全 文 ：第 17 卷
第 2 期

Vol. 17
No . 2
草
地
学
报
ACTA AGRESTIA SINICA



2009 年
3 月

Mar .

2009
遮荫对高羊茅和沿阶草生活力及抗氧化酶体系的影响
马鲁沂, 孙小玲, 郝
俊,周
禾*
(中国农业大学动物科技学院草业科学系, 北京
100193)
摘要:在夏季强光照条件下, 通过对高羊茅(F estuca arundinacea Schreb. )和沿阶草( Op hiop ogon j aponicus ( L . f. )
Ker
Gaw l. )进行遮荫处理后测定其生活力及抗氧化酶体系中主要酶的活性,研究遮荫对不同耐荫性草坪地被植物
生理生化过程的影响。试验发现: 78%遮荫处理对高羊茅和沿阶草都会造成胁迫, 高羊茅受害更明显, 生活力显著
下降 ,酶系统活力降低, 质膜受损; 41%遮荫处理对高羊茅不会造成明显伤害 ,对沿阶草则是适合的生长条件,生活
力、酶系统活力有显著提高。研究结果表明: 遮荫胁迫下不同耐荫性草坪地被植物体内抗氧化酶活性变化有较大
差异 ,且直接影响到植株的生活力; 抗氧化酶活性与植物耐荫性可能关系密切, 不同耐荫性草坪地被植物可能存在
不同的抗氧化机制。
关键词:高羊茅; 沿阶草;遮荫; 抗氧化系统
中图分类号: Q947. 8; Q948. 112. 1




文献标识码: A




文章编号: 1007
0435( 2009) 02
0187
06
Effect of Shade on Vitality and Activity of Antioxidant Enzymes in Festuca
arundinacea Schreb. and Ophiopogon j aponicus ( L. f . ) Ker
Gawl.
MA Lu
yi, SUN Xiao
ling, HAO Jun, ZHOU He*
( Departmen t of Grassland Science, Col lag e of Animal Science and Techn ology, Chin a Agricul tu ral Un iversity, Beijin g 100193, China)
Abstract: The effect o f shade on the physiolo gical and biochemical pro cess of differ ent shade
tolerant gras

ses, Festuca arund inacea Schreb. and Ophiopogon j aponicus ( L . f. ) Ker
Gaw l. , w as studied through
measurements of plant v iability and the act iv ity of ant iox idant enzyme system under st rong sunlight condi

t ion in summer. The results show that 78% shading caused the physio logical st ress to both, how ever, F.
ar undinacea suf fered more sever e damages as the plant viability dropped dramat ically, the act iv ity o f an

t iox idant enzyme system decreased, and membrane w as damaged. On the contrary, 41% shading didn
t
produce any remar kable harm to F. ar undinacea and w as the suitable gr ow ing condition for O. j aponicus
as the plant v iability and the act ivity of ant iox idant enzyme system improved signif icantly . Mo reover , the
results indicate that there could be a relat ively larg e difference in the activity change o f ant io xidant enzyme
system among dif ferent tur f grasses, w hich direct ly impacts the viability of plant, and div erse ant i
ox ida

t ive mechanisms ex ist among species of shade
tolerant g rasses.
Key words: Festuca arund inacea Schreb. ; Ophiopogon j ap onicus ( L. f . ) Ker
Gaw l. ; Shade; Ant io xidant
enzyme system


光照是影响植物生长发育的重要环境因素, 其
影响植物代谢的途径之一是通过影响叶片的光合作
用而介入细胞的氧代谢活动。光是自由基产生的重
要诱因,而自由基的迅速累积会造成质膜受损,抗氧
化酶体系能清除自由基保护膜系统,所以抗氧化酶
体系和植物抗逆性关系密切, 成为近年国内外研究
的热点。国内研究光照强度对抗氧化酶体系影响的
工作已逐渐开展, 李美茹等的研究表明植物抗氧化
代谢皆具有随光强变化而进行调整的特征[ 1] ,周兴
元对假俭草 ( Er emochloa ophiuroides ( Munro )
Hack)的研究、芦站根等对曼地亚红豆杉 ( L axus
M alrel )的研究都证明遮荫会显著降低这些植物抗
氧化酶的活性 [ 2, 3] , 蒲高斌等报道不同光质对番茄
( L y cop er sicon esculentum)幼苗抗氧化酶活性的影
收稿日期: 2008
10
06;修回日期: 2009
01
09
基金项目:国家科技支撑计划课题( 2006BAD16B09)
作者简介:马鲁沂( 1984
) ,男(汉族) ,四川人,硕士研究生,研究方向为草坪草耐荫性, E
mail : pon ycool@ gm ail . com; * 通讯作者 Auth or
for correspondence, E
mail : z houhe@ cau . edu. cn
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响差异显著[ 4] , 这些研究都表明低光强和绿蓝光会
降低植物叶片抗氧化能力。而国内对于北方地区最
为常用的草坪地被植物高羊茅( Festuca ar undina

cea Schreb. )和沿阶草( Ophiop ogon j aponicus ( L .
f. ) Ker
Gaw l. )的研究, 目前报道主要集中在叶片
色素含量变化[ 5] 以及光合作用生化过程[ 6] 影响等方
面,而对光强影响抗氧化酶体系研究的报道较少。
本文以高羊茅和沿阶草为材料, 研究叶片内抗氧化
系统成分在不同遮荫条件下的持续变化情况, 探讨
这两种植物抗氧化物质和抗氧化酶对外界光照条件
变化的响应过程与差异, 以深入了解抗氧化系统在
草坪地被植物适应荫蔽环境中的变化规律, 为进一
步开展植物耐荫调控机理研究及耐荫品种的选育提
供参考。
1
材料与方法
1. 1
试验材料
试验采用的高羊茅品种是从克劳沃公司购入的
爱瑞 3号( Arid 3) , 沿阶草是从北京药用植物园移
栽的北京地区种植多年从南方引进的乡土品种。
1. 2
试验设计
试验设 40%和 80%两个遮荫梯度,遮荫棚采用
聚烯烃树脂单层 40%遮荫网搭建[ 7] , 用便携式光量
子测定仪测定光照强度分别为: 对照 920
mo l

m
- 2
s- 1 , 40% 遮荫处理 546
mol
m- 2
s- 1 ,
80%遮荫处理 208
mol
m - 2
s- 1 ,实际遮荫效果
为 41%和 78%。2008年 3月下旬进行高羊茅播种
和沿阶草分盆移栽, 使用直径 15 cm 的塑料花盆
120个, 种植高羊茅和沿阶草各 60 盆, 基质采用
85%沙与 15%草木灰混合, 全程仅使用标准营养液
提供养分, 栽培 70 d。2008年 6月上旬开始进行遮
荫处理,其中遮荫 41%处理、遮荫 78%处理、对照各
20盆,对照不进行遮荫处理,暴露在全光照条件下。
每周固定时间分别从每种处理(包括对照)每盆采取
少量样本混合后超低温冰箱( - 60
)保存, 进行数
据测定,总计处理 6周。
1. 3
测定方法
丙二醛( MDA)含量的测定 采用硫代巴比妥酸
( TBA)显色法 [ 8]。
根系活力的测定 采用氯化三苯基四氮唑
( TT C)染色法[ 8] 。
叶片可溶性蛋白含量测定 采用考马斯亮蓝还
原法[ 9]。
超氧化物歧化酶( SOD)活性的测定 采用氮蓝
四唑( NBT)光还原法[ 10] 。依据 SOD抑制 NBT 在
光下的还原作用来确定酶活性的大小。以抑制
NBT 光还原 50%作为 1个酶单位( U ) ;酶活性以 U

mg- 1蛋白表示。
过氧化物酶( POD)活性的测定 采用邻甲基苯
酚(愈创木酚)自氧化法[ 11]。依据有 H 2O 2 存在时,
POD能使愈创木酚氧化生成茶褐色物质, 用比色法
测定。以每分钟 A470 增加 0. 01 为 1 个酶单位
( U ) ;酶活性以 U
mg- 1蛋白表示。
过氧化氢酶( CAT )活性的测定 采用高锰酸钾
滴定法[ 11] 。依据 CA T 能催化过氧化氢分解为水和
分子氧,用标准高锰酸钾溶液(在酸性条件下)滴定
多余的过氧化氢, 即可求出消耗的 H 2O 2的量。
1. 4
数据分析
数据分析采用 MS Office 2003 Excel和 SPSS
15. 0数据处理平台。
2
结果与分析
2. 1
遮荫胁迫对高羊茅与沿阶草叶片丙二醛
(MDA)含量的影响
MDA 是细胞膜脂过氧化的产物, 测定它的含
量有助于判断细胞膜受伤害的程度以反映抗氧化酶
体系对细胞膜所起保护作用的大小。在前 2周高羊
茅 2个处理的叶片 MDA含量均有所上升,但从第3
周开始遮荫 41% 处理的 MDA 含量降低并接近对
照, 整个试验期均值与对照差异不显著, 而遮荫
78%处理的 MDA 含量则持续上升, 第 6周时已较
对照高出 33% (图 1) , 说明高羊茅能忍受一定的遮
荫胁迫并逐渐适应, 当遮荫强度过大时植株开始受
到伤害, 细胞膜受损程度持续增加。沿阶草遮荫
41%处理的 MDA 含量略有下降,整个试验期均值
低于对照 19% (图 2) , 但遮荫 78% 处理保持平稳,
与对照差异不显著, 说明沿阶草对遮荫具有很强的
适应能力,两个处理均未能对其造成明显影响, 且遮
荫 41%处理还有利其生长。
2. 2
遮荫胁迫对高羊茅与沿阶草根系活力的影响
植物地上部分受到胁迫会影响根系的活力,根
系的生长发育状况又会直接影响植物个体的生命活
动。高羊茅遮荫 78%处理根系活力迅速下降, 在 4
周后趋于平稳(图 3) ,均值低于对照 48%,遮荫 41%
188
第 2期 马鲁沂等:遮荫对高羊茅和沿阶草生活力及抗氧化酶体系的影响
处理的根系活力比对照稍高, 整个试验期均值与对
照差异显著( P< 0. 05)。由此可见 78%遮荫降低了
高羊茅植株的生活力,但还没有达到致死量, 使根系
活力维持在低水平, 而 41%遮荫可能由于降低了土
温,减少了土表水分散失,有利于根系的生长。沿阶
草两个处理的根系活力均明显增长, 在 4到 5 周后
趋于平稳(图 4) , 两个处理整个试验期均值差异不
显著。两种植物根系活力的变化趋势与叶片丙二醛
含量的变化正好相反, 说明根系活力和丙二醛含量
是两个关系紧密的指标。
2. 3
遮荫胁迫对高羊茅与沿阶草叶片可溶性蛋白
含量的影响
植物体内的可溶性蛋白质大多数是参与各种代
谢的酶类,测其含量是了解植物体总代谢和酶活性
的一个重要指标。高羊茅遮荫 78%处理的叶片可
溶性蛋白含量呈梯度下降(图5) , 第6周时已低于
对照 44%。遮荫 41%处理整个试验期与对照差异
不显著。由此可见 41%遮荫处理不会对高羊茅植
株的代谢体系造成较大影响而 78%遮荫处理使酶
活力下降,总代谢能力降低,植株生活力下降。41%
遮荫处理有利于沿阶草的生长,遮荫 41%处理的叶
片可溶性蛋白含量在前 3周快速增长, 之后趋于稳
定,均值高于对照 19%。而遮荫 78%处理则先升后
降,但下降幅度不大(图 6) , 整个试验期均值与对照
差异不显著。上述结果说明 78%遮荫处理虽然不
能对沿阶草造成伤害(丙二醛含量、根系活力) , 但并
不是其最适合的生长条件。
2. 4
遮荫胁迫对高羊茅与沿阶草超氧化物歧化酶
( SOD)活性的影响
SOD是重要的自由基清除酶, 保护膜系统不受
伤害。高羊茅遮荫 78%处理前 2 周超氧化物歧化
酶活性比对照上升了13% , 之后即快速回落。遮荫
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41%处理则较对照均值稍高并保持平稳(图 7) , 整
个试验期均值与对照差异显著( P< 0. 05) , 说明在
78%遮荫处理下高羊茅 SOD活性迅速上升以消除
过剩的自由基, 减缓膜脂过氧化作用。但随着胁迫
时间的延长自由基大量累积超出防御能力, 膜系统
开始受损, SOD活性也随之下降。沿阶草遮荫 41%
处理前 2 周较对照上升 5% 后保持平稳, 而遮荫
78%处理前 3周较对照上升 7%后开始缓慢下降,
可见 78%遮荫对沿阶草质膜系统仍会造成轻度损
伤(图 8)。
2. 5
遮荫胁迫对高羊茅与沿阶草过氧化物酶
( POD)活性的影响
在植物消除体内自由基伤害过程中, POD在第
二步反应起关键作用,将 SOD从氧自由基转化成的
H 2O 2 进一步分解, 消除 H 2O2 对细胞的毒害作用。
高羊茅遮荫 78%处理前 2周 POD活性相比对照上
升了 18% , 3周后迅速回落(图 9) ; 遮荫 41%处理无
明显变化, 整个试验期均值与对照差异不显著。
78%遮荫处理下高羊茅 POD活性的变化与 SOD保
持一致,说明这两个酶在清除氧自由基的反应中可
能存在密切的关系。而沿阶草两个处理 POD活性
维持在稍高于对照的水平(图 10) , 均值分别高出对
照 5%和 9% ,与对照差异不显著。推测原因可能在
于沿阶草较强的耐荫能力并没有造成大量自由基的
累积, 而 SOD活性的增加已清除大部分自由基, 剩
余转化来的 H 2O 2 仅稍高于正常水平,故 POD 活性
没有大幅度上升。同时也不排除两种抗氧化酶对遮
荫敏感性差异的可能性, 确切结果需要后续实验的
支持。
190
第 2期 马鲁沂等:遮荫对高羊茅和沿阶草生活力及抗氧化酶体系的影响
2. 6
遮荫胁迫对高羊茅与沿阶草过氧化氢酶
(CAT)活性的影响
CAT 主要存在于植物的微体中, 此酶和 POD
一起作为 H 2O 2 解毒剂,此外还与生长素、NADH、
NADPH 的氧化作用有关。高羊茅遮荫 78% 处理
在前 2周 CAT 活性与对照保持一致, 3周以后开始
明显逐级降低, 第 6 周时已低于对照 26%。遮荫
41%处理整个试验期均值低于对照 9%(图 11)。上
述结果表明 78%遮荫处理所累积的自由基在超出
防御能力后开始破坏质膜系统, 导致整个酶体系的
活性大幅降低。而遮荫 41%处理 CAT 活性处在较
低水平原因在于 CAT 是与植物抗性密切相关的
酶, 41%遮荫处理虽对高羊茅植株生长影响不大。
沿阶草遮荫 41%处理在前 2周 CAT 活性迅速较对
照升高 8%并保持稳定;遮荫 78%处理则变化不明
显(图 12) , 整个试验期均值与对照差异不显著, 说
明 41%遮荫处理是沿阶草适宜的生长环境。
3
讨论与结论
3. 1
试验结果表明, 78%遮荫处理, 对于喜光植物
高羊茅和半喜阴植物沿阶草都会造成胁迫。高羊茅
受害更明显,生活力显著下降, 酶系统活力降低, 质
膜受损,沿阶草则所受影响不大,仅出现新陈代谢能
力降低的情况(可溶性蛋白含量)。而 41%遮荫处
理对高羊茅不会造成明显伤害, 说明高羊茅具有一
定的耐荫能力, 这与张利等[ 12] 研究叶绿素含量、韩
烈保等[ 13] 研究成坪时间、返青期得到的结论基本一
致。对于沿阶草轻度的遮荫环境则是其适合的生长
条件,生活力、酶系统活力有显著提高,其 MDA 含
量变化说明沿阶草尽管有热耗散和活性氧清除酶系
统等光保护机制的存在, 在强光、高温条件下,长期
的光抑制仍可引起全光下叶片的膜脂过氧化,本研
究表明在适度的遮荫处理下沿阶草生长发育更好。
高羊茅与沿阶草抗氧化酶体系对不同光照强度的响
191
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应直接反映在植株生活力的差异上,造成这种差异
的原因作者认为可能有以下几点: ( 1)两种植物遗传
特征、光调控基因表达以及酶蛋白合成能力的不同
导致了其抗氧化酶活性对光照强度变化的响应不
同,沿阶草保持抗氧化酶高活性的能力显著强于高
羊茅。( 2) CA T 与 NADPH 的氧化作用有关, CAT
活性的减弱会降低 NADPH 再生 NADP + 的能力,
导致电子传递链的失衡, 从而将电子泄露给氧,使活
性氧的产量增加。( 3)实验结果表明 SOD的变化速
度明显滞后于 POD与 CAT ,前面提到 SOD能够催
化超氧物阴离子自由基成为 H 2O 2 ,而 H 2O 2 可以产
生氧化能力极强的羟自由基 ( OH ) 和单线态氧
(
O 2 ) ,但由于 POD与 CAT 的活性已先于 SOD 下
降,无法及时清除这些自由基,使质膜受到更大的伤
害[ 14]。MDA直线上升。由此可见, 能否保持抗氧
化酶高活性对于植物忍受遮荫引起的光照不足造成
损害的能力具有重要的意义。
3. 2
MDA 的积累在一定程度上反映植株体内自
由基的活动状态, M DA 含量高, 自由基亦可能是高
水平的[ 15]。试验结果也表明抗氧化酶活性变化与
MDA 含量、根系活力、可溶性蛋白含量关系密切,
当酶活性降低时都伴随着 MDA 的增加, 根系活力
与可溶性蛋白含量的降低。沿阶草对照整个试验期
SOD活性波动较大,原因可能在于过强的光照对半
喜阴植物沿阶草的新陈代谢会产生抑制作用, 试验
期中强光照天数较多的周( 2周、5周) SOD 活性出
现了下降,这可能有利于防止高光强下的光氧化损
伤[ 16] , 而作为植物的适应性保护策略。沿阶草遮荫
41%处理的SOD、POD活性稍有上升后出现小幅回
落并保持稳定, 骤然的环境改变触发了植株的抗氧
化防御系统可能是导致其活性上升的一个重要原
因,但由于新的环境因素更适合生长,自由基积累量
减少,抗氧化酶活性回到适宜水平。
3. 3
遮荫导致光照不足,自由基累积加快使细胞膜
系统受损。而植株体内有一套完善的抗氧化防御系
统,该系统有清除自由基的能力,自由基累积加快时
该系统会迅速提高活力保护质膜,但当所累积的自
由基在超出防御能力后开始破坏质膜系统, 导致整
个酶体系的活性大幅降低。这种先升后降的趋势与
孟祥海等 [ 7]对半夏( Rhiz oma p inel l iae )叶片遮荫处
理后测定的抗氧化酶变化规律一致, 可见其在植物
中存在普遍性。从试验结果可以看出, 该酶体系活
性的高低直接影响整个植株的生活力, 所以对于耐
荫品种的选育,抗氧化酶体系的作用不容忽视。
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