全 文 ：　　收稿日期: 1999-11-15
基金项目: 浙江省重点课题“杉木杂交新品种选育及其利用”( 691102169)和国家林业局岩前乡土树种苗木培育基地项
目的部分内容
作者简介: 苏梦云 ( 1942-) ,女,福建莆田人,副研究员.
　　文章编号: 1001-1498( 2000) 04-0391-06
渗透胁迫和钙处理对杉木幼苗膜脂过氧化
及保护酶活性的影响
苏梦云1 , 范铭庆2
( 1.中国林业科学研究院 亚热带林业研究所,浙江 富阳　311400;
2.福建省三明市岩前林业技术推广站,福建 三明　365005)
摘要: 杉木幼苗用 PEG6000渗透胁迫( - 1. 5 MPa, - 2. 5 MPa ) , 在48 h 内其叶片中 H2O 2含量和
MDA 含量明显增加, H2O 2含量从35. 5
mo l
g- 1分别增加到43. 0
mo l
g- 1和48. 0
mo l
g - 1; MDA
含量从170. 5
mo l
mg - 1分别增加到349. 5
mo l
mg - 1和365. 2
mol
mg- 1,其变化与胁迫强度成
正比; 48 h 后 H2O2含量下降, 但 MDA 含量继续增加。与此同时 SOD和 POD 活性随胁迫强度加大
和胁迫时间的延长而下降, 在- 1. 5 MPa和- 2. 5 MPa 下渗透胁迫72 h, SOD活性从61. 8 U
mg - 1

min- 1分别下降到44. 5、39. 7 U
mg - 1
min- 1,而 POD活性从34. 8 U
mg- 1
m in- 1下降到6. 2 U

mg - 1
min- 1。CAT 活性在- 1. 5 MPa和- 2. 5 M Pa 胁迫24 h, 分别下降了13. 5%和23. 8% , 随后升
高。表明杉木叶片在渗透胁迫下的膜脂过氧化是由氧自由基引起的。用 CaCl2溶液( 7 mm ol
L - 1 )喷
布幼苗叶片, H2O 2和 MDA 的含量在渗透胁迫下增加的速率明显降低, SOD、POD 和 CAT 活性下
降的速率也明显缓慢, 而且对 CAT 活性的回升有促进作用。说明 Ca2+ 处理在渗透胁迫下对杉木叶
片的膜系统有一定的保护作用 ,可能有助于提高杉木幼苗的抗旱能力。
关键词: 钙; 杉木; 渗透胁迫; 膜脂过氧化; 保护酶
中图分类号: S718. 43　　　　文献标识码: A
　　随着植物渗透胁迫机理研究的深入,探索提高植物抗水分亏缺逆境能力的途径,一直是各
国科学家关注的重要问题之一, 已成为当前研究的热点[ 1]。已经知道,钙离子具有稳定膜结构、
保鲜和抗衰老的作用。用 Ca2+和 GA 处理春小麦( Tri ticum aestiv um L. )种子能提高在干旱条
件下的成苗率 [ 2] , 钙处理可降低在渗透胁迫下的细胞膜透性[ 3]。表明钙离子对渗透胁迫的伤害
可能有一定的缓解作用。这方面的研究正在深入,但未见以树木为试材的研究报道。
本文以杉木( Cunninghamia lanceolata ( Lamb. ) Hook. )幼苗为材料,研究渗透胁迫下的
膜脂过氧化作用和体内保护酶 SOD、POD、CAT 的活性变化以及钙对它们的调节作用,以期
为提高杉木的抗旱性提供科学依据。
1　材料与方法
1. 1　材料
杉木容器苗按常规方法在苗圃播种育苗, 容器(直径 7. 5 cm, 高 10 cm )基质为黄土和沙
林业科学研究　2000, 13( 4) : 391～396
For est R esear ch 　　 　　
(体积比为 1∶1) ,并含有 0. 5%的过磷酸钙。苗龄为 8个月,平均高为 7. 52 cm, 平均地径为
0. 16 cm。
1. 2　实验处理
实验苗分为两组: 一组用 CaCl2溶液( 7 mmol·L - 1 )进行喷布处理,以叶片湿润为度; 另
一组喷水作对照。喷布处理 7 d后将两组苗从容器中取出,用水漂洗附着在根系上的泥土, 然
后用吸水纸吸去根系表面的附着水, 晾干。同时进行根际渗透胁迫的处理,并以未胁迫处理的
土杯苗作对照。胁迫溶液是用 PEG6000配成的- 1. 5 M Pa 和- 2. 5 MPa两种不同水势的溶
液,处理时间为 0、24、48、72 h, 每个处理 5株苗。取成龄叶片,混合制样, 进行分析测定。重复
3次, 取平均值。实验结果经 t 检验测定其显著性。
1. 3　测定方法
1. 3. 1　组织相对含水量　按华东师范大学生物系植物生理教研室方法 [ 4]。相对含水量以百分
率表示。
1. 3. 2　过氧化氢( H2O 2)含量　按 Pat ter son B D等方法 [ 5]。单位含量以每克新鲜叶片所含的
H2O 2数(
mol)表示。
1. 3. 3　丙二醛( MDA )含量　按林植芳等方法[ 6]。单位含量以每毫克蛋白质所含的 MDA
(
mo l)表示。
1. 3. 4　超氧物歧化酶( SOD)活性　根据 Giannopo litis C N、Ries S R方法[ 7] ,并参照王爱国
等方法[ 8]进行测定。酶活性以抑制氮蓝四唑( NBT )还原的 50%为一个酶活性单位( U)。
1. 3. 5　过氧化氢酶( CAT )活性　按别洛杰尔斯基等方法[ 9]。酶活性单位( U )以每毫克蛋白每
分钟作用的 H2O 2 (
g)表示。
1. 3. 6　过氧化物酶( POD)活性　基本按 Jasdanw ala 等方法[ 10] , 以 OD 值变化 0. 01为一个酶
活性单位( U )。酶活性以每毫克蛋白质每分钟所含的酶活性单位( U)表示。
1. 3. 7　蛋白质含量　按 Nesseler 试剂比色法,再转换成蛋白质含量。
2　结果与分析
2. 1　渗透胁迫和钙处理对杉木叶片含水量的影响
在渗透胁迫下,杉木苗叶片含水量下降,在- 1. 5 M Pa 下 24 h,叶片含水量从 73. 0%降低
到 68. 6% ,此后未进一步下降。但在- 2. 5 MPa下,随着胁迫时间延长至 72 h,叶片含水量进
一步下降到 64. 9%。Ca2+处理的叶片含水量变化趋势,与对照没有明显差别。
2. 2　渗透胁迫和钙处理对杉苗叶片中H 2O 2含量的影响
活性氧对生物体具有毒害作用, 能诱发膜脂过氧化作用, H 2O 2是植物体内最重要的活性
氧形式之一。在渗透胁迫条件下, 杉木幼苗叶片中 H2O 2含量明显积累。在- 1. 5 M Pa(低)胁迫
条件下 48 h, 叶片中H2O2 含量从 35. 5
mol·g- 1增加到 43. 0
mol·g - 1。随着胁迫强度增加
到- 2. 5 M Pa(高) ,叶片中 H2O 2的积累也增加,胁迫 48 h, H2O2 含量增加到 48
mol·g- 1 ,但
随后又下降到胁迫前的水平。用 CaCl2 溶液( 7 mmo l·L - 1 )处理,对渗透胁迫条件下的 H 2O 2
含量积累有一定的缓解作用(图 1)。
　　在- 1. 5 M Pa(低)胁迫下 48 h,经 Ca2+处理的叶片中 H2O 2含量为 37. 5
mol·g - 1,比未
经 Ca2+处理的对照下降了 12. 8%。差异极显著( P< 0. 01)。在- 2. 5 M Pa(高)胁迫条件下 48
392 林 业 科 学 研 究　　　　　　　　　　　　　　第 13卷
图 1　渗透胁迫和钙处理对 H2O 2 含量的影响
h, 经 Ca2+ 处理的叶片中 H2O 2 含量下降了
20. 8%( P< 0. 01)。但胁迫 72 h, Ca2+ 处理已
不表现缓解作用。
2. 3　渗透胁迫和钙处理对杉木叶片膜脂过
氧化作用的影响
MDA 是膜脂过氧化作用的主要产物之
一。其含量可表示膜脂过氧化作用的程度 [ 11]。
杉木幼苗在渗透胁迫下MDA含量明显增加。
在- 1. 5 M Pa(低)和- 2. 5 M Pa (高)下胁迫
24 h, MDA 含量增加了一倍。当渗透胁迫时
间延至48 h 和72 h 时, M DA 含量仍有所增加
(图2)。
图2　渗透胁迫和钙处理对 MDA 含量的影响
　　钙处理可抑制在渗透胁迫下的 MDA 含量
的增加速率。在- 1. 5 M Pa 和- 2. 5 M Pa 下胁
迫 24 h,经 Ca2+ 处理的 MDA 含量分别从未处
理的 345. 0
mol·mg- 1和 346. 7
mo l·mg- 1
下降到 173. 0
mol·mg- 1和 229. 2
mol·
mg
- 1, 分别比未经钙处理的减少了 49. 9%和
33. 9%。随着胁迫时间的延长,钙处理的效果有
所减弱,但对生物膜仍起一定的保护作用。
2. 4　渗透胁迫和钙处理对体内保护酶活性的
影响
2. 4. 1　SOD活性变化　杉木苗在渗透胁迫条
件下, SOD 活性随胁迫时间的延长而逐渐下降。这种 SOD 活性下降速率也随胁迫强度增高
图 3　渗透胁迫和钙处理对 SOD活性的影响
而加大。在- 1. 5 M Pa (低)和- 2. 5 MPa(高)
下胁迫 24、48、72 h, SOD活性分别比未胁迫处
理的下降了 17. 8%、24. 8%、28. 0%和 26. 1%、
34. 5%、35. 8%。钙处理对胁迫时 SOD活性的
下降速率有抑制作用(图 3)。在- 1. 5 M Pa 下
24、48、72 h, SOD 活性只比未胁迫处理的分别
下降了9. 1%、20. 1%、24. 1%。实际上, Ca2+ 处
理在一定的浓度下对 SOD 活性起保护作用。在
- 2. 5 M Pa 下, Ca2+ 处理未表现出保护作用。
这可能与 Ca2+浓度有关。
2. 4. 2　CAT 活性变化　在- 1. 5 M Pa(低)和
- 2. 5 MPa (高) 胁迫下 24 h, 杉木苗叶片中
CAT 活性分别下降了 13. 5%和 23. 8%;随后又迅速上升到胁迫前的水平。钙处理对 CAT 活
性的回升表现促进作用。在胁迫 72 h 时, 经钙处理的 CAT 活性比对照增加了 70%左右(图
393第 4 期　　　　　苏梦云等: 渗透胁迫和钙处理对杉木幼苗膜脂过氧化及保护酶活性的影响
4) ,差异极显著( P< 0. 01)。
2. 4. 3　POD 活性变化　在渗透胁迫条件下, POD 活性随胁迫的时间( 24、48、72 h)的延长和
强度( - 1. 5 M Pa 和- 2. 5 MPa)的加大而下降。钙处理可减缓 POD活性的下降速率, 尤其是
在胁迫 24 h后更为明显。在- 1. 5 M Pa(低)和- 2. 5 M Pa(高)下 48 h, POD活性分别比未经
Ca
2+处理的增加了 92. 9%和 1倍(图 5)。胁迫 72 h 增加的效果更显著。
图 4　渗透胁迫和钙处理对 CAT 活性的影响 图 5　渗透胁迫和钙处理对 POD活性的影响
3　讨　论
　　杉木幼苗在渗透胁迫 24 h时,叶片中的 H 2O 2含量迅速增加,与此同时 MDA 含量也急剧
增加。这表明杉木幼苗在渗透胁迫条件下产生了膜脂过氧化作用,而这种膜脂过氧化作用与
H2O 2的积累和诱发伤害有关。这与青杨( Populus cathayana Rehd. )在水分逆境下活性氧积累
和 MDA 含量增加的结果相类似 [ 12]。
一般说来,在水分胁迫下植物体内SOD活性与植物的抗氧化能力呈正相关[ 13]。在多数作
物中,在水分胁迫下SOD活性下降。但有的作物的 SOD 活性在水分胁迫时表现先上升后下降
的趋势[ 14] ;也有一些作物却相反, SOD活性随渗透胁迫时间(或强度)先下降而后回升, 出现反
弹现象[ 15]。杉木幼苗在渗透胁迫时, SOD活性随胁迫的强度和时间而下降,这与刺槐( Robinia
p seudoacacia L. )的结果一致[ 16]。POD的活性变化趋势同 SOD。CAT 活性在胁迫 24 h下降,
随后又回升。这种回升现象与此时 H2O2 含量下降的趋势相吻合。与水稻( Oryz a sativa L. )中
SOD 活性的反弹现象一样 [ 15] , 对CAT 活性的回升机制尚不完全清楚,有待进一步研究。从本
文的试验结果看, 在渗透胁迫下杉木苗体内保护酶活性的降低,使清除活性氧自由基的能力下
降,也是诱发膜脂过氧化作用的原因之一。说明杉木体内的保护酶系统与其抗水分胁迫能力关
系密切。
通常认为Ca2+是一种膜的保护剂。本试验中杉木幼苗用Ca2+ 处理可减缓叶片在渗透胁迫
下的膜脂过氧化速率。表明 Ca2+对生物膜有一定的保护作用。Ca2+对保护酶活性也有一定促
进作用。适当的 Ca2+ 溶液喷布或浇根能提高小麦叶片中的 SOD活性[ 17]。本试验中得到, Ca2+
处理能提高杉木幼苗叶片在渗透胁迫条件下的 SOD和 POD活性,从而减缓了渗透胁迫使酶
活性下降的速率; 同时对 CAT 活性在渗透胁迫条件下的回升, 也有明显的促进作用。表明
Ca2+处理对 SOD、POD和 CAT 活性具有调节作用,有助于提高对水分逆境的适应能力。Ca2+
处理需要适当的浓度, 浓度过高或处理时间过长对 SOD活性的调节没有效果或产生负效
394 林 业 科 学 研 究　　　　　　　　　　　　　　第 13卷
应[ 17 ]。杉木在- 2. 5 M Pa 下, Ca2+ 处理不表现对 SOD 活性的调节作用,可能与 Ca2+的浓度不
当有关。但是,适当的 Ca2+处理技术有可能成为提高植物抗旱性的一个调节途径。
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395第 4 期　　　　　苏梦云等: 渗透胁迫和钙处理对杉木幼苗膜脂过氧化及保护酶活性的影响
Effect of Osmotic Stress and Calcium Treatment on Membrane-lipid
Peroxidation and Protective Enzyme in Chinese Fir Seedling
SU M eng -yun
1
, Fan M ing -qing
2
( 1. Research Inst itute of S ubt ropical Fores t ry, CAF, Fu yang　311400, Zheijang , China;
2. Yanqian Fores t ry Ex tension S tat ion of Sanming City, Fujian Province, S anm ing　365005, Fujian , China)
Abstract: The ef fects o f osmot ic st ress induced by PEG ( -1. 5 M Pa, - 2. 5 M Pa ) on
hydr ogen perox ide ( H2O 2) content , membrane-lipid perox idat ion and act ivit ies o f supero xide
dismutase ( SOD ) , perox idase ( POD ) and catalase ( CAT ) in levies of Chinese fir
( Cunninghamia lanceolata) w ere studied. The results show ed that malondialdehyde ( MDA)
content increased and act iv it ies o f SOD and POD decreased w ith osmot ic st ress time ( 24, 48,
72 h) and o smo tic st ress st rength ( - 1. 5 M Pa, - 2. 5 MPa) , but H2O 2 content increased for
48 h then fell and CAT act ivity decreased for 24 h then raised under osmot ic st ress ( - 2. 5
M Pa ) . When seedlings w er e sprayed w ith CaCl2 ( 7 mmo l·L - 1 ) so lut ion, raising rates o f
contents of H2O 2 and MDA, and decr easing rates of act ivit ies o f SOD and POD obv iously
slow ed down, respectively . CAT activity quickly raised af ter it decreasing under osmot ic
st ress, w hen seedling s w ere sprayed w ith CaCl2 solut ion.
Key words : calcium; Chinese f ir; osmot ic stress; membrane-lipd pero xidat ion; pro tective
enzyme
396 林 业 科 学 研 究　　　　　　　　　　　　　　第 13卷