全 文 ：农业环境科学学报 2007,26(3):1019-1023
JournalofAgro-EnvironmentScience
摘 要:以生长在浙江大盘山不同海拔(A1:550~660m,A2:730~800m,A3:900~990m,A4:1000~1015m,A5:1020~1100m)的我
国特有的七子花(Heptacodiummiconioides)为研究材料,研究了七子花的质膜透性(MP)、丙二醛(MDA)、游离脯氨酸(Pro)和抗坏血
酸(AsA)含量及过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)、超氧化物歧化酶(SOD)和抗坏血酸过氧化物酶(ASP)的活性变化,以探讨七子
花对不同海拔的抗氧化生理适应机制。结果表明,随着海拔的升高,七子花的 MDA、AsA和 MP含量升高,Pro含量和抗氧化酶
(POD、ASP、SOD、CAT)活性在 A2时有所降低,之后随着海拔的升高而增加,但海拔达到 A5时又有所降低。研究表明,海拔 730~
800m较适宜七子花生长,当海拔超过1000m时,七子花体内抗氧化系统受到了较大的胁迫。因此,对大盘山分布在海拔730~800
m的七子花应予重点保护,分布在海拔1000m以上的七子花则应迁地保护。
关键词:抗氧化系统;七子花;海拔;大盘山
中图分类号:Q945.79 文献标识码:A 文章编号:1672-2043(2007)03-1019-05
收稿日期:2006-07-20
基金项目:浙江省自然科学基金(399277);磐安县科技重点项目
作者简介:陈子林(1970—),浙江磐安人,工程师,学士,从事林学和保
护生物学研究工作。E-mail:dpschzl@163.com
通讯作者:刘 鹏 E-mail:pliu99@vip.sina.com
七子花(Heptacodiummiconioides)为我国特有的 落叶小乔木,属忍冬科(Caprifoliaceae)的单种属植物,
是国家首批二级重点保护植物,先后被列入中国被子
植物关键类群中高度濒危种类和中国生物多样性保
护行动计划中优先保护的物种[1]。由于形态特殊,七子
花不但在系统演化和区系分类上具有一定的学术价
大盘山七子花抗氧化系统对海拔变化的响应
陈子林 1,张晓燕 2,刘 鹏 2,徐根娣 2,韦福民 1
(1.大盘山自然保护区管理局,浙江 磐安 324000;2.浙江师范大学植物学实验室,浙江 金华 321004)
ResponseofAntioxidativeSystemofSeven-sonFlower(Heptacodiummiconioides)inDapanshanMountainto
DiferentAltitudes
CHENZi-lin1,ZHANGXiao-yan2,LIUPeng2,XUGen-di2,WEIFu-min1
(1TheAdministrationBureauofDapanshanNaturalReserve,Pan’an324000,China;2.KeyLaboratoryofBotany,ZhejiangNormalUniver-
sity,Jinhua321004,China)
Abstract:Seven-sonflower(Heptacodiummiconioide)isaprized,usefulandwelacceptedlandscapeplantinNorthAmericaandsomeEu-
ropeancountriesbutonlygrowsinEastChina.Unfortunately,thedistributionregion,populationsizeandindividualnumbersofseven-son
flowerrapidlydecreaseinthewild.Itisaparticularrare,highlysevereendangeredandprotectiveplant.DapanshanMountain,anationalnat-
uralreservationinEasternChina,isthedistributioncentreofseven-sonflowerintheworld.Byusingseven-sonflowerleavesinDapanshan
Mountainatdiferentaltitudes(A1:550~660m,A2:730~800m,A3:900~990m,A4:1000~1015m,A5:1020~1100m),thediversifica-
tionofthecontentofmalonaldehyde(MDA),membranepermeability(MP),ascorbate(AsA)andproline(Pro)andtheactivitiesofperoxidase
(POD),catalase(CAT),superoxidedismutase(SOD)andascorbateperoxidase(ASP)werestudiedfordiscussingphysiologicaladaptation
mechanismofantioxidativesysteminseven-sonflowertodiferentaltitudes.TheresultsshowedthatthecontentofMDA,AsAandMPin
seven-sonflowerleavesincreasedwiththeincreaseofaltitude.ThecontentofProandtheactivitiesofantioxidativeenzymes(POD,ASP,SOD
andCAT)inseven-sonflowerleavesdecreasedfirstlyinA2andthenenhancedwiththeincreaseofaltitude,butreducedagaininA5,indi-
catingthatthealtitude730~800misthemostsuitablealtitudeforseven-sonflowergrowth.Theantioxidativesystemofseven-sonflower
wouldbeseriouslystressedabovealtitude1000m.Theseresultssuggestedthatseven-sonflowerinDapanshanmountaininaltitude730~
800mmustbeimportantlyprotectedandthatinaltitudeabove1000mshouldbeexsituconserved.
Keywords:antioxidativesystem;seven-sonflower(Heptacodiummiconioides);altitude;Dapanshanmountain
2007年5月
值,也可以作为优良的园林和绿化树种。但七子花分
布非常狭窄,加之生境的不断恶化,分布范围和种群
规模有不断缩小的趋势,目前主要分布于浙江的金
华、天台、宁波,安徽的宜城和泾县等少数地区,模式
标本产地的湖北兴山七子花已灭绝。浙江是其分布中
心,由于生物环境破坏和长期樵采,使原本分布范围
狭窄的七子花更为稀少[2、3],仅在浙江北山、大盘山和
天台山等地有成片分布,浙江大盘山可能是七子花最
大种群分布点。虽然从总体来看,目前大盘山七子花
种群相对稳定,但在局部地段,七子花数量较少,也面
临局部消失的风险[4]。
海拔的变化可影响植物生长发育、物质代谢、结
构和功能等[5~8],也影响植物叶片 δ13C的含量、气孔导
度、羧化效率和叶片含氮量[9]。植物体内普遍有一套抗
氧化系统包括低分子量抗氧化剂如抗坏血酸(AsA)、
谷胱甘肽(GSH)等和抗氧化酶如过氧化物酶(POD)、过
氧化氢酶(CAT)、超氧化物歧化酶(SOD)等,能有效清
除过量自由基,保护细胞免受活性氧自由基的损伤。
因此,七子花体内抗氧化系统活性可能在其适应逆境
环境中具有一定作用。
有关海拔对七子花生长发育和生理生态影响的
研究仅见金则新等[10]天台山不同海拔高度七子花种
群RAPD分析的研究,有关不同海拔七子花的抗氧化
适应方面的研究未见报道。本研究将通过对不同海拔
生长的七子花抗氧化系统的比较,揭示其抗氧化生理
适应机制,探讨七子花最适的生长环境,以进一步保
护好七子花的种质资源。
1 材料和方法
1.1大盘山自然和植被概述
大盘山自然保护区位于浙江中部的磐安县城安
文镇东南10km处,是钱塘江、瓯江、灵江和曹娥江四
大水系的发源地,山体呈东北向西南方向延伸,地形
切割剧烈,相对高差大,形成山高谷深、悬崖陡壁,生
境多种多样,主峰海拔1245m,总面积4527hm2。属
亚热带季风气候,温暖湿润,雨量充沛,年平均气温
14.7℃,最冷月1月的平均气温为2.6℃,最热月7月
为28.7℃,年积温3455～4572℃。年平均降雨量为
1573mm,年日照数 1715.9h,全年无霜期 200～243
d。保护区内植物资源丰富,类型多样,七子花一般分
布于土壤水分含量较高的水沟上或其附近的山坡上。
七子花种群多与红脉钓樟(Linderarubronervia)、盐肤
木(Rhuschinensis)或杉木(Cunninghamialanceolata)混
生,林下植物主要有山合欢(Albizziajulibrissin)、荚蒾
(Viburnun.dilatatum)、尖连蕊茶(Cameliacuspidate)、
楤木(Araliachinensis)、伞形绣球(Hydraaangeambel-
late)、苦枥木(Fraxinusrhynchophyla)、山胡椒(Litsea
cubeba)等。
1.2取样
根据七子花的主要分布范围,在大盘山设5个海
拔高度,按从低到高分别记为 A1(550~660m)、A2
(730~800m)、A3(900~970m)、A4(980~1015m)、A5
(1020~1100m),各选取5个25m×25m或20m×20
m(根据实际情况而定)的典型样地。各海拔(A1、A2、
A3、A4、A5)5个样方平均的海拔高度分别为 578、
780、938、1003和1043m。采集每个样方的四角落和
中央的七子花叶片,冰箱分装后马上送实验室进行测
定。分别测定每个海拔5个样方5个方位的七子花叶
片,计算平均值。
1.3实验方法
叶片质膜透性(MP)用 EC215型电导仪测定,以
相对渗透率(%)表示[11];丙二醛(MDA)采用硫代巴比妥
酸法,单位 mol·g-1FW[11];游离脯氨酸(Pro)采用酸性
茚三酮法,单位 g·g-1FW[12];抗坏血酸(AsA)含量的
测定参照文献[13],单位mg·g-1FW;过氧化物酶(POD)
活性采用愈创木酚法[12],单位 ΔA470/min·mg-1Protein;
抗坏血酸过氧化物酶(ASP)活性测定每分钟内 OD290
变化值,单位 ΔA290/min·mg-1Protein;SOD活性以抑制
NBT光化还原50%作为一个酶单位(U),单位U·mg-1
Protein[12];CAT活性采用硫代硫酸钠滴定法,以 1min
变化酶解1mgH2O2为一个活力单位,U·mg-1Protein[14];
蛋白质含量测定采用紫外分光光度法[15]。
1.4数据分析
采用 SPSS12.0统计软件进行方差分析和 SSR
显著性检验(P<0.01),采用Excel2000软件制图。
2结果与分析
2.1海拔对丙二醛含量和质膜透性的影响
丙二醛(MDA)作为膜脂过氧化的最终产物,其
含量的多少常用来表示膜受到损伤程度的大小,而质
膜透性(MP)表示质膜受伤害或变性的程度,这两个
指标是植物抗逆性研究中的重要指标。从图1可以看
出,随着海拔的升高,MDA的含量也逐渐升高,但在
A5又有所下降,与A1相比,A2、A3、A4、A5分别增加
了7.42%、11.56%、71.10%、36.10%。这说明七子花在
陈子林等:大盘山七子花抗氧化系统对海拔变化的响应1020
第26卷第3期 农 业 环 境 科 学 学 报
高海拔A4、A5受损伤程度较大,膜脂过氧化强烈。从
图1还可以看出,MP的变化趋势与MDA大体相同,
随着海拔的增加而逐渐提高,以A5时最高,与A1相
比,上升了57.42%,在A4时也有较大幅度的提高,较
A1增加了21.2%。上述二项指标表明,当海拔超过
900m时,生境使七子花的生长处于胁迫状态,不利
于七子花的生长。
2.2海拔对脯氨酸和抗坏血酸含量的影响
脯氨酸(Pro)作为渗透调节物在植物体内积累具
有重要作用。从图2可以看出,脯氨酸含量随着海拔
的升高而升高,Pro在A4达到最高值,在A5时有所
下降,与A1、A2、A3相比都达到极显著水平(P<0.01),
与 A1相比,A2下降了 13.30%,A3、A4、A5分别增加
了 19.72%、92.04%、81.96%。抗坏血酸(AsA)是植物
体内重要的抗氧化剂,具有多种抗氧化功能,AsA含
量的高低对消除或减轻膜脂过氧化,保持细胞膜系统
的完整性,具有重要作用。图2还显示,随着海拔的升
高,AsA含量也逐渐升高,但在A5又有所下降,与A1
相比,分别增加了 7.85%、22.77%、51.87%、25.78%。
AsA含量随海拔的升高而增加,有利于减轻膜脂过氧
化,但在A5时其含量较A4有所降低,不利其对逆境
的抵御。
2.3海拔对七子花抗氧化酶活性的影响
POD、ASP、SOD、CAT都是植物体内重要的抗氧
化酶,能清除过量的O2·、·OH等自由基。从表1可以
看出,随着海拔的升高,七子花 4种抗氧化酶活性的
变化趋势基本一致,各酶的活性都呈现先降低,再升
高,最后再降低的趋势,各酶活性的最低值都出现在
A2,POD、CAT、SOD和 ASP的活性较最高值分别低
70.88%、51.85%、52.74%和 66.67%,表明此高度对七
子花的生长较为有利,因而这些抗氧化酶处于较低水
平。POD和ASP活性在 A1时最高,POD在 A2、A3、
A4、A5分别较 A1下降了 70.84%、25.71%、38.76%、
41.07%,ASP在 A2、A3、A4、A5分别下降了 65.62%、
A1 A2 A3 A4 A5
不同海拨
0.06
0.05
0.04
0.03
0.02
0.01
0
M
D
A
含
量
/!
m
ol·
g-
1 F
W
A1 A2 A3 A4 A5
不同海拨
0.4
0.35
0.3
0.25
0.2
0.15
0.1
0.05
0
电
导
率
/%
注:标不同大写字母者为1%水平的极显著差异水平.图2和表1同
图1 海拔对七子花MDA含量和质膜透性的影响
Figure1Efectofdiferentaltitudesonthecontentofmalonaldehydeandmembranepermeabilityofseven-sonflower
Note:Diferentletersshowsignificantdiferencesat1%.Figure2andTable1arethesame
A1 A2 A3 A4 A5
不同海拨
脯
氨
酸
含
量
/!
g·
g-
1 F
W
120
100
80
60
40
20
0
0.07
0.06
0.05
0.04
0.03
0.02
0.01
0
抗
血
酸
含
量
/m
g·
g-
1 F
W
A1 A2 A3 A4 A5
不同海拨
图2 海拔对七子花脯氨酸和抗血酸含量的影响
Figure2Efectofdiferentaltitudesonthecontentofprolineandascorbateinseven-sonflower
1021
2007年5月
45.99%、8.14%、79.66%。CAT和SOD在A4时最大,
CAT在A1、A2、A3和A5分别较 A4下降了 51.85%、
62.94%、36.75%和 23.08%,SOD在 A1、A2、A3和 A5
分别较A4下降了52.74%、80.74%、32.9%和77.47%。
3 讨论
七子花的分布较为独特, 主要分布在海拔600~
1000m水沟边或乱石中,生长土壤为微酸性,喜弱光
而不耐强光,较耐寒而畏炎热。由于七子花的各主要
分布地(北山,天台山和四明山等)属低纬度地区,森
林采伐和人为破坏使其生境片断化,导致遗传多样性
的丧失[3]和种群变小、个体数量下降、产生边缘[2],这种
边缘的产生将使光照强度增强,光饱和点和相对湿度
降低,地表及土壤表层的温度日较差变大,使七子花
处于逆境胁迫状态,对七子花的生理生化过程产生较
大的影响。七子花现存种群数量越来越少,不少区域
七子花有向高纬度迁移和扩展的趋势,因而及早研究
高海拔对七子花的生长发育和生理生态的影响,对于
七子花生物多样性的保护具有重要意义。
大盘山属国家级自然保护区,森林植被保护和生
态环境保护较为完整,七子花的分布相对于其他分布
地要广泛,也成为七子花对不同纬度生理生态响应研
究的理想之地。本研究结果表明,当海拔超过900m,
七子花的质膜透性和丙二醛含量明显增加,说明分布
超过这一高度,七子花处于较为不利的胁迫状态。而
在纬度为730~800m范围内,抗氧化物质脯氨酸和
抗血酸含量及抗氧化酶 (POD,CAT,SOD和 ASP)都
维持较低的水平,说明这一海拔范围是七子花分布最
适的范围,应该成为大盘山七子花保护的核心部分。
本研究结果与金则新等[10]利用RAPD技术,分析天台
山七子花3个不同海拔七子花种群的遗传多样性,认
为海拔 780m的七子花种群遗传多样性最丰富的结
果相一致。
各种环境胁迫因子如低温、干旱、空气污染物等
均会导致植物体内活性氧水平的升高,从而直接或间
接启动膜脂过氧化作用,导致膜的损伤和破坏[16、17],严
重时造成细胞死亡。有研究显示,随着海拔升高,植物
中保护性物质的浓度有随胁迫增强而增加的趋势[18],
生长在高海拔(1700m)的挪威云杉其针叶中的AsA、
GSH、GR及SOD的平均水平都显著高于生长在较低
海拔处(1270、870m)的云杉。但我们的研究显示,非
酶保护物质 (如 Pro、AsA)和抗氧化酶(POD、ASP、
SOD、POD)活性在海拔 A2~A4范围内,都随着海拔
的升高而升高,可以被认为是非酶保护物质和抗氧化
酶对逆境胁迫的一种正常响应[17],它们的升高有利于
清除胁迫条件下植物体内的自由基和活性氧,维持体
内的平衡和正常代谢,但在海拔 A5时,它们都出现
了一定程度的下降,说明当分布海拔超过 1020m
时,七子花体内的非酶保护物质和抗氧化酶维持体内
在胁迫状态下的平衡能力被打破,七子花受到了较为
严重的生理生态胁迫,也将对七子花的生长发育产生
较为不利的影响。因此,对于分布范围超过海拔1000
m的七子花,可考虑采取迁地保护的措施,使其脱离
胁迫状态。
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 Antioxidative enzymes
   
  /m
/A


/min·mg Protein /U·mg Protein /U·mgProtein /A /min·mg Protein
A1 (578m) 10.130.60 D 3.380.49AB 166.7716.38 B 0.570.05C
A2 (780m) 2.950.39 A 2.600.42A 67.973.57 A 0.190.061A
A3 (938m) 7.520.18 C 4.440.58BC 341.319.6C 0.310.011B
A4 (1 003m) 6.200.46 B 7.020.22D 352.961.27C 0.530.012C
A5 (1 043m) 5.970.45 B 5.400.51C 79.5219.6A 0.110.052A

表1不同海拔对七子花抗氧化酶活性的影响
Table1EfectofdiferentaltitudesontheactivitiesofPOD,CAT,SODandASPinseven-sonflowerleaves
陈子林等:大盘山七子花抗氧化系统对海拔变化的响应1022
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