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丙二醛对览菜叶片光合作用的影响
李双顺 林桂珠 林植芳 (中国科学院华南植物研究所 , 广州 510 15 6)
E f f e e t o f M a lo n d i a ld e h y d e o n L e a f P h o t o s y n t h e s i s o f A m a r a n t h u s t r 亩e o l o r
班 S h u s 刀g es s h叻 , L 工N G u i一 Zh u 「 L 工N Z五i一 P 日飞
(名以名古h C h书阴 Z朋右衬灿才。 o f OB 公。 夕, CA 侧肠拼勿 名初初口 , G切 ” g 日肋 “ 5 1舫 5 0 )
提要 丙二醛 (M D人 )抑制览菜离体叶片光合速率 , 降低磷酸烯醇式丙酮酸狡化酶 (P E P C ) 活
性 , 加速叶绿素的降解 , 促进暗呼吸作用速率 , 增大细胞膜泄漏 ,表现出对光合作用的明显伤害。 随
着 M D A 浓度的增高和处理时间的延长 ,伤害作用加剧 。
器官和组织的衰老伴随着膜脂过氧化作
用 , 水稻 “气花生山、 燕麦和酸模即叶片 , 菜豆
子叶山〕和菜豆微体山 , 等的衰老过程 中都 明
显积累了丙二醛 (M D A ) 。 作为膜脂过氧化产
物的 M D A 可 抑 制蛋 白质 的 合成 已有 证
明以们 , 但其对于植物其他生理功能的影响研
究甚少 。 本文报导 M D A 对叶片的光合 、 呼吸
速率 , 磷酸烯醇式丙酮酸梭化酶 ( P E刊 ) 活
性 , 细胞膜透性及叶绿素含量的影响 , 从而为
深入研究衰老机理提供依据。
材 料 与 方 法
1
. 植物材料的准备 供试览菜 (A 。 ,
r。 认、 : 分初 ol 砰 )盆栽于本所玻璃温室 , 自然
光照 , 每周施两次含氮 、 磷 、 钾的营养液 。 于
株龄 4 0一 4 5 天取样进行实验。
Z M D A 的 准备 以 aM l o n a l d o h y d e
b a。 (山丑 〕。七h y l ao e协1 , A l d ir ho 公司 )用 1 0多
且尹O ` 水解 2 小时 , 稀释到 1多 , 作为贮藏液
待用 。 用前以 N a O H 中和 。
3
. 叶片的处理 选取下数第 3 “ 4 叶位
的成熟叶 , 以直径 1 . 3 o m 的打孔器打出小圆
片 ,分别投入 M D A 浓度为 20 。 , 1丸 10 , 5几
0( 蒸馏水代替 )户nI ol / L 的溶液 , 真空渗透 5
分钟 , 使小圆片下沉 , 浸泡 4 小时后取 出, 用
蒸馏水冲洗表面的溶液 , 吸干水分 , 用于各项
测定。 M D A 作用时间的影响以 0 , 印 , 10
和。 ol / L 三种浓度浸泡 4, 7 , 宽 小时。
吸. 光合作用和暗呼吸作用速 率 用 氧
电极 (Ol a kr 型 Y el lo w 彻` n g 0 0 . ) 测 定 叶
片的放氧和耗氧速率 。 装置 系统按李德 耀
等山 。 光源用 5 0 W 幻灯机灯泡 , 光强度为
6 0 0 灿m ol · m 一 , · s 一二。 取觅菜 叶小 圆 片切 成
l m衅 的小碎片 , 投入反应杯 , 加入反应液
(含 0 .肠二说 / L 磷 酸 缓 冲 液 , 2 4 m二 ol / L
N aH O oa
,
p H 7
.
5)
, 总体积 4 . 3 m l ; 反应温度
30
0
0
。 预光照 2 分钟后 , 记录光合放氧 5 分
钟 ; 接着立即关闭光源 , 用黑布遮光 , 测定暗
呼吸作用速率 。 光合速率和暗呼吸速率以放
出和消耗 O , 仲m ol · dm劝 · h 一立表示 。
5
.
P习 P C 活性测定 芡菜叶小圆 片 2
克 , 按 1 : 2 .拭W / V ) 比例加入提取介质 (含
0
.
l m ol / L 的 T r 韭卜且尹0 4 缓冲液 、 7~ o1 / L疏基乙醇 、 1~ ol / L E D T A
,
p且 7 . 8 ) , 研磨
成浆 , 四层纱布过滤 。滤液 以T G L卜18 A型台
式冷冻高速离心机 1 0 00 X g 离心 20 分 钟 ,
取上清液待用 。 酶活性测定方法 同前 文 田 。
生化试剂为自 gm a 公司产品 。
6
. 叶片外 渗 物 电导 率 以 D D S一1 A
收稿 1 987 年 9 月 2 3 日
DOI : 10. 13592 /j . cnki . ppj . 1988. 03. 011
越泪并级巾嗽钾彭舍备月
夕公礴.共吧台日欲20瑶é璐翅瞥曹侈
泌
型电导仪测定 M DA 处理叶片在煮沸前后的
外渗物电导率 , 计算相对多 。
7
. 叶 绿 素 含 量 测 定 按 A r on n 方
法川。
8
. 蛋白质测定 按 L o w 1’ y 方法以幻 。
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`沙’理 竿
、
10
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0 生 7 Q 4 7
M D A ( 5 0“ m o犷L )处理时 a1[ (拍 .
图 2 M D A 处理时间对览菜叶片光合及
暗呼吸作用速库铂勺影响
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犯幻,-o 0i
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口·石日·洲仁一.切任哥妞à
实 验 结 果
1
. 皿D A 对光合作用与暗呼吸 作 用 速
率的影响
图 1 , 2 可见 M D A 对芡菜叶片的光合作
用速率有明显的抑制作用。 随着 M D A 浓度
的增高和作用时间的延长 , 抑制程度加 剧 。
M D A 也明显地刺激叶片的暗呼吸作用速率。
增大 M D A 浓度使呼吸速率迅速升高。 较低
的 M D A 浓度下 ( 5 0户m ol / L ) , 作用 7 小 时
比 4 小时增大呼吸速率 8石多。 M刃 A 对光合
作用的抑制与呼吸作用的刺激导致了 呼吸 /
光合比值的上升。
八é5塑讹
5 0 1 0() 1冈 20 0
M D A浓皮(召 m 。厂毛 ,
不同浓度的 M D A对苑菜叶片 P月卫O
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图
活性的影响
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M D A浓度一产 m o叮 L ,
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图 1 不同浓度 M D人 对觅菜叶片光合及
暗呼吸速率的影响
马. 班 D A 对 卫卫P O活性的影响 M D A
对觅莱的 卫E P O 活 性的抑制 随 M D A 浓度
(图 8) 及作用时间 (图助而变化 , 其规律 与
M D A对 其光合作用速率的影响趋势相一致 。
这表明 卫E P O 对 M D A 的反应敏感 。 A B A
处理水稻和觅菜闭及花生离体叶片 5)t 加速衰
老时 , 卫E P O 活性下降与 M D A 积累 , 也旁证
了衰 老 过 程 中体 内相 应 积 累的 M D A 对
卫E P (〕的毒害作用。
0 4 7
M D A ( 5 0声 m o UL )处理时间 ( h )
图 生 M D A 处理时间对觅菜 P B P C 活性的影吮
3
,
M D A 对叶绿素含量的影 响 经 不
同浓度的 M l ) A 溶液处理 4 小时后 , 与对照
(E刃 中 )相比 , 叶绿素含量随着 M D A 浓度
的增高而递减 (图 句 。 延长 MD A ( 1卯户二 ol /
L )处理时间到 5 2 小时 , 叶绿素降解 到 4 小
时的 6 3 % 。 高浓度下叶绿素 b 的降解比叶绿
素 a 快 (图 句 , 故 a/ b 随 M D A 浓度的增高
而加大 。
讨 论
M l ) A 对芜菜光合作用的抑制伴随 着细
胞透性和呼吸增大 , 以及叶绿素降解 , P E P 。
按化酶活性下降 , 表明 M D A 对光合作用正
常功能产生了干扰作用 。 光合 速 率 降低 是
M D A 对膜结构 , 捕光和进行能量转换的光合
色素系统 , 光合关键发化酶的损伤和刺激氧
化作用的综合结果 。
外源的 M D A 从组织细胞间隙渗入而引
起上述种种变化 , 证明 M D A 可以透过细胞
壁和膜系统而与膜成分和细 胞 内含物 起 作
用。 在衰老或逆境条件下诱发的膜脂 过氧化
中 , 反应性很强的 M D A 从其形成的部位脱
下后 ,又反过来加剧细胞和组织的劣变 。 M D A
的积累是活性氧毒害作用的表现山愁是判断
衰老与膜脂过氧化的一种指标 吮 “ , ” ,巩切 。 动
物的研究 已经证明 , M D A 对膜和许 多 大 分
子化合物的结构与功能有一定的影响 山 。 我
们对植物衰老的研究也证明衰老的叶片和果
实组织中积累了 MD A 与蛋白质 、 磷酷 交 联
产生的具荧光性的类脂褐素 (待发表 ) , 这可
能也是本文中 M D A 引起光合组织细胞膜与
酶变构 , 功能衰减 , 色素蛋白复合体解体的原
因 。 有关 M D A 对其他酶类的影响 , 我们将
另文报道 。
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M D A浓度 (夕 m o厂L )
图 5 不同浓度 M D八 对觅菜叶片叶绿素
含量的影响
二 班 D A对细胞透性的影响 表 1可见
M D A 溶液处理的芡菜叶片与对照相 比 , 细
胞外渗物的相对电导率随着 M D A 浓度的加
大而增高 , 巧 o 灿m ol / L 的 M D A 使膜的泄漏
增大 2 . 3 倍 , 说明 M D A 使细胞膜的完整性
受到损伤 。 [ 1 ]
[ 2 〕
〔 3〕表 } 不同浓度冈D A 对觉莱叶片外舟物电
一J., .J闪 tJ4ù0八卜一J只àr.L口L胜L户.lJeó导率匀影响
木日 不冬 由 早 六
M D A 浓度
(
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相 对 电 导 爽
洲定位
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习吕石 5 6
参 考 文 献
李德耀 ,叶济宇 , 植物 生理学通讯 19仓。 ( 1 ) : 3乐
李双顺等 , 植物生理 学通 讯 主蛇创即 : 即 .
孙谷畴等 , 中国科学院 华南植物研究所集刊 (第二
集 ) , 科学出版社 1 9 8 6 , 1生9 页。
林植芳等 , 植物学报 1 9 8盛, 2 6 ( 6 ) : 6 0 5 .
林植芳等 . 中国科学 院华南拉物研究所集刊 (第三
集 ) , 科学出版社 1 9 8 6 , 97 页 。
曾锡清 , 生物化学与生物物理迁展 19 8创2 ) : 17 .
A r n o n D l
. 尸 Za 刀才尸h少 10 1 1公生9 , 2 4 : 1 .
B u e g e J A
,
A us t S力 . 卫时无o Z E 刃 z ,刀口 2 1 9 7 8 , 忍2 :
3 02
.
D h in 山 a B S e古 a Z. 尸勿就。不尸沁凡云 1 9 8 2 , 5 6 : 住5 3 .
D h i n d : a R S
. 尸入少。 e入: 饥 1 9 8 2 , 2 1: 3 0 9 .
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桂肠 t 碑每心饭 月 a n ,外 , , 10王咧 。 加” u。如 t i , 1 9 5 8 ( 3 ): 4 、 46
水稻幼苗离体叶片衰老过程中的纤维素酶和激素调节
方建雄 张映磺 (中国科学院上海植物生理研姗 , 上海 20 0 32 )
eC l l
u la s e a n d H or m o n e R e g u l a t iou i n D
e t a e h e d S e n e s e i n g L e a v e s
o f R i e e S e e d li n ,
砂 AN G J i a n一 X i o n g , 乞且 A N G Y加 g 一 H u a n g
〔hB a 刃夕h a ` I 溜树耐。 of 只诩盆P h到蕊 0 20 9 , , 洲必仪劝饥她 召公玲动“ , 8加匆以 2 0 0 32 )
提要 水稻衰老叶片中有缓冲液可溶性和需高盐提取的盐咚丝亚种可溶查纤维奎酶夕 一 可溶性
纤维素酶活力分布主要是在胞壁和上清液两部分。 从纤维素酶活力变化来看 , A B人 处理 24 小时即
能启动水稻叶片衰老的机制 ; 冬B A 对 人B 人 的拮抗效应在 人 B人 处理拐小时以内。
前文报道少幻 , 在脱落酸 (A B A )诱导水
稻离体叶片衰老过程中 , 随着叶绿素含量减
少 , 蛋白质水平下降 , 纤维素酶活力则显著升
高 。 由于质膜结构受损 , 酶大量地从胞 内分
泌到胞壁 , 使胞壁水解 , 从而加速细胞解体 。
这可能就是纤维素酶在叶片衰老过程中所起
的功能性作用 。 本文报道两方面内容 : ( 1) 以
纤维素酶活力作为指标 阐 述 A B A 及其 与
6一 B A 相互作用对离体水稻叶片衰老的调节 .
(2 )水稻衰老叶片中纤维素酶活力分布及两
种可溶态纤维素酶 。
o
.
4 m ol / L 蔗糖 、 l mm ol / L M g ol , 、 户琉基
乙醇 6 m m of / L 和 0 . 0 2外脱氧胆酸钠〔别 。
盐溶性纤维素酶提取 , 系将可溶性酶提
取后的沉淀 , 用缓冲液洗二次 , 悬浮于含有
1二 ol / L aN o l 的同一缓冲液中 , 搅拌 30 分
钟 , 以 1 0 OO0 r/ 而n 离心 15 分钟 , 上清液即
盐溶性纤维素酶液 。
材 料 和 方 法
水稻品种为矮南早 1 号 。 幼苗培养条件
和叶片切段制备如前文所述山 。 取第三叶片
作实验材料。
可溶性纤维素酶常规提取与测定亦如前
文山 。 各亚细胞部份的纤维素酶提取 , 采用
p H 7
.
8 的 S ln m ol / L T血 缓冲液 , 其中含有
结 果 和 讨 论
1
. 纤维素酶活力在各亚细胞部 份 之 间
的分布
按照 D va 主e , 等人朗的提取步骤 , 将叶片
切段的匀浆 , 先经 2 00 r/ m in 低速离心 5 分
钟 , 沉淀即细胞壁部份 , 上清液再依次离心
2 5 0 0O r /功 j 刀 (留 0 0 0 9 ) 30 分钟和 4 0 o o or ’
功加 ( 10 0 0 0 9) 2 小时 , 分别得到颗粒和微
粒体部份以及最后上清液部份 。 各部份酶活
测得的绪果列于表 1 。 A B A 处理 的叶片切
收稿 1 9 8 7 年 1 1 月 7 日