全 文 ：第20卷 第3期
Vol.20 No.3
草 地 学 报
ACTA AGRESTIA SINICA
2012年 5月
May. 2012
达乌里胡枝子抗氧化防御系统对增强
UV-B辐射的动态响应
郝文芳,杜润峰,王龙飞
(西北农林科技大学生命科学学院,陕西 杨凌 712100)
摘要:为探究增强UV-B辐射对达乌里胡枝子(Lespedezadavrica)抗氧化能力的影响,采用盆栽试验研究其在不
同UV-B辐射强度(CK=0,T1=1.944kJ·m-2·d-1,T2=3.002kJ·m-2·d-1)下的抗氧化保护系统相关指标
的动态响应,UV-B辐射处理持续15d,每3d取样一次至结束后第3d再取样一次。结果表明:随着处理时间的延
长,增强UV-B辐射使超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化氢酶(CAT)活性降低,抗坏血酸过氧化物酶(APX)和过氧
化物酶(POD)活性升高,且SOD,POD和CAT的活性随着辐射强度的增加而降低,APX活性在开始处理9d内随
着辐射强度的增加而增加,此后随着辐射强度的增加而降低;增强UV-B辐射使抗坏血酸(AsA)含量增加,类胡萝
卜素(Car)含量降低,且二者的含量均随着辐射强度的增加而降低;增强 UV-B辐射使超氧阴离子(O·-2 )、丙二醛
(MDA)含量升高,O·-2 含量和 MDA含量均随着辐射强度的增加而增加。UV-B处理结束后,除SOD活性、POD
活性、AsA含量呈下降趋势外,其他指标都呈上升趋势。通过隶属函数法综合评价得出:增强 UV-B辐射降低了达
乌里胡枝子的抗氧化能力,随着UV-B辐射强度的增加,抗氧化能力降低。
关键词:达乌里胡枝子;增强UV-B辐射;抗氧化保护系统;膜脂过氧化;动态响应
中图分类号:Q945.79;Q947.8 文献标识码:A 文章编号:1007-0435(2012)03-0419-09
ResponsesofAntioxidantDefenseSystemofLespedezadavurica
toEnhancedUV-BRadiation
HAOWen-fang,DURun-feng,WANGLong-fei
(DepartmentofLifeScience,NorthwestA&FUniversity,Yangling,ShaanxiProvince712100,China)
Abstract:TheobjectiveofthisstudywastoinvestigatetheeffectsofdifferentUV-Bradiationintensity
(CK,T1,T2)onantioxidantdefensesystemandotherrelatedindicatorsofLespedezadavurica (Laxm.)
Schindl.Malonaldehyde(MDA),ascorbicacid(AsA)andcarotenoid(Car)contents,aswelassuperox-
idedismutase(SOD),peroxidase(POD),catalase(CAT)andascorbateperoxidase(APX)activitiesof
leavesfromLespedezadavuricaunderdifferentUV-Bradiationintensitywereinvestigated.Sampleswere
colectedonceeverythreedays.TheUV-Btreatmentwascontinued15days.ResultindicatedthatSOD
andPODactivitiesdecreased,APXandPODactivitiesincreasedwithUV-Bradiationenhancedduringthe
wholetreatmenttime.SOD,PODandCATactivitiesdecreasedwithUV-Bradiationintensityincreasing.
APXactivityincreasedduringthefirst9-daytreatmentwithradiationintensityincreasingthendecreased
withradiationintensityincreasing.UV-BradiationincreasedAsAcontent,decreasedCarcontent.Both
AsAandCarcontentsdecreasedwithradiationintensityincreasingwhencomparedwithcontrol.O·-2 and
MDAincreasedwithradiationintensityincreasing.AlothertestedindicatorsincreasedexceptSODand
PODactivityaswelasAsAcontentdecreasedafterUV-Bradiationtreatment.Comprehensiveevaluation
ofsubordinatefunctionshowedthatUV-BradiationreducedtheantioxidantcapacityofLespedezadavuri-
ca,andtheantioxidantcapacitydecreasedwithUV-Bradiationintensityincreasing.
Keywords:Lespedezadavurica;Antioxidantdefensesystem;Membranelipidperoxidation;Enhanced
UV-Bradiation
收稿日期:2011-11-03;修回日期:2012-01-18
基金项目:中国科学院“西部之光”人才培养项目(2008DF02)资助
作者简介:郝文芳(1968-),女,陕西西乡人,副教授,博士,主要从事植物生理生态学和恢复生态学研究,E-mail:haowenfang2002@tom.
com
草 地 学 报 第20卷
平流层臭氧浓度的损耗直接导致到达地球表面
的紫外线(主要是280~320nm 的 B 区,简称
UV-B)辐射的增强[1-2],不同程度的影响着地球上
的植被结构及植物的生理生化过程[3]。近30年来,
UV-B辐射已成为当今人们关心的环境问题,植物
如何应答UV-B辐射引起了更多的关注[4-6]。正常
条件下,植物体内活性氧自由基的形成与清除保持
一种动态平衡,遭受一定强度的UV-B辐射后,这种
平衡遭到破坏,进而引起O·-2 ,1O2,H2O2,·HO等
活性簇氧 (reactiveoxygenspecies,ROS)的积
累[7]。过量ROS的积累会导致膜脂过氧化,膜脂成
分含量改变,影响植物基因的表达,对植物蛋白质、
DNA造成损伤[8-10],特别是对那些依赖光合作用生
存的植物损害较为严重[11]。不同辐射剂量的UV-B
能够降低或增加植物体内抗氧化酶活性及抗氧化剂
含量[12-17],这表明植物体内的抗氧化防御机制与其
抗紫外辐射能力密切相关,但是 UV-B辐射对植物
的影响程度因植物种的不同而有所不同。
黄土高原太阳辐射相对较强,2000年7月份黄
土高原UV-B日辐射强度1.5kJ·m-2,该强度极显
著高于我国其他地区[18]。达乌里胡枝子(Lespedeza
davurica)是黄土高原的乡土植物,为豆科(Legumino-
sae)胡枝子属(LespedezaMichx)多年生草本状半灌
木,喜生于向阳干燥的丘陵地区,耐贫瘠、耐旱、耐低
温的性能较强,近10年来,已成为我国北方干旱、沙
化及退化草原上飞播牧草的重要草种[19]。目前关于
达乌里胡枝子的研究主要集中在其抗旱性等方面,如
赵祥等[20-21]研究了水分胁迫及复水对该种抗氧化酶
促防御系统的影响以及不同居群达乌里胡枝子茎解
剖结构与其抗旱性的关系;邢毅等[22]对不同居群达
乌里胡枝子形态变异的研究,牛富荣等[23]研究了水
肥条件对达乌里胡枝子叶绿素荧光参数的影响,基于
抗氧化酶系统及非酶系统的变化对增强UV-B辐射
耐受能力研究的相关报道较少。因此本研究以达乌
里胡枝子为研究对象,通过增强UV-B辐射处理后,
对达乌里胡枝子的超氧化物岐化酶(SOD;EC1.15.1.
1)、过氧化物酶(POD;EC1.11.1.7)、过氧化氢酶
(CAT;EC1.11.1.6)、抗坏血酸过氧化酶(APX;
EC1.11.1.11)活性以及抗坏血酸(AsA)和类胡萝
卜素(Car)等非酶类抗氧化剂含量、丙二醛(MDA)
含量动态变化进行了初步探索,旨在进一步探讨
UV-B辐射下该种的抗氧化保护机制以及对 UV-B
辐射的耐受性,为探索达乌里胡枝子在逆境胁迫下
的生态适应能力提供理论依据。
1 材料与方法
1.1 材料培养及试验处理
试验于2010年在陕西杨凌西北农林科技大学
生命学院实验温室大棚内进行(N34°20′,E108°
24′),试验期间温室大棚日均温度控制在25~30℃
(白天)/15~20℃(夜间),空气平均相对湿度65%
~75%。供试达乌里胡枝子种子由中国农业科学院
畜牧所提供。
随机选取均匀饱满的种子,用45℃温水浸种24
h,然后用0.2%的高锰酸钾溶液浸泡5min后用蒸
馏水冲洗干净(3~5次),于2010年4月11日播种
于高27cm、上口直径29cm、下口直径23cm的塑
料桶中,每桶装土13kg。取耕层土壤,过筛后与蚯
蚓粪(V/V=3∶1)混合均匀装桶,同时每桶拌有尿
素4.0g,KH2PO43.4g[24]。设置3个处理(T1,
T2,CK),每个处理重复6次,每桶定植10株。紫外
处理参考Lee和Shiu[15]的方法,使用40W 紫外灯
管(秦牌,波长峰值为313nm,北京电光源研究所)
进行UV-B辐射处理(10:00-15:00),发射的UV-
B经0.13mm醋酸纤维膜过滤UV-C辐射。用742
型UV-B辐照仪(北京师范大学光电仪器厂)测定
313nm处的紫外辐射强度(以植株顶端计算,高强
度UV-B处理,灯管距植株顶端40cm;低强度UV-
B辐射,灯管距植株顶端60cm),根据Caldwel[25]
经验公式计算 T1=1.944kJ·m-2·d-1,T2=
3.0024kJ·m-2·d-1,这比黄土高原地区7月份
UV-B日辐射强度(1.5kJ·m-2·d-1)分别增加了
约30%和90%。试验处理时间始于出苗后70d。
对照组CK上方也悬挂灯管,但不通电,以保证各处
理有相同的自然光照条件,根据植株生长高度适时
调控灯架高度,同时定时转动桶以保证植株受均匀
的紫外辐射,每个处理组上方并排串联2支灯管(L
113cm),为防止各处理组间不同梯度的UV-B辐射
相互干扰,平行灯距间隔3m,并采用4层遮阳网隔
离。紫外辐射前一天于植株中部叶片取样一次,记
为处理的零天,以后每3d取样,15d后去掉紫外辐
射,正常管理3d后取样一次,各指标取样均为3次
重复。增强 UV-B辐射处理时记为+UV-B,去掉
UV-B辐射处理时记为-UV-B。
1.2 指标测定方法
叶绿素含量、类胡萝卜素(Car)含量采用乙醇提
取法,按照高俊凤[26]的计算公式计算。MDA含量
024
第3期 郝文芳等:达乌里胡枝子抗氧化防御系统对增强UV-B辐射的动态响应
根据高峻凤[26]的方法测定,根据Beyer等[27]的方法
采用NBT光化还原法测定SOD活性,酶活性采用
抑制NBT光反应0.5为一个酶活性单位表示;采用
紫外吸收法测定CAT活性,以1min内 A240降低
0.1为一个酶活单位(U)[28];采用愈创木酚法测定
POD活性;根据Saruyama和Tanida[29]的方法测定
APX活性,以每消耗1μmol的抗坏血酸为一个酶
活单位(U)。采用钼蓝比色法测定AsA含量,O·-2
含量根据王爱国[30]的方法测定。花青素含量的测
定根据Ithal[31]的方法进行。
1.3 数据处理与分析
结果用平均值±标准误表示。采用Excel2003
作图,利用SPSS17.0(SPSSInc.USA)进行one-
wayANOVA分析各处理组间及组内的差异性,用
LSD进行多重比较。
1.3.1 隶属函数法 采用隶属函数法对增强UV-B
辐射下的达乌里胡枝子抗氧化能力进行综合评价。
隶属函数公式为:
Zij=
X-Xmin
Xmax-Xmin
式中,Zij为隶属函数值;X 为紫外处理某指标
平均测定值;Xmin和Xmax为所测指标内的最小值和
最大值。
如果某一指标与抗逆性为负相关,则利用反隶
属函数进行转换,计算公式为:
Zij=1-
X-Xmin
Xmax-Xmin
1.3.2 标准系数法 采用标准系数法,计算标准差
系数Vij,归一化后得到各指标的权重系数Wij:
Vij=SX
式中,S为标准差;X为平均数
Wij=
Vij
∑
N
j=1
Vij
i=1,2,3,……P
1.3.3 计算各种处理的综合评价值
D=∑
N
j=1
(Zij·Wij) i=1,2,3,……P
2 结果与分析
2.1 增强UV-B辐射对叶绿素含量的影响
增强UV-B辐射对达乌里胡枝子叶绿素含量均
产生一定的影响。随着处理时间的延长,处理组的
叶绿素含量均低于对照组,在T1 紫外胁迫6d时叶
绿素含量显著上升(P<0.05),9d时又开始下降;
而T2 则一直下降(图1)。紫外胁迫12d后,与对照
相比,T1 和T2 呈极显著变化(P<0.01)。去除紫
外3d后,处理组与对照组叶绿素含量均呈上升趋
势,相比对照,T1和T2的叶绿素含量分别上升12.41%
和50.05%。
图1 UV-B辐射对叶绿素含量的影响
Fig.1 EffectsofUV-Bradiationonchlorophylcontent
2.2 增强UV-B辐射对抗氧化酶活性的影响
在整个UV-B辐射过程中,增强 UV-B辐射能
够降低SOD活性且随着 UV-B辐射强度的增加其
活性降低幅度增大(图2-a)。除了在处理6d和15
d时,紫外处理组间差异不显著,其他处理时间各处
理组间差异极显著(P<0.01)。随着处理时间的延
长,增强UV-B辐射使达乌里胡枝子的SOD活性先
增加后降低,在处理6d时活性达到峰值且与对照
相比,增强UV-B辐射使SOD活性均发生极显著变
化(P<0.01),UV-B辐射结束3d后,各处理SOD
活性均发生极显著下降(P<0.01),T1 和 T2 的
SOD活性较对照分别降低180.08%和177.17%。
SOD与 CAT 和 APX 成显著正相关(r 分别为
0.363和0.322,P<0.05)(表1)。
达乌里胡枝子POD活性明显受 UV-B辐射影
响(图2-b)。整个处理过程中,增加 UV-B辐射使
达乌 里 胡 枝 子 叶 中 的 POD 活 性 极 显 著 升 高
(P<0.01),且POD活性随着辐射强度的增加而降
低,各处理组间差异极显著(P<0.01),表明 UV-B
辐射可能有利于编码 POD 的基因的表达,促进
POD合成。随着处理时间的延长,T1 和T2 处理的
POD活性先升高后降低,且经T1 处理的POD活性
在处理3d时到达峰值,而经T2 处理的POD活性
在处理6d时达到峰值。取消 UV-B辐射后,各处
理组间差异极显著(P<0.01),对照组的POD活性
124
草 地 学 报 第20卷
呈上升趋势,T1 和T2 处理组的POD活性极显著下
降(P <0.01),较 对 照 分 别 降 低 55.38% 和
66.31%。POD 与 SOD 成极显著正相关 (r=
0.472,P<0.01)(表1)。
整个处理过程中,增强 UV-B辐射使达乌里胡
枝子APX活性高于对照,且在处理前9d内,经T2
处理的 APX活性明显高于经 T1 处理的 APX活
性,其后几天则低于T1 处理,表明在 UV-B处理初
期高强度的UV-B辐射处理对APX的合成可能具
有积极意义(图2-c)。在处理9d时,T1 与对照组
组间差异不显著,其他处理时间组间差异则极显著
(P<0.01)。随着处理时间的延长,T1 和 T2 的
APX活性均为先降低后升高,且在处理9d时其活
性降至最低。紫外辐射3d后,APX的活性开始下
降,处理9d后,经T1 处理的APX活性极显著升高
(P<0.01),而经T2 处理的APX活性变化不显著,
变化趋势较为缓和。紫外辐射结束3d后,组间差
异极显著(P<0.01),除经T2 处理的APX活性明
显上升外,其他变化均不显著。T1 和 T2 处理的
APX 活性较对照分别升高 0.09% 和51.42%。
APX活性与Car和AsA含量成极显著正相关(r分
别为0.507和0.493,P<0.01)(表1)。
图2 UV-B辐射对抗氧化酶系统的影响
Fig.2 EffectsofUV-Bradiationonantioxidantenzymeactivities
注(Note):(a)超氧化物歧化酶(SOD),(b)过氧化物酶(POD),(c)抗坏血酸过氧化酶(APX),(d)过氧化氢酶(CAT)
表1 抗氧化酶活性、抗氧化剂含量、MDA、细胞膜相对透性及O·-2 之间的相关性分析
Table1 Correlationanalysisamongantioxidantenzymeactivities,antioxidantcontent,MDA,membranepermeabilityandO·-2
项目Items SOD POD CAT APX MDA Car AsA O·-2 Anth
POD 0.472** 1
CAT 0.363* -0.263 1
APX 0.322* -0.173 0.835** 1
MDA -0.889** -0.477** -0.370* -0.257 1
Car -0.147 -0.417** 0.522** 0.507** -0.223 1
AsA -0.076 -0.044 0.468** 0.493** -0.224 0.219 1
O·-2 -0.529** 0.264 -0.290 -0.005 0.380* 0.034 -0.407** 1
Anth 0.187 -0.155 0.280 0.046 0.184 0.355* -0.222 0.278 1
Chl -0.096 -0.096 0.086 0.170 0.071 0.639** -0.134 0.333 0.249*
注:**.P=0.01;*.P=0.05;CMP为细胞膜相对透性,Anth为花青素
Note:**.P=0.01;*.P=0.05.CMP=relativepermeabilityofcelmembrane;Anth=anthocyanin
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第3期 郝文芳等:达乌里胡枝子抗氧化防御系统对增强UV-B辐射的动态响应
紫外处理12d内CAT活性均低于对照,之后
则经低紫外处理的CAT活性高于对照。在处理第
3d和6d,紫外处理组组间差异不显著,其他处理
时间组间差异极显著(P<0.01)(图2-d)。随着处
理时间的延长,达乌里胡枝子的CAT活性总体呈
上升趋势,且CAT活性随着 UV-B辐射剂量的增
加而降低,这表明高剂量的 UV-B辐射可能不利于
CAT基因的表达。紫外处理结束后,各处理组组间
差异极显著(P<0.01),CAT活性呈上升趋势,经
T1 和 T2 处 理 的 CAT 活 性 较 对 照 分 别 上 升
20.82%和36.77%。CAT活性与 APX,Car,AsA
均成极显著正相关 (r 分别为 0.835,0.522 和
0.468,P<0.01)(表1)。
2.3 增强UV-B辐射对抗氧化剂含量的影响
在整个处理过程中,UV-B辐射使AsA含量高
于对照,前12dT1 和T2 的 AsA含量变化较为缓
慢,但整体呈上升趋势(图3)。处理3,6,15d时,
T2 与CK组间差异不显著,2个紫外处理组之间差
异显著(P<0.05),且AsA含量随着 UV-B辐射强
度的增加而降低。处理12d时,T1 的AsA含量呈
极显著上升(P<0.01),T2 的AsA含量变化不显著
(P>0.05),但略有下降。UV-B辐射结束后,各处
理的AsA含量均呈下降趋势,经低辐射、高辐射处
理的 AsA 含 量 较 对 照 分 别 下 降 192.98% 和
29.47%。AsA含量与 O·-2 含量成极显著负相关
(r=-0.407,P<0.01)(表1)。
图3 UV-B辐射对抗坏血酸含量的影响
Fig.3 EffectsofUV-BradiationonAsAcontent
在整个 UV-B处理过程中,与对照相比,增加
UV-B辐射能够降低达乌里胡枝子的Car含量,且
Car含量随着UV-B辐射强度的增加而降低(图4)。
但随着辐射时间的延长,该植物类胡萝卜素含量变
化趋势不显著。经低剂量、高剂量 UV-B处理组组
间差异显著(P<0.05),组内变化不显著;紫外处理
12d后,T2 的Car含量极显著下降(P<0.01)。紫
外辐射处理结束后,各处理Car含量均呈上升趋势,
T1 和 T2 处理组的 Car含量较对照分别增加了
12.06%和65.24%。Car含量与花青素含量成显著
正相关(r=0.355,P<0.05),与叶绿素含量成极显
著正相关(r=0.639,P<0.01)(表1)。
图4 UV-B辐射对类胡萝卜素含量的影响
Fig.4 EffectsofUV-BradiationonCarcontent
图5 UV-B辐射对花青素含量的影响
Fig.5 EffectsofUV-Bradiationonanthocyanincontent
图6 UV-B辐射对丙二醛含量的影响
Fig.6 EffectsofUV-BradiationonMDAcontent
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草 地 学 报 第20卷
图7 UV-B辐射对超氧阴离子含量的影响
Fig.7 EffectsofUV-BradiationonO·-2 content
随着紫外辐射时间的延长,达乌里胡枝子的花
青素含量先升高后降低,去紫外后,花青素含量升高
(图5)。在紫外处理前9d,T1 的花青素含量高于
对照,且高辐射含量低于低辐射;此后,增强 UV-B
辐射使花青素含量低于CK,且高辐射含量高于低
辐射含量,但整个胁迫过程中,与对照相比,增强
UV-B辐射使花青素含量变化不显著;UV-B辐射
结束后,各处理组的花青素含量呈极显著上升(P<
0.01),与对照相比分别上升63.8%和116.7%。花
青素含量与叶绿素含量成显著正相关(r=0.249,
P<0.05)(表1)。
2.4 增强UV-B辐射对膜脂过氧化物的影响
随着 UV-B辐射时间的延长,达乌里胡枝子
MDA含量先升高后降低,在紫外处理6d时,各处
理组的MDA含量均达到峰值(图6)。与对照相比,
在开始辐射3d内,增加 UV-B辐射能够显著降低
MDA含量(P<0.05),3d后 MDA含量开始升高,
且 MDA含量随着辐射强度的增加而增加。处理3
d后,T1 与T2 组间差异不显著,处理6d时T2 与
CK组间差异也不显著。处理9d后,各处理组
MDA含量组内及组间变化仍不显著。紫外辐射结
束后,处理组及对照组的 MDA含量没有发生明显
变化(P>0.05)。MDA与超氧阴离子成显著正相
关(r=0.380,P<0.05)(表1)
在整个处理过程中,经 UV-B辐射的处理组的
O·-2 含量均高于对照组,且T2 的O·-2 含量均高于
T1,处理15d时,各处理组组间差异不显著,T2 的
O·-2 含量呈现先升高后降低的趋势,且在紫外辐射
3d时,O·-2 含量变化极显著(P<0.01),达到最高
水平(图7)。紫外辐射结束后,T1 和T2 的O·-2 含
量极显著升高(P<0.01),相对对照分别升高了
218%和210%。
2.5 不同UV-B辐射下达乌里胡枝子基于抗氧化
能力的综合评价
应用隶属函数法计算SOD,POD和CAT等10
个指标隶属函数值,对不同 UV-B辐射下的达乌里
胡枝子的抗氧化能力进行综合评价,其抗氧化能力
强弱依次为:CK>T1>T2,说明UV-B辐射极显著
的降低了达乌里胡枝子的抗氧化能力(P<0.01),
且其抗氧化能力随着UV-B辐射强度的增加而降低
(表2)。
表2 隶属函数法对达乌里胡枝子抗氧化能力的综合评价结果
Table2 ComprehensiveevaluationaboutUV-BtoleranceofLespedezadavuricabysubordinativefunction
项目Items SOD POD CAT APX AsA Car MDA O·-2 Anth Chl D值 Dvalue
CK 0.382 0.307 0.410 0.530 0.573 0.393 0.341 0.309 0.471 0.450 0.373
T1 0.319 0.621 0.296 0.478 0.227 0.342 0.237 0.469 0.684 0.537 0.345
T2 0.247 0.694 0.276 0.386 0.338 0.367 0.217 0.438 0.438 0.649 0.325
权重 0.134 0.066 0.187 0.052 0.074 0.045 0.182 0.104 0.055 0.036 /
注:D值为综合评价值
Note:Dvalue=Valueofcomprehensiveevaluation
3 讨论与结论
3.1 增强UV-B辐射对达乌里胡枝子抗氧化酶活
性的影响
植物遭受UV-B辐射后,体内有害产物会不断
积累甚至会导致DNA损伤,损坏碱基或使单链或
双链断裂,损伤膜磷脂,破坏蛋白质和其他各种形式
的化合物,因此,植物为保护自身免受活性氧自由基
的伤害,在体内形成一系列高效的抗氧化保护机制,
该机制包括能够清除ROS的酶系统和非酶系统。
酶系统包括SOD,POD,CAT和APX等;非酶系统
包括AsA,Car和谷胱甘肽等[32-34]。另外,抗氧化剂
活性形式的再生也需要一系列的酶,如脱氢抗坏血
酸还原酶和谷胱甘肽还原酶等[35]。
逆境下ROS的积累不但诱导了植物的防御反
应,而且对植物细胞造成了一定的伤害,SOD是需
424
第3期 郝文芳等:达乌里胡枝子抗氧化防御系统对增强UV-B辐射的动态响应
氧生物和耐氧生物体内清除超氧化物自由基的重要
酶,生成O2 和H2O2,生成的H2O2 可被CAT,POD
和APX分解,防止对机体直接或间接的损伤[36]。
UV-B辐射诱导的氧化胁迫及ROS的过量产生已
在拟南芥(Arabidopsisthaliana)[37]、大麦(Hor-
deumvulgare)[38]等植物中得到证实,本研究中
UV-B辐射使SOD活性低于对照,且随着辐射强度
的增加而降低,说明增强 UV-B辐射对达乌里胡枝
子造成伤害对抗氧化系统产生了影响,其原因可能
是由于辐射剂量的增大损伤核酸、生物膜、蛋白质等
生物大分子,SOD也是大分子,当紫外辐射剂量增
大时会使其活性下降[39]。增强 UV-B辐射能够降
低SOD活性,已在豌豆(Pisumsativum)[40]、向日
葵(Helianthusannuus)[41]、玉米(Zeamays)[13]等
植物中被证实,UV-B辐射对SOD活性的影响程度
因植物种的不同而不同。本研究结果表明,随着处
理时间的延长,SOD活性、POD活性先升高后降
低,其原因可能是SOD和POD是诱导酶,逆境因子
在诱导酶合成的同时,又破坏酶的结构,加速酶的分
解,胁迫初始,合成占优势,当胁迫超过一定的阙值
时,则破坏占优势[42]。紫外辐射处理结束3d后,
SOD活性仍呈下降趋势,而O·-2 含量却极显著上升
(P<0.01),其原因可能是超氧阴离子的大量产生
抑制了SOD活性或者SOD的生物合成未能随着
O·-2 产生而相应增加[43]。CAT和POD是植物细
胞内清除 H2O2 的主要酶。CAT,APX和POD活
性随着辐射强度的增加而降低。UV-B辐射降低
CAT活性,而使 APX和POD活性升高,特别是
POD活性变化极显著(P<0.01),这与Rao等[44]的
研究结果一致。相关性分析表明,SOD与 CAT,
APX成显著正相关(P<0.05),其原因可能是由于
抗氧化酶不仅直接受其作用底物的诱导,还受到其
非作用底物的交叉诱导,即 O·-2 不仅可以使SOD
活性上升,也可以使CAT和APX活性上升[42]。
3.2 增强UV-B辐射对达乌里胡枝子抗氧化剂含
量的影响
在植物抗氧化保护系统中,除了酶系统起重要
的作用外,非酶系统也同样具有重要作用,通过与
ROS直接作用而清除ROS。抗坏血酸通过抗坏血
酸过氧化物酶的作用能够清除体内 ROS,如:
·OH,O·-2 以及 H2O2 等[45-48]。抗坏血酸可直接
与O·-2 反应,可迅速猝灭O·-2 ,并以很高的反应速
率与·OH反应,还通过抗坏血酸-谷胱甘肽循环
清除 H2O2[39]。本研究中,UV-B辐射增加了抗坏
血酸含量(图3),Haliwel[47]关于抗坏血酸的相关
研究也得到相似结论。类胡萝卜素是植物细胞中主
要的脂溶性抗氧化剂之一,可淬灭单线态氧、清除自
由基、阻断脂质过氧化链式反应,从而抑制体内的脂
质过氧化反应[49]。经相关性分析表明Car含量与
叶绿素含量成极显著正相关(P<0.01),在本研究
的整个处理过程中,紫外辐射降低了类胡萝卜素的
含量(图4),促进其分解,间接或直接引起叶绿素含
量的下降(图1),在研究过程中经 UV-B辐射处理
的达乌里胡枝子叶出现不同程度的伤斑,可能与类
胡萝卜素含量的降低有关,也可能是由于植物光合
器官器质发生破坏导致其被动降解[50]。本研究结
果显示,UV-B辐射使花青素含量先升高后降低(图
5),与Balakumar[51]等关于 UV-B辐射对番茄(So-
lanumlycopersicum)中花青素含量影响的研究结
果相似。
3.3 增强UV-B辐射对达乌里胡枝子膜脂过氧化
物的影响
膜脂过氧化与植物体内活性氧的产生及抗氧化
系统的酶促和非酶促反应对活性氧清除的动态平衡
密切相关,自由基具有强烈的氧化作用,它们对不饱
和脂肪酸氧化或过氧化,生成脂质过氧化物,并降解
成 MDA[52]。MDA是一个可信赖的组织自由基形
成指示剂,能很好地量度自由基的伤害[53]。处理6
d内,UV-B辐射使 MDA含量降低(图6),而在此
辐射时间内POD和APX活性极显著升高,其原因
可能是在此UV-B辐射期间这2种酶发挥了相对重
要的清除自由基作用,进而导致 MDA含量较低。
处理9d后,经 UV-B辐射后的 MDA含量略低于
对照且呈下降趋势,同时在此处理时间内,O·-2 含
量也呈现下降趋势(图7)。SOD与 O·-2 和 MDA
成极显著负相关(P<0.01),SOD活性的降低导致
O·-2 含量的大量积累,O·-2 含量与 MDA成显著正
相关(P<0.05),即随着O·-2 含量的升高 MDA含
量增大。
总之,增强UV-B辐射能够诱导达乌里胡枝子
体内抗氧化防御机制的相关反应,整个处理过程中
达乌里胡枝子的抗氧化酶、抗氧化剂以及 MDA等
指标的动态变化都表明增强UV-B辐射对达乌里胡
枝子的抗氧化系统及膜脂过氧化作用具有明显的影
响。UV-B辐射下植物的抗氧化能力是整个保护系
统协同综合作用的结果,为研究 UV-B辐射对达乌
524
草 地 学 报 第20卷
里胡枝子抗氧化能力的影响,本研究采用隶属函数
法综合评价达乌里胡枝子的抗氧化能力。从抗氧化
能力综合评价结果来看,增加 UV-B辐射降低了该
种的抗氧化能力,且随着辐射强度的增加其抗氧化
能力降低,高剂量的 UV-B辐射极显著的破坏了其
抗氧化能力,低剂量 UV-B辐射对该种的抗氧化能
力无显著影响,本结果为研究达乌里胡枝子的抗氧
化防御机制提供了一定的理论依据。
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(责任编辑 刘云霞)
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