全 文 ：
摇 摇 摇 摇 摇 生 态 学 报
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摇 摇 第 猿猿卷 第 员员期摇 摇 圆园员猿年 远月摇 渊半月刊冤
目摇 摇 次
前沿理论与学科综述
新一代 蕴葬灶凿泽葬贼系列卫星院蕴葬灶凿泽葬贼 愿 遥感影像新增特征及其生态环境意义 徐涵秋袁唐摇 菲 渊猿圆源怨冤噎噎噎噎
两种自然保护区设计方法要要要数学建模和计算机模拟 王宜成 渊猿圆缘愿冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
家域研究进展 张晋东袁灾葬灶藻泽泽葬 匀哉蕴蕴袁欧阳志云 渊猿圆远怨冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
浅水湖泊生态系统稳态转换的阈值判定方法 李玉照袁刘摇 永袁赵摇 磊袁等 渊猿圆愿园冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
辐射传输模型多尺度反演植被理化参数研究进展 肖艳芳袁周德民袁赵文吉 渊猿圆怨员冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
微囊藻毒素对陆生植物的污染途径及累积研究进展 靳红梅袁常志州 渊猿圆怨愿冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
个体与基础生态
年龄尧性别及季节因素对千岛湖岛屿社鼠最大活动距离的影响 叶摇 彬袁沈良良袁鲍毅新袁等 渊猿猿员员冤噎噎噎噎
寄主大小及寄生顺序对蝇蛹佣小蜂寄生策略的影响 詹月平袁周摇 敏袁贺摇 张袁等 渊猿猿员愿冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎
两种苹果砧木根系水力结构及其 孕灾曲线水分参数对干旱胁迫的响应
张林森袁张海亭袁胡景江袁等 渊猿猿圆源冤
噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
三种根系分泌脂肪酸对花生生长和土壤酶活性的影响 刘摇 苹袁赵海军袁仲子文袁等 渊猿猿猿圆冤噎噎噎噎噎噎噎噎
种群尧群落和生态系统
象山港春季网采浮游植物的分布特征及其影响因素 江志兵袁朱旭宇袁高摇 瑜袁等 渊猿猿源园冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎
洞头海域网采浮游植物的月际变化 朱旭宇袁黄摇 伟袁曾江宁袁等 渊猿猿缘员冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
狗牙根与牛鞭草在三峡库区消落带水淹结束后的抗氧化酶活力 李兆佳袁熊高明袁邓龙强袁等 渊猿猿远圆冤噎噎噎噎
三亚岩相潮间带底栖海藻群落结构及其季节变化 陈自强袁寿摇 鹿袁廖一波袁等 渊猿猿苑园冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
长期围封对不同放牧强度下草地植物和 粤酝真菌群落恢复的影响 周文萍袁向摇 丹袁胡亚军袁等 渊猿猿愿猿冤噎噎噎
北京松山自然保护区森林群落物种多样性及其神经网络预测 苏日古嘎袁张金屯袁王永霞 渊猿猿怨源冤噎噎噎噎噎
藏北高寒草地生态补偿机制与方案 刘兴元袁龙瑞军 渊猿源园源冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
辽东山区次生林生态系统不同林型树干茎流的理化性质 徐天乐袁朱教君袁于立忠袁等 渊猿源员缘冤噎噎噎噎噎噎噎
施氮对亚热带樟树林土壤呼吸的影响 郑摇 威袁闫文德袁王光军袁等 渊猿源圆缘冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
人工高效经营雷竹林 悦韵圆 通量估算及季节变化特征 陈云飞袁江摇 洪袁周国模袁等 渊猿源猿源冤噎噎噎噎噎噎噎噎
新疆典型荒漠区单食性天花吉丁虫磷元素含量对环境的响应 王摇 晶袁 吕昭智袁宋摇 菁 渊猿源源缘冤噎噎噎噎噎噎
双斑长跗萤叶甲越冬卵在玉米田的空间分布型 张摇 聪袁葛摇 星袁赵摇 磊袁等 渊猿源缘圆冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
舟山群岛四个养殖獐种群遗传多样性和遗传结构 林杰君袁鲍毅新袁刘摇 军袁等 渊猿源远园冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
景观尧区域和全球生态
乡镇尺度金塔绿洲时空格局变化 巩摇 杰袁谢余初袁孙摇 朋袁等 渊猿源苑园冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
合并与不合并院两个相似性聚类分析方法比较 刘新涛袁刘晓光袁申摇 琪袁等 渊猿源愿园冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
资源与产业生态
基于投入产出表的中国水足迹走势分析 王艳阳袁王会肖袁张摇 昕 渊猿源愿愿冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
基于 酝砸陨悦耘杂模型的气候融资模拟分析 朱潜挺袁吴摇 静袁王摇 铮 渊猿源怨怨冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
黄东海陆架区沉积物中磷的形态分布及生物可利用性 张小勇袁杨摇 茜袁孙摇 耀袁等 渊猿缘园怨冤噎噎噎噎噎噎噎噎
鄱阳湖采砂南移扩大影响范围要要要多源遥感的证据 崔丽娟袁翟彦放袁邬国锋 渊猿缘圆园冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
温度尧盐度及其互作效应对吉富罗非鱼血清 陨郧云鄄陨与生长的影响 强摇 俊袁杨摇 弘袁王摇 辉袁等 渊猿缘圆远冤噎噎噎
城乡与社会生态
福建省城镇鄄交通系统的景观分隔效应 张天海袁罗摇 涛袁邱全毅袁等 渊猿缘猿远冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
研究简报
青藏高原高寒草原区工程迹地面积对其恢复植物群落特征的影响 毛摇 亮袁周摇 杰袁郭正刚 渊猿缘源苑冤噎噎噎噎
黄土山地苹果树树体不同方位液流速率分析 孟秦倩袁王摇 健袁张青峰袁等 渊猿缘缘缘冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
期刊基本参数院悦晕 员员鄄圆园猿员 辕 匝鄢员怨愿员鄢皂鄢员远鄢猿员源鄢扎澡鄢孕鄢 预 怨园郾 园园鄢员缘员园鄢猿猿鄢圆园员猿鄄园远
室室室室室室室室室室室室室室
封面图说院 清晨的天山马鹿群要要要家域是动物行为学和保护生物学的重要概念之一袁它在动物对资源环境的适应与选择袁种群
密度及社会关系等生态学过程研究中有着重要的作用遥 马鹿属于北方森林草原型动物袁在选择生境的各种要素中袁
隐蔽条件尧水源和食物的丰富度是最重要的指标遥 野生天山马鹿是中国的特产亚种袁主要分布在北天山深山海拔
员缘园园要猿愿园园皂地带的森林草原中袁在高山至谷地之间不同高度的坡面上袁马鹿按季节尧昼夜变化的不同进行采食遥
彩图及图说提供院 陈建伟教授摇 北京林业大学摇 耘鄄皂葬蚤造院 糟蚤贼藻泽援 糟澡藻灶躁憎岳 员远猿援 糟燥皂
第 33 卷第 11 期
2013 年 6 月
生 态 学 报
ACTA ECOLOGICA SINICA
Vol. 33,No. 11
Jun. ,2013
http: / / www. ecologica. cn
基金项目:中国科学院西部行动计划项目(KZCX2鄄XB2鄄07);中国科学院方向性项目(KSCX2鄄EW鄄J鄄1)
收稿日期:2012鄄03鄄14; 摇 摇 修订日期:2012鄄10鄄10
*通讯作者 Corresponding author. E鄄mail: fandayong@ ibcas. ac. cn
DOI: 10. 5846 / stxb201203140342
李兆佳,熊高明,邓龙强,谢宗强,樊大勇.狗牙根与牛鞭草在三峡库区消落带水淹结束后的抗氧化酶活力.生态学报,2013,33(11):3362鄄3369.
Li Z J,Xiong G M, Deng L Q,Xie Z Q,Fan D Y. Dynamics of antioxidant enzyme activities in roots of Cynodon dactylon and Hemarthria altissima recovering
from annual flooding. Acta Ecologica Sinica,2013,33(11):3362鄄3369.
狗牙根与牛鞭草在三峡库区消落带水淹
结束后的抗氧化酶活力
李兆佳1, 2, 熊高明1, 邓龙强3,谢宗强1, 樊大勇1,*
(1. 中国科学院植物研究所植被与环境变化国家重点实验室,北京摇 100093; 2. 中国科学院大学,北京摇 100049;
3. 湖北神农架国家级自然保护区管理局,湖北神农架摇 442400)
摘要:三峡水库周期性水淹结束后,消落带植物积极恢复生长的能力有利于其生存和定居,因此,探究影响植物恢复生长的关键
生理生态机制对于消落带生态治理具有重要意义。 采用野外采样、对比测定的手段,研究了生长于三峡水库消落带的狗牙根和
牛鞭草根系在冬季水淹结束后清除活性氧(ROS)的关键酶活力恢复动态。 结果表明:与对照相比,经历水淹的植物恢复初期发
生明显氧化胁迫,超氧化歧化酶(SOD)、抗坏血酸过氧化物酶(APX)均维持了水淹诱导增加的活力水平。 两个物种的过氧化
氢酶(CAT)在水淹中活力均较低;出露之后后狗牙根 CAT趋向于对照水平,牛鞭草 CAT 活力迅速上升但未到显著水平。 水淹
结束后 24 d各个酶活力均回复到对照水平,表明氧化胁迫已基本消失。 消落带位点植物不同酶活力之间表现出显著的相关关
系,这可能是植株维持 ROS代谢内稳态的表现。
关键词:三峡水库消落带;水淹胁迫;复氧
Dynamics of antioxidant enzyme activities in roots of Cynodon dactylon and
Hemarthria altissima recovering from annual flooding
LI Zhaojia1,2,XIONG Gaoming1, DENG Longqiang3,XIE Zongqiang1,FAN Dayong1,*
1 State Key Laboratory of Vegetation and Environmental Change, Institute of Botany, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100093, China
2 University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
3 Administration of Shen Nong Jia National Nature Reserve, Shennongjia 442400, China
Abstract: A riparian zone with its water level fluctuating annually between 145m and 175m above sea level (ASL) has
been created around the impoundment since the Three Gorges Dam was built,, turning the terrestrial ecosystem into wetland
with winter flooding every year, and most of the original plant species has diminished due to the dramatic environmental
changes. Therefore, it is important to examine the recovery dynamic and ecophysiological mechanisms involved in post鄄
submerged plants for vegetative restoration in this reservoir fluctuation zone (RFZ) of the Three Gorges Reservoir, as the
recovery ability is critical for plants to survive the periodic flooding and to inhabit the RFZ.
In a field experiment, we examined the activity dynamics of antioxidant enzymes in Cynodon dactylon and Hemarthria
altissima after a 6鄄month long flooding over winter. Superoxide dismutase ( SOD), ascorbate peroxidase ( APX) and
catalase (CAT) were analyzed in root tissue of both species grown in the sites of 158m ( re鄄aeration from flooding) and
175m (never flooded) ASL in the RFZ. Samples were taken every 8 days from the day before exposure (0 day) to the 24th
day after drainage.
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At the beginning of post鄄flooding period, SOD and APX of both species maintained their high activity induced by
flooding, indicating that severe oxidative stress occurred after re鄄aeration. In contrast, CAT activities were at low level at
the end of flooding and increased to the control level rapidly after re鄄aeration. Oxidative stress was relieved on 24th day after
re鄄aeration, showing that there was no significant difference in enzyme activity between the sites of 158m and 175m ASL.
Our results suggest that the capacity for scavenging reactive oxygen species accumulated after re鄄aeration could be
taken as one of the key factors underlying the recovery ability for the RFZ plants. Furthermore, re鄄aerated plants showed
close associations among antioxidant enzyme activity, which might be due to the attempt to maintain redox homeostasis in
plant cell.
Key Words: reservoir fluctuation zone of the Three Gorges reservoir; submergence; re鄄aeration
三峡水库运行后,在库区沿岸海拔 145—175 m之间形成落差高达 30 m的消落带,原来的陆生生态系统
演变为季节性湿地生态系统。 生长环境的巨大变化和反季节水淹的频繁干扰导致原有的大部分植物种类因
不适应而逐渐消亡[1]。 三峡水库消落带将面临生物多样性减少,污染加剧,生态系统更为脆弱等问题[2]。 因
此,三峡水库消落带植被的生态治理对维持三峡库区生态环境的稳定具有十分重要的意义[3]。
对三峡水库消落带植被的生态治理首先需要研究的问题就是消落带适宜植物的水淹耐受机理。 对水淹
胁迫耐受能力的强弱直接决定了植物是否适宜在消落带环境生长。 淹没条件下,植物通过增加通气组织、伸
长生长、调节叶片形态结构等方式增强水下气体交换和水下光合[4]。 克隆植物特有的克隆整合机制并有助
于整个克隆片段抵御水淹胁迫[5]。 此外,水淹前的碳水化合物储存能力[6]、水淹过程中对碳水化合物的分
配[7鄄8]以及水淹过后积极恢复的能力[9]被认为是构成植物水淹耐受能力的重要组分。
水淹结束后积极恢复的能力有利于消落带的多年生植物占据空间生态位,在出露周期内迅速恢复生长很
可能使植株在水淹周期前储存更多碳水化合物。 多年野外调查结果发现,三峡库区消落带形成后狗牙根和牛
鞭草是适合当地生境的多年生草本植物[1, 10]。 长期模拟水淹研究结果表明狗牙根和牛鞭草能够在水淹结束
后迅速恢复生长[11]。 6 个月水淹处理后狗牙根在 15 d以内开始恢复生长,且盖度迅速增加[12]。 Luo 等[13]经
过 30 d模拟水淹处理显示,牛鞭草在水淹结束后 10—20 d 就开始恢复生长,且光合生理恢复领先于生长恢
复。 然而,目前是何种生理生态过程决定了恢复过程的快慢仍需要进一步的研究。
长期水淹胁迫导致无氧呼吸替代有氧呼吸、细胞内还原势增加等一系列细胞生理状态变化[14]。 消落带
适宜物种要重新适应水淹结束后正常的生长条件,其中一个问题是水淹过后植物与空气的重新接触可能会导
致其受到的氧化胁迫程度明显增高[15],即使植物可以忍耐长期的水淹胁迫,但在恢复期内却可能因为不耐受
高水平氧化胁迫而死亡[16],这可能是河岸带和消落带植物分布的重要限制因子[17]。 大量研究表明植物体内
抵御氧化胁迫的体系非常完备,其中超氧化歧化酶(SOD,EC 1. 15. 1. 1)、抗坏血酸过氧化物酶(APX,EC
1郾 11. 1. 11)、过氧化氢酶(CAT,EC1. 11. 1. 6)是清除活性氧(ROS)、降低氧化胁迫的关键酶[18鄄19]。 因此,水淹
后的恢复阶段,狗牙根和牛鞭草的恢复动态是否会与其体内清除 ROS的 SOD、APX、CAT的活性动态相关?
目前,有关三峡消落带适宜植物的水淹耐受机理的研究大部分采用模拟水淹方式[11,13,20]。 由于模拟水
淹实验不能完全对应自然状况(自然状况下水压、水深、光照等条件与模拟淹水实验条件差别很大),采用野
外采样、对比测定的手段,研究了三峡库区消落带生长的狗牙根和牛鞭草的根系在水淹后恢复过程中清除
ROS的关键酶的活性动态,以期回答上述科学问题,并为消落带人工植被恢复重建提供理论依据。
1摇 材料与方法
1. 1摇 实验地点
实验地位于重庆市忠县石宝镇共和村三峡水库消落带(30毅24忆22义N,108毅24忆26义E)。 属暖湿亚热带山地
气候,温热寒凉,四季分明,雨量充沛,日照充足。
3633摇 11 期 摇 摇 摇 李兆佳摇 等:狗牙根与牛鞭草在三峡库区消落带水淹结束后的抗氧化酶活力 摇
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1. 2摇 实验材料
狗牙根,Cynodon dactylon (L. ) Pars,禾本科多年生草本植物,具根状茎或匍匐茎,匍匐茎节上生根及分
枝;对 Cu、Cd、Sb等重金属具有较强富集能力淤,可作为牧草或草坪草;在国内分布于华南、黄河流域及以南地
区、长江流域及以南地区和新疆等地。
牛鞭草,Hemarthria altissima,禾本科多年生草本,有长而横走的根茎。 牛鞭草在我国分布较广,东北、华
北、华中、华南、西南各地皆有存在,多生于田地、水沟、河滩等湿润处,常用作牧草。
两者均具有克隆习性,能较快扩张占领生境,在长江中上游地区牛鞭草常与狗牙根等相伴而生[21]。
1. 3摇 实验设计
2008 年 3—6月划定 5 m伊30 m样地 4 块,其中 2 块位于海拔 158 m,作为水淹及恢复处理组;另外 2 块样
地位于海拔 175 m,作为对照组。 每个海拔的样地按照 20 cm伊30 cm株行距分别移栽当地种源的狗牙根和牛
鞭草,移栽后只作简单的除杂草维护。
2009 年春三峡水库水位下降,158 m样地出露前一天(第 0 天)进行第 1 次取样,此后每 8d于 取样一次:
分别在 4 块样地上各挖取植株,每块样地取 4 棵作为重复,迅速洗净根系,吸干水分后称取 0. 5—1. 0 g(鲜重)
根部组织放入液氮中保存,用于检测 SOD、APX、CAT酶活力。 为尽力保证植物样品一致性,减少因日间光照、
温度、水分的日变化引起的生理状态差异,每次取样均在清晨 5:00—8:00 之间进行。
根据长江水文网(http: / / www. cjh. com. cn)的三峡水库忠县水位记录,实验期间海拔 175 m 样地水淹共
0 d,海拔 158 m样地水淹共 195 d。
1. 4摇 根系取样与粗酶提取
取样时,把植株完整挖出,轻柔洗净根上的土,并用蒸馏水冲洗 3 遍。 称取根系 0. 5—1 g,立即置于液氮
中急冻,并于-70 益下保存,用于酶活力检测。 酶提取与活力检测方法在 Jiang 和 Zhang[22]基础上作修改[23]:
在预冷的研钵中放入剪碎的根系样本,加入液氮,将样本研磨至粉末,加入适量粗酶提取液,匀浆液 4 益下以
15000 g离心 20 min,上清液为粗酶液。
1. 5摇 SOD(EC 1. 15. 1. 1)活力检测
在盛有 3 mL SOD反应混合液(预热至 25 益)的试管中,加入 100 滋L粗酶液。 终浓度分别为 50 mmol / L
磷酸钾缓冲液(pH值 7. 8),13 mmol / L 甲硫氨酸,75 滋mol / L 氮蓝四唑(NBT),2 滋mol / L 核黄素,0. 1 mmol / L
EDTA鄄Na2。 混合后放在单排透明试管架上,在光照培养箱(25 益,12000lx)内照光 10 min,迅速测定 OD560。
以加粗酶液但不照光的反应液为空白、蒸馏水代替粗酶液的照光管做对照。 以抑制反应 50%的酶量为一个
SOD酶活力单位。
1. 6摇 APX(EC 1. 11. 1. 11)活力检测
2. 5 mL APX 反应混合液(预热至 20 益)中依次加入 100 滋L 粗酶液、0. 4 mL H2O2 稀释液(预热至 20
益)。 终浓度分别为 50 mmol / L 磷酸钾缓冲液(pH值 7. 0),0. 1 mmol / L EDTA鄄Na2,0. 03 mmol / L AsA(抗坏血
酸,ascorbate),0. 06 mmol / L H2O2。 加入 H2O2 后立即测定 0—5 min 内的 OD290 值变化,每 30 s 记录 1 次读
数,计算单位时间内 AsA减少量(AsA比吸光系数 2. 8 mmol·L-1·cm-1)并计算酶活性(1 个酶活定义为 1U =
1滋mol AsA / s 减少量)。 蒸馏水作空白,对照用蒸馏水代替酶液。
1. 7 摇 CAT(EC 1. 11. 1. 6)活力检测
2. 8 mL反应液(预热至 20 益)中加入 200 滋L 粗酶液,终浓度分别为 50 mmol / L 磷酸钾缓冲液(pH 值
4633 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 33 卷摇
淤
于
陶星星, 两个典型矿区植物积累重金属调查与研究(硕士论文) . 2008, 湖南农业大学.
本研究取样间隔根据参考文献以及实地观察结果确定:检测水淹(或缺氧)条件下抗氧化酶活力的取样间隔根据处理时间长短从数十分钟
到数天不等;水淹处理长达数个月的文献报道表明植株在水淹结束后 3—10d内开始恢复生长;据实地观察,三峡库区消落带冬季水淹结束
后,植株在 1 周内基本开始复苏,在 1 个月内生长至正常水平
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7郾 0),10 mmol / L H2O2。 混合后立即测定 0—2 min内的 OD240 值变化,每 30 s记录 1 次读数,计算单位时间内
H2O2 减少量(H2O2 比吸光系数 39. 4 mmol·L
-1·cm-1)及酶活性(1 个酶活定义为 1U = 1 滋mol H2O2 / s 减少
量)。 蒸馏水作空白,对照用蒸馏水代替酶液。
1. 8摇 统计分析方法
数据的统计分析使用 SPSS 16. 0,采用 t检验分析海拔 175 m与 158 m之间对应指标的差异显著性;用二
元相关分析方法确定指标之间的相关关系。 用 Origin 8. 0 作图。
2摇 结果
长期水淹胁迫(图 1,海拔 158 m,第 0 天)条件下,狗牙根和牛鞭草根部 SOD、APX酶活力均高于对照(图
1,海拔 175 m,第 0 天)且大部分呈显著差异,与此相反,处理组 CAT均显著低于对照。
水淹结束后(图 1,第 8 天,第 16 天),SOD、APX酶活性均维持或上升到较高水平。 狗牙根 CAT稍低于对
照而牛鞭草 CAT上升幅度较大,但差异不显著。
酶活力的变化反映了物种间的差异。 牛鞭草 SOD、APX、CAT酶活力相对值(处理 /对照)均在 8—16 d达
最高,分别为对照的 3. 9 倍、9. 3 倍、3. 6 倍,而狗牙根 3 个酶活力的变化逐渐趋向于对照值(图 1)。
尽管起始特征、恢复期变化动态各有特点,但恢复阶段后期(第 24 天)两个物种所有酶活力均与对照水
平相近,没有显著差异。
相关分析表明,实验观察过程中 3 个酶活力两两正相关。 这种相关性在很大程度上与受胁迫然后逐渐恢
复的植株有关,因为若按照海拔划分数据,相关显著性完全集中于 158 m处理组;不同物种之间则以牛鞭草根
系各酶活力之间的相关性为主,狗牙根根系只有 SOD鄄APX之间显著相关(图 2)。
表 1摇 基于检测个体数据的 SOD、APX、CAT酶活力 Pearson相关系数及 p值
Table 1摇 Pearson correlation coefficient and p value of correlation analysis among antioxidant enzyme activities based on plant individuals
超氧化歧化酶与
抗坏血酸过氧化物酶
SOD&APX
R2 P
超氧化歧化酶与
过氧化氢酶
SOD&CAT
R2 P
抗坏血酸过氧化物酶与
过氧化氢酶
APX&CAT
R2 P
全部 Total 0. 644 <0. 001 0. 396 0. 001 0. 286 0. 023
158 m 0. 742 <0. 001 0. 693 <0. 001 0. 531 0. 002
175 m -0. 241 0. 184 -0. 140 0. 443 0. 035 0. 848
牛鞭草 H. altissima 0. 889 <0. 001 0. 653 <0. 001 0. 625 <0. 001
狗牙根 C. dactylon 0. 826 <0. 001 -0. 219 0. 228 -0. 150 0. 414
3摇 讨论
3. 1摇 长期水淹胁迫导致 SOD、APX酶活力增强而 CAT酶活力降低
长期水淹胁迫导致细胞内 ROS过度积累:细胞缺氧引起的高还原势条件下 NAD(P)H / NAD(P) +循环受
阻、线粒体电子传递链饱和,电子在传递过程中泄漏并还原氧分子[14, 24]。 植物体可以通过提高 ROS 清除酶
的活力以清除过度积累的 ROS,降低氧化胁迫程度[25]。 长期水淹胁迫后(图 1,第 0 天)狗牙根、牛鞭草的根
部 SOD、APX活力普遍显著高于对照。 这与一些研究报道相近:复氧阶段羽扇豆(Lupinus luteus L. , cv. Juno)
根系 SOD、CAT活力上升,但 POD只受到轻微影响[26];黄菖蒲( Iris pseudacorus L. )与德国鸢尾( Iris germanica
L. )在缺氧处理和恢复阶段的 SOD酶活性均高于对照,且耐受性越高其增加幅度越大[27];缺氧增加了小麦根
系 SOD在非变性凝胶电泳中的条带数量,导致 SOD总活力上升并持续至复氧阶段[28]。 而狗牙根与牛鞭草的
根部 CAT起始活力均低于对照(图 1),这可能是受到 O-2 对 CAT活力的抑制作用影响。 这种作用在体外实验
中得到证实,因而 CAT在体内条件下很可能也受 O-2 影响[29]。
3. 2摇 水淹结束后恢复期间清除 ROS的关键酶活性发生了动态变化
Unger等[30]对土壤化学特性的研究显示,水淹结束后土壤孔隙的 O2 浓度与水淹期间相比存在显著跃升。
5633摇 11 期 摇 摇 摇 李兆佳摇 等:狗牙根与牛鞭草在三峡库区消落带水淹结束后的抗氧化酶活力 摇
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图 1摇 狗牙根与牛鞭草根系 SOD、APX和 CAT酶活力动态
Fig. 1摇 Activity dynamics of SOD, APX and CAT from roots of C. dactylon and H. altissima
平均值依标准误差,*代表不同处理间 t鄄test差异显著:* P<0. 05,** P<0. 01,*** P<0. 001
植物体与空气重新接触,水淹胁迫导致的处于过还原状态的根际和细胞环境将 O2 还原为 O
-
2
[31],这将会诱导
或者加重(水淹胁迫引起的)氧化胁迫[32],并诱导清除 ROS的关键酶的活性上升[33]。 研究结果表明:相对于
对照,这两个物种在恢复阶段的 SOD和 APX均保持了较高水平(图 1,第 8 天,第 16 天),说明恢复阶段确实
出现了较高水平的氧化胁迫。
水淹结束一段时间后,植物根部受胁迫诱导的无氧呼吸途径关键酶活力下降[34]。 可以认为呼吸代谢逐
渐恢复到正常的有氧代谢模式,O2 重新作为电子最终受体,因而植物细胞内 ROS 生产水平较恢复起始阶段
下降,ROS清除酶活力也可能因此随之下降(图 1,第 24 天)。 结果表明:狗牙根和牛鞭草根部的酶活力在 24
d左右完全回复至对照水平,可以认为细胞内的 ROS代谢已经趋于稳定平衡,植株已基本处于未受氧化胁迫
的状态。 这个结果与长期模拟水淹实验的结果[12鄄13, 20]吻合,说明恢复期内氧化胁迫水平与恢复生长状态紧
密相关。
3. 3摇 恢复过程中两个物种酶活力动态并不一致
本实验中,狗牙根 CAT活力迅速恢复到对照水平,而牛鞭草 CAT活力迅速增至较高水平,只因波动较大
而与对照未形成显著差异(图 1)。 这个差别可能源于两个物种细胞中 ROS 调节途径的不同响应。 在功能
上,CAT 、AsA鄄GSH循环(抗坏血酸鄄谷胱甘肽循环)以及 GPX(谷胱甘肽过氧化物酶)均能催化分解 H2O2,在
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图 2摇 基于植株个体数据的 SOD、APX和 CAT酶活力相关分析
Fig. 2摇 Activity鄄correlation between SOD, APX and CAT based on plant individuals
全部数据分别按照不同海拔或不同物种(H. a:牛鞭草;C. d:狗牙根)分组;相关系数及 P值见表 1
维持细胞氧化还原状态稳定方面,三者在一定程度上互为冗余、互相补充[35鄄37],因此,可能两个物种在催化分
解 H2O2 途径上存在差异。 此外,牛鞭草在恢复过程中 3-个酶与对照组的相对活性均有不同程度的增加,而
狗牙根 3 个酶的相对活性基本维持不变。 这可能说明牛鞭草在恢复阶段处于更高水平的氧化胁迫下;或其它
机制也参与了对狗牙根的 ROS清除过程。
3. 4摇 消落带位点恢复过程中 3 个酶的活性显著正相关
海拔 158 m位点的植物在恢复过程中抗氧化酶活力之间出现显著相关(图 2),可能是植物细胞维持 ROS
代谢内稳态的体现。 SOD分布于所有细胞器内,能够催化超氧阴离子自由基(O -˙2 )发生歧化反应,产生 H2O2
及 O2 [18],而 APX和 CAT则进一步清除 H2O2 [19]。 研究报道显示,对细胞有潜在毒性的 ROS同时也具有信号
传导作用[38鄄39],低浓度下,H2O2 作为信号分子参与出发各种胁迫响应[40],高浓度下则发出细胞程序性死
亡[41]。 因此,恢复期植物可以通过调节酶活力以及加强各关键酶的协作作用(相关关系) [32],最大能力清除
过量积累的 ROS,以避免细胞遭受不可逆转的损伤。 而对照组 3 个抗氧化酶活力之间没有显著相关性,原因
可能是非氧化胁迫状态下其他代谢途径与 ROS代谢的相互作用加强,ROS 代谢过程可能不是制约植物生存
生长的唯一关键生理生态过程。
总之,我们采用野外采样、对比测定的方法研究了三峡库区消落带生长的狗牙根和牛鞭草的根系在水淹
后恢复过程中的 ROS清除的关键酶的活性动态。 发现:长期水淹胁迫导致 SOD、APX 酶活增强而 CAT 酶活
降低;淹水后恢复期,清除 ROS的关键酶活性发生了动态变化,这可能与水淹过后的积极恢复生长能力有密
切关系;恢复过程中两个物种酶活动态并不一致;恢复过程中 3 个酶的活性呈显著相关。 尽管有关 ROS 代谢
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与恢复生长之间的关系还需要进一步的直接证据,本文的研究结果有助于揭示消落带植物适应的生理生态机
制,也为消落带生态恢复治理实践提供了重要的理论基础。
致谢: 感谢重庆大学郭劲松教授、夏玉仙教授和曾德玉老师提供检测设备支持。
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