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艺
学
报
2001, 28 ( 5) : 430~ 434
Acta Horticulturae Sinica
收稿日期: 2001- 01- 18; 修回日期: 2001- 04- 13
基金项目: 国家自然科学基金资助项目 (39770440) ; 霍英东青年教师基金资助项目
* 联系作者 ( zhjzhu@zju. edu. cn)。
不同光照条件下缺镁对黄瓜生长及活性氧清
除系统的影响
杨广东1, 2
朱祝军1*
( 1浙江大学园艺系, 杭州310029;
2
山西省农业科学院棉花研究所, 运城044000)
摘
要: 探讨了不同光照条件下缺镁对黄瓜生长及活性氧清除系统的影响。结果表明,
强光下缺镁明显抑制黄瓜植株的生长, 叶片中超氧自由基 ( O-2 ) 产生速率、H2O2 和丙二醛
( MDA) 含量明显增加, 超氧化物歧化酶 ( SOD)、抗坏血酸过氧化物酶 ( AsA
POD)、抗坏血酸
还原酶 ( DR) 和谷胱甘肽还原酶 ( GR) 的活性明显上升; 而弱光下缺镁则对植株生长影响较
小, 叶片中 O-2 产生速率、H2O2 和 MDA 含量以及 SOD、AsA
POD、DR、GR的活性无明显变
化, 过氧化氢酶 ( CAT ) 的活性在各处理间均无显著差异。强光下缺镁对植株的伤害较大, 可
能与活性氧的增加有关。
关键词: 黄瓜; 缺镁; 光照强度; 活性氧; H2O2 清除酶系统
中图分类号: S 642. 2 ; Q 945
文献标识码: A
文章编号: 0513
353X ( 2001) 05
0430
05
在光合作用的电子传递中, 当光系统 I ( PSI) 将电子传递给分子氧而不是传递给铁氧
还蛋白时, 将会产生超氧自由基 ( O-2 ) , 并由此产生其他活性氧化合物, 如 H2O2, OH-
和1O2等, 这些活性氧会对光合器官的膜、蛋白质等造成伤害。为防御这些活性氧的毒害
作用, 植物叶绿体内存在着抗氧化剂和抗氧化酶防御系统, 对叶绿体起保护作用。在叶绿
体中超氧化物歧化酶 ( SOD) 可催化 O-2 歧化生成 H2O2 和 O2, 由于叶绿体中不含过氧化
氢酶 ( CAT) , 因此, 叶绿体中H2O2的清除主要依赖于抗坏血酸的清除系统 1~ 3!。在该系
统中, 抗坏血酸过氧化物酶 ( AsA
POD) 以抗坏血酸 (AsA) 为电子供体催化 H2O2 还原,
同时抗坏血酸氧化为脱氢抗坏血酸 ( DAsA)。DAsA有两条代谢途径: 一条是由谷胱甘肽
还原酶 ( GR) 和脱氢抗坏血酸还原酶 ( DR) 将NADPH的电子传递给 DAsA, 再生成 AsA,
保证AsA
POD催化的酶促反应有足够的电子供体; 另一条是其碳链进一步被降解 4!。
植物在低温、干旱、臭氧和高铵等逆境条件下, 尤其是结合强光条件下, 依赖于抗坏
血酸的过氧化氢清除酶系统的活性明显增加 5~ 8!。Cakmak 和Marschner 9!用菜豆做的试验
表明, 强光下缺镁明显增加依赖于抗坏血酸的过氧化氢清除酶系统的活性。他们推论, 这
与活性氧增加有关。但对活性氧含量的变化未作深入的研究。作者以黄瓜为材料, 研究不
同光强下缺镁对黄瓜植株生长、叶片叶绿素含量、O-2 产生速率、H2O2 和丙二醛 (MDA)
含量以及 SOD、CAT 和依赖于抗坏血酸的过氧化氢清除酶系统活性的影响, 以探讨黄瓜缺
镁时活性氧含量的变化与抗氧化酶活性的关系以及影响植株生长的生理机制。
1
材料与方法
1. 1
试验处理
试验在浙江大学蔬菜研究所菜圃玻璃温室中进行。黄瓜 ( Cucumis sativus L. , 品种为
浙农 18号) 种子发芽后播种于草炭中, 出苗后浇稀释的完全营养液, 两周后挑选生长一
致的幼苗移栽到营养液中, 每盆 4株, 含 10 L 营养液。全营养液配方 ( mol/ L) : Ca( NO3) 2
5 ∀ 10- 3; KNO3 5 ∀ 10- 3; KH2PO4 1 ∀ 10- 3; MgSO4 2 ∀ 10- 3; Fe
EDTA 4. 5 ∀ 10- 5; 微量
元素成分与 Arnon相同。植株在完全营养液中生长 12 d 后, 设置如下处理: 缺镁 ( 1 ∀
10- 4mol/ L) 和正常供镁 ( 2 ∀ 10- 3mol/ L) ; 分别进行遮光和自然光处理, 遮光率为 60%;
缺镁处理中加入 1 ∀ 10- 3mol/ L Na2SO4 调节 SO42- 。试验期间, 每两天更换一次营养液并
连续通气, 白天气温22~ 28 # , 夜间 15~ 18 # , 日最高光照强度950
molm- 2s- 1。每处
理重复 4次。处理后于第 13天分别取植株中上部完全伸展的功能叶测定叶绿素含量, O-2
产生速率, H2O2、MDA、AsA、DAsA 含量和酶活性。所有测定重复 3 次。植株于处理后
14 d收获并干燥称质量, 收获前测量植株形态指标。
1. 2
测定方法
用打孔器采取叶圆片, 加 80%丙酮, 低温下匀浆, 离心。参照前人的方法测定叶绿
素含量, O-2 产生速率 10!, H2O2 11!、MDA 12!、AsA 和 DAsA 9!、蛋白质 (用于计算酶活
性) 含量 13!。
取0. 3 g 叶片, 加 10 mL 25 mmol/ L HEPES缓冲液 (含0. 2 mmol/ L EDTA, pH 7. 8 ) 和
2%不溶性PVP。测定抗坏血酸过氧化物酶时提取液中含 2 mmol/L AsA。冰浴中匀浆, 过2
层纱布, 15 000 g 离心 20 min, 上清液用于测定 SOD活性 14!, CAT、AsA
POD、DR、GR
等酶活性 12!。用SHIMADZU UV
2410 分光光度计酶动力学软件测定吸光度的变化。
2
结果与分析
2. 1
不同光照下缺镁对黄瓜植株生长和叶绿素含量的影响
表1表明, 强光下生长的植株株高、茎粗、鲜样质量和干样质量明显大于弱光下生长
的植株。强光下缺镁明显抑制植株的生长。但在弱光下, 缺镁对植株生长的影响相对较
小, 除干样质量达显著差异外, 株高、茎粗和鲜样质量都未达显著差异。
表 1
不同光强下缺镁对黄瓜植株生长和叶片叶绿素含量的影响
Table 1
Effect of magnesium deficiency under different light intensities on the
plant growth and leaf chlorophyll content of cucumber
处理
Treatment
株高
Plant height
( cm)
茎粗
Stem diameter
( cm)
鲜样质量
Fresh mass
( g/ plant)
干样质量
Dry mass
( g/plant)
叶绿素含量
Chlorophyll content
( mg/ g)
弱光 Low light - Mg2+ 178. 6∃ 6. 2 c 0. 728 ∃ 0. 027 c 9. 52 ∃ 2. 72 c 3. 12 ∃ 0. 19 d 3. 82 ∃ 0. 09 b






+ Mg2+ 176. 9∃ 8. 6 c 0. 736 ∃ 0. 031 c 12. 89∃ 0. 98 c 4. 89 ∃ 0. 38 c 4. 46 ∃ 0. 13 b
强光 High light - Mg2+ 190. 7∃ 7. 6 b 0. 798 ∃ 0. 026 b 21. 47∃ 1. 40 b 6. 78 ∃ 0. 24 b 2. 20 ∃ 0. 29 c






+ Mg2+ 212. 5∃ 14. 2 a 0. 858 ∃ 0. 031 a 28. 76∃ 1. 57 a 11. 95 ∃ 1. 21 a 8. 78 ∃ 0. 18 a
4315 期




杨广东等: 不同光照条件下缺镁对黄瓜生长及活性氧清除系统的影响






强光下缺镁处理从第 6天植株下部叶片开始黄化, 叶脉间逐渐褪绿, 并向上部叶蔓延, 到
处理后13 d, 中下部叶片严重失绿, 并出现斑枯坏死症状; 而弱光下缺镁症状不明显。强
光下缺镁使叶片叶绿素含量比正常供镁植株降低了约 75%, 显著低于弱光下生长叶片,
而弱光下缺镁对叶绿素含量的影响较小。
2. 2
不同光照下缺镁对叶片 O-2 产生速率、H2O2和MDA含量的影响
图1表明, 强光下缺镁植株叶片中 O-2 产生速率明显增加, 而在弱光下缺镁则不明
显。强光下缺镁叶片 H2O2和MDA含量也显著增加, 而弱光下增加不明显。这表明黄瓜植
株在缺镁时, 强光下易引起叶片中活性氧的增加, 从而引起膜脂过氧化产物MDA的积累。
图 1
不同光照下缺镁对黄瓜植株叶片 O-2 产生速率、H2O2 和 MDA含量的影响
Fig. 1
Effect of magnesium deficiency under different light intensities on the
O-2 producing rate, H2O2 and MDA contents in the leaves of cucumber
2. 3
不同光照下缺镁对叶片 SOD、CAT和依赖抗坏血酸的 H2O2清除酶系统活性的影响
由表 2可见, 强光下植株叶片中 AsA含量减少, 使 DAsA/AsA比值升高, 尤其是在缺
镁时特别明显; 但在弱光下, AsA含量和 DAsA/AsA在缺镁和正常供镁时差异不显著。强
光明显增加 SOD和依赖抗坏血酸H2O2 清除酶系统 AsA
POD、DR和 GR的活性。强光下缺
镁显著增加植株叶片中 SOD和依赖抗坏血酸 H2O2清除酶系统AsA
POD、DR和 GR的酶活
性, 而在弱光下则不明显。但 CAT 活性在不同光照和镁浓度处理下变化不大。
表 2
不同光强下缺镁对黄瓜植株叶片 SOD、CAT和依赖抗坏血酸 H2O2 清除酶系统活性的影响
Table 2
Effect of magnesium deficiency under different light intensities on the activities of
SOD, CAT and ascorbate
dependent H2O2
scavenging enzymes in cucumber leaves
处理
Treatment
SOD
(Ug- 1 FM)
(Umg- 1protein)
CAT (
molmin- 1g- 1FM)
(
molmin- 1
mg- 1 protein)
AsA
POD (
mol
min- 1g- 1FM)
(
molmin- 1mg- 1 protein)
DR (
molmin- 1g- 1 FM)
(
molmin- 1
mg- 1 protein)
GR (
molmin- 1g- 1 FM)
(
molmin- 1
mg- 1 protein)
AsA
(mgg- 1 FM)
DAsA/ AsA
弱光 Low l ight - Mg2+ 344. 8∃ 9. 5c 0. 365 ∃ 0. 014a 30. 15∃ 2. 18c 0. 97 ∃ 0. 08c 0. 49 ∃ 0. 02c 0. 29 ∃ 0. 01a
17. 3 ∃ 2. 1c 0. 018 ∃ 0. 007a 1. 32 ∃ 0. 44c 0. 037 ∃ 0. 007c 0. 029∃ 0. 004c 4. 16 ∃ 0. 94b






+ Mg2+ 314. 2∃ 8. 7d 0. 347 ∃ 0. 017a 28. 7 ∃ 2. 59c 0. 76 ∃ 0. 06d 0. 32 ∃ 0. 01d 0. 28 ∃ 0. 02a
15. 9 ∃ 1. 2c 0. 017 ∃ 0. 008a 1. 25 ∃ 0. 38c 0. 029 ∃ 0. 011c 0. 016∃ 0. 007d 4. 25 ∃ 1. 06b
强光 High light - Mg2+ 428. 7∃ 11. 2a 0. 372 ∃ 0. 020a 67. 6 ∃ 3. 45a 1. 75 ∃ 0. 12a 0. 89 ∃ 0. 08a 0. 16 ∃ 0. 03c
24. 3 ∃ 2. 7a 0. 019 ∃ 0. 002a 3. 50 ∃ 0. 27a 0. 096 ∃ 0. 021a 0. 046∃ 0. 012a 5. 93 ∃ 0. 72a






+ Mg2+ 363. 6∃ 7. 6b 0. 366 ∃ 0. 022a 42. 0 ∃ 1. 89b 1. 24 ∃ 0. 11b 0. 68 ∃ 0. 07b 0. 23 ∃ 0. 02b
19. 4 ∃ 1. 6b 0. 020 ∃ 0. 007a 2. 31 ∃ 0. 67b 0. 057 ∃ 0. 012b 0. 037∃ 0. 003b 4. 68 ∃ 0. 47b
432














园

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28卷
3
讨论
在我国南方地区, 土壤中含镁矿物易风化淋失, 造成土壤供镁能力降低, 尤其在夏季
强光下, 不少植物出现缺镁症状 15!。蔬菜作物更易出现缺镁, 处于畦边田角充分暴露于
阳光下的植株更有多发、重发缺镁症倾向 16!。作物缺镁时首先是老叶脉间失绿, 叶脉仍
呈绿色形成清晰网纹状花叶, 严重时叶片形成坏死斑块。我们的试验也表明, 强光下植株
更易产生缺镁症状, 这可能与活性氧的增加对植株造成的伤害作用有关 (图 1)。虽然强光
缺镁植株叶片中 SOD和依赖于抗坏血酸的过氧化氢清除酶活性明显增加, 但由于活性氧
来不及清除, 还是对叶绿体造成很大的伤害, 特别是衰老叶片中由于酶活性的降低, 叶片
叶脉间失绿明显, 甚至坏死。Cakmak 2!认为, 主要是由于缺镁造成强光下叶片中的碳水化
合物的积累, 引起光抑制作用, 使Mehler反应形成的 O-2 增加, 造成叶绿体的光氧化伤害
作用。我们的试验也证明了活性氧对强光下缺镁植株叶片起很大的光氧化伤害作用。


CAT 活性在强光下缺镁时稍高于正常供镁植株, 但差异不显著。这可能与 CAT 主要
存在于过氧化物体中有关 17!, 而强光下主要是叶绿体中H2O2等活性氧的浓度明显增加。
AsA和DAsA是依赖AsA的H2O2清除酶系统中的两个重要组分, 其在植物体内保持相
对平衡对H2O2 的还原起着重要作用 2, 18!。我们的试验表明, 强光下缺镁使AsA含量降低,
而升高了 DAsA/ AsA的比值, 这可能是因为 AsA
POD在还原H2O2 时使大量的 AsA氧化成
DAsA, 但这个结果同 Cakmak等 9!用菜豆所得结果不一致, 可能与所用的植物材料不同有
关。
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Effects of Magnesium Deficiency on Growth and Active Oxygen Scav

enging System in Cucumber under Different Light Intensities
Yang Guangdong1, 2 and Zhu Zhujun1
(
1
Department of Horticulture, Zhej iang University , Hangzhou 310029;
2Cotton Research Institute, Shanxi A cademy of
Agricultural Sciences , Yuncheng 044000)
Abstract: The effects of magnesium deficiency on the growth and active oxygen scavenging system
under different light intensities were studied in cucumber. The results showed that magnesium deficien

cy under high light intensity inhibited plant growth, however, magnesium deficiency did hardly affect
plant growth under low light intensity. O
-
2
producing rate, H2O2 and MDA contents, and the activit ies
of superoxide dismutase, ascorbate peroxidase, dehydroascorbate reductase, glutathione reductase in
the leaves were considerably increased by magnesium deficiency under high light intensity, but were
not significantly affected under low light intensity. There were no significant differences of catalase ac

tivity among all treatments.
Key words: Cucumber; Def iciency; Magnesium; Light intensity; Active oxygen; H2O2
scaveng

ing enzymes
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