全 文 ：植物生理学报 Plant Physiology Journal 2014, 50 (7): 1014~1018　　doi: 10.13592/j.cnki.ppj.2014.00751014
收稿 2014-03-05　　修定 2014-04-23
资助 国家自然科学基金(30760144)和石河子大学优秀青年基金
(2012ZRKXYQ09)。
* 通讯作者(E-mail: ysl_agr@shzu.edu.cn; Tel: 0993-2057927)。
外源水杨酸对高温胁迫下葡萄几种抗氧化酶活性和抗氧化物含量的影响
孙军利, 赵宝龙, 郁松林*
石河子大学农学院, 新疆石河子832000
摘要: 本文以二年生‘克瑞森’无核葡萄为材料, 探明外源水杨酸(SA)对高温胁迫下葡萄体内几种酶活性和抗氧化物质含量
的影响及其在抗高温胁迫中的作用。实验结果表明, 与对照相比, 外源SA可以促进高温胁迫下葡萄叶片内ASA和GSH含量
的积累, 维持较高的APX、GR、SOD、POD和CAT活性。外源SA可能通过提高高温胁迫下葡萄体内抗氧化水平, 削弱了
高温胁迫对葡萄植株的氧化胁迫伤害作用。
关键词: 外源水杨酸; 高温胁迫; 抗氧化酶活性; 抗氧化物含量; 氧化伤害; 葡萄
Effect of Exogenous Salicylic Acid on Antioxidant Enzymes Activities and An-
tioxidants Contents in Grape Seedlings Under High Temperature Stress
SUN Jun-Li, ZHAO Bao-Long, YU Song-Lin*
Agricultural College, Shihezi University, Shihezi, Xinjiang 832000, China
Abstract: The paper studied the effects of exogenous salicylic acid on antioxidant enzymes activities, antioxi-
dants contents and the resistance to high temperature stress in leaves of the two years old Vitis vinifera ‘Crinson’
grape. The experimental results showed that, compared with the control, SA promoted the contents of AsA and
GSH, maintained high activities of APX, GR, SOD, POD and CAT under high temperature stress in grape
leaves. SA could promote the level of antioxidants under high temperature stress, reduce the stress of high tem-
perature oxidation damage to grape seeding.
Key words: exogenous salicylic acid; high temperature stress; antioxidant enzymes activities; antioxidants con-
tents; oxidative damage; Vitis vinifera
随着温室效应的日益加剧, 全球气温不断升
高, 葡萄生产面临着高温胁迫的严峻考验。近些
年随着设施葡萄的大面积发展, 设施葡萄经常遭
受高温的胁迫。目前对葡萄等植物的高温胁迫研
究主要集中在膜伤害、光合、渗透调节物质、抗
氧化系统酶等方面(易小林等2013; 范苓等2009; 王
文举和王振平2013; 马玉华等2010; 田学军2010)。
水杨酸(salicylic acid, SA)是植物防卫反应的重要
内源信号分子, 在植物抵御逆境胁迫中发挥重要
作用(杨筱静2009; Hayata等2010; Gemes等2011),
水杨酸可以通过改变活性氧代谢和信号传导途径
等方式来提高植物的抗性(Shah等2003)。目前, 关
于SA在植物抗性诱导方面的研究主要集中在超氧
化物歧化酶(superoxide dismutase, SOD)、过氧化
物酶(peroxidase, POD)和过氧化氢酶(catalase,
CAT)几种主要的抗氧化物酶上面, 而对于外源水
杨酸对ASA-GSH循环中的抗坏血酸过氧化物酶
(ascorbate peroxidase, APX)、谷胱甘肽还原酶(glu-
tathione reductase, GR)活性的影响及抗氧化物质抗
坏血酸(ascorbic acid, AsA)、还原型谷胱甘肽(glu-
tathione, GSH)含量的变化尚未有深入研究的报
道。因此 , 本文研究SA对高温胁迫下葡萄叶片
APX、GR以及SOD、POD、CAT几种主要的抗氧
化酶活性变化和抗氧化物质AsA、GSH含量的变
化及其之间的关系, 为进一步研究全球气候变化
对葡萄生长发育的影响、SA缓解高温伤害以及植
株的高温逆境响应机理提供理论依据。
材料与方法
1 试验材料
供试材料为无核葡萄品种’克瑞森’ (Vitis vinif-
era L. ‘Crinson’)二年生扦插苗。于2010年1月中旬
孙军利等: 外源水杨酸对高温胁迫下葡萄几种抗氧化酶活性和抗氧化物含量的影响 1015
将二年生的扦插苗种植于16 cm×18 cm×20 cm (底
直径×上口直径×高)规格的塑料盆中(1苗.盆-1), 盆
栽基质为园土:草泥炭:蛭石=3:3:1。缓苗后在葡萄
苗基部留1~2个壮芽平茬, 萌发后只培养1个健壮
的营养枝, 温室中昼/夜温度保持在25~28/18~20
℃, 生长到7~9片叶时, 选择生长发育一致、无病
虫害的幼苗作为试材。
2 试验设计
试验处理前1 d, 将所选葡萄苗的茎叶用清水冲
洗干净后, 用蒸馏水冲洗3遍, 保证叶片的高度清
洁。等叶片的水干后, 对清洗干净的葡萄苗整株喷
施浓度为150 μmol.L-1的SA溶液, 平均每株喷施约50
mL。然后将葡萄苗放入全光照培养箱中(RP-250
型, 南京恒裕电子仪器厂), 在2 h内将培养箱内的温
度稳定升到45 ℃, 并在45 ℃高温下胁迫0、10、
30、60、120、240和480 min。每个处理重复3次,
每个重复6株苗。以在同型号培养箱中45 ℃下喷施
蒸馏水处理相同时间的葡萄苗为对照。每个处理
重复3次, 每个重复6株苗。处理完毕后, 迅速用重
蒸馏水将葡萄苗清洗3遍, 以便洗去粘附在叶片表
面的SA, 再用吸水纸将叶片表面的水分吸干。
3 测定的指标及方法
3.1 酶活性的测定
称取0.5 g新鲜的葡萄叶片, 用 2 mL 6% (W/W)
的偏磷酸冰浴研磨, 4 ℃, 12 000×g离心20 min。取
上清液待测定。
抗坏血酸过氧化物酶(APX)活性的测定参考
Nakano和Asad (1981)的方法, 谷胱甘肽还原酶
(GR)活性的测定参考Krivosheeva等(1996)的方
法。SOD、POD和CAT活性分别采用氮蓝四唑
(NBT)显色法、愈创木酚法测定和分光光度法测
定(高俊凤2000)。
3.2 抗氧化物质含量
取0.5 g新鲜葡萄幼苗叶片, 加入5 mL预冷的
5%磺基水杨酸, 冰浴研磨, 4 ℃条件下, 16 000×g离
心25 min, 提取上清液备用。
AsA含量的测定参考赵云霞等(2010)的方法;
GSH含量的测定参考Nagalakshmi和Prasad (2001)
的方法。
试验数据采用Excel和DPS软件包进行统计分
析。图中数据为3次测定平均值, 竖棒表示标准误
差(SE)。
实验结果
1 外源SA对高温胁迫下葡萄幼苗叶片SOD、POD
和CAT活性的影响
SOD、POD和CAT是植物体内清除活性氧的
重要细胞保护酶, 其活性高低反映了植物对逆境
胁迫的适应能力。由图1~3可知, 在高温胁迫下,
对照处理和SA预处理的葡萄叶片中SOD、POD和
CAT活性均出现了先升高后下降的变化。在高温
胁迫60 min时, 对照处理的3种酶活性达到最高, 之
后开始下降; 而SA预处理在高温胁迫120 min时3
种酶活性达到最高, 之后开始下降。SA预处理的
SOD活性一直显著高于对照处理; 而SA预处理的
POD和CAT活性在高温胁迫0~60 min与对照处理
没有差异, 但随着胁迫时间的延长, 在胁迫120~
图1 外源SA对高温胁迫下葡萄幼苗叶片SOD活性的影响
Fig.1 Effects of exogenous SA on SOD activities in leaves of
grape plants under high temperature stress
不同小写和大写字母表示同一时间不同处理间差异达0.05和
0.01显著水平, 下图同此。
图2 外源SA对高温胁迫下葡萄幼苗叶片POD活性的影响
Fig.2 Effects of exogenous SA on POD activities in leaves of
grape plants under high temperature stress
植物生理学报1016
的延长缓慢上升, APX活性一直保持较高的含量水
平, 在胁迫的后期(120~480 min)时, SA预处理的
APX活性明显高于对照处理。因此, 外源SA可以
刺激和诱导APX的活性, 使其一直处于较高的活
性状态, 从而更有利于清除H2O2, 维持细胞膜的稳
定性, 提高葡萄的抗高温能力。
GR是AsA-GSH系统的重要组成部分, 可维持
细胞内总谷胱甘肽含量的稳定, 催化氧化型谷胱
甘肽(oxidized glutathione, GSSG)还原为GSH, 其活
性限制AsA-GSH循环系统的运行速率。
由图5可知, 在高温胁迫下, 对照处理的GR活
性呈现先升高后降低的变化趋势, 胁迫60 min时其
活性达到最高, 之后其活性开始下降, 但降幅不明
显。SA预处理GR活性在整个胁迫期间出现先升
高后降低的变化趋势, 在胁迫的120 min时其活性
达到峰值, 之后其活性虽有下降但降幅不明显, 一
直处于较高的活性水平状态。在整个胁迫期间,
SA预处理的GR活性均高于对照处理, 在胁迫后期
(120~480 min)时, 差异显著。由此可以得出, 外源
SA可以刺激和诱导GR的活性, 使其在高温胁迫期
间一直保持较高的活性水平。
图3 外源SA对高温胁迫下葡萄幼苗叶片CAT活性的影响
Fig.3 Effects of exogenous SA on CAT activities in grape
seedlings under high temperature stress
480 min期间两者活性均显著高于对照处理。因
此, 外源SA可以刺激和诱导SOD、POD和CAT活
性, 使其在本实验中较长时间的高温胁迫下一直
处于较高的活性状态, 从而更有利于清除H2O2, 维
持细胞膜的稳定性, 提高葡萄的抗高温能力。
2 外源SA对高温胁迫下葡萄幼苗叶片APX和GR
活性的影响
APX在植物细胞的叶绿体和细胞质中是主要
捕捉H2O2的抗氧化物质。由图4可知, 在高温胁迫
下对照处理的APX活性出现了先升高后下降的变
化, 在高温胁迫60 min时APX活性达到最高, 之后
急剧下降 , 到480 min时其活性只有最高值的
65.36%, 下降幅度达到34.64%。由此可见, 在较短
时间的高温胁迫下APX的活性被激发, 但随着胁
迫时间的延长, 高温抑制了APX的活性, APX活性
显著降低。而SA预处理的APX活性随着胁迫时间
图4 外源SA对高温胁迫下葡萄叶片APX活性的影响
Fig.4 Effects of exogenous SA on APX activities in
grape seedlings under high temperature stress
图5 外源SA对高温胁迫下葡萄叶片GR活性的影响
Fig.5 Effects of exogenous SA on GR activities in
grape seedlings under high temperature stress
3 外源SA对高温胁迫下葡萄幼苗叶片AsA和GSH
含量的影响
抗坏血酸和谷胱甘肽主要在活性氧清除系统
中发挥重要作用, 另外对诱导植物防御基因的表
达、稳定蛋白质结构、促进细胞生长等方面也有
重要功能。AsA在植物细胞的叶绿体和细胞质中
孙军利等: 外源水杨酸对高温胁迫下葡萄几种抗氧化酶活性和抗氧化物含量的影响 1017
是主要捕捉H2O2的抗氧化物质。由图6可知, 对照
处理叶片中AsA的含量出现先降低后升高再降低
的变化趋势。SA预处理叶片中AsA的含量出现先
升高后下降的趋势, 在高温胁迫120 min时其含量
达到最高值; 胁迫120~480 min, AsA含量一直下降,
但降幅不明显, AsA一直处于较高的水平状态。
SA预处理的葡萄幼苗叶片中AsA含量均高于对照,
在胁迫10~480 min期间均显著高于对照处理。
GSH是胞内过氧化物的有效清除剂之一, 从
而增强植物对逆境胁迫的抗性。由图7可知, 在高
温胁迫下, 对照处理的GSH含量呈现先升高后降
低的趋势, 在处理60 min时达到最高, 之后缓慢下
降。外源水杨酸预处理的GSH含量也是呈现先升
高后降低的趋势, 在处理120 min时其含量最高。
在整个胁迫期间SA预处理的GSH含量均高于对照
处理的GSH含量, 在胁迫30~480 min期间, SA预处
理的GSH含量极显著高于对照处理的GSH含量。
因此, 外源SA在高温胁迫下可以诱导GSH含量的
增加。SA处理显著增加了葡萄幼苗叶片中AsA和
GSH的含量, 有利于增强植株的抗氧化能力。
图6 外源SA对高温胁迫下葡萄叶片AsA含量的影响
Fig.6 Effects of exogenous SA on AsA contents in
grape seedlings under high temperature stress
图7 外源SA对高温胁迫下葡萄叶片GSH含量的影响
Fig.7 Effects of exogenous SA on GSH contents in
grape seedlings under high temperature stress
讨　　论
抗坏血酸是植物叶绿体中非酶促防御系统的
主要成员之一, 有多种抗氧化功能, 是有效的抗氧
化剂。本研究中, 对照处理在胁迫0~10 min期间,
由于高温抑制了AsA的合成速度, AsA含量有所下
降。随后AsA含量升高, 这是葡萄对高温的适应性
反应, 随着胁迫时间的延长, 葡萄幼苗对高温已逐
渐适应, 因此含量又逐渐升高; 胁迫时间过长, 达
120 min后AsA含量又显著降低, 其原因可能是高
温胁迫下植物体内活性氧代谢失衡, 产生大量的
自由基, AsA作为抗氧化剂参与了自由基的猝灭,
因此其含量降低。而外源SA则能帮助植物很好的
适应高温胁迫环境, 有效地提高葡萄抵御高温伤
害的能力。本实验结果与王利华等(2013)的研究
结果有所不同 , 其研究结果认为外源SA在栝楼
(Trichosanthes kirilowii)低温胁迫前期AsA含量相
应增加来抵御逆境的伤害。这可能与植物种类、
胁迫温度、处理方式等方面存在差异而得到不同
的结果。
APX和GR是AsA-GSH循环系统中2种关键
酶, 它们和SOD、POD、CAT协同完成ROS的清
除, 使ROS保持平衡, 保持细胞膜的稳定性。APX
是叶绿体中清除H2O2的重要酶, APX通过AsA将
H2O2还原成H2O。GR是维持AsA-GSH循环有效运
行的关键酶之一, 其作用是利用NADPH的电子将
GSSG还原为GSH, 从而使细胞内谷胱甘肽库保持
在还原状态, GR活性的大小和GSH含量的高低被
认为是有机体抗氧化状态的重要标志(陈沁和刘友
良2000)。本研究中, GR活性的大小和GSH含量在
对照处理和SA预处理中两者均呈现先升高后降低
的变化趋势, 两者变化趋势一致, 即GR活性达到最
大值时GSH含量也达到最大值, GR活性直接影响
细胞GSH库的水平, GR活性上升可能是造成GSH
含量增加的因素之一, 这与Uchida等(2002)、吴锦
程等(2009)的研究结果一致。对照处理GR活性和
植物生理学报1018
GSH含量最高值出现在胁迫60 min时, SA预处理
GR活性和GSH含量最高值出现在胁迫120 min
时。SA预处理GR活性最大值和GSH含量最高值
出现时间晚于对照处理, 其可能原因是高温胁迫
的前期, 植株本身对高温逆境的应急反应所致。
整个胁迫期间, 水杨酸预处理无论是GR活性还是
GSH含量均高于对照处理 , 并且在胁迫的后期
(120~480 min)显著高于对照处理。因此, 外源SA
可以提高葡萄高温胁迫下的抗氧化能力, 避免植
株受到高温伤害, 提高植株的耐高温能力, 这种能
力在高温胁迫的后期表现更明显。葡萄幼苗在45
℃高温胁迫期间喷施适宜浓度的SA能够维持较高
且相对协调平衡的APX、GR活性, 并且通过调节
抗氧化物的水平适应逆境并建立活性氧的产生与
清除之间的平衡关系, 同时为AsA、GSH的再生提
供有力保障, 使AsA-GSH循环能够快速而有效的
运转 , 从而降低高温胁迫对葡萄幼苗的伤害作
用。本试验中外源SA提高了高温胁迫下葡萄幼苗
叶片的APX、GR活性及GSH含量, 这可能是AsA
保持较高水平量的主要原因之一。
SOD、POD和CAT是植物体内清除活性氧的
重要细胞保护酶, 本实验中SA预处理和对照处理
的3种酶活性均表现为先升高后下降的变化趋势,
这与范苏鲁等(2011)、徐胜等(2007)对逆境条件下
酶活性变化的研究结果一致。外源SA可以刺激和
诱导SOD、POD和CAT活性, 使其在高温胁迫下一
直处于较高的活性状态, 从而更有利于清除H2O2,
维持细胞膜的稳定性, 提高葡萄的抗高温能力。
综上所述, 外源SA可以促进高温胁迫下抗氧
化物质AsA和GSH含量的积累 , 能够维持较高
APX、GR以及SOD、POD、CAT活性, 促进抗氧
化系统循环的快速而有效的运转, 降低了高温胁
迫对葡萄植株的氧化伤害, 缓解了高温胁迫对葡
萄幼苗的伤害作用。
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