字电导仪测定电导率。然后在
95 ～96 ℃水浴中水浴 30 min，加蒸馏水至煮前刻度，再次测
定电导率。
电解质外渗率(%)=样品低温处理电导率
样品煮沸后电导率
×100
1. 2. 4 几种保护酶活性测定。SOD酶活性测定采用NBT还
原法［9］;POD酶活性测定采用愈创木氛法［9］;CAT活性测定
采用紫外吸收法［9］;APX 活性根据 290 nm(消光系数 = 2. 8
mmol /L·cm)处吸光度的减少值来确定［10］;PPO 活性采用连
续测定方法［11］测定。
2 结果与分析
2. 1 不同低温处理下 POD同工酶谱的变化 由图 1和图 2
可知，黑皮油松和华山松在不同低温胁迫下，其酶带数量均
有一定变化。处理① ～④只有 1 条酶带，处理⑤、⑥出现 1
条新的 2号酶带。此酶带可能为华山松受到低温胁迫诱导
出来的酶蛋白。②、③、⑤处理酶带颜色不断加深，④、⑥处
理酶带颜色也加深，且处理④酶带颜色更深，⑤、⑥处理相
比，处理⑥酶带颜色更深，说明华山松的 POD酶活性随处理
温度的不断下降而增强，且在相同低温的不同处理下，突然
低温处理下 POD酶活性更强。黑皮油松与华山松的 POD同
工酶活性变化规律一致，但黑皮油松的酶带较华山松丰富，
除⑨、⑩处理外，黑皮油松的其他几个处理均为 3条酶带，而
⑨、⑩处理有 4条酶带，这新出现的 1 条 4 号酶带可能为黑
皮油松受到低温胁迫诱导产生的酶蛋白。此酶带在瑏瑡、瑏瑢处
安徽农业科学，Journal of Anhui Agri. Sci. 2010，38(4):2127 － 2129 责任编辑 常俊香 责任校对 张士敏
DOI:10.13989/j.cnki.0517-6611.2010.04.141
理中不存在，其具体原因有待于进一步研究。
注:1 ～6号为华山松(①:CK;②:－ 20 ℃;③:－ 30 ℃;④:突然
－30 ℃;⑤:－40 ℃;⑥:突然 － 40 ℃) ;7 ～ 12 号为黑皮油松
(⑦:CK;⑧:－ 20 ℃;⑨:－ 30 ℃;⑩:突然 － 30 ℃;瑏瑡:－ 40
℃;瑏瑢:突然 －40 ℃)。以下编号相同。
Note:1 －6，Pinus armandii(①，CK;②，－ 20 ℃;③，－ 30 ℃;④，
abrupt －30 ℃;⑤，－40 ℃;⑥abrupt －40 ℃) ;7 －12，Pinus
tabulaeformis(⑦，CK;⑧，－ 20 ℃;⑨，－ 30 ℃;⑩，abrupt
－30 ℃;瑏瑡，－40 ℃;瑏瑢，abrupt －40 ℃).
图 1 试材的过氧化物酶同工酶酶谱模式
Fig. 1 Mode of POD isozyme banding pattern of test cultivars
图 2 试材的过氧化物酶同工酶谱
Fig. 2 POD isozyme banding pattern of test cultivars
2. 2 不同低温处理下 CAT与 PPO同功酶酶谱变化 由图
3、图 4可知，各冷冻胁迫处理 2 种植物，CAT、PPO 同功酶谱
带的变化如下，华山松仅出现 1 条谱带，处理间酶带染色深
浅变化不明显;黑皮油松 CAT、PPO同功酶谱均有 2 条谱带，
2种酶活性的变化趋势相同，如连续低温处理⑧、⑨和瑏瑡，以
及突然低温处理⑩、瑏瑢 2条酶谱的活性均随温度的降低而增
强。突然低温处理的酶活性明显大于连续降温处理(如处理
⑨与处理⑩、瑏瑡和瑏瑢酶谱染色程度和酶谱宽窄的变化情况) ，
这一结果与 POD酶电泳酶谱活性显色变化规律基本一致。
图 3 试材的 CAT同工酶谱
Fig. 3 CAT isozyme banding pattern of test cultivars
2. 3 不同低温处理植物电导率与酶活性变化 由表 1 可
图 4 试材的 PPO同工酶谱
Fig. 4 PPO isozyme banding pattern of test cultivars
知，经过不同低温胁迫处理后，黑皮油松与华山松叶片的电
导率均呈逐渐增加趋势。说明低温胁迫后植物体电解质外
渗增加。其中华山松叶片电导率的变化较显著;处理③ ～⑥
华山松叶片电导率极显著高于处理①;黑皮油松电导率的变
化较显著，处理⑨ ～瑏瑢黑皮油松叶片电导率极显著高于处
理⑦。
2种植物 APX同功酶活性均呈先升高后降低趋势。②
～④处理华山松叶片 APX酶活性极显著高于①处理，⑤、⑥
华山松叶片 APX酶活性极显著低于② ～④处理。⑧处理黑
皮油松叶片 APX 酶活性极显著高于⑦处理。⑨、⑩处理黑
皮油松叶片 APX 酶活性极显著高于⑧处理。瑏瑡、瑏瑢处理黑
皮油松叶片 APX酶活性极显著高于⑦处理。
2种植物叶片 PPO 同功酶活性均呈先升后降趋势。华
山松 POD同功酶活性，处理②比处理①显著增加，处理③极
显著低于处理②，处理④极显著高于处理②，处理⑤、⑥极显
著高于处理③、④。其中处理⑥POD同功酶活性最强。黑皮
油松的 POD同功酶活性，处理⑧极显著高于处理⑦，处理⑨
极显著低于处理⑧，处理瑏瑡极显著高于处理⑨。处理瑏瑢极显
著高于处理⑩。在相同低温条件的不同处理中，华山松和黑
皮油松的 PPO活性均表现为突然降温处理极显著高于连续
降温处理。
黑皮油松和华山松各处理 CAT 同功酶，均随温度的降
低而升高。处理①CAT 同功酶活性与处理②差异不显著。
处理③、④CAT同功酶活性极显著高于处理①。处理⑤、⑥
CAT同功酶活性极显著高于处理① ～④。处理⑦CAT同功
酶活性与处理⑧差异不显著。⑨ ～瑏瑢处理 CAT同功酶活性
极显著高于处理⑦。瑏瑡、瑏瑢处理 CAT 活性极显著高于处
理⑧。
华山松 SOD同功酶活性随温度降低而升高，黑皮油松
SOD同功酶活性总体呈升高趋势。处理③ ～④华山松 SOD
同功酶活性极显著高于处理①和处理②，处理⑥SOD活性显
著高于处理①、②。极显著低于处理③ ～⑤。处理⑧黑皮油
松 SOD同功酶活性处理⑥SOD活性极显著高于处理⑦，⑨、
⑩处理 SOD活性极显著低于处理⑦、⑧、瑏瑡和瑏瑢，瑏瑡、瑏瑢处理
SOD活性极显著高于处理⑦ ～⑩。
3 结论与讨论
低温对植物细胞膜系的伤害是导致植物寒害的根本原
因［12］。在低温胁迫下，植物体内保护酶活性的强弱直接关
系到其抵御低温伤害的能力［13］。低温下，植株可通过同工
酶的增强表达适应低温变化。
试验结果表明，低温下2种植物电解质渗透均增加，黑
8212 安徽农业科学 2010 年
表 1 不同低温处理下华山松与黑皮油松电导率与酶活性的变化
Table 1 The changes of the electrical conductivity and enzyme activity of Pinus tabulaeformis var. mukdensis Uyeki and Pinus armandii Franch at
different low temperatures
处理编号
No. of treatments
电导率∥%
Electrical conductivity
APX
U/(min·gFW)
PPO
U/(min·gFW)
POD
U/(min·gFW)
CAT
U/(min·gFW)
SOD
U/(min·gFW)
① 23 cdB 25. 2 d D 20. 4 bcA 6. 3 efEF 28. 4 eF 165. 2 deC
② 27 abAB 33. 3 cC 25. 1 abcA 7. 0 gFG 31. 2 deEF 172. 7 cdBC
③ 29 abA 34. 4 cC 27. 7 bcA 3. 8 deDE 34. 5 cdCDE 187. 9 abAB
④ 29 abA 35. 7 cC 26. 5 abcA 7. 3 dD 33. 1 dDE 182. 3 bcAB
⑤ 29 abA 22. 5 deD 18. 6 cA 7. 7 gG 37. 8 bcCD 189. 4 abA
⑥ 30 aA 21. 9 eD 18. 2 cA 13. 5 fgFG 37. 6 bcCD 160. 3 eC
⑦ 22 dC 34. 5 cC 29. 8 abcA 4. 5 deDE 32. 5 dEF 105. 0 fD
⑧ 26 bcABC 46. 4 bB 36. 4 abcA 8. 7 bB 34. 3 cdCDE 185. 8 abAB
⑨ 27 abAB 53. 2 aA 47. 6 aA 4. 7 deDE 37. 9 bcCD 85. 1 gE
⑩ 29 abA 54. 3 aA 47. 2 aA 16. 7 bBC 38. 3 bBC 88. 7 gE
瑏瑡 29 abA 47. 8 bB 42. 4 abA 15. 5 cC 42. 7 aAB 197. 3 aA
瑏瑢 29 abA 44. 4 bB 35. 7 abcA 21. 8 aA 44. 9 aA 192. 9 abA
注:同列小写字母不同表示差异达 0. 05显著水平;大写字母不同表示差异达 0. 01显著水平。
Note:Different lowercases in the same column mean difference at 0. 05 significant level;Different capital letters mean difference at 0. 01 extremely significant
level.
皮油松的酶谱明显比华山松的酶谱丰富。说明黑皮油松的
抗寒性强于华山松。这与自然条件下黑皮油松的抗寒能力
高于华山松的生态习性相统一。
几种酶的 PAGE研究结果与李勇超［14］对不同小麦品种
的酶活测定结果一致。不同低温处理下，植物在更低的温度
下表现出酶活性增强，说明植物在更低的温度下伤害加重。
在相同低温的连续降温处理与突然降温处理中，突然低温处
理下植物酶谱颜色加深，说明突然降温对植物的伤害更重，
保护酶的活性更强。
华山松 －40 ℃处理、黑皮油松 － 30 ℃处理 POD酶出现
新酶带，其可能是冷冻胁迫下诱导出的抗冻酶蛋白。黑皮油
松 －40 ℃处理时新酶带消失。熊冬金的研究也得出相似的
结果［15］，酶带消失或减弱的原因可能是由于基因阻遏，或者
是这种酶对逆境敏感失活所致。
2种植物几种同功酶活性变化规律大致一致，但黑皮油
松 －30 ℃连续与不连续低温处理 SOD 活性低于其他处理，
这与华山松的 SOD 活性随温度降低一直升高表现出差异。
该差异可能是种间差异造成的。POD、SOD与 CAT酶活性总
体表现为随温度降低而升高，APX 和 PPO 酶活性呈先上升
后下降趋势，这一结果与陈新华［16］、刘兴宇［17］、陈钰［18］、刘
伟［19］、李晶［3］的研究结果一致。其中，SOD和 POD是通过提
高酶活性来增强保护功能的，而 CAT与 APX 则是通过增加
酶稳定性来提高其保护能力的［3］。
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