全 文 ：　2008年 9月
　第 31卷　第 5期
四川师范大学学报(自然科学版)
JournalofSichuanNormalUniversity(NaturalScience)
Setp., 2008
Vol.31, No.5
　　收稿日期:2007-10-12
基金项目:成都市科技局攻关计划基金(200638)资助项目
＊联系作者简介:马丹炜(1963-),女 ,教授 ,主要从事细胞生物学研究
干旱胁迫对外来杂草野茼蒿抗氧化系统的影响
李永强 1, 2 , 　王亚男1, 2 , 　何杨艳 1, 2 , 　马丹炜 1, 2＊
(1.四川师范大学 生命科学学院 , 四川 成都 610066;　 2.四川师范大学细胞生物学研究室 , 四川 成都 610066)
　　摘要:野茼蒿(Crassocephalumcrepidioides(Benth.)S.Moore)原产非洲 ,在我国主要分布于广东 、海南 、
江西 、湖南 、四川 、云南等地 , 是我国的外来入侵植物 , 研究其在逆境条件下的生理适应机制对于有效治理该
入侵种具有十分重要的意义.采用自然干旱胁迫法 ,研究了干旱胁迫下野茼蒿抗氧化酶系统的变化.结果表
明:随着胁迫时间的延长 ,野茼蒿叶片内丙二醛含量升高 ,复水后下降;在胁迫过程中过氧化物酶(POD)和
抗坏血酸过氧化物酶(APX)持续下降 , 酶结构破坏;而超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)、谷胱甘
肽还原酶(GR)3种酶活性先升高 , 后下降 ,在复水后 , 超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化氢酶(CAT)恢复到
胁迫前水平 ,而 GR未能恢复.研究结果表明 SOD、CAT和 GR协同作用 , 维持了体内活性氧的平衡.
关键词:野茼蒿;入侵植物;抗氧化酶;丙二醛
中图分类号:Q948　　文献标识码:A　　文章编号:1001-8395(2008)05-0607-03
　　野茼蒿 [ Crasocephalumcrepidioides(Benth.)
S.Moore] ,别名革命菜 ,为菊科 (Compositae)野茼
蒿属 (Crasocephalum)一年生或多年生草本植
物 [ 1] ,原产非洲 ,在我国主要分布于广东 、海南 、江
西 、湖南 、四川 、云南等地 ,常生于海拔 300-1 800 m
的荒地路旁 、水沟边或灌丛中 [ 2] ,危害了园林生态
系统 ,是我国的外来入侵植物 [ 3] .目前野茼蒿的研
究主要集中在药用价值[ 1, 4]和食用价值 [ 1, 5]方面.而
有关于野茼蒿的生态适应性和入侵机制方面的研
究 ,迄今未见报道.
在干旱胁迫下 ,植物体内会产生大量的氧自由
基 ,而这些氧自由基会破坏植物体内的氧化还原平
衡 [ 6] ,抗氧化酶系统可在一定程度上清除过量的活
性氧 ,维持体内活性氧水平的动态平衡 ,并且在逆
境下表达量及活性的增加是植物提高抗逆能力的
重要因素[ 6-8] .本研究采用自然干旱胁迫 ,分析了干
旱胁迫下野茼蒿叶片内抗氧化酶活性和丙二醛含
量的变化 ,从野茼蒿对水分胁迫的反应机制方面探
讨其入侵机制 ,为野茼蒿资源利用和控制其蔓延提
供理论依据.
1　材料和方法
1.1　材料来源与处理
1.1.1　材料来源　供试野茼蒿采自四川师范大学
南门外的荒坡上.选取生长良好 、长势基本一致的
野茼蒿植株 ,移栽到装有混合土(黄土∶沙子∶园
艺土 =1∶1∶1)的花盆中 ,每天定时浇水 ,待其生
长状况稳定时进行胁迫实验.
1.1.2　干旱胁迫处理　在温室中自然失水 7 d(此
时叶片发生萎蔫)后复水 ,复水后继续培养 2 d,每
隔 1d取叶片测定丙二醛和抗氧化酶 ,未处理的叶
片(第 1 d)作对照.
1.2　丙二醛及抗氧化酶的测定　丙二醛(MDA)含
量的测定采用硫代巴比妥酸法测定 [ 9] .超氧化物歧
化酶 (SOD), 过氧化物酶 (POD), 过氧化氢酶
(CAT)的提取和测定均采用文 [ 9]的方法稍加改
进 ,抗坏血酸过氧化物酶(APX)测定参照 Y.Naka-
no和 K.Asada[ 10]的方法.谷胱甘肽还原酶(GR)的
测定参照 B.Haliwel和 C.H.Foyer[ 11] 的方法.
SOD活性单位以抑制 NBT光化还原的 50%为一个
酶活单位;POD以每分钟 A470变化 0.01为一个过氧
化物酶活性单位;CAT以每分钟 A240减少 0.1的酶
量为 1个酶活性单位;APX酶活性以 μmolASA/
(mg· min)表示;GR酶活性以 nmolNADPH/(mg
· min)表示.
1.3　统计分析　实验采取完全随机设计 ,每个处
理重复 3次.数据采用 SPSS15.0软件 Duncan s检
验进行统计分析.
2　结果与分析
2.1　干旱胁迫下野茼蒿 MDA的变化　活性氧对
许多生物功能分子有破坏作用 ,最终引起膜的过氧
化作用 ,导致膜脂过氧化产物—丙二醛的含量增
加 [ 12] .因此 ,丙二醛含量的增加经常被看作衡量活
性氧对植物体防御系统破坏程度一个准确指标.本
研究结果表明 ,随着胁迫时间的延长 ,野茼蒿叶片
内丙二醛含量上升 ,第 7d时达到峰值 ,复水后迅速
下降 ,如图 1所示.表明水分胁迫引起野茼蒿体内
膜质过氧化.与对照相比野茼蒿叶片 MAD含量在
胁迫第 7d有显著差异(p﹤ 0.05)外 ,胁迫 3d和 5
d以及复水均无差异(p﹥ 0.05).
2.2　干旱胁迫下野茼蒿抗氧化酶的变化　抗氧化
酶系统随胁迫天数的变化见图 2.为了便于比较和
观察趋势 ,所有酶活性都转换成相对值(与 1 d酶
活的比值).野茼蒿在胁迫 3, 5, 7 d和复水后 ,叶片
内 SOD的活性分别为对照的 138.57%, 432.03%,
191.48%和 124.47%,胁迫 5和 7 d以及复水以
后 ,与对照相比 ,均有显著升高(p﹤ 0.05).已有研
究表明 ,在干旱胁迫下 ,植物 SOD活性增加.胁迫
3, 5, 7d和复水后 CAT活性分别为对照的 136.78%
和 226.27%, 161.33%和 243.15%.随着胁迫时间
延长 ,野茼蒿叶片内 POD活性呈下降趋势 ,胁迫 3
d和 5 d分别为对照的 51.41%和 2.82%,胁迫到
第 7 d时 POD值最小 ,为第 1 d的 2.35%,复水后
虽然有所升高(变为对照的 15.60%),但仍低于胁
迫前.有研究表明 , POD的变化不统一 ,有的上升 ,
有的下降 ,有的保持不变.与对照相比 ,在胁迫过程
中野茼蒿叶片内 APX活性显著下降 (p﹤ 0.05),
分别为第 1 d的 61.11%, 26.19%, 49.60%和
10.52%;胁迫初期 , GR活性较对照略有上升 ,之后
也呈下降趋势 ,分别为对照的 140.00%, 111.11%,
66.67%和 24.44%,而在整个胁迫过程中 , GR活性
差异不显著.
3　讨论
正常生长条件下 ,植物体内活性氧的产生和清
除之间保持着一种动态平衡 ,当植物遭受胁迫时 ,
这种平衡就被破坏 ,从而产生大量的氧自由基 ,破
坏细胞膜结构 ,使 MDA含量增加.野茼蒿在受到最
大干旱胁迫时体内 MDA含量达到最大 ,而其他天
数的 MDA含量没有显著差异 ,推测在刚开始胁迫
时 ,植物本身还可以通过自身的机制加以调节 ,使
其细胞膜的破坏降到最小 ,而到了最大胁迫时 ,细
胞膜受到严重破坏 ,丙二醛达到最大含量.复水后 ,
植物经过调节又迅速恢复到正常状态 ,对细胞膜进
行修复 ,丙二醛含量迅速下降 ,与胁迫前无显著差
异 ,表明野茼蒿具有迅速修复受损细胞膜的能力.
抗氧化系统主要包括 SOD, POD, CAT, APX和
GR等.SOD作为清除氧自由基(ROS)的第一道防
线首先起作用 ,将 ROS歧化为 H2O2 , 随后 APX,
CAT, POD, GR开始清除 H2O2.在水分胁迫下 ,野茼
蒿叶片内 SOD, CAT和 GR3种酶活性在胁迫的前
5 d均呈上升趋势 ,第 7 d3种酶的活性开始下降 ,
相对来说 GR的下降幅度大于 SOD和 CAT,复水后
SOD和 CAT活性仍大于胁迫前的活性 ,但是 GR却
未恢复到胁迫前的水平.相关性分析表明 , SOD,
CAT和 GR3种酶活性与丙二醛含量的变化成负相
关 ,表明在干旱胁迫下 ,叶片内活性氧大量产生 ,导
致丙二醛的含量增加 , SOD清除 ROS产生 H2O2 ,在
胁迫初期 , CAT和 GR共同承担了清除 H2O2的任
务 ,但随着胁迫时间的延长 , GR结构受到严重破
坏 ,以致在消除胁迫后都无法恢复到胁迫前的水
平 ,在胁迫过程中 ,野茼蒿叶片内 POD和 APX持续
下降 ,表明其对干旱胁迫十分敏感 ,其酶结构极易
遭受破坏.
综上所述 ,在干旱胁迫下野茼蒿体内氧自由基
大量产生 ,导致丙二醛含量的产生 ,其抗氧化酶系
统中 , SOD, CAT和 GR协同作用 ,维持了植物体内
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活性氧的产生和清除之间的动态平衡.
植物的抗逆反应是一个涉及到众多基因 ,受多
途径调控的复杂过程 ,有关野茼蒿在干旱胁迫下
SOD, CAT和 GR活性诱导的分子机理尚需进一步
深入研究.
参考文献
[ 1] 中国科学院中国植物志编缉委员会.中国植物志(77卷第 1分册)[ M] .北京:科学出版社 , 1999.
[ 2] 周小刚 , 张辉.四川农田常见杂草原色图谱 [ M] .成都:四川科学技术出版社 , 2006:62-63.
[ 3] 徐海根 , 强胜.中国外来入侵物种编目 [ M] .北京:中国环境科学出版社 , 2004.
[ 4] 胡军影.野茼蒿的自由基清除活性和保肝作用 [ J] .国外医学·植物药分册 , 2005, 20(6):260-261.
[ 5] 曾宪锋 , 邱贺媛.粤东 7种冬季野菜中硝酸盐 、亚硝酸盐及维生素 C含量分析 [ J] .广东农业科学 , 2005(3):34-35.
[ 6] FoyerCH, NoctorG.Oxygenprocessinginphotosynthesis:regulationandsignaling[ J] .NewPhytol, 2000, 146(3):359.
[ 7] HoremanSN, FoyerCH, AsardH.TrendsPlantSci, 2000, 5:263.
[ 8] BalestrasseKB, GardeyL, GalegoSM, etal.AustJPlantPhysiol, 2001, 28:497.
[ 9] 王学奎.植物生理生化实验原理和技术 [ M] .北京:高等教育出版社 , 2006:280.
[ 10] NakanoY, AsadaK.PlantCelPhysiology, 1981, 22:867-880.
[ 11] HaliwellB, FoyerCH.Planta, 1978, 139:9-17.
[ 12] 曹慕岚 ,罗群 , 张红 ,等.入侵植物加拿大飞蓬(ErigeroncanadensisL.)生理生态适应初探 [ J] .四川师范大学学报:自然
科学版 , 2007, 30(3):387-390.
EfectofDroughtStressonAntioxidantSystemofInvasivePlant
Crasocephalumcrepidioides(Benth.)S.Moore
LIYong-qiang1, 2 , 　WANGYa-nan1, 2 , 　HEYang-yan1, 2 , 　MADan-wei1, 2
(1.ColegeofLifeScience, SichuanNormalUniversity, Chengdu610066, Sichuan;
2.CelBiologyLaboratory, SichuanNormalUniversity, Chengdu610066, Sichuan)
Abstract:Crassocephalumcrepidioides(Benth.)S.MoorecomesfromAfrica, andhasbecomeaninvasiveweed, whichhasbe
foundinGuangdong, Guangxi, Hunan, SichuanandYunnanProvinces, China.Thestudyofitsphysiologicalresponseinstressfulen-
vironmentsisveryusefulindeterminingtheinvasivemechanismofthisplant.Byusingnaturaldrymethodinthispaper, thechanges
ofantioxidantenzymesandmonodehydroascorbate(MDA)inCrassocephalumcrepidioideswerestudiedbydroughtstress.Theresults
showedthatMDAcontentcontinualyincreasedbystressanddecreasedbywatering.Inthedroughttreatment, theactivitiyofperoxi-
dase(POD)andascorbateperoxidase(APX)persistentlydecreased, andtheactivityofsuperoxidedismutase(SOD), catalase
(CAT)andglutathionereductase(GR)increasedatthebeginninganddecreasedlater.TheactivityofSODandCATincreasedagain
whiletheactivityofGRdidnotrecoverbywatering.ThepresentstudyindicatedthatcooperationofSOD, CATandGRmaintained
ROSbalanceinCrassocephalumcrepidioidesunderdroughtstress.
Keywords:CrassocephalumcrepidioidesS.Moore;Invasiveplant;Antioxidantenzyme;MDA (编辑　李德华)
609　第 5期 李永强等:干旱胁迫对外来杂草野茼蒿抗氧化系统的影响