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Changes of PRO, MDA Contents and Protective Enzymes Activity of Sabina vulgaris Community at the Different Successional Stages

臭柏群落在不同演替阶段的PRO、MDA含量及保护酶活性变化


In order to reveal the physiological reaction and adaptability of natural Sabina vulgaris community to sandy environment in different successional stages, we determined physiological index of drought-resistance of S.vulgaris under different successional stages by colorimetry in TuKe of Mu Us Sandland. The results showed that with the process of the succession, PRO and MDA contents increase first, and then decrease during the process of the succession. The variance analysis showed that the difference of the PRO contents among stages is more significant. The difference of the SOD and POD activity is more significant among stages, but the CAT activity has no significant change. In the fourth successional stage, the contents of MDA and PRO increase, the activity of SOD and POD increase. All of them show the physiological characters of damaged plant under the environment hardness. The correlation analysis between PRO、MDA and protective enzymes activity showed: the positive correlation of the change of SOD、POD activity with the change of MDA contents is significant. The decrease of MDA will increase protective enzymes activity which in the leaf. The response of the physiological index to the environment hardness in different successional stage is not similar. First, some damaged characters appeared in the fourth stage; second, some index are stable in the third stage. It indicated that the third stage is a stable period.


全 文 :第 wv卷 第 u期
u s s z年 u 月
林 业 科 学
≥≤Œ∞‘׌„ ≥Œ∂ „∞ ≥Œ‘Œ≤„∞
∂²¯1wv o‘²1u
ƒ ¥¨qou s s z
臭柏群落在不同演替阶段的 °• ’ !⁄„含量及
保护酶活性变化
红 雨t 王林和u
kt1内蒙古师范大学生命科学与技术学院 呼和浩特 stssuu ~ u1 内蒙古农业大学生态与环境学院 呼和浩特 stssuul
关键词 } 毛乌素沙地 ~臭柏 ~演替阶段 ~脯氨酸 ~丙二醛 ~保护酶
中图分类号 }≥zt{1wt 文献标识码 }„ 文章编号 }tsst p zw{{kusszlsu p sttx p sx
收稿日期 }ussy p sw p u| ∀
基金项目 }国家自然科学基金项目kvsuztswzl !国家科技部重大基础研究前期研究专项kussw≤≤„svsssl !内蒙古自治区自然科学基金项目
kussws{susxsyl ∀
Χηανγεσ οφ ΠΡ Ο o Μ∆Α Χοντεντσ ανδ Προτεχτιϖε Ενζψµεσ Αχτιϖιτψ οφ Σαβινα ϖυλγαρισ
Χοµ µ υνιτψ ατ τηε ∆ιφφερεντ Συχχεσσιοναλ Σταγεσ
‹²±ª≠∏t • ¤±ª¬±«¨ u
kt1 Λιφε Σχιενχε ανδ Τεχηνολογψ Χολλεγε οφ Ιννερ Μονγολια Νορµαλ Υνιϖερσιτψ Ηυηηοτ stssuu ~
u1 Εχολογψ ανδ Ενϖιρονµεντ Χολλεγε οφ Ιννερ Μονγολια Αγριχυλτυραλ Υνιϖερσιτψ Ηυηηοτ stssuul
Αβστραχτ} Œ± ²µ§¨µ·² µ¨√¨ ¤¯ ·«¨ ³«¼¶¬²¯²ª¬¦¤¯ µ¨¤¦·¬²± ¤±§ ¤§¤³·¤¥¬¯¬·¼ ²© ±¤·∏µ¤¯ Σαβινα ϖυλγαρισ ¦²°°∏±¬·¼ ·² ¶¤±§¼
±¨√¬µ²±°¨ ±·¬± §¬©©¨µ¨±·¶∏¦¦¨¶¶¬²±¤¯ ¶·¤ª¨¶o º¨ §¨·¨µ°¬±¨ § ³«¼¶¬²¯²ª¬¦¤¯ ¬±§¨¬ ²© §µ²∏ª«·pµ¨¶¬¶·¤±¦¨ ²© Σ qϖυλγαρισ ∏±§¨µ
§¬©©¨µ¨±·¶∏¦¦¨¶¶¬²±¤¯ ¶·¤ª¨¶¥¼ ¦²¯²µ¬°¨ ·µ¼ ¬± ×∏Ž¨ ²© ∏ ˜¶≥¤±§¯¤±§q ׫¨ µ¨¶∏¯·¶¶«²º¨ §·«¤·º¬·«·«¨ ³µ²¦¨¶¶²©·«¨
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Κεψ ωορδσ} ∏˜¶≥¤±§¯¤±§~ Σαβινα ϖυλγαρισ~¶∏¦¦¨¶¶¬²±¤¯ ¶·¤ª¨ ~°• ’ ~ ⁄„ ~³µ²·¨¦·¬√¨ ±¨½¼°¨ ¶
毛乌素沙地位于鄂尔多斯高原南部 o海拔约 t vss ∗ t yss ° o年平均温度 y ∗ | ε o最热月 z月平均温度
us ∗ uw ε o最冷月 t月平均温度 p tu ε ∗ p { ε ∀年平均降水量 uxs ∗ w|s °° o由东南向西北递减 ∀毛乌素
沙地是具有特殊地理景观的生态过渡带k‹²¯·ετ αλqot||zl ∀臭柏k Σαβινα ϖυλγαρισl为柏科圆柏属常绿匍匐针
叶灌木 o也是鄂尔多斯高原毛乌素沙地唯一的天然常绿灌木 ∀多密集成片 o根系发达 o枝叶繁茂 o耐风蚀沙
埋 o是优良珍稀的常绿固沙和护坡保土树种 ∀在恶劣的沙地环境下 o仍然以高达 zs h ∗ |x h的覆盖度生存 o
形成占绝对优势的单优群落k张国盛等 ousstl ∀国内外的研究者针对其生物生态学特性k松尾奈绪子等 o
usstl !生育规律k王林和等 ot||{ ~ussu ~何维明 oussul !繁殖k山中典和等 ousssl !遗传多样性 k红雨等 o
ussy¤~ussy¥l等特性进行了大量的研究 ∀但对臭柏群落演替及不同演替阶段的生理反应和适应性反应研究
甚少 ∀笔者对不同演替阶段臭柏群落生理反应和适应性反应进行了研究 o探讨毛乌素沙地天然臭柏群落在
不同演替阶段对沙地环境的生态适应性 ∀
1 材料与方法
t1t 材料的采集 ussw年 y ) {月 o在毛乌素沙地图克乡北试验地上采用空间代替时间的方法选取了臭柏
演替各阶段k朱志诚等 ot||y ~郭柯 ousssl的典型样地 ∀样品采集群落及采样数目见表 t ∀不同演替阶段 o随
机采集臭柏新鲜叶片 o叶位 !方向及采集时间基本一致 o一部分叶片在 yx ε 烘干 uw «后测定脯氨酸k°• ’l含
量 o一部分用液氮固定 o回实验室后转入 p {s ε 的冰箱用于丙二醛k⁄„l含量和超氧化物歧化酶 k≥’⁄l !过
氧化物酶k°’⁄l和过氧化氢酶k≤„×l活性的测定 ∀
表 1 臭柏演替过程中不同阶段群落类型
Ταβ .1 Τηε χοµ µ υνιτψτψπε ον διφφερεντ συχχεσσιοναλσταγε οφ Σ . ϖυλγαρισ
演替阶段 ≥∏¦¦¨¶¶¬²±¤¯ ¶·¤ª¨ 群落类型 ≤²°°∏±¬·¼·¼³¨ 采样株数 ‘∏°¥¨µ²©¶¤°³¯¬±ª³¯¤±·
´ 油蒿 n臭柏 Αρτεµισια ορδοσιχα n Σ q ϖυλγαρισ tx
µ 臭柏 n硬质早熟禾 Σ q ϖυλγαρισn Ποα σπηονδψλοδεσ tx
¶ 臭柏 Σ q ϖυλγαρισ tx
· 臭柏 n苔藓 Σ q ϖυλγαρισn °²¶¶¨¶ tx
t1u 试验方法 tl°• ’的测定 测定方法参见张志良等kussvl ∀取已经称重的臭柏叶片 s1x ª放入已经用
清水洗净并擦拭干净的研钵中 o加入 { °v h的磺基水杨酸研磨 o研磨后的溶液倒入离心管中 o塞上塞子静
置 o提取上清液 ∀把提取的上清液放入沸水浴锅中水浴 ts °¬±后冷却 ∀把冷却后的离心管内上清液在天平
上平衡后 o在 v sss µ#°¬±pt下离心 ts °¬±o取上清液待测 ∀用移液管吸取上清液 u °ou °冰醋酸 ow °
u1x h茚三酮溶液于试管中 o对照为 u °蒸馏水 ou °冰醋酸 ow °u1x h的茚三酮溶液 o沸水浴 ys °¬±后冷
却 ∀用移液管加 w °甲苯于冷却后的上清液中 o振荡后静置分层 ∀取上层 °• ’红色甲苯溶液于比色杯中 o
在 zuv型分光光度计 xus ±°波长处比色 ∀记取测得的吸光度值 ∀
ul⁄„ !保护酶的测定 ¤l提取液的制备 取冷藏于 p {s ε 的臭柏叶片 t ªo加入磷酸缓冲液k°…≥ o
³‹z1{l研磨至匀浆 ∀w ε ots sss µ#°¬±pt离心 tx °¬±o取上清液备用 ∀¥l⁄„的测定 测定方法参见张志
良等kussvl ∀吸取 t °提取液 o加入 t °°…≥kyu1x °°²¯#pt o³‹z1{l o再加入 u °ts h三氯乙酸k×≤„l≈含
s1x h硫巴比妥酸kׅ„l  o混匀 o在试管上加盖塞 o置于沸水浴中沸煮 tx °¬±o迅速冷却 ow sss µ#°¬±pt离心
ts °¬±o以 ts h ×≤„k含 s1x h ׅ„l为对照 o取上清液测定 wxs ±° !xvu ±°和 yss ±°下的 ’⁄值 ∀ ⁄„浓度 €
y1wxk⁄xvu p ⁄yssl p s1xy⁄wxs ∀¦l ≥’⁄活性的测定 测定方法参见张志良等kussvl ∀反应介质kxs °°²¯#pt
³‹z1{ °…≥ o内含 zz1tu Λ°²¯#pt ‘…× os1x °°²¯#pt ∞⁄ׄ otv1vz °°²¯#pt蛋氨酸lv1| °o待测酶液 ts ˏo
{s1u Λ°²¯#pt核黄素 s1t °o以不加待测酶液k以缓冲液代替l的试管为对照 o然后将各管在 wss ¬¯下反应 ts
°¬±进行光化还原 ∀反应酶在 xys ±°处测定 ’⁄值 o以抑制光化还原 xs h作为一个酶活性单位k˜l o酶活性
以 ˜#ªpt ⁄• 表示 ∀§l °’⁄活性的测定 测定方法参见张志良等kussvl ∀反应系统 }u1s °愈创木酚溶液
kuxs °s1t °²¯#pt ³‹y1s °…≥ n s1zw °愈创木酚配制l oxs ˏ待测酶液和 us ˏvs h ‹u ’u ∀加入 t °¬±
‹u ’u 后比色波长 wzs ±° o室温 ∀以愈创木酚溶液做对照 ∀在 wzs ±°处 ’⁄值每分钟增加 s1st为一个酶活
性单位k˜l o酶活性以 ˜#ªpt ⁄• °¬±pt表示 ∀ l¨ ≤„×活性的测定 测定方法参见张志良等kussvl ∀x °反
应液中含有 °…≥ xs °°²¯#ptk³‹z1sl o‹u ’u { °°²¯#pt及 tss ˏ待测酶液 ∀室温下反应 t °¬±o加 u °ts h
‹u≥’w 终止反应 ∀用 u °°²¯#pt Ž±’w 滴定剩余的 ‹u ’u o根据 ‹u ’u 的消失量计算 ≤„×活性 ∀酶活性单位
为 Λ°²¯ ‹u ’u#ªpt ⁄• °¬±pt ∀
2 结果与分析
u1t 不同演替阶段 °• ’含量的变化 据图 t显示 o演替过程中臭柏 °• ’含量呈先上升后下降再上升的变
化 ∀方差分析显示 o臭柏的 °• ’含量在阶段间差异极显著 ∀进一步多重比较显示 o演替的第 ¶阶段与演替
的第 ´阶段 !演替的第 µ阶段 !第 ·阶段差异达到了极显著水平 ∀在半固定沙地油蒿 n臭柏群落k ´l向固
定沙地臭柏 n硬质早熟禾群落k µl发展时期 o沙地也由半固定沙地演变为固定沙地 o相应的含水量增加 o肥
力升高 ∀随着环境的改善 o植物体内不应该累积大量的 °• ’ o但是试验数据表明在此阶段臭柏 °• ’ 含量迅
速升高 ∀笔者在采集材料的过程中发现此阶段的臭柏枝条上有较多球果 o据 פ±ªkt|{|l的研究表明 °• ’的
积累可稳定大分子化合物 o对植物组织分化和发育有重要作用 ∀在此阶段 °• ’的积累可以维持叶渗透压和
保水力 o另外对蛋白质的稳定性也有显著影响 o从而使臭柏在繁殖时期没有受到生理伤害 o这对臭柏的生存
和生长起到了重要作用 o可能是一种适应性反应 ∀但是 o是否与上述原因有直接关系还需进一步研究 ∀
随着演替的进行 o臭柏 n硬质早熟禾群落进展到臭柏群落 o此时臭柏群落处于演替亚顶极时期k红雨 o
ytt 林 业 科 学 wv卷
ussy¥l o这一时期表现为群落结构的复杂化 o地上和地下空间的最大利用 o生产力的最大利用和生产率的增
加 o群落生境的中生化和群落环境的强烈改造 o此时地表形成一层 w ∗ z ¦°厚的沙质壤土 o一般不超出 ts
¦° o基质物理和化学特征以及水条件向着有利于植物生活的方向发展 o因此 °• ’积累较少 ∀臭柏群落继续
发展为臭柏 n苔藓群落 o这一时期地表形成结皮 o雨水很难透入土壤 o大量被流失 ∀ °• ’作为一种良好的渗
透调节物质 o它可使臭柏在水分亏缺时降低其渗透势 o从外界水势低的环境中继续吸水 o同时还有助于细胞
核组织的持水 o防止脱水 o以增强臭柏的耐旱性 o所以可以说臭柏体内 °• ’含量的大量累积与其抗旱性之间
存在着密切的关系 ∀
u1u 不同演替阶段 ⁄„含量的变化 不同演替阶段的臭柏叶片中 ⁄„的含量呈现微小的上升 !下降和较
显著的再上升趋势 ∀方差分析显示 o臭柏 ⁄„含量阶段间差异极显著 ∀进一步多重比较显示 o演替第 ´阶
段 !第 µ阶段和演替第 ¶阶段的 ⁄„含量变化不大 o阶段间差异不显著 o但演替的前 v个阶段均与演替第 ·
阶段呈现极显著的差异水平k图 tl ∀在演替第 ´阶段 o半流动沙地上土壤含水量较少 o土壤紧实度较低 o而
且土壤较贫瘠 o所以演替第 ´阶段 ⁄„的含量要比第 ¶阶段略高一些 ∀在演替第 ·阶段 ⁄„含量迅速增
长 o表明细胞膜脂过氧化程度增加 o脂膜受伤害程度也在加深 ∀
u1v 不同演替阶段 ≥’⁄活性的变化 根据图 u显示 o臭柏随着演替阶段的不同 ≥’⁄活性呈现微小的上升 !
下降和较显著的再上升趋势 ∀在演替的第 µ阶段有所上升 o在演替 ·阶段活性增高 o与其脯氨酸和丙二醛含
量的变化趋势相吻合 o是一种环境胁迫下的一种保护性适应 ∀方差分析显示 o臭柏 ≥’⁄含量阶段间差异极
显著 ∀进一步多重比较显示 o臭柏演替第 µ阶段与第 ¶阶段呈现显著差异 o说明生理胁迫后 ≥’⁄有较明显
的升高 ∀演替第 ·阶段 o酶活性的升高较明显与前 v个阶段呈现极显著的差异水平 o可以推测演替第 ·阶段
对于臭柏的生存 !生长起到了质的关键性作用 ∀许多研究表明 o≥’⁄活性于植物的抗旱性密切相关 ∀在水分
胁迫下抗旱性强的品种或种具有较高的 ≥’⁄活性 o这已在沙米k Αγριοπηψλλυµ πυνγενσl和欧亚旋覆花k Ινυλα
βριτανιχαl !差不嘎蒿kΑρτεµισια ηαλοδενδρονl !白草k Πεννισετυµ χεντρασιατιχυµl !狗尾草k Σεταρια ϖιριδισlk周瑞莲等 o
t|||¤~t|||¥l !牛心朴子k Χψνανχηυµ κοµαροϖιιlk米海莉等 oussvl o对干旱胁迫下几种荒漠植物沙拐枣
kΧαλλιγονυµ µονγολιχυµl !梭梭k Ηαλοξψλον αµ µοδενδρονl和沙枣k Ελαεαγνυσ ανγυστιφολιαlk龚吉蕊等 ousswl o小麦
k武宝轩等 ot|{xl o水稻k吴岳轩等 ot||wl等植物上得到证实 ∀沙漠化环境中的植物趋向于抗干旱 ∀本试验
研究表明 o臭柏的抗干旱能力很强 o其 ≥’⁄活性增幅也较大 o属于依赖保护酶进行抗逆的植物类型 ∀
图 t 不同演替阶段臭柏 °• ’ !⁄„含量的变化
ƒ¬ªqt ≤«¤±ª¨¶²©·«¨ °• ’ o ⁄„ ¦²±·¨±·¶∏±§¨µ§¬©©¨µ¨±·¶∏¦¦¨¶¶¬²±¤¯ ¶·¤ª¨¶
字母不同者表示差异极显著k Π s1stl o/ p 0表示没有差异 ∀⁄¬©©¨µ¨±·¯ ·¨¨µ¶¬±·«¨ ¶¤°¨³¬¦·∏µ¨ ¬±§¬¦¤·¨¶√ µ¨¼ ¶¬ª±¬©¬¦¤±·§¬©©¨µ¨±¦¨ q
/ p 0 ¬±§¬¦¤·¨¶±²¶¬ª±¬©¬¦¤±·§¬©©¨µ¨±¦¨ q下同 ∀ ׫¨ ¶¤°¨ ¥¨ ²¯º q
u1w 不同演替阶段 °’⁄活性的变化 根据图 u可知 o在演替过程中 o臭柏的 °’⁄活性呈先下降再上升趋
势 o在演替第 ¶阶段出现最低值 o在演替第 ·阶段又迅速上升 ∀与其 °• ’ !⁄„含量和 ≥’⁄活性等的变化相
吻合 ∀表明在演替第 ¶阶段水分 !养分等条件较好 o环境胁迫有所缓解 o所以 °’⁄活性较稳定 o没有出现升
高现象 ∀在演替第 ·阶段 o一方面可能是由于胁迫的加重 o体内 ‹u ’u 的含量高诱导了 °’⁄活性的增高 o另
一方面也许叶片中的脯氨酸的大量积累激发了 °’⁄活性的增加 ∀说明在干旱胁迫下 ≥’⁄!°’⁄协同作用在
沙生植物抗膜脂过氧化 o保护膜的完整性上起重要作用 ∀方差分析显示 o演替阶段间差异极显著 ∀通过阶段
ztt 第 u期 红 雨等 }臭柏群落在不同演替阶段的 °• ’ !⁄„含量及保护酶活性变化
图 u 不同演替阶段 ≥’⁄!°’⁄!≤„×活性变化
ƒ¬ªqu ≤«¤±ª¨¶²©·«¨ ≥’⁄!°’⁄!≤„× ¤¦·¬√¬·¼ ∏±§¨µ§¬©©¨µ¨±·¶∏¦¦¨¶¶¬²±¤¯ ¶·¤ª¨¶
间的多重比较发现 o臭柏演替第 ·阶段分别与演替前 v个阶段间差异极显著 o其余阶段间差异不显著 ∀
u1x 不同演替阶段 ≤„×活性的变化 如图 u所示 o不同演替阶段 ≤„×活性变化不大 o略有上升的趋势 ∀方
差分析显示 o叶片中的 °’⁄活性在不同演替阶段间差异不显著 ∀随着演替的发展 o演替后期 ≥’⁄!°’⁄等都
有升高的现象 o而 ≤„×没有升高保持了原有水平 ∀可能是在环境胁迫下原来积存的 ≤„×等就已经能够清除
过氧化物体和线粒体中的反应性氧k• ’≥l o所以在演替第 ·阶段 o环境胁迫下没有诱导 ≤„× o使 ≤„×活性保
持了原有水平 ∀
u1y °• ’含量 !⁄„含量与保护酶活性的相关性分析 根据表 u显示 o≥’⁄活性和 °’⁄活性变化与 ⁄„
含量的变化呈极显著的正相关 ∀说明 ⁄„含量增加 o≥’⁄!°’⁄活性迅速增加 ∀
表 2 ΠΡ Ο含量 !Μ∆Α含量与保护酶活性的相关性分析 ≠
Ταβ .2 Χορρελατιονσ βετωεεν τηε χοντεντσ οφ ΠΡ Ο ανδ Μ∆Α ανδ προτεχτιϖε ενζψµεσ αχτιϖιτψ
°• ’ ⁄„ ≥’⁄ °’⁄ ≤„×
°• ’ t1sss s1wyz s1wtt s1wz| s1x|w
≥¬ªq s1xvv s1x{| s1xut s1wsy
⁄„ s1wyz t1sss s1||s33 s1|||33 s1ytt
≥¬ªq s1xvv s1sts s1sst s1v{|
≠ 3 表示显著水平为 s1sx o差异显著 ~3 3 表示显著水平为 s1st o差异极显著 ∀ 3 ¬±§¬¦¤·¨¶¶¬ª±¬©¬¦¤±·§¬©©¨µ¨±¦¨ k Π s1sxl ~33 ¬±§¬¦¤·¨¶√¨ µ¼
¶¬ª±¬©¬¦¤±·§¬©©¨µ¨±¦¨ k Π s1stl q
3 结论与讨论
臭柏群落的演替过程中 o°• ’ !⁄„ 含量呈先上升后下降再上升的变化 o各演替阶段间差异极显著 ∀
≥’⁄!°’⁄活性在各演替阶段间差异极显著 o而 ≤„×活性差异不显著 ∀不同植物 v种保护酶互相配合的形式
不同 ∀在演替第 ¶阶段环境胁迫相对较小 o臭柏体内的 • ’≥相对较少 o膜脂过氧化程度较低 o≥’⁄活性较为
稳定 o没有增高 ~在演替第 ·阶段环境胁迫增大 o臭柏体内的 • ’≥增加 o膜脂过氧化作用加强 o⁄„含量增
加 o≥’⁄!°’⁄活性迅速增加 ∀°’⁄可能是旱生植物臭柏茎 !叶清除 ‹u ’u 的主要酶 ∀它与 ≥’⁄协同作用在抑
制膜脂过氧化作用上起重要作用 ∀在演替第 ·阶段只有 °’⁄活性的增幅较大 o≤„×活性没有显著变化 o导
致了在演替第 ·阶段衰老细胞通过各种代谢途径生成的 ‹u ’u 比降解掉的 ‹u ’u 多 o所以在演替第 ·阶段
‹u ’u 含量增多可能是 ⁄„含量增高的原因 ∀
演替第 ·阶段游离 °• ’含量的上升 o⁄„含量的增加 o≥’⁄!°’⁄活性增加 o表现出环境胁迫下植物受
损的生理共性 ∀从各项指标来看 o一是多数指标在演替第 ¶阶段出现较低水平 o因此可以看出在演替第 ¶阶
段是环境最稳定的关键时期 ~二是在演替第 ·阶段臭柏体内出现一系列的受损表现 ∀伴随着演替过程的进
行 o环境的变化过程中有机体的生理作用并非是单一的 o而是酶协调一致共同清除活性氧的侵害 ∀总之 o臭
柏在对恶劣环境的长期适应过程中产生了一系列的生理适应机制 ∀
参 考 文 献
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红 雨 o王林和 o梁小荣 qussy¤q不同生境臭柏种群的遗传多样性分析及其与环境因子的相关性 q干旱区资源与环境 ouskvl }t{w p t{z
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松尾奈绪子 o大手信人 o木庭 介 o等 qusst1 中国内蒙古毛乌素沙地 Κ生育 9 κ 植物 Ν水利用效率 Ν考察 ) ) ) 碳素安定同位体比 ρ 用 # ? 解
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k责任编辑 郭广荣l
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