全 文 ：第 13卷　第 3期　　　　　干　旱　区　资　源　与　环　境　　　　 Vo l. 13　 No. 3
1999年 　 9月　　　 Journal of Arid Land Resources and Env ironment　 Sep. 1999
渗透胁迫对绵刺 (Potaninia mongolica Maxim . )
嫩枝保护酶活性的影响
高　岩 1　刘果厚 1　王均喜 2　刘美珍 1　步文国 1
( 1.内蒙古林学院治沙系 ,呼和浩特　 010019; 2.内蒙古乌海市林工站 ,乌海市　 016000)
提　要
分别用不同浓度的 PEG( MW6000)对当年生绵刺嫩枝进行渗透胁迫处理 ,
测定其超氧化物歧化物 ( SOD)、过氧化氢酶 ( CAT)的活性和丙二醛 ( MDA)含
量的变化。 结果表明:绵刺嫩枝在渗透份胁大于 - 2. 0M Pa迫条件下 ,能维持较
高的 SO D活性 ,脂质过氧化作用较弱 ,膜系统基本完整 ;渗透胁迫小于 - 2.
0M Pa。 SO D活性明显下降 ,脂质过氧化作用加强 ,膜透性增加。 MDA含量与
SO D活性呈负相关关系 ( r= - 094217) ; CAT的活性随渗透胁迫强度增大而逐
渐增强 ,达到一个峰值 (- 2. 5M Pa)后 ,呈现下降趋势。说明绵刺嫩枝中 CAT和
SO D活性具很强的抗水分胁迫能力。
关键词:绵刺 ;渗透胁迫 ;过氧化氢酶 ;超氧化物歧化酶 ;丙二醛
中图分类号: Q946. 5　　　文献标识码: A
绵刺 (Potaninia mongol ica Max im . )属蔷薇科蔷薇亚科绵刺属植物。 80年代就被列为
国家第一批二级重点保护植物。 它的分布区较小 ,只分布于内蒙古西部的阿拉善盟东部 ,伊
克昭盟西部和巴彦淖尔盟北部 ,以及蒙古人民共和国南部。本区属于草原化荒漠地带 ,土壤
以灰钙土为主 ,沙化严重 ,碱化现象普遍比较严重 ( pH值为 8. 42～ 9. 20)。地下水埋藏较深。
绵刺的形态特征和生理习性非常特珠 ,在极端干旱的条件下 ,绵刺生长微弱 ,甚至叶片脱落
处于“假死”的休眠状态。而雨季来临后迅速复苏。目前 ,对其研究仅限于分类学及形态结构
和特性方面适应性的报道 ,但从生理生化方面研究其适应性尚未见报道。
本文通过对野生绵刺的当年生嫩枝进行渗透胁迫处理 ,研究在渗透胁迫过程中 SOD、
CAT两种保护酶活性变化和脂质过氧化作用。试图探索水分胁迫与绵刺嫩枝保护酶之间的
关系及其保护酶的抗水分胁迫能力 ,旨在为保护这种植物提供理论依据 ,从而可以很好地保
护这种珍稀濒危植物。 并对保护全球的生态平衡和生物多样性具有重要意义。
1　材料与方法
国家自然科学基金 ( 39660064)和内蒙古自然科学基金 ( 971304- 4)资助项目
DOI : 10. 13448 /j . cnki . jal re . 1999. 03. 013
1. 1　供试材料的处理
材料选自内蒙古乌海市的野生绵刺 ,取当年生嫩枝 ,用自来水洗 4- 5次 ,再用蒸馏水冲
洗 3次。滤纸吸干表面水分 ,分别放入渗透势为 0、 - 0. 5、 - 1. 0、 - 1. 5、 - 2. 0、 - 2. 5和 - 3.
0M Pa的 PEG( MW6000)溶液中处理 20h后。分别取样进行各种酶活性的测定及 MDA含
量的测定。每个处理进行 3次重复测定。
1. 2　酶活性的测定
1. 2. 1　 SOD酶液的提取与活性测定
取绵刺嫩枝 0. 2g,加入预冷的 5ml 0. 05mol /L磷酸缓冲液 ( p H= 7. 8) ,冰浴研磨 ,于
10000r /min离心机离心 20min。 上清液即为酶液提取液。
SOD活性按 Giannopli tis and Ries( 1976)的方法测定。 4ml反应液中含有 13uM核黄
素、 130mM蛋氨酸、 630uM氯化硝基四氮唑兰 ( NBT)和 0. 5MNa2 CO3溶液各 0. 4m l, 0.
05mol /L磷酸缓冲液 (含 0. 1mM EDT A) 2. 35ml ,再加入 0. 05ml酶液 ,在 4000lux莹光下照
光 20min,在波长 560nm处比色 ,根据 SOD抑制 NBT光化还原 50%的酶量为一个酶活力
单位 ( u) ,计算酶活力。
1. 2. 2　 MDA的提取及含量测定
提取方法同上。取提取液 1. 0ml ,加 0. 5%硫代巴比妥酸 (用少量 HCl溶液溶解 ) 2. 0ml
和 3. 0ml蒸馏水 ,在沸水中加热 30min,冷却后离心 20min( 6000r /min) ,取上清液 ,分别测
定波长为 532nm和 600nm时的光密度值。 由两个值之差 ,求出 MDA含量。
1. 2. 3　 CAT酶液提取和活力测定
取绵刺生嫩枝 0. 2g ,加入 0. 2gCaCO3和蒸馏水 2m l,仔细研磨成匀浆 ,定容 50m l,为
CAT酶提取液。
总体积 20ml的反应液中含有 0. 1N过氧化氢 5m l和酶液 10ml在 25℃水浴中准确反
应 5min后。立即加入 5ml3. 6N H2 SO4以终止反应。再加入 1ml20% KI, 3滴钼酸铵 , 3滴淀
粉 ,用 0. 02N的硫代硫酸钠进行滴定。经消耗硫代硫酸钠的体积可求得被分解的过氧化氢
量 ,从而求 ACAT活性。
2　结果
2. 1　 SO D活性的变化
SOD能催化 0-·2 发生歧化反应: 0-·2 + 0-·2 + 2H+ —— H2O2+ O2 ,是防止氧自由基对细胞
膜系统伤害的保护酶。 由图 1表明: 绵刺嫩枝在 - 0. 5M Pa的 PEG溶液中具有较高的 SOD
活性 ,随着渗透胁迫强度增加 , SOD活性逐渐降低。 当渗透势降到- 2. 0M Pa时 , SOD活性
比对照下降 42. 6% ;当渗透势是 - 2. 5M Pa时 ,其活性是对照的 34. 48% 。由此得出 ,在 PEG
为 - 2. 0M Pa时 SOD活性开始迅速下降。
2. 2　 MDA含量的变化
目前人们常用 MDA含量作为脂质过氧化的主要指标。MDA是氧自由基攻击细胞膜上
的类脂中不胞和脂肪酸而发生的膜脂的过氧化产物 ,对膜有毒害作用。绵刺嫩枝经渗透胁迫
后 , M DA含量随胁迫强度增加而增高 (图 2)。当渗透势大于- 2. 0M P时 , M DA含量增加缓
慢 ;在 - 2. 5M Pa时 ,其含量是对照的 4. 5倍 , MDA含量与 SOD活性呈负相关关系 ( r= -
0. 94217)。
2. 3　 CA T活性变化
90 干　旱　区　资　源　与　环　境 第 13卷
CAT能消除细胞内过多的 H2O2 ,以维持其在一个低浓度水平 ,来保护膜的结构。 CA T
活性在 PEG较低的溶液中 ,随浓度的增加而升高 (图 3)。在 PEG浓度为 - 2. 5M Pa时 , CA T
活性达最高值 , PEG浓度再增加 , CAT活性呈下降趋势。
3　讨论
SOD和 CAT都是植物体内的保护酶 , SOD能催化 0-·2 发生歧化反应 ,生成 H2O2和 02 ,
CAT则具有分解 H2O2的作用。从而减低细胞内活性氧的浓度 ,对细胞起保护作用。 MDA
是脂质过氧化作用的主要产物之一 ,对细胞有毒害作用 ,其含量的多少是脂质过氧化作用强
弱的一个重要指标。
渗透胁迫影响植物体内活性氧代谢系统的平衡 ,破坏或降低活性氧清除剂的含量 ,增加
了活性氧的生成量 ,从而破坏膜结构。对于正常植物细胞而言 ,其叶绿体和线粒体在光合作
91第 3期　　高岩等　渗透胁迫对绵刺 (Potaninia mongolica Max im . )嫩枝保护酶活性的影响
用过程中也会产生自由基 ( 0-·2 和 OH-· ) ,因细胞内存在自由基清除剂 ,故细胞内的自由基处
于一个低水平的动态平衡。唐连顺等 ( 1992年 )报道 ,在轻度和中度胁迫处理时 ,随着胁迫时
间的延长 ,玉米叶片 SOD活性迅速上升 ,而重度快速胁迫处理时 , SOD活性略有升高 ,然后
又迅速下降 ;李广敏等 ( 1994)报道 ,抗旱性强的玉米比抗性弱的玉米 SOD活性下降慢 ,而且
MDA含量也少 ;赵可夫 ,邹琦等 ( 1993年 )报道 ,随着胁迫强度的增强 ,盐生植物碱蓬体内
SOD活性降低而且在一定渗透势下 , SOD活性明显降低。我们的实验结果表明:耐旱的绵刺
嫩枝在渗透势高于 - 2. 0M Pa时 ,体内 SOD活性较高 ,当渗透势低于 - 2. 0M Pa时 , SOD活
性迅速降低。由此可见 ,绵刺嫩枝在高于- 2. 0M Pa的 PEG溶液中 ,体内的 SOD活性高 ,分
解因胁迫而产生的超氧化物 ,来维持体内的氧平衡 ,当 PEG浓度达到 - 2. 5M Pa时 ,强的渗
透胁迫使 0-·2 的产生与消除间的平衡失调 ,氧自由基开始积累 ,不断积累的氧自由基攻击类
脂中不饱和脂肪酸 (即脂质过氧化作用加强 )生成 MDA,从而使细胞膜系统破坏 , M DA的
含量越多膜系统破坏越严重。在低渗透势的 PEG溶液中 , SOD活性较高 ,使 0-·2 发生歧化反
应生成 H2O2而调动 CAT活性 ,而且 CAT的活性随着 PEG浓度的增大而增强。在 - 2.
5M Pa时 , CAT活性达到最高峰 ,随后开始下降 ,膜系统受到破坏比较明显。- 2. 0M Pa的渗
透势对一般的中生旱生植物来说已是一个致命的干旱胁迫 ,但对绵刺嫩枝来说 ,绵刺嫩体体
内保护酶 SO D和 CAT活性较高。说明绵刺嫩枝体内保护酶 SOD和 CAT具有较强的抗水
分胁迫能力。此外 ,从实验结果可知 ,在 PEGI渗透势为 - 2. 5M Pa时 , M DA含量明显增加 ,
同时 SOD活性显著下降 , CA T活性也由最高峰开始下降。其原因可能是由于 - 2. 5M Pa的
胁迫强度引起代谢水平的降低、酶反应的最适条件和底物改变所致 ,尚待实验证明。
参考文献
[ 1]李广酶 ,唐顺连 ,商振清等。渗透胁迫对玉米幼苗保护酶系统的影响。河北农业大学学报 , 1994, 17( 2) ;
1～ 5
[ 2]赵可夫 ,邹琦 ,李德全等。盐分和水分胁迫对盐生和非盐生植物细胞膜指过氧化作用的效应。植物学报 ,
1993, 35( 7) ; 519～ 524
[ 3]孙昌祖。渗透胁迫对青杨叶片氧自由基伤害及膜脂过氧化的影响。 林业科学 , 1993, 29( 2) ; 104～ 108
[ 4]龚明 ,丁念诚 ,贺子义等。盐胁迫下大麦和小麦叶片脂质过氧化伤害与超微结构变化的关系。植物学报 ,
1989, 31( 1) ; 841～ 846
[ 5]郭振飞 ,卢少元 ,李宝盛等。不同耐旱性水稻幼苗对氧化胁迫的反应。植物学报 , 1997, 39( 8) ; 748～ 752
[ 6]高岩 ,张汝民 ,姚云峰等。 盐胁迫对梭梭幼苗体内保护酶系统活性的影响。 内蒙古大学学报 (自然科学
版 ) , 1997, 28( 2) ; 253～ 256
[ 7]李付广 ,李凤莲 ,李秀兰。盐胁迫对棉花幼苗保护酶系统活性的影响。河北农业大学学报 , 1994, 17( 3) ;
52～ 55
[ 8]唐连顺 ,李广敏 ,商振清等。 水分胁迫对玉米幼苗膜脂过氧化及保护酶的影响。 河北农业大学学报 ,
1992, 15( 2) ; 34～ 39
[ 9]王沙生 ,高荣孚 ,吴贯明。 《植物生理学》 (第二版 ) , 1981
[ 10 ]Giannoplitis C N , and S K Rics. Supcro xidc dismutasc 1 Purification and quanlitativ e r ela tionship with
w ater so luble pr otein in seedling . Plant Phy siol, 1976, 59: 315～ 318
[ 11 ]马毓泉。 《内蒙古植物志》 (第二版 ) , 1990
[ 12 ]刘果厚 ,贺晓 ,吴丽芝。国家重点保护植物绵刺的适应性及其保护。内蒙古林学院学报 , 1997, 19( 4) ; 20
～ 24
92 干　旱　区　资　源　与　环　境 第 13卷
EFFECT OF OSMOT IC STRESS ON ACT IV IT IES
OF PRO TECT IV E ENZYM ES OF TENDER BRANCHES
OF POTAN IN IA MON GOLICA M AX IM.
Gao yan
1　 Liu Guohou1　Wang Junxi2
Liu Meizhen
1　 Bu Wenguo1
( 1. Departmen t of Desert Cont rol, Inner M ong olia Fores t ry Col leg e, Hohh ot, 010019
2. Fores t s tation of Wuh ai ci ty, Inner Mongolia, Wuh ai, 016000)
Abstract
　　 The tender branches of Potaninia mongolica Max im. were treated wi th PEG( 6000)
solutions at dif ferent concentrations ( 0, - 0. 5, - 1. 0, - 1. 5, - 2. 0, - 2. 5, - 3. 0 M Pa ) .
Above - 2. 0 M Pa , the activi ties of supcro xide dismutase ( SOD) ( Fig . 1) kept at higher
levels. Malondia ldehyde ( MDA) , substance toxic to the membrane, were maintained at low
levels ( Fig2) . The increases o f o smo tic po tential w ere accompanied by decreases of SOD
activi ty and increases o f MDA content. The relation of MDA and SOD was negative
cor relation ( r = - 0. 94217) . The increases of osmo tic po tential w ere accompanied by
increases of catalase ( CA T) above - 2. 5 M Pa and decreases under - 2. 5 M Pa. There
evidences show ed the Potaninia mongolica Maxim. tender branches have a pow erful ability
to adapt drought stress.
　 　 Key Words: Potaninia mongol ica Max im, osmotic st ress, Catalase, supero xide
dismutase, M alondialdehyde.
93第 3期　　高岩等　渗透胁迫对绵刺 (Potaninia mongolica Max im . )嫩枝保护酶活性的影响