全 文 ：水分胁迫对苹果属植物抗氧化酶活性的影响研究＊
彭立新　束怀瑞　李德全＊＊
(山东农业大学生命科学学院　泰安　271018)
摘　要　试验研究水分胁迫对 3 种苹果属植物湖北海棠 、西府海棠和新疆海棠根系和叶片抗氧化酶活性的影响结
果表明 ,随水分胁迫的加重 , 3种海棠抗氧化酶活性逐渐增强 ,当土壤绝对含水量降至 6.5%时 , 过氧化氢酶(CAT)
活性首先达高峰 ,而超氧化物歧化酶(SOD)活性高峰则出现于土壤绝对含水量为 2.8%时 , 之后 2 种酶活性逐渐降
低 ,复水后又均有所升高;过氧化物酶(POD)活性高峰出现于土壤绝对含水量为 3.2%时 , 之后逐渐下降 , 至复水后
仍呈下降趋势;丙二醛(MDA)含量随水分胁迫的加重而逐渐增加 ,当土壤绝对含水量降至 1.8%时其含量最高 , 复
水后则呈下降趋势。种间抗氧化能力耐旱型新疆海棠>西府海棠>干旱敏感型湖北海棠。
关键词　水分胁迫　抗氧化酶　丙二醛　苹果属
Ef fects of water stress on the activities of antioxidant enzymes of Malus L.plant.PENG Li-Xin , SHU Huai-Rui , LI
De-Quan(College o f Life Sciences , Shandong Ag ricultural Univ ersity , Tai an 271018), CJEA , 2004 , 12(3):44～ 46
Abstract　The changes in activities of SOD , CAT , POD and MDA contents in leaves and roo ts of three different species
of Malus L.were studied under the w ater stress.The results show that the activities of SOD , CAT and POD are
g radually increased under the water stress conditions.CAT activity firstly reaches the highest point when the absolute wa-
ter content of soil decreases to 6.5%, but the highest point of SOD activity is at 2.8%, then their activities are decreased
w ith fur ther increasing of water stress , and are partly recovered by rew atering.The highest point of POD activity appears
w hen the absolute water content of soil declines to 3.2%, declines again with fur ther increase of water stress and still de-
creases after rewatering.MDA content is g radually increased under the wa ter stress conditions , and arrives at the highest
point when the absolute water content of soil declines to 1.8% and decreases after rew atering.It is concluded tha t the or-
der of antioxidization abilities of the species is M.sieverii>M micromalus>M.hupehensis.
Key words　Water stress , Antioxidant enzymes , Malondialdehyde(MDA), Malus L.
研究表明 ,水分胁迫下苹果属 2种植物幼苗种间抗氧化能力存在差异[ 1] 。而有关苹果属植物耐旱性与
抗氧化能力间关系的研究尚少见报道。本试验研究了水分胁迫对 3种海棠超氧化物歧化酶 、过氧化氢酶 、过
氧化物酶活性和丙二醛含量的影响及种间抗氧化能力的差异 ,以探讨苹果属植物的耐旱机理 ,为苹果旱作栽
培及抗旱品种选育提供理论依据。
1　试验材料与方法
以 2年生盆栽海棠实生苗干旱敏感型湖北海棠[ Malus hupehensis(Panlp)Rehd.] (A)、中间型西府海棠
(Malus m icromalus Makino)(B)和耐旱型新疆海棠[ Malus sieversii (Ldb.)Roem] (C)为试验材料(盆内径
30cm×深 45cm ,每盆 3株 ,冠径约 30cm),栽培土壤为 2 3园土+1 3腐熟鸭粪。供试苗木移入干旱棚(透
风 、透光 、遮雨)进行自然干旱处理 。将所有苗木浇透水 ,之后对照每天浇 1次水 ,干旱处理不浇水 ,浇水后第
2d 、3d 、5d 、6d和 7d分别取样 ,每树种重复 3次 ,每重复取 3株树 ,每株树取 3个样(包括功能根系和叶片),
且每树种取 3个土样 ,测定土壤绝对含水量。干旱处理 7d后浇 1 次透水 ,在第 9d 再取样 1次 。每样各称
1g ,加 10mLpH7.8的磷酸缓冲液冰浴研磨 ,1万 r min 4℃离心 15min ,取上清液立即放入 4℃冰箱用于测定
酶活性 。超氧化物歧化酶活性按 Del Logo O.T.等方法测定[ 3] ;过氧化氢酶活性参照 Aebi方法测定 ,连续记录
240nm 吸光值的变化 ,以吸光值变化 0.001为 1个酶单位;过氧化物酶活性按 Rao M.V.方法测定[ 4] ,记录愈创
木酚被氧化速率。丙二醛含量参照赵世杰等改进方法测定[ 2] ,分别测定 OD450nm 、OD532nm和 OD600nm ,根据
　　＊ 国家重点基础研究(973)发展规划项目(G1999011700)和教育部骨干教师资助计划项目
　　＊＊通讯作者
收稿日期:2003-03-06　改回日期:2003-04-10
　第 12 卷 第 3 期
2 0 0 4 年 7 月　　　　　　　　　
中 国 生 态 农 业 学 报
Chinese Journal of Eco-Agriculture　　　　　　　　　
Vol.12　No.3
July , 2004　
图 1　水分胁迫下 3种海棠叶片(a)与根系(b)超氧化物歧化酶活性变化＊
Fig.1　Changes in SOD total activity of apple leaves(a)and roots(b)under water stress
＊图中 CK 土壤绝对含水量为 17.10%,下图同。
公式 C(μmol L)=6.45(OD 532nm
-OD 600nm)-0.56OD 450nm求得丙
二醛浓度 。土壤绝对含水量 =
(土壤湿物质量 -土壤干物质
量) 土壤湿物质量×100%。
2　结果与分析
2.1　水分胁迫下 3种海棠超氧化
物歧化酶活性变化
土壤自然干旱条件下 3种海
棠叶片中超氧化物歧化酶总活性
随土壤绝对含水量的降低而逐渐
增强(见图 1a)。水分胁迫初期
叶片超氧化物歧化酶活性迅速增强 ,之后缓慢增强 ,当土壤绝对含水量降至 2.8%时其活性达最高值 ,随土
壤绝对含水量继续下降 ,则其活性急剧下降 ,至土壤绝对含水量 1.8%时其活性达最低值 。复水后第 2d土
壤绝对含水量上升至 12.8%时叶片超氧化物歧化酶活性又有所上升。3种海棠叶片超氧化物歧化酶活性变
化趋势基本一致 ,其活性大小依次为新疆海棠>西府海棠>湖北海棠。3种海棠根系中超氧化物歧化酶总
活性水分胁迫初期逐渐下降 ,当土壤绝对含水量降至 6.5%时其活性达最低值 ,之后逐渐上升 ,至土壤绝对
含水量为 2.8%时其活性达最高值 ,随后又开始下降 ,复水后又有所上升 ,且 3 种海棠根系超氧化物歧化酶
总活性变化趋势基本一致(见图 1b)。
图 2　水分胁迫下 3 种海棠叶片(a)与根系(b)过氧化氢酶活性变化
Fig.2 　Changes in CAT activity of apple leaves(a)and roots(b)under water stress
图 3　水分胁迫下 3 种海棠叶片(a)与根系(b)过氧化物酶活性变化
Fig.3　Changes in POD activity of apple leaves(a)and roots(b)under water stress
2.2　水分胁迫下 3 种海棠
过氧化氢酶活性变化
图 2 表明土壤逐渐干
旱条件下 3 种海棠叶片和
根系过氧化氢酶活性变化
趋势基本一致 ,水分胁迫初
期 土 壤 绝 对 含 水 量 由
17.1%降至 6.5%时其活
性逐渐增强并达到最高峰
值 ,之后随土壤绝对含水量
的降低其活性逐渐降低 ,当
土 壤 绝 对 含 水 量 降 至
1.8%时其活性达最低值 ,
复水后其活性明显增强。3种海棠过氧化氢酶活性变化高低顺序虽与超氧化物歧化酶活性一致 ,但过氧化
氢酶活性高峰出现时间早
于超氧化物歧化酶活性。
2.3　水分胁迫下 3种海棠过
氧化物酶活性变化
图 3 表明土壤逐渐干
旱条件下 3 种海棠叶片和
根系过氧化物酶活性变化
趋势基本一致 ,水分胁迫初
期土 壤 绝 对 含 水 量 由
17.1%降至 8.2%时其活性
基本不变 ,之后随土壤绝对
含水量下降其活性急剧上
升 ,当土壤绝对含水量降至
45第 3 期　　　　　　　　　　彭立新等:水分胁迫对苹果属植物抗氧化酶活性的影响研究
3.2%时其活性达最高值 ,以后逐渐下降 ,复水后过氧化物酶活性亦呈下降趋势。3种海棠过氧化物酶活性
变化高低顺序同超氧化物歧化酶活性一致。
图 4　水分胁迫下 3 种海棠叶片(a)与根系(b)丙二醛含量变化
Fig.4　Changes in MDA content of apple leaves(a)and roots(b)under water stress
2.4　水分胁迫下 3种海棠丙二醛
含量变化
图 4 表明土壤逐渐干旱条
件下 3 种海棠叶片和根系丙二
醛含量变化趋势基本一致 ,随土
壤绝对含水量的降低 ,丙二醛含
量逐渐增加 ,当土壤绝对含水量
降至 1.8%时其含量达最高值 ,
复水后丙二醛含量反而降低。
丙二醛含量依次为湖北海棠>
西府海棠>新疆海棠。
3　小结与讨论
轻度水分胁迫下 3种海棠超氧化物歧化酶 、过氧化氢酶和过氧化物酶活性逐渐增强 ,而重度水分胁迫下
其活性降低 ,此时海棠清除活性氧的能力降低 。水分胁迫初期海棠根系超氧化物歧化酶活性下降是其对轻
度水分胁迫的适应性反应;过氧化物酶活性增强可能是 O -·2 诱导了超氧化物歧化酶活性增强 ,产生 H2O 2 又
诱导过氧化氢酶和过氧化物酶活性增强 ,清除 H2O 2 ,使叶绿体不致受自由基的攻击而伤害 ,此外可能因水分
胁迫促进了过氧化物酶作用底物谷光甘肽 、抗坏血酸和酚类化合物等的积累 ,能够在 H 2O 2 增加下提高过氧
化物酶活性。水分胁迫后期海棠超氧化物歧化酶活性急剧下降的原因可能是 O -·2 过量积累 、超氧化物歧化
酶合成下降及降解增强;过氧化氢酶活性降低可能是由于水分胁迫下 H2O 2 的积累和部分酶的光失活所引
起。海棠 3种抗氧化酶对水分胁迫的敏感程度依次为过氧化氢酶>过氧化物酶>超氧化物歧化酶 。耐旱型
新疆海棠 3种抗氧化酶活性均高于干旱敏感型湖北海棠 ,而丙二醛含量变化则呈相反趋势 ,中间型西府海棠
抗氧化酶活性和丙二醛含量均介于二者之间 ,表明苹果属植物抗氧化能力与其抗旱性间存在密切联系 ,抗旱
性强的树种其抗氧化能力也强 ,抗氧化能力及丙二醛含量可作为苹果属植物抗旱资源筛选和利用的依据。
伴随分子生物学的发展 ,人们已对玉米超氧化物歧化酶基因家族进行了深入研究 ,将线粒体 Mn-SOD基因
导入烟草 、苜蓿的叶绿体后 ,转基因植物对 O3 及干旱胁迫的抗性增强[ 5] ,将烟草的 Mn-SOD基因转到玉米
叶绿体中 ,使其过量表达 ,可提高玉米对低温和氧化胁迫的抗性[ 6] 。可以预见通过转基因技术培育的抗逆性
强的农作物必将逐步应用于农业生产。
参　考　文　献
1　姚允聪 ,张大鹏 ,王有年等.水分胁迫条件下苹果幼苗叶绿体抗氧化代谢研究.果树科学 , 2000 , 17(1):1～ 6
2　赵世杰.植物生理学实验指导.北京:中国农业科技出版社 , 1998.161～ 165
3　Del Logo O.T., Gonzalez C.A., Pastori G.M., et al.An tioxidant defences under hyperoxygenic and hyperosmotic condi tions in leaves of
two lines of maize w ith dif ferential sensit ivity to drought.Plan t Cell Physiol , 1993 , 34:1023
4　Rao M.V., Paliyth G., Ormord D.P.Ult raviolet-B and ozone-induced biochemical changes in antioxidant enzymes of Arabidopsis thaliana.
Plant Physiol , 1996 , 110:125～ 136
5　Van C amp W., Willekens H., Bower C., et a l.Elevated levels of superoxide dismutase p rotect t ransgenic plants against ozone damage.Bio.
Technology , 1994 , 12:165～ 168
6　usegem F.V., Slooten L., S tassart J.M., et al.Effects of overproduct ion of tabacco Mn-SOD in maize chloroplasts on f loriar tolerance to
cold and oxidative st ress.J.Exp.Bot., 1999 , 50(330):71～ 78
46 中 国 生 态 农 业 学 报　　　　　　　　　　　　　　　　　第 12卷