全 文 ：第 35卷 第 1期
2006 年 3 月
内蒙古师范大学学报(自然科学汉文版)
Journal o f Inner M ongo lia No rmal University (Natura l Science Edition)
Vol.35 No.1
Mar.2006
收稿日期:2005-09-05
基金项目:内蒙古自然科学基金资助项目(200508010508);内蒙古教育厅科研基金项目(NJ02036)
作者简介:斯琴巴特尔(1958-),男(蒙古族),内蒙古镶黄旗人 ,内蒙古师范大学教授,主要从事植物抗性生理学研究.
荒漠植物蒙古扁桃的抗氧化胁迫性研究
斯琴巴特尔 , 秀　敏
(内蒙古师范大学 生命科学与技术学院 , 内蒙古 呼和浩特 010022)
摘　要:研究了荒漠植物蒙古扁桃幼苗的抗氧化胁迫性.实验结果表明 ,经 3 d干旱胁迫处理后 ,蒙古扁桃幼
苗的 SOD 和 POD活性增加 , CAT 活性下降 ,发生了不同程度的膜脂过氧化 ,MDA含量增加 ,认为在蒙古扁桃活
性氧代谢平衡中 , SOD和 POD起主要作用 ,且干旱胁迫抑制了蒙古扁桃幼苗的 IAA 氧化酶活性.
关键词:荒漠植物;蒙古扁桃;氧化胁迫
中图分类号:Q 945.18　　文献标识码:A　　文章编号:1001--8735(2006)01--0094--05
荒漠植物长期生活在干旱 、高光强 、土壤盐碱化和低温等多种逆境环境中 ,其抗逆性生理机制引起人们
的广泛关注[ 1] ,其中抗氧化胁迫是目前研究的焦点之一.大量研究表明 ,植物遭受逆境胁迫时 ,细胞内活性氧
的产生与清除的平衡会遭到破坏 ,积累起来的活性氧会对植物细胞造成伤害[ 2] .米海莉等[ 3] 用不同浓度的聚
乙二醇-6000(PEG-6000)模拟干旱胁迫处理牛心朴子(Cynanchum komarovi i)幼苗时发现 ,在胁迫强度
较大的条件下 ,处理一定时间后丙二醛(mavolonic dialdehyde , MDA)的含量逐渐升高 ,超氧化物歧化酶
(Superoxide dismutase ,SOD , E.C1.15.1.1)活性先升后降 ,过氧化氢酶(Catalase ,CA T , E.C1.11.1.6)和
过氧化物酶(peroxidase ,POD , E.C1.11.1.7)活性先平稳后升高.高岩[ 4] 报道 ,在干旱胁迫下绵刺(Potanin-
ia mongolica Max im.)体内的 MDA 含量与 SOD活性呈负相关关系(r=-0.942 17),而 CA T 的活性在渗
透胁迫达到-2.5 MPa之前随胁迫强度的增大而逐渐增强.崔素霞等[ 5] 研究沙拐枣(Call igonum mongoli-
cum)和泡泡刺(N itraria sphaerocar pa)的膜脂抗氧化系统酶类的季节变化时发现 ,SOD活性在 3个生长季
节均较高 ,而 CA T 和 POD 活性除在 9 月较高外 , 5-7月活力较低 ,出现酶活力失衡的现象.蒙古扁桃
(Prunus mongolica Max im.)是我国内蒙古西部 、甘肃 、宁夏和新疆荒漠区和荒漠草原的景观植物和水土保
持植物 ,极耐干旱和土壤贫瘠.本文从抗氧化胁迫角度研究了蒙古扁桃的抗旱生理机制 ,旨在为蒙古扁桃种
质资源的保护及脆弱荒漠生态系统的保护与恢复提供科学依据.
1　材料与方法
1.1　材料及培养
蒙古扁桃种子于 2003年 8月采自内蒙古巴彦淖尔市磴口县蒙古扁桃自然居群.去掉蒙古扁桃种子内的
果皮和种皮 ,用 0.1%HgCl2 消毒 10 min ,用蒸馏水浸泡 12 h 后植入盛有湿沙的培养盘内 ,置于实验室内
(室温 20 ～ 25 ℃),自然光照 ,每天定时定量浇水.待幼苗长到 15 cm 左右时 ,转入含有不同浓度 PEG-6000
的 Hoagland培养液中 ,进行模拟干旱胁迫处理一定时间 ,并测定各试验项目.
1.2　酶液提取
将 1 g 叶片加入到 5 mL 0.050 mol/ L pH =7.0 的磷酸缓冲液(内含 1%聚乙烯吡咯烷酮(PVP),
0.010 mol/ L 巯基乙醇)中 , 15 000 g 4 ℃离心 20 min ,上清液用于酶活性的测定.
1.3　SOD活性测定
用邻苯三酚自氧化法测定 SOD活性.
　　　　超氧化物歧化酶活力(U/mL酶)=(A0 -As)×n/ A0 ×0.5×V ,
　第 1 期 斯琴巴特尔 等:荒漠植物蒙古扁桃的抗氧化胁迫性研究 　　　
其中:A0 为空白测定 OD420值;As 为酶促反应 OD 420值;V 为加样体积;n为样品稀释倍数;0.5为抑制自
氧化反应 50%.
1.4　POD活性测定
用愈创木酚法测定 POD活力.用 unicoUV —4802 紫外可见光分光光度计进行动力学测定 ,以每分钟
OD 470的变化值表示酶活力的大小 ,即用 ΔOD470/mg(FW)·min-1表示.
1.5　CAT 活性测定
用 KMnO 4滴定方法测定 CAT 活力.
　　　　过氧化氢酶活性[ H 2O 2mg/g(FW)·min-1 ] =(V空 -V样)×N×1.7×100/(t×w),
其中:V空 为空白滴定所用 KMnO 4 的体积;V样为样品滴定所用 KMnO4 的体积;N 为样品稀释倍数;1.7
为每 mL KMnO 4 相当的 H 2O2 的 mg 数;t为反应时间(min);w为样品重量(g(FW)).
1.6　MDA含量测定
用硫代巴比妥酸比色法测定 MDA的含量.MDA-TBA的反应产物分别在 532 nm 和 450 nm 处测定光
密度值 ,由两值之差求出 MDA 含量.MDA 含量以μmol/g(FW)来表示 ,MDA 的浓度为
　　　　c(μmo l/L)=6.45OD 532 -0.56OD450 .
1.7　吲哚乙酸氧化酶活性测定
用 2 ,4-二氯苯酚比色法测定 IAA 氧化酶(IA A oxidase)活力.取 0.2 g 蒙古扁桃幼苗根系 ,加预冷的
pH =7.5的 0.020 mol/ L 磷酸缓冲液 ,在冰浴中研磨 ,4 000 r/min冷冻离心 20 min ,所得上清液即为酶粗提
取液.以每 mL 酶液在 1 h内分解吲哚乙酸的量(μg)表示酶活力的大小 ,酶活力单位为 mg(IAA)/L ·h-1 .
样品的酶活力为
　　　　U =(c2 -c1)×10×V′×60/(V ×t),
其中:c1 为反应液中残留的 IAA含量(mg/L);c2 为无酶反应液中的 IAA 含量(mg/L);V′为 1 g 鲜样品制
得的酶液体积(mL);V 为反应液中酶液的体积(mL);t为反应时间(min).
2　结果
表 1　干旱胁迫对蒙古扁桃幼苗保护酶活力及丙二醛含量的影响
处理 SOD(U/mL酶)
POD
(ΔOD/ g(FW)·min-1)
CA T
(H 2O 2mg/ g·min-1)
MDA
(μmol/ g(FW))
CK 157.43 0.048 101.48 28.4
3%PEG 296.68 0.118 90.06 34.4
表 2　蒙古扁桃幼苗根系的 IAA 氧化酶活力
处理 CK 5%PEG 8%PEG 12%PEG
IAA 氧化酶活力
(mg(IAA)/ L · h-1) 802.68 296.23＊＊ 209.56＊＊ 114.67＊＊
　　注　＊＊表示与对照的 t检验差异显著
2.1　干旱胁迫对蒙古扁桃幼苗
保护酶活力及丙二醛含量的影响
表 1 为用 3% PEG 进行干
旱胁迫处理 3 d对蒙古扁桃幼苗
保护酶活性及丙二醛含量的影
响.从表 1可以看出 ,蒙古扁桃幼
苗在干旱胁迫处理后 , SOD 和
POD 活性分别比对照增加了
1.88和2.46倍 , 而 CA T 活性降
低了 11.25%.MDA 含量增加了
21.13%,表明已发生了细胞膜脂
的过氧化反应.
2.2　干旱胁迫对蒙古扁桃幼苗吲哚乙酸活力的影响
表 2是蒙古扁桃幼苗经 5%、8%、12%PEG模拟干旱胁迫处理 3 d后 ,对其根系吲哚乙酸氧化酶活性的
影响.实验结果表明 ,干旱胁迫对蒙古扁桃幼苗的 IAA 氧化酶活力有显著的抑制作用 ,经 5%、8%、12%
PEG胁迫处理后 , IAA氧化酶活力分别比对照下降了 2.72倍 、3.83 倍和 7.00倍.将测定结果与对照组结
果进行 t检验处理 ,均达到极显著水平 ,而且随胁迫强度的增强 , IAA 氧化酶活力也随之下降.
3　讨论
活性氧(Active oxygen species)是植物体内一类化学性质非常活泼 、氧化能力很强的含氧物质的总称 ,
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是植物自身代谢的产物.植物体内有完善的自由基清除系统 ,使细胞自由基的产生与清除处于平衡状态 ,将
自由基浓度维持在极低水平上[ 6] .在所有的生物中 ,绿色植物细胞中的氧浓度最高 ,如叶细胞中的氧浓度可
达 250μmo l/L ,因而更易遭受逆境所致的氧化胁迫 ,导致细胞氧化胁变[ 7] .因此在绿色植物中 ,由逆境所致
的氧化胁迫是一种普遍现象[ 8] .在水分胁迫与活性氧代谢关系的研究中 ,Bew ley 首先提出了关于植物旱害
与耐旱害机制的自由基假说 ,引起人们广泛关注[ 9] .一般认为 ,在植物体内产生活性氧的主要部位是叶绿体
和线粒体 ,是由于光合电子传递和呼吸电子传递泄漏而形成的.研究表明 ,在水分胁迫下 ,植物活性氧代谢模
式是复杂的.在干旱胁迫下 ,水稻 、小麦和花生等植物中的 O -.2 含量增加 ,而在向日葵等植物中 O -.2 含量下
降[ 10] .周瑞莲等[ 11] 指出 ,在干旱 、高温胁迫下流动沙地的沙米(Agriophy l lum squarrosum)和欧亚旋覆花
(Convolvulus chinensis)叶片中的 SOD和 POD活性增高 ,MDA 含量增高 ,半固定沙地的差不嘎蒿(Arte-
misia halodendron)的 SOD和 POD活性略上升 ,但活力较低 ,固定沙地的白草(Pennisetum centrasiaticum)
和狗尾草(Setaria viridis)在胁迫前的 POD活性较高 ,胁迫后的 SOD和 POD活性增加幅度较大 ,是真正的
依赖保护酶进行抗逆的植物类型.龚吉蕊等[ 12] 研究发现 ,不同荒漠植物对干旱胁迫的应激方式不同 ,清除体
内H 2O 2 在沙拐枣(Calligonum mongol icum)体内抗氧化剂 GSH 起主要作用 ,抗氧化酶系统起辅助作用 ,而
在梭梭(Haloxy lon ammodendron)体内 CA T 起主要作用 ,沙枣(Elaeagnus angust i folia)体内 AsA-POD
起主要作用.本实验结果表明 ,在干旱胁迫下蒙古扁桃幼苗的 SOD和 POD 活性增加 , CAT 活性下降 ,在其
活性氧代谢平衡中 , SOD和 POD起主要作用.因为在干旱胁迫下不同植物的活性氧代谢模式不同 ,自由基
增减趋势各不相同 ,因此 ,相应的保护酶活性有不同的变化趋势是可以理解的.大量研究显示[ 13] ,水分胁迫
对植物活性氧酶促清除系统有广泛的影响 ,各种保护酶活性变化不仅与胁迫的方式和强度有关 ,还与不同的
植物或同种植物的不同品系有关.
按 Fridovich 的生物自由基伤害学说[ 14] ,在各种逆境下 ,植物体内产生大量活性氧 ,会引发膜脂过氧化
作用 ,造成对细胞膜系统的破坏 ,其产生的脂质过氧化物继续分解 ,形成低级氧化产物如丙二醛(MDA)等 ,
MDA 对细胞质膜和细胞中的许多生物功能分子均有很强的破坏作用 ,它能与膜上的蛋白质氨基酸残基或
核酸反应生成 Shi ff碱 ,降低膜的稳定性 ,加大膜透性 ,促进膜的渗漏 ,使细胞器膜的结构 、功能紊乱 ,严重时
会导致细胞死亡[ 15] .因此 , MDA 的增加既是细胞质膜受损的结果 ,也是伤害细胞质膜的原因之一[ 16] .蒙古
扁桃幼苗经 3 d的干旱胁迫处理后 , MDA 含量增加了 21.13%,表明尽管 SOD和 POD活性有所增加 ,但活
性氧代谢仍然失去平衡 ,膜脂发生了过氧化作用.
IAA 氧化酶并不是保护酶 ,但具有过氧化物酶的特性.Grambow 等[ 17] 发现 ,过氧化物酶在酚类化合物
存在下 ,将 IAA 降解为 3-吲哚乙醇或 3 -羟甲氧吲哚(3-hydroxymethy lox indole , HMOX).Catesson
等[ 18]指出 ,阳离子过氧化物酶具有吲哚乙酸氧化酶的活性 ,而阴离子过氧化物酶主要在木质素合成中起作
用.Hasegaw a[ 19] 以玉米为材料研究指出 , Px3 、Px7和 Px8 3个位点所控制的过氧化物酶同工酶都具有吲哚
乙酸氧化酶活性.Sequiera 等[ 20]比较研究了烟草根过氧化物酶同工酶对氧化 IAA 和愈创木酚的相对效应 ,
发现过氧化物酶通常能氧化 IAA ,缺乏过氧化物酶活性的酶分段有更显著的 IAA 氧化酶效应 ,该酶对 IAA
的亲和力(KmIAA =0.1 mmo l/L)明显大于过氧化物酶对 IAA 的亲和力 ,过氧化物酶对愈创木酚基本无效
应.Ridge 等[ 21]证明 ,细胞壁过氧化物酶具有限制植物细胞伸长生长的作用.王水平等[ 22] 研究表明 ,细胞壁
过氧化物酶(和 IAA 氧化酶)具有阻止棉纤维细胞伸长的作用.蒙古扁桃与其他灌木相同 ,苗期生长缓慢 ,而
且这时的植株不带刺 ,容易被牲畜采食 ,成为威胁种群数量的最敏感时期.本实验结果表明 ,干旱胁迫对蒙古
扁桃吲哚乙酸氧化酶有显著的抑制作用 ,与对照的差异达到极显著水平.这一结果进一步证明 ,过氧化物酶
和 IA A氧化酶对干旱胁迫的反映是不一样的.由于过氧化物酶有一定的 IAA 氧化酶活性 ,所以植物体内
IAA 的降解代谢由这两个酶活性共同来决定.有关逆境胁迫对植物内源吲哚乙酸代谢影响的研究较少且结
论不一致.陈玉玲[ 23]研究表明 ,干旱条件下冬小麦幼苗中的 IAA 含量很快下降.张明生等[ 24] 采用酶联吸附
免疫法(ELIBA),测定了干旱条件下甘薯叶片内的 IAA 含量 ,结果表明 ,水分胁迫下甘薯各品种中的 IAA
有所下降 ,且品种的抗旱性愈强 , IAA 下降的幅度愈大 ,其相对含量(占对照%)与品种抗旱性均呈极显著负
相关(r=-0.907).庞士铨[ 25] 则提出 ,水分胁迫下茶树叶片的 IA A含量上升 ,干旱胁迫下柽柳内源 IAA 也
明显增加[ 26] .内源生长素在逆境胁迫下的不同变化可能与植物吲哚乙酸代谢的多态性有关.总之 ,在干旱胁
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　第 1 期 斯琴巴特尔 等:荒漠植物蒙古扁桃的抗氧化胁迫性研究 　　　
迫下蒙古扁桃幼苗中的 SOD和 POD活性增加 ,在活性氧清除中起主导作用 ,而 CA T 和 IAA 氧化酶活性下
降 ,在内源 IAA 水平控制中 POD可能起主导作用.
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A nti-oxidation stress of the dese rt plant Prunus mongolica Maxim.
Seqinbateer , Xiumin
(College of Li fe S ciences and Technology , I nner Mongolia Normal University , Huhhot 010022 , China)
Abstract:The anti-oxidation stress of deser t plant P runus mongolica Maxim.i s studied in this pape r.
The results show that the SOD and POD activi ty o f P runus mong pl ica Maxim .seedling is increased , but
CA T activi ty and MDA content is decreased by 3 d drought st ress.We consider that SOD and POD play a
major part in equipment of active oxygen species metabo lism in P runus mongol ica Maxim .seedling.
Drought st ress inhibi ts the activity of IAA ox idase in Prunus mongol ica Maxim.seedling significantly.
Key words:dese rt plant;Prunus mongol ica Maxim.;oxidat ion st ress
【责任编辑 金淑兰】
(上接第 93页)
特有种四合木种群遗传结构分析
张颖娟 , 卢　萍
(内蒙古师范大学 生命科学与技术学院 , 内蒙古 呼和浩特 010022)
摘　要:对四合木种群的遗传结构进行了研究.结果表明 , 四合木在种群水平上维持较高的遗传多样性 , 大
部分遗传多样性存在于种群内 , 种群间的遗传分化很低.四合木的较高的遗传多样性是在长期进化过程中适应生
境条件变化形成的 , 其基因组 DNA 存在较高的变异性 , 各种群之间存在一定的基因流 , 四合木各种群可看成是
meta-种群 , 应注意保护四合木中具有丰富的遗传多样性的meta-种群.
关键词:四合木;遗传结构;遗传多样性;me ta-种群
中图分类号:Q 145.1　　文献标识码:A　　文章编号:1001--8735(2006)01--0089--05
【责任编辑 金淑兰】
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