全 文 ：文章编号 :100028551 (2008) 012001204
水稻黄叶突变体的剑叶衰老与保护酶活性关系的研究
武立权1 ,2 　王荣富1 　吴殿星2 　舒庆尧2
(11 安徽农业大学农学院 ,安徽 合肥　230036 ;21 浙江大学原子核农业科学研究所 ,浙江 杭州　310029)
摘 　要 :以野生型龙特甫 B 为对照 ,研究了其黄叶突变体黄玉 B 剑叶衰老与抗氧化酶活性的关系。结果
表明 ,在花后 5～25d ,黄玉 B 剑叶的叶绿素、蛋白质含量的降低以及丙二醛 (MDA) 的增加幅度明显比龙
特甫 B 慢 ,其酶促防御系统的保护酶超氧化物歧化酶 (SOD) 、过氧化物酶 ( POD) 、过氧化氢酶 (CAT) 活性
变化小 ,相对稳定 ,清除衰老过程中产生的活性氧自由基的能力强。本文还对水稻衰老生理指标判断的
方法进行了探讨。
关键词 :水稻 ;黄叶突变体 ;衰老 ;保护酶活性
LEAF SENESCENCE AND PROTECTIVE ENZYME ACTIVITIES OF A XANTHA
MUTANT RICE( Oryza sativa L. )
WU Li2quan1 　WANG Rong2fu1 　WU Dian2xing2 　SHU Qing2yao2
(11 College of Agronomy , Anhui Agricultural University , Hefei ,Anhui 　230036 ;
21 Institute of Nuclear Agricultural Science , Zhejiang University , Hangzhou , Zhejiang 　310029)
Abstract :The relationship between leaf senescence and the activities of protective enzymes was studied through comparion of a
xanthan rice mutant HuangyuB with its wild type parent Longtefu B. During 5～25 days after flowering , compared to the wild
type the decreases in the contents of chlorophyll and protein , and increases in the content of malondialdehyde (MDA) were
significantly slower in the mutant . The activities of three protective enzymes , superoxide dismutase (SOD) , peroxidase (POD)
and catalase (CAT) , were relatively stable in the mutant , indicating the stronger ability in removing free radicals and active
oxygen in HuangyuB than the wild type. The criterion of rice senescence was also discussed.
Key words :rice ; Xantha mutant ;leaf senescence ;protective enzyme
收稿日期 :2007205216 　接受日期 :2007208210
基金项目 :浙江省科技攻关项目 (2006C32015) ,安徽省自然科学基金项目 (01041106 ,050410107)
作者简介 :武立权 (19752) ,男 ,安徽肥东人 ,博士研究生 ,主要从事水稻生理与分子育种研究。
通讯作者 :舒庆尧 (19652) ,男 ,浙江新昌人 ,教授 ,理学博士 ,主要从事水稻诱变遗传育种与生物技术研究。Tel :0571286971202 ; E2mail : qyshu @zju.
edu. cn
　　水稻叶片的衰老是其生长发育过程中的一个重要
阶段 ,与其他发育过程一样主要由遗传因素控制[1 ] 。
水稻叶片衰老是指叶色由绿转黄并伴随着相关的生理
代谢途径变化的过程[2 ] ,前人已对衰老与细胞保护酶
活性的关系有过大量的研究[3 ] 。通过人工诱发或自然
变异在水稻中已经发现了各类叶色突变体 ,其中较为
常见的是黄叶突变体[4 ] ,但迄今尚未见对黄叶突变体
自然衰老特性的研究。本课题组利用60 Coγ射线处理
保持系龙特甫 B ,育成了叶绿素含量大幅度下降的水
稻黄叶突变体黄玉 B ,并对其光合特性的日变化进行
了研究[5 ] 。为了进一步了解该黄叶突变体的其他生理
特性 ,我们在大田环境下 ,从黄玉 B 开花到成熟阶段 ,
通过对其剑叶自然衰老过程中色素、蛋白质和丙二醛
含量以及相关的细胞保护酶活性的动态变化研究 ,探
讨了剑叶自然衰老的生理机制。
1 　材料与方法
111 　材料及取样
试验于 2006 年夏季在浙江大学教学农场进行 ;材
1　核 农 学 报　2008 ,22 (1) :1～4Journal of Nuclear Agricultural Sciences
料为受隐性单基因控制的黄叶突变体黄玉 B (MT) 及
其野生型亲本龙特甫 B (WT) ,按常规的方式栽种 ,抽
穗后用选代表性和挂牌的方式确定取样植株 ,取样部
位均为主茎的剑叶。从开花后 5d 开始 ,每 5d 取样 1
次 ,直至成熟。
112 　测定方法
叶绿素 (Chl)含量的测定参照 Wellburn 的方法[6 ] ;
蛋白质参照 Bradford 法[7 ] ;丙二醛 (MDA) 参考 Hodges
等方法[8 ] ;过氧化氢酶 (CAT) 活性测定参考 Beers 等紫
外分光光度法[9 ] ,以每 min 消耗过氧化氢 ( H2O2 ) 的量
表示酶活性 ;过氧化物酶 ( POD) 活性测定用愈创木酚
法[10 ] ,以 1min 内每 g 鲜重生成的愈创木酚单位数表
示 ;超氧化物歧化酶 (SOD) 活性测定参照蒋德安等的
方法[11 ] ,以抑制 NBT 光还原的 50 %为 1 个酶活力单
位。
2 　结果与分析
211 　光合色素变化
从图 1 可看出 ,在开花后 5～25d ,突变体和野生型
的叶绿素 (a + b)含量和叶绿素 aΠb 均表现下降的趋势
(图 1A 和 B) 。叶绿素 (a + b) 的含量 ,两者分别下降
了 1817 %和 6713 % ,但突变体叶绿素 aΠb 的下降不明
显 ,仅 111 % ,而野生型则下降了 2319 % ,特别是花后
15～25d ,野生型叶绿素 (a + b) 含量和叶绿素 aΠb 的下
降明显大于突变体。
图 1 　水稻剑叶衰老过程中叶绿素 (a + b) 含量和叶绿素 aΠb 的变化
Fig. 1 　The changes of Chl (a + b) content and ChlaΠb during the senescence of rice flag leaf
212 　蛋白质含量变化
蛋白质含量降低是叶片衰老的一个显著标志 ,其
下降的程度可反映水稻品种间抗衰老特性。图 2 表
明 ,突变体和野生型的剑叶内可溶性蛋白和非水溶性
蛋白在整个阶段均呈不断下降趋势 ,野生型分别下降
3416 %和 514 % ,而突变体分别下降 2713 %和 418 % ;
其中花后 15d 与 10d 相比 ,野生型可溶性蛋白质含量
下降了 2411 % ,而突变体下降了 1312 %。从下降的幅
度看 ,突变体明显比野生型抗衰老 ,尤其在成熟后期 ,
突变体的两类蛋白质含量都显著高于野生型。
图 2 　水稻剑叶衰老过程中蛋白质含量的变化
Fig. 2 　The changes of soluble and unsoluble protein contents in the rice flag leaves
2 核　农　学　报 22 卷
213 　MDA 含量变化
MDA 是膜脂过氧化作用的最终产物 ,是检测膜系
统是否受损的重要指标之一。MDA 含量大幅度升高 ,
标志植株快速转向衰老。图 3 表明 ,野生型和突变体
在花后 5～25d ,MDA 含量都逐渐增加 ,以鲜重为基础 ,
分别由 8146、10112nMΠg 增加到 15155 和 14180nMΠg ,增
幅为 8318 %和 4612 %。两者增幅差异显著 ,表明突变
体与野生型叶片清除活性氧自由基的能力不同。
图 3 　水稻剑叶衰老过程中 MDA 含量的变化
Fig. 3 　The change of the MDA content during the
senescence of rice flag leaves
图 4 　水稻剑叶衰老过程中过氧化物歧化酶 (SOD) 、过氧化物酶 (POD)和过氧化氢酶 (CAT)活性的变化
Fig. 4 　The changes of superoxide dismutase (SOD) , peroxidase (POD) and catalase
(CAT) activities expressed in the rice flag leaves during senescence
214 　保护酶活性
SOD 是细胞内自由基清除系统中一个关键性酶 ,
在保护细胞器免遭活性氧损害中起至关重要的作
用[12 ] ,是衡量植物衰老的良好指标。从图 42A 可看
出 ,野生型的 SOD 活性在花后 5～15d 较高 ,但在 15～
25d SOD 活性下降 ,由 1269UΠg·FW 降到 363UΠg·FW ;
而突变体在花后 5～25d 内 ,虽然 SOD 活性有所下降 ,
但下降幅度较小 ,始终保持相对较高的酶活性。SOD
酶活性的高水平表达可有效清除活性氧 ,有助于延缓
突变体叶片的衰老。
POD 和 CAT的活性也常常作为反映器官衰老程
度的一个重要生理指标。POD 不但能清除过氧化物 ,
还能使脂质过氧化物 MDA 转变为正常的脂肪酸。从
图 42B 和 C 可看出 ,突变体剑叶内 POD 表现出“高 -
低 - 高 - 低”的变化 ,CAT 呈“低 - 高 - 低”趋势 ;但野
生型的 CAT和 POD 始终呈下降的趋势 ,并且在整个衰
老阶段中 POD 酶活性都低于突变体。
3 　结论与讨论
植物衰老是植物的某个器官或整个植株生命功能
逐渐衰退的过程 ,其主要生理特性表现为叶绿素、蛋白
质含量的降低和活性氧对体细胞的过度伤害等[13 ] ,因
此 ,叶绿素和蛋白质含量的下降常作为植物衰老的一
3　1 期 水稻黄叶突变体的剑叶衰老与保护酶活性关系的研究
个重要指标[14 ,15 ] 。朱诚等[16 ] 对超高产杂交水稻从抽
穗到籽粒成熟过程中剑叶老化的研究中发现 ,水稻剑
叶的衰老是叶片内 SOD、CAT活性过早下降 ,进而导致
膜脂过氧化 ,使活性氧代谢失调 ,引起叶绿素和蛋白质
的降解。华春等[17 ] 通过对杂交水稻及其三系主茎第
11 叶自然衰老研究得出 ,叶片内 SOD 和 CAT 活性下
降、MDA 的含量增加、CAT 活性大幅度下降与 SOD 之
间的不平衡 ,致使 O -2 代谢中间产物累积而引起膜的
损伤。以上结论与本研究结果部分相似 ,但是把叶绿
素含量的下降作为水稻衰老的指标对本研究材料不适
合 ,因为突变体在苗期叶色就黄化 ,叶绿素含量仅为野
生型的 1Π4[18 ] 。故作者认为 ,对水稻衰老程度的评价 ,
由于材料遗传背景不同 ,应该以相关生理指标参数在
衰老某时间段内的变化幅度或变化率为标准加以衡
量 ,这在本研究中对突变体及其野生型剑叶内叶绿素、
蛋白质、MDA 的含量和相关酶活性在花后 5～25d 变
化幅度的比较中得到验证。
MDA 来自不饱和脂肪酸的降解 ,它是由体内自由
基引发而产生的[19 ] 。因此 ,MDA 的积累速率在一定程
度上反应了体内自由基活动状态 ,MDA 积累的越快 ,
OH·和 O -2 等自由基活动越频繁。众所周知 ,植物体内
MDA 含量的高低和其他生理生化指标一样 ,因品种或
物种不同而有差异。突变体在花后 5～23d ,剑叶内
MDA 含量高于野生型 ,这可能是由于随突变体叶片内
光合色素含量的改变 ,造成突变体内相关生理生化代
谢途径与其野生型的不同所致。但是 ,从花后 5～
25d ,两者剑叶内 MDA 变化幅度明显不同 ,野生型增加
8318 % ,而突变体仅增加 4612 % ,还是表现出突变体内
相关的酶促保护系统对抑制 MDA 的产生具有较强的
优势。
植物在长期的系统进化中 ,细胞内形成了防御活
性氧、自由基毒害的保护机制[20 ] ,其中起主要作用的
是活性氧清除系统[19 ] 。SOD、CAT 和 POD 等是活性氧
清除系统中重要的保护酶 ,它们能有效地阻止高浓度
氧的快速积累 ,防止膜脂的过氧化作用 ,延缓植物的衰
老。本试验在花后 5～25d 时间段内 ,突变体剑叶内
SOD、POD 和 CAT的下降幅度均小于野生型 ,酶活性相
对稳定 ,特别是 SOD 在花后 15～25d 内表现尤为特异 ,
表明突变体内活性氧清除系统在叶片衰老过程中具有
充分利用其细胞组分的能力 ,能够及时有效地清除或
抑制活性氧自由基等有害物质 ,对其叶片的延迟衰老
具有重要的促进作用。综上所述 ,虽然该突变体全生
育期内叶色黄化、光合色素含量相对于其亲本大幅度
下降[18 ] ,但在花后 5～25d ,突变体剑叶各项生理指标
变化幅度均小于野生型 ,保护酶清除衰老过程中产生
的活性氧自由基的能力强 ,表现出延迟衰老的特点 ,因
此为该突变体在育种和栽培中的进一步应用提供了理
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