全 文 ：第 王4 卷第 3期
1 9 98 年 7月
苏 州 大 学 学 报 ( 自然科学 )
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1 9 9 8
看麦娘属杂草老化过程中
活性氧清除能力变化及其种间差异 `
孙丙耀
(苏州大学水产学 院 . 苏州 2 x 5 z 5 1 )
李扬汉
(南京农 业大学杂草研究室 , 南京 21 0 0 9 5)
摘 要 : 本文比较研 究 了看麦娘属杂草看麦娘与 日本看麦娘生 育后期植株旗
叶 中活性氧消除 系统的 变化趋势 . 结 果显 示 : 在旗叶一 生 中 , 看麦娘和 日本看麦娘
在活性氧消除 系统 中保护酶活性 以 及过氧 化氮 (从 q ) 和丙二醛 ( N江〕A ) 的 累积均
表现 出相似 的 变 化 趋势 ; 与 日本 看 麦娘 相 比 , 看 麦娘 旗叶 内超 氧化 物 歧 化酶
( S OD )
、 过氧化物 酶 ( P〔)D )和过氧化氢酶 ( C A T ) 活性低 , H ZO : 和 入叮〕A 的 累积速 率
高 ,表明看麦娘的 活性氧消除能 力较 小 , 脂质过氧化过程的 出现早于 日本看麦娘 ,
因而 , 看麦娘的相对早衰是由其 内在的 生化机制 决定 的 ,这与 看麦娘和 日本看麦娘
生 育期上的差异是一致的二
关键词 : 看麦娘属 , 叶片老化 , 活性氧消除 系统 , 生 育期
看麦娘和 日本看麦娘是共同生长于我国稻茬冬麦区麦 田中亲缘关系最接近的两种恶性
杂草 ,均为禾本科早熟禾亚科看麦娘属植物 . 80 年代 以来 , 麦田看麦娘属杂草种群消长现象
十分明显 , 日本看麦娘逐渐取代看麦娘而上升为主要恶性杂草 .s[ ` 。口. 这种种群消长现象被认
为与麦 田化学除草剂的使用有关川 , 而有关杂草种间竞争 (特别是近缘种杂草的竞争 ) 关系
在杂草种群消长中的作用报道很少 . 尽管看麦娘与 日本看麦娘在生物学特性上极为相似 ,但
是看麦娘成熟期早 、 生育期较短 .s[ 6口, 这两种杂草生育期上 的种间差异 , 可能直接影响它们之
间的竞争关系 , 并与种群消长现象存在联系 . 本研究以看麦娘 和 日本看麦娘旗 叶为材料 ,分
析比较生育后期植株老化过程 中两种杂草活性 氧消除系统 的变化 , 旨在从活性氧伤害的角
度揭示看麦娘早衰和生育期相对较短的生化基础 , 从而为进一步探讨看麦娘属杂草种间竞
争关系及其在种群消长中的作用提供理论依据 .
1
. 材料与方 法
· 本文为笔者完成 的博 士论文 的一部分
收稿 日期 : 1 9 98一 0 1一 0 5
第 3期 孙丙耀 , 李扬汉 : 看麦娘属杂草老化过程 中活性氧清除能力变化及其种间差异
1
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1 供试植物材料及处理
供试植物材料为看麦娘 (渐加沏秘 `娜盈面 阮比1 . )和 日本看麦娘 (汽 照加双拐 tS e ud . ) 的
籽实 ,于 1 9 9 4 年 5 月采集 自江苏省海安县 田庄 乡 . 上述材料于 1 9 9 4 年 10 月上旬分别播种
于南京农业大学杂草研究室温室 ,盆钵栽培 ,适时浇水 ,清除其它种类杂草等常规管理措施 .
1 9 9 5 年 4 有中旬待旗叶 (剑叶 )全展开后 , 每隔 5 天 ,分别对看麦娘和 日本看麦娘旗 叶取材 、
称重 ,测定 以下生化指标 .
1
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2 测定 内容及方法
1
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2
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1 可溶性蛋 白含量 : 采用 eR ad 和 N or ht co et ( 1 98 1) 的方法 l[’ 〕 , 考马斯亮蓝 G 一 25 0 染
色 , 以牛血清蛋 白 ( BS A )作标准曲线 ,求得样品的蛋白质含量 .
1
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2
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2 超氧化物歧化酶 ( SO D ) 活性 : 依 N B T 光化还原法测定 l2[ 习 , 以抑制氮蓝 四哇 ( N B T )光
化还原 50 %的酶液作为一个酶活性单位 ( u) . 以与处理组相同的反应管不 照光作 为对照 ,不
加酶液的反应管作 为最大光化还原管 , 25 C 、 4 0 0 0加 x 反应 10 分钟后立即避 光并迅速测定
A
S 。。值 . 求得各浓度粗酶液的抑制百分率和 5 0 %抑制液的酶液体积 ,计算酶活性 .
1
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2
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3 过氧化氢酶 ( C A )T 活性 : 测定按 hC an C 。 和 陇 e扮 y ( 1 9 95 )的方法 l[ `二并参照徐 朗莱和
叶茂炳 ( 1 9 8 9) 的方法 〔’ 〕进行 .
1
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2
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4 过氧化氢酶 (P ( )D )活性 : 参照文献川依愈创木酚法测定 .
2
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5 过氧化氢 ( H ZO Z )含量 : 参照 P a t e r so n 等 ( 1 9 8 4 )的方法测定 [ ` 3习.
2
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6 丙二醛 ( 加汀〕A )含量 : 参照文献脚 ,依硫化巴 比妥酸 ( T B A )法测定 .
2
. 结 果与分析
2
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1 可溶性蛋白含量的变化
叶片中可溶性蛋 白中含有大量与植物叶片生理功能有关 的酶类 , 一定程度上可作为生
理功能强弱的指标 . 随旗叶老化 ,包括多种酶蛋白的可溶性蛋白含量发生变化 (见图 1) . 旗
叶全展之初 , 日本看麦娘旗叶可溶性蛋 白含量有一 定的增加 , 5 天后逐渐下降 ; 看麦娘旗叶
中可 溶性蛋 白质含量则 自旗叶全展后就出现下降 ,其下降速率或幅度与旗 叶全展后 5 天的
日本看麦娘相似 . 日本看麦娘旗叶全展后第 20 天 ,可溶性蛋白含量仍维持相对较高的水平 ,
约为同一时间看麦娘的 2 . 80 倍 , 而相当于看麦娘旗叶全展后 14 天的水平 .
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旗叶全展后天数 (天 )
图 1 旗叶全展后可溶性蛋白含量的变化
苏 州 大 学 学 报 (自然科学 ) 第 1 4卷
2
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2超氧化物歧化酶 (以 〕 D) 活性变化
超氧化物歧化酶 S ( () D) 是活性氧清除系统 中的关键酶 , 能清除细胞 内所形成的 q 等氧
化态物质 ,延缓细胞 内的脂质过氧化 . N毛T 光化还原法测定 的结果 (见图 2) 显示 , 叶片全展
后 的整个老化过程 中 , 看麦娘 S ( ) D 活性一直呈较平缓下降趋势 ,而 日本看麦娘在叶片全展
后的 5 天 内 SO D 活性仍呈上升趋势 , 5 天后其活性的变化总趋势是下降的 , 在各个阶段的下
降 幅度有较大差异 , 有 时其 幅度甚至大于看麦娘 . 但总 的来说 , 各个时期 中 日本看麦娘的
5 0几活性均显著高于同期看麦娘的 以 ) D 活性 . 相 比较而言 , 全展后第 20 天 , 日本看麦娘大
约有全展初期时 56 环的活性 , 而看麦娘仅具初期时约 39 %的活性 . 第 20 天 , 日本看麦娘的
活性为看麦娘的 1 . 84 倍 .
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旗叶全叹后天数 (天 )
图 2 旗叶全展后超 氧化物歧化海 仁日〕 D )活性的变化
2
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3 过 氧化氢 ( CA I , )活性的变化
过 氧化氢酶 ( C A T ) 在活性氧消除系统 中起重要作用 , 能清除细胞内产生的有 毒害作用
的 H : q . 由图 3 可见 , 叶片全展 5 天内 , 两种杂草 C A T 活性均略有上升 , 全展 5 天后则都趋
于下降 ,但两者的下 降速率有较大差异 . 看麦娘旗 叶全展后 5一 10 日的 C A T 活性下降幅度
很小 ; 以后的下降幅度较 大 , 全展后第 10 至 20 天 内下降 78 . 4写 . 而 日本看麦娘则从全展 5
天后即下降 , 但下降幅度小于看麦娘 , 15 天以内下降 场 . 3% . 同时 , 叶 片全展后第 20 天 ,看
麦娘的 C A T 活性仅为 日本看麦娘 的 况 . 9% .
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旗叶全展后天数 (天 )
图 3 旗叶全展后过氧化氢酶仁C A下)活性 的变化
2
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4 过氧化物酶 (只刃 )活性的变化
图 4 示看麦娘和 日本看麦娘旗叶全展后过氧化物酶 ( R刃 )活性的变化 . 结果显示 ,两种
第 3期 孙丙耀 . 李扬汉 : 看麦娘 属杂草老化过程中活性氧清除能力变化及 其种间差 异
杂草旗叶的 R〕O 活性 变化趋势与过氧化氢酶 (C A T )非常相似 . 全展 5天内 , OP D 活性 略有
上升 ,之后则均呈下降趋势 . 但看麦娘的下降速率明显快于 日本看麦娘 . 此外 ,旗 叶全展后 ,
看麦娘 P (〕D 活性均小于 日本看麦娘 , 至全展后 20 天时 , P O D 活性仅为 日本看麦娘的 26 . 9 % .
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旗叶全展后天数 (天 )
图 姜 旗 叶全展后 过氧化物酶 ( PO D )活性的变化
2
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5 过氧化氢 (玫q )含量的变化
用 aP t er so n 等的方法测定 了旗叶全展后不 同时间看麦娘 和 日本看麦娘旗叶的过 氧化
氢 (玖 O : )含量 ,其结果见图 5 . 从图 5 可见 ,旗叶全展后 弓天 内 , 日本看麦娘 H ZO : 含量呈下降
趋势 , 全展后 5一 10 天内缓慢上升 , 10 ~ 20 天 内上升速率 明显加快 , 而看麦娘 为 玫 q 含量
从叶片全展后即开始呈上升趋势 ,初期上升速率缓慢 , 后期则迅速上升 , 全展后 20 天时的含
量明显高于 日本看麦娘 , 为全展初期的 3 . 9 倍 .
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旗叶全展后天数 (天 )
图 5 旗叶全展后过氧化氢 (践认 )含 量的变化
2
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6 丙二醛恤怕 A )含量的变化
` 丙二醛伍卫〕A )是脂质过氧化作用的主要产物 . 旗叶全展后丙二醛 (入n〕A ) 的累积变化如
图 6 所示 , 叶片全展 5 天内 , 日本看麦娘 的 入们 A 含量略有下降 , 而看麦娘 的 M l ) A 则略有上
升 . 全展后 5 天 内 , 日本 看麦娘的 N n〕A 含量变化的总趋势是上升的 ,但上升趋势平缓 , 而看
麦娘在旗叶全展后前期累积缓慢 , 至后期 ( 10 一 20 天 )则迅速 累积 , 从 13 . 6 2n mo l · g ` F w 迅
速上升至 46 . 20 n mo l · g , F w . 值得注意的是 , M l〕A 含量的累积趋势与 3OD 酶活性的下降趋
势是基本一致的 .
苏 州 大 学 学 报 (自然科学 ) 第 14 卷
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看麦娘
日本看麦娘
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旗叶全展后天数 (天 )
图 6 旗叶全展后丙二醛 伍肛 )A )含 量的变化
3
. 讨论
自 Fr id o ri c h等于 60 年代末提 出生物 自由基学说 以来 ,这一理论被广泛用 于作物抗逆
性 , 作物败育和植物器官衰老机理的研究 .s[ 咚 · ’ j . 综合前人研究可 以发现 , 生物 自由基伤害学
说在揭示植物生育后期叶片老化过程与作物 品系间 ,甚至植物连体叶片间活性 氧消除系统
的关 系中具有重要意义 .
本研究通过对活性氧消除系统中起重要作用的保护酶 ( S O D 、 C A T 、 P (〕D ) , 脂质过氧化作
用的主要产物 Nl 〕A 以及生物氧化产物 H Zq 等若干生化 指标变化趋势的分析 ,发现看麦娘
与日本看麦娘生长发育后期植株衰老过程的差异与保护酶系活力和脂质氧化过程的不同有
关 . 研究表明 ,旗叶全展后两 种杂草的老化过程中 , 体内活性氧消除 系统中保护酶系 (以 I ) 、
C A T
、
P ( )D )的变化趋势有 明显的相似性 ,这表 明 , 看麦娘属这两种杂草至少在某些生理机制
上存在一致性 。但是 , 从保护酶系的活力随时间过程的变化分析 ,可以发现 , 日本看麦娘保护
酶系中 以〕D 、 C AT 和 PO r〕的活性均高于同一时间看麦娘 中的活性 ,在老化过程后期表现尤
为明显 . 从 H ZO : 的累积速率和脂质过氧化产物丙二醛 (加仍 A )含量的上升趋势和幅度来看 ,
与 日本看麦娘相 比 , 看麦娘旗叶中 H Zq 和 加们 A 累积量高 , 累积过程出现也早 . 可见 , 随着叶
片衰老过程 中的进行 汤OD 、 CA T 、 代D 活性下降导致看麦娘 体内活性氧产生与消除失衡过
快 , H ZO : 和 M l〕A 含量迅速增加 ,均表明看麦娘脂质过氧化程度加深 , 这是导致看麦娘 比 日
本看麦娘衰老出现早 、 生育期短的原因 。 在农 田生态环境 中 , 由于看麦娘面临与作物及其它
杂草的激烈竞争 , 早衰过程 中会表现得更为明显 . 看麦娘 的早衰决定了它在与 日本看麦娘的
竞争中处于相对不利的地位 ,从而成为看麦娘属杂草种群消长的主要原因之一 需要指出的
是 , 在植物进化过程 中 , 植物细胞内形成的防御活性氧毒害的保护机制除保护酶系统外 , 非
酶系统 (包括 户` A 、 G SH 、 aC r 、 维生素 E 、 类黄酮 等 ) 也具有一定的清除活性氧的能力 , 关于外
源非酶系统处理是否能抑制看麦娘的早衰 、 延缓其生育期有待进一步研究 .
参 考 文 献
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第 3期 孙丙耀 , 李扬汉 : 看麦娘属杂草老化过程中活性 氧清除能力变化及其种间差异
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盯 . VO I
.
1
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N e w y o r k
: 版 a d e浏 e p r e s . 1 9 9 5 : 7 6 4~ 7 6 6
1 2 G l a n n o 伪11认5 C N a n d R 一e s 5 K S u 伴 r o x id e di而u r a r e . p u r i it e a ir o n a n d q u a n t i ta tl v e r e l a r l o r ls h 姻 ht w a t e r 沁 l u b le 体 o t e一n zn
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C H A N G I粥 O F A B IL f l ,Y O F S C A 、屯N G I N G A C l l 、 7E
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z y n le s ( 3 〕1〕 , C A T . PO r〕 ) a n d e o n et n st o f H 2 0 : a n d 卜叮) A i n f l a g l e a v e s , 瓦g h e r a e t i v i it e s o f S OD ,
C A T a n d P ( )D
a n d l o w e r e o n et n st o f 凤 q a n d 卜叮)A w e r e p r e se n t e d i n 人 少功刀刀`比 , w 瓦e h i n山 e a t -
e d th a l 几 照六胭班石 e o u ld it ern l y 罗 t r id o f het ha r l l l f u l f r e e r a id e a l s in f l a g l e a v e s , a n d l ip id 眯 r o x i -
d a it o n 即o e e s i n 几 夕口户冲~ co
e u r e d l a t e r ht a n ht a t i n 凡 。 , “ 公 . hT e a u th o r s n o it e e d th a t t h e se
r e s u l st w e r e e o n is sl e n t 诩 th th e e h a r a e t e r s o f g o wt h d u r a it o n i n ht e wt o we e d s , a n d ht a t e a r ly -
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