全 文 ：广 西 植 物 Guihaia 25(6)：562—565 2005年 11月
模拟酸雨对番木瓜不同成熟度叶片
膜脂过氧化作用的影响
黄建昌，肖 艳，周厚高
(仲恺农业技术学院园艺系 ，广东广州 510225)
摘 要：用不同pH值(4．5、3．5、3．0、2．5)的模拟酸雨处理，研究其对番木瓜不同成熟度叶片细胞膜透性和膜
脂脂肪酸组分变化的影响。结果表明，酸雨处理导致番木瓜叶片细胞膜透性、MDA含量、脂氧合酶(LOX)活
性和K+、Ca2+、Mg2+渗出量显著上升，膜脂肪酸组分中饱和脂肪酸含量增加，不饱和脂肪酸含量及不饱和指
数(IUFA)下降，嫩叶比成熟叶对酸雨的反应更敏感。运用生理指标差异达 0．05显著水平评价酸雨对番木瓜
的影响阈值，嫩叶在 PH3．5，成熟叶在 pH3．0。
关键词：番木瓜；酸雨；膜脂过氧化；细胞膜透性；LOX活性
中图分类号 ：$667．9 文献标识码 ：A 文章编号 ：1000—3142(2005)06—0562—04
Impact 0f simulated acid rain 0n peroxidation 0f
1 l ■ ● 1 ● l n l ●
mem brans lipids in leaVes 0t-PaPaya seedlings
HUANG Jian—chang，XIAO Yan，ZHOU Hou—gao
(ZhongkaiAgrotechnical College，Guangzhou 510225，China)
Abstract：Impact of simulated acid rain with various pH values(4．5，3．5，3．0，2．5)on leaf in different stages of
papaya(Carica papaya L．)seedlings were studied．The results showed that permeability，MDA content，LOX
activity，leakage amount of K+，CaZ+ and Mg2+，and saturated fatty acid increased with the decline of the pH
value of simulated acid rain，unsaturated fatty acid and IUFA decreased with the decline of the pH value of
simulated acid rain．The sensibility to acid rain of spire was higher than climax leaf．The i~ury threshold val—
ue of teneral Iear to simulated acid rain was pH≤3．0 by the standard of the result using significance tested
with L．S．D．at 0．05 level，and that of adult leaf was pH≤ 3．5．
Key words：papaya；simulated acid rain；peroxidation of membrans lipids；permeability；LOX activity
酸雨已成为目前世界生态环境主要问题之一。
近年来，华南地区降水的酸度及酸雨发生频率呈上
升趋势，相当部分地区降水的 pH<4．0，一些地区
酸雨 pH甚至低至 3．0以下 (谢媚 ，2002)。对此 ，国
内外研究酸雨危害程度及植物生物量损失估算结果
表明，酸度达到一定的阈值后，将破坏植物结构，阻
碍其生长发育，引起生理伤害，导致作物减产甚至死
亡，酸雨胁迫对植物伤害重要原因之一是酸雨胁迫
引起植物体内活性氧自由基的积累，活性氧的产生
与脂氧合酶催化的膜脂过氧化有关，而膜脂过氧化
是造成细胞质膜损伤的关键因素(王建华等，1993；
邱栋梁等，2001)。番木瓜(Carica papaya L．)在华
南地区栽培广泛，而有关酸雨对番木瓜的生理危害
尚未见报道。为此，作者通过人工模拟酸雨方式处
理番木瓜小苗，探讨了酸雨胁迫对番木瓜叶片膜透
性和膜Jh Jh匕肪酸组分的影响，旨在通过研究酸雨胁
收稿 日期：2004-09—30 修订 日期：2005—02—16
基金项目：广东省自然科学基金资助项目(021917)[-Supported by the Natural Science Foundation of Guangdong Province(021917)]。
作者简介：黄建昌(1963一)，江西瑞金市人 ，教授，在职博士，主要从事园艺植物抗性研究。
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6期 黄建昌等：模拟酸雨对番木瓜不同成熟度叶片膜脂过氧化作用的影响 563
迫对番木瓜的伤害机制，为今后开展抗性栽培提供 喷 1次，共喷 3次。
理论依据。 1．2测定方法
1 材料与方法
1．1材料及酸雨胁迫处理
本试验以完全展开 8片叶的穗中红番木瓜品种
为试验材料。每处理 30盆，每盆 2株，3次重复。
以未展开的嫩叶和已成熟的第 2片叶为取材对象。
根据广州天然酸雨中硫酸根与硝酸根离子含量的摩
尔比(SO：。／N 一5：1)(谢媚，2002；杨妙贤等，
2001)，用 pH SH-4型酸度计配制 pH值为 4．5、
3．5、3．0、2．5等 4种不同酸度 的模拟酸雨，并以
pH5．6的蒸馏水为对照。待小苗第 8片叶完全展
开后，用喷雾器将不同 pH值的人工模拟酸雨均匀
喷洒于番木瓜幼苗全株至叶片滴水为度。每隔 3 d
酸雨胁迫处理 3 d后取样分析，各指标的测定
均取第 2片叶，重复 3次。K 、Ca抖、Mg抖渗出量
参照邱栋梁等(2001)所述方法，用打孔器分别取不
同发育时期的番木瓜叶圆片 20片(直径 0．5 cm)，
称重 0．9 g后置于试管中，用蒸馏水定容到 50 mL，
静置 6 h后，用原子吸收分光光度计测定K 、Ca抖、
Mg抖渗出量。细胞膜透性用 肖艳等(1995)所述方
法测定。丙二醛(MDA)含量用曾韶西等(1987)所
述方法测定。脂 氧合酶 (LOX)活性参照 Sekiya
(1982)的方法测定。叶片膜脂肪酸组分的测定参照
郭延平等(2002)的方法制备样品，从植株中取叶片，
洗净后用 1．5 mL 0．4 mol／KOH／甲醇溶液静置／震
荡 2 h，脂类水解的脂肪酸甲脂化后，加入 1．5 mL
石油醚：苯(V：V一1：1)，静置／震荡 30 min，然后
表 1 模拟酸雨对番木瓜叶片细胞膜透性、MDA含量和LOX活性的影响
Table 1 The effect of simulated acid stress on permeability，MDA content and LOX activity of leaves in papaya
注：用L．s．D．法测验，大写字母代表0．01差异水平，JS-g字母代表0．05差异水平。以下各表同。
Notet Significance tested with L．S．D．A，B and a，b represent significance at 0．01 and 0．05 levels，respectively．Table 2 and 3 are the same
as table 1．
按序加入蒸馏水和无水乙醇，上清液用 GC-9A(日
本岛津公司制造)气相色谱仪测定 ，色谱条件：2 m
X 3 mrfl玻璃柱，内装 Choromsoybw．AW．DMCS
(80 1OO目)担体，柱温 195℃，载体 N：，流速 4O
mL／min，FID检测器，汽化室温度 250℃，用面积归
一 法计算膜脂各组分的含量，计算脂肪酸不饱和指
数(IUFA)。
2 结果与分析
2．1模拟酸雨对番木瓜叶片细胞膜透性、MDA含量
和LOX活性的影响
细胞膜透性是反映植物遭受酸雨伤害的一个敏
感指标。如表 1所示，在模拟酸雨胁迫处理下，番木
瓜幼苗叶片的细胞膜透性上升，且随 pH值的降低
而极显著地增大。pH值 4．5的酸雨对番木瓜伤害
程度较小，pH低于 3．5的酸雨时伤害明显加剧，pH
值为 2．5时，嫩叶的细胞膜透性达到 34．56 ，比嫩
叶对照处理高出3．77倍；成熟叶片的细胞膜透性达
到31．29 ，相比成熟叶对照处理增加了 3．21倍。
pH值低于 3．5时嫩叶和成熟叶两者差异显著，说
明嫩叶对酸雨的反应敏感性大于成熟叶片。均值出
现显著差异的 pH值分别为：嫩叶 pH值≤3．5，成
熟叶 pH值≤3．0。
膜脂过氧化产物 MDA含量的变化表现出与细
胞膜透性相同的上升趋势。pH2．5酸雨处理的嫩
叶MDA的含量比对照高出4．05倍，成熟叶片则比
对照上升 3．59倍。均值出现显著差异的 pH值均
为≤3．0。相关分析结果表明，细胞膜透性及 MDA
含量的变化与酸雨的 pH值均呈极显著负相关(r
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：一0．901一 ，r一一0．893一 )，说 明细胞膜透性 及
MDA含量的变化与酸雨的 pH值的关系相当密切。
由表 1可见，模拟酸雨胁迫引起番木瓜叶片
LOX活性上升，且胁迫强度越大，LOX活性越大。
pH值为 3．5时，嫩叶和成熟叶两者的LOX活性差
异显著，说明酸雨胁迫引起番木瓜嫩叶膜脂过氧化
水平高于成熟叶，但均值出现显著差异的pH值均
≤3．0。
2．2模拟酸雨对番木瓜叶圆片 K 、Ca 和 Mg 渗
出量的影响
包括液泡膜等内膜系统在内的细胞膜系统在维
持植物正常生理机能上起着极为重要的作用。试验
结果表明，酸雨胁迫下番木瓜叶圆片的 K+、Ca。+和
Mg抖渗出量均随 pH值下降而逐渐增加，嫩叶的
K 、Ca。 和 Mg。 渗出量 比成熟叶大，说明酸雨胁
迫使番木瓜叶片的细胞膜系统的完整性受到损伤，
嫩叶比成熟叶受到的损伤程度大，表明嫩叶比成熟
叶反应更敏感。K 、Ca。 和 Mg。 渗出量均值出现
显著差异的 pH值分别为，K 渗出量：嫩叶 pH≤
3．5，成熟叶 pH≤3．5；Ca。 和 Mg。 渗出量：嫩叶
pH≤3．5，成熟叶 pH≤3．0；Ca。 和 Mg。 渗出量均
值出现显著差异的 pH值低于 K 渗出量均值出现
显著差异的pH值，表明K 渗出量对酸雨的反映较
Ca抖和 Mg。 渗出量敏感，这可能是由于 K 移动性
更强所致 。
2．3模拟酸雨对番木瓜叶片膜脂组分变化的影响
从表 3中可以看出，模拟酸雨胁迫使番木瓜叶
片膜脂肪酸组分发生明显的变化，随模拟酸雨的
pH值的降低，饱和脂肪酸含量增加，不饱和脂肪酸
含量和脂肪酸不饱和指数 (IUFA)下降。比较不同
表 2 模拟酸雨对番木瓜叶圆片 K+、ca +和 Mg2+渗出量的影响
Tahle 2 Effects of simulated acid rain on the leakage amount of K+，CaZ+and MgZ+in papaya leaves
表 3 模拟酸雨对番木瓜幼苗膜脂脂肪酸组分变化的影响
Table 3 The effect of simulated acid stress on fatty acid composition of membrance lipids in papaya leaves
叶片的膜脂组分变化，在同一 pH值的酸雨胁迫处
理下，嫩叶的膜脂组分变化程度和 IUFA的下降幅
度均大于成熟叶片。pH值为 2．5时，嫩叶的饱和
脂肪酸含量增加了 27．2 9／6，不饱和脂肪酸含量减少
了 18．6 ；成 熟 叶 片饱 和脂 肪 酸 含量 增加 了
2O．5 ，不饱和脂肪酸含量减少了 18．0 。成熟叶
片 IUFA的下降幅度也小于嫩叶，说明嫩叶对酸雨
的反应敏感性大于成熟叶片。
2．4模拟酸雨对番木瓜生理活动影响阈值初探
酸雨对作物各项生理指标的影响评价或影响阈
值，有学者提出“相对指标值 1O ”作为对植物叶细
胞造成伤害酸雨阈值的判量标准(张耀民等，1996)，
邱栋梁等(2001)采用差异显著性检验结果进行评
价。从本 实验所 得到 的结果 来看，K 、Ca。+和
Mg抖渗出量及 MDA含量、LOX活性和细胞膜透
性等生理指标对酸雨胁迫的敏感性都很强，差异显
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著，因此，可采用差异显著性检验结果作为对植物叶
细胞造成伤害酸雨阈值的判量标准。本试验选择这
些生理指标进行酸雨对番木瓜的影响阈值评价，其
结果见表 4。试验结果表明，模拟酸雨对番木瓜生
理活动影响 阈值 大致嫩叶在 pH3．5，成熟叶在
pH3．0。初步说明成熟叶的抗酸性较嫩叶强，表现
在同一 pH值的酸雨胁迫下，成熟叶多项生理反应
较嫩叶弱 。
表 4 几项生理指标差异 0．05显著水平时的酸雨 pH值
Table 4 The pH values of simulated acid rain with
the difference at 0．05 significant level
酸雨 pH值
pH values of simulated
acid rain
项 目Items — —
嫩叶 成熟叶
Immature Mature
leaf leaf
2001)。LOX酶可催化不饱和脂肪酸的氧化，进一
步分解产生乙烯等导致膜渗漏(郭延平等，2002)。
酸雨胁迫使番木瓜叶片 LOX活性上升，这是由于
植物受到酸雨胁迫伤害后，体内活性氧的积累，引起
LOX活性提高导致膜脂过氧化。受到酸雨胁迫后
番木瓜叶片膜脂肪酸组分的变化(饱和脂肪酸含量
增加，不饱和脂肪酸含量下降)及 IUFA下降，可看
作是对酸雨胁迫的一种反应方式，使之通过 IUFA
的下降，减少不饱和脂肪酸的过氧化作用，从而减弱
因膜脂过氧化所引起的对细胞膜系统的伤害。
酸雨对作物各项生理指标的影响评价或影响阈
值，有学者提出“相对指标值 1O ”作为对植物叶细
胞造成伤害酸雨阈值的判量标准(张耀民等，1996)。
邱栋梁等(2001)采用差异显著性检验结果进行评
价。我们认为采用差异显著性检验结果为判量标
准，可能更好地反映酸雨对作物各项生理指标的影
响。因此，本试验选用差异显著性检验结果为判量
标准进行酸雨对番木瓜生理活动影响阈值的初步评
价，表明模拟酸雨对番木瓜生理活动影响阈值大致
嫩叶在 pH3．5，成熟叶在 pH3．0。考虑到酸雨胁迫
伤害的综合性，我们还将运用外观形态及生理指标
对这一问题进一步综合评价。
3 讨论
酸雨胁迫下番木瓜叶片细胞质膜透性增大，这
与相关研究结果相一致(王建华等，1990；吕均良等，
1998；邱栋梁等，2001)。这是由于细胞膜对逆境胁
迫反应比较敏感，是逆境首击的目标之一(王建华
等，1990；曾韶西等，1987)。酸雨对植物造成损伤的
生理机制之一在于自由基增加，质膜过氧化加剧，膜
选择透性丧失，导致细胞膜透性增大。本试验对不
同pH值的酸雨胁迫后番木瓜叶片 K 、Ca抖、Mg抖
渗出量的变化研究结果表明，K 、Ca抖、Mg抖渗出
量与酸雨的pH值呈显著负相关，这进一步说明酸
雨胁迫使番木瓜叶片膜系统的完整性遭受破坏，透
性增加。主要原因一是酸雨中的质子通过置换作用
造成 Ca。 流失，膜稳定性下降，透性增加；二是酸雨
胁迫后植物超氧阴离子自由基 O_和其它形式的活
性氧含量增加，诱发细胞脂质过氧化，致使细胞膜结
构破坏，代谢活动紊乱(王建华等，1993；邱栋梁等，
Guo YP(郭延平)，Li JR(李嘉瑞)．2002．Changes of fatty acid
composition of membrance lipid，ethylenerelease and lipoxy—
genase activity in leaves of apricot under drought stress(干
旱胁迫下杏叶片膜脂脂肪酸组分和乙烯释放及 LOX活性
的变化)[J]．J Zhejiang Agric Univ(浙江大学学报)，28
(5)：513—517．
Lu JL(吕均 良)，Li SY(李三 玉)，Huang SB(黄寿波 )，et a1．
1998．Effect of simulated acid rain on leaves and fruits of
peach and pear(模拟酸雨对桃梨叶片和果实的影响)[J]．
』Z iang Agric Univ(浙江农 业大学学报)，24(6)：603—
6O7．
Qu DL(邱栋梁)，Liu XH(刘星辉)，Wang BH(王宝华 )，et a1．
200 1．Effect of simulated acid rain on leaf membrance per—
meability of litchi(模拟酸雨对荔枝叶片细胞膜透性的影
响)EJ1．J Fujian Agric Univ(福建农业大学学报)，30(1)：
33— 35．
Sekiya J．1982．Kamiuchi H，Hatannaka A．Lipoxygenase，hy—
droperoxide lyase and volatile C6一aldehyde formation from
C18-fatty acids during development of Phaseolus vugaris L．
I-J]Plant Cell Physiol，23(4)：63 1—638．
Wang JH(王建华)，Xu T(徐 同)．1 993．Influence of simu—
lated acid rain on the protecting enzymes and lipid peroxida—
tion of membrance in cotton cotyledon disc(模拟酸雨对棉
(下转第 575页 Continue on page 575)
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6期 麦维军等：谷胱甘肽在植物抗逆中的作用 575
seedling[J]．Plant Physiol。114：695—704．
Rauser WE．1990．Phytochelatin[J]．Annnu Rev Biochem，
59：61— 86．
Rea PA。Li ZS。La YP，el a1．1998．From vacuolar GS-X punps
to multispecific ABC transporters[J]．Annu Rev Plant
Physiology Plant M ol Biol，49：727— 760．
Salt DE，Rauser WE．1995．MgATP—dependent of phytochela。
tins across the tonoplast of oat roots[J]．Plant Physiol，
107：1 293— 1 301．
Sehupp R．Rennenberrg H．1 988．Diurnal changes in the glu
tathione concentration of spruce needles(Plcea abtes L)[J]．
Plant Sci，57：113— 117．
Sekhar K，meredith M3，Kerr LD．el a1．1997．Expression of glu—
tathione andY-glutamyleysteine synthetase mRNA in Jun de
pendent[J]．BiochemBiophys Res C<17nmun，234：588—593．
Song FM(宋风呜)，Ge XC(葛秀春)，Zheng Z(郑 重)．2001．
Changes of glutathione contents in cotton seedlings infected
by Fusarium oxysporum f．sp．vasinfectum and its relation—
ship to disease resistance(枯萎病菌侵染后棉苗体内谷胱甘
肽含量的变化及其与抗病性关系)[J]．J Zhejiang Univ
(Agric&Li Sci)(浙江大学学报 自然科学版)，27(6)：
615— 618．
Suter M 。Balmoons P，Koprvia S， ￡a1．2000．Adenosine 5
phosph0sulfate sulfotransferase and adenosine 5 phospho。
sulfate reductase are identical enzymes[J]．J Biol Chem，
275：930— 936．
Thielr DJ．1988．ACE1 regulates expression of the Saccharo
myces cerevisiae metabolothionein gene[J]．Mol Cell Bi—
ol。8：2 745— 2 752．
Tommasini R，Vogt E，Fromenteau M ，el a1．1998．An ABC-
transporter of Arabidopsis thaliana has both glutathione—
conjugate and chlorophyl eatabolite transport activity[J]．
Plant J，13：773— 78O．
Ulmann P。Gondet L，Potier S．el a1．1 996．Cloning of theAr—
obidosis thaliana glutathione syntheasev(GSHz)by func
tional complemetaion of a yeast gsh2 mutant[J]．European
Journal of Biochemistry，236：662—669．
Vernoux T，W ilson RC，Seeley KA，ela1．2000．The root mar—
istemlessl／cadmium sensitive 2 gene defines fl glutathione
dependent pathway involved in initiation and maintenance of
cel division during postembryonic root development[J]．
PlantCel，12：97— 110．
W ildi B，Lutz C． 1 99 6． Antioxidant composition of selected
high alpine plant species from diferent altitudes[J]．Plant
Cell Environ，19：138—146．
W U AL，Moye-Rowley S．1 9 94．GSH 1 which encodes Y-glu—
tamylcysteine synthetase。is fl target gene for yAP1 tran—
scriptional regulation[J]．Mol Cell Biol，14：5 832—5 839．
Xiang CB，Oliver DJ．1998．Glutathione metabolic Genes coor—
dinnately respond to heavy metals and jasmonic acid in Ara
bidopis[J]．The Plant Cell，10：1 539—1 550．
Xiang CB．Werner BL，Chritensen EM ，el a1．2001．The bio—
logical functions of glutathione revisited in Arabidopsis
transgenic plants with altered glutathione levels[J]．Plant
Physiol，126：564— 574．
Xu DY(徐大勇)，Song YG(宋玉果)．2001．Glutathione regu
late the signal transdution by the ROS(谷胱甘肽对氧 自由
基介导的细胞信号传导的调节)[J]．Heath Toxicology(细
胞毒理学杂志)，15：52—54．
Zhu YL。Pilon—Smits EAH，Jouanin L．el a1．1999． 0verex
pression of glutathione synthetase in indian mustard enhance
cadmium accumulation and tolerance[J]．Plant Physiol，
119：73— 79．
(上接第 565页 Continue from page 565)
花子叶圆片膜保护酶活性和膜脂过氧化作用的影响)[J]．
Acta Ecol Sin(生态学报)．13(3)：228—234．
Wang JH(王建华)，Xu T(徐 同)．1990．Effect of simulated
acid rain on leaf membrance permeability in cotton cotyledon
disc(模拟酸雨对棉花子叶圆片细胞膜透性的影响)[J]．．，
Fujinn Agric Univ(华中农业大学学报)，9(2)：148—154．
Xie M(谢 媚)．2002．The basic feature research of acid Rain
polution in Guangzhou area between 1996 and 2000(“九五”
广州地区酸雨污染基本特征研究)[J]．Res Env Sci(环境科
学研究 )．15(1)：31—33．
Xiao Y(肖 艳)，Huang JC(黄建 昌)．1995．Protective efect
of free radical scavenger in strawberry plants under drought
stress(自由基清除剂对草莓水份胁迫的保护作用)[J]．．，
Zhongkai Agrotech Coll(仲恺农业技 术学 院学报)，2：63—
67．
Yang MX(杨妙贤)．Zheng HM(郑慧 明)．2001．Effect of
simulated acid rain on growth and physiological indexes of
flowering Chinese cabbage(模拟酸雨对菜心生长与部分生
理指标的影响)[J]．J Zhongkai Agrotech Coll(仲恺农业技
术学院学报)，14(5)：38—41．
Zheng SX(曾韶西)，Wang YR(王以柔)．1987．Low tempera
ture inj ury and peroxidation of membrans lipids in leaves of
rice seedlings(水稻幼苗的低温伤害与膜脂过氧化)[J]．Ac—
la Bot Sin(植物学报)，29(5)：506—512．
Zhang YM(张耀民)，wu LY(吴丽英)，Wang XX(王小霞)，el
a1．1996．Effect of simulated acid rain on crop leaf injury
and physiological indexes(酸雨对农作物的叶片伤害及生理
影响)[J]．Agric Env Protect(农业环境保护)，15(5)：197
— 2O8．
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