全 文 ：© 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net
园 艺 学 报 2005, 32 (6) : 994～997
Acta Horticulturae Sinica
收稿日期 : 2004 - 12 - 17; 修回日期 : 2005 - 01 - 28
基金项目 : 贵州省自然科学基金资助项目 (20033019, 20043025)
刺梨叶衰老过程中维生素 C含量和部分抗氧化酶
活性的变化
安华明 1, 2 陈力耕 1 樊卫国 2 刘庆林 2
(1 浙江大学园艺系 , 杭州 310029; 2 贵州大学喀斯特山地果树资源研究所 , 贵阳 550025)
摘 要 : 以 ‘贵农 5号 ’刺梨为试材 , 研究了其叶片在自然衰老过程中部分相关生理指标的变化。结
果表明 , 随着叶片的逐渐衰老 , 叶内 O·2 产生速率、MDA含量、细胞质膜透性显著升高 ; 而光合色素、维
生素 C含量和 POD、CAT活性则显著降低。可溶性蛋白质含量在衰老过程中的降解较为缓慢。其中 O·2 产
生速率与 MDA含量和细胞质膜透性分别呈显著正相关 , 而与维生素 C含量则呈显著负相关。POD及 CAT活
性与细胞质膜透性间呈显著负相关关系 , 说明两种酶在减缓叶片衰老过程中膜系统伤害方面具有重要作用。
关键词 : 刺梨 ; 叶片 ; 衰老 ; O·2 ; 维生素 C; POD; CAT
中图分类号 : S 66 文献标识码 : A 文章编号 : 05132353X (2005) 0620994204
A scorba te Con ten ts and Activ ities of Som e An tiox idan t Enzym es dur ing Se2
nescence of R osa roxbu rgh ii L eaves
An Huam ing1, 2 , Chen L igeng1 , Fan W eiguo2 , and L iu Q inglin2
(1D epartm ent of Horticu lture, Zhejiang U niversity, Hangzhou 310029, Ch ina; 2 R esearch Institu te for Fru it Resources of Karst
M ountain R egion, Guizhou U niversity, Guiyang 550025, China)
Abstract: R osa roxburgh ii Tratt‘Guinong 5’was used to investigate changes in ascorbate content and
activities of some antioxidant enzymes in leaves during senescence. The results showed that O·2 generation
rate, MDA content and p lasma membrane permeability increased, while photosynthetic p igment and ascorbate
content, POD and CAT activities decreased, significantly, together with a slow decrease in soluble p rotein
content, with a p rogress in the leaf senescence. The change of O·2 generation rate was correlated significantly
and positively with MDA content and p lasma membrane permeability, but significantly and negatively correla2
ted with ascorbate content. The significantly negative correlation between the POD and CAT activities and the
p lasma membrane permeability suggests that the two enzymes p layed important roles in alleviating membrane
damage caused by senescence.
Key words: Rosa roxburgh ii Tratt; Leaf; Senescence; O·2 ; A scorbate; POD; CAT
植物衰老是复杂的生理过程 , 其中活性氧自由基 ( activated oxygen species) 的产生被认为是导致
这一过程的重要原因〔1〕。事实上 , 植物在正常或非正常代谢进程中可通过多种途径产生活性氧自由
基 , 同时它们又存在着清除这些自由基的机制 , 包括保护酶系统 , 如过氧化物酶 ( POD )、过氧化氢
酶 (CAT)、超氧化物歧化酶 ( SOD ) 等和非保护酶系统 , 如维生素 C (A sA )、类胡萝卜素 (Car. )、
维生素 E等〔2〕。前人的相关研究多集中在小麦等农作物上〔3〕, 而对衰老过程中果树维生素 C和抗氧
化酶的响应及调节机理则少有报道。本试验以高维生素 C果树刺梨为试材 , 研究其叶片在自然衰老
过程中 A sA、自由基及部分抗氧化酶活性的变化及其之间的相互关系 , 为揭示其抗衰老机理提供理论
依据。
1 材料与方法
供试叶样取自 3年生刺梨优良无性系 ‘贵农 5号 ’ ( R osa roxbu rgh ii Tratt‘Guinong 5’) , 种植
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6期 安华明等 : 刺梨叶衰老过程中维生素 C含量和部分抗氧化酶活性的变化
于贵州大学园艺系刺梨种质资源圃。于 2004年 5月挂牌标记植株新生枝条 20枝 , 观察记录其新
生叶片的时间 , 并于 8月份分别取标记枝条中上部叶龄 30～40 d的完全展开叶 (简称展叶 )、中
下部叶龄 60～70 d的成熟叶 (简称成叶 ) 和基部叶龄 100 d以上的衰老叶 (简称老叶 ) 各 20 g。
部分样品立刻用于质膜透性测定 , 剩余样品经液氮处理后 , 转入 - 20℃下低温保存 , 用于测定其
它生理指标。
质膜透性采用相对电导法测定〔4〕。按文献 〔5〕的方法浸提色素 , 并用文献 〔4〕的方法测定和
计算叶绿素 a (Chl1a)、叶绿素 b (Chl1b) 和类胡萝卜素 (Car1) 含量。O·2 产生速率参照王爱国等
的方法〔6〕测定。酶液制备时 , 取 015 g叶片于预冷的研钵中 , 加入 10 mL的 50 mmol·L - 1磷酸钾缓冲
液 (pH 718) 研磨成匀浆并全部转入离心管中 , 于 15 000 ×g离心 15 m in, 上清液即为酶液。以上操
作都在 4℃下进行。取上清液测定 POD〔7〕、CAT〔7〕、丙二醛 (MDA )〔8〕和可溶性蛋白质含量〔4〕, 其中
POD和 CAT活性被定义为每分钟 OD值减少 1100为 1个活力单位 (U·m in - 1 ·g- 1 FM )。A sA和脱氢
抗坏血酸 (DHA) 用 5%的偏磷酸提取 , 然后用紫外分光光度计法〔9〕测定含量。
2 结果与分析
211 刺梨叶衰老过程中光合色素含量的变化
从图 1可知 , 刺梨叶片在从完全展开到成熟
的过程中 , 其 Chl1a、Chl1b、Chl1 ( a + b) 及 Car1
含量的变化较为平缓 , 之后随着衰老过程的加剧 ,
它们的含量急剧降低 , 植株基部老叶内的含量比
成熟叶分别降低了 6810 %、8612 %、7310 %和
3712 %。这与肉眼观察到的老叶的黄化现象相吻
合。
212 刺梨叶衰老过程中 O·2 产生速率、MDA含
量和细胞质膜透性的变化
刺梨叶在成熟和衰老过程中都有 O·2 的产生 ,
但老叶的 O·2 产生速率急剧增加 , 与展叶和成叶
分别呈显著 ( P < 0105 ) 和极显著 ( P < 0101 )
差异 , 而展叶和成叶之间却没有显著性差异
(表 1) , 说明 O·2 在刺梨叶的衰老过程中起着重
要的促进作用。这与前人在其它植物上的研究
结果〔10〕一致。MDA是膜脂过氧化的产物 , 其含
量高低可以反映细胞膜脂过氧化的水平 ; 而质
膜透性则反映了细胞质膜受到破坏的程度。从
表 1可知 , 两者在展叶和成叶之间都没有显著
差异 , 而在老叶中 , MDA含量和质膜透性均显
著增加。
此外 , 它们之间的相关性分析表明 , 叶片中
O·2 产生速率分别与 MDA含量和质膜透性间呈显
著正 相 关 (相 关 系 数 分 别 为 0199993 和
0199973 )。这表明在刺梨叶片衰老过程中 , O·2
等自由基的产生与细胞质膜的氧化和破坏密切相
关。
图 1 刺梨叶衰老过程中光合色素含量的变化
F ig. 1 Changes of leaf p igm en t con ten ts of R. roxbu rgh ii
Tra tt dur ing senescence
表 1 刺梨叶衰老过程中 O·2 产生速率、MDA含量和
细胞质膜透性的变化
Table 1 Changes of O·2 genera tion ra te, MDA con ten t and
pla sma m em brane perm eab ility dur ing senescence of
R. roxbu rgh ii Tra tt leaves
叶类型
Leaf type
叶龄
Leaf age
( d)
O·2 ( nmol·
m in - 1 ·
mg - 1 p rotein)
MDA
(μmol·
g - 1 FM)
细胞质膜透性
Plasma membrane
permeability
老叶
Aged leaf
> 100
0163aA
55184aA
0155aA
成叶
Mature leaf
60～70
0152bAB
33146bAB
0145bAB
展叶 Fully
expanding leaf
30～40
0146bB
21169bB
0139bB
注 : 大小写字母分别表示 0101和 0105水平的显著性差异。
Note: Cap ital letters and small letters indicate significance at P <
0101 and P < 0105 respectively.
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园 艺 学 报 32卷
213 刺梨叶衰老过程中 A sA和 D HA含量的变化
对刺梨不同叶龄叶片中还原型 (A sA )、氧化
型 (DHA) 及总维生素 C分析表明 , 其含量变化
的总趋势是随着叶片的成熟和衰老而逐渐降低。
叶片从展开到成熟 , 其 A sA含量没有明显变化 ,
说明这期间的合成和降解基本平衡 , 但随着叶片
的逐渐衰老和 (抗 ) 氧化过程的进行 , A sA也逐
渐被氧化降解 , 直至在叶龄 100 d以上的衰老叶
中检测不到其含量。对 DHA和总维生素 C而言 ,
它们的含量都随叶片的成熟和衰老而显著降低 ,
但在叶龄约 1月的完全展开叶片中 , DHA具有较
高的含量并占总维生素 C的 67%左右 (图 2)。
图 2 刺梨叶衰老过程中维生素 C含量的变化
F ig. 2 Changes of a scorba te con ten ts in R. roxbu rgh ii
Tra tt leaf dur ing senescence
以往的研究表明 , 作为高等植物中抗氧化系统的重要组分 , A sA可以直接清除 O·2 等自由基〔11〕。
对刺梨叶片 O·2 产生速率和 A sA的相关性分析表明 , 它们之间存在着显著负相关 ( r = - 0197233 ) ,
说明 A sA在抑制 O·2 产生和减缓氧伤害过程中起着非常重要的作用。
214 刺梨叶衰老过程中 POD、CAT及可溶性蛋白质含量的变化
POD和 CAT都是抗氧化酶类 , 是植物体内活性氧的清除剂。图 3表明 , POD和 CAT活性都随叶
片的成熟和衰老逐渐降低 , 但在展叶和成叶之间并无显著差异 , 只分别降低了 2815%和 1717%。随
着叶片的衰老 , 两种酶活性急剧降低 , 与成叶相比 , 老叶中 POD和 CAT活性分别降低了 6212%和
4015% , 差异达到显著水平 ( P < 0105)。相关性分析表明 , POD和 CAT与质膜透性间均存在显著负
相关 (相关系数分别为 - 0199983 和 - 0199953 ) , 说明它们在保护膜系统结构方面具有非常重要的作
用。
图 4表明 , 刺梨叶在成熟和衰老进程中可溶性蛋白质降解较为缓慢 , 但各叶龄间的含量没有显著
差异。
3 讨论
活性氧自由基产生和清除的平衡被打破及活性氧自由基积累被认为是导致植物衰老的主要原因 ,
该过程及其伴随的 MDA的产生可以使叶绿素和蛋白质发生降解 , 并对质膜产生伤害〔2〕。刺梨叶在衰
老过程中 O·2 产生速率、MDA含量、质膜透性均显著增高 , 而叶绿素及可溶性蛋白质含量、POD和
CAT活性则显著降低 , 这些生理指标的变化与该理论基本一致。
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6期 安华明等 : 刺梨叶衰老过程中维生素 C含量和部分抗氧化酶活性的变化
近年来的研究表明 , 作为植物非保护酶系统的重要组分 , A sA在清除活性氧自由基及抗氧化方面
具有非常重要的生理功能。它可以直接清除 1 O2、O·2 及 ·OH等活性氧自由基〔11〕, 还能维持另一重要
抗氧化剂维生素 E的还原态〔12〕, 并通过抗坏血酸 - 谷光甘肽循环 (A sA2GSH cycle) 间接清除
H2 O2
〔13〕等。图 2显示 , 随着刺梨叶片的衰老 , A sA含量急剧降低直至检测不到其含量。这可能是因
为 : 一方面 A sA在参与清除自由基的同时自身被氧化成 DHA (后者可被进一步降解为不具活性的
203 -二酮古洛糖酸 ) , A sA含量与 O·2 产生速率的显著负相关性可作为部分证据 ; 另一方面 , 衰老使
合成 A sA的必需酶失去活性 , 如在老叶中已检测不到 A sA生物合成关键酶半乳糖内酯脱氢酶的活性
(数据未显示 )。至于有关维生素 C特别是 DHA在刺梨叶衰老过程中的具体代谢循环过程仍有待进一
步研究。
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