全 文 ：热带亚热带植物学报 2003，I I(2)：148-152
Joumal of Tropical and$ubtrop／ca／Botany
超高产杂交稻剑叶衰老过程中的抗氧化性的变化
阳成伟 1,2欧志英 林桂珠 彭长连 ’陈贻竹
(1．中国科学院华南植物研究所，广东 广州 510650；2．中山大学生命科学学院，广东 广州 510275)
摘要 ：与对照种汕优 63相比，超高产水稻组合培矮 64S／E32的剑叶在生长后期具有更高的抗氧化酶 (抗坏血酸过氧化
物酶 APX和谷胱甘肽还原酶 GR)活性和小分子抗氧化剂 (抗坏血酸 Vc、总Vc、还原型谷胱甘肽GSH和 B一胡萝 卜
素)含量，高的清除有机 自由基 DPPH·能力，更低的膜脂过氧化产物丙二醛含量。这表 明培矮 64S／E32剑叶在生长后
期有强的抗氧化性 ，这种强抗氧化性与超高产水稻在结实后期剑叶中较慢的叶绿素和蛋白质降解速度相一致。
关t词 ：超高产水稻 ；叶片衰老；抗氧化系统：脂质过氧化
中圈分类号 ：$511．01 文献标识码 ：A 文章编号 ：1005-3395(2003)02-0148-05
Changes in Antioxidant Capacity during Senescence of
Flag Leaves in Super High—yielding Hybrid Rice
YANG Cheng-wei~ 0U Zhi-ying LIN Gui—zhu PENG Chang一1 ian卜CHEN Yi-zhu
(1．South Chirut Institute of Botany,the Chinese Academy of Sc／ences，GI 呜出∞ 510650，China-
2．Colege矿 ￡ Science， D 7m University,Ouangzhou510275，China)
Abstract：Compared to v~ety Shanyou 63，super high-yielding hybrid rice pei’ai 64S／E32 had higher activites
ofascorbate peroxidase and glutathione reductase，higher antioxidant contents(Vc，total Vc，reduced glutathione，
and 13．-carotene)，and higher capacity of scavenging organic flee radical，but less content ofmalondialdehyde(a
product of membrane—hpidperoxidation)in flag leaves at late development stage．It was shownthatthe flag leaves
ofPei’ai 64s／E32 at late stages have strong antioxidant capacity， which coincided with the lower &gradation of
’
chlorophyllandproteincontentsinthishybridat late seed setting stage．
Key word：Superhigh-yieldingrice；Leafsenescence；Antioxidant systems；Lipidperoxidation
自从 7O年代在植物衰老研究中引入 自由基伤
害学说 以来 ，活性氧 自由基与植物衰老的关系的研
究正在不断的深入【l·Zl。氧毒害是氧化逆境下需氧生
物受害的主要原因，光合植物细胞因其本身的有氧
状况和类囊体膜上存在许多光敏感部位和不饱和
脂肪酸而更易受到活性氧伤害嘲。植物消耗氧，其中
1％用来产生活性氧，如超氧 阴离子 自由基 (O )、过
氧化氢 (H202)和单线态氧 ( 02)。为了防止氧化破
坏，植物在进化过程中形成了一个复杂的抗氧化系
统包括酶促和非酶促系统，超氧化物歧化酶 SOD、
APX、GR等是主要清除 Of和 H2o2的酶类，而 Vc、
收藕日期 ：2002一O6__2O 接受日期 ：2002-1O—l6
基金项目：国家重点基础研究发展规划项 目(G1998010100)
’通讯作者 Correspondingauthor
GSH、VE和 B一胡萝 卜素等是主要的非酶促抗氧化
剂【4】。正常情况下，细胞 内活性氧 自由基的产生和清
除处于动态平衡，但植物在各种逆境情况下 (如高
光、高温 ，干旱 ，叶片衰老等 )，这种平衡会受到破
坏，导致细胞受到伤害。
水稻产量是 由多种因子决定的嘲，其 中水稻生
长后期叶片早衰是产量的限制因素之一。对水稻叶
片衰老过程中活性氧代谢的研究虽有较多的报
道M，但探讨超高产杂交水稻开花结实期间的抗氧
化性与早衰的关系仍少见报道 。本文以广泛推广的
杂交水稻组合汕优 63作对照 ，研究超高产杂交水
稻培矮 64S／E32开花结 实期间剑叶衰老与抗氧化
系统之间的关系，为水稻的高光效育种提供理论
依据。
维普资讯 http://www.cqvip.com
第 2期 阳成伟等：超高产杂交稻剑叶衰老过程中的抗氧化性的变化 149
1材料和方法
实验材料 杂交水稻 (Oryza sativa L．)超
高产组合培矮 64S／E32(简称 “培矮”)和对照组合
汕优 63(简称 “汕优”)种子 由湖南杂交水稻研究
中心提供 于 2001年 4月种植于华南植物研究所
的实验田中，常规管理。选取生长势相近的植株，在
不同时期于早晨 6时取剑叶进行有关测定。
抗氧 化酶 活性 的分析 ． 超氧 化物 歧化 酶
SOD，抗坏血酸过氧化物酶 APX，谷胱甘肽还原酶
GR活性测定参照 Yang等嘲的方法。
抗氧化剂含量的测定 抗坏血酸 Vc和还原
型谷胱甘肽 GSH含量参照 Yang等嘲的方法。
有机 自由基 DPPH·清除能力的测定 参考
彭长连等明的方法，稍有修改。利用DPPH·(1，l一二
苯基 一2一苦基苯肼，l，1-diphenyl一2一picrythydrazyt)
溶液的特征紫红色团的吸收峰，以分光光度法测定
加抗氧化剂或植物提取液后 A5 光吸收的下降表
示其对有机自由基的清除能力 (organic free radical
scavengingcapacity,ORSC)。反应体积 2ml，DPPH·
(溶 于少 量 甲醇 后 ，以 5O％乙醇 配制 )浓 度 为
120Ix mol／L。反应时加植物提取液 (5O％的乙醇提
取)0．1 ml及 1．9mlDPPH·溶液。室温静置20ra—in
后测吸光度变化。在此条件下保留的DPPH·％即
R=【(A-B)／Ao]xlO0％，而清除率 (ORSC％)=(1一
R) x100％，这里Ao为未加样 的 DPPH·(1．9 ml
DPPH·+0．1 ml 5O％乙醇)溶液的吸光度，A为样品
与 DPPH·反 应 后 的 吸 光 度 ， 为 对 照 (样 品
0．1 ml+1．9．ml 50％ 乙 醇 )的 吸 光 度 。 用 公 式
(ORSC％×反应加入的 DPPH·IXg数)／样品 IXg数
求得外源抗氧化剂或植物样品对 DPPH·的清除能
^ j
莨 善
46 5‘ 66 "／6 86 9‘
移栽后天数
脚 br tram#-．tlq
力 (1lgDPPH．1Ig 样品)。
B一胡 萝 卜素 的 测 定 参 照 Gilmore和
YamamototIq的方法。
叶绿素含量的测定 参考 AmontIl】的方法。
可溶性蛋白质含量的测定 按照 Bradford~a
的方法，以牛血清蛋白作标准。
MDA含量的测定 参照林植芳等问方法。
称取 O．5 g叶片加入 3 ml的 O．05 mol／L磷酸缓冲液
CpH 7．0)。加少量石英砂 ，于冰浴 中研磨 。粗提液
20000Xg离心 2Ora—in，收集上清液定容至 5 ml。从
上清液中取 1．5 ml并加入 2．5 ml O．5％硫代巴比妥
酸 (20％三氯乙酸溶液配制 )混合之后在 100~水
浴中加热 25 ra—in，然后冰浴冷却，2 000 x g再离心
5 ra—in。取上清液在 532 hid及 6OO nm下分别测定
OD值。
2结果和分析
2．1叶片衰老过程中叶绿素和可溶性蛋白质的相对
含量
水稻叶中叶绿素和蛋 白质含量的下降是衡量
水稻叶片衰老的可靠指标l堋。从图 l中可见，随着
剑叶的衰老，两个组合剑叶中的叶绿素和蛋白质含
量逐渐下降，可溶性蛋 白质含量比叶绿素含量下降
得更多。移栽后 76 d之前， “汕优”叶绿素的降解速
率和“培矮”差异不明显，随后则前者明显快于后
者。两个组合的可溶性蛋白质含量的变化趋势与叶
绿素一样，只是“汕优 可溶性蛋白质的降解速率
在移栽后 66d就开始表现出比“培矮”明显加快。
由此可见，“汕优”的蛋白质和叶绿素降解速率均比
“培矮”快，即“培矮”叶片衰老速度相对较慢。
46 5‘ 66 "／6 86 96
移栽后天数
I，- 如 r臼—_一_瞄嵋
图 l水稻叶片衰老过程中叶绿素和可溶性蛋 白质相对含量的变化
Fi&l Changt~in relmivecontentsofChl and solubleproteinduringthe senescenceofflagleavesofSlumyou63(A)andPeiai~sm32(o)
l
加 ∞ 的 砷 柏 加 0
l ● ■
lI皇oJ ．，e-皇皇皇60 I|-一
^ v●如靛霉峰皿随
维普资讯 http://www.cqvip.com
热 带亚 热 带植物 学 报 第 11卷
2．2叶片寰老过程中抗氧化酶活性
图 2是两个组合的 Mehler-抗坏血酸过氧化物
酶途径 3种主要酶 SOD、APX和GR的活性在剑叶
衰老过程中的变化。随着叶片的衰老，3种酶活性变
化不尽相同，APX和 GR的活性先上升而后逐渐下
降，“培矮”的 GR活性在移栽 70 d以后较 “汕优”
63有更高的活性优势。两个组合的 SOD活性变化
相对较为平缓，在生长后期(移栽 76 d后)，“培矮 ”
的 SOD活性有所增加，而 “汕优 ”则先升后降。总
体上看来，“培矮 ” 的 APX和 GR活性在生长后期
均高于 “汕优”，但“汕优”的 SOD活性明显高于
“培矮 ”，且在整个结实期 内保持 比较稳定的水平。
蠢
晤 -dr
星看
墓
枣缸
誓
0
O
46 56 66 76 86 96
移栽后天 数
D-yI kr trus_Imtimlt
图 2水 稻 剑 叶 衰 老 过 程 中 SOD、APX 和 GR 活 性 的 变 化
Fig．2 Changesin activities of superoxide dimmutase(SO D)，ascotbate
pemxidase(APX)and slummone reductase(GR】duringthe
senescence of nIg leaves of Shanyou 63 (△ )and Peiai
64S／E32(o)
2．3叶片衰老过程中抗氧化小分子的含量
相比之下，非酶促的抗氧化系统比酶促的有更
明显的变化。从图 3可见，总 Vc、GSH和还原型 Vc
的含量在移栽后 66-86 d明显上升，尤其是还原型的
Vc，“培矮 ”是 “汕优”的 3倍左右，后期 (移栽 86 d
以后)它们的下降并不明显。两个组合剑叶的 GSH
和 13-胡萝 I-素的含量在生长前后期有十分明显的
差异 (图3)，在生长后期“培矮”明显高于“汕优”。
2,4叶片寰老过程中清除有机 自由基 瑚 H·能力
清除有机 自由基 DPPH·法是一种快速 、简便
和灵敏的评估植物抗氧化能力的可行方法嘲。从图4
看出，两组合的剑叶在生长前期 (移栽后 56-76 d)
清除有机 自由基 DPPH·的能力并无明显差异，但
在后期(移栽后76—96 d)，“培矮”的清除能力明显
高于 “汕优 ”。
2．5叶片寰老过程中 含量
MDA是植物膜脂过氧化作用的最终产物，是膜
系统受伤害的重要标志之一。由图 5可见，“培矮”的
剑叶在不同生长期的 MDA含量均比“汕优”低。
3讨论
水稻籽粒 2，3以上的干物质是开花后通过光合
作用得到的，由于水稻叶片衰老导致光合作用下
降，因此水稻在结实期内叶片衰老快慢会直接影响
水稻的产量【l3．1q。水稻生长期较短，随着叶片的衰
老，光合色素和蛋白质含量下降 (图 1)，但以“汕
优 ”的下降速度较快。表明“汕优 剑叶衰老速度快
于“培矮”，易发生早衰现象。
“汕优 ”剑叶在整个生长期内 MDA含量均 比
“培矮”高，且生长后期增幅加大 (图 5)。MDA是
膜脂过氧化作用的最终产物，又是一种能强烈地与
细胞内各种成分发生反应的物质，其积累为膜结构
及功能伤害的表现[151oMDA含量在整个生长期内持
续增加，APX和 GR活性与抗氧化剂小分子 (还原
型 Vc、总 Vc．GSH和 13-胡萝 I-素)含量在灌浆期
均上升，随后均呈现不同程度的下降 (图2，3)，这
表明水稻剑叶生长前期MDA缓慢增加并不完全是
叶片抗氧化能力下降的结果，而生长后期 MDA含
量上升幅度加大则与叶片的抗氧化能力下降密切
相关。
两个组合相比较，生长后期 “培矮 ”的 APX和
GR活性与其底物还原型 Vc、总Vc和 GSH含量明
显高于“汕优”，而MDA含量比“汕优”低，这表明
超高产杂交水稻 “培矮”在生长后期表现出较强 的
抗氧化能 力，能够较为及时地清除细胞 内的活性
氧，减少 J’细胞因活性氧的积累而造成的膜脂过氧
啪 m 硼 蓍} 枷 善}
一 亭 ． ．I。rI 盘()∞
蠢 警零 蒜靶
_ _ 一
∞ 砷 加 蛐
2 I I
l哪 ff v】I【dv
蠢 肆翘叠1_r 蝎
一 ● r 一
一 _ 一
O 弱 ：2 m
维普资讯 http://www.cqvip.com
第 2期 阳成伟等：超高产杂交稻剑叶衰老过程中的抗氧化性的变化
差喜 lO0 8
600
400
200
0
|6 56 66 撕 9I6
移栽后天数
脚 衄 缸咖哪 嘣 吨
151
薹董
冀
刮 皇
2
90OO r
7200
5400 —
3600 r
1800
0
l8 r
l5
12 —
9
6
3 一
O L
46 56 76 96
移栽后天数
Days aftertransldlU tJmg
图 3水稻剑叶衰老过程中 GSH、还原型 V‘：、总V‘：和 e一胡萝 t-素含量的变化
Fig．3ChangesincontentsofGSH，reducedVc，totalVcand 13-caroteneduringthe S~I~ CeofflagleavesofSlumyou63(~)andPeiai64S／E32(O)
600 一
500 一
40o —
e●
--t
丫 3O0 一
善zo
伯 56 了6 髓 ％
移栽后天数
DaysIf~rtm mstdamlq
图 4 剑叶衰老过程 中清除有机 自由基 DPPH·
(1，卜二苯基 ．2一苦基苯肼)能力的变化
Fig．4 Changeinthecapacityofsc删 Igingorganicfree radi．"~ DPPH·
(1，1-diphenyi-2-picryihydrazy1)duringthe骶卿鹃。瓣 offlag
leavesofSlumyou63(Z~)andPeiai 64S／E32(o)
参
脊
S
《
a
至
4‘ 56 ‘‘ "／6 ％ 6
移栽后天数
I’- 对kf臼珊 一柚毗矗薯
图 5水稻剑叶衰老过程中丙二醛含量的变化
Fi8．5 Change malondialdehyde(MDA)contentduringthe senesce1~
offlagleavesofShanyou63(Z~)aadPeiai64S／E32(O)
化伤害，这可能是 “培矮 不易早衰的原因之一。由
于膜脂过氧化作用涉及到多种活性氧及酶促和非
酶促抗氧化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，应用彭长连等嘲报告中的用
清除有机自由基 DPPH·法来评价植物总的抗氧化
能力，结果进一步支持了上述结论。
从 以上 的分析表明，超高产水稻组合 “培矮
在生长后期有较强的抗氧化能力，与它在生长后期
剑叶中叶绿素和蛋白质降解较慢是相一致的，其叶
片不易早衰。因此，在今后两系法杂交育种研究中，
在注重农艺性状育种的同时，还要加强生理性状的
育种研究，使水稻优良的外部形态与强的生理机能
相结合，实现水稻的高产。
参考文献
【l】WeiDZ(魏道智 )，DaiXB(藏新 宾)’XuXM(许 晓 明)．ct a1．
Severalhypothesesonthemachanimmoftheplantleafm
【J】．Guihtia(广西植物)，1998，18(1)：89-96(in Chinese)
【2】 Marcels S，Susane P．Oxygen radical琴穗 0n by isolated
mi~ eome form soybean seedling【J】．Plant Physiol，1992，100：
l263一l268．
【3】 Halliwell B， Outterd~ J M C． Free radicals in biology and
medicine ．2nd．Clmendon,Oxford．1989．1—59．
【4】 Foyer C Harbinsin J． Relal between antioxidant
metabolism and carotenoids in the fegI 0n of pl10tosynthesis
【A】．In：FrankH YoungA J，BrittonG，cta1．Thephoto-
chen~ of Carotenoids ．~ ht：Kluwer Academic
i
跚帅姗舢伽撇o
l I ^ lo皇Ⅱ)皇-直．10。∞日
_墨 雒 蜂 譬蘧
维普资讯 http://www.cqvip.com
152 热 带亚热带植 物学报 第 ll卷
Publishers，1999．305．325．
●
【5】LawlorDW．111c cf~cq8ofwaterdeficitonphotosynthesis【A】．In：
SmirnofN．Envirom ent PlantMetabolism 【M】．Bios Scientific
Publishers：Oxford,1995．129-156．
【6】LinZF(林植芳)，LiSS(李双顺)，LinGZ (林桂珠)，eta1．
Superoxide dismutase activityand lipid peroxiation in relation to
Selesccnce ofriceleaves[~1．ActaBot Sin (植物学报)，1984，26
(6)：605-615．(in Chinese)
【7】Duan J(段俊)，LiangCY(粱承邺)，Huan8YW(黄毓文)．Studies
OI1leafw ofhybridrice atflowering and gram formation
stage【J】．A t矗Phytophysiol Sin(植物 生理学报)，1997，23(2)：
139-144．(in Chinese)
【8】 YangCW， ChenY z， PengC L’ et a1． Daily changes of
componentsofxanthopyll cycle and antioxidant systems in leaves
ofrice atdiferentdeveloping stage【J】．ActaPhysiolPlant,2001，
23(4)：361-369．
【9】PengC L(彭长连)，Chen S W(陈少薇)，Lin ZF(林植芳)，et a1．
Detecti0nofantioxidative capacityin plantsby sca~ngingorganic：
free radiudDPPH·【J】．ProgBiochemBiophys(生物化 学和生物
物理进展)，2000,27(6)：367-370．(in Chinese)．
【lO】 Gilmore A M． Yamamoto H Y． Resolution of lutein and
zeaxanthin using a non -encapped, tightly carbon-loaded C ¨
higb-pel1’D咖肋ce liquid chromatographic column 【J】． J
Chlonnatogr,1991，543：137-145．
Arflon D I． Copper enzymes in isolated chloi~,lasts
polyphenoloxidase in Beta口岫乒 【J】．Plant Physiol，1949，24：
l—l5．
【12]BradfordM M．A rapid and semitive m~hodforthe quaafitation
of microgram quantities of protm utilizing the principle of
protm -dyebinding[J1．AnalBiochem,1976，72：248-254．
【l3】h DZ(陆定志)，PanYC(潘裕 才)，MaYF(马 跃芳)，et|1．
~ ological and biochemical studies on leaf senesc~l~~at
heading and grmnfmmation stagein hybridrice【J】．Sci A Sin
(中国农业科学)，1988，21：2l一24．(in Chinese)．
【14】Murchie E I-I,Chen Y z，Hubbert S，et a1．Interactions between
∞蹦墙啪 ce and leaf orientation detm nine ／n s／m plm锄 s of
photosynthesis andphotoinhibition in field-grown rice 【J】．Plant
Physio~1999，l 19：553-563．
【15】Haliwel B．Chloioplasm Metabolism~【M】．Cia~mdon Pre鸥：
Oxford,1981．179．
维普资讯 http://www.cqvip.com