全 文 ：园 　艺 　学 　报 　2007, 34 (2) : 469 - 472
Acta Horticulturae Sinica
收稿日期 : 2006 - 09 - 05; 修回日期 : 2007 - 01 - 22
基金项目 : 浙江省教育厅科研计划项目 (20060330) ; 浙江省国土资源厅百矿示范项目 (2005003) ; 浙江省交通厅科技计划项目
(2005H025)
供氮水平对香根草光合特性和抗氧化酶活性的影响
马博英 1 , 徐礼根 2
(1 浙江教育学院生物系 , 杭州 310012; 2 浙江大学生命科学学院 , 植物生理与生物化学国家重点实验室 , 杭州 310058)
摘 　要 : 通过水培试验 , 研究了 0、1、8和 16 mmol·L - 1 4个供氮水平下香根草叶片净光合速率
( Pn)、叶绿素荧光参数、抗氧化酶类活性和 MDA、脯氨酸含量的变化。结果表明 , 随着氮浓度的增加 , 香
根草叶片 Pn、PSⅡ最大光化学效率 ( Fv/Fm)、PSⅡ电子传递量子产率 (ФPSⅡ )、光化学猝灭系数 ( qP)、
非光化学猝灭系数 (NPQ)、超氧化物歧化酶 ( SOD) 和过氧化物酶 ( POD) 活性先升高后降低 , 8 mmol·
L - 1氮浓度时达最大 , 16 mmol·L - 1氮浓度时最小 , 而 1 mmol·L - 1与 8 mmol·L - 1氮浓度时相比差异不显
著 ; 随着氮浓度的增加 , 过氧化氢酶 (CAT) 活性、丙二醛 (MDA ) 含量则先下降后升高 ; 游离脯氨酸
( Pro) 含量上升 , 说明香根草叶片在低氮情况下能保持较高的 Fv/Fm、ФPSⅡ、qP和抗氧化酶活性。
关键词 : 香根草 ; 光合速率 ; 叶绿素荧光参数 ; 抗氧化酶
中图分类号 : Q 945; S 68814　　文献标识码 : A　　文章编号 : 05132353X (2007) 0220469204
Effects of D ifferen t N itrogen Supply on Photosyn thesis, An tiox idan t Enzym es
in Vetiver L eaves
MA Bo2ying1 and XU L i2gen2
(1D epartm ent of B iology, Zhejiang Educa tion Institu te, Hangzhou 310012, Ch ina; 2 S tate Key Laboratory of P lan t Physiology
and B iochem istry, College of L ife Sciences, Zhejiang U niversity, Hangzhou 310058, China)
Abstract: The effects of four nitrogen (N) treatments (0, 1, 8 or 16 mmol·L - 1 ) on the photosynthe2
sis, antioxidant defense system s and lip id peroxidation in vetiver leaves were studied in a solution culture ex2
periment. The results show that the net photosynthetic rate ( Pn) , the maximum photochem ical efficiency of
PSⅡ reaction centres ( Fv/Fm ) , quantum efficiency of PSⅡ electron transport ( ФPSⅡ ) , photochem ical
quenching ( qP ) , non2photochem ical quenching (NPQ ) , superoxide dismutase ( SOD ) and peroxidase
( POD) activities rose firstly and then declined when N concentrations increased from 0 mmol·L - 1 to 16
mmol·L - 1. They reached heighest at 8 mmol·L - 1 N and were m inimum at 16 mmol·L - 1 N. During the
two types of treatments (1 and 8 mmol·L - 1 N) , Pn, Fv/Fm, ФPSⅡ, qP, NPQ, SOD and POD activities did
not show difference significantly. Catalase activity and malondialdehyde (MDA ) content reduced firstly and
then enhanced while p roline ( Pro) accumulated with increasing N supp ly. These results indicate that vetiver
leaves have a higher Fv/Fm, ФPSⅡ , qP and activities of antioxidant enzymes under low nitrogen conditions.
Key words: Vetiver; Net photosynthetic rate; Chlorophyll fluorescence parameter; Enzyme of antioxidant
香根草 (V etiveria zizan ioides) 又名岩兰草 , 是禾本科多年生草本 C4植物 , 具有很强的抗逆性
(夏汉平 等 , 1998; 徐礼煜 , 1998; 徐礼煜 等 , 2003)。近十几年来香根草在生态恢复上的应用非
常广泛 , 如固土护坡 , 改善废弃地、荒漠地、污染地的土壤、水体及植被环境等。有关香根草的抗逆
性研究主要集中在污染地 ( Pang et al. , 2003; Chen et al. , 2004; Chiu et al. , 2005, 2006)、旱涝
(刘金祥 等 , 2005) 等方面 , 对其耐贫瘠的机理研究还鲜见报道。而香根草生长的环境常常缺乏氮
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素营养。作者试图通过对不同供氮水平下香根草光合特性和抗氧化酶活性的研究 , 了解其耐贫瘠的机
理 , 为香根草在边坡绿化、荒漠绿化上的应用提供理论基础。
1　材料与方法
香根草由杭州固绿交通工程有限公司提供。将其移栽至 20个塑料桶 (内径 27 cm, 高 25 cm) 中
水培 , 每桶 12株。以国际水稻所配方配制的水稻营养液 (蒋德安和朱诚 , 1999) 为基本营养液 :
1143 mmol·L - 1 NH4 NO3 (单位下同 ) , 01323 NaH2 PO4 ·2H2 O, 01512 K2 SO4 , 01997 CaCl2 , 1164
MgSO4 ·7H2 O , 9147 ×10 - 3 MnCl2 ·4H2 O , 7148 ×10 - 5 (NH4 ) 6 ·Mo7 O24 ·4H2 O, 010189 H3 BO3 ,
1152 ×10 - 4 ZnSO4 ·7H2 O, 1155 ×10 - 4 CuSO4 ·5H2 O, 010356 FeCl3 ·6H2 O, 010708柠檬酸水合物。
氮浓度由 NH4NO3调节 , 每周换 1次营养液。浙江大学华家池校区人工智能温室内培养 , 自然光照
(12 ±2 ) h ·d - 1 , 温度 28℃ /20℃, 相对湿度 80% ±5%。 8 周后以不同氮水平 ( 0、 1、 8、 16
mmol·L - 1 ) 的营养液进行培养。培养 4周后选长势一致的香根草倒二叶的中上部叶片进行测试。
用 L I26400便携式光合系统测定仪测定净光合速率 ( Pn) , 荧光测定采用荧光叶室 6400240 (美
国 , L I - Cor公司 ) , 暗适应 30 m in, 光化学活性光为 1 400μmol·m - 2 · s- 1 , 饱和闪光为 7 200
μmol·m - 2 ·s- 1 , 温度 24℃。PSⅡ最大光化学效率 Fv/Fm = ( Fm - Fo) /Fm, PSⅡ电子传递量子产
率 ФPSⅡ = ( Fm′- Fs) /Fm′, 光化学猝灭系数 qP = ( Fm′- Fs) / ( Fm′- Fo′) , 非光化学猝灭系数
NPQ = ( Fm - Fm′) /Fm′(Maxwel & Johnson, 2000)。SOD、POD及 CAT活性分别采用氮蓝四唑光
还原法、愈创木酚法和高锰酸钾滴定法测定 , MDA、游离脯氨酸 ( Pro) 含量分别采用硫代巴比妥酸
法和酸性茚三酮法测定 (李合生 , 2000)。均重复 5次。用 SPSS1310软件进行差异显著性分析 (LSD
法 )。
2　结果与分析
211　不同供 N水平对叶片 Pn和叶绿素荧光参数
的影响
图 1显示 , 4个 N水平中 , 1和 8 mmol·L - 1
N处理 Pn较高 , 0 mmol·L - 1 N次之 , 16 mmol·
L - 1 N处理最低。Fv/Fm和 ФPSⅡ的变化与 Pn变化
一致。
‘图 2显示 , 1和 8 mmol·L - 1 N处理 qP差异
不显著 , 与 8 mmol·L - 1 N相比 , 0和 16 mmol·
L - 1 N培养 , 香根草叶片叶绿体 PSⅡ反应中心开
放部分的比例分别减少了 1019%、1716% , 因关
闭部分的 PSⅡ反应中心不能进行稳定电荷分离 ,
抑制了其光合电子传递能力。
NPQ表示 PSⅡ天线色素吸收的光能不能用于
光合电子传递而以热的形式耗散掉的部分。1和 8
mmol·L - 1 N 的 NPQ 值差异不显著 , 0 和 16
mmol·L - 1 N 下 NPQ 值显著下降 , 比 8 mmol·
L - 1 N分别下降了 7189%和 8177% (图 2)。 图 1　不同供氮水平对香根草叶片净光合速率、Fv /Fm、ФPSⅡ的影响
F ig. 1　Effects of d ifferen t n itrogen levels on Pn,
Fv /Fm, ФPSⅡ in vetiver leaves
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　2期 马博英等 : 供氮水平对香根草光合特性和抗氧化酶活性的影响 　
图 2　不同供氮水平对香根草叶片 qP和 NPQ的影响
F ig. 2　Effects of d ifferen t n itrogen levels on qP, NPQ in vetiver leaves
212　不同供 N水平对香根草叶片抗氧化酶类活性和 MDA、脯氨酸含量的影响
表 1表明 , 随着 N浓度的增加 , SOD和 POD活性逐步提高 , 8 mmol·L - 1 N时最高 , 1 mmol·
L - 1 N时与之差异不显著 , 16 mmol·L - 1 N时分别减少了 1919%和 2111% , 缺 N (0 mmol·L - 1 N) 时
分别减少了 1518%和 1515%。与 8 mmol·L - 1 N相比 , 0、1和 16 mmol·L - 1时 CAT的活性表现出上
升的趋势 , 分别上升了 4113%、16111%和 3015% , 差异达显著水平。
MDA的含量常用来衡量膜脂过氧化的程度。随着 N浓度的增加 , MDA含量表现出先下降后升高
的现象 , 与 8 mmol·L - 1 N时相比 , 0、1、16 mmol·L - 1 N时 MDA含量分别上升了 2011%、1136%
和 3113%。随着 N浓度的增加 , 香根草叶片的游离脯氨酸含量显示出明显增高的趋势 (表 1)。
表 1　不同供氮水平的香根草叶片的抗氧化酶类活性和 MDA、脯氨酸含量
Table 1　Activ ities of an tiox idan t enzym es, MDA con ten t and proline con ten t in vetiver leaves w ith d ifferen t n itrogen levels
N
(mmol·L - 1 )
SOD
(U·g - 1 FM)
POD
(U·m in - 1 ·g - 1 FM)
CAT
(mg·m in - 1 ·g - 1 FM)
MDA
(μmol·g - 1 FM)
Pro
(μg· g - 1 FM)
0 3610 ±215b 212 ±11b 8816 ±619a 6116 ±0113b 5416 ±217d
1 4018 ±212a 241 ±10a 7218 ±413c 5120 ±0132c 5912 ±116c
8 4218 ±117a 251 ±11a 6217 ±318d 5113 ±0130c 6514 ±119b
16 3413 ±210b 198 ±5c 8118 ±415b 6174 ±0138a 7414 ±314a
3　讨论
本试验结果表明 , 低 N ( 1 mmol·L - 1 ) 时香根草叶片 Pn、 Fv/Fm、、ФPSⅡ和 qP值与 8 mmol·
L - 1时差异不显著 , 缺 N (0 mmol·L - 1 ) 时的下降率也低于高 N (16 mmol·L - 1 ) 时 , 说明低 N下
香根草仍具有较高的光反应能力 , 这可能是香根草 N素代谢旺盛 , 具有较强的吸 N能力和较高的硝
酸还原酶活性的结果。
过剩光能所激发的电子能传给分子态氧形成超氧阴离子自由基 (O2
-· ) 在 SOD的作用下发生歧
化反应 , 生成无毒性的 O2和毒性低的 H2 O2 , H2 O2又被 POD和 CAT等进一步分解为 H2 O和 O2 (杨勇
等 , 2005)。0和 16 mmol·L - 1 N水平 NPQ值的显著下降 , 表示这两个 N水平下不利于及时耗散过量
激发能 , 这会使 O2
-·的生成增加。从试验结果看 , 在 0、1和 16 mmol·L - 1时 , 其 CAT活性的增强 ,
可能是由 O2
-·的增加所诱导 , 以消除活性氧 H2 O2。
而如果抗氧化酶系统未能及时清除掉过量的 O2
-·
, O2
-·和 H2 O2反应就会生成毒性更强的羟自由
基 , 这些自由基积累到一定程度引起膜脂过氧化 , 导致 MDA 含量上升 (马博英 等 , 2005; 杨勇
等 , 2005)。缺 N和高 N供给下的香根草叶片 MDA含量显著上升 , 可能是抗氧化酶系统和非酶自由
基清除系统 (脯氨酸也可作为羟自由基清除剂 ) 未能及时清除掉过量的 O2
-·所致 , 而低 N时的 MDA
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含量与 8 mmol·L - 1时差异不显著 , 缺 N时的 MDA含量比高 N时低 , 这可能与 CAT活性增强、SOD
和 POD活性比高 N时高有关。低 N和高 N时相比 , SOD和 POD活性明显高 , 而 CAT活性明显低 ,
综合的结果是 MDA含量比高 N条件下的低 , 可能与体内的抗氧化酶系统及时清除掉了过量的活性
氧 , 保护了细胞膜系统的完整性有关 , 从而保证了在低 N情况下高效光合作用的正常进行。
香根草叶片游离脯氨酸积累随 N浓度的增加而增多 , 在低 N 时 , 脯氨酸积累低可能是由于脯氨
酸合成受到抑制或脯氨酸降解作为 N源以维持体内的正常代谢 , 在高 N条件下 , 体内脯氨酸积累以
贮藏多余的 N来消除体内氨的毒害。但这需要进一步的研究。
综上所述 , 香根草叶片在低 N条件下高效光合作用的正常进行与其具有较高的光反应能力和较
强的抗氧化系统有关 , 这也为缺 N条件下香根草叶片进行一定的光合作用提供了基础。香根草叶片
光化学效率较高是否存在基因型的差异将是我们今后研究的重点。
References
Chen Y H, Shen Z G, L i X D. 2004. The use of vetiver grass (Vetiveria zizanioides) in the phytoremediation of soils contam inated with heavy
metals. App lied Geochem istry, 19: 1553 - 1565.
Chiu K K, Ye Z H, WongM H. 2005. Enhanced up take of A s, Zn, and Cu by Vetiveria zizanioides and Zea m ays using chelating agents. Chem2
osphere, 60: 1365 - 1375.
Chiu K K, Ye Z H, Wong M H. 2006. Pb /Zn and Cu m ine tailings amended with manure compost and sewage sludge: a greenhouse study.
B ioresource Technology, 97: 158 - 170.
J iang De2an, Zhu Cheng. 1999. Plant physiology experiment instructor. Chengdu: Chengdu Science and Technology University Press. ( in Chi2
nese)
蒋德安 , 朱　诚. 1999. 植物生理学实验指导. 成都 : 成都科技大学出版社.
L i He2sheng. 2000. Princip les and techniques of p lant physiological biochem ical experiment. Beijing: H igh Education Press. ( in Chinese)
李合生. 2000. 植物生理生化实验原理和技术. 北京 : 高等教育出版社.
L iu J in2xiang, W ang M ing2m ing, Xiao Sheng2hong, L iu J ia2qiong. 2005. The responds of growth and photosynthesis of V etiveria zizanioides in
condition of erought stress. Sichuan Grassland, 112 (3) : 28 - 29. ( in Chinese)
刘金祥 , 王铭铭 , 肖生鸿 , 刘家琼. 2005. 干旱胁迫对香根草生长及光合生理主要特征的影响. 四川草原 , 112 (3) : 28 - 29.
Ma Bo2ying, Xu L i2gen, J in Song2heng, L i Xue2qin, Guo Dong2m ing. 2005. The effects of paclobutrazol on thermotolerance of perennial
ryegrass. Acta Horticulturae Sinica, 32 (6) : 1118 - 1120. ( in Chinese)
马博英 , 徐礼根 , 金松恒 , 李雪芹 , 郭栋明. 2005. 多效唑浸种对黑麦草耐热性的影响. 园艺学报 , 32 (6) : 1118 - 1120.
Maxwel K, Johnson G N. 2000. Chlorophyll fluorescence—a p ractical guide. J. Exp. Bot. , 51: 659 - 668.
Pang J, Chan G S H, Zhang J, L iang J, Wong M H. 2003. Physiological aspects of vetiver grass for rehabilitation in abandoned metalliferous
m ine wastes. Chemosphere, 52: 1559 - 1570.
Xia Han2p ing, Ao Hui2xiu, L iu Shi2zhong. 1998. The vetiver eco2engineering—a biological technique for realizing sustainable development.
Chinese Journal of Ecology, 17 (6) : 44 - 50. ( in Chinese)
夏汉平 , 敖惠修 , 刘世忠. 1998. 香根草生态工程———实现可持续发展的生物技术. 生态学杂志 , 17 (6) : 44 - 50.
Xu L i2yu. 1998. Research and p rospect on vetiver. Beijing: China Agricultural Science and Technology Press. ( in Chinese)
徐礼煜. 1998. 香根草研究与展望. 北京 : 中国农业科技出版社.
Xu L i2yu, Fang Chang2jiu, W an M ing, Q in J ing2hui. 2003. Research and app lication on vetiver system in China. Hongkong: A sia Pacific Inter2
national Publication Corporation. ( in Chinese)
徐礼煜 , 方长久 , 万　明 , 秦景辉. 2003. 香根草系统及其在中国的研究与应用. 香港 : 亚太国际出版有限公司.
Yang Yong, J iang De2an, Sun Jun2wei, Huang Zong2an, J in Song2heng. 2005. Effects of different magnesium nutrition levels on chlorophyll
fluorescence characteristics and excitation energy dissipation in rice leaves. Plant Nutrition and Fertilizer Science, 11 (1) : 79 - 81. ( in
Chinese)
杨　勇 , 蒋德安 , 孙骏威 , 黄宗安 , 金松恒. 2005. 不同供镁水平对水稻叶片叶绿素荧光特性和能量耗散的影响. 植物营养与肥
料学报 , 11 (1) : 79 - 81.
274