全 文 ：广 西 植 物 Guihaia 29(5)：648— 652 2009年 9月
铝胁迫对海莲幼苗保护酶系统
及脯氨酸含量的影响
马 丽，杨盛 昌
(厦门大学 生命科学学院 滨海湿地生态系统教育部重点实验室。福建 厦门 361005)
摘 要：为探讨 Al。+胁迫对海莲的影响，研究了 10~50 mmol／L AI3+处理下海莲幼苗叶片和根系的过氧化物
酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)、超氧化物歧化酶(SOD)、抗坏血酸过氧化物酶(APX)的活性以及可溶性蛋 白质、
丙二醛(MDA)和游离脯氨酸(Pro)含量的变化。结果表明，海莲幼苗能耐受 50 mmol／L的 AIa+胁迫处理，具有
较高的耐铝性。但在 50 mmol／L AI3+处理时，海莲幼苗叶片和根系的质膜系统膜脂过氧化加重 ，MDA含量增
加 ；细胞活性氧代谢失衡。在保护酶系统 中，AI3+处理促进了叶片中 APX和 POD活性的提高，降低 了CAT 的
活性，SOD的活性呈下降趋势；海莲根部 POD和 SOD活性均显著提高，而 CAT 活性下降。25～50 mmol／L
Al0 处理下，海莲叶片和根部可溶性蛋白质含量均显著下降；Pro的含量在叶片和根均有显著增加。
关键词：海莲；铝胁迫 ；保护酶系统；脯氨酸
中图分类号：Q945 文献标识码：A 文章编号：i000—3142(2009)05—0648—05
Effect of aluminium on protection enzyme system
and proline of Brugiera sexangula seedlings
MA Li，YANG Sheng—Chang
(Key Laboratory of Ministry of Education for Coastal and Wetland Ecosystem。
School 0r，J fe Sciences，Xiarnen University，Xiamen 361005．China)
Abstract：The activity Of POD，CAT，SOD，APX，the content of soluble protein，MDA and proline in the leaves and
roots of Brugiera sexangula were studied under 10—50 mmol／L AICI3 treatments．The results showed that，B．sex—
angula had strong tolerance tO high concentrations of A10+，even 50 mmol／L of AI。+。but under this concentration，
the membrane system in the leaves and roots were seriously damaged due tO peroxidation。while the content of MDA
increased and the active oxygen metabolism of the cells were unbalanced．In protection e~ yme system，A10+ treat—
ments concentrated on the raising of APX and POD activity，reducing of CAT and SOD activity in leaves；for the
roots，the POD and SOD activity were significantly increased，while the CAT activity were decreased．Under treat—
ments of 25—50 mmol／L Ala+，in both leaves and roots，the soluble protein content decreased evidently but the Pro
content increased．
Key words：Brugiera sexangula；AI stress；protection enzyme system；proline
铝是自然界中丰度最高的金属元素，占地壳质
量7 9，5左右，无机离子态的铝在酸性条件下大量渗
出，污染了生态环境，严重危害了农作物和森林树种
的生长(孑L繁翔等，2000)。铝离子对植物的伤害反
映在：影响植物营养成分的吸收与代谢，破坏细胞膜
的结构和功能，影响保护酶的活性，使植物生长停
收稿日期：2008—01-08 修回日期 ：2008—12—20
基金项目：福建省自然科学基金(t30510003)[Supported by Natural Science Foundation of Fujian Province(B0510003)]
作者简介：马丽(1982一)，女(满族)，河北承德人，硕士，发育生物学专业，主要从事植物生理学研究 ，(E—mail)mary20030801@yahoo．COrn．cn。
通讯作者(Author for c0rresp0ndence，E—mail：scyang@xmu．edu．on)
5期 马丽等 ：铝胁迫对海莲幼苗保护酶系统及脯氨酸含量的影响 649
止，根系、茎部和叶片功能坏死等，这在小麦(Dark
等，2004)、水稻(Ma等，2002)、马尾松 (曹洪法等，
1992)、茶 树 (陆 建 良等，1997)、龙 眼 (肖祥 希 等，
2003)、荞麦(王芳等，2006)植物中已得到研究。
红树林是生长于热带和亚热带海岸和河 口潮间
带的木本植物群落，具有防风固堤 ，净化环境和维护
生态平衡等作用。特殊的生境造就了红树植物耐盐
和抗水淹等生理生态学特性 。已有 的研究表明：红
树植物对汞和镉等重金属元素有较强的富集作用和
耐受特性(林鹏等，1989；吴桂容等，2006；杨盛昌等，
2003)。但到 目前为止，有关红树植物的耐铝特性 、
铝离子对红树植物的生理伤害等方面的研究还鲜有
报道。因此，本文以海莲 (Brugiera semangula)幼
苗为材料 ，通过砂培和不同浓度 Al”盐处理 ，探讨
Al”胁迫对红树植物生长和保护酶系统等的影响 ，
为研究红树植物的耐铝特性及其适应机制提供
依据。
1 材料与方法
1．1材料培养及 Al 盐处理
海莲成熟胚轴采于海南省文昌清澜港红树林自
然保护区，平均长度为 8．23±1．04 cm、平均重量为
l2．2±0．68 g。采用随机分组，将海莲胚轴于厦门
大学生命科学学院温室内进行砂培，砂砾粒径 2～4
mm，经自来水反复冲洗后装入塑料网盆中，每盆重
约2．5 kg，每盆种植海莲胚轴 5～6棵。培养液采用
Hoagland’s液体培养基，并混合 3Z。NaC1以保证
海莲幼苗的生理需盐，每隔 5 d更换 1次培养基，每
天补充因蒸发损失的水分。1个月后进行铝胁迫处
理，氯化铝 (AI”)浓度分别为 lO、25、50 mmol／L，
以未添加铝盐的培养基作为对照 。每一处理重复 4
次，为期 2个月 。
1．2方法
1．2．1采样 采取海莲第 3～4对叶片和完整根系，
经自来水及重蒸水反复清洗，晾干。
1．2．2酶液的制备 取 1 g新鲜叶片或根组织，剪
碎，分次加入 IO mL 62．5 mmol／L磷酸缓冲液
(PBS pH为 7．8，含 1 PVP)冰浴研磨，l5 000 g，4
℃离心 2O rain，取上清。酶液中的蛋 白质含量以
Brandford(1 976)考马斯亮蓝 G一250方法测定，以牛
血清蛋白作标准曲线。
1．2．3过氧化物酶(POD)活性 的测定 取 1()0 L
酶液(fl PBS代替酶液做空 白)，加入 1．5 mL反应
混和液 (62．5 mmol／L，pH7．8 PBS，2O mmol／L愈
创木酚)，混匀 ，25℃温浴 5 min，加 l0 L过氧化氢
启动反应于 470 nm 波长处 做时间扫描 ，扫描曲线
率为酶反应速率，酶活性 以 △A 。／g·Fw ·min表
示(Jiang等，2003)。
1．2．4过氧化氢酶 (CAT)活性的测定 CAT活性
的测定参考郝再彬 等(2004)并略加改进，反应体系
为 100 L酶液加 900 L 62．5 mmol／L磷酸缓冲液
(含 1％ H O。)启动反应，于 240 nm波长处做时间
扫描，扫描曲线率为酶反应速率，酶活性以 AOD ／
g·Fw·min表示。
1．2．5超 氧 化 物 歧 化 酶 (SOD)活 性 的 测 定 SOD
的活性采用氮蓝 四唑(NBT)光照氧化还原显色反
应的方法测定，以每单位时间内抑制光还原 O 的
氮蓝四唑(NBT)为一个酶单位，酶活性以U／gFw。
1．2．6抗坏血酸过氧化物酶(APX)活性的测定 以
Nakano＆ Asada(1981)的方法进行，290 nm 波长
处做时间扫描，根据单位时间内OD。。减少的值，计
算 APX的活性。
1．2．7丙二醛(MDA)含量测定 取上述上清液 2．0
mL加入 2．0 mL 1O 三氯乙酸(TCA)(含0．5 硫
代巴比妥酸钠(TBA))混匀，煮沸 l5 rain后快速冷
却，4 000 r／min离心 20 rain，以 l0 TCA(含
0．5 TBA)为参比，上清液在 532和 600 nm波长
处测定 OD值。
1．2．8游离脯氨酸(Pro)含量的测定 采用郝再彬
等(2004)茚三酮显色法，测定植物组织游离脯氨酸
含量的变化。
1．2．9统计方法 用 SPSS l1．0统计软件处理所有
结果 ，采用单因素方差分析法 (One—way ANOVA)
对实验数据进行统计分析。
2 结果与分
2．1对海莲幼苗生长的影响
100 mmol／I_ 和 75 mmol／I 铝处理 的海莲植
株，分别在处理7 d和 15 d后停止生长，最终因根系
坏死导致植株枯死。在 1O～50 mmol／L铝浓度范
围内，海莲幼苗随铝浓度增加 ，生长明显减慢，与对
照组抽条高度 l8．4±1．4 CI]相比，分别为 l6．2±
2．7 cm、l5．4±1．1 cm和 12．3±1．7 cm。叶片数量
和叶面积也相应减少。对根系观察发现，处理组的
65O 广 西 植 物 29卷
根系侧根和根毛较对照组明显减少 ，且显得松脆 。
2．2对海莲幼苗叶片和根 系丙二醛 (MDA)含量的
影响
丙二醛(MDA)是脂质过氧化产物 ，其含量高低
表 1 AI +胁迫对 海莲 幼苗叶 片和根 部
丙二醛(MDA)含量的影响
Table 1 Effect of AP stress on M DA in leaves
and roots of Brugiera sexangula seedlings
注：同一栏内字母不同者为差异显著，大小字母分别表示 P=
0．01和 P=0．05的显著水平。下同。
Note：values in same column followed by different capital or small
letter are significantly different at P=0．O1 or P= 0．05 lexre1．respec—
tively．The same below．
反映了膜质 的破损程度。表 1结果显示 ，低浓
度铝盐处理下 ，海莲叶片和根 的 MDA含量变化不
显著 ，但随铝浓 度增 加到 50 mmol／L，叶片和根的
MDA含量均显著增强 ，较对 照组分别增加 了 1．5
倍和 1．9倍 ，说明 5O mmol／L铝浓度引发了海莲叶
片和根细胞的膜质过氧化 ，破坏 了脂膜的完整性。
2．3对海莲幼苗叶片和根部保护酶系统的影响
不同铝浓度处理下 ，海莲幼苗叶片和根部 的某
些保护酶活性呈现不同的变化趋势。
2．3．1对 POD和 CAT活性 的影响 从表 2可知，
与对照相比，铝盐处理下海莲叶片和根部的 POD活
性显著增强。在根部 ，随着铝盐浓度增加 ，POD活
性相应提高，50 mmol／L处理组较对照组增加 2．8
倍。与对照组相比，海莲叶片和根系的 CAT活性
随铝浓度增加呈现下降趋势，但叶片 CAT活性在
各处理组之问差异并不显著。
表 2 AI3+胁迫对海莲幼苗叶片和根中 POD和 CAT活性的影响
Table 2 Effect of AI。+ stress on POD and CAT in leaves and roots of Brugiera sexangula seedlings
表 3 AI3+胁迫对海莲幼苗叶片和根部 SOD和 APX活性的影响
Table 3 Effect of AI。+ stress on SOD and APX activity in leaves and roots of Brugiera sexangula seedlings
2．3．2对 SOD和 APX活性的影 响 表 3结果显
示，海莲叶片 SOD活性在 lO～5O mmol／L铝处理
下表现降低趋势，但 10 mmol／L、25 mmol／L两个
处理对 SOD活性影响不显著；铝处理水稻幼苗的研
究(石贵玉，2004)中，也发现水稻叶片 SOD活性随
着铝浓度的上升呈下降趋势的类似情况。在 10～
50 mmol／L铝处理下 ，海莲根中 SOD的活性均显著
增加。海莲叶片的 APX活性较对照组增加了 0．86
～ 1．34倍 ；而海莲根部的 APX活性除 10 mmo|／L
浓度处理下有所增加外 ，其他浓度处理的结果与对
照组相比差异不显著。SOD是植物抵御胁迫伤害，
清除活性氧的第一道 防线 。长期铝胁迫下，海莲叶
片的SOD活性下降，可能因为 SOD酶只在一定时
间范围内比较活跃，作用持续的时间短；细胞内产生
的活性氧可能超出了SOD酶的清除范围，活性氧代
谢的平衡遭到破坏，产生了一定程度的氧化伤害。
而海莲叶片中 APX活性 的增加 ，可能弥补了 S0D
对膜质 过 氧 化损 伤修 复 作 用 的减 弱趋势 。根部
5期 马丽等 ：铝胁迫对海莲幼苗保护酶系统及脯氨酸含量的影响 651
SOD活性得到增高，表明海莲幼苗可 以通过提高根
部 SOD活性来适应铝盐胁迫 ；而 APX在海莲根部
细胞器中作用并不活跃。
2．4对海莲幼苗不同部位蛋白质、脯氨酸含量的影响
表 4结果显示，海莲叶片和根部的可溶性蛋 白
质含量在 25～50 mmol／L两个浓度 Al¨ 处理下较
对照组均显著降低 ，在铝胁迫对龙眼幼苗蛋白质和
核酸含量的影响的研究中(肖祥希等，2006)，龙眼叶
片和根中可溶性蛋白质总量也随铝浓度的增加呈现
降低的变化趋势 ；对此的解释有 ：蛋白酶活性升高导
致蛋白质水解；逆境胁迫导致活性氧增加 ，膜脂过氧
化加剧，蛋白质合成受到抑制。
脯氨酸是植物蛋 白质的组分之一，以游离状态
广泛地存在于植物体中。正常条件下，高等维管植
物体中游离脯氨酸 的含量并不多，但在逆境条件下
(干旱、盐渍、冷冻等)植 物体 内游离脯氨酸可增加
l0～100倍(张显强等 ，2004)。
铝胁迫处理导致海莲叶片和根部游离脯氨酸的
大量积累 ，且随着铝处理浓度的增加，脯氨酸含量呈
现极显著的递增趋势。海莲叶片脯氨酸含量增加 了
7．2～ 14．4倍 ，根 部 脯 氨 酸含 量增 加 了 10．7～
30．1倍 。
表 4 AIa+胁迫对海莲幼苗叶片和根部可溶性蛋白和游离脯氨酸含量的影响
Table 4 Effect of AI。 stress on soluble protein and Pro in leaves and roots of Brugiera se．rangula seedlings
3 讨论
当Al”盐浓度在50 mmol／I 时，海莲幼苗能够
生长存活，说明海莲对 Al 盐有很强的耐受性。但
当浓度大于 50 mmol／I 时 ，海莲生长受 到严重抑
制，并发生枯死。
海莲叶片和根的 MDA含量在 10~25 mmol／L
Al”浓度处理时变化不显著，当浓度达到50 mmol／
L时，MDA含量在叶片和根两个部位均显著增加 ，
说明高浓度的铝盐使细胞膜脂过氧化作用增强，细
胞膜的结构和功能受到破坏。
在海莲叶片的活性氧清除系统 中，各种保护酶
与抗坏血酸(AsA)和谷胱甘肽(GSH)等叶绿体 中
的重要抗氧化剂协调作用。APX是叶绿体中专一
地清除 H O：的关键酶，与谷胱甘肽还原酶(GR)等
酶协同作用，通过抗坏血酸一谷胱甘肽循环移去叶
绿体中的 H 2O2，同时使 AsA和 GSH再生(肖祥希
等，2003)。铝胁迫下，海莲叶片 APX活性呈显著
增加的趋势，可能是叶绿体系统对铝胁迫的适应。
CAT和POD也是植物体内清除 H。O 的主要
保护酶，在铝胁迫下，海莲叶片的 CAT活性显著下
降，引起了 H：O。的积累，但由于 POD活性显著增
强，加剧了 H zO 的降解，从而降低细胞内的 H O。
的水平。在 50 retool／L铝盐处理时，POD的活性
有所下降，可能是由于叶片积累了较多的铝而抑制
了 POD的活性。
此外 ，SOD作为活性氧清除系统 中的第一道防
线，与其他保护酶协调作用，有效控制细胞内活性氧
水平，阻止脂质过氧化物的积累。在高铝浓度下，海
莲叶片的SOD活性降低，表明铝胁迫抑制了 SOD
活性，这也可能是导致膜脂过氧化程度加深的原因
之一。
根系是植物面对土壤铝胁迫的首要器官，其生
理代谢功能直接决定 了植 物对铝胁迫的耐受程度。
但有关根系保护酶系统的特性研究相对较少。在本
研究中，海莲根部的保护酶系统的活性变化与叶片
有些不同：随铝处理浓度的增加，根 P0D和 SOD活
性显著增强 ，但 APX的活性变化并不明显。根 系
POD和 SOD活性的增强，表明根系保护酶系统的
防御能力增强，对活性氧的清除作用更为活跃。究
其原因，可能与铝胁迫因子诱导 了根系 POD和
SOD酶基因的大量表达有关。另一种可能是，在铝
胁迫条件下，根系能合成包括有机酸在内的特殊物
质，这些物质的存在有助于稳定根系 POD和 SOD
酶基因的转录产物或者促进了酶活力提高。因此，
从保护酶系统的变化来看 ，红树植物根系和叶片可
能存在不同的铝胁迫适应机制 。
652 广 西 植 物 29卷
铝胁迫导致海莲幼苗叶片和根部蛋白质含量下
降，这与高盐浓度培养海 莲(郑海雷等 ，1998)，随着
盐分的增加 ，幼叶的蛋 白质含量在总体上呈下降的
趋势的结果相似。铝胁迫下蛋白质含量下降的主要
原因 目前认为有 ：植物为了适应和抵御胁迫，提高 了
蛋 白酶的活性 ，从而加剧了蛋白质的水解 ；胁迫条件
下植物细胞内 RNA、DNA的含量减少 ，降低了蛋 白
质的合成速率 ；逆境胁迫导致活性氧增加 ，膜脂过氧
化加剧(肖祥希等，2003)，抑制蛋 白质合成。
脯氨酸作为一种重要 的渗透保护物质 ，在植物
的抗性生理中发挥着重要的作用 。最近有关脯氨酸
合成和代谢的研究表明了脯氨酸具有多种功能，即
脯氨酸可作为一种迅速利用的能源，氮源和碳源(张
显强等，2004)。此外，脯氨酸代谢中间产物具有诱
导基因表达作用(Iyer等，1998)及降低渗透胁迫所
造成的氧伤害作用。
从海莲叶片和根部的游离脯氨酸积累情况看，
铝胁迫下，两个部位的游离脯氨酸含量均随铝浓度
的增加有显著增加。但是，作为渗透胁迫的有机渗
透物质积累，脯氨酸含量变化与铝胁迫是否直接相
关还存在很多争议，仍需要进一步验证。
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