全 文 ： e —
第 l9卷第 6期
1999年 11月
生 态 学 报
ACTA EC0I 0GICA SIN ICA
Vo1．19．No．6
Nov．，1999
干旱胁迫对红松幼苗保护酶活性及脂质过氧
化作用的影Ⅱ向
塑盔竺，童 墨》元刚
(东北林业大学森林植物生态学开放研究实验室
5 7，，．z- 7
哈尔滨 150040)
■蔓 。随着土壤的遵渐干旱，红抡(Pinus^ ，$ieb．et Zucc)幼苗叶中膜质过氧化产物丙二醛(MDA)古量和膜相对
遗性均在干旱处理后第 3天迅速上升；组织自动氧化速率先是增加，在干早处理第 3天后恢复到处理 前水平 保护酶
SOD POD、CAT的活性 明显提高．只有 ASP的活性下降 用 PEG模拟干旱胁迫 与土壤 自然干旱胁 迫结果略 有不同。
一 1 OMPa PEG溶液对红橙幼苗具有较为 明显的干旱胁追效直 。而一0．4MPa PEG不仅对红橙幼苗无明显伤害，在处理
韧期还使 MDA含量明显减少，表明低浓度PEG可能对红橙幼苗具有一定的保护作用
关-调· 三! 壁堕， ； 墨 塑 要三堕，胰相对连性；组织自动氧化速率 s 氟 ^b
Effect of drought stress on activity of cell defense enzymes and
lipid peroxidation in korean pine seedlings
YAN Xiu-Feng，LI Jing，ZU Yuan—Gang (0 删 Research Laboratory of F~est Plant Ecology．Ⅳ州缸口
F~estry rm ，Harbin 150040，China)
Ab罩订雠t!Underthe soil drought stress．content ofMDA。thatisthe product oflipid peroxidation，anddec—
trolyte leakage in the needles of korean pine(Pinus koraiensis Sieb．et．Zuce)seedlings increased suddenly
after 3 days of drought treatment．Autoxidation rate increased in the beginning and after 3 days stress it de—
creased to the leve1 of that before the sttess．Activity of cell defense enzymes SOD。POD and CAT al】in—
creased markedly and ASP activity decreased．The results of PEG drought stress are different from that of
sol drought stress in some way The treatment of——1．0 M Pa PEG solution had obvious drought stress ef-
fect to the seedling．But the treatment of一 0．4 M Pa PEG solution did no harm to the seedling 。even in the
beginning it can make the content of MDA decreasing significantly．This indicates that PEG solution of low
concentration perhaps has some protective function for korean pine seedlings．
Key words{drought stress}Pinus 。m “；cell defense enzyme}MDA ；electrolyte leakageI autoxidation
rate
文●蛐号 I1000．0933(1999)09 0850 05 中圉分类号 ：Q945．79 文献标识码：A
关于干旱胁迫引起膜脂过氧化及保护酶系统与抗旱性关系的研究目前已受到昔遍重视。卜 。自由基伤
害学说认为 ，正常情况下植物细胞中存在着 自由基及一些活性氧的产生和清除的两个过程 植物在逆境或
衰老过程中，细胞内自由基代谢的平衡被破坏而有利于 自由基的产生，过剩 自由基的毒害之一是引发或加
剧膜脂过氧化 ．造成细胞膜系统的损伤 ] 超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氧酶 (CAT／
和抗坏血酸过氧化物酶 (ASP)等能够有效地清除这些 自由基 ．是酶促 防御 系统(即保护酶系统)的重要组
成成分。SOD能以 Of为基质进行歧化反应 IcAT可分解 H。0 }POD也可清除细胞内有害 自由基并能促
化有毒物质 ；ASP目前被认为是叶绿体 中清除 Ht0：的关键酶 人们已应用 自由基理论对干旱阱迫下的许
基盒焉 目：黑龙江省杰出青年基盘资助项 目
收稿日期{1999—02—04；惨订日期 I1999—08—04
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6期 间秀峰等：干旱阱迫对红按幼苗保护酶活性及脂质过氧化作用的影响 85J
多植物如小麦 、花生 I、玉米Ⅲ、苏格兰松Ⅲ等的生理过 程进行 r研究。本项研究采用土壤 自然干旱和
PGE模拟干旱的方法处理红松 (Pinus koraiensis Sieb．et．Zu~c)幼苗，测定 了幼苗针叶 中 MDA含量 、膜 相
对透性及保护酶 SOD、POD、CAT、ASP活性的变化 ，旨在探讨干旱胁迫对红挫幼苗的伤害与膜脂过氧化
的关系 及保护酶系统与抗旱性的关 系。
1 材料与方法
1．1 实验材料及干旱处理
实验材料为东北林业大学@lJL山实验林场的 3年生红松幼苗 8月份移回实验室．盆栽后于人工气候
箱中预培养 1周 ，昼／夜温度为 2j℃／20c，照光强度约为 1 20 m01 photons／m s，照光时间为每 日 14h，
相对湿度 55 ．盆 中土壤水分控制在 20 左右
土壤干旱处理 ：停止供水·使土壤含水量逐新 F降 ；PEG溶液模拟干旱处理 ：用 PEG 6000配成承势分
另 为一0．4MPa和 一1．0MPa的两种溶液 ，将预培养的红松幼苗根系洗净，分别浸入上述 PEG溶液 中进行
干旱处理 处理后红松幼苗针叶相对含水量(水分占干重的百分比)的变化情况见表 1
衰 1 干旱胁迫过程中红栓幼苗针叶相对含水量( )的变化
Table 1 Chenge of relative water content In needle 0f korean pine seedling under drought stres~
分别在处理后 0d、1d、2d、3d、4d取红抡幼苗针叶测定各项指标 ，每项j划定选择 3盆，测定时重复 3次
1．2 酶活性等指标的j划定方法
SOD活性按 Giannopolitis和 Ries的方法 测 定．蹦每单位时 间 内抑制光 化还原 50 的氨 蓝四唑
(NBT)为一个酶活性单位 (u)；POD活性采用愈创木酚显色法 测定tCAT活性按 x．H．渡钦诺克的硫代
硫酸钠滴定法 测定 ；AsP活性按沈文飚、徐朗莱的方法 测定 }膜相对透性按李锦树等的方法 一测定 ，
以样品煮前 电导率占煮后电导率的百分 比表示；MDA及组织 自动氧化速率按李伯林 、梅慧生的方法：” 测
定。
2 结果与分析
2．1 土壤干旱胁迫对各项指标的影响
从图 1可以看出·随着干旱天数的增加．MDA含量呈上升趋势。但在干旱后的前 2天变化幅度较小，
与干旱处理前(0d)没有显著差异，而在第3天出现了急剧的增加。膜透性的变化与 MDA台量变化极其相
似 (图 2)，二者呈显著正相关关系(r一0．93)。在土壤逐渐干旱的过程 中．组织的自动氧化速率 呈现 出与
MDA含量相反的变化趋势(图 1)，=者呈负相关关 系f，一一0．94)。
随着土壤含水量的逐渐减少 ，保护酶系统也发生了明显的变化(图 3)。SOD和 CAT在 4d的干旱胁迫
进程中．酶活性持续升高 POD活性前 2天提高，随后下降 其有 ASP活性随着土壤水分的减少而持续下
降
2．2 PEG模拟的干旱胁迫对各项指标的影响
图 4、图5表明一1．0MPa PEG溶液处理后 ，MDA含量和膜透性总体上都呈增加趋势 (MDA含量在第
1天有所下降) 而一0．4MPa PEG处理后 MDA含量与处理前(0d)相 比显著下降(图 4)，虽然在后 2天有
所回升，但含量仍低于处理前 膜透性在前 2天稍有下降 ，后 2天开始上升井高于处理前，但上升幅度远小
于 一1．0M Pa的 处理 。
在 PEG模拟的干旱胁迫 下，保护酶活性的变化(图 6)与土壤干旱胁迫的情况略有不同。在一0．4MPa
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和一1．OMPa PEG处理后 ，CAT活性逐步升高，这与土壤 干旱胁迫相似 SOD活性先升高后下降 ASP和
POD在 PEG处理后 ．酶活性呈波动性下降。将 一1．OMPa和一0．4MPa两组处理 比较可知 ，一O．4MPa PEG
处理后 ，各酶活性随时问变化的曲线平缓且波动性小 ，而 一1．OMPa PEG处理后，酶活性具有较大范围的
波动
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一 自动氧化速率 Amoxidation tB[e
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图 1 土壤干旱褂迫对 MDA古量及 自动氧化速率的影响
Fig．1 Effeet of soil drought stress on MDA content
and Autoxldation rate
3 讨论
3．1 土壤干旱胁迫对红松幼苗的影响
随着土壤水分的逐渐减步．红松幼苗针叶中MDA
含 量增 多，膜相 对透性 增大．且二者呈显著正相关 关
系 这表明红松幼苗的膜 系统受到了损伤，并且这种损
伤与膜脂的过氧化作用密切相关。同时也可证 明本实
验的干旱胁迫处理是有救的。停止浇水以后t土壤的干
旱是一个持续加剧的过程．胁迫进程中的前 2天 MDA
含量及膜相对透性 比较平稳 ，这意味着干旱胁迫 尚未
引起膜的损伤 ．而 在第 3天 由于胁迫程度超过了一定
的阈值，引起脂质过氧化作用加强．从而导致膜的突然
损伤
膜脂过氧化作用涉及到多种活性氧及酶促和非酶
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匿2 土壤干旱褂迫对膜相对透性的影响
Fig．2 E{fect of soil drought stress On electrolyte
leakage
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匿3 土壤干旱胁迫对保护酶活性的影响
F ．3 Efeet soil drought stI~s$0力activity 。f cell
defense enzymes
促保护系统的复杂平衡关系，为了表示机体总的清除 自由基的能力，车伯林 、梅慧生0 在燕麦叶片衰老的
研究中采用了叶片组织 自动氧化速率(autoxidation rate)的概念 ．即提取液于 25℃暴露于空气 中震荡一定
时间，然后测定 MDA的积累速率 一般认为 自动氧化速率越小t组织的潜在保护能力越强，反之越弱。张
木清 、余橙烈 “ 在水分胁迫下蔗叶的研究中发现 ．随着土壤含水量的降低tMDA含量和组织 自动氧化速率
均呈指数增加。但在本实验中随着土壤的逐渐干旱，组织自动氧化速率先增加，而后当MDA含量迅速增加
时则恢复到干旱处理前的水平 。这说明红松幼苗在干旱胁迫下当膜脂过氧化作用加剧及膜的损伤加重时 ，
细胞本身潜在的修复能力并没有丧失。
几种保护酶的活性变化在干旱胁迫的前期和后期有所不同 在逐渐干旱的前 2天 中，SOD、POD、CAT
活性均明显提高 ，只有 ASP活性下降。总体上讲 ，保护酶清除 自由基的能力在干旱胁迫的初期迅速提高 ，
这可能是 MDA含量和膜透性在干旱胁迫的前 2天保持平稳的原因 在干旱胁迫进行至第 3天时，CAT和
SOD活性虽然继续上升，但上升的速率在下降 ，而 POD活性则迅速降低 ．ASP活性 以更快的速度下降。总
体上看，保 护酶系统防御功能不断增强的趋势已不存在．从而导致 MDA含量和膜透性的突然增加。由此看
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6期 阎秀峰等 ：干旱胁迫对红松幼苗保护酶活性及脂质过氧化作用 的影响 853
来，在土壤干旱的初期，红松幼苗的保护酶系统具有积极的防御性反应，清除自由基及活性氧的能力增强
但当干旱胁迫达到一定程度时 ，保护酶系统的保护能力下降，导致活性氧代谢失调 ，膜脂过氧化作用加剧
同时膜的损伤也进一步加强。
图 4 PEG干旱蛳迫对 MDA音量的影响
Fig 4 Effect of pEG drought sn s On M DA CO~toaE
2 3 4
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图 5 PEG干旱褂遣对膜相对连性的影响
Fig．j Effect of PEG drought 8tre$8 on electrolyte
leakage
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图 6 PEG干旱胁迫对保护酶活性的影响
F ．6 Effect of PEG drought t 。n cell defease enzymes activity
3．2 PEG模拟的干旱胁迫对红松幼苗的影响
实验表 明，用 PEG溶液模拟的干旱胁迫与土壤的 自然干旱胁迫结果有不同之处。在一1．OMPa PEG
的处理下+根系从环境中吸水困难 ，膜脂过氧化作用加强 ，MDA含量提高，膜的相对透性也随之增加，可
认为是膜脂的过氧化作用引起了膜的损伤。而在一0．4MPa PEG的处理下 ，MDA含量不但没有增加，反而
减步．而且在 4d的胁迫进程中一直低于胁迫前的水平 同时 ，膜的相对适性先是略微降低而后又恢复到胁
追前的水平 经一O．4MPaPEG处理后 MDA含量和膜相对透性的变化 +说明低浓度的PEG可能减弱膜脂
的过氧化作用，对膜脂过氧化起到一定的防御作用。另一方面，MDA含量与膜透性变化的不一致也暗示了
膜的损伤不完全 由膜脂的过氧化作用引起，还有其它的过程参与了膜 的损伤
PEG溶液处理后 +保护酶中 SOD和 CAT活性上升，而 POD和 ASP括性下降 ，整个保护酶系统的防
钾能力的变化取决于这几种酶彼此协调的综台结果。一1．0MPa PEG处理 4d后 ，各种保护酶的活性水平
与一0．4MPa处理的相差并不显著，但胁迫过程中酶活性的变化幅度要比一0．4MPa处理的大得多(CAT
除外)。可见 ，当由于较强的胁迫因素作用于植物引起体内水分平衡突然遭到破坏时，保护酶系统难 以做出
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迅速而适当的调节 ，从而导致酶活性忽高忽低 ，胁迫强度越大，渡动就越大 。在这种情况下 ，膜脂过氧化作
用的加剧很可能是由于酵活性的不稳定造成的，而并非与酶活性的绝对 降低直接相关 。
因为 PEG溶液处理是使植物在正常情况下突然遇到高渗溶液而导致吸承 困难 ，这种突然的胁迫与土
壤水分逐渐减少的干旱胁迫是不同的 ，因而 MDA含量、膜相对透性及保护酶在这两种情况下发生的变化
也不同或只在局部上有相似性 。
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