全 文 ：2004年 7月 内蒙古大学学报 (自然科学版 ) Jul. 2004第 35卷第 4期 Acta Scientiarum Naturalium Univ ersi tati s NeiM ongol Vol. 35 No. 4
　　文章编号: 1000- 1638( 2004) 04-0404-04
绵刺 (Potaninia mongolica )生长发育过程中
抗氧化酶系统的变化
侯艳伟 1, 2 ,王迎春 1 ,杨　持 1
( 1.内蒙古大学生命科学学院 ,呼和浩特 010021; 2.泉州华侨大学材料科学与工程学院 ,泉州 362011)
摘要: 不同年龄段绵刺 (Potaninia mongolica)体内抗氧化酶系统的变化有以下规律: SOD活
性的变化是未劈裂植株大于正在劈裂植株大于已劈裂植株 ,在每个年龄段的绵刺体内 ,叶片中
SOD活性明显高于地下部分 ; POD活性的变化是正在劈裂植株大于未劈裂植株大于正在劈裂
植株 ; CAT活性的变化趋势与 POD活性的差异较大 ,且没有规律性 ; MDA在未劈裂植株体内
积累量最大 ;绵刺体内抗氧化酶系统出现严重的失衡现象 ,但脂膜过氧化程度不高 .
关键词: 抗氧化酶系统 ;生长发育 ;绵刺
中图分类号: Q55; Q945. 4　　文献标识码: A
　　绵刺 (Potaninia mongol ica )为荒漠旱生灌木 ,属于蔷薇科 ( Rosoaceae)蔷薇亚科 ( Rosoideae)绵刺
属 ( Po taninia Maxim )的一个古老的单种属植物 ,具有独特的形态学及分类学特征 .近年来有关绵刺
种群的研究工作开展的较少 ,并且大多是形态和生殖方面的研究 .王迎春等对绵刺小孢子发育和雄配
子体形成进行了研究 ;并首次报道了绵刺胚胎发育过程中存在无融合生殖现象〔 1, 2〕 ;刘果厚等对绵刺
营养器官的解剖结构及其对环境的适应性进行了探讨〔3〕 .本文拟在前人研究的基础上报道在生长发
育过程中绵刺体内保护酶活性的变化 ,探讨物种在环境长期胁迫下的生态适应性 .
1　材料与方法
1. 1　 2002年 6月采集处于劈裂生长不同发育阶段的未劈裂植株 (简称 A)、正在劈裂植株 (简称 B)和
已劈裂植株 (简称 C)的根、根茎结合部和叶片 ,根及根茎结合部用冷水冲洗直到根上无附着土粒 ,然
后用吸水纸吸去根上附着水分 ,剪成 5cm小段及叶片随即包好放入液氮固定带回室内分析 .
1. 2　酶活性测定　按光化学抑制法测定 SOD活力 ,按袁朝兴报道的方法 ,以 H2O2-愈创木酚为底物
测定 PO D活力 ;按略加改变的 Chance( 1955)方法测定 CAT活力 ,根据 H2O2的消失量计算 CAT活
性 ,酶活力单位为 H2O2 umo l /gFW /min; MDA按现代植物生理学实验指南的方法 ,以 MDA含量表
示膜脂过氧化程度 .
2　结果与分析
2. 1　绵刺体内 SOD活性的变化
三个不同发育阶段的绵刺体内 SOD活性的大小顺序是: 未劈裂植株> 正在劈裂植株> 老龄植
株 ,其中叶片内 SOD活性相差不大且大于其它部位 SOD的活性 ;根部 SOD活性的差异> 叶片内的
差异 ,未劈裂植株的根部 SOD活性是已劈裂植株的 2. 8倍 ;根茎结合部中 SOD活性差异最大 ,未劈
裂植株的根茎结合部中 SOD的活性是已劈裂植株的 6～ 7倍 ,从图 1中可以看出 ,在未劈裂植株体内
SOD活性的变化是叶片> 根茎结合部> 根 ,而其它两个发育阶段的绵刺体内 SOD活性的变化是叶
收稿日期: 2003-05-29
基金项目: 国家自然科学基金 ( 30060006)资助项目
作者简介: 侯艳伟 ( 1979～ ) ,女 (满族 ) ,内蒙古赤峰人 ,内蒙古大学生命科学学院 2000级硕士研究生 .
片> 根> 根茎结合部 ,均是地上部分> 地下部分 ,并且叶片中 SOD的活性比地下部分要高的多 ,尤其
是已劈裂植株的根部 SOD活性最低 ,说明与已劈裂植株相比 ,未劈裂植株对环境更敏感 .
2. 2　绵刺体内 POD活性的变化
POD是植物体内 H2O2的分解酶 ,消除细胞内过多的 H2O2 ,阻止了 H2O2和 O-2 进一步反应 ,从
而减低细胞内活性氧的浓度 ,对细胞起到保护作用 , PO D活性受 H2O2诱导 .对绵刺体内 POD活性的
测定结果是正在劈裂植株> 未劈裂植株> 已劈裂植株 ,但在未劈裂植株的根茎结合部中 POD活性最
大 ,而其它两个年龄段的根茎结合部中 POD活性为 0,不同年龄段的叶片内 POD活性相同 ,均为
16U /g . FW /min,即在三个年龄段中只有叶片内 POD有活性 ,但活性也很低 ,而根茎结合部中 POD
多不具活性 ,只有未劈裂植株的根茎结合部 POD稍具活性 ,根部只有正在劈裂植株中有活性 .本研究
得出绵刺体内 POD活性极低 ,有的部位其活性甚至为负值 ,这与前人对旱生植物抗氧化酶系统研究
的结果极不相符 ,虽然有些旱生植物在逆境胁迫下出现体内抗氧化酶系统失衡的现象 ,但是其体内
POD有活性 ,在和 CAT的共同作用下可以消除体内过多的 H2O2 ,作者认为绵刺地下部位与地上部
位采取的抗逆机制不同 ,绵刺的叶片中 POD有一点活性 ,而它的地下部分 POD可能根本没有活性 ,
实验测得绵刺地下部分 POD活性为负值 ,出现这样异常的结果可能是由实验误差造成的 .
图 1　绵刺体内 SOD活性的变化
Fig . 1　 Changes of SOD activ ity in Potaninia mongoloca　
图 2　绵刺体内 POD活性的变化
Fig . 2　 Changes of POD ac tiv ity in Potaninia mongoloca
图 3　绵刺体内 CAT活性的变化
Fig. 3　 Changes of CAT activ ity in Potaninia mongoloca　
图 4　绵刺体内 MDA含量的变化
Fig . 4　 Changes of M DA content in Potaninia mongoloca
2. 3　绵刺体内 CAT活性的变化
CAT和 PO D一样在生物体内均参与 H2O2的分解过程 ,但在实验中两种酶活性的变化趋势差异
较大 ,且没有什么规律性 , CA T活性在叶片中是已劈裂植株> 未劈裂植株> 正在劈裂植株 ;根部是老
龄植株> 正在劈裂植株> 未劈裂植株 ;根茎结合部中是正在劈裂植株> 未劈裂植株> 已劈裂植株 ,从
整个植物体内看 , CA T只在根茎结合部中有活性 ,且活性不大 ,而在叶片及根部测得 CAT的活性为
负值 .
2. 4　绵刺体内 MDA含量的变化
从图 4中可以看出 ,不同年龄段的绵刺体内 MDA含量的变化趋势是 ,叶片中是已劈裂植株> 正
405第 4期 侯艳伟等　绵刺 ( Potan inia mongol ica )生长发育过程中抗氧化酶系统的变化
在劈裂植株> 未劈裂植株 ;根部是未劈裂植株> 正在劈裂植株> 老龄植株> ;根茎结合部中是未劈裂
植株> 已劈裂植株> 正在劈裂植株 ,在同一发育阶段的绵刺体内 MDA的积累量是叶片> 根> 根茎
结合部 .
3　讨　论
　　大量研究表明 ,植物在逆境条件下细胞内自由基的平衡被破坏 ,自由基过剩将引发或加剧膜脂过
氧化作用 ,造成膜损伤 .然而细胞内也形成了分解氧自由基的解毒体系 抗氧化酶系统 ,主要包括
SOD、 CAT、 POD等〔4〕 .绵刺体内 SOD活性高而 CAT和 POD活性低 ,出现了严重的失衡现象 ,而
MDA在体内含量却不大 .沈文飚认为这种酶活性失衡现象可引起活性氧自由基的积累 ,而活性氧可
攻击膜中不饱和脂肪酸 ,使其过氧化 ,降低膜脂的不饱和度〔5〕 .但崔素霞得出结论 ,除 SOD活性与叶
绿体膜脂肪酸的不饱和度呈正相关外 ,防御系统酶活力失衡与脂肪酸不饱和度之间不具相关性 ,暗示
CAT和 POD可能具备在较低活力水平上可高效清除 SOD催化产生的 H2O2的可能性〔 4〕 .张承烈等
在解释这一现象时认为干旱胁迫下 SOD活力增强仅仅是一种对逆境的表型塑性响应 ,其酶活力的高
低不能作为抗旱育种的指标 .而干旱时虽然 CAT和 POD活力下降 ,但出现了新的同工酶 ,推测沙丘
芦苇的耐脱水能力与一定的同工酶类型有较大的关系 ,而和同工酶总数的关系较小〔 6〕 .也有报道说 ,
CAT活性的下降不一定意味着 H2O2伤害水平的增加 ,生物体内还有其它反应分解 H2O2〔7〕 .本研究
发现 ,绵刺体内 CAT和 POD活性极低 ,有的甚至没有活性 ,而 SOD活性很高 ,最高可达到 7500U /
g. FW /H,但是同其它旱生植物相比 ,其体内 MDA的积累量却低得多 ,周瑞莲等在研究高寒山区牧
草根部 MDA的季节动态时发现 ,从 4月中旬到 12月初四种牧草根部 MDA的积累量最低为
60umol /g. FW ,最高能达到 180 umol /g. FW左右〔 8〕 ,而在 6月份测得绵刺体内 MDA的积累量最大
也不到 1 umo l /g. FW ,支持 CA T和 PO D可能具备在较低活力水平上可高效清除 SOD催化产生的
H2O2的能力的说法 ,或者绵刺体内有其它反应分解 H2O2 .因此 ,仅从保护酶活力失衡现象是否能说
明活性氧代谢失衡还需要进一步研究 .
高岩等测定渗透胁迫对绵刺嫩枝保护酶活性的影响 ,结果表明随着渗透胁迫的增加 , SOD活性
逐渐降低、 CAT活性逐渐升高达到最大值后下降 ,而 MDA含量与 SOD活性呈负相关 ,且绵刺嫩枝
保护酶活性均为正值〔 9〕 .从本实验结果可以看出 ,无论处于哪个年龄段的绵刺体内几种保护酶的活性
都是地上部分> 地下部分 ,并且其体内 SOD的活性很高 ,而 CAT和 POD的活性较低 ,甚至为负值 .
虽然绵刺体内 SOD、 CAT和 POD的活性严重失衡 ,而 MDA在体内含量却不大 .出现这样的结果可
能有以下几个原因 ,首先 ,本实验采用野外直接采集的材料为研究对象 ,而以往人们所做的研究大多
是在室内模拟环境胁迫 ,测定植物体内保护酶活性的变化 ;其次 ,采用的方法也不一样 ,即使是同一种
材料 ,用不同的方法也可能得出不同的结论 ;再次 ,在实验过程中发现 ,绵刺的地下部分木质化程度较
高 ,并且有好多死组织 ,这些都有可能导致它的地下部分保护酶活性较低 ,而在研磨的过程中发现 ,叶
片的匀浆液为粘稠状液体 ,并且酶提取液也同样呈粘稠状 ,说明绵刺体内可能有一些次生代谢产物对
本实验有干扰 ,尤其是在测定 CAT活性时得出 ,叶片消耗 KMnO4的体积比空白对照消耗的体积要
大 ,在酶提取液中可能有还原性物质和 H2O2共同与 KMnO4发生反应 ,至于这些代谢产物是什么还
有待于进一步研究 ,另外 ,也可能由于叶片及根部 SOD活性较高 ,植物体内已经有 H2O2的积累 ,导
致消耗 KMnO4的体积较大 .
4　结　论
　　通过以上研究发现绵刺体内抗氧化酶系统的变化有以下规律:
1) SO D活性的变化是未劈裂植株> 正在劈裂植株> 已劈裂植株 ,不同发育阶段的叶片内 SOD
活性相差不大 ,根及根茎结合部中 SOD活性的差异较大 ,未劈裂植株的根及根茎结合部中 SOD活性
分别是已劈裂植株的 2. 8倍和 6～ 7倍 ,同一发育阶段的绵刺体内 SOD活性的变化是地上部分> 地
下部分 .
2) POD活性的变化是正在劈裂植株> 未劈裂植株> 已劈裂植株 ,但在未劈裂植株的根茎结合
部中 POD活性最大 ,而其它年龄段的根茎结合部中 PO D活性为 0,叶片内 POD活性都是 16U /g.
406 内蒙古大学学报 (自然科学版 ) 2004年
FW /min.
3) CAT活性的变化趋势与 POD活性的差异较大 ,且没有规律性 .
4)绵刺体内抗氧化酶系统出现了严重的失衡现象 ,但脂膜过氧化程度不高 ,说明绵刺可能不象
其它旱生植物那样 ,靠抗氧化酶系统的调节来适应不利的环境条件 ,而是保留了一些原始习性 ,以其
它方式度过干旱的季节和年份 .
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Changes of Enzyma tic Antioxidant System of Potaninia mongolica
in th e Process of Grow th and Development
HOU Yan-w ei
1, 2
, WANG Ying-chun
1
, YAN G Chi
1
( 1. College of L ife Science ,N eiMongol University , Hohhot 010021, PRC;
2.College of Materials Science and Engineering ,
Quanzhou Huaqiao University , Quanzhou 362011,PRC )
　　 Abstract: This study revealed the changes o f enzyma tic antio xidant sy stem of Potaninia mon-
golica in dif ferent stages, the regula tions are as fo llow s: SO D vigo rs in juvenile stag e is higher than
that in fissurating stag e and in fissurated stage. In every stag e o f Potaninia mongol ica, SOD vig ors in
leaf i s apparently higher than that in underg round pa rt. POD vig ors in fissurating stag e is higher
than that in juvenile stage, and tha t in juvenile stage is higher than that in fissura ted stag e. CA T
vig ors is di fferent f rom tha t o f POD vigo rs, and there is no regula rity in the changes of CAT vig ors.
MDA accumula ted in juvenile stag e is the la rg est. During the study period, w e observ ed tha t the en-
zymatic antioxidant sy stem o f Potaninia mongolica existed in a seriously unbalance, but the ex tent
o f lipid perox ida tion is not high.
Key words: enzymatic antioxidant system; development; Potaninia mongol ica
407第 4期 侯艳伟等　绵刺 ( Potan inia mongol ica )生长发育过程中抗氧化酶系统的变化