全 文 ：浙 江 林 学 院 学 报 2008,25(4):437-441
JournalofZhejiangForestryColege
干旱胁迫对梨属4个重要种幼苗膜脂过氧化
和抗氧化酶活性的影响
李迎春1,樊卫国2,陈双林1
(1.中国林业科学研究院 亚热带林业研究所,浙江 富阳 311400; 2.贵州大学 农学院,贵州 贵阳 550025)
摘要:以梨属 Pyrus的杜梨 P.betulaefolia,砂梨 P.pyrifolia,川梨 P.pashia和滇梨 P.Pseudopashia等 4个种 1年生实生
苗为材料,进行人工干旱处理,研究土壤干旱胁迫对梨属 4个重要种幼苗膜脂过氧化和抗氧化酶活性的影响。结果表
明:随着水分胁迫的加重,4个种幼苗叶片中的丙二醛质量摩尔浓度呈现先降低后升高的趋势;膜伤害度以砂梨最大,
重度胁迫时为35.91%,滇梨和川梨分别为10.72%和10.34%,杜梨为8.00%;叶片中超氧化物歧化酶(SOD)活性,砂梨
呈降低趋势,而其他3个种均先升高后降低。4个种的过氧化物酶(POD)活性和过氧化氢酶(CAT)活性一直降低。轻度
干旱胁迫期,保护酶活性具有明显的适应性反应;随着干旱胁迫程度的加剧,梨属 4个种叶片中 SOD,POD和 CAT活
性变化幅度不同,说明 4个种在清除活性氧以避免自由基对机体的伤害能力不同,其中杜梨最强,滇梨、川梨次之,
砂梨最弱。 图3表1参19
关键词:植物生理学;干旱胁迫;梨属植物;膜脂过氧化;抗氧化酶
中图分类号:Q945.17;S661.2 文献标志码:A 文章编号:1000-5692(2008)04-0437-05
Soildroughtstressonmembrane-lipidperoxidationand
antioxidantenzymesinpearrootstock
LIYing-chun1,FANWei-guo2,CHENShuang-lin1
(1.ResearchInstituteofSubtropicalofForestry,TheChineseAcademyofForestry,Fuyang311400,
Zhejiang,China;2.AgriculturalColege,GuizhouUniversity,Guiyang550025,Guizhou,China)
Abstract:Inordertobreeddrought-tolerantcultivarsofpear,theefectofdroughtstressonmembrane
permeabilityandantioxidantenzymesystemsthefourone-year-oldPyrus(pear)speciesof(P.betulaefolia,
P.pyrifolia,P.pashia,andP.pseudopashia)growninpot,werestudiedintheKarstFruitTreeResearch
InsitituteofGuizhouUniversity,from2003to2005.Fourtreatmentswereset,includingthecontrol:the
soilrelativewatercontent(SRWC)is(65.0±5.0)%,lightstress:theSRWCis(50.0±5.0)%,moderatestress:
theSRWCis(40.0±5.0)%,severestress:theSRWCis(32.5±5.0)%,withthreereplication.Results
showedthatmalondialdehyde(MDA)contentsignificantlydecreased(P＜0.01)withlightstressforP.pyri-
folia,butsignificantlyincreased(P＜ 0.01)withmoderateandseverestressforalspecies.Withsevere
droughtstress,damagetothemembranestructureofP.pyrifoliawasgreaterthantheotherthreespecies.
DamageforP.pyrifoliawas35.91%,whileP.pseudopashiawas10.72%,P.pashiawas10.34%andP.
betulaefoliawas8.00%.Superoxidedismutase(SOD)activitiesofP.pyrifoliadecreased,whiletheotherthree
speciesfirstincreasedwithlightstressandthendecreasedwithmoderateandseverestress.Peroxidase
(POD)andcatalase(CAT)activitiesdecreasedforthefourspecies.Withdroughtstressandeliminationof
oxygenfreeradicals,thefourPyrusspeciesavoidedinjuryinthefolowingorder:P.pyrifolia＞ P.pseu-
dopashia＞ P.pashia＞ P.betulaefolia.[Ch,3fig.1tab.19ref.]
收稿日期:2007-07-18;修回日期:2007-10-23
基金项目:贵州省教育厅自然科学基金资助项目(95099D-37)
作者简介:李迎春,助理研究员,硕士,从事植物生理生态研究。E-mail:yingchunli001@126.com
浙 江 林 学 院 学 报 2008年8月
Keywords:plantphysiology;droughtstress;Pyrusspp.(pear);membrane-lipidperoxidation;antioxi-
dantenzymes
植物遭受干旱等逆境时,体内活性氧产生与清除的代谢系统失调,导致活性氧过量积累从而对植
物造成伤害。在逆境条件下的膜脂过氧化反应和保护酶系统保护超氧化物歧化酶(SOD),过氧化物酶
(POD)、过氧化氢酶(CAT)和抗坏血酸氧化酶(APX)等活性的变化,已广泛用于植物对逆境反应机制
的研究[1]。许多研究表明[2-5],干旱诱导的膜脂过氧化是造成植物细胞膜受到损伤的关键因素,而膜
伤害是导致植物组织伤害和衰老的重要诱导因子,但植物在干旱胁迫时可以动员保护酶系统来有效地
防御和清除自由基,保护细胞免遭氧化伤害,龙眼Dimocarpuslongana[5],苹果Malusspp.[6],沙棘Hip-
pophaerhamnoides[7]等方面的工作均证明保护酶活性与植物的耐旱性有一定的关系,但有关梨属Pyrus
植物耐旱性与抗氧化能力间关系的研究报道甚少。本试验研究了土壤干旱胁迫对梨属4个重要种幼苗
叶片内丙二醛(MDA)质量摩尔浓度、脂膜透性和保护酶(SOD,POD,CAT)活性的影响,旨在探讨干
旱胁迫下梨属植物的保护酶体系反应,可以从深层次把握其适应干旱的部分机制和策略,从而为梨属
植物抗旱育种和抗旱栽培提供理论依据。
1 材料与方法
1.1 材料
试验于2003-2005年在贵州大学喀斯特山地果树资源研究所进行。试验材料为我国特有的梨属
4个种:川梨 Pyruspashia,滇梨 P.pseudopashia、砂梨 P.pyrifolia和杜梨 P.betulaefolia的 1年生幼
苗。川梨、滇梨和砂梨种源来自于贵州省黔西南海拔1200m的喀斯特山地野生树,杜梨种源来自于
中国农业科学院郑州果树研究所。分别于 2003和 2004年春育苗,幼苗移植入盆中正常灌水,生长
60d后,选取生长正常、大小一致的幼苗,进行干旱胁迫处理。试验所用土壤为黄壤。
1.2 方法
1.2.1 干旱胁迫采用盆栽人工控水方法[8] 用30L的黑色塑料桶盆栽,每桶装土18kg,每桶栽植6株。
盆栽前测定盆栽土壤饱和持水量为46.7%。分别于2004年和2005年7月将上述盆栽好的试验材料移
至通风遮雨的塑料棚内,充分浇透后停止供水,进行干旱处理。试验设轻度、中度、重度干旱胁迫和
对照共4个处理:轻度干旱胁迫土壤相对含水量(SRWC)为(50.0±5.0)%;中度干旱胁迫为SRWC(40.0±
5.0)%;重度干旱胁迫SRWC为(32.5±5.0)%;对照SRWC为(65.0±5.0)%。当停止供水的试材盆栽
土壤分别达到重度、中度和轻度干旱胁迫的相对含水量范围值时,采集不同处理的盆栽苗基部以上第
6片叶,测定有关的生理生化指标。每处理 3桶,重复 3次。试验期间的空气相对湿度为 81%～
89%,气温为22～31℃。土壤相对含水量(SRWC)以土壤含水量占最大持水量的百分数表示。
1.2.2 土壤含水量的测定 用烘干法测定[9]。
1.2.3 叶片细胞质膜相对透性的测定 用电导法测定[10],用DDS-11C型电导仪测电导值。细胞质膜相
对透性(%)=(S1/S2)×100,其中S1为处理电导率,S2为煮沸电导率。膜伤害度(%)=(St-Sck)/(1-
Sck)×100,其中,St为干旱处理植株叶片的细胞质膜相对透性;Sck为对照的细胞质膜相对透性。
1.2.4 SOD活性测定 用氮篮四唑(NBT)法[11]测定。SOD活性(kat·g-1)=[(Ack-AE)×V]/(Ack×1/2
×W×Vt×6×107)。其中,Ack为照光对照管的光吸收值,AE为样品管的光吸收值,V为样品酶液总
体积(mL),W为样品干质量(g),Vt为测定时样品酶液用量(mL)。
1.2.5 POD和CAT活性测定 参照文献[11]的方法测定。POD活性(kat·g-1)=(ΔA470×V)/(W×Vt×
t×6×107);CAT活性(kat·g-1)=(ΔA240×V)/(W×Vt×t×6×107)。其中,ΔA470和ΔA240分别是样
品酶液在470nm和240nm波长下吸光度变化值,t为测定的总的时间。
1.2.6 MDA质量摩尔浓度测定 用硫代巴比妥酸法[11]测定。MDA质量摩尔浓度(μmol·g-1)=[6.45
(D光密度 532-D光密度 600)-0.56D光密度 450]×V/W。
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第25卷第4期
1.3 数据处理
采用MicrosoftExcel2003和 SPSS统计分析软件进行处理
2 结果与分析
2.1 干旱胁迫下叶片膜脂过氧化作用
由表1可知,轻度胁迫下,砂梨叶片细
胞质膜相对透性极显著增加,杜梨、川梨和
滇梨增加未达显著水平。随着干旱程度的加
剧,4个种叶片质膜相对透性均极显著增加,
但4个种增加幅度不同。重度胁迫下,4个
种的叶片质膜相对透性增幅较大,其中砂
梨最大(198.95%),滇梨(50.51%)和川梨
(49.11%)次之,杜梨(46.56%)最小。轻度胁
迫条件下,砂梨叶片的质膜伤害度最大
(1.71%),比最低的杜梨(0.48%)高 3.56倍,
比滇梨(0.64%)和川梨(0.64%)高 2.7倍。随
着干旱胁迫程度的加剧,4个种的叶片质膜
伤害度均极显著增加,增加的幅度为砂梨＞
川梨、滇梨＞杜梨。
叶片中丙二醛质量摩尔浓度是表征细胞
膜的脂质过氧化水平的重要指标,丙二醛增
加说明细胞膜脂过氧化作用增强。轻度干旱
胁迫下,4个种叶片丙二醛质量摩尔浓度均
有所下降,变化幅度为杜梨(3.22%)＞滇梨
(2.23%)、川梨(2.21%)＞砂梨(1.40%);中
度和重度干旱胁迫下,丙二醛质量摩尔浓度
急剧增加,增加的幅度为砂梨＞滇梨、川
梨＞杜梨(表1)。
2.2 干旱胁迫下梨属 4个种叶片抗氧化保
护酶活性变化
由图 1可知,随着干旱胁迫程度的增
加,川梨、滇梨和杜梨叶片中 SOD活性变
化趋势一致,均为先升高后降低,但变化的幅度不同,轻度胁迫下,叶片中 SOD活性较对照升高的
幅度大小为:杜梨(19.64%)＞滇梨(8.73%)＞川梨(8.24%),砂梨随着胁迫程度的加剧叶片中SOD活
性逐渐降低。随着胁迫程度的加剧,叶片中 SOD活性下降的幅度增大。重度胁迫下,4个种的下降
幅度依次为:杜梨(55.73%)＜川梨(71.72%)＜滇梨(73.41%)＜砂梨(82.75%)。从上述分析可知,杜
梨在整个胁迫过程中保护酶活性变化幅度最小,砂梨的最大,滇梨和川梨居中。
不同程度干旱胁迫处理下,4个种叶片中的 POD和 CAT活性明显下降(图 2,图 3)。轻度干旱
下,除杜梨叶片的POD活性与对照相比差异不显著,川梨、滇梨和砂梨分别较对照显著降低。中度
和重度干旱胁迫下,4个种叶片中 POD和 CAT活性均急剧下降,下降幅度总体上为:砂梨＞川梨、
滇梨＞杜梨。
3 讨论
研究表明[12,13],当植物处于逆境条件(如高光强、干旱、盐渍、高温和冷冻等),质膜受到不同程
表 1 不同程度干旱胁迫下梨属 4个种叶片丙二醛质
量摩尔浓度和质膜相对透性的变化
Table1 ChangesofMDAcontent,relativemembrancepermeabilityand
harmextentinleavesoffourPyrusspeciesunderdroughtstress
植物 干旱处理 质膜相对透性/% 伤害度/% 丙二醛/(μmol·g-1)
杜梨 轻度 15.08cC 0.48cC 4.81cC
中度 18.92bB 4.98bB 5.79bB
重度 21.50aA 8.00aA 6.43aA
对照 14.67cC 4.97cC
中度 23.42bB 7.30bB 7.61bB
重度 25.93aA 10.34aA 8.50aA
对照 17.39cC 6.35cC
中度 23.58bB 7.37bB 7.79bB
重度 26.34aA 10.72aA 8.71aA
对照 17.50cC 6.35cC
中度 32.33bB 20.12bB 9.32bB
重度 45.71aA 35.91aA 9.92aA
对照 15.29dD 7.14cC
川梨 轻度 17.91cC 0.63cC 6.13dD
滇梨 轻度 18.03cC 0.64cC 6.21dD
砂梨 轻度 16.74cC 1.71cC 7.04dD
说明:多重比较采用新复极差测验,同一列后标记不同小写字母,
表示达到 0.05水平显著差异;标记不同大写字母,表示达
到0.01水平显著差异。
李迎春等:干旱胁迫对梨属4个重要种幼苗膜脂过氧化和抗氧化酶活性的影响 439
浙 江 林 学 院 学 报 2008年8月
度的破坏,进而膜透性增大,并会导致植物细胞胞内活性氧自由基产生和消除的平衡受到破坏而出现
自由基积累,由此引发或加剧了细胞的膜脂过氧化。丙二醛是膜脂过氧化作用的主要产物之一,具有
很强的细胞毒性,因此,丙二醛含量高低是反映细胞膜脂过氧化作用强弱和质膜破坏程度的重要指
标。本实验轻度干旱胁迫下,梨属4个种丙二醛质量摩尔浓度降低,说明植株组织对这种损伤有一定
的抵御能力。
在正常情况下,植物体内活性氧产生与清除处于平衡状态,不会导致细胞伤害,氧自由基的清除
剂可分为酶促和非酶促两大类,其中酶促系统包括SOD,POD和CAT,三者协同作用,使植物自由
基维持在低水平上,从而防止自由基对植物的伤害[14,15]。当植物受到胁迫时,植物体内产生大量的氧
自由基,此时清除过剩自由基的保护酶系统的活性便会发生相应的变化。果树的抗旱性一般与酶促防
御系统的各类酶的活性呈正相关,特别是与SOD,POD和CAT的活性关系密切。在土壤干旱胁迫下,
抗旱性较强的果树品种细胞内这 3种酶的活性下降的幅度低于抗旱性较差的果树品种,抗氧化能力
也强[16-19]。因此,抗氧化酶活性和丙二醛质量摩尔浓度可作为植物抗旱资源筛选和利用的依据。本
研究中,轻度干旱胁迫下,杜梨、川梨和滇梨叶片SOD活性增强,这可能是超氧自由基(O-2)诱导,使
超氧物歧化酶活性增强,降低了植株体内超氧自由基的水平,进而抑制细胞脂质过氧化。随着干旱程
度的加剧,植株体内保护酶的活力和平衡受到破坏,使活性氧累积,启动并加剧膜脂过氧化而造成整
体膜的损伤。梨属4个种在避免自由基对机体的伤害,清除活性氧能力上存在差异,总体为:杜梨＞
川梨、滇梨＞砂梨。
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图 1 干旱胁迫下梨属 4个种叶
片SOD活性的变化
Figure1 ChangesofSODavtivityinleavesof
fourPyrusspeciesunderdrought
stress
图 2 干旱胁迫下梨属 4个种叶
片POD活性的变化
Figure2 ChangesofPODavtivityinleaves
of four Pyrus species under
droughtstress
图 3 干旱胁迫下 4个种叶片
CAT活性的变化
Figure3 ChangesofCATavtivityinleaves
offour Pyrus species under
droughtstress
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第25卷第4期
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大力推动木材加工产业科技创新
2008年5月27日,浙江省木材加工产业科技创新服务平台第4届理事会在浙江省林产品监测站
召开。会议由浙江省林产品监测站站长江波主持。浙江林学院副校长、浙江省木材加工产业科技创新
服务平台理事长鲍滨福,浙江省科技厅条财处张建荣处长,浙江省林业厅产业办朱云杰处长等参加了
会议。参加会议的还有浙江林学院及浙江省林产品监测站的教授、专家及木竹企业的40多名代表。
张建荣和朱云杰肯定了平台成立一年来取得的成绩,并指出:目前木产业资源压缩,市场竞争力
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林学院工程学院院长刘志坤教授在会上围绕 “发挥平台优势,推动科技创新,服务地方经济”作了主
题发言,马灵飞教授就平台开展的科研项目及取得的成绩向大会作了汇报,温州分平台和江山分平台
的领导也在会上就平台的工作作了汇报发言。
会议期间,浙江省林业厅厅长楼国华看望了与会代表。
楼永生
李迎春等:干旱胁迫对梨属4个重要种幼苗膜脂过氧化和抗氧化酶活性的影响 441