干旱胁迫对不同种源香椿叶片膜脂过氧化和保护酶系统的影响

干旱胁迫对不同种源香椿叶片膜脂过氧化和保护酶系统的影响 干旱胁迫对不同种源香椿叶片膜脂过氧化 和保护酶系统的影响 植物资源与环境2007,16(2):44—47 JournalofPlantResourcesandEnvironment 干旱胁迫对不同种源香椿叶片 膜脂过氧化和保护酶系统的影响 彭方仁,杨玉珍,朱振贤 (1.南京林业大学森林资源与环境学院,江苏南京210037;2.郑州师范高等专科学校生命科学系,河南郑州450044) 摘要:对来源于江苏,四川,湖南,湖北,河南和陕西的香椿[Toonasinensis(A.Juss.)Roem.]苗进行盆栽实验,研究 干旱胁迫对香椿叶片膜脂过氧化和保护酶系统的影响.结果表明,随干旱胁迫程度的加强,6个种源香椿苗叶片中 的丙二醛(MDA)含量增加,超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化物酶(POD)活性增强,但各指标的变化幅度因种源不 同而异.复水后,除重度干旱胁迫造成的SOD活性变化难以恢复外,其余指标基本能恢复至对照水平.综合MDA 含量及SOD和POD活性的变化情况认为,来源于河南,陕西和江苏的香椿具有较强的抗旱能力,而来源于湖北,四 JII和湖南的香椿抗旱能力较弱. 关键词:香椿;种源;干旱胁迫;复水;保护酶 中图分类号:Q945.78文献标识码:A文章编号:1004—0978(2007)02—0044—04 EffectsofdroughtstressonfipidperoxidationandprotectiveenzymesystemsinleafofToona sinensisfromdifierentprovenancesPENGFang.ren,YANGYu.zhen,ZHUZhen—xian(1. CollegeofForestResourcesandEnvironment,NanjingForestryUniversity,Na-jiing21003 7,China;2. DepartmentofLifeScience,ZhengzhouNormalCollege,Zhengzhou450044,China),J.Pla ntResour. &Environ.2007,16(2):44—47 Abstract:Theeffectsofdroughtstressonlipidperoxidationandprotectiveenzymesystemsinleafof Toonasinensis(A.Juss.)Roem.fromJiangsu,Sichuan,Hu'nan,Hubei,He'nanandShaanxiprovinces werestudied.TheresultsshowedthatMDAcontentandactivitiesofSODandPODraisedwithincreasing ofdroughtstressleve1.butthechangedegreeoftheseindexeswasvariedasdifferentprovenances.After rewatering,MDAcontentandactivitiesofSODandPODcouldalmostrecoveredtolevelsofCKexcept SODactivitychangeduringseriousdroughtstress.ThroughcomprehensiveanalysisofMDAcontent. activitiesofSODandPOD.itiSconcludedthatprovenancesofsinensisfromHe'nan,Shaanxiand Jiangsushowhigherdroughtresistance.andweakresistanceareshownintheothers. Keywords:Toonasinensis(A.Juss.)Roem.;provenance;droughtstress;rewatering;protective enzyme 香椿[Toonasinensis(A.Juss.)Roem.]为分布 范围广,适应性强的珍贵速生用材树种之一.由于 长期适生于不同生境,不同种源香椿在形态特征,生 长速度和生理生态特性等方面存在显着差异_lj. 干旱胁迫可导致植物体发生氧化胁迫,直接或 间接启动膜脂过氧化反应,使细胞膜透性增大,最终 导致细胞膜系统变性J.活性氧和MDA是目前 已知的植物对水分胁迫伤害的主要生理响应特征之 一 ,植物细胞可通过自由基清除剂有效防范活性氧 伤害,其中SOD和POD等保护酶系统起着十分重 要的作用,它们可相互协同清除过剩的氧自由基,防 止植物细胞受到伤害.8J. 有关不同种源香椿抗旱性差异及其对干旱胁迫 生理反应等方面的研究尚未见系统报道.为研究不 同种源香椿的抗旱性差异,揭示香椿对干旱胁迫的 生理反应机制,作者以来自6个不同产地的香椿种 源为研究对象,对持续干旱胁迫期间叶片的SOD和 POD活性及MDA含量的变化情况进行研究,以期 为香椿优良种源的选择提供理论依据. 收稿日期:2006—10—12 基金项目:江苏省科技攻关项目(农业)(BE2005368)和江苏省农业 三项工程项目(SX(2004)083] 作者简介:彭方仁(1963一),男,湖北阳新人,博士,教授,主要从事 经济林栽培教学与研究工作. 第2期彭方仁等:干旱胁迫对不同种源香椿叶片膜脂过氧化和保护酶系统的影响 45 1材料和方法 1.1材料 选择江苏(南京),四川,湖南,湖北,河南和陕 西等6个产地的1年生香椿实生苗,2006年3月中 旬盆栽,每盆装干土约8,土壤最大持水量 34.3%,每盆定植1株,置于南京林业大学树木园日 光温室内培育. 1.2方法 1.2.1处理方法萌芽长至约20cm时进行平茬 处理,留1条长势较好的嫩枝,待2006年6月苗木 长势较旺时进行干旱胁迫处理.每个种源选长势较 一 致的植株18盆,分为对照(CK),轻度干旱胁迫 (Ls)和重度干旱胁迫(SS)3个处理组,含水量分别 为田间持水量的70%,75%,50%,55%和25%, 30%.分别于6月20日,7月20日和8月19日及 复水3d后取相同部位的叶片用于各项生理指标的 测定,每次测定每处理均设3个重复. 1.2.2测定方法 1.2.2.1酶液的提取取混合鲜样0.5g,置于预 冷研钵中,加2mL预冷的0.05tool?L磷酸缓冲 液(含质量分数1%的PVP,pH7.8),冰浴研磨至 匀浆,加上述缓冲液至终体积5mL,10000g冷冻 离心20min,上清液即为酶提取液. 1.2.2.2丙二醛含量及酶活性的测定MDA含量 及SOD和POD活性测定参照王晶英等的方法J, 略有改动.丙二醛含量测定:取上清液1mL,加 2mL质量分数0.67%的硫代巴比妥酸(用质量分 数10%的三氯乙酸定容),沸水浴煮沸15min,离 心,分别于532,600和450nm处测定上清液吸光 度,计算每克鲜叶中MDA的微摩尔数. SOD活性测定:以抑制50%NBT发生光化学 还原为1个酶活性单位,计算为:SOD活性= [(A一A)?V?f]/(0.5AcK?W?),式中:A 为对照管OD值;A为样品管OD值;V为样品总体 积厂为稀释倍数;为使用的样品体积;W为样品鲜 质量. POD活性测定:每隔30S1次吸光度,以 每分钟吸光度变化0.01为1个酶活性单位,计算公 式为:POD活性=(AODo?V)/(W?0.01?t), 式中:AOD.为对照与样品的OD值之差;V为上清 液体积;为样品鲜质量;为使用的样品体积;为 光照时间. 2结果和分析 2.1干旱胁迫对SOD活性的影响 干旱胁迫对不同种源香椿叶片SOD活性的影 响见表1.除河南种源香椿叶片的SOD活性在轻度 干旱胁迫时升高,重度干旱胁迫时与对照无明显差 异外,随干旱胁迫程度的增加,其他5个种源的SOD 活性均呈增加趋势,但增加的幅度各异.轻度干旱 胁迫可导致河南种源香椿叶片SOD活性产生一定 的适应性变化,其活性增加幅度在6个种源中最高. 由于抗旱品种一般均具有较高的SOD活性?..,推 断河南种源抗轻度干旱胁迫的能力最强.在轻度干 旱胁迫下,其他5个种源的SOD活性增加幅度较 小,由大到小依次为江苏种源,陕西种源,四川种源, 湖北种源,湖南种源;在重度干旱胁迫下,SOD活性 迅速增加,增加幅度由大到小依次为江苏种源,陕西 种源,四川种源,湖南种源,湖北种源. 复水后,香椿叶片的SOD活性均有一定程度的 下降.经轻度干旱胁迫并复水后,除陕西种源的 SOD活性略高于对照外,其他5个种源的SOD活性 均恢复至对照水平;经重度干旱胁迫并复水后,除河 南种源外,其他5个种源的SOD活性很难恢复至对 照水平.方差分析结果表明,不同种源香椿叶片的 SOD活性变化差异极显着(P<0.01). 2.2干旱胁迫对POD活性的影响 干旱胁迫下,6个种源香椿叶片POD活性的变 化情况见表2.由表2可见,随干旱胁迫程度的加 强,各种源香椿叶片的POD活性均呈上升趋势,但 增加的幅度各异.在轻度干旱胁迫下,江苏种源香 椿叶片的POD活性明显高于重度干旱胁迫下的 POD活性,其余种源香椿叶片的POD活性均呈现在 重度干旱胁迫下高于轻度干旱胁迫的趋势. 复水后,经轻度干旱胁迫的四川种源香椿叶片 的POD活性未恢复至对照水平;而经重度干旱胁迫 的四川,湖南和湖北3个种源香椿叶片的POD活性 也未能恢复至对照水平.方差分析结果表明,不同 种源香椿叶片的POD活性差异极显着(P<0.01). 2.3干旱胁迫对丙二醛(MDA)含量的影响 干旱胁迫及复水后,不同种源香椿叶片MDA 植物资源与环境第l6卷 含量的变化见表3.由表3可见,在重度干旱胁迫 下,各种源香椿叶片的MDA含量均明显高于轻度 干旱胁迫下的MDA含量,表现出随干旱胁迫程度 加强而增加的趋势,说明随着干旱胁迫程度的加强, 叶片细胞膜的膜脂过氧化作用也随之加剧.复水 后,除湖南种源香椿叶片的MDA含量略高于对照 外,其余种源均恢复至对照水平. 各种源香椿叶片的MDA含量随干旱胁迫程度 的加强而增加,但不同种源增加的幅度各异.在轻 度干旱胁迫下,MDA含量增加幅度由大到小依次为 四川种源,湖南种源,江苏种源,陕西种源,湖北种 源,河南种源;在重度干旱胁迫下,其增加幅度由大 表1干旱胁迫及复水后不同种源香椿叶片中SOD活性的变化l Table1ChangeofSODactivityinleafofToonasinensis(A.Juss.)Roem.fromdifferentprove nancesduringdroughtstressandafter rewatermR' 'CK:对照Control;LS:轻度干旱胁迫Lightdroughtstress;SS:重度于旱胁迫Seriousdroughtstress;}}:P<O.O1 表2干旱胁迫及复水后不同种源香椿叶片中POD活性的变化) Table2ChangeofPODactivityinleafofToonasinens~(A.Juss.)Roem.fromdifferentproven ancesduringdroughtstressandafter rewateringl )CK:对照Control;LS:轻度干旱胁迫Lightdroughtstress;SS:重度干旱胁迫Seriousdroughtstress;}}:P<0.O1 表3干旱胁迫及复水后不同种源香椿叶片中丙二醛含量的变化) Table3ChangeofMDAcontentinleafofToonasinensis(A.Juss.)Roem.fromdifferentprove nancesduringdroughtstressandafter rewateringl "CK:对照Control;LS:轻度干旱胁迫Lightdroushtstress;SS:重度干旱胁迫Seriousdroughtstress;}:P<O.05;}}:P<O.O1 第2期彭方仁等:干旱胁迫对不同种源香椿叶片膜脂过氧化和保护酶系统的影响47 到小依次为四川种源,湖南种源,湖北种源,江苏种 源,陕西种源,河南种源.经轻度干旱胁迫的香椿苗 在复水后叶片MDA含量有所下降,下降幅度由大到 小依次为陕西种源,河南种源,江苏种源,湖北种源, 四川种源,湖南种源;经重度干旱胁迫并复水后,香 椿叶片MDA含量下降幅度由大到小依次为湖北种 源,河南种源,四川种源,陕西种源,江苏种源,湖南 种源;复水后,湖南种源香椿叶片的MDA含量有所 下降,但未恢复至对照水平.方差分析结果表明,干 旱胁迫前各香椿种源问叶片的MDA含量差异不显 着,轻度干旱胁迫下差异显着(P<0.05),重度干旱 胁迫下差异极显着(P<0.01).结合干旱胁迫期间 MDA含量的增加幅度和复水后的下降幅度认为,河 南和陕西种源的抗膜脂过氧化能力优于四川和湖南 种源,表现出较强的耐旱能力. 3讨论和结论 当植物处于逆境条件(高光强,高温,干旱,盐 渍,冷冻及营养元素缺乏)下或衰老等状态时,体内 都会发生氧化胁迫,并由此引发或加剧细胞的膜脂 过氧化,导致MDA等成分的含量升高'"'J.与此同时,植物体内清除活性氧的酶类和非酶类系统也 积极参与反应,以清除或减轻活性氧对细胞的损害, 其中对SOD,POD和CAT3种酶系统的研究较 多17,8,11,13]. 抗旱性强的香椿种源具有内在的抗性机制,表 现为水分饱和亏(WSD)增加幅度低,受胁迫后水势 降低幅度大及细胞膜稳定性高等特点.随着干旱胁 迫程度的加强,河南,陕西和江苏等种源香椿叶片的 MDA含量变化幅度小,SOD和POD活性增加幅度 大,复水后恢复能力强,表现出较强的抗膜脂过氧化 和耐旱能力;而湖北,四川及湖南等种源香椿叶片的 MDA含量变化幅度大,SOD和POD活性增加幅度 小,复水后SOD活性恢复慢,POD活性则难以恢复 至对照水平.由于MDA含量和SOD及POD活性变 化均与活性氧及其物质代谢密切相关,因此,它 们通过影响细胞膜稳定性反映出香椿抗旱性的内在 生化机制.除河南和江苏种源外,其他种源香椿叶 片的SOD和POD活性均表现出随干旱胁迫程度的 加强而上升的趋势,因此,这些种源香椿叶片主要通 过SOD和POD的协同作用清除活性氧.河南种源 香椿叶片的SOD活性和江苏种源香椿叶片的POD 活性均表现出轻度干旱胁迫下增强,重度干旱胁迫 下降低的特点,而这2个种源的MDA含量的增加幅 度较小,表现出较强的抗膜脂过氧化能力,说明这2 个种源香椿叶片中SOD和POD酶系统对防止MDA 的产生具有协同作用. 综上所述,河南,陕西和江苏等香椿种源具有较 强的抗旱能力和伤害修复及超补偿能力,而湖北,四 川和湖南等香椿种源抗旱能力相对较弱. 参考文献: [1]梁有旺,彭方仁,陈德平.香椿不同种源和优良单株的种子品 质差异性分析[J].植物资源与环境,2006,15(4):42— 47. 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