全 文 ：作物学报 ACTA AGRONOMICA SINICA 2011, 37(10): 1828−1836 http://www.chinacrops.org/zwxb/
ISSN 0496-3490; CODEN TSHPA9 E-mail: xbzw@chinajournal.net.cn

本研究由国家转基因生物新品种培育科技重大专项(2008ZX08005-002, 2009ZX08005-020B)资助。
* 通讯作者(Corresponding author): 喻树迅, E-mail: yu@cricaas.com.cn
第一作者联系方式: E-mail: mengyanyan11@sohu.com
Received(收稿日期): 2011-03-03; Accepted(接受日期): 2011-06-25; Published online(网络出版日期): 2011-07-28.
URL: http://www.cnki.net/kcms/detail/11.1809.S.20110728.1001.005.html
DOI: 10.3724/SP.J.1006.2011.01828
NO对生长发育中棉花叶片 NO含量及其对抗氧化物酶的影响
孟艳艳 范术丽 宋美珍 庞朝友 喻树迅*
中国农业科学院棉花研究所 / 农业部棉花遗传改良重点实验室, 河南安阳 455000
摘 要: 以早衰性状不同的棉花栽培品种为材料, 在自然条件下和外施一氧化氮(nitric oxide, NO)的条件下, 调查早
熟棉花植株真叶和子叶衰老过程中 NO含量变化和抗氧化酶活性及相关基因的表达。结果表明, 大田条件下, NO含
量在幼嫩叶片中最高, 随着叶片的衰老含量逐渐降低; 在叶片发育后期早衰材料的NO含量下降快, 并且显著低于不
早衰材料。室内条件下, 植株发育过程中, NO含量在幼嫩子叶中最高在生长后期最低; 外施硝普纳(SNP)溶液后的植
株, 其 NO 含量在子叶的整个生育期都比对照组高, 且两者差异显著。对照组和处理组的过氧化氢酶(CAT)和抗坏血
酸过氧化物酶(APX)的活性及相关基因的表达第 7天较低, 第 14天最高, 随后逐渐下降; 在同一时期, 处理组显著高
于对照组, 在生育后期表现的更为明显。外施 SNP可显著降低参试品种过氧化物酶(POD)的活性和相关基因的表达。
在子叶发育初期, 外源 NO对超氧化物歧化酶(SOD)的活性有抑制作用, 随着叶片衰老, 处理组的 SOD活性又高于对
照组。不同类型的 SOD对 NO的反应不同, Cu/Zn SOD最敏感, 其中又以 cCu/Zn SOD基因的作用更突出。NO通过
调控植株体内 CAT、APX、POD和 SOD等氧化/抗氧化系统, 延缓叶片的衰老进程。
关键词: 棉花; 叶片衰老; 一氧化氮; 抗氧化物酶
Effects of NO on NO Contents and Anti-oxidative Enzymes in Cotton Leaf at
Growth Stage
MENG Yan-Yan, FAN Shu-Li, SONG Mei-Zhen, PANG Chao-You, and YU Shu-Xun*
Cotton Research Institute, Chinese Academy of Agricultural Sciences / Key Laboratory of Cotton Genetic Improvement, Ministry of Agriculture,
Anyang 455004, China
Abstract: Under natural condition and spraying exogenous NO, cotton cultivars with different senescence traits were used to in-
vestigate changes in NO contents, anti-oxidative enzymes and related gene expression during the aging process of euphylla and
cotyledons. The results indicated that, under field condition, the NO contents showed the highest level in the young leaf and de-
clined gradually with the progression of leaf senescence. The NO content in presenescent cultivar decreased faster and was sig-
nificantly lower than that of non-presenescent cultivar at the late stage of leaf senescence. Under laboratory condition, the NO
content of cotyledons was the highest in young leaf and the lowest at late growth stage. After application of SNP solution, the NO
content was significantly higher in the treatment group than that of control group during the whole period of cotyledon develop-
ment. The activities of catalase (CAT) and ascorbate peroxidase (APX) and their genes expressions were comparatively lower at
the seventh day and reached the highest level at the fourteenth day both in the control and treatment groups, then declined with
leaf development; at the same stage, the activities of CAT and APX in treatment group were significantly higher than control
group, especially at the late stage of cotyledons. The activity of peroxidase (POD) and its gene expression declined significantly
by spraying exogenous SNP. Although exogenous NO could inhibit the activity of superoxide dismutase (SOD) at early stage of
cotyledon development, the treatment group demonstrated greater SOD activity than that of control group in the process of leaf
senescence. The responses of different types of SOD to NO varied, and the Cu/Zn SOD was the most sensitive isoforms, among
which cCu/Zn SOD’s genes played a more potent role. The physiological and molecular mechanism underlying the delaying effect
of NO on leaf senescence is thus revealed by fine coordination of the activity of oxidation and anti-oxidation systems (CAT, APX,
POD, and SOD) in plant.
第 10期 孟艳艳等: NO对生长发育中棉花叶片 NO含量及其对抗氧化物酶的影响 1829


Keywords: Cotton; Leaf senescence; Nitric oxide; Anti-oxidative enzymes
一氧化氮(nitric oxide, NO)作为一种信号分子
首先在动物的细胞中被发现, 随后人们发现这种信
号分子同样存在于植物当中, 并且发挥着重要的作
用[1-2]。在植物体内, NO参与气孔运动、抗逆反应、
种子萌发、侧根和根毛发育、花器官发生等许多重
要的生命活动[3-4]。有研究表明, NO还参与调控植物
体的衰老进程[5-7]。用烟熏法进行外源 NO处理能够
延长多种水果和蔬菜的寿命并延缓其衰老, 当熏蒸
30 μmol L−1的 NO时, 拟南芥的衰老同样被延缓[5]。
SNP (硝普钠, NO供体)能够延缓拟南芥 atnoa1突变
体被黑暗诱导的衰老, SNP 处理的植株其叶绿素含
量达到 43%而对照植株的叶绿素含量降低到 9%[8]。
此外, 外施 NO 的供体 N-叔丁基-α-苯丙酮(N-tert-
Butyl-a-phenylnitrone) 100 μmol L−1能有效缓解水稻
叶片中由脱落酸[9]、茉莉酸甲酯[10]及 H2O2[11]所引起
的衰老。对于内源 NO 而言, 花瓣的衰老伴随着内
生 NO水平的显著降低[12]。在生长 10 d的大豆子叶
中可以检测到内生 NO的存在, 但是在 25 d却检测
不到, 并且在未出现衰老症状的叶片中 NO 含量更
高[13]。
对早熟棉的叶片衰老有较多的研究, 但是叶片
衰老中 NO 含量的变化及其对抗氧化物酶的影响还
不为人知。硝酸还原酶是植物体内生成 NO 的一个
重要酶, 本研究利用硝酸还原酶法测定了不同类型
的短季棉叶片衰老过程中 NO 的含量变化。同时对
于短季棉子叶衰老过程中, NO含量及外施 NO对抗
氧化物酶的影响也进行了分析, 以期揭示 NO 在棉
花叶片衰老中的变化和相关的作用机理。
1 材料与方法
1.1 试验材料
中棉所 10号(CCRI10, 早熟早衰), 中棉所 16
(CCRI16, 早熟不早衰)和辽 4086 (Liao 4086, 早熟
不早衰), 均由中国农业科学院棉花研究所棉花资源
种质库提供。
1.2 田间设计
选择成熟饱满的种子, 经浓硫酸脱绒, 于 2009
年 4 月种植于中国农业科学院棉花研究所东场试验
基地。采取随机区组设计, 每个材料 3 次重复。小
区行长 8 m, 行距 0.7 m, 3行区, 小区面积 19.2 m2,
种植密度为每公顷 90 000 株 , 栽培管理同常规大
田。进入盛花期后, 选取主茎顶端大小一致且无病
虫害的未展开叶标记, 并在标记后当天打顶。挂牌
后 10 d开始取样, 以后每 5 d取一次。每个材料每
次取 15片叶, 混合后分为 3次重复用于 NO和叶绿
素的测定。
1.3 室内设计
选取饱满的中棉所 10号种子, 播于盛有营养土
和沙子(1∶1)的大小一致的塑料营养钵, 置光照培
养箱中生长。箱内生长条件设置如下: 白天/晚上温
度为 22/30±3℃, 光周期为 14 h/10 h, 光照强度为
350~450 μmol m−2 s−1。2片子叶完全展开后开始处理,
将材料分成 2 组, 一组为正常生长条件下的植株,
每隔 1 d 喷施清水为对照, 另外一组每隔 1 d 喷施
100 μmol L−1的 SNP; 每次喷施量以叶片有水滴滴下
为止。从处理第 1天开始, 每组材料每隔 6 d取一次
样, 取样部位为子叶。每次取 20株, 其中 10株用于
提取 RNA, 另外 10株用于测定生化指标。
1.4 NO测定
将组织样品用蒸馏水洗净擦干, 去除主叶脉、
剪碎、混匀后称取 0.5 g, 放入预冷的研钵中加入 pH
7.0 的磷酸缓冲液 5 mL, 研磨成匀浆 , 于 4℃,
10 000×g离心 15 min, 取上清液。用南京建成生物
工程研究所的 NO 测定试剂盒, 按硝酸还原酶法及
说明书的步骤, 在 550 nm下测定其吸光值。每个样
品重复 3次。
1.5 叶绿素含量测定
称取 0.3 g叶片, 浸入丙酮、乙醇等体积混合的
提取液中, 黑暗过夜, 滤掉残渣, 取上清液。测定波
长 645 nm和 663 nm的吸光值[14]。计算公式: CT =
20.29A645+8.05A663, 叶绿素含量(mg g−1)= CT×提取
液体积×稀释倍数/样品鲜重。
1.6 酶活性测定
称取 0.5 g组织样品加入 pH 7.5的磷酸缓冲液 5
mL, 研磨成匀浆后, 4℃, 15 000×g离心 20 min, 取
上清液用于酶活性的测定。每个样品 3 次重复。在
240 nm 下测定 CAT 活性, 以每分钟减少 0.01 为 1
个酶活单位[14-15]。在 290 nm 测定 APX 活性, 每分
钟减少 0.01为一个酶活单位[16]。在 560 nm测定 SOD
的活性 , 以抑制 NBT 还原的 50%为一个酶活单
位[14]。采用愈创木酚法测定 POD的活性, 以 470 nm
下每分钟增加 0.1 为一个酶活单位[14]。本试验中测
1830 作 物 学 报 第 37卷

定所用的紫外分光光度计为 DU800(BECKMAN)。
1.7 RNA提取和实时定量 PCR (qRT-PCR)
参照本实验室改良的 CTAB法提取总 RNA [17]。
用 1%的琼脂糖凝胶电泳检测 RNA提取的完整性。
将合格的样品适当稀释后用紫外分光光度计 DU800
在 260 nm和 280 nm下测定 OD值, 检测 RNA纯度
和浓度。每个样品取 4 μg RNA, 用 Invotrigen公司
的 Superscript III first-strand synthesis system, 按其
说明书合成 cDNA第一链。
采用 Primer Express3.0软件设计 qRT-PCR引物,
以棉花中的 Actin 基因作为内参(Accession number
AY305733), 在 TaKaRa公司合成引物(表 1)。试验中
所用的荧光试剂为 SYBR Green PCR Kit (ABI), 仪
器为 ABI 7500 Sequence Detection System (ABI,
USA)。PCR反应程序为 95℃变性 10 min 后进入循
环反应, 95℃ 10 s, 35 s退火反应(各自的退火温度见
表 1), 72℃延伸 30 s, 共 40个循环反应。采用 2–ΔΔCt
法计算结果。由于编码相关抗氧化物酶的基因数目
庞大, 故本试验只呈现基因表达量变化最为显著的
分析结果。

表 1 qRT-PCR所用引物序列及每个基因的退火温度
Table 1 Primer sequences used for qRT-PCR and the annealing temperature for each gene
基因名称
Gene group
登录号
Accession No.
正向引物
Forward sequence
反向引物
Reverse sequence
退火温度
Annealing
temperature (°C)
Actin AY305733 5′-ATCCTCCGTCTTGACCTTG-3′ 5′-TGTCCGTCAGGCAACTCAT-3′ 59
CAT X52135 5′-GCTTGCATTTTGCCCTGCCATTGT-3′ 5′-TTGTGATGAGCACACTTGGGAGCA-3′ 58
cCu/Zn SOD DQ088818 5′-TTGGCAGCAATGAAGGTGTTAG -3′ 5′-AAAGGTTCCCAGTCACGGTAGTT-3′ 59
ChlCu/Zn SOD DQ120514 5′-GGTTCTTCTCTCCTCATTTCGTG -3′ 5′-AGGGCTTCTTGGGAATAGTGG-3′ 57
Mn SOD DQ088820 5′-GAATGCTGAGGGTGCTGGTT-3′ 5′-GCCAAGCAAAGGAACTAAATGTG-3′ 58.5
Fe SOD DQ088821 5′-AAACCCACAGAGAAAGGCAAAA-3′ 5’-GCAGACCCGAGTGAGAAAGC-3′ 56
APX U37060 5′-ATGCTGCTAACAACGGCCTA-3′ 5′-AGTAATCTCAACGGCAACGACA-3′ 58
POD AF485265 5′-TGATGATGGGGAGCGGTAG-3′ 5′-GGAAGAACAAGCGGAGGAGA-3′ 57.5

1.8 统计分析
采用 SigmaStat中的 ONE WAY ANOVA分析数
据, 用Adobe Illustrator CS4及Microsoft Excel作图。
2 结果与分析
2.1 大田条件下叶片中 NO和叶绿素含量的变化
图 1表明, 叶片发育初期NO含量最高, 随着生
育过程的推进, NO 含量逐渐降低, 3 个材料表现出
相同的趋势; 而且在 40 d以前没有显著差异(为了避
免过多的数据 , 在叶片发育前期无显著差异阶段 ,
本文中只呈现出 10、20和 30 d的数据)。40 d后 NO
在不同衰老类型的叶片中的含量出现差异。其中 2个
不早衰材料(中棉所 16 和辽 4086)的水平无显著差异,
但和早衰材料相比都显著高于中棉所 10号。叶片发育
的 45~50 d, 早衰和不早衰品种之间NO含量的差异都
达显著水平; 而 2个不早衰材料之间的差异不大。
不同材料的叶绿素含量在 10 d都较低, 在 20 d
达到最大值, 随后逐渐降低(图 2)。不同材料叶绿素
水平在 40 d前没有明显差异, 在 40 d后, 早衰和不
早衰材料之间出现显著差异 , 但是不早衰的 2个材
料中差异不显著。这暗示着 NO 含量越高的材料其
叶片衰老的速度越慢, 40 d 是不同材料表现差异的
一个临界期。
2.2 子叶中不同处理条件下 NO和叶绿素含量的
变化
图 3表明, 2组植株中 NO含量都随着子叶的衰

图 1 大田条件下棉花真叶中 NO的含量变化
Fig. 1 Changes of NO contents in euphylla under field
condition
每个时期以中棉所 10号为参比进行显著性分析。不同小写字母
表示差异达到 0.05显著水平; 不同大写字母表示差异达到 0.01
显著水平。
Significance analysis was performed using CCRI10 as the reference at
each stage. Bars superscripted by different lowercase letters are sig-
nificantly different at the 0.05 probability level; those by different
capital letters are significantly different at the 0.01 probability level.
第 10期 孟艳艳等: NO对生长发育中棉花叶片 NO含量及其对抗氧化物酶的影响 1831



图 2 大田条件下棉花真叶中叶绿素含量变化
Fig. 2 Changes of chlorophyll contents in euphylla under field
condition
每个时期以中棉所 10号为参比进行显著性分析。不同小写字母
表示差异达到 0.05显著水平; 不同大写字母表示差异达到 0.01
显著水平。
Significance analysis was performed using CCRI10 as the reference at
each stage. Bars superscripted by different lowercase letters are sig-
nificantly different at the 0.05 probability level; those by different
capital letters are significantly different at the 0.01 probability level.

图 3 不同处理下中棉所 10号子叶中 NO含量变化
Fig. 3 Changes of NO contents in cotyledons of CCRI10 under
different treatments
每个时期以对照为参比进行显著性分析。不同小写字母表示差
异达到 0.05显著水平; 不同大写字母表示差异达到 0.01显著
水平。
Significance analysis was performed using CK as the reference at each
stage. Bars superscripted by different lowercase letters are significantly
different at the 0.05 probability level; those by different capital letters
are significantly different at the 0.01 probability level.
老呈现出逐渐降低的趋势, 这和大田条件下真叶发
育进程中 NO 含量变化趋势相一致。但是处理组植
株体内 NO水平始终高于对照组植株, NO含量下降
的比较慢, 2组材料的 NO含量在各个时期差异都达
到显著水平。
如图 4所示, 在子叶衰老过程中, 2组植株的叶
绿素含量都呈现先升高后降低的趋势, 最高值出现
在子叶展开后 14 d。除了子叶展开后 7 d, 2组植株
的叶绿素含量没有显著差异, 其他时期处理组植株
的叶绿素含量都高于对照组, 差异显著。

图 4 不同处理下中棉所 10号子叶中叶绿素含量变化
Fig. 4 Changes of chlorophyll contents in cotyledons of
CCRI10 under different treatments
每个时期以对照为参比进行显著性分析。不同小写字母表示差
异达到 0.05显著水平; 不同大写字母表示差异达到 0.01显著
水平。
Significance analysis was performed using CK as the reference at each
stage. Bars superscripted by different lowercase letters are significantly
different at the 0.05 probability level; those by different capital letters
are significantly different at the 0.01 probability level.

2.3 不同处理条件下子叶发育进程的表型特征
以中棉所 10 号为材料观察子叶衰老过程的表
型特征发现, 对照组和处理组的子叶在完全展开后
7 d叶面积稍小, 颜色稍淡, 表明叶片还处于生长初
期; 在 14 d 叶面积最大, 颜色最深, 表明此时叶片
处于旺盛生长期(图 5)。从第 21 天开始, 能看到 2
组植株的叶片边缘有失绿变黄的迹象; 在 28 d 后,

图 5 棉花子叶在不同发育时期的表型特征
Fig. 5 Characteristics of cotyledons in cotton at different growth stages

1832 作 物 学 报 第 37卷

对照组中叶片由边缘向内侧变黄, 约半叶失绿; 但
是处理组中的失绿情况要减轻很多, 失绿面积相对
较小。在子叶完全展开后 34 d, 对照组的子叶完全
变黄; 而在 NO 处理的试验组中, 叶片失绿的情况
要轻于对照组, 约有半叶仍保持绿色。
2.4 子叶中 CAT活性的变化规律
CAT 活性在外源 NO 存在的条件下升高 (图
6-A)。尽管对照组和处理组的 CAT 活性随叶片衰
老而逐渐下降, 但是喷施 NO植株的 CAT活性在子
叶的整个生育期内始终高于对照组 , 并且从 14 d
到 34 d差异都达到了显著或极显著水平。编码 CAT
的基因表达和酶活性的表现趋势大致相同(图 6-B),
从子叶展开后 7 d一直到子叶展开后的 34 d, 处理
组基因的相对表达量都显著高于对照组。不管对照
组还是处理组, 基因的相对表达量都在 14 d 达到
最高值。

图 6 CAT活性(A)及其编码基因(B)在不同时期的变化
Fig. 6 Changes in CAT activity (A) and relative expression of CAT gene (B) at different stages
每个时期以对照为参比进行显著性分析。不同小写字母表示差异达到 0.05显著水平; 不同大写字母表示差异达到 0.01显著水平。
Significance analysis was performed using CK as the reference at each stage. Bars superscripted by different lowercase letters are signifi-
cantly different at the 0.05 probability level; those by different capital letters are significantly different at the 0.01 probability level.

2.5 子叶中 APX的变化规律
APX 和 CAT 一样都是清除 H2O2的保护酶类,
两者的表达趋势也相似。在 2 组植株中, APX 的活
性都在 14 d 达到了最大值, 随生育期推进, 基因的
表达量逐渐降低。但是从子叶展开 7 d 一直到最后
时期, 处理组植株的 APX 活性始终高于对照组, 并
且除了 7 d外, 差异均显著或极显著(图 7-A)。基因
表达量的变化和酶活性趋势相同(图 7-B)。

图 7 APX活性(A)及其编码基因(B)在不同时期的变化
Fig. 7 Changes in APX activity (A) and relative expression of APX gene (B) at different stages
每个时期以对照为参比进行显著性分析。不同小写字母表示差异达到 0.05显著水平; 不同大写字母表示差异达到 0.01显著水平。
Significance analysis was performed using CK as the reference at each stage. Bars superscripted by different lowercase letters are signifi-
cantly different at the 0.05 probability level; those by different capital letters are significantly different at the 0.01 probability level.

2.6 子叶中 POD的变化规律
2 组试验植株呈现相同的 POD 活性变化趋势,
总的酶活性随子叶叶龄的增长而升高(图 8-A)。除子
叶展开后 7 d 两组酶活性没有显著的差异外, 其他
时期中, 处理组植株的 POD活性都低于对照组。编
码 POD的相关基因的表达趋势和酶活性一致, 处理
第 10期 孟艳艳等: NO对生长发育中棉花叶片 NO含量及其对抗氧化物酶的影响 1833



图 8 POD活性(A)及其编码基因(B)在不同时期的变化
Fig. 8 Changes in POD activity (A) and relative expression of POD gene (B) at different stages
每个时期以对照为参比进行显著性分析。不同小写字母表示差异达到 0.05显著水平; 不同大写字母表示差异达到 0.01显著水平。
Significance analysis was performed using CK as the reference at each stage. Bars superscripted by different lowercase letters are signifi-
cantly different at the 0.05 probability level; those by different capital letters are significantly different at the 0.01 probability level.

组的表达量低于对照组(图 8-B)。
2.7 子叶中 SOD的变化规律
超氧化物歧化酶(SOD)是植物体内重要的保护
酶之一 , 主要清除超氧阴离子自由基从而保护细
胞。根据与之结合的金属离子, SOD 可被分为铜锌
SOD (Cu/ZnSOD)、锰 SOD (MnSOD)和铁 SOD
(FeSOD)[18]。而根据分布的不同, 又可将铜锌 SOD
分为叶绿素 Cu/ZnSOD (Chloroplastic Cu/ZnSOD,
ChlCu/ZnSOD)、细胞质 Cu/Zn SOD (cytosolic Cu/Zn
SOD, cCu/ZnSOD)和胞外 Cu/Zn SOD (extracellular
SOD, eCu/ZnSOD)[18]。
对照组和处理组中 SOD 活性表现出不同的趋
势(图 9-A)。前者先升高后降低, 最高值出现在子叶
展开后 14 d, 与叶片的发育趋势比较吻合, 后者在
子叶的不同发育时期变化比较平缓。子叶前期, 处
理组中的活性在外源 NO 存在时反而低于对照组;
当子叶展开 21 d和 28 d时, 对照组和处理组的酶活
性没有显著差异; 但是在 34 d 时, 处理组的酶活反
而高于对照组, 并且差异显著。
对于编码不同类型 SOD的各个基因, 其表达变
化也不相同。对照组和处理组中, MnSOD基因在子
叶发育的不同时期相对表达量的变化不明显, 而且
2组之间没有显著的差异(图 9-B)。cCu/Zn SOD基因
的表达量和 SOD 总酶活性的变化相似。对照组中,
cCu/Zn SOD基因表达量在 14 d最高, 随后逐渐下降;
处理组中, cCu/Zn SOD 基因的表达先低于对照组
到后期又高于对照组, 除 21 d和 28 d外, 其他几个
时期基因的表达量差异都显著 (图 9-C)。ChlCu/Zn
SOD 和 FeSOD 基因的变化趋势比较相似, 都在子
叶展开后 7 d 表达量最高, 随着叶片的发育, 基因
表达量逐渐降低, 2组植株之间都没有显著差异(图
9-D, E)。
3 讨论
NO 参与植株体内的各种生理活动, Mishina 等[5]
报道当植株体内 NO 降解酶大量表达时能够促进植
株衰老。本研究发现, 叶片衰老后期 NO 在不同衰
老类型的短季棉中含量出现差异, 其中早衰材料叶
片中的 NO 含量低于不早衰类型。这暗示着 NO 含
量高低可能和不同材料的衰老快慢有关, 但是其作
用机制还不清楚。为了解决这个问题, 本研究又以
中棉所 10号的子叶进行了室内试验, 表明 NO含量
和叶片的衰老有着密切的关系, 叶片越老 NO 含量
越低, 同时抗氧化酶活性越低(POD除外), 外源 NO
延缓植株衰老的可能原因是对氧化 /抗氧化系统的
调控作用。
尽管 ROS 具有信号分子的功能, 但如果 ROS
含量过高会导致植物细胞内 ROS 的动态失衡从而
产生毒害作用, 比如细胞膜的破坏、蛋白质和脂类
的降解、加速细胞和植株体的衰老进程等[19], 因此
维持植物体内 ROS 的水平对细胞的正常生理活动
非常重要。当植株体衰老的时候, 体内的氧化和抗
氧化系统之间的平衡会打破, ROS 活性增加及相应
的清除酶类活性降低, 造成细胞死亡。Hayashi等[20]
发现, NO能渗透多层脂质体膜, 并快速清除包括脂
质过氧化自由基在内的过氧化自由基, 避免偶氮化
合物产生的过氧化自由基对脂质体膜的氧化作用 ,
从而延缓衰老。另一个可能就是NO能够避免 Fenton
反应的发生因此能够降低 ROS的毒害作用, 减少羟
基自由基的产生[21]。在本试验中, 处理组中子叶的
1834 作 物 学 报 第 37卷


图 9 子叶中 SOD活性(A)及其编码基因(B~E)在不同时期的变化
Fig. 9 Changes in SOD activity (A) and relative expression of SOD genes (B−E) at different stages
每个时期以对照为参比进行显著性分析。不同小写字母表示差异达到 0.05显著水平; 不同大写字母表示差异达到 0.01显著水平。
Significance analysis was performed using CK as the reference at each stage. Bars superscripted by different lowercase letters are signifi-
cantly different at the 0.05 probability level; those by different capital letters are significantly different at the 0.01 probability level.

CAT、APX 的酶活性都显著高于对照组, 并且相应
基因的表达量也高, 这些酶类的活性在 NO 存在时
显著升高能够更加有效地清除 ROS 从而起到延缓
衰老的作用。
此外, Caro和 Puntarulo[22]发现 NO能显著降低
大豆胚轴微粒体中超氧阴离子的产率, 降低自由基
的破坏作用。处理组中 SOD酶活性先是低于对照组
随后又高于对照组, 这可能是 NO 的存在抑制了能
够产生超氧化物阴离子的黄嘌呤氧化酶的活性, 使
得超氧阴离子自由基减少, 从而 SOD酶活性降低[23]。
随着叶片的衰老, 各种自由基大量增加, 破坏细胞
膜 , 促使细胞凋亡 , 相应的各种生理活动减弱 , 因
而 SOD 在衰老明显的对照组中的活性低于衰老程
度轻的处理组。SOD 有不同的亚型, 本试验中编码
这些亚型的基因对 NO 的反应不尽相同。从图 9 可
知, cCu/Zn SOD在抗氧化和响应 NO方面表现出更
为重要的作用。MnSOD的变化和 NO及子叶的衰老
可能关系不密切。FeSOD 和 ChlCu/ZnSOD 基因在
叶片发育初期表达量最高, 随后逐渐下降, 表明两
者可能和叶绿体的建成与发育相关, 不参与调控叶
片的衰老 , 这与前人的研究结果比较接近 [24]。
Myouga 等[25]研究发现, cCu/ZnSOD 在大多数植物
中大量表达, 同时对各种胁迫环境也反应敏感。本
研究中 , cCu/ZnSOD 和总的酶活性趋势表现一致 ,
第 10期 孟艳艳等: NO对生长发育中棉花叶片 NO含量及其对抗氧化物酶的影响 1835


揭示这种亚型对 SOD 酶活性的变化所起的作用最
大, 对于 NO的反应更为明显。
尽管 POD 是作为一种清除 H2O2 的酶类存在,
但是也有资料显示 POD 同样具有生成 H2O2 的作
用[26], 同时其活性在衰老组织中显著增加[27]。宋慧
等[18]研究发现, POD 的活性在小豆的叶片衰老过程
中呈现明显上升的趋势。在本研究中, 2组植株 POD
的活性也都随着叶片衰老而迅速升高(图 8), 并且当
外源 NO 存在的时候, POD 活性低于对照组。这暗
示着, POD可能在子叶衰老过程中起促进 H2O2生成
从而加速衰老的作用, 这与前人的研究结果类似[23]。
外施 NO 延缓了叶片的衰老, 其中一个原因可能就
是部分抑制了 POD的活性。
4 结论
NO参与了棉花叶片衰老的调控, 内生NO水平
高, 叶片衰老慢。外源 NO 存在时能够延缓叶片的
衰老进程, 它是通过调控植株体内的 CAT、APX、
POD和 SOD的氧化/抗氧化系统来实现的。外施 NO
能够显著提高 CAT、APX的活性及相关基因的表达
量, 提高植株的抗氧化能力; 同时, NO 的施用抑制
了 POD在衰老进程中的活性。NO参与调控 SOD活
性, 部分抑制 SOD 活性。在不同类型的 SOD 中,
Cu/Zn SOD 对 NO的反应最敏感, 其中又以 cCu/Zn
SOD的作用更突出。
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