全 文 ：第１９卷 第６期
Ｖｏｌ．１９ Ｎｏ．６
草 地 学 报
ＡＣＴＡ ＡＧＲＥＳＴＩＡ ＳＩＮＩＣＡ
２０１１年 １１月
Ｎｏｖ． ２０１１
干旱胁迫及复水对白羊草质膜ＡＴＰ酶
和５′－核苷酸酶活性的影响
刘 娟，董宽虎＊
（山西农业大学动物科技学院，山西 太谷 ０３０８０１）
摘要：以白羊草（Ｂｏｔｈｒｉｏｃｈｌｏａ ｉｓｃｈａｅｍｕｍ （Ｌ．）Ｋｅｎｇ）为材料，在干旱胁迫和复水后，通过测定其质膜ＡＴＰ酶（ＡＴ－
Ｐａｓｅ）活性、质膜５′－核苷酸酶（５′－ＡＭＰａｓｅ）活性，叶片相对含水量（ＲＷＣ）和丙二醛（ＭＤＡ）含量的变化来探索其在
干旱胁迫和复水后的生理生化变化。结果表明：在干旱胁迫下，白羊草质膜 ＡＴＰａｓｅ和质膜５′－ＡＭＰａｓｅ活性呈现
先升高后降低的趋势，野生型白羊草的质膜 ＡＴＰａｓｅ和质膜５′－ＡＭＰａｓｅ活性变化量较栽培型的大；ＲＷＣ 下降，
ＭＤＡ含量上升。复水后质膜ＡＴＰａｓｅ活性、质膜５′－ＡＭＰａｓｅ活性及 ＭＤＡ含量均下降，但高于断水前，野生型的
ＲＷＣ高于对照，栽培型ＲＷＣ低于对照，说明干旱胁迫对白羊草造成了不可逆的伤害，对栽培型的伤害大于野生型
的。植物的质膜ＡＴＰａｓｅ和质膜５′－ＡＭＰａｓｅ活性随胁迫的加剧而提高，一定程度上可以缓解干旱对白羊草幼苗的
胁迫作用，这可能是白羊草抗旱酶促防御机制中的一个重要机制。
关键词：白羊草；干旱胁迫；复水；质膜ＡＴＰ酶；质膜５′核苷酸酶
中图分类号：Ｑ９４５．７８ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００７－０４３５（２０１１）０６－１０２５－０６
Ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ Ｄｒｏｕｇｈｔ Ｓｔｒｅｓｓ ａｎｄ Ｒｅｈｙｄｒａｔｉｏｎ ｏｎ ＰＭ－ＡＴＰａｓｅ ａｎｄ
５′－ＡＭＰａｓｅ Ａｃｔｉｖｉｔｙ ｏｆ Ｂｏｔｈｒｉｏｃｈｌｏａ ｉｓｃｈａｅｍｕｍ （Ｌ．）Ｋｅｎｇ
ＬＩＵ Ｊｕａｎ，ＤＯＮＧ Ｋｕａｎ－ｈｕ＊
（Ｃｏｌｅｇｅ ｏｆ Ａｎｉｍａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｇｙ，Ｓｈａｎｘｉ Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｔａｉｇｕ，Ｓｈａｎｘｉ Ｐｒｏｖｉｎｃｅ ０３０８０１，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ＰＭ－ＡＴＰａｓｅ ａｎｄ ５′－ＡＭＰａｓｅ ａｃｔｉｖｉｔｙ，ｒｅｌａｔｉｖｅ ｗａｔｅｒ ｃｏｎｔｅｎｔ（ＲＷＣ）ａｎｄ ｍａｌｏｎｄｉａｌｄｅｈｙｄｅ
（ＭＤＡ）ｃｏｎｔｅｎｔ ｉｎ ｃｅｌｓ ｏｆ Ｂｏｔｈｒｉｏｃｈｌｏａ ｉｓｃｈａｅｍｕｍ （Ｌ．）Ｋｅｎｇ ｗｅｒｅ ｓｔｕｄｉｅｄ ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｅｘｐｌｏｒｅ ｐｈｙｓｉｏｌｏｇｉ－
ｃａｌ ａｎｄ ｂｉｏｃｈｅｍｉｃａｌ ｃｈａｎｇｅｓ ｕｎｄｅｒ ｄｒｏｕｇｈｔ ｓｔｒｅｓｓ ａｎｄ ｒｅｈｙｄｒａｔｉｏｎ．Ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ＰＭ－ＡＴＰａｓｅ ａｎｄ
５′－ＡＭＰａｓｅ ａｃｔｉｖｉｔｉｅｓ ｉｎｉｔｉａｌｙ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ ａｎｄ ｔｈｅｎ ｄｅｃｌｉｎｅｄ ｕｎｄｅｒ ｄｒｏｕｇｈｔ ｓｔｒｅｓｓ．Ｔｈｅ ｒａｎｇｅ ｏｆ ＰＭ－ＡＴＰａｓｅ
ａｎｄ ５′－ＡＭＰａｓｅ ａｃｔｉｖｉｔｉｅｓ ｉｎ ｗｉｌｄ ｔｙｐｅｓ ｗｅｒｅ ｇｒｅａｔｅｒ ｔｈａｎ ｉｎ ｃｕｌｔｉｖａｔｅｄ ｔｙｐｅｓ．Ｔｈｅ ＭＤＡ ｃｏｎｔｅｎｔｓ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ
ｗｈｉｌｅ ｔｈｅ ＲＷＣ ｄｅｃｒｅａｓｅｄ ｗｉｔｈ ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｄｒｏｕｇｈｔ ｓｔｒｅｓｓ．Ａｆｔｅｒ ｒｅｈｙｄｒａｔｉｏｎ，ｔｈｅ ＰＭ－ＡＴＰａｓｅ ａｎｄ ５′－ＡＭ－
Ｐａｓｅ ａｃｔｉｖｉｔｉｅｓ ａｎｄ ＭＤＡ ｃｏｎｔｅｎｔ ｗｅｒｅ ｌｏｗｅｒ ｔｈａｎ ｂｅｆｏｒｅ，ｂｕｔ ｓｔｉｌ ｈｉｇｈｅｒ ｔｈａｎ ｃｏｎｔｒｏｌ．Ｔｈｅ ＲＷＣ ｏｆ ｗｉｌｄ
ｔｙｐｅ ｗａｓ ｈｉｇｈｅｒ ｔｈａｎ ｃｏｎｔｒｏｌ ａｎｄ ｔｈｅ ＲＷＣ ｏｆ ｃｕｌｔｉｖａｔｉｏｎ ｔｙｐｅ ｗａｓ ｌｏｗｅｒ ｔｈａｎ ｃｏｎｔｒｏｌ ｉｎｄｉｃａｔｉｎｇ ｄｒｏｕｇｈｔ ｒｅ－
ｓｉｓｔａｎｃｅ ｏｆ ｗｉｌｄ ｓｐｅｃｉｅｓ ｗａｓ ｓｔｒｏｎｇｅｒ ｔｈａｎ ｃｕｌｔｉｖａｔｅｄ ｓｐｅｃｉｅｓ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：Ｂｏｔｈｒｉｏｃｈｌｏａ ｉｓｃｈａｅｍｕｍ （Ｌ．）Ｋｅｎｇ；Ｄｒｏｕｇｈｔ ｓｔｒｅｓｓ；Ｒｅｗａｔｅｒｉｎｇ；ＰＭ－ＡＴＰａｓｅ；５′－ＡＭＰａｓｅ
在我国中西部广大的干旱和半干旱地区，水分
不足是限制牧草生产的重要因素，筛选抗旱性强而
又高产的牧草品种是畜牧业集约化发展和生态环境
建设的重要组分。白羊草（Ｂｏｔｈｒｉｏｃｈｌｏａ ｉｓｃｈａｅｍｕｍ
（Ｌ．）Ｋｅｎｇ）是禾本科孔颖草属多年生草本植物，丛
生，具匍匐茎，具有固土保水，生活力强，高产耐牧、
耐践踏，适口性好等优点，广泛分布于我国暖温带落
叶阔叶林地带，是控制水土流失和提供家畜饲草的
重要草种［１］，研究其耐旱的生理生化机制对开发优
良种质资源具有重要意义。
质膜 ＡＴＰ酶（ＰＭ－ＡＴＰａｓｅ）是一种膜蛋白，在
细胞代谢过程中起着重要的作用，被称为植物生命
活动过程的主宰酶。质膜 ＡＴＰ酶是质子泵，主要
功能是分解并利用细胞内ＡＴＰ释放的能量逆向跨
质膜把质子转运出细胞，产生并保持细胞膜两侧
Ｈ＋的电化学梯度，为一系列次级转运体和通道蛋
白对各种营养物质及离子的跨质膜转运提供能
量［２，３］。此外，植物质膜ＡＴＰ酶还参与胞内ｐＨ值、
收稿日期：２０１１－０２－２１；修回日期：２０１１－０８－２３
基金项目：“十一五”国家科技支撑计划课题（２００７ＢＡＤ５６Ｂ０１）；科技部农业成果转化项目（２００９ＧＢ２Ａ３０００４３）资助
作者简介：刘娟（１９８５－），女，山西大同人，硕士研究生，研究方向为牧草抗逆性研究，Ｅ－ｍａｉｌ：ｊｅｒｒｙｌｉｕｊｕａｎ＠１６３．ｃｏｍ；＊通信作者 Ａｕｔｈｏｒ ｆｏｒ
ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｅｎｃｅ，Ｅ－ｍａｉｌ：ｄｏｎｇｋｕａｎｈｕ＠１２６．ｃｏｍ
草 地 学 报 第１９卷
细胞伸长、气孔开闭、以及植物对环境胁迫的响应等
多种生理过程的调节。质膜５′－核苷酸酶（质膜５′－
ＡＭＰａｓｅ）作为质膜标志酶，其功能可能是协同ＰＭ－
ＡＴＰａｓｅ，参与ＡＴＰ代谢和细胞间物质运输与交换
提供动力等［４］。前人曾对白羊草的形态特征，化学
组成及其生态学与分类做过系统的研究，但对白羊
草适应干旱的生理生化机制的研究报到甚少。因
此，本试验以耐旱性强的野生型和耐旱性弱的栽培
型白羊草为材料，在干旱胁迫和复水后对其质膜
ＡＴＰ酶和５′－核苷酸酶变化进行分析，旨在探讨白
羊草在干旱胁迫下的生理生化变化，为白羊草的耐
旱性研究提供理论依据。
１ 材料与方法
１．１ 试验材料
供试的野生型白羊草种子于２００９年９月采自
山西省太谷县凤山，海拔１１００ｍ，Ｎ３７°２２′，Ｅ１１２°
３５′，植被为喜暖灌草丛类草地，建群种为白羊草。
栽培型种子于２００９年９月采自山西农业大学草业
科学试验小区。
１．２ 处理方法
本试验于２００９年１０月在山西农业大学草业科
学试验室日光温室中进行，平均温度为１５～２５℃，
相对湿度为６５％～７５％。盆栽试验采用上口直径
２５ｃｍ、高２０ｃｍ的聚乙烯塑料盆，土壤取自于山西
农业大学动物科技试验站牧草试验田的耕层土（１０
～３０ｃｍ），土壤为淡褐土，ｐＨ 为７．５。从大田取回
后混合均匀，过筛，多点取样测定土壤相对含水量，
折算出每桶装的干土重，田间最大 持 水 量 为
２３．９１％［５］。每盆装风干土６ｋｇ，每盆播种量为１００
粒，播种后在表面铺细沙。当白羊草幼苗高度达到
１５ｃｍ时开始进行干旱胁迫。干旱胁迫前一次性浇
水，盆中土壤含水量保持在田间持水量的８０％。
持续干旱组分别于停止浇水的０，５，１０，１５，２０ｄ
采样，每处理重复３次。反复干旱组与持续干旱组
同时停止浇水２０ｄ后，当土壤含水量达到田间持水
量的２０％～３０％（土钻取盆中土样，混匀后测得的
土壤含水量）时复水，即第１次干旱后复水（复水
１），使含水量再次达到田间持水量的８０％，停止浇
水２０ｄ后复水即第２次复水（复水２）。分别于２次
复水后５ｄ采样测定指标。
全株取样。将盆中的土全部倒出后分出幼苗，
然后用蒸馏水冲洗并用滤纸擦干水分，将地上部和
地下部分开储存于－８０℃冰箱中，用于指标测定。
１．３ 测定项目及方法
１．３．１ 质膜ＡＴＰ酶／质膜５′－核苷酸酶活性的测定
加３ｍＬ匀浆液［６，７］，冰浴研磨，全部转入离心管
中，１５０００ｇ离心１０ｍｉｎ（４℃），保留上清液，内含质
膜碎片。取提取液０．５ｍＬ，加反应液０．５ｍＬ，３０℃
保温，测质膜５′－ＡＭＰａｓｅ的组保温１５ｍｉｎ，测ＰＭ－
ＡＴＰａｓｅ的组保温３０ｍｉｎ，用２５０μＬ ２０％三氯乙酸
终止反应，１５０００ｇ离心３ｍｉｎ（４℃）去沉淀。然后
各取０．１ｍＬ上清，补加２．９ｍＬ无离子水，再加３
ｍＬ定磷试剂，４５℃水浴保温３０ｍｉｎ，用分光光度计
６６０ｎｍ下定磷法测定其中的无机磷含量，同时作出
标准曲线［１１］。
蛋白质含量测定采用Ｂｒａｄｆｏｒｄ方法，以牛血清
白蛋白为标准测定。在一干燥洁净试管内，加入８０
μＬ双蒸 Ｈ２Ｏ，再加入用稀释液调整蛋白浓度到测
定范围的样品１０μＬ，加入０．１ＮＨＣｌ １０μＬ混匀
３０ｓ后，加入３．５ｍＬ考马斯亮蓝 Ｇ－２５０测定工作
液，摇匀，室温放置１０ｍｉｎ后测定其在５９５ｎｍ处相
对吸光度。酶活性以μｇ Ｐｉ·ｍｇ
－１Ｐｒ·ｈ－１表示。
１．３．２ 叶片相对含水量 测量叶片鲜重Ｗｆ，将叶
片放入小烧杯中６～８ｈ，取出用吸水纸擦干表面水
分，称饱和重Ｗｔ，在１０５℃下杀青２０ｍｉｎ，再在８５℃
下烘至绝干，称重Ｗｄ。
相对含水量（％）＝（Ｗｆ－Ｗｄ）／（Ｗｔ－Ｗｄ）×
１００％。
１．３．３ 丙二醛（ＭＤＡ）含量的测定 采用硫代巴比
妥酸比色法［８］。取白羊草同一部位叶片０．１ｇ，加入
１０％ＴＣＡ（三氯乙酸）１０ｍＬ研磨至匀浆，然后将其
以４０００ｇ离心１０ｍｉｎ。取上清液２ｍＬ（对照为２
ｍＬ蒸馏水），加入２ｍＬ ０．６％硫代巴比妥酸溶液，
混匀后置沸水浴中反应１５ｍｉｎ，迅速冷却后再离
心。取上清液用分光光度计测定５３２ｎｍ，６００ｎｍ，
４５０ｎｍ波长下的消光度值。根据下列公式和植物
组织的重量计算样品 ＭＤＡ的含量。
ＭＤＡ 浓度（μｍｏｌ·Ｌ
－１）＝６．４５× （Ｄ５３２－
Ｄ６００）－０．５６×Ｄ４５０
ＭＤＡ含量（μｍｏｌ·ｇ
－１）＝ＭＤＡ浓度（μｍｏｌ·Ｌ
－１）
×提取液体积（Ｌ）／植物组织鲜重（ｇ）
１．４ 数据处理
数据用Ｅｘｃｅｌ ２００３和ＳＡＳ ９．０统计分析软件
６２０１
第６期 刘娟等：干旱胁迫及复水对白羊草质膜ＡＴＰ酶和５′－核苷酸酶活性的影响
处理。对不同干旱胁迫强度下各指标进行单因素方
差（ＡＮＯＶＡ）分析，采用ＬＳＤ检验。
２ 结果与分析
２．１ 干旱胁迫对白羊草质膜ＡＴＰ酶（ＰＭ－ＡＴＰａｓｅ）
活性的影响
在正常水分条件下，栽培型白羊草ＰＭ－ＡＴＰａｓｅ
活性比野生型高（表１）。随断水时间的延长，干旱
胁迫程度加重，白羊草体内的ＰＭ－ＡＴＰａｓｅ活性呈
先升高后降低的变化趋势。野生型叶片和根系的
ＰＭ－ＡＴＰａｓｅ活性分别在胁迫１０ｄ和１５ｄ时最高，
为ＣＫ的２．３倍和２．１倍。栽培型叶片和根系的
ＰＭ－ＡＴＰａｓｅ活性在胁迫１０ｄ时最高，分别为ＣＫ
的１．５倍和１．７倍。野生型ＰＭ－ＡＴＰａｓｅ上升幅度
高于栽培型。干旱胁迫下白羊草体内的ＰＭ－ＡＴ－
Ｐａｓｅ活性与ＣＫ差异显著（Ｐ＜０．０５），且根系ＰＭ－
ＡＴＰａｓｅ活性显著高于叶片（Ｐ＜０．０５）。复水后白
羊草的ＰＭ－ＡＴＰａｓｅ活性均有所下降，但显著高于
断水前（Ｐ＜０．０５），说明经过胁迫后，植物的ＰＭ－
ＡＴＰａｓｅ活性提高有利于增强抗旱力。
表１ 干旱胁迫下白羊草体内ＰＭ－ＡＴＰａｓｅ活性的变化
Ｔａｂｌｅ １ Ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｄｒｏｕｇｈｔ ｓｔｒｅｓｓ ｏｎ ＰＭ－ＡＴＰａｓｅ ａｃｔｉｖｉｔｙ ｉｎ ｏｌｄ ｗｏｒｌｄ ｂｌｕｅｓｔｅｍ μｇ Ｐｉ·ｍｇ
－１Ｐｒ·ｈ－１
处理
Ｔｒｅａｔｍｅｎｔｓ
野生型白羊草 Ｗｉｌｄ ｏｌｄ ｗｏｒｌｄ ｂｌｕｅｓｔｅｍ 栽培型白羊草Ｃｕｌｔｉｖａｔｅｄ ｏｌｄ ｗｏｒｌｄ ｂｌｕｅｓｔｅｍ
叶片Ｌｅａｖｅｓ 根系Ｒｏｏｔｓ 叶片Ｌｅａｖｅｓ 根系Ｒｏｏｔｓ
０ｄ ２３．８１±０．８３ｅ ３７．２７±１．６９ｅ ３５．８５±０．４２ｄ ４５．２２±０．５６ｅ
５ｄ ３６．２２±０．５０ｃ ３８．５１±０．６０ｅ ３７．８６±０．５３ｃ ５６．５９±０．１８ｂ
１０ｄ ５７．０４±０．７３ａ ５４．６８±０．１０ｂ ５４．２４±０．７６ａ ７７．４４±０．４４ａ
１５ｄ ４３．１５±０．５１ｂ ８０．１４±０．２５ａ ４０．９７±０．５６ｂ ５０．６５±０．５６ｃ
２０ｄ ３５．４６±０．３６ｃ ５５．０５±０．０８ｂ ３５．８９±０．３８ｄ ４７．７９±１．５９ｄ
复水１Ｒｅｗａｔｅｒｉｎｇ １ ２５．９８±０．６５ｄ ４５．１６±１．０４ｃ ３９．１９±０．５３ｃ ５１．２０±０．３４ｃ
复水２Ｒｅｗａｔｅｒｉｎｇ ２ ２６．８６±０．３４ｄ ４３．２８±０．３６ｄ ４０．８１±１．９０ｂ ４６．６１±１．３４ｄ
注：同行不同小写字母表示差异显著（Ｐ＜０．０５），下同
Ｎｏｔｅ：Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｓｍａｌ ｌｅｔｔｅｒ ｉｎ ｔｈｅ ｓａｍｅ ｌｉｎｅ ｍｅａｎｓ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ（Ｐ＜０．０５），ｔｈｅ ｓａｍｅ ａｓ ｂｅｌｏｗ
２．２ 干旱胁迫对白羊草质膜５′－核苷酸酶（质膜５′－
ＡＭＰａｓｅ）活性的影响
由表２可知，在干旱胁迫过程中，野生型和栽培
型的叶片５′－ＡＭＰａｓｅ活性呈现出先升高后降低的
变化趋势，而野生型根系则表现出先下降后上升的
趋势，且在第１０ｄ急剧上升，在胁迫１０ｄ时质膜５′－
ＡＭＰａｓｅ活性均达到最大值。干旱胁迫下白羊草体
内的质膜５′－ＡＭＰａｓｅ活性与 ＣＫ 差异显著（Ｐ＜
０．０５），根系５′－ＡＭＰａｓｅ活性显著高于叶片（Ｐ＜
０．０５）。复水后，野生型的质膜５′－ＡＭＰａｓｅ活性与
断水前差异不显著，栽培型的质膜５′－ＡＭＰａｓｅ活性
与断水前差异显著（Ｐ＜０．０５）。
表２ 干旱胁迫下白羊草体内５′－ＡＭＰａｓｅ活性的变化
Ｔａｂｌｅ ２ Ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｄｒｏｕｇｈｔ ｓｔｒｅｓｓ ｏｎ ５′－ＡＭＰａｓｅ ａｃｔｉｖｉｔｙ ｉｎ ｏｌｄ ｗｏｒｌｄ ｂｌｕｅｓｔｅｍ μｇ Ｐｉ·ｍｇ
－１Ｐｒ·ｈ－１
处理
Ｔｒｅａｔｍｅｎｔｓ
野生型白羊草 Ｗｉｌｄ ｏｌｄ ｗｏｒｌｄ ｂｌｕｅｓｔｅｍ 栽培型白羊草Ｃｕｌｔｉｖａｔｅｄ ｏｌｄ ｗｏｒｌｄ ｂｌｕｅｓｔｅｍ
叶片Ｌｅａｖｅｓ 根系Ｒｏｏｔｓ 叶片Ｌｅａｖｅｓ 根系Ｒｏｏｔｓ
０ｄ ９．６４±０．５４ｆ １４．１０±０．７８ｃｄ １３．７９±０．５４ｃ １５．３５±０．０９ｅ
５ｄ １５．４９±０．４９ｃ １１．４３±０．５４ｅ １７．４８±０．８４ｂ １９．４８±０．２９ｃ
１０ｄ ３１．２０±０．６８ａ ３２．４２±０．３５ａ ２８．５２±０．５５ａ ３３．４４±０．２０ａ
１５ｄ １７．４６±０．５０ｂ ２０．５２±０．４０ｂ １７．７７±０．５０ｂ ２０．７７±０．６５ｂ
２０ｄ １３．７７±０．３６ｄ １４．５８±０．４１ｃ １４．３５±０．０２ｃ １６．６８±０．６０ｄ
复水１Ｒｅｗａｔｅｒｉｎｇ １ １１．００±０．７１ｅ １３．４３±１．０３ｄ １４．７４±０．４６ｃ １７．２８±０．１０ｄ
复水２Ｒｅｗａｔｅｒｉｎｇ ２ １１．０８±０．５２ｅ １４．３９±０．４２ｃｄ １４．４４±０．０８ｃ １７．３４±１．０４ｄ
２．３ 干旱与复水对白羊草叶片相对含水量（ＲＷＣ）
的影响
由表３可知，随断水时间的延长，干旱胁迫程度
加重，白羊草幼苗叶片相对含水量有一定程度的下
降。在断水前期（前１０ｄ）ＲＷＣ下降幅度较小，后期
剧烈下降。栽培种总体下降幅度为对照的５７．１２％，
野生种为对照的４６．１１％。复水后，ＲＷＣ都有较大
程度的恢复，野生种恢复的比对照高，栽培种低于对
照水平。说明干旱对白羊草幼苗造成伤害，对栽培
种的伤害更严重。
７２０１
草 地 学 报 第１９卷
表３ 干旱胁迫下白羊草叶片相对含水量变化
Ｔａｂｌｅ ３ Ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｄｒｏｕｇｈｔ ｓｔｒｅｓｓ ｏｎ ｔｈｅ ｌｅａｆ ｒｅｌａｔｉｖｅ ｗａｔｅｒ ｃｏｎｔｅｎｔ ｉｎ ｏｌｄ ｗｏｒｌｄ ｂｌｕｅｓｔｅｍ
处理
Ｔｒｅａｔｍｅｎｔｓ
叶片相对含水量 Ｌｅａｆ ｒｅｌａｔｉｖｅ ｗａｔｅｒ／％
０ｄ ５ｄ １０ｄ １５ｄ ２０ｄ 复水１Ｒｅｗａｔｅｒｉｎｇ １ 复水２Ｒｅｗａｔｅｒｉｎｇ ２
野生白羊草
Ｗｉｌｄ ｏｌｄ ｗｏｒｌｄ ｂｌｕｅｓｔｅｍ
９５．５１±０．２２ｂ ９２．６９±０．４６ｃ ８３．６６±０．４５ｄ ６９．１８±０．６３ｅ ５１．３８±０．５７ｆ ９７．４４±０．１８ａ ９７．０３±１．１４ａ
栽培白羊草
Ｃｕｌｔｉｖａｔｅｄ ｏｌｄ ｗｏｒｌｄ ｂｌｕｅｓｔｅｍ
９４．４４±０．４０ａ ９３．４８±０．１９ｂ ８１．７６±０．５２ｄ ６４．３６±０．０１ｅ ４１．６１±０．１５ｆ ８９．４３±０．１２ｃ ８８．８９±０．５０ｃ
２．４ 干旱胁迫对白羊草体内丙二醛（ＭＤＡ）含量的
影响
由表４可知，干旱胁迫条件下，白羊草的 ＭＤＡ
含量随胁迫时间的延长而上升。在胁迫的最初阶
段，ＭＤＡ含量上升幅度较小，控水５ｄ后 ＭＤＡ含
量上升幅度增大，且野生型的增长幅度比栽培型的
平缓。复水后，白羊草 ＭＤＡ含量均下降，但都比断
水前含量高，说明复水后质膜透性比胁迫前大，干旱
胁迫后白羊草细胞结构发生了不可逆的变化。干旱
胁迫下白羊草体内的 ＭＤＡ含量与ＣＫ差异显著（Ｐ
＜０．０５），且叶片 ＭＤＡ 含量显著高于根系（Ｐ＜
０．０５）。野生型白羊草的 ＭＤＡ含量显著低于栽培
型的（Ｐ＜０．０５）。
表４ 干旱胁迫下白羊草体内 ＭＤＡ含量的变化
Ｔａｂｌｅ ４ Ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｄｒｏｕｇｈｔ ｓｔｒｅｓｓ ｏｎ ＭＤＡ ｃｏｎｔｅｎｔ ｉｎ ｏｌｄ ｗｏｒｌｄ ｂｌｕｅｓｔｅｍ ｍｍｏｌ·ｇ－１ＦＷ
处理
Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ
野生型白羊草 Ｗｉｌｄ ｏｌｄ ｗｏｒｌｄ ｂｌｕｅｓｔｅｍ 栽培型白羊草Ｃｕｌｔｉｖａｔｅｄ ｏｌｄ ｗｏｒｌｄ ｂｌｕｅｓｔｅｍ
叶片Ｌｅａｆ 根系Ｒｏｏｔ 叶片Ｌｅａｆ 根系Ｒｏｏｔ
０ｄ １０．６４±０．６７ｄ ８．９０±０．２９ｅ １１．５８±０．０６ｄ １０．０４±０．１４ｅ
５ｄ １２．４４±０．８７ｃ ９．５８±０．３２ｄ １２．３７±０．５５ｄ １０．６８±０．３４ｄｅ
１０ｄ １３．４５±０．４３ｃ １２．７０±０．２９ｃ １４．７５±０．５５ｃ １３．３４±０．３３ｃ
１５ｄ １６．９７±０．７３ｂ １４．０２±０．８１ｂ １９．３１±０．４３ｂ １５．９２６±０．９１ｂ
２０ｄ １９．４９±０．２４ａ １８．０２±０．５７ａ ２１．３９±０．４７ａ ２０．３４±０．６７ａ
复水１Ｒｅｗａｔｅｒｉｎｇ １ １０．７４±０．５７ｄ ９．１３±０．２０ｅ １２．１４±０．６９ｄ １０．３３±０．３０ｄｅ
复水２Ｒｅｗａｔｅｒｉｎｇ ２ １１．２３±０．４５ｄ ９．０３±０．２０ｅ １２．５３±０．６７ｄ １０．７８±０．３６ｄ
３ 讨论与结论
ＰＭ－ＡＴＰａｓｅ是高等植物细胞质膜的主要成分
之一，利用水解ＡＴＰ产生的能量将 Ｈ＋泵到细胞膜
外，形成跨膜电化学势梯度（△Ｐ），为细胞营养物质
的吸收和离子跨膜运输提供驱动力［９］。ＰＭ－ＡＴ－
Ｐａｓｅ在植物生命活动中的作用很大。质膜上的
Ｈ＋－ＡＴＰａｓｅ在离子、溶质转运以及细胞离子稳态
的建立和维持过程中起重要作用，在胁迫条件下可
能是首先做出响应，与植物的生长发育和耐逆性密
切相关［１０］。质膜Ｃａ２＋－ＡＴＰａｓｅ的功能是将细胞内
过多的Ｃａ２＋泵到胞外，使Ｃａ２＋水平维持在中毒浓
度之下［１１］。
纵观有关ＰＭ－ＡＴＰａｓｅ活性的报道，有４种变
化情况：①下降；②上升；③先升后降；④先降后升。
本试验采用干旱胁迫处理白羊草的野生种和栽培
种，除野生白羊草根系的ＰＭ－ＡＴＰａｓｅ活性呈现先
降后升的趋势外，其他的ＰＭ－ＡＴＰａｓｅ活性均呈现
先升高后下降的趋势。这与韩建秋等［１２］的渗透胁
迫对白三叶（Ｔｒｉｆｏｌｉｕｍ ｒｅｐｅｎｓ Ｌ．）幼苗根系的试
验和刘君等［１３］对小麦（Ｔｒｉｔｉｃｕｍ ａｅｓｔｉｖｕｍ Ｌ．）的渗
透胁迫试验得到相同的结论。ＰＭ－ＡＴＰａｓｅ活性在
干旱胁迫初期升高，是质膜对胁迫的适应性反应，对
于防止细胞器直接或间接脱水，维持膜的稳定性和
正常生理功能有重要作用。可能的原因是ＰＭ－ＡＴ－
Ｐａｓｅ具有质子泵的功能，其活性升高可以使细胞膜
建立高的ｐＨ，驱动各种次级泵，从而使参与渗透调
节的离子或物质进入细胞质，调节细胞内外的渗透
势。随胁迫时间的延长和程度的加重，ＰＭ－ＡＴＰａｓｅ
活性逐渐下降。下降的原因可能是ＰＭ－ＡＴＰａｓｅ属
于膜结合蛋白，生物膜是植物细胞的界面膜，逆境胁
迫对植物细胞的影响最先表现出对生物膜的作用，
最先作出反应的也是生物膜及其功能蛋白［１４］。干
旱胁迫影响生物膜的结构和稳定性，同样也会影响
到质膜ＰＭ－ＡＴＰａｓｅ的活性。此外，由于干旱胁迫
影响了膜上或细胞质的Ｃａ２＋浓度和磷脂的变化，进
而直接或间接影响酶的活性。Ｃａ２＋ 参与了质膜
Ｈ＋－ＡＴＰａｓｅ活性的磷酸化调节，试验证明，催化质
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第６期 刘娟等：干旱胁迫及复水对白羊草质膜ＡＴＰ酶和５′－核苷酸酶活性的影响
膜 Ｈ＋－ＡＴＰａｓｅ磷酸化的蛋白激酶是Ｃａ２＋ 依赖性
的［１５］，即在Ｃａ２＋的介导下蛋白激酶催化质膜 Ｈ＋－
ＡＴＰａｓｅ的磷酸化。最后，ＰＭ －ＡＴＰａｓｅ对质子的逆
向转运一方面使细胞膜两侧产生质子的电化学梯
度，另一方面有利于细胞内ｐＨ 的调节。细胞正常
的生命活动需要细胞质ｐＨ 值的相对恒定，胞内的
ｐＨ一般保持在７．５，而ＰＭ－ＡＴＰａｓｅ的最适ｐＨ 约
为６．５左右［１６］。干旱胁迫加剧造成白羊草细胞内
的ｐＨ下降，超出了适合ＰＭ－ＡＴＰａｓｅ活动的阈值，
致使质膜ＰＭ－ＡＴＰａｓｅ活性下降。
质膜５′－核苷酸酶（质膜５′－ＡＭＰａｓｅ）作为质膜
标志酶，其功能可能是协同ＰＭ－ＡＴＰａｓｅ，参与ＡＴＰ
代谢和细胞间物质运输与交换提供动力等［４］。在胁
迫初期，质膜５′－ＡＭＰａｓｅ活性升高，提高了 ＰＭ－
ＡＴＰａｓｅ活性，促进质膜－ＡＴＰａｓｅ的质子泵作用，使
植株维持正常的生理代谢。随着胁迫的加剧，质膜
５′－ＡＭＰａｓｅ活性和ＰＭ－ＡＴＰａｓｅ活性大幅下降，可
能是为了降低 ＡＴＰ分解，保持逆境下植物细胞内
储藏一定量的能荷。这样，植物以低能耗形式以期
度过干旱期，待外界条件正常后迅速恢复生长和发
育，是一种在酶功能活性上的御旱措施。
许多研究结果证明，在水分胁迫下抗旱品种较
不抗旱品种能维持较高的酶活性［１７，１８］。本试验中，
对照组的ＰＭ－ＡＴＰａｓｅ和质膜５′－ＡＭＰａｓｅ的活性是
野生型低于栽培型。水分胁迫后，ＰＭ－ＡＴＰａｓｅ的
活性快速上升，野生型上升的约为对照的２倍，栽培
型的约为对照的１．５倍。野生型质膜５′－ＡＭＰａｓｅ
活性也比栽培型的增长的多，说明野生型白羊草较
栽培型能更灵敏和更强的抵抗干旱胁迫，以减少环
境变化对植株的危害。复水后，ＰＭ－ＡＴＰａｓｅ和质
膜５′－ＡＭＰａｓｅ活性都有所下降，但都比对照水平的
高，说明经过胁迫后，植物的 ＰＭ－ＡＴＰａｓｅ和质膜
５′－ＡＭＰａｓｅ活性提高，有利于增强抗旱力。复水１
和复水２处理下的２种酶活力差异不显著，且２次
复水后白羊草都能够较快恢复正常生长，以部分弥
补胁迫造成的损失，这也是对环境变化的一种适应，
说明白羊草有较强的抵御干旱胁迫的能力。
植物的水分状况直接影响体内的各种代谢过
程，从而影响植物生长，叶片相对含水量（ＲＷＣ）是
反映植物的水分状况最直接有效的指标，与植物抗
旱性关系最为密切［１９］。外界对植物体施加水分胁
迫，必然会引起植物体叶片ＲＷＣ的变化，而且随着
水分胁迫程度的加剧，植物体叶片的ＲＷＣ也随着
逐渐降低，并且抗性不同的品种相应降低的幅度也
不相同，抗性强的品种比抗性弱的品种下降幅度要
小［２０，２１］。本试验得到的结果与上述观点一致，水分
胁迫下白羊草叶片的相对含水量随胁迫程度的加深
而逐渐下降，且栽培型下降的较多。在复水后
ＲＷＣ回升，野生型回升较栽培型高。
干旱胁迫驱动了细胞内自由基代谢而产生大量
活性氧，它们作用于对代谢较为敏感的生物分子和
膜系统［２２，２３］。当活性氧积累超过伤害阈值时，便对
氨基酸、蛋白质、糖类等许多生物功能分子产生破坏
作用，引起膜脂过氧化反应从而使得丙二醛（ＭＤＡ）
含量增加。ＭＤＡ与细胞内各种成分发生强烈地反
应，造成细胞膜系统受损伤，蛋白质合成受阻，从而
导致植物生理功能降低。因此，ＭＤＡ含量的变化
是质膜损伤程度的重要标志之一，常作为衡量活性
氧对植物体防御系统破坏程度的一个指标［２４］。本
试验表明，随干旱梯度上升 ＭＤＡ含量增加，呈线性
趋势，这表明膜脂过氧化反应持续加重，细胞原生质
膜破坏程度增加。复水后 ＭＤＡ值回落，说明膜脂
过氧化反应减轻，对细胞原生质膜的破坏逐渐减轻，
但是没有恢复到断水前水平，可见干旱已经对白羊
草幼苗造成了严重的伤害。
因此，干旱胁迫导致白羊草叶片 ＲＷＣ下降，
ＭＤＡ含量增加，质膜 ＡＴＰ酶和质膜５′－核苷酸酶
活性先升高后下降。对结果进行综合分析得出，野
生白羊草的抗旱性较栽培型的强。白羊草质膜
ＡＴＰ酶和质膜５′－核苷酸酶活性变化受水分胁迫的
影响，一定程度上可以缓解干旱对白羊草幼苗的胁
迫作用，这可能是白羊草抗旱酶促防御机制中的一
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