全 文 ：盐度和 CO2 倍增环境下碱蓬幼苗
呼吸酶活性的变化 3
刘家尧　衣艳君　(曲阜师范大学生物系 ,曲阜 273165)
白克智　梁　峥　(中国科学院植物研究所 ,北京 100093)
【摘要】　研究了生长在正常大气 CO2 和 CO2 倍增环境中的盐生植物碱蓬 ( S uaeda salsa)
幼苗呼吸酶活性对 KCl 和 NaCl 的反应. 结果表明 ,在 CO2 倍增 (700μl·L - 1) 和正常大气
CO2 (350μl·L - 1)下 ,300mmol·L - 1 KCl 和 NaCl 均能抑制琥珀酸脱氢酶 (SDH) 和苹果酸脱
氢酶 (MDH)活性 ,而异柠檬酸脱氢酶 ( IDH)活性为 NaCl 抑制、KCl 促进 ;NaCl 和 KCl 明显
抑制细胞色素氧化酶 (CO)和光呼吸中乙醇酸氧化酶 ( GO) 、羟基丙酮酸还原酶 ( HPR) 活
性 ;并指出在 KCl 胁迫下 ,CO2 使三羧酸循环 ( TCAC) 的运行变慢 ,NaCl 胁迫下使其加快 ,
TCAC运行限速步骤与 MDH 无关 ,CO 为盐对呼吸代谢影响的重要位点. 另外 , K+ 、Na +
对蛋白表达的影响有差异 ,CO2 可使盐胁迫下的碱蓬幼苗蛋白表达降低.
关键词 　碱蓬 　KCl 　NaCl 　CO2 倍增 　呼吸酶
Variation of respiratory enzyme activities of Suaeda salsa seedlings under salinity and doubled
CO2 . Liu Jiayao , Yi Yanjun ( Depart ment of Biology , Quf u Norm al U niversity , Quf u
273165) , Bai Kezhi and Liang Zheng ( Institute of Botany , Academia S inica , Beijing
100093) . 2Chin. J . A ppl . Ecol . ,1998 ,9 (4) :354～358.
Studies on the response of respiratory enzyme activities of halophyte S uaeda salsa seedlings
growing under normal (350μl·L - 1) and doubled (700μl·L - 1) concentrations of CO2 to KCl
and NaCl show that under normal and doubled concentrations of CO2 , the activities of succinic
dehydrogenase(SDH) , malic dehydrogenase ( MDH) , Cytocrome Coxidase ( CO) , glycolate
oxidase ( GO) and hydroxypyruvate reductase ( HPR) were inhibited by 300mmol·L - 1 KCl and
NaCl ;the activity of isocitric dehydrogenase ( IDH) was decreased by NaCl , but increased by
KCl. The operation rate of tricarboxylic acid cycle ( TCAC) was deceleratedby CO2 under KCl
stress , but accelerated under NaCl salinity. The steps of limiting speed by TCAC’s operation
was not related with MDH. CO is the important site of salt affecting respiratory metabolism.
Moreover , the influence of K+ on protein expression was different from that of Na + , and CO2
could reduce the protein expression of S uaeda salsa seedlings under NaCl and KCl stresses.
Key words 　S uaeda salsa , KCl , NaCl , Doubled CO2 , Respiratory enzyme.
　　3 国家自然科学基金重大项目 (39393000) 、国家攀
登计划和山东省自然科学基金 ( Y94D1244)资助项目.
　　1997 - 12 - 23 收稿 ,1998 - 04 - 21 接受.
1 　引 　　言
　　世界上存在着大面积的盐荒地和次生
盐渍化土壤 ,仅我国的盐荒地就有 2. 0 ×
107hm2 左右. 盐生植物是盐渍生境中的自
然植物区系 ,研究 CO2 倍增条件下盐生植
物对不同盐的生理反应 ,对于预测未来气
候变化对盐渍生态环境的影响具有重要意
义.一定浓度的 Na + 能促进盐生植物的生
长而同浓度的 K+ 则明显抑制[7 ,13 ,14 ] ,但
机理还不清楚 ;大气中 CO2 倍增对植物盐
害具有缓解效应[2 ,18 ,19 ] . 关于 CO2 和 Na2
Cl、KCl 对植物生长、光合作用等生理过程
应 用 生 态 学 报 　1998 年 8 月 　第 9 卷 　第 4 期 　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
CHIN ESE JOURNAL OF APPL IED ECOLO GY ,Aug. 1998 ,9 (4)∶354～358
的影响已有报道[4 ,7 ,13 ,20 ] ,而对植物体内
另一重要代谢 ———呼吸作用报道少且零
散 ,并仅涉及呼吸速率[11 ,16 ,17 ] , CO2 倍增
和 KCl、NaCl 处理对盐生植物呼吸酶活性
及可溶性蛋白质变化的影响未有报道 ,但
这对于认识未来环境变化对逆境植物生理
生态的影响是必不可少的 ,为此选择典型
盐生植物碱蓬为实验材料代表盐渍生境的
植物区系 ,研究 CO2 倍增条件下 ,其幼苗
呼吸酶活性和可溶性蛋白质水平对 Na + 、
K+胁迫的反应 ,为进一步探索 K+ 抑制、
Na + 促进盐生植物生长 ,CO2 对盐抑制的
缓解机制以及 CO2 和 KCl、NaCl 对盐生植
物的共同作用提供资料.
2 　材料与方法
2. 1 　供试材料和培养
　　将盐生植物碱蓬 ( S uaeda salsa) 种子 (采于山
东东营黄河三角洲)经 0. 1 %HgCl2 消毒和自来水
充分冲洗后 ,播于装有细砂的培养缸中 ,使其萌
发并长出幼苗 ,选择生长一致的幼苗移栽到小塑
料培养缸中 ,在自然条件下 (昼夜温度 28 ℃/
18 ℃) 进行砂基培养 ,每天浇 1/ 2Hoagland 培养
液.当幼苗出现 2 级分枝时 ,将植株移至中国科
学院植物研究所植物园内开顶式培养室 [1 ] ,并进
行盐处理 :1)对照室 (通入含 350μl·L - 1 CO2 的自
然空气 ,用 1 ×CO2 表示) ,盐处理为 KCl 和 NaCl ,
浓度为 0 和 300mmol·L - 1 ;2) CO2 倍增室 (通入含
700μl·L - 1CO2 空气 ,用 2 ×CO2 表示) ,盐处理同
对照室 ,在自然条件 (昼夜温度 32 ℃/ 22 ±1 ℃,相
对湿度 70～80 %)下培养 6 天取样分析.
2. 2 　生长状况的测定
　　碱蓬幼苗生长状况用株高和每株鲜重表示 .
2. 3 　蛋白质含量的测定
　　蛋白质的提取按梁峥等[9 ] 方法 ,含量按
Bradford[12 ]方法在岛津 190 型双光束分光光度计
上测定 ,以 BSA 作标准.
2. 4 　呼吸酶活性的测定
　　按文献[8 ]和[9 ]方法 ,在岛津 UV23000 型分
光光度计上测定各种呼吸酶活性.
3 　结果与讨论
3 . 1 　CO2 倍增条件下 NaCl 和 KCl 对碱
蓬生长的影响
　　在正常大气 CO2 浓度下 , KCl 明显抑
制碱蓬的生长 ,鲜重/ 株和株高分别比对照
下降了 43. 1 %和 22. 7 % ,NaCl 对碱蓬则
有促进作用. 在 CO2 培增条件下 ,NaCl 和
KCl 对碱蓬的生长与正常大气 CO2 下具
有相似的规律 (表 1) . 与正常大气 CO2 条
件下相比 ,无论 KCl 还是 NaCl 处理植株 ,
CO2 都使碱蓬生长有所提高 ,且在盐处理
时比无盐处理时明显. 这与在小麦等植物
的实验结果相一致[2 ] . KCl 和 NaCl 对碱蓬
生长的不同效应 ,在其它盐生植物 (如滨
藜) [7 ]也可看到. Na + 、K+ 和 CO2 对盐生
植物生长的不同效应 ,曾从渗透调节和光
合作用角度[7 ,13 ,15 ]有过解释 ,本文将在呼
吸酶活性和可溶性蛋白质方面作一探讨.
3 . 2 　CO2 倍增条件下 KCl 和 NaCl 对三
羧酸循环 ( TCAC)酶活性的影响
　　从表 2 可以看出 ,三羧酸循环中的 3
个重要组成酶 :异柠檬酸脱氢酶 ( IDH) 、琥
( MDH ) 对 3 0 0 mmol ·L - 1 KCl和 NaCl的
珀酸脱氢酶 ( SDH ) 和苹果酸脱氢酶
表 1 　盐度和 CO2 倍增对碱蓬幼苗生长的影响
Table 1 Effects of salinity and CO2 doubled on the growth of Suaeda salsa seedlings
盐处理
Salt treatment
1 ×CO2
株　高
Plant height
鲜　重
Fresh weight
2 ×CO2
株　高
Plant height
鲜　重
Fresh weight
0 13. 70 ±1. 53 1. 09 ±0. 04 14. 55 ±1. 33 1. 36 ±0. 07
300mmol·L - 1 NaCl 13. 90 ±1. 22 1. 13 ±0. 09 15. 90 ±1. 51 1. 41 ±0. 13
300mmol·L - 1 KCl 10. 50 ±1. 3 4 0. 62 ±0. 02 13. 50 ±1. 24 0. 63 ±0. 033 表中数字为平均数±SE ,Values are mean ±SE ,n = 5.
5534 期 　　　　　刘家尧等 :盐度和 CO2 倍增环境下碱蓬幼苗呼吸酶活性的变化 　　　　
反应是不一致的. 无论正常大气 CO2 ,还是
CO2 倍增条件下 ,NaCl 和 KCl 均抑制 SDH
和 MDH 的活性 ,而 NaCl 对 IDH 抑制 ,
KCl 则提高其活性 ,且效果明显. NaCl 处
理的碱蓬幼苗 , CO2 倍增可使 IDH 和
MDH 活性比正常大气中的植株增加 ,而
使 SDH 活性有所降低 ,但 KCl 处理时 ,
CO2 却明显降低了 IDH、SDH 和 MDH 3
种酶的活性 ,分别下降 16. 1 %、79. 6 %和
39. 6 %. 作为植物生命活动的中心枢纽 ,植
物呼吸代谢尤其三羧酸循环在某种程度上
直接影响植物体内的各种生理过程 ,上述
3 种酶控制三羧酸循环中的异柠檬酸 →琥
珀酸 →苹果酸 →草酰乙酸过程 ,它们的活
性对 KCl、NaCl 以及 CO2 倍增反应的明显
差异 ,必然引起 TCAC 运转强度不同 ,这
可能是盐生植物生长对 Na + 、K+ 反应不
同的原因之一. 从表 2 还可看到 ,MDH 活
性比 IDH 和 SDH 活性高 2～3 个数量级 ,
因而 CO2 和 KCl 、NaCl 对 TCAC 运行的
限速步骤不在 MDH. 从整体来看 , KCl 胁
迫时 , CO2 增加使 TCAC 运行变慢 , NaCl
环境下 CO2 使碱蓬幼苗 TCAC 运行加快 ,
使 CO2 同化的大量光合产物通过呼吸作
用分解产生大量中间产物和能量 ,供应细
胞有机溶质 ,从而与 Na 刺激细胞肉质
化、体积变大[14 ]相适应 . KCl胁迫时 ,光合
表 2 　盐度和 CO2 倍增对碱蓬幼苗 TCAC酶活性的影响
Table 2 Effects of salinity and CO2 - doubled on activities
of isocitric dehydrogenase ( ID H) , succinic dehydrogenase
( SD H) and malic dehydrogenase ( MD H) in Suaeda salsa
seedlings
CO2 浓度
CO2 con2
centration
盐度
Salinity
IDH
(nmol·
mg - 1·
pro·
min - 1)
SDH
(nmol·
mg - 1·
pro
·min - 1)
MDH
(μmol·
mg - 1·
pro
·min - 1)
1 ×CO2 0 11. 8 3. 13 5. 53
300mmol·L - 1NaCl 9. 78 2. 43 2. 29
300mmol·L - 1 KCl 22. 14 2. 10 4. 03
2 ×CO2 0 14. 82 5. 70 3. 52
300mmol·L - 1NaCl 11. 63 2. 01 3. 49
300mmol·L - 1 KCl 18. 57 0. 43 2. 44
作用受到抑制[7 ] ,呼吸作用的酶活性也降
低 ,因而 KCl 对盐生植物的抑制不仅表现
在光合作用 ,也表现在呼吸代谢酶水平上.
3 . 3 　CO2 倍增条件下 KCl 和 NaCl 对细
胞色素氧化酶 (CO)活性的影响
　　细胞色素氧化酶 (CO) 是细胞呼吸代
谢中电子传递链的末端氧化酶 ,也是电子
传递链的关键酶. 由图 1 可见 ,无论在 CO2
倍增还是正常大气 CO2 下 ,CO 活性均明
显地为 KCl 和 NaCl 抑制 ,而 CO2 倍增则
使 CO 活性轻微降低 ,这些结果与大麦和
小麦的情况相反[6 ,9 ] ,可见盐生植物和非
盐生植物对盐胁迫的反应有所差异. 实验
表明 ,CO 对 Na + 、K+ 都较敏感 ,且 KCl 对
CO 活性的抑制强度比 NaCl 大. CO 可能
是盐对呼吸代谢影响的重要位点.
图 1 　盐度和 CO2 倍增对碱蓬幼苗细胞色素氧化酶
(CO)活性的效应
Fig. 1 Effect of salinity and CO2 doubled on the activity of
cytochrome C oxidase (CO) in S uaeda salsa seedlings.
Ⅰ. 0 , Ⅱ. 300mmol·L - 1 NaCl , Ⅲ. 300mmol·L - 1 KCl. 下
同 The same below.
3 . 4 　CO2 倍增条件下 KCl 和 NaCl 对光
呼吸酶活性的影响
　　光呼吸是影响生物量的重要生理过
程 ,其 2 个关键酶羟基丙酮酸还原酶
( HPR)和乙醇酸氧化酶 ( GO) ,在碱蓬生长
于正常大气 CO2 和 CO2 倍增条件下 ,NaCl
和 KCl 都明显抑制它们的活性 (除 CO2 培
增时 ,300mmol·L - 1 KCl 使 GO 活性比对
照高外) (表 3) . 另外 ,CO2 倍增使 HPR 和
GO 活性明显降低 ,但在任何情况下 ,碱蓬
653 应 　用 　生 　态 　学 　报 　　　　　　　　　　　　　　9 卷
幼苗 HPR 活性都比 GO 活性高 1 个数量
级左右 ,说明 GO 在调控盐度和 CO2 倍增
条件下的光呼吸过程可能起更大作用. 无
论在正常 CO2 还是 CO2 倍增时 ,盐处理均
降低碱蓬 2 种酶的活性 (CO2 倍增时 , KCl
对 GO 的影响除外) ,这与盐敏感植物小麦
的结果不同[2 ] . 对于盐生植物碱蓬来说 ,
盐对光呼吸抑制可更大限度地减少有机物
的消耗 ,对适应盐渍环境是有利的 ,也说明
盐生植物与非盐生植物对盐的反应机制的
不同. 另外 ,在 CO2 倍增时 ,300mmol·L - 1
KCl 使 GO 活性比对照提高 ,或许是 KCl
对 GO 有激活作用 (需进一步用体外酶来
证明) ,使光呼吸加快 ,消耗光合产物 ,这也
可能作为 KCl 抑制盐生植物生长[7 ]的原
因之一.
表 3 　盐度和 CO2 倍增对碱蓬光呼吸酶( HPR、GO)活性
的效应
Table 3 Effects of salinity and doubled CO2 on photorespi2
ratory enzymes( hydroxypyruvate reductase , HPRand gly2
colate oxidase , GO) in Suaeda salsa seedlings
处理
Treatment
CO2 浓度
CO2 con2
centration
盐浓度
Salinity
酶活性
Activity of enzyme
(nmol·mg - 1·pro·min - 1)
HPR GO
1 ×CO2 0 216. 37 22. 24
300mmol·L - 1NaCl 122. 19 16. 60
300mmol·L - 1 KCl 173. 94 15. 69
2 ×CO2 0 135. 85 12. 25
300mmol·L - 1NaCl 120. 08 10. 34
300mmol·L - 1 KCl 87. 04 14. 90
3 . 5 　CO2 倍增条件下 KCl 和 NaCl 对碱
蓬幼苗可溶性蛋白质水平的影响
　　从图 2 可以看出 ,在正常大气 CO2 和
CO2 倍增条件下 , 300mmol·L - 1 NaCl 和
KCl 明显提高碱蓬幼苗蛋白质含量 ,NaCl
的作用更加明显 (NaCl 使蛋白含量比对照
分别提高 50. 3 %和 29 % ,而 KCl 为35. 7 %
和 8. 5 %) . 盐对蛋白质含量提高的效应 ,
可能是通过呼吸作用来完成 ,因为生物体
中许多同化 (合成) 过程是寓于异化 (呼吸
代谢) 过程中的[5 ] ,而合成过程产生的产
物与抗性基因表达产物的增减有关[10 ] .
KCl 使蛋白含量增加不如 NaCl 处理时高 ,
说明两种离子对蛋白表达的影响有所差
别. 无论是 NaCl 还是 KCl 处理 ,与正常大
气 CO2 相比 ,CO2 倍增使细胞可溶性蛋白
质含量轻微降低 ,这与我们在盐敏感植物
小麦的实验结果[3 ]相反 ,说明可溶性蛋白
在植物抗盐生理中可能有重要作用 ,在盐
处理时 ,CO2 使蛋白含量降低 ,这可能由于
在光合作用中水光解的电子经光系统 Ⅱ和
光系统 Ⅰ传递到铁氧还蛋白 ( Fd) 后 ,电子
可向 两 个 方 向 继 续 传 递 : 一 是 产 生
NADPH2 ,参与 CO2 同化 ,合成碳水化合
物 ;二是使硝酸盐还原产生 N H3 ,参与氨
基酸的合成. 环境中 CO2 浓度的增加 ,促
进光合作用碳同化的进行 ,使细胞中碳水
化合物合成增加 ,不利于硝酸盐还原 ,影响
N 素的供应和蛋白质的合成.
图 2 　盐度和 CO2 倍增对碱蓬蛋白质含量的影响
Fig. 2 Effects of salinity and CO2 doubled on the protein
level in S uaeda salsa seedlings.
　　将可溶性蛋白作 SDS2PA GE 电泳 (各
处理上样量均为 20μg 蛋白) ,Na + 、K+ 和 2
×CO2 处理没有使蛋白质图谱发生改变 ,
但很有意思的是 , 在 CO2 倍增条件下 ,
Na + 、K+ 均有使某些蛋白带染色加深作
用.初步认为 Na + 、K+ 可能对某些蛋白质
的合成或其基因表达存在某些影响 ,这对
认识 K+ 、Na + 对盐生植物生长的效应有
一定的启发 ,但这方面尚需做深入研究才
7534 期 　　　　　刘家尧等 :盐度和 CO2 倍增环境下碱蓬幼苗呼吸酶活性的变化 　　　　
能进一步证实.
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