全 文 ：武汉植物学研究 2002, 20 (5) : 395～ 398
J ourna l of W uhan B otan ica l Resea rch
淹水胁迫下对烟草、油菜某些生理指标的比较研究Ξ
钟雪花1　杨万年1, 2　吕应堂1ΞΞ
(1. 武汉大学植物发育生物学教育部重点实验室, 武汉　430072; 2. 华中师范大学生命科学学院, 武汉　430079)
摘　要: 在淹水胁迫下, 对烟草、油菜叶片光呼吸酶乙醇酸氧化酶 (GO )、羟基丙酮酸还原酶 (H PR )、过氧化氢酶
(CA T )、呼吸速率、超氧化物歧化酶 (SOD )及丙二醛 (M DA )含量进行了研究。实验结果表明: 淹水胁迫下, 烟草、油
菜叶片光呼吸途径中 H PR、GO、CA T 酶活性升高, 呼吸作用加强, 并且耐淹能力强的油菜品种中油 821 增加幅度
大于耐淹能力弱的烟草品种 SR I; 淹水胁迫使植物体内 SOD 活性升高, 但在淹水胁迫后期, 油菜体内 SOD 活性开
始下降; 淹水胁迫下, 烟草、油菜叶片中M DA 含量升高。
关键词: 淹水; 烟草; 油菜; 生理指标
　　中图分类号: Q 945　　　　　文献标识码: A 　　　　　文章编号: 10002470X (2002) 0520395204
Com parative Research on Som e Physiolog ica l Character ist ics of
Tobacco and Rape under Flood ing Stress
ZHON G Xue2H ua1, YAN G W an2N ian1, 2, LU¨ Y ing2T ang13 3
(1. K ey L abora tory of M O E f or P lan t D evelopm en ta l B iology , W uhan U niversity , W uhan, 　430072, Ch ina;
2. D ep artm en t of biology , Cen tra l Ch ina N orm a l U n iversity , W uhan　430079, Ch ina)
Abstract: V aria t ion of act ivit ies of hydroxypyruvate reductase (H PR ) , g lyco la te ox idase (GO ) ,
ca ta lase (CA T ) , SOD and to ta l resp ira to ry ra te and M DA con ten t under f looding stress w ere stu2
died in leaves of tobacco and rape. T he resu lts show ed that the pho to resp ira to ry enzym es of bo th
p lan ts w ere increased w ith the p ro longed flooding t im e. W h ile these enzym es in rape w ere sign if i2
can t ly h igher than tho se of tobacco. T he act ivit ies of SOD in bo th p lan ts w ere increased after tw o
days of f looding trea tm en t, w h ile the act ivity of SOD in rape w as decreased sligh t ly in the la ter
stage of f looding stress. T he con ten t of M DA in bo th p lan ts w ere increased under f looding
stress.
Key words: F looding stress; N icotine tobacum ; B rassica nap us; Physio logica l characterist ics
　　土壤淹水或过湿是一种十分常见的自然环境。
根据联合国粮农组织和国际土壤协会绘制的世界地
图估算, 全球约有 12% 的土地处于常年过湿状
态[1 ]。淹水胁迫常常影响植物生长发育, 过多的水分
阻碍了植物与大气环境间的气体交换, 造成植物受
淹组织缺氧。由于高等植物均为需氧生物, 必须从环
境中获取氧气, 以维持其正常的生理代谢及生长发
育[2 ]。因此, 淹水胁迫往往会导致作物严重减产。在
长期的进化过程中, 一些植物如水稻、油菜等已经演
化出了一套适应机制和策略。而另外一些重要农作
物如烟草、小麦、玉米等对淹水非常敏感, 缺乏有效
的耐淹防御机制。因此, 阐明淹水对植物生长发育造
成危害的根本原因以及植物相应的耐淹机制, 对于
发展农业生产具有十分重要的现实意义。笔者在本ΞΞΞ 通讯作者。收稿日期: 2002201231, 修回日期: 2002204210。基金项目: 国家自然科学基金 (N o. 30170095)和武汉大学植物发育生物学教育部重点实验室开放课题资助。　　　作者简介: 钟雪花 (1977- ) , 女, 浙江温岭人, 硕士研究生, 现从事植物分子发育生物学及相关的生理学研究。
文中初步探讨了淹水胁迫对耐淹涝植物油菜及淹涝
敏感植物烟草的某些生理特性的影响。
1　材料和方法
1. 1　实验材料
烟草 (N icotine tobacum cv. SR I) 由本实验室提
供, 油菜 (B rassica nap us cv. Zhongyou821) 从湖北
省种子公司所购。
1. 2　材料培养
烟草、油菜种子经 70% 乙醇灭菌 1 m in 后, 烟
草用 10% N aC lO 处理 15 m in, 油菜用 011% H gC l2
处理 15 m in, 分别用无菌水清洗 5 次, 将种子铺于
培养基[3 ]上 (1ö2 M S, 3% 蔗糖, 016%～ 017% 琼脂
粉, pH 517～ 518) , 于光照培养箱 (25±2)℃, 光周
期为 14 h 光照ö10 h 黑暗生长。选取发芽一致的幼
苗, 单棵种植于盆钵中, 于 14 h 光照öd 的人工气候
室中培养, 温室温度控制在 (25±2)℃, 相对湿度控
制在 70% , 光强为 1 200～ 1 500 Λmo lõm - 2õs- 1。
1. 3　淹水处理
待烟草、油菜长至十叶龄时, 选取生长健壮且均
匀一致的植株, 放置于体积较大的盆钵中, 用自然水
淹没土壤表面 30～ 40 mm 处, 随时添加水, 以保证
水位的一致。每一个处理重复 3～ 4 次。
1. 4　生理指标的测定
过氧化氢酶 (CA T ) 活性用紫外吸收法测定[4 ] ,
呼吸速率用瓦斯呼吸仪测定[5 ] , 超氧化物歧化酶
(SOD ) 用氮蓝四唑 ( NBT ) 光还原法测定[6 ] , 丙二醛
(M DA )含量用硫代巴比妥酸 (TBA ) 法测定[7 ] , 羟基
丙酮酸还原酶 (H PR ) 活性参考文献[8 ]进行测定, 乙
醇酸氧化酶 (GO )活性按文献[ 9 ]测定。
2　结果
2. 1　淹水胁迫下烟草、油菜的表型
烟草在淹水胁迫 1 d 时, 形态上与未淹水时无
明显区别; 淹水 2 d 后, 最下面 4 片叶子开始出现萎
蔫; 淹水 3 d 后, 除了最上面 2 片新叶以外, 其它叶
片出现不同程度的萎蔫, 并且下面的叶片开始泛黄;
水淹 5 d 后, 除了新叶以外, 整个植株均呈现大面积
的萎蔫, 叶片皱干且普遍泛黄; 水淹 8 d 后, 烟草整
个植株趋于枯死。而油菜在淹水 5 d 后, 最下面的 2
片叶片开始泛黄, 但并没有萎蔫, 整个植株仍保持正
常表型; 淹水 8 d 后, 除了出现典型的淹水适应症
——叶片的偏上生长以外, 油菜仍进行正常生长。
2. 2　淹水胁迫下烟草、油菜叶片光呼吸酶活性的变
化
由表 1、表 2 可见: 经淹水处理的烟草、油菜叶
片中羟基丙酮酸还原酶 (H PR )、乙醇酸氧化酶
(GO )、过氧化氢酶 (CA T ) 活性均有不同程度的上
升, 但是油菜叶片中光呼吸酶活性的增加幅度大于
烟草, 表现出耐淹能力强的物种在淹水逆境下光呼
吸作用强于耐淹能力弱的物种。
表 1　淹水胁迫对烟草叶片中光呼吸酶的影响 (nmo lõm in - 1õm g- 1 FW )
T able 1　 Influence of flooding stress on activit ies of pho to resp ira to ry enzym es in tobacco
酶
Enzym e 0 1 d 2 d 3 d 4 d 5 d
H PR 　86. 3±2. 45 　94. 8±3. 28 　96. 4±1. 86 　96. 6±4. 25 　97. 5±3. 24 　97. 3±2. 68
GO 　0. 84±0. 24 　1. 25±0. 15 　1. 32±0. 21 　1. 30±0. 16 　1. 35±0. 20 　1. 29±0. 12
CA T 3 045. 8±25. 1 3 576. 4±35. 3 3 601. 5±26. 5 3 603. 2±45. 6 3 628. 3±34. 9 3 616. 4±38. 2
表 2　淹水胁迫对油菜叶片中光呼吸酶的影响 (nmo lõm in - 1õm g- 1 FW )
T able 2　 Influence of flooding stress on activit ies of pho to resp ira to ry enzym es in rape
酶
Enzym e 0 1 d 2 d 3 d 4 d 5 d
H PR 　85. 6±3. 56 　96. 8±2. 86 　103. 5±4. 53 　107. 4±5. 23 　109. 5±4. 68 　105. 6±5. 26
GO 　0. 87±0. 15 　1. 28 ±0. 24 　1. 42 ±0. 19 　1. 53±0. 28 　1. 59±0. 34 　1. 62±0. 27
CA T 3 039. 2±34. 2 3 580. 0 ±45. 1 3 769. 3±36. 8 3 845. 7±45. 7 3 928. 1±25. 4 3 824±18. 9
2. 3　淹水胁迫对烟草、油菜叶片呼吸速率的影响
从图 1 可以看出, 烟草及油菜在淹涝初期, 呼吸
速率迅速升高, 烟草在第 1 d 时呼吸速率增加了
3018% , 油菜增加了 5319% ; 在淹水第 2 d 及第 3 d
693 武 汉 植 物 学 研 究　　　　　　　　　　　　　　　　 　第 20 卷　　
后, 两种植物呼吸均呈现减弱的趋势; 在淹水 3 d
后, 烟草仍保持较高的呼吸速率, 而此时, 油菜则基
本上已恢复到原先的水平。
图 1　淹水胁迫对烟草、油菜叶片呼吸速率的影响
F ig11　 Influence of flooding stress on the
to ta l resp ira to ry rate
2. 4　淹水胁迫对烟草、油菜保护酶 SOD 酶活性的
影响
从图 2 可以看出, 淹水胁迫初期, 烟草、油菜体
内的 SOD 酶活性迅速升高。在淹涝 2 d 时烟草的
SOD 酶活性是未淹水的 1155 倍, 油菜的 SOD 酶活
性是对照的 1195 倍; 随着淹水时间的延长, 烟草的
SOD 酶活性继续缓慢增强, 而油菜 SOD 酶活性在
达到最强后, 开始呈现下降趋势, 在淹水 5 d 后, 基
本上恢复到原先的水平。
图 2　淹水胁迫对烟草、油菜保护酶超氧化物
歧化酶活性的影响
F ig12　 Influence of flooding stress on activity of SOD
2. 5　淹水胁迫对烟草、油菜叶片中MDA 含量的影
响
由图 3 可见, 淹水胁迫导致烟草、油菜叶片细胞
膜脂过氧化作用, 其氧化产物M DA 含量随着处理
时间增加而增多, 烟草、油菜的M DA 含量随着淹
水胁迫时间的增加而增多, 其中以烟草上升幅度较
为明显, 在整个淹水胁迫过程中, 油菜叶片中M DA
含量比烟草低。
图 3　淹水胁迫对烟草、油菜叶片中MDA 含量的影响
F ig13　 Influence of flooding stress on con ten t of M DA
3　讨论
对于光呼吸作用存在两种不同的观点: 有些科
学家认为光呼吸是一种耗能过程, 而另一些学者则
认为通过光呼吸作用可耗散过剩的能量[10 ]。从表 1、
表 2 结果看出, 光呼吸途径中关键酶 GO、H PR、
CA T 酶活性在淹水胁迫下升高, 表明光呼吸过程加
强; 但是耐淹能力强的油菜品种中油 821 增加幅度
大于耐淹能力弱的烟草品种 SR I, 表明中油 821 的
耐涝性在一定程度上通过光呼吸途径进行。光呼吸
作为光保护功能的观点起始于 To lbert [11 ] , 并且这
种观点得到 Pow les S B 等学者的支持[12, 13 ]。在进一
步研究后, To lbert 认为在水分胁迫下光呼吸具有特
殊的防止光抑制作用, 以及通过CO 2 循环有效耗散
过剩能量, 推动循环, 使植物免遭光氧化, 从而保护
植物在逆境下的光抑制, 是植物抵抗逆境的一种有
效手段。
从图 1 可以看出, 在淹水逆境下, 烟草及油菜
在淹涝初期, 呼吸速率迅速升高, 淹水 3 d 后, 烟草
仍保持较高的呼吸速率, 而此时, 油菜则基本上已恢
复到原先水平。这可能是植物本身对外界环境胁迫
的一种应激反应。植物体内也与动物一样存在一套
维持自身正常生长、发育的防御系统, 当受到外界环
境刺激时, 植物立即启动其体内的防御机制。呼吸作
用作为植物重要的代谢过程对环境胁迫也有其相应
的变化, 在胁迫初期, 烟草、油菜为了自身的存活, 呼
吸速率增加, 随着胁迫程度的加深, 体内的其他防御
系统都相应地被调动起来, 由于呼吸作用过强对植
物本身来说并非有利, 该作用过多地消耗了体内的
能量和物质, 因此在深度胁迫后, 烟草、油菜的呼吸
793　第 5 期　　　　　　　　　　　钟雪花等: 淹水胁迫下对烟草、油菜某些生理指标的比较研究
速率开始下降。
植物体内存在一些能清除活性氧的酶系和抗氧
化物质组分如 SOD、POD 等, 他们构成了生物体的
保护酶系统, 并能协同作用抵抗外界环境胁迫。从图
2 可见, 在淹水胁迫整个过程中, 烟草叶片 SOD 活
性升高, 而油菜则表现出不同的酶活性变化。在淹水
胁迫后期, 油菜叶片 SOD 活性开始显著下降。可能
此时油菜对淹水胁迫已经产生了适应性, 各种防御
系统被调动起来, 不再产生活性氧自由基, 因此, 也
不需要过多的 SOD 酶加以清除。
淹水逆境导致植物叶片膜脂过氧化作用增强,
其主要氧化产物丙二醛含量增加, 且耐淹能力强的
油菜品种中油 821 增加幅度小于耐淹能力弱的烟草
品种 SR I。这是由于淹水胁迫使植物体内产生大量
的氧自由基, 从而启动植物体内的膜脂过氧化作用,
导致M DA 含量增多。油菜在淹水后期M DA 增加
没有烟草明显, 可能原因是油菜在淹水后期已基本
上适应了这一逆境胁迫, 体内氧自由基减少, 不需要
启动过多的膜脂过氧化作用, 因此, 其M DA 的含量
也相应的比烟草低。M DA 的产生作为叶片衰老的
标志, 是衡量不同植物物种或品种耐淹水能力强弱
的指标之一, 本实验结果与此相符合。
关于植物抗淹水机制的研究, 有助于培育新的
耐淹抗涝的作物, 这对我国目前大力发展农业生产
具有重要的实践意义。
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893 武 汉 植 物 学 研 究　　　　　　　　　　　　　　　　 　第 20 卷