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干旱及复水对侧柏幼苗叶片抗氧化酶活性的影响

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西北林学院学报2015,30(2):33~37 Journal of Northwest Forestry University doi:10.3969/j.issn.1001—7461.2015.02.06 干旱及复水对侧柏幼苗叶片抗氧化酶活性的影响 李春燕 ,王进鑫卜,薛 设 (1.西北农林科技大学资源环境学院,陕西杨陵712100;2.温州市环境保护设计科学研究院,江苏温州325000) 摘 要:研究不同程度土壤干旱胁迫及胁迫解除后侧柏叶片中抗氧化酶活性的动态变化,对侧柏的 抗旱性及旱后复水的补偿效应机理进行初步探讨。以1年生的侧柏苗木为材料,采用盆栽试验,以 土壤相对含水率(SRW)100.00 的处理为对照,测定不同水分胁迫强度(土壤相对含水率 87.84 9/5,70.0O ,52.16 9/5,4O.00 )不同胁迫历时(胁迫历时0、30、45、60 d)以及复水2、24、48 h 和72 h侧柏叶片中超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)活性的变化。结果表明,侧柏叶片 q-SOD和POD活性均高于对照,且随着干旱胁迫强度的增大呈上升趋势。相同的干旱胁迫强度 下,侧柏叶片中SOD活性随着胁迫历时的延长呈先上升后下降的趋势,而POD活性则一直呈上升 趋势。不同水分胁迫历时下各处理在复水后2 h,侧柏叶片中POD和SOD活性都急剧上升,且复 水后较长一段时间内还保持较高的活性。较短时间的胁迫历时下,SOD和POD活性大体都呈上 升一下降一略高于对照的趋势。适度水分胁迫使侧柏幼苗的抗氧化能力得到加强,长时间的水分 胁迫会对侧柏抗氧化能力造成伤害。 关键词:干旱;复水;侧柏;超氧化物歧化酶;过氧化物酶 中图分类号:¥718.43 文献标志码:A 文章编号:1001—7461【2015)02 0033—05 Effect of Drought and Rewatering on the Activity of Protect Enzymes in the Leaves of Platycladus orientalis Seedings LI Chun—yan ,WANG Jin—xin¨,XUE She (1.E” r0 , P”tⅡ£Sci nce,College ofResources and Environment,NorthwestA&F University,Yangling,Shaanxi 712100,China 2.Wenzhou Environmental Protection Design Scientific Institute,Wenzhou,Jiangsu 325000,China) Abstract:Dynamic changes of antioxidant enzymes during different water stress levels and after rewatering in P.orientalis leaves were studied to investigate the drought resistance and compensation effect mecha— nism after drought.One—year—old P.orientalis seedlings were selected as test materials.A potted experi— ment was conducted with 5 different soi1 relative water(SRW)levels,i.e.,100.O0 ,87.84 ,70.O0 , 52.16 ,and 40.00 ,lasted for 15,30,45 d and 60 d.The activities of superoxide dismutase(SOD)and peroxidase(POD)in the leaves were measured 2,24,48,72 h after rewatering.With the aggravation of soll water stress。both activities of SOD and POD in the 1eaves were higher than the contro1.Under the same soil water stress level,SOD activity increased at the beginning and then went down as water stress lasting.The POD activity however,increased al1 the time.For different soil water stress levels and differ— ent drought durations,the activities of SOD and POD increased steeply 2 h after rewatering,and also maintain a high activity for a long period after rewatering.After short drought stress,the activities of SOD and POD presented the trends of rising—dropping—higher than the contro1.The antioxidation ability could be strengthened by properly water stress but it could be damaged by severe drought stress. 收稿日期:2O14 07 16修回日期:2014—09—09 基金项目:国家教育部高等学校博士学科点专项科研基金博导项目(20110204110009);国家自然科学基金项目(31170579)。 作者简介:李春燕,女,在读硕士,研究方向:生态环境工程。E—mail:1ichunyan2O789@126.corn *通信作者:王进鑫,男,教授,博士生导师,研究方向:旱区人工林生态系统生物节水与环境生态学。E—mail:jwangl18@126.corn 34 西北林学院学报 Key words:drought;rewatering;Platycladus orientails;superoxide hydronium;maIondia1dehyde 在干旱、半干旱地区水分是树木存活和生长的 重要制约因素_1]。树木一旦受到干旱胁迫,就会产 生影响其正常生命活动的一连串生理生化反应 ]。 旱后复水亦能引发植物一连串代谢功能的改变,这 些变化是判断植物抗旱性的重要指标Ⅲ3]。植物体内 的抗氧化酶活性能在一定程度上反应其抗旱能力, 保护酶通过清除自由基,来抑制脂质过氧化作用,从 而保护植物细胞膜不受伤害I4]。 侧柏属常绿乔木,耐干旱,喜湿润,但不耐水淹, 寿命极长[5]。人工栽植范围广,是园林绿化的优良 树种。现阶段,植物抗氧化机制的研究对象主要是 草本和农作物 ],而对于树木干旱过程以及旱后复 水抗氧化酶体系的动态变化的研究较少,对西北地 区耐旱苗木的旱后复水补偿效应方面报道也很少。 侧柏作为西北地区应用很广的耐旱树种,已在干旱 条件下对其光合、水分生理[9。o]等方面进行过研究, 但对其苗木的旱后复水补偿机制报道尚少。以侧柏 幼苗为研究材料,对其在不同强度干旱胁迫条件下 及复水后的抗氧化酶体系动态变化进行探讨,旨在 了解干旱胁迫及旱后复水对侧柏苗木抗氧化酶的影 响,为分析侧柏的抗旱能力及复水后的补偿机制提 供理论依据。 l 材料与方法 1.1试验材料 1.1.1供试材料供试材料为1年生侧柏(Platy— cladus orientalis)幼苗,3月初于周至苗圃起苗,在 去除基质,清洗并称量幼苗鲜重后,栽植于特制塑料 桶(内径27 cm、高30 cm)中,并保证其正常成活。 1.1.2供试土壤土壤采用黄绵土(过1 mm筛), 质地轻壤且通透性良好,田问持水量为18.75 。 1.2试验方法 试验在陕西杨凌西北农林科技大学南校区人工 旱棚内进行,包括胁迫强度、胁迫历时2个因素,随机 区组排列。土壤水分胁迫强度用土壤相对含水量(即 土壤水分占田间持水量的百分比,Soil Relative Water content,SRW)来表示,共5个梯度,分别为40.。0 、 52.16 、70.00 、87.84 9/6和100.00%(CK),胁迫历 时分别为0(CK),15,30,45 d和60 d;共20个处理, 每1个处理重复2次。 4月挑选长势一致的侧柏苗木,采用人工适时 补水和称重法进行水分控制,每2 d称重1次,每天 适时补水,以保证土壤含水量保持在一定水平上。 为了确保不同胁迫历时各测定指标数据的可比性及 旱后复水的同时性,胁迫历时60 d的处理首先控 水、15 d后胁迫历时45 d的处理接着控水,以此类 推。复水后使每个处理的土壤水分达到对照水平, 其他管理按常规方法进行。于复水前及复水后的 2,24,48 h和72 h分别进行采样,采集幼苗叶片(从 各个方位选取成熟叶片)并立即用液氮速冻,然后带 回实验室进行相关指标的分析测定。 1I3 测定指标及方法 采用氮蓝四唑(NBT)比色法_l 测定超氧化 物歧化酶(SOD)活性SOD酶活性,以每g鲜叶抑制 5O 0.75 mmol/L NBT光化还原为1个酶活性单 位;过氧化物酶(POD)活性测定采用愈创木酚显色 法 H 。 1.4数据处理 采用Excel及SPSS数据统计分析软件对试验 数据进行处理。 2 结果与分析 2.1不同土壤水分胁迫历时下侧柏叶片中抗氧化 酶活性的变化 2.1.1 SOD活性各水分胁迫处理在经历了不同 胁迫历时后,其侧柏叶片SOD活性较对照(胁迫历 时为0 d)均有较大幅度的上升,随着胁迫时间的推 移SOD活性呈先上升而后下降的走势(图1)。各 水分胁迫处理下侧柏叶片S()D活性均在胁迫历时 15 d时达到峰值,随后开始下降,但在相同胁迫历 时的处理下,侧柏叶片s()D活性大体呈:SRW 52.16 和SRW 70 >SRW 40 >SRw 87.84 的趋势。这与徐莲珍_1引、王兴顺|】 等在不同强度干 旱胁迫条件下对侧柏和黄岑叶片抗氧化酶活性的研 究结果一致,即SOD活性随水分胁迫强度增大而增 加,而在达到重度胁迫后,酶活性呈下降走势,但酶 活性始终高于对照(正常水分时)。 2.1.2 POD活性 各水分胁迫处理在经历了不同 水分胁迫历时后侧柏叶片中POD活性均高于对照 水平(图2)。同一水分胁迫历时条件下,随着胁迫 强度的加剧侧柏叶片的POD活性上升幅度变大;土 壤水分胁迫强度为SRW 52.16 和SRW 40 的处 理,POD活性随着胁迫历时的延长而上升。侧柏叶 片中POD活性在不同胁迫强度处理间无显著差异, 这与武永军口朝等在干旱胁迫下对蚕豆叶片抗氧化 酶活性变化的研究结果一致。 2.2 复水前后侧柏叶片中抗氧化酶活性的变化 2.2.1 SoD活性 由图3可知,复水前各水分胁 第2期 李春燕等:干旱及复水对侧柏幼苗叶片抗氧化酶活性的影响 35 迫处理在经历了不同的胁迫历时后侧柏叶片的 SOD活性均高于对照,复水后2 h侧柏叶片中SOD 活性与复水前相比上升显著,这与安玉艳口。 等在干 环境还保持了较高的SOD活性,有效地减轻了土壤 水分胁迫所导致的膜质过氧化对侧柏苗木的伤害。 相同胁迫历时下,SRW 40 的处理在复水后S()D 旱复水条件对杠柳幼苗的研究一致;复水后24 h, 只有SRW40.00V0的处理侧柏叶片中的SOD活性 活性上升幅度基本较其他处理的大,即重度土壤水 分胁迫处理复水后上升幅度较轻度水分胁迫的大。 另外,随着胁迫历时的延长,相同的土壤水分胁迫处 理复水后侧柏叶片中SOD活性不断下降,即胁迫历 时为15 d的所有处理均在复水后2 h侧柏叶片中 开始下降,其余各处理的侧柏叶片SOD活性仍然在 缓慢升高;各水分胁迫处理的侧柏叶片SOD活性在 复水后48 h开始下降;到复水后72 h,各处理的侧 柏叶片SOD活性均接近复水前,但均高于对照。说 明复水后5种水分胁迫处理下的侧柏幼苗既适应了 ---SOD活性上升幅度最大,为复水前的1.6~2倍。 0--SRW87 84% -口-SRW70% 一×一SRW40% ----O--SRW87.84% SRW70% f 1 600 ・1 400 bo 1 2O0 —— 广_-SRW52.1 6% —6 SRW52.16% 一×一SRW40% 1 O00 800 酱600 0 400 ∞一 II.._∞.n)通呈800 6 4 2 O 8 6 4 O l5 30 45 r● ●L●●r●}60 ×r●L O 15 3O 45 6O 胁迫历时,d 图1 不同土壤水分胁迫历时下侧柏叶片中 S()D活性的变化 Fig.1 Variations of SOD activity in the leaves of P.orientalis seedingsunder different water stress levels o_一SRW 1OO%—口一SRW 87.84%十SRW 70%胁迫历时,d 图2不同土壤水分胁迫历时下侧柏叶片中 P0D活性的变化 Fig.2 Variations of POD activity in the leaves of P.orientalis seedings under different water stress levels —l×一SRW 52.16%1 800 —o—SRW 40% —-3 0 ・ 2 5 ’1 600 1 400 2 0 ∞1200 800 600 二1 000 邑1 5 1 0 酱 s 0 ∞ 罄400 0 200 们0 复水前 胁迫历时15d 复水 岳2h 复水 磊24h 复水 最48h 复水 磊72h 胁迫历时30d f 2 乏 ・1 ÷1 ∞1 蟊 邑 莓 ∞ 蕾 胁迫历时45d 胁追历时60d 图3 复水后不同土壤水分胁迫下侧柏叶片中SOD活性的动态变化 Fig.3 Variations of SOD activity in the leaves of P.oriental seedings after rewatering 2.2.2 POD活性 图4显示出,复水前,不同处理 活性变化大体上呈先下降后上升的趋势,这与胡国 的侧柏叶片中POD活性均高于对照;复水后2 h, 各处理侧柏叶片中POD活性较复水前有了较大幅 霞l_l 等对复水后大多数植物叶片中POD活性变化 研究的趋势一致。复水后72 h,相同土壤水分胁迫 度的上升,土壤水分胁迫强度不同,上升的幅度也有 所不同。复水后较长一段时间内,侧柏叶片中POD 强度的处理侧柏叶片中POD活性经过不同的土壤 水分胁迫历时后均恢复到相近水平,但均高于对照 36 西北林学院学报 水平。受到土壤水分胁迫的处理复水后72 h,侧柏 度的加剧而增大,均高于对照水平。 叶片中POD活性仍然随着复水前土壤水分胁迫强 一.. .I .n)童蜉Q0 8 6 4 2 O 8 6 4 sRW100% SRW 87.84%十SRW70%一×一SRW 52.16%十SRW 40% 复水前 复水 后2h 复水 后24h 复水 后48h 复水 最72h 胁迫历时15 d f 胁迫历时30d 已 蟊 !}g o 2 一._ .1。∞. 一 姆Q0 胁迫历时45d 胁迫历时60 d 图4复水后不同土壤水分胁迫下侧柏叶片中POD活性的动态变化 Fig.4 Variations of POD activity in the leaves of P.oriental seedings after rewatering 3 结论与讨论 SOD是目前研究最广泛且较为深入的一种酶, 一重度胁迫(SRW 40 和52.16 )处理下,侧柏叶片 中SOD活性下降,说明SOD活性可能存在一个阈 值,而随着POD活性继续上升。其作用也从最初的 清除活性氧逐渐转变为促进活性氧累积,这种现象 反映出侧柏幼苗的抗氧化能力正在衰退,进而表明 长时间的重度干旱胁迫会对侧柏幼苗造成伤害。不 旦受到干旱胁迫,植物体内的SOD活性便能反应 其自身的抗氧化能力E18]。植物SOD活性在轻微或 短暂的水分胁迫下呈上升趋势,受到长期且严重的 水分胁迫就会开始下降口 。甚至还有一些研究表 同胁迫历时下各土壤水分胁迫处理在复水2 h后, 侧柏叶片中SOD和POD活性大体呈上升一下降一 略高于对照的趋势,且复水后的较长一段时间内仍 明,植物体内SOD活性将随干旱胁迫强度的增大一 直下降或先下降再上升_2 ,或者始终保持不变[2 。 POD对水分胁迫较SOD更为敏感,主要是因为 POD对植物的作用具有双重性l_2。 :一是清除活性 氧,能保护植物细胞膜质不受过氧化伤害;二是能为 植物衰老组织累积活性氧。 研究发现,短期的水分胁迫会使侧柏叶片中的 SOD和POD活性升高,随着水分胁迫强度的增大, 保持着较高的活性,说明其协作清除活性氧的能力 得到了加强,同时反映出适当强度的土壤水分胁迫 (SRW 70 ,胁迫历时15 d)能够有效的锻炼侧柏 的耐旱性。需要说明的是,本研究只在干旱胁迫及 短时间旱后复水的条件下,对1年生侧柏幼苗抗氧 化酶活性的动态变化进行了初步探讨,而侧柏苗木 SOD活性和POD活性均呈上升趋势,在相同水分 整个生长期及长时间的抗旱机理有待进一步研究。 胁迫强度下随胁迫历时的延长呈先升后降的趋势, 且都高于对照,这与陈小荣 等对抽穗期小麦的研 究一致。水分胁迫初期SOD活性和POD活性较 高,清除02"的能力较强,能很好地维持细胞膜的稳 定性,保护植物膜脂不受损伤,有效地提高了侧柏幼 苗适应干旱胁迫的能力。表明侧柏幼苗对水分胁迫 相当敏感,能够迅速调动叶片中SOD和POD的活 性,同时也反应了侧柏对干旱环境的适应能力。而 参考文献: [1]郭连生,田有亮.运用PV技术对华北常见造林树种耐旱性评 价的研究EJ3.内蒙古林学院学报。1998,20(3):卜8. 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