逐渐干旱对牡丹保护酶活性的影响

李军等

摘要：采用盆栽控水法，对洛阳红、乌龙捧盛2个牡丹品种进行逐渐干旱及复水处理，研究牡丹叶片抗氧化保护酶活性的变化。结果表明，随着土壤相对含水量的逐渐降低，洛阳红、乌龙捧盛叶片的SOD活性均呈先上升后下降趋势。洛阳红、乌龙捧盛叶片的POD活性均随着干旱胁迫程度的增加呈逐渐升高趋势。随着干旱胁迫程度的增加，洛阳红、乌龙捧盛叶片的CAT活性均呈先上升后下降趋势。洛阳红叶片SOD活性与POD活性间存在显著正相关，SOD活性与CAT活性间存在极显著正相关，POD活性与CAT活性间相关性不显著。乌龙捧盛叶片SOD活性与POD活性间存在显著正相关，SOD活性与CAT活性、POD活性与CAT活性间相关性不显著。

关键词：牡丹；逐渐干旱；复水；保护酶

中图分类号： S685.110.1；Q945.78文献标志码： A文章编号：1002-1302（2014）10-0156-02

收稿日期：2013-12-25

基金项目：国家自然科学基金（编号：31200468）。

作者简介：李军（1987—），河南信阳人，硕士研究生，研究方向为植物生理生态学。E-mail：LEEJUN19870824@163.com。

通信作者：孔祥生，教授，主要从事植物生理生态研究。E-mail：kxsh55@163.com。牡丹花朵硕大、色彩艳丽，具有很高的观赏价值[1-3]，此外，牡丹皮具有较高药用价值，牡丹籽油具有高食用价值，牡丹精油具有高商品价值[4]。然而，水分不足会影响牡丹的正常生长发育，进而影响牡丹的价值[5]。植物在代谢过程中一部分氧分子不可避免地被还原为活性氧，包括超氧阴离子自由基、羟自由基、单线态氧、过氧化氢等[6]。当植物遭受到逆境胁迫时，活性氧的产生速度会加快。超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）、过氧化氢酶（CAT）是植物体内抵御活性氧毒害的重要抗氧化保护酶系统[7]。笔者对牡丹干旱胁迫过程中及复水后保护酶活性变化进行研究，探索牡丹抵御干旱胁迫的机制，旨在为开发利用牡丹资源提供依据。

1材料与方法

1.1材料

牡丹品种洛阳红、乌龙捧盛均由河南省洛阳市中国洛阳国家牡丹基因库提供，株龄均为4年生。2012年10月，选取生长健壮、长势均一的洛阳红、乌龙捧盛各10株，移栽装盆，每盆1株，塑料盆直径 28 cm，高23 cm，土壤为洛阳市郊大田肥沃土壤。装盆后正常水分管理。2013年5月，干旱处理前10 d，每天用称重法补水，确保土壤相对含水量为80%，之后停止浇水，自然干旱。停止浇水后每天取样1次，测定叶片保护酶活性，同时用称重法计算土壤相对含水量，待大部分叶片萎蔫时复水。2013年5月10日开始试验，5月11日土壤相对含水量下降至70%（轻度干旱），5月12日下降至58%（轻度干旱），5月13日下降至46%（中度干旱），5月14日下降至35%（重度干旱），5月15日下降至26%（重度干旱），5月17日复水至土壤相对含水量为80%，控水1 d后（5月18日）再取样1次。取样时自上向下选取枝条第3至4张叶，每次测定重复3次。

1.2方法

采用氮蓝四唑光还原法[8]测定SOD活性，采用愈创木酚法[8]测定POD活性，采用紫外吸收法[9]测定CAT活性。

1.3数据处理

用SPSS 13.0软件进行方差分析，用皮尔逊相关系数法统计保护酶活性的相关性。

2结果与分析

2.1干旱胁迫对牡丹叶片SOD活性的影响

由图1可知，随着土壤相对含水量的逐渐降低，洛阳红、乌龙捧盛的SOD活性均呈先上升后下降趋势。当土壤相对含水量为35%时（重度干旱），2种牡丹叶片SOD活性均达最高水平，此时洛阳红叶片SOD活性比对照高47.18%，乌龙捧盛比对照高34.95%，差异均达显著水平。当土壤相对含水量为26% （重度干旱）时，2种牡丹叶片SOD活性均下降。复水后，2种牡丹叶片SOD活性均低于重度干旱胁迫（土壤相对含水量为26%）。

2.2干旱胁迫对牡丹叶片POD活性的影响

由图2可知，洛阳红、乌龙捧盛叶片的POD活性均随着干旱胁迫程度的增加呈逐渐升高趋势。当土壤相对含水量为26%时（重度干旱胁迫），2种牡丹叶片的POD活性均达最高，洛阳红比对照高66.66%，乌龙捧盛比对照高7958%，差异均达显著水平。复水后，相比于重度干旱胁迫（土壤相对含水量为26%），2种牡丹叶片的POD活性均有所降低，且差异均达显著水平。

2.3干旱胁迫对牡丹叶片CAT活性的影响

由图3可知，随着干旱胁迫程度的增加，洛阳红、乌龙捧盛叶片的CAT活性均呈先上升后下降趋势。当土壤相对含水量为46%时（中度干旱胁迫），2种牡丹叶片的CAT活性均最大。当土壤相对含水量为35%时 （重度干旱胁迫），与中度干旱胁迫相比，洛阳红叶片的CAT活性下降但差异不显著，乌龙捧盛叶片的CAT活性下降且差异显著。复水后，与重度干旱胁迫（土壤相对含水量为26%）相比，2种牡丹叶片的CAT活性有所下降，且差异均显著。

2.4牡丹叶片抗氧化保护酶活性间的相关性分析

由表1、表2可知，洛阳红SOD活性与POD活性间存在显著正相关，SOD活性与CAT活性间存在极显著正相关，POD活性与CAT活性间相关性不显著。乌龙捧盛SOD活性与POD活性间存在显著正相关，SOD活性与CAT活性、POD活性与CAT活性间相关性不显著。由此可知，牡丹在遭受干旱胁迫后，3种保护酶之间存在内在联系及协同作用，以更好地清除活性氧，减少对细胞的伤害。

表1洛阳红叶片3种抗氧化酶间的相关系数

指标相关系数SOD 活性POD活性CAT活性SOD活性1.000POD活性0.821*1.000CAT活性0.906**0.7461.000注：“*”“**”分别表示显著相关、极显著相关。表2同。

3结论与讨论

SOD、POD、CAT是植物细胞内抵御活性氧毒害的重要保护酶系统，它们具有清除超氧阴离子自由基、过氧化氢、羟自

表2乌龙捧盛叶片3种抗氧化酶间的相关系数

指标相关系数SOD活性POD活性CAT活性SOD活性1.000POD活性0.792*1.000CAT活性0.6040.6501.000

由基等功能[10]。SOD能催化毒性较强的超氧阴离子自由基发生歧化反应，生成毒性较弱的H2O2、氧分子，H2O2由POD、CAT 2种酶清除[6]。当水分充足时，牡丹叶片内活性氧的产生与清除处于动态平衡；当水分不足时，动态平衡被打破，活性氧积累[11]。活性氧与细胞内的成分很容易发生反应，能够直接或间接启动膜脂过氧化反应，破坏磷脂双分子层，伤害细胞膜系统，导致细胞损伤甚至死亡[10]。随着干旱胁迫程度的加剧，洛阳红、乌龙捧盛叶片的SOD活性均呈先升高后下降趋势，这与前人关于白桦（Betula platyphylla）[7]、马铃薯（Solanum tuberosum）[12]、甘草（Glycyrrhiza uralensis）[10]的研究结果一致。中度干旱胁迫下，2种牡丹叶片的SOD活性开始升高，原因可能是随着干旱胁迫加剧，牡丹叶片中超氧阴离子自由基积累，SOD可能受到超氧阴离子自由基增多的诱导因而活性显著升高，以更好地清除超氧阴离子自由基[6]。POD、CAT均能清除H2O2，随着干旱程度增加，洛阳红、乌龙捧盛叶片的POD活性均呈先升高后下降趋势，这与前人研究结果[13]一致。随着干旱胁迫加剧，2种牡丹叶片的CAT活性均呈先上升后下降的趋势，这与前人研究结果[14-15]一致。随着水分胁迫的加剧，SOD、CAT活性均呈先升高后下降趋势，这可能是由于许多抗氧化酶为诱导酶，干旱胁迫因子促进诱导酶合成的同时，也会对已合成酶的结构造成破坏，加快酶的分解速度，降低酶活性。干旱胁迫未达到一定程度时，抗氧化酶合成占优势，当胁迫超过阈值后，抗氧化酶破坏占优势[6]。植物体内抗氧化保护机制包括氧化酶系统、非酶系统，本试验仅针对3种抗氧化保护酶进行了研究，抗坏血酸、类胡萝卜素等抗氧化剂非酶系统也同样值得研究[16]。

参考文献：

[1]侯小改，段春燕，刘素云，等. 不同土壤水分条件下牡丹的生理特性研究[J]. 华北农学报，2007，22（3）：80-83.

[2]李永华，翟敏，李颖旭，等. 干旱胁迫下牡丹叶片光合作用与抗氧化酶活性变化[J]. 河南农业科学，2007（5）：91-93.

[3]邵小斌，朱朋波，陈翠竹，等. 牡丹温室内催花栽培技术[J]. 江苏农业科学，2008（6）：150-151.

[4]王建国. 中国牡丹[M]. 北京：中国林业出版社，2001：10-21.

[5]左敏，高素萍，王岑涅，等. 干旱胁迫对天彭牡丹生理生化和观赏特性的影响[J]. 西南农业学报，2011，24（4）：1290-1293.

[6]杜润峰，郝文芳，王龙飞. 达乌里胡枝子抗氧化保护系统及膜脂过氧化对干旱胁迫及复水的动态响应[J]. 草业学报，2012，21（2）：51-61.

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[8]张志良，瞿伟菁. 植物生理学实验指导[M]. 北京：高等教育出版社，2003.

[9]Tanida M. Catalase activity of rice seed embryo and its relation to germination rate at a low temperature[J]. Breeding Science，1996，46：23-27.

[10]李明，王根轩.干旱胁迫对甘草幼苗保护酶活性及脂质过氧化作用的影响[J]. 生态学报，2002，22（4）：503-507.

[11]赵丽英，邓西平，山仑. 活性氧清除系统对干旱胁迫的响应机制[J]. 西北植物学报，2005，25（2）：413-418.

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[13]Jung S. Variation in antioxidant metabolism of young and mature leaves of Arabidopsis thaliana subjected to drought[J]. Plant Science，2004，166（2）：459-466.

[14]白娟，龚春梅，王刚，等. 干旱胁迫下荒漠植物红砂叶片抗氧化特性[J]. 西北植物学报，2010，30（12）：2444-2450.

[15]逯久幸，李闯，李永华，等. 逐渐干旱对牡丹实生苗某些生理指标的影响[J]. 河南农业科学，2011，40（2）：125-127.

[16]Basu S，Roychoudhury A，Saha P P，et al. Differential antioxidative responses of indica rice cultivars to drought stress[J]. Plant Growth Regulation，2010，60（1）：51-59.

3结论与讨论

SOD、POD、CAT是植物细胞内抵御活性氧毒害的重要保护酶系统，它们具有清除超氧阴离子自由基、过氧化氢、羟自

表2乌龙捧盛叶片3种抗氧化酶间的相关系数

指标相关系数SOD活性POD活性CAT活性SOD活性1.000POD活性0.792*1.000CAT活性0.6040.6501.000

由基等功能[10]。SOD能催化毒性较强的超氧阴离子自由基发生歧化反应，生成毒性较弱的H2O2、氧分子，H2O2由POD、CAT 2种酶清除[6]。当水分充足时，牡丹叶片内活性氧的产生与清除处于动态平衡；当水分不足时，动态平衡被打破，活性氧积累[11]。活性氧与细胞内的成分很容易发生反应，能够直接或间接启动膜脂过氧化反应，破坏磷脂双分子层，伤害细胞膜系统，导致细胞损伤甚至死亡[10]。随着干旱胁迫程度的加剧，洛阳红、乌龙捧盛叶片的SOD活性均呈先升高后下降趋势，这与前人关于白桦（Betula platyphylla）[7]、马铃薯（Solanum tuberosum）[12]、甘草（Glycyrrhiza uralensis）[10]的研究结果一致。中度干旱胁迫下，2种牡丹叶片的SOD活性开始升高，原因可能是随着干旱胁迫加剧，牡丹叶片中超氧阴离子自由基积累，SOD可能受到超氧阴离子自由基增多的诱导因而活性显著升高，以更好地清除超氧阴离子自由基[6]。POD、CAT均能清除H2O2，随着干旱程度增加，洛阳红、乌龙捧盛叶片的POD活性均呈先升高后下降趋势，这与前人研究结果[13]一致。随着干旱胁迫加剧，2种牡丹叶片的CAT活性均呈先上升后下降的趋势，这与前人研究结果[14-15]一致。随着水分胁迫的加剧，SOD、CAT活性均呈先升高后下降趋势，这可能是由于许多抗氧化酶为诱导酶，干旱胁迫因子促进诱导酶合成的同时，也会对已合成酶的结构造成破坏，加快酶的分解速度，降低酶活性。干旱胁迫未达到一定程度时，抗氧化酶合成占优势，当胁迫超过阈值后，抗氧化酶破坏占优势[6]。植物体内抗氧化保护机制包括氧化酶系统、非酶系统，本试验仅针对3种抗氧化保护酶进行了研究，抗坏血酸、类胡萝卜素等抗氧化剂非酶系统也同样值得研究[16]。

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3结论与讨论

SOD、POD、CAT是植物细胞内抵御活性氧毒害的重要保护酶系统，它们具有清除超氧阴离子自由基、过氧化氢、羟自

表2乌龙捧盛叶片3种抗氧化酶间的相关系数

指标相关系数SOD活性POD活性CAT活性SOD活性1.000POD活性0.792*1.000CAT活性0.6040.6501.000

由基等功能[10]。SOD能催化毒性较强的超氧阴离子自由基发生歧化反应，生成毒性较弱的H2O2、氧分子，H2O2由POD、CAT 2种酶清除[6]。当水分充足时，牡丹叶片内活性氧的产生与清除处于动态平衡；当水分不足时，动态平衡被打破，活性氧积累[11]。活性氧与细胞内的成分很容易发生反应，能够直接或间接启动膜脂过氧化反应，破坏磷脂双分子层，伤害细胞膜系统，导致细胞损伤甚至死亡[10]。随着干旱胁迫程度的加剧，洛阳红、乌龙捧盛叶片的SOD活性均呈先升高后下降趋势，这与前人关于白桦（Betula platyphylla）[7]、马铃薯（Solanum tuberosum）[12]、甘草（Glycyrrhiza uralensis）[10]的研究结果一致。中度干旱胁迫下，2种牡丹叶片的SOD活性开始升高，原因可能是随着干旱胁迫加剧，牡丹叶片中超氧阴离子自由基积累，SOD可能受到超氧阴离子自由基增多的诱导因而活性显著升高，以更好地清除超氧阴离子自由基[6]。POD、CAT均能清除H2O2，随着干旱程度增加，洛阳红、乌龙捧盛叶片的POD活性均呈先升高后下降趋势，这与前人研究结果[13]一致。随着干旱胁迫加剧，2种牡丹叶片的CAT活性均呈先上升后下降的趋势，这与前人研究结果[14-15]一致。随着水分胁迫的加剧，SOD、CAT活性均呈先升高后下降趋势，这可能是由于许多抗氧化酶为诱导酶，干旱胁迫因子促进诱导酶合成的同时，也会对已合成酶的结构造成破坏，加快酶的分解速度，降低酶活性。干旱胁迫未达到一定程度时，抗氧化酶合成占优势，当胁迫超过阈值后，抗氧化酶破坏占优势[6]。植物体内抗氧化保护机制包括氧化酶系统、非酶系统，本试验仅针对3种抗氧化保护酶进行了研究，抗坏血酸、类胡萝卜素等抗氧化剂非酶系统也同样值得研究[16]。

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[11]赵丽英，邓西平，山仑. 活性氧清除系统对干旱胁迫的响应机制[J]. 西北植物学报，2005，25（2）：413-418.

[12]抗艳红，龚学臣，赵海超，等. 不同生育时期干旱胁迫对马铃薯生理生化指标的影响[J]. 中国农学通报，2011，27（15）：97-101.

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[14]白娟，龚春梅，王刚，等. 干旱胁迫下荒漠植物红砂叶片抗氧化特性[J]. 西北植物学报，2010，30（12）：2444-2450.

[15]逯久幸，李闯，李永华，等. 逐渐干旱对牡丹实生苗某些生理指标的影响[J]. 河南农业科学，2011，40（2）：125-127.

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