全 文 ：收稿日期: 20030225
基金项目: 山西省自然科学基金资助项目 ( 991108)
作者简介: 姚延木寿( 1956 ) ,男,山西临猗人,山西农业大学教授,主要研究方向林木营养.
林业科学研究 2004, 17( 3) : 374~ 378
Forest Research
文章编号: 10011498( 2004) 03037405
仁用杏树多酚氧化酶活性的年变化规律研究
姚延木寿, 闫海冰, 杨秀清
(山西农业大学林学院,山西 太谷 030801)
摘要: 对华北地区主要经济树种仁用杏树各器官在不同生育期间四种不同处理下的多酚氧化酶
( PPO)活性进行了测定,结果表明: ( 1)仁用杏树体各器官内的多酚氧化酶活性在整个年循环周期内
呈规律性变化。叶中PPO活性整体水平在 10月份最高; 枝、干、主根、侧根中的 PPO活性均以 5月和 3
月极显著地高于 7 月和 10 月。( 2) PPO活性与仁用杏树体的抗寒性、地上部分的生长发育有关, 并可
作为仁用杏树抗寒性的生化指标。( 3) Cu、Zn两种营养元素通过影响 PPO 活性来影响仁用杏树生长。
关键词: 仁用杏;多酚氧化酶 ;年变化规律
中图分类号: S72733 文献标识码: A
仁用杏( Armeniaca vulgaris Lam. )是目前我国北方地区的主要经济树种之一,近年来造林
规模在不断扩大,但在许多栽培地区,仁用杏栽培技术较为粗放, 生产力低下并造成成花及幼
嫩枝条受冻,带来巨大经济损失。Cu是某些氧化酶(多酚氧化酶、抗坏血酸氧化酶、超氧化物
歧化酶等)组成成分 [1] , 是参与光合作用的蛋白质蓝素的组成成分, 是光合电子传递中有关酶
及呼吸链中细胞色素氧化酶的组成成分,它还参与亚硝酸的还原反应,与植物光合、呼吸速率、
体内光合产物的运转、营养物质循环、植物生长发育及抗逆性密切相关。Zn是羧肽酶( AEC)、
吲哚乙酸合成必须的色氨酸酶和碳酸酐酶等酶的组成成分,也是超氧化物歧化酶的组成成分,
与植物各种生理活动和抗逆性密切相关 [2] ; 但目前有关的研究国内外进行的较少, 仅在华北落
叶松( Larix principisrupprechtii Mayr)中有过探讨。本文旨在通过对仁用杏 Cu、Zn处理后树体内
多酚氧化酶活性变化规律的分析, 探讨多酚氧化酶与仁用杏生长发育、生理代谢以及抗逆性等
方面的关系,为提高仁用杏生产力及抗逆性提供科学的理论及实践依据。
1 试验区概况
试验地设在山西农业大学苗圃,位于37 30! N, 112 45! E。土壤为褐土, pH 值为 7,中壤偏
黏,腐殖质含量较少, 肥力中等,地下水位 130 cm, 土壤中有效 Zn含量不足 10 mg∀kg- 1 ; 有效
Cu含量不足 03 mg∀kg- 1。
2 研究方法
21 材料与试验设计
供试材料为 5年生仁用杏苗,平均冠幅 15 m,平均高约 25 m,生长势良好。设置4个处
理, 3个重复(区组) ,每个区组分 4个小区,每个小区植仁用杏苗 200株,每个处理试验苗共计
600株,实验采用随机区组排列。4个处理分别为: ( 1)水处理[ Cu( 0) Zn( 0) ]作为对照; ( 2)
ZnSO4∀7H2O处理[ Cu( 0) Zn( 3) ] ; ( 3) CuSO4∀5H2O处理[ Cu( 3) Zn( 0) ] ; ( 4) CuSO4∀5H2O与 ZnSO4
∀7H2O混合处理[ Cu( 3) Zn( 3) ]。CuSO4∀5H2O的浓度为 19 # 103 mg∀kg- 1 , Cu含量为 4845 mg∀
kg
- 1
; ZnSO4∀7H2O的浓度为 22 # 103 mg∀kg- 1 , Zn含量为 5016 mg∀kg- 1。
22 多酚氧化酶活性的测定
采用NBT 还原法[ 3,4]提取酶液。缓苗期结束后,在不同生长期从试验地挖取苗木立即带
回实验室, 先用流动水将所取样品表面冲洗干净,再用无离子水冲洗 2~ 3次。用吸水纸吸干
样品表面水分, 分别取叶、枝、干、粗根( > 2mm)、细根( < 2 mm)鲜样各 050 g,加聚乙烯吡咯烷
酮( PVP) 025 g 及少许石英砂和 5 mL磷酸缓冲液( pH 6) ,冰浴条件下充分研磨成匀浆,放入离
心管,匀浆在 10 000 r∀min- 1条件下冷冻离心 10 min, 取上清液为酶提取液。
多酚氧化酶活性的测定方法见文献[ 5]。取 3 mL 磷酸缓冲液( pH 6)和 03 mL 酶提取液
混合均匀,在 30 ∃ 条件下反应 1 min,立即加 1 mL 008 mol∀L- 1邻苯二酚反应介质并摇匀,在
721分光光度计= 420 nm 处测吸光值变化。放好后立即读数并记录, 60 s读 1次, 共读 5次。
多酚氧化酶活性的计算公式: 酶的活性( u∀g- 1 ) = A
( 001W∀t ) # D
A 反应时间内吸光值的变化; W 鲜样品质量( g) ; t 反应时间( min) ; D 总
酶液为反应系统内酶液的倍数。
以每分钟吸光值改变 001为一个多酚氧化酶单位。酶液的测定做两组重复实验并同时
做对照。
3 结果与分析
31 仁用杏各器官不同生育期不同处理的多酚氧化酶( PPO)活性
表1表明:不同生育期的仁用杏各器官中的多酚氧化酶活性相差很大, 枝中的 PPO活性
在5月份最高,达 0667 # 103 u∀g- 1 ,侧根中的 PPO活性在 7月份最低,仅达 0005 # 103 u∀g- 1 ,
相差近 80倍。从全年来看,地上部分的多酚氧化酶活性普遍高于地下部分, 尤以 5月和 3月
枝和干中表现得最为明显,说明在这段时间内,树体内的多酚氧化酶集中向地上部分回流。不
同处理间各器官的多酚氧化酶活性无明显差异。
32 对各器官不同处理不同生育期 PPO活性作方差分析和多重比较
分析结果(表 2~ 5)表明:叶子中的 PPO活性在不同生育期的差异显著, 10月份和 7月份
间的差异最大, 10月份显著地高于 7月份, 5月份次之。处理间的 PPO活性差异不显著, 但经
Cu、Zn处理后的 PPO活性均较高于对照; 枝中 PPO活性在不同生育期间的差异极显著, 5月份
和3月份极显著地高于10月和 7月份,处理间的PPO活性不显著; 干中 PPO活性在不同生育
期间的差异达极显著水平, 5月份和3月份极显著地高于10月和 7月份,处理间的PPO活性差
异不显著;主根中 PPO活性在不同生育期间的差异达极显著水平, 其中 3月份极显著地高于
10月和 7月份, 5月份次之,处理间的 PPO活性差异不显著;侧根中 PPO活性在不同生育期间
的差异达极显著水平,其中 3月份极显著地高于7月份, 显著地高于 10月份, 5月份的 PPO活
性较 3月份偏低,处理间的 PPO活性差异不显著。
375第 3 期 姚延木寿等:仁用杏树多酚氧化酶活性的年变化规律研究
表 1 不同器官在不同生育期各处理下的 PPO活性 # 103 u∀g- 1
月份 处理 叶% & ∋
枝
% & ∋
干
% & ∋
主根
% & ∋
侧根
% & ∋
(0, 0) 0098 0165 0241 0328 0166 0248 0104 0166 0009 0076 0158 0076
3
(0, 3) 0282 0306 0199 0258 0194 0110 0157 0161 0086 0073 0153
(3, 0) 0183 0244 0200 0373 0234 0149 0148 0070 0291 0053 0099
(3, 3) 0137 0276 0237 0206 0214 0230 0060 0119 0285 0108 0043 0095
(0, 0) 0186 0189 0178 0312 0667 0248 0300 0813 0359 0186 0105 0033 0040 0033 0026
5
(0, 3) 0143 0263 0289 0408 0347 0380 0518 0263 0346 0046 0182 0036 0043 0122 0077
(3, 0) 0229 0222 0225 0335 0338 0398 0482 0408 0382 0083 0111 0085 0036 0053 0121
(3, 3) 0145 0174 0249 0348 0393 0371 0418 0386 0343 0093 0123 0025 0078 0072 0039
(0, 0) 0096 0002 0176 0049 0014 0063 0092 0021 0064 0017 0037 0010 0037 0015 0017
7
(0, 3) 0051 0152 0240 0053 0018 0075 0098 0051 0085 0156 0007 0058 0181 0005
(3, 0) 0105 0011 0112 0138 0019 0056 0169 0061 0076 0073 0016 0019 0022 0006 0024
(3, 3) 0184 0058 0040 0083 0034 0041 0064 0033 0120 0009 0026 0015 0035 0016 0049
(0, 0) 0236 0209 0115 0158 0123 0105 0017 0008 0079 0062 0033 0042 0037 0045 0025
10
(0, 3) 0252 0376 0333 0154 1133 0113 0077 0054 0043 0049 0028 0023 0135 0027 0037
(3, 0) 1123 0094 0201 0051 0140 0110 0060 0027 0051 0025 0043 0034 0038 0096 0049
(3, 3) 0356 0385 0133 0113 0053 0055 0050 0060 0115 0032 0032 0047 0032 0045 0030
注:仁用杏树液流动期未长叶;缺失数据在用 SAS进行方差分析过程中以点代替。
表 2 地上部分各器官在不同处理不同生育期 PPO活性的方差分析
变异来源 叶自由度 平方和 F 值
枝
自由度 平方和 F 值
干
自由度 平方和 F 值
区组 2 0045 5 < 1 2 0005 8 < 1 2 0013 5 < 1
处理 3 0056 6 < 1 3 0005 0 < 1 3 0005 6 < 1
生育期 2 0279 0 427* 3 0735 2 4871* * 3 1019 2 3967* *
处理 # 生育期 6 0083 1 < 1 9 0021 1 < 1 9 0027 7 < 1
误差 22 0718 6 30 0150 9 29 0248 3
总变异 35 1182 9 47 0918 1 46
注: * * 差异极显著, * 差异显著。
表 3 地上部分各器官 PPO含量均数间的多重比较 ( # 103 u∀g- 1 )
生育期
(月)
叶
PPO
生育期
(月)
枝
PPO
生育期
(月)
干
PPO
5 0378 5aA 5 0418 1aA
10 0317 8aA 3 0213 8bA 3 0236 3bA
5 0207 7abA 10 0109 0cB 7 0077 8cB
7 0102 1bA 7 0053 5dC 10 0053 4dC
注:表中数据后不同大写字母表示差异极显著;不同小写字母表示差异显著。
376 林 业 科 学 研 究 第17卷
表 4 不同处理不同生育期地下部分各器官 PPO活性的方差分析
变异来源 主根自由度 平方和 F值
侧根
自由度 平方和 F值
区组 2 0000 3 < 1 2 0001 4 < 1
处理 3 0002 6 < 1 3 0009 4 198
生育期 3 0088 3 788* * 3 0015 7 332*
处理 # 生育期 9 0014 8 < 1 9 0007 8 < 1
误差 30 0112 1 28 0044 1
总变异 47 0218 0 45 0080 5
注: * * 差异极显著 * 差异显著。
综上可以看出, 仁用杏树体各器官内的多
酚氧化酶在整个年循环周期内呈规律性变化,
就每个月份来讲,植株体内的多酚氧化酶都不
是平均分配于各器官内。叶中 PPO活性整体
水平在10月份最高达 385 # 102 u∀g- 1 , 从树
木生理角度看, 在山西晋中地区, 10月份气温
转低, 苗木开始进入硬化期, 此时树体能在气
温转低的环境中通过自身生物调节来增加叶
中PPO[ 6]活性,以此来抵抗和维持其在低温条
表 5 地下部分各器官 PPO含量均数间的多重比较
# 103 u∀g- 1
生育期(月) PPO主根 侧根
3 0139 86 aA 0092 80 aA
5 0092 28 aAB 0061 59 ab AB
10 0037 50 bB 0049 67 bAB
7 0036 78 bB 0036 75 bB
注:表中数据后不同大写字母表示差异极显著;不同小
写字母表示差异显著
件下的过渡性生长,属逆境生理型活动 [ 7, 8] , 这初步说明 PPO 与树体的抗寒性有关, 并可作为
仁用杏树抗寒性的生化指标。枝、干、主根、侧根中的PPO活性均以 5月和 3月偏高,且极显著
地高于7月和 10月。从 3月份树液流动期到 5月份生长初期这段时间树体刚刚度过休眠期,
仁用杏树各种生长条件还达不到最佳水平,但在这段时期内, 气温开始回升, 土壤中的微生物
开始活动,此时树体自发地提高PPO活性来维持体内生命活动的正常进行 [ 9]。因为较高活性
的PPO可形成一种自我保护机制 [ 10] , 它有利于不良环境下树体内的代谢产物 酚类化合物
转变为具有毒性的醌类物质,这种醌类物质对病毒有毒害作用[ 11] , 可有效地防止微生物的侵
入。这种作用在 3月份主根和侧根中体现的最为明显, 以此保护植株地上部分的正常生长发
育;而且从仁用杏不同器官间 PPO 活性差异可以看出, 仁用杏树地上部分各器官的 PPO活性
明显高于地下部分。其中叶全年平均 0209 # 103 u∀g- 1 , 枝中为 0210 # 103 u∀g- 1 , 干中为
0192 # 103 u∀g- 1 ,而根中的 PPO活性均达不到 010 # 103 u∀g- 1。由此可以看出, PPO 不仅与
仁用杏的抗寒性有关,还与其地上部分的生长发育有关。在仁用杏的生长发育过程中,为了适
应环境,一些物质代谢循环过程会产生酚类物质[ 12] ,而这些酚类物质与 PPO活性相关[ 13] ,例如
叶在受到卷叶蛾类害虫伤害后, PPO活性能自发提高[ 14]。
不同处理间的 PPO活性差异不显著, 但对 4种不同处理间的 PPO活性进行多重比较可以
看出其明显的变异趋势为:单独施 Cu和单独施 Zn后(除干外)各器官中的 PPO 活性均增加,
且二者交互施用后 PPO活性也有所增加, 这就说明处理中 Cu、Zn元素各自的主效应已明显表
现出来,其互作的效应也有所表现。从树木营养的角度来看, Cu、Zn 这两种营养元素通过影响
PPO活性来影响植物生长。
377第 3 期 姚延木寿等:仁用杏树多酚氧化酶活性的年变化规律研究
4 结论与讨论
仁用杏树体各器官内的多酚氧化酶在整个年循环内呈规律性变化。叶中 PPO 活性整体
水平在10月份最高;枝、干、主根、侧根中的 PPO活性均以 5月和 3月极显著地高于 7月和 10
月。PPO与仁用杏树体的抗寒性、地上部分的生长发育有关,并可作为仁用杏树抗寒性的生化
指标。Cu、Zn通过增加 PPO活性来影响仁用杏树生长。
各处理间 PPO活性差异不显著, 可能与处理所需浓度有关, 有待后期工作中不断探索和
证明,用来解决平衡施肥问题以指导实践。Cu、Zn 如何影响 PPO活性及其在仁用杏树体内的
循环机理需作深入研究。初步认为 PPO对仁用杏树的抗寒机理与 Cu、Zn参与树体(尤其以叶
子为主)光合作用有关,有待进一步探讨。
参考文献:
[ 1] 姚延木寿,张淑改,许茂红.华北落叶松铜、钼含量及多酚氧化酶活性研究[ J] .林业科学研究, 1998, 11(1) : 94~ 98
[ 2] 姚延木寿,寇元斌,杨风歧,等.华北落叶松铜、锌元素与酶活性研究[ J] .山西农业大学学报, 2002( 1) : 61~ 64
[ 3] 韩富根,焦桂珍,刘学芝,等.烟草叶片多酚氧化酶的提取及其特性研究[ J] .河南农业大学学报, 1994, 29( 1) : 98~ 101
[ 4] 王金胜,张述义,刘桂林,等.实用生物化学技术[M ] .西安:山西高校联合出版社, 1994. 218~ 219
[ 5] Flarkey W H.Polyphenol oxidase in higher plants[ J] . Plant Physiol, 1986, 80: 614~ 618
[ 6] Mayer A M.Polyphenol oxidase in plant recent progress[ J] . Phytochemistry, 1987, 26( 1) : 11~ 20
[ 7] 李明启.荔枝果皮多酚氧化酶的研究[ J] .植物学报, 1963, 11( 4) : 329~ 335
[ 8] 谭兴杰,李月标.荔枝多果皮多酚氧化酶的部分纯化及性质[ J] .植物生理学报, 1984, 10(4) : 339~ 345
[ 9] Mayer M A,Eitan H. Polygpenol oxidases in phants[ J] . Phytophemistry, 1979, 18: 193~ 215
[ 10] 叶方相.香菇不同菌龄多酚氧化酶活性比较[ J] .江苏食用菌, 1994( 2) : 29
[ 11] 王金胜.植物基础生物化学[M ] .北京:中国林业出版社, 1998. 152
[ 12] 刘曼西,于秀芝.有机酸对马铃薯多酚氧化酶活性的影响[ J] .植物生理学通讯, 1991, 27( 5) : 350~ 353
[ 13] 宋凤鸣,郑重,葛秀春.枯萎病菌侵染后棉菌体内多酚氧化酶活性的变化[ J] .植物生理学通讯, 1997, 33( 3) : 175~ 177
[ 14] 刘金龙,杨秀清.仁用杏树多酚氧化酶和超氧化物歧化酶的研究[ J] .山西林业科技, 2002(2) : 38~ 41
Studies on the Annual Changing Law of the Activity of
PPO in KernelApricot
YAO Yantao, YAN Haibing , YANG Xiuqing
( Forestry College, Shanxi Agricultural University,Taigu 030801, Shanxi, China)
Abstract: The activity of PPO of 5 various organs in 4 different growth period of Kernelapricot was analysed.
The results showed that: ( 1)The activity of PPO of various organs had a orderly change, the activity of PPO of
leaves reached the maximum; the activities of PPO of branch, truck, thick root , thin root were higher in May
and March than in July and October conspicuously ( 2) The activity of PPO was related to cold resistance and
growth of the part above the soil surface of Kernelapricot, and it could be used as biochemical index of adverse
circumstances resistance of Kernelapricot ( 3 ) Cu and Zn, as nutrient elements, had effects on the activity of
PPO, so as to affect the growth of Kernelapricot.
Key word: Kernelapricot; PPO; annual change law
378 林 业 科 学 研 究 第17卷