全 文 ：广 西 植 物 Guihaia　Sept．２０１４,３４(５):６８６－６９３　　　　　　　　　　 http://journal．gxzw．gxib．cn　
DOI:１０．３９６９/j．issn．１０００Ｇ３１４２．２０１４．０５．０１９
于飞,陈银萍,杨宗娟,等．低温胁迫对两种圆柏属植物亚细胞抗氧化酶活性的影响[J]．广西植物,２０１４,３４(５):６８６－６９３
YuF,ChenYP,YangZJ,etal．EfectsoflowtemperaturestressonantioxidantenzymesactivitiesinthesubcelularoftwoSabinaspecies[J]．Guihaia,
２０１４,３４(５):６８６－６９３
低温胁迫对两种圆柏属植物亚细胞
抗氧化酶活性的影响
于　飞,陈银萍∗,杨宗娟,王盼盼,李冬花,张　静
(兰州交通大学 环境与市政工程学院,兰州７３００７０)
摘　要:以祁连圆柏和圆柏幼苗为材料,研究不同处理时间下低温胁迫对圆柏属植物叶片亚细胞抗氧化酶活
性的影响,探讨其在圆柏属植物叶片中的亚细胞定位.结果表明:低温胁迫下,丙二醛(MDA)含量和抗氧化
酶活性随时间变化均呈先升后降趋势,祁连圆柏中抗氧化酶的种类比圆柏的多且活性强,而 MDA含量低于
圆柏,表明祁连圆柏在低温胁迫下具有更广泛的适应性.此外,两种圆柏植物叶片超氧化物歧化酶(SOD)和
抗坏血酸过氧化物酶(APX)定位为叶绿体＞细胞溶质＞线粒体,过氧化氢酶(CAT)定位为线粒体＞叶绿体＞
细胞溶质,谷胱甘肽还原酶(GR)定位为线粒体＞细胞溶质＞叶绿体,祁连圆柏过氧化物酶(POD)定位为细胞
溶质＞叶绿体＞线粒体,圆柏POD定位为细胞溶质＞线粒体＞叶绿体,且抗氧化酶SOD、APX和GR在亚细
胞中分布差异达到极显著,这说明抗氧化酶在其中一种亚细胞中发挥主要作用,为克隆亚细胞组分中的抗氧
化酶基因提供了理论依据.
关键词:圆柏属;亚细胞定位;抗氧化酶;低温胁迫
中图分类号:Q９４５．７８　　文献标识码:A　　文章编号:１０００Ｇ３１４２(２０１４)０５Ｇ０６８６Ｇ０８
Effectsoflowtemperaturestressonantioxidantenzymes
activitiesinthesubcelularoftwoSabinaspecies
YUFei,CHENYinＧPing∗,YANGZongＧJuan,WANGPanＧPan,
LIDongＧHua,ZHANGJing
(SchoolofEnvironmentalandMunicipalEngineering,LanzhouJiaotongUniversity,Lanzhou７３００７０,China)
Abstract:SeedlingsofSabinaprzewalskiiandS．chinensiswereusedtostudytheefectsoflowtemperaturestress
onantioxidantenzymesactivitiesandsubcelulardistributionintheleavesofSabina．Theresultsshowedthat:under
lowtemperaturestress,thecontentsofmalonaldehyde(MDA)andantioxidantenzymesactivitiesincreasedfirstly
andthendecreased,andcomparedwithSabinachinensis,themorespeciesandhigheractivitiesofantioxidantenＧ
zymeswerefoundinS．przewalski,butMDAcontentsofS．przewalski werelowerthanS．chinensis,itsuggested
thatS．przewalskishowedaprevailingstrategythanS．chinensisinordertodevelopthetolerancetofreezing．MoＧ
reover,thelocalizationofsuperoxidedismutase(SOD)andascorbateperoxidase(APX)intheleavesoftwoSabina
specieswaschloroplast＞cytosol＞mitochondria,thelocalizationofcatalase(CAT)wasmitochondria＞chloroplast＞
cytosol,thelocalizationofglutathionereductase(GR)wasmitochondria＞cytosol＞chloroplast,thelocalizationofperＧ
oxidase(POD)inS．przewalskiiwascytosol＞chloroplast＞mitochondria,thelocalizationofPODinS．chinensis
收稿日期:２０１３Ｇ１０Ｇ２４　　修回日期:２０１３Ｇ１２Ｇ１２
基金项目:国家自然科学基金(３１０６００６０,３１２６００８９);兰州交通大学＂青蓝＂人才工程基金(QLＧ０８Ｇ１４A).
作者简介:于飞(１９８７Ｇ),男(蒙古族),内蒙古人,硕士研究生,主要研究方向为环境生态学,(EＧmail)２６７２６６０３６＠qq．com.
∗通讯作者:陈银萍,博士,教授,主要研究方向为环境生态学,(EＧmail)yinpch＠mail．lzjtu．cn.
wascytosol＞mitochondria＞chloroplast,moreoversubcelulardistributionofantioxidantenzymes(SOD,APX,GR)
inorganeleswerediferentsignificantly,thisshowedthatantioxidantenzymesplayedamajorroleinoneoforganＧ
eles,whichprovidedtheoreticalbasisforcloningofantioxidantenzymesgeneinsubcelularfractions．
Keywords:Sabina;subcelularlocalization;antioxidantenzymes;lowtemperaturestress
　　低温是限制植物地理分布的重要因素,也是植
物生长中常遇到的灾害之一,它不仅会导致植物产
量降低,严重时还会影响农业生产和生态环境.植
物抗冻性的形成与环境低温的诱导有关(赵琳娜等,
２００８).圆柏属常绿木本植物主要分布在中国西北
地区.祁连圆柏(Sabinaprzewalskii)是中国特有
树种,分布在年均温０．５℃、海拔２６００~３５００m的
高山地带,具有耐严寒、干旱、瘠薄、抗盐碱的特性,
是研究植物抗冷冻性的理想材料.圆柏(S．chinenＧ
sis)是常绿乔木或灌木,分布在年均温８．５℃、海拔
５００~１９００m的低山地带(冯自成,１９９４).
植物在低温胁迫下,产生具有活性氧清除功能
的抗氧化酶,能减轻或消除逆境对植物造成的伤害,
清除自由基并防止自由基毒害,它们活性的变化可
作为植物的抗冻指标(崔国文,２００９).由于低温胁
迫使植物亚细胞组分遭受不同程度的氧化而产生不
同的抗氧化酶作保护剂,氧化胁迫程度不同导致抗
氧化酶在亚细胞分布的差异,因此探索抗氧化酶的
亚细胞定位有其必要性(杜秀敏等,２００３).近年来,
逆境胁迫对植物抗氧化酶活性的亚细胞定位研究越
来越多(李建坤等,１９９２;陈一舞等１９９７;刘鸿先等
１９８５).这些结果表明,不同植物抗氧化酶活性在各
亚细胞中分布各不相同,且植物各亚细胞中抗氧化
酶活性的强弱对降低其受氧化伤害的程度非常重
要,并具有协调抗氧化防护的能力.目前圆柏属植
物在逆境胁迫下抗氧化酶的变化已有报道(Chenet
al．,２００６;陈晓莉等,２００９),但在亚细胞水平分布的
研究尚不多见.本研究以祁连圆柏和圆柏幼苗为材
料,通过分析低温胁迫下圆柏属植物亚细胞中膜质
过氧化及抗氧化酶活性的变化,探讨其在亚细胞组
分中的分布差异,有助于理解常绿木本植物的抗冻
适应机理,为亚细胞组分中具活性氧清除功能的抗
氧化酶基因进行全长克隆提供理论支撑.
１　材料与方法
１．１试验设计
供试材料为３年生祁连圆柏和圆柏幼苗,将幼
苗盆栽于人工气候箱内.实验设计方案:实验处理
温度分为４组,即培养温度为２０、４、０和Ｇ６℃;处理
时间为４、８、１２、１６和２０d,每组３个重复.
１．２研究方法
１．２．１亚细胞提取　参考陈立松等(１９９８)的方法并
作改进,取１０g祁连圆柏和圆柏叶片,加入３０mL
预冷的提取缓冲液 (０．０５ mol􀅰LＧ１ TrisＧHCl,
０．３５mmol􀅰LＧ１山梨醇,２mmol􀅰LＧ１EDTA和２．５
mmol􀅰LＧ１DTT,pH７．５)和少许石英砂于冰浴中
研磨,经４层纱布过滤,滤液用冷冻离心机５００×g
离心５min,弃去沉淀,上清液于２０００×g 下离心
１０min,沉淀为叶绿体部分,上清液部分再在１２０００
×g下离心２０min,所得沉淀为线粒体部分,上清
液为细胞溶质部分.所得叶绿体和线粒体部分分别
用提取缓冲液洗涤１次,分别在２０００×g和１２０００
×g下重复离心,取沉淀用５mL提取缓冲液悬浮.
１．２．２ 丙二醛(MDA)含量测定　按照李合生等
(２０００)的硫代巴比妥酸法测定.
１．２．３ 抗氧化酶活性测定　SOD 活性按李玲等
(２００９)的方法测定;POD活性按李合生等(２０００)的
愈创木酚法测定;CAT活性按邹琦(２０００)的方法测
定;APX活性按Nakanoetal．(１９８１)的方法测定;
GR活性按Knorzeretal．(１９９６)的方法测定.
１．３数据分析
采用 MicrosoftExcel２００３软件和SPSS１７．０
软件分析数据,用单因素方差分析对不同低温胁迫
各处理时间下亚细胞中的指标进行差异显著性分析
和多重比较.
２　结果与分析
２．１低温胁迫下圆柏属植物各亚细胞中 MDA含量
变化及亚细胞定位
两种圆柏属植物亚细胞中 MDA含量随时间变
化各有不同(图１).从图１可看出,不同低温(４℃、
０℃和Ｇ６℃)处理４d时,亚细胞中 MDA含量与２０
℃处理相比无明显变化,而处理８d和１２d时,各亚
细胞中 MDA含量均比２０℃处理持续增加,且圆柏
比祁连圆柏的 MDA含量增幅更高,处理１６d和２０
d时,各亚细胞 MDA含量呈先降低后升高的趋势,
７８６５期　　　　　　　于飞等:低温胁迫对两种圆柏属植物亚细胞抗氧化酶活性的影响
图１　低温胁迫下两种圆柏属植物
各亚细胞组分中 MDA含量变化
Fig．１　ChangesofMDAcontentinsubcelularfractionof
twoSabinaspeciesunderthelowtemperaturestress
且在４℃达最低值.说明同一低温处理下,随着处
理时间延长,圆柏属植物亚细胞中 MDA含量的变
化趋势为先升高后降低并趋于平稳.两树种相比,
祁连圆柏各亚细胞中 MDA含量均比圆柏的低,且
圆柏属植物叶绿体中 MDA含量极显著地高于细胞
溶质中的(P＜０．０１)(表１).
２．２低温胁迫下圆柏属植物各亚细胞中SOD活性变
化及亚细胞定位
两种圆柏属植物亚细胞中SOD活性随时间变
化趋于一致(图２).从图２看出,不同低温(４℃、０
℃和Ｇ６℃)处理时,叶绿体亚细胞中SOD活性大多
呈先升高后降低的趋势,且大多基本在４℃达最高
值.概而言之,同一低温处理下,随着处理时间的变
表１　低温胁迫下两种圆柏属植物各亚细胞
组分中 MDA含量差异性分析
Table１　DiferencesofMDAcontentinsubcelularfraction
oftwoSabinaspeciesunderthelowtemperaturestress
亚细胞组分
Subcelular
fractions
(μmol􀅰gＧ１)
祁连圆柏
S．przewalskii
占总活性的
百分比
Percent
oftotal
activity
(％)
圆柏
S．chinensis
占总活性的
百分比
Percent
oftotal
activity
(％)
叶绿体
Chloroplast
０．２９４±
０．０７０aA
３８．５８ ０．３３１±
０．０９３aA
３９．７８
线粒体
Mitochondria
０．２５３±
０．０８１abAB
３３．２０ ０．２６９±
０．０９９bAB
３２．３３
细胞溶质
Cytosol
０．２１５±
０．０８７bB
２８．２２ ０．２３２±
０．０９３bB
２７．８９
　注:同列中不同大、小写字母分别表示差异极显著(P＜０．０１)和显著(P＜
０．０５).下同.
　Note:Differentcapitalandsmallettersinthesamecolumnmeantsignificant
differencesat０．０１and０．０５levels,respectively．Thesamebelow．
化,圆柏属植物各亚细胞中SOD活性呈先升后降趋
势.两树种相比,祁连圆柏各亚细胞中SOD活性均
比圆柏的高,且圆柏属植物叶绿体中SOD活性极显
著地高于线粒体和细胞溶质中的(P＜０．０１),即圆
柏属植物叶片细胞中SOD活性主要存在于叶绿体
中,占总活性的４３．８５％~４７．９９％,细胞溶质次之,
占２８．０１％~２９．９２％,线粒体部分活性最低,占
２４．００％~２６．２３％(表２).
２．３低温胁迫下圆柏属植物各亚细胞中POD活性变
化及亚细胞定位
两种圆柏属植物亚细胞中POD活性随时间变
化较剧烈(图３).由图３可知,不同低温(４℃、０℃
和Ｇ６℃)处理４d时,圆柏细胞溶质亚细胞中POD
活性大多呈先升高后降低的趋势,且在４℃达最高
值.此外,８d时,两种圆柏的线粒体中,１２d时,两
种圆柏的叶绿体中,１６d和２０d时,两种圆柏的各
亚细胞中,POD活性均与上述变化趋势一致.处理
其余天数时,圆柏属植物各亚细胞中POD活性与
２０℃处理相比无明显变化.同一低温处理下,随着
处理时间延长,圆柏属植物各亚细胞中POD活性
与其余抗氧化酶不同,其变化趋势为在低温胁迫后
期明显升高.两树种相比,祁连圆柏各亚细胞中
POD活性均比圆柏的低,且圆柏属植物各亚细胞中
POD活性有所不同,但差异均不显著(P＞０．０５),两
树种亚细胞分布略有不同,即祁连圆柏叶片细胞中
POD活性主要存在于细胞溶质中,占总活性的
３７．３３％,叶绿体次之,占３５．０８％,线粒体部分活性
最低,占２７．５９％;圆柏叶片细胞中POD活性主要
８８６ 广　西　植　物　　　 　　　　　　　　　　　　　　３４卷
表２　低温胁迫下两种圆柏属植物各亚细胞组分中抗氧化酶活性差异性分析
Table２　Differencesofantioxidantenzymesactivitiesinsubcelularfractionoftwo
Sabinaspeciesunderthelowtemperaturestress
抗氧化酶
Antioxidant
enzymes
亚细胞组分
Subcelularfractions
祁连圆柏S．przewalskii
酶活性
Activitiesofenzymes
(U􀅰gＧ１􀅰minＧ１)
占总活性的百分比
Percentoftotalactivity
(％)
圆柏S．chinensis
酶活性
Activitiesofenzymes
(U􀅰gＧ１􀅰minＧ１)
占总活性的百分比
Percentoftotalactivity
(％)
SOD
POD
CAT
APX
GR
叶绿体Chloroplast
线粒体 Mitochondria
细胞溶质Cytosol
叶绿体Chloroplast
线粒体 Mitochondria
细胞溶质Cytosol
叶绿体Chloroplast
线粒体 Mitochondria
细胞溶质Cytosol
叶绿体Chloroplast
线粒体 Mitochondria
细胞溶质Cytosol
叶绿体Chloroplast
线粒体 Mitochondria
细胞溶质Cytosol
２．４１５±０．８９０aA
１．４４５±０．５２３bB
１．６４７±０．９６０bB
１．２４６±１．０９５aA
０．９８０±０．７０９aA
１．３２６±１．１２０aA
０．０４４±０．０３５aA
０．０５１±０．０４３aA
０．０３２±０．０３０aA
０．２８７±０．１０７aA
０．１５２±０．０６３bB
０．１９９±０．０７６bB
０．０４７±０．０２４aA
０．０６８±０．０２１bB
０．０５７±０．０２５abAB
４３．８５
２６．２３
２９．９２
３５．０８
２７．５９
３７．３３
３４．６５
４０．１５
２５．２０
４４．９８
２３．８２
３１．２０
２７．３３
３９．５３
３３．１４
２．０６１±０．７３１aA
１．０３１±０．４８１bB
１．２０３±０．７６８bB
１．４６３±１．４４３aA
１．４９７±１．２５９aA
１．５３６±１．３５６aA
０．０５６±０．０３５aA
０．０７０±０．０４０aA
０．０４７±０．０３８aA
０．２３２±０．０９４aA
０．１４４±０．０６０bB
０．１７９±０．０７２bAB
０．０４０±０．０１６aA
０．０５７±０．０２０bB
０．０５０±０．０２３abAB
４７．９９
２４．００
２８．０１
３２．５４
３３．３０
３４．１６
３２．３７
４０．４６
２７．１７
４１．８０
２５．９５
３２．２５
２７．２１
３８．７８
３４．０１
存在于细胞溶质中,占３４．１６％,线粒体次之,占
３３．３０％,叶绿体部分活性最低,占３２．５４％(表２).
２．４低温胁迫下圆柏属植物各亚细胞中CAT活性变
化及亚细胞定位
两种圆柏属植物亚细胞中CAT活性随时间变
化各有不同(图４).不同低温(４℃、０℃和Ｇ６℃)处
理８d时,祁连圆柏细胞溶质中和圆柏各亚细胞中
CAT活性呈先升高后降低的趋势,且大多在４℃达
最高值.此外,１２d时,祁连圆柏的叶绿体中,１６d
时,两种圆柏的线粒体中,CAT活性均与上述变化
趋势一致(图４).处理其余天数时,圆柏属植物各
亚细胞中CAT活性与２０℃处理相比是降低的(P
＞０．０５).同一低温处理下,随着处理时间的延长,
圆柏属植物各亚细胞中CAT活性呈先升后降趋
势.两树种相比,祁连圆柏各亚细胞中CAT活性
均较圆柏的低,且圆柏属植物各亚细胞中CAT活
性有所不同,但差异均不显著(P＞０．０５),即圆柏属
植物叶片细胞中CAT活性主要存在于线粒体中,
占总活性的４０．１５％~４０．４６％,叶绿体次之,占
３２．３７％~３４．６５％,细胞溶质活性最低,占２５．２０％
~２７．１７％(表２).
２．５低温胁迫下圆柏属植物各亚细胞中APX活性变
化及亚细胞定位
两种圆柏属植物亚细胞中APX活性随时间变
化趋于一致(图５).不同低温(４℃、０℃和Ｇ６℃)处
理８d时,各亚细胞中APX活性大多呈现先升高后
降低的趋势,且在４℃达到最高值.此外,１２d时,
两种圆柏的各亚细胞中,１６d时,祁连圆柏的线粒
体中和圆柏的细胞溶质中,２０d时,两种圆柏的叶
绿体、细胞溶质中,APX活性均与上述变化趋势一
致(图５).然而处理其余天数时,圆柏属植物各亚
细胞中APX活性与２０℃处理相比无明显变化.概
括而言,同一低温处理下,随着处理时间的延长,圆
柏属植物各亚细胞中APX活性呈先升高后降低的
趋势.两树种相比,祁连圆柏各亚细胞中 APX活
性均较圆柏的高,且祁连圆柏叶绿体中 APX活性
极显著地高于线粒体和细胞溶质中的(P＜０．０１),
圆柏叶绿体中APX活性极显著地高于线粒体中的
(P＜０．０１),和显著地高于细胞溶质中的(P＜
０．０５),即圆柏属植物叶片细胞中 APX活性主要存
在于叶绿体中,占总活性的４１．８０％~４４．９８％,细胞
溶质次之,占３１．２０％~３２．２５％,线粒体部分活性最
低,占２３．８２％~２５．９５％(表２).
２．６低温胁迫下圆柏属植物各亚细胞中GR活性变
化及亚细胞定位
与APX活性相似,两种圆柏属植物亚细胞中
GR活性随时间变化趋于一致(图６).不同低温(４
℃、０℃和Ｇ６℃)处理４d时,叶绿体和线粒体亚细
胞中GR活性大多呈先升高后降低的趋势,且大多
基本在４℃达最高值.此外,８d时,祁连圆柏的线
粒体、细胞溶质中和圆柏的细胞溶质中,１２d时,两
种圆柏的各亚细胞中,１６d时,祁连圆柏的叶绿体、
９８６５期　　　　　　　于飞等:低温胁迫对两种圆柏属植物亚细胞抗氧化酶活性的影响
图２　低温胁迫下两种圆柏属植物各亚细胞
组分中SOD活性变化
Fig．２　ChangesofSODactivitiesinsubcelularfractionof
twoSabinaspeciesunderthelowtemperaturestress
线粒体中和圆柏的叶绿体中,２０d时,两种圆柏的
叶绿体中,GR活性均与上述变化趋势一致(图６).
处理其余天数时,圆柏属植物各亚细胞中GR活性
与２０℃处理相比无明显变化.
概而言之,同一低温处理下,随着处理时间的变
化,圆柏属植物各亚细胞中GR活性呈先升高后降
低趋势.两树种相比,祁连圆柏各亚细胞中GR活
性均较圆柏的高,且圆柏属植物线粒体中GR活性
极显著地高于叶绿体中的(P＜０．０１),即圆柏属植
物叶片细胞中GR活性主要存在于线粒体中,占总
活性的３８．７８％~３９．５３％,细胞溶质次之,占３３．
１４％~３４．０１％,叶绿体部分活性最低,占２７．２１％~
２７．３３％(表２).
图３　低温胁迫下两种圆柏属植物各亚细胞
组分中POD活性变化
Fig．３　ChangesofPODactivitiesinsubcelularfractionof
twoSabinaspeciesunderthelowtemperaturestress
３　讨论
植物在逆境条件下,活性氧累积,导致膜系统氧
化伤害产生膜脂过氧化的产物 MDA,常以 MDA作
为判断膜脂过氧化作用的一种主要指标(康华靖等,
２００８).本研究发现,在低温胁迫初期,圆柏属植物
MDA含量升高,这与植物受到低温胁迫产生活性
氧,导致膜脂过氧化,膜系统受损有关,且圆柏
MDA含量较祁连圆柏的增幅高;低温胁迫后期,圆
柏属植物 MDA含量先降后升,这可能是抗氧化酶
系统及时清除了活性氧,减缓了植物伤害,而Ｇ６℃
的低温处理引起了植物的低温冷冻伤害,抗氧化酶
０９６ 广　西　植　物　　　 　　　　　　　　　　　　　　３４卷
图４　低温胁迫下两种圆柏属植物各亚细胞
组分中CAT活性变化
Fig．４　ChangesofCATactivitiesinsubcelularfractionof
twoSabinaspeciesunderthelowtemperaturestress
系统活性低,清除活性氧能力差.因此,圆柏属植物
MDA含量呈现出先降低后升高的趋势.
植物体活性氧的清除涉及一系列细胞代谢和酶
促反应过程,植物体中SOD、POD、CAT、APX和
GR是主要的活性氧清除酶(Raoetal．,１９９６),能使
细胞内活性氧维持在较低水平,确保植物正常生长
和代谢(马旭俊等,２００３).本研究中,４℃、０℃和Ｇ６
℃下经历相同处理时间的圆柏属植物与２０℃的相
比,在同一处理时间下,随着处理温度的降低,４℃
和０℃处理的叶片抗氧化酶(SOD、POD、APX和
GR)活性较２０℃显著增强,而Ｇ６℃处理的则降低;
然而CAT活性无显著增强,可能是由于CAT对低
温胁迫不敏感,不是主要的活性氧清除酶.在同一
图５　低温胁迫下两种圆柏属植物各亚细胞
组分中APX活性变化
Fig．５　ChangesofAPXactivitiesinsubcelularfractionof
twoSabinaspeciesunderthelowtemperaturestress
低温处理下,随着处理时间的延长,在同一低温处理
下,随处理时间从４d延长至２０d,圆柏属植物叶片
抗氧化酶(SOD、CAT、APX和 GR)活性也呈现出
先升高后降低的趋势,这符合一般植物的应急性规
律,即胁迫温度降低,叶片中抗氧化酶的活性升高,
表明低温胁迫对抗氧化酶有一定的诱导作用,但随
处理时间延长,叶片中抗氧化酶的活性随之降低(刘
璐璐等,２００８).说明在低温胁迫初期,植物体中抗
氧化酶活性明显增加,以清除活性氧,在低温胁迫后
期,随着活性氧的消除,抗氧化酶活性降低,表明植
物对低温胁迫已产生了适应性.在同一处理时间
下,随着处理温度的降低,圆柏属植物叶片CAT活
性无显著地增强,可能是由于CAT在圆柏属植物
１９６５期　　　　　　　于飞等:低温胁迫对两种圆柏属植物亚细胞抗氧化酶活性的影响
图６　低温胁迫下两种圆柏属植物各亚细胞
组分中GR活性变化
Fig．６　ChangesofGRactivitiesinsubcelularfractionof
twoSabinaspeciesunderthelowtemperaturestress
适应低温胁迫的过程中,对低温胁迫不敏感,并不是
主要的活性氧清除酶.在同一低温处理下,随着处
理时间的延长,圆柏属植物叶片然而,POD在低温
胁迫后期明显升高,表明在低温胁迫初期,植物叶片
POD酶活性变化趋势平缓,比其他抗氧化酶响应缓
慢.两树种相比,在同一低温胁迫和处理时间下,祁
连圆柏的SOD、APX和GR活性较圆柏抗氧化酶活
性的高,而祁连圆柏的POD和CAT活性较圆柏抗
氧化酶活性的低,说明祁连圆柏和圆柏清除活性氧
的主要抗氧化酶不同,祁连圆柏中清除活性氧的抗
氧化酶的种类比圆柏的多且活性强,表明祁连圆柏
在低温胁迫下具有更广泛的适应性策略,比圆柏表
现出较强的低温适应性,这一结果与陈银萍等
(２００８)、李玉强等(２０１０)的研究结果相似.
正常条件下,植物依靠叶绿体、线粒体等细胞器
内部存在的自由基清除系统,能使细胞内的自由基
保持较低水平,维持正常的生理代谢.低温胁迫下,
活性氧的增加可诱导抗氧化酶活性的升高而降低氧
化伤害.与吴志华等(２００４)和史庆华等(２００６)的研
究结果相似.本研究中,圆柏属植物叶绿体中SOD
活性极显著高于细胞溶质和线粒体,即叶绿体＞细
胞溶质＞线粒体,说明圆柏属植物叶片叶绿体中
SOD酶在低温胁迫响应中发挥主要作用;圆柏属植
物叶绿体中APX活性极显著高于细胞溶质和线粒
体,即叶绿体＞细胞溶质＞线粒体,说明圆柏属植物
叶片叶绿体中APX酶在低温胁迫响应中发挥主要
作用;圆柏属植物线粒体中GR活性极显著高于叶
绿体,即线粒体＞细胞溶质＞叶绿体,说明圆柏属植
物叶片线粒体中GR酶在低温胁迫响应中发挥主要
作用;圆柏属植物各亚细胞组分中CAT差异不显
著,由CAT活性高低排序,即线粒体＞叶绿体＞细
胞溶质;圆柏属植物各亚细胞组分中POD差异不
显著,且祁连圆柏和圆柏的亚细胞分布不同,由
POD活性高低排序,即祁连圆柏:细胞溶质＞叶绿
体＞线粒体,圆柏:细胞溶质＞线粒体＞叶绿体.
综上所述,在低温胁迫下,圆柏属植物叶片各亚
细胞中的抗氧化酶活性大多表现为先升高后降低,
这表明植物各亚细胞组分能够协调抗氧化防护的能
力.在圆柏属植物的抗氧化酶进行亚细胞定位时,
发现各种抗氧化酶活性在叶绿体、线粒体和细胞溶
质的分布各不相同,有些抗氧化酶(SOD、APX、
GR)活性分布差异甚至达到极显著,说明抗氧化酶
在其中一种亚细胞中发挥着主要作用,这为亚细胞
组分中的抗氧化酶基因进行全长克隆提供了理论依
据.但两种圆柏属植物的抗氧化酶活性存在种间差
异,祁连圆柏中清除活性氧的抗氧化酶的种类比圆
柏的多而且活性要强,而 MDA含量低于圆柏,表明
祁连圆柏在低温胁迫下具有更广泛的低温适应性,
比圆柏表现出较强的抗冻性,这与其自然生存环境
条件相一致.
参考文献:
ChenLS(陈立松),LiuXH(刘星辉),HuYL(胡又厘),etal．
１９９８．EffectofwaterstressonrelativepermeabilityofplasＧ
mamembranceandNa＋ＧK＋ATPaseactivitiesinvariousorＧ
ganelesofLihchiyoungseedlingleaves(水分胁迫对抗旱性
不同的荔枝实生幼苗叶片质膜透性和各细胞器中 Na＋ＧK＋
２９６ 广　西　植　物　　　 　　　　　　　　　　　　　　３４卷
ATPase活性的影响)[J]．ChinJTropCrop(热带作物学
报),１９(１):５８－６３
ChenXL(陈晓莉),ZhangP(张鹏),ZhangT(张涛),etal．２００９．
StudyonantioxidaseactivitiesofPiceacrassifoliaandSabina
przewalskiiatdifferentaltitudegradients(不同海拔青海云杉
与祁连圆柏叶片抗氧化酶活性的研究)[J]．JGansuAgric
Univ(甘肃农业大学学报),４４(１):１１８－１２２
ChenYP(陈银萍),ChenT(陈拓),ZhangMX(张满效),etal．
２００８．TherelationofseasonalchangesinwaterandorganicosＧ
moticatofreezingtoleranceintheleavesofSabina(圆柏属常绿
木本植物叶片水分、渗透调节物质的季节变化与抗冷冻性的
关系)[J]．BullBotRes(植物研究),２８(３):３３６－３４１
ChenYP,ZhangMX,ChenT,etal．２００６．TherelationshipbeＧ
tweenseasonalchangesinantiＧoxidativesystemandfreezingtolＧ
eranceintheleavesofevergreenwoodyplantsofSabina[J]．S
AfrJBot,７２:２７２－２７９
ChenYW(陈一舞),ShaoGH(邵桂花),ChangRZ(常汝镇)．
１９９７．TheeffectofsaltstressonsuperoxidedismutaseinvariＧ
ousorganelesfromcotyledonofSoybeanseedling(盐胁迫对大
豆幼苗子叶各细胞器超氧化物歧化酶(SOD)的影响)[J]．
ActaAgronSin(作物学报),２３(２):２１４－２１９
CuiGW(崔国文)．２００９．ThephysiologicalresponsesofcoldreＧ
sistanceinAlfalfaduringoverwinteringperiodinthefield(紫
花苜蓿田间越冬期抗寒生理研究)[J]．ActaAgrSin(草地学
报),１７(２):１４５－１５０
DuXM(杜秀敏),YinWX(殷文璇),ZhangH(张慧),etal．２００３．
Theresearchingprogressofsuperoxidedismutase(超氧化物歧
化酶(SOD)研究进展)[J]．JChinBiotechnol(中国生物工程
杂志),２３(１):４８－５０
FoyerCH,DescourviresP,KunertKJ．１９９４．ProtectionagainstoxＧ
ygenradicals:Animportantdefence mechanism studiedin
transgenicplants[J]．PlantCellEnviron,１７:５０７－５２３
JiMJ(祭美菊),AnLZ(安黎哲),ChenT(陈拓),etal．２００１．IsoＧ
lationandidentificationoftheantifreezeproteinsinPolygonum
viviparum ofaltifrigeticsubnivalplantsinthe Tianshan
Mountains(天山寒区冰缘植物珠芽蓼叶片抗冻蛋白的发现)
[J]．JGlaciolGeocryol(冰川冻土),２３(４):３４２－３４５
JiangMY(蒋明义),GuoSC(郭绍川)．１９９６．Oxidativestressand
antioxidationinducedbywaterdeficiencyinplants(水分亏缺诱
导的氧化胁迫和植物的抗氧化作用)[J]．PlantPhysiolComＧ
mun(植物生理学通讯),３２(２):１４４－１５０
KangHJ(康华靖),LiuP(刘鹏),XuGD(徐根娣),etal．２００８．
EcophysiologicalresponseofEmmenopteryshenryitothehabiＧ
tatsindifferentaltitudesinChina’sDapanMountainnaturalreＧ
serve(大盘山自然保护区香果树对不同海拔生境的生理生态
响应)[J]．JPlantEcol(植物生态学报),３２(４):８６５－８７２
KnorzerOC,DurnerJ,BogerP,１９９６．AlterationsintheanＧ
tioxidativesystem ofsuspensionＧcultured soybean cels
(Glycinemax)inducedbyoxidativestress[J]．Physiol
Plantarum,９７:３８８－３９６
LiHS(李合生),SunQ(孙群),ZhaoSJ(赵世杰),etal．２０００．ExＧ
perimentsTheoryandTechnologyofPlantBiochemistry(植物
生理生化实验原理和技术)[M]．Beijing(北京):HigherEducaＧ
tionPress(高等教育出版社):１６４－２６１
LiuHX(刘鸿先),ZengSX(曾韶西),WangYR(王以柔),etal．
１９８５．Theeffectoflowtemperatureonsuperoxidedismutasein
variousorganelesofCucumberseedlingcotyledonwithdifferent
coldtolerance(低温对不同耐寒力的黄瓜幼苗子叶各细胞器
中超氧物歧化酶(SOD)的影响)[J]．ActaPhytophysiolSin
(植物生理学报),１１(１):４８－５７
LiJK(李建坤),WangZL(汪宗立)．１９９２．Superoxidedismutase
activityinleafＧcelorganelesandprotectiveroleof６ＧBAagainst
damageinCornunderwaterloggingstress(涝渍逆境下玉米叶
片各细胞器超氧物歧化酶活性的变化及６ＧBA的保护作用)
[J]．JiangsuJAgricSci(江苏农业学报),８(３):２０－２４
LiL(李玲),LiNH(李娘辉),JiangSM(蒋素梅),etal．２００９．
TheGuidanceofPlantPhysiologyModuleExperiments(植物生
理学模块实验指导)[M]．Beijing(北京):SciencePress(科学出
版社):９８－１００
LiuLL(刘璐璐),ChaiML(柴明良),XuXW(徐晓薇),etal．
２００８．Effectof６０CoγＧraysirradiationongrowthandantioxiＧ
dantenzymeactivitiesofrhizomesinCymbidiumgoeringi(γ射
线辐照对春兰根状茎生长及抗氧化酶活性的影响)[J]．J
NuclAgricSci(核农学报),２２(１):２３－２７
LiYQ(李玉强),ChenYP(陈银萍),ZhangMX(张满效),etal．
２０１０．Therelationofseasonalchangesintheδ１３Cvaluesto
freezingtoleranceintheneedlesofSabina(圆柏属常绿木本植
物δ１３C值的季节变化与抗冷冻性的关系)[J]．EcolEnviron
Sci(生态环境学报),１９(２):３５０－３５４
MaXJ(马旭俊),ZhuDH(朱大海)．２００３．Functionalrolesofthe
plantsuperoxidedismutase(植物超氧化物岐化酶(SOD)的研
究进展)[J]．Hereditas(遗传),２５(２):２２５－２３１
NakanoY,AsadaK．１９８１．Hydrogenperoxideisscavengedby
ascorbatespecificperoxidaseinSpinachchloroplasts[J]．Plant
CellPhysiol,２２:８６７－８８０
RaoMV,PaliyathG,OrmrodDP．１９９６．UltravialetＧBandozone
inducedbiochemicalchangesinantioxidantenzymesofArabiＧ
dopsisthaliana[J]．PlantPhysiol,１１０:１２５－１３６
ShiQH(史庆华),ZhuZJ(朱祝军),WangYC(王永传),etal．
２００６．Effectsofhighconcentrationmanganeseonactiveoxygen
productionandantioxidantenzymeactivitiesinCucumberleaves
underdifferentirradiations(不同辐照度下高浓度锰对黄瓜叶
片活性氧产生和抗氧化酶活性的影响)[J]．JPlantPhysiol
MolBiol(植物生理与分子生物学学报),３２(３):３２５－３２９
ThomashowMF．１９９８．RoleofcoldresponsivegeneinplantfreezＧ
ingtolerance[J]．PlantPhysiol,１１８:１－７
WuZH(吴志华),ZengFH(曾富华),MaSJ(马生健),etal．
２００４．Areviewofadvancesinactiveoxygen metabolismin
plantsunderwaterstress(水分胁迫下植物活性氧代谢研究进
展)[J]．SubtropPlantSci(亚热带植物科学),３３(２):７７－８０
ZhaoLN(赵琳娜),MaQY(马清云),YangGM(杨贵名),etal．
２００８．DisastersanditsimpactofaseveresnowstormandfreezＧ
ingrainoverSouthernChinainJanuary２００８(２００８年初我国
低温雨雪冰冻对重点行业的影响及致灾成因分析)[J]．CliＧ
matic&EnvironRes(气候与环境研究),１３(４):５５６－５６６
ZouQ(邹琦)．２０００．TheGuidanceofPlantPhysiologyExperiＧ
ments(植物生理学实验指导)[M]．Beijing(北京):ChinaAgriＧ
cuturePress(中国农业出版社):１６８－１７０
３９６５期　　　　　　　于飞等:低温胁迫对两种圆柏属植物亚细胞抗氧化酶活性的影响