逐漸干旱對牡丹保護酶活性的影響

李軍等

摘要：采用盆栽控水法，對洛陽紅、烏龍捧盛2個牡丹品種進行逐漸干旱及復水處理，研究牡丹葉片抗氧化保護酶活性的變化。結果表明，隨著土壤相對含水量的逐漸降低，洛陽紅、烏龍捧盛葉片的SOD活性均呈先上升后下降趨勢。洛陽紅、烏龍捧盛葉片的POD活性均隨著干旱脅迫程度的增加呈逐漸升高趨勢。隨著干旱脅迫程度的增加，洛陽紅、烏龍捧盛葉片的CAT活性均呈先上升后下降趨勢。洛陽紅葉片SOD活性與POD活性間存在顯著正相關，SOD活性與CAT活性間存在極顯著正相關，POD活性與CAT活性間相關性不顯著。烏龍捧盛葉片SOD活性與POD活性間存在顯著正相關，SOD活性與CAT活性、POD活性與CAT活性間相關性不顯著。

關鍵詞：牡丹；逐漸干旱；復水；保護酶

中圖分類號： S685.110.1；Q945.78文獻標志碼： A文章編號：1002-1302（2014）10-0156-02

收稿日期：2013-12-25

基金項目：國家自然科學基金（編號：31200468）。

作者簡介：李軍（1987—），河南信陽人，碩士研究生，研究方向為植物生理生態學。E-mail：LEEJUN19870824@163.com。

通信作者：孔祥生，教授，主要從事植物生理生態研究。E-mail：kxsh55@163.com。牡丹花朵碩大、色彩艷麗，具有很高的觀賞價值[1-3]，此外，牡丹皮具有較高藥用價值，牡丹籽油具有高食用價值，牡丹精油具有高商品價值[4]。然而，水分不足會影響牡丹的正常生長發育，進而影響牡丹的價值[5]。植物在代謝過程中一部分氧分子不可避免地被還原為活性氧，包括超氧陰離子自由基、羥自由基、單線態氧、過氧化氫等[6]。當植物遭受到逆境脅迫時，活性氧的產生速度會加快。超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化物酶（POD）、過氧化氫酶（CAT）是植物體內抵御活性氧毒害的重要抗氧化保護酶系統[7]。筆者對牡丹干旱脅迫過程中及復水后保護酶活性變化進行研究，探索牡丹抵御干旱脅迫的機制，旨在為開發利用牡丹資源提供依據。

1材料與方法

1.1材料

牡丹品種洛陽紅、烏龍捧盛均由河南省洛陽市中國洛陽國家牡丹基因庫提供，株齡均為4年生。2012年10月，選取生長健壯、長勢均一的洛陽紅、烏龍捧盛各10株，移栽裝盆，每盆1株，塑料盆直徑 28 cm，高23 cm，土壤為洛陽市郊大田肥沃土壤。裝盆后正常水分管理。2013年5月，干旱處理前10 d，每天用稱重法補水，確保土壤相對含水量為80%，之后停止澆水，自然干旱。停止澆水后每天取樣1次，測定葉片保護酶活性，同時用稱重法計算土壤相對含水量，待大部分葉片萎蔫時復水。2013年5月10日開始試驗，5月11日土壤相對含水量下降至70%（輕度干旱），5月12日下降至58%（輕度干旱），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日復水至土壤相對含水量為80%，控水1 d后（5月18日）再取樣1次。取樣時自上向下選取枝條第3至4張葉，每次測定重復3次。

1.2方法

采用氮藍四唑光還原法[8]測定SOD活性，采用愈創木酚法[8]測定POD活性，采用紫外吸收法[9]測定CAT活性。

1.3數據處理

用SPSS 13.0軟件進行方差分析，用皮爾遜相關系數法統計保護酶活性的相關性。

2結果與分析

2.1干旱脅迫對牡丹葉片SOD活性的影響

由圖1可知，隨著土壤相對含水量的逐漸降低，洛陽紅、烏龍捧盛的SOD活性均呈先上升后下降趨勢。當土壤相對含水量為35%時（重度干旱），2種牡丹葉片SOD活性均達最高水平，此時洛陽紅葉片SOD活性比對照高47.18%，烏龍捧盛比對照高34.95%，差異均達顯著水平。當土壤相對含水量為26% （重度干旱）時，2種牡丹葉片SOD活性均下降。復水后，2種牡丹葉片SOD活性均低于重度干旱脅迫（土壤相對含水量為26%）。

2.2干旱脅迫對牡丹葉片POD活性的影響

由圖2可知，洛陽紅、烏龍捧盛葉片的POD活性均隨著干旱脅迫程度的增加呈逐漸升高趨勢。當土壤相對含水量為26%時（重度干旱脅迫），2種牡丹葉片的POD活性均達最高，洛陽紅比對照高66.66%，烏龍捧盛比對照高7958%，差異均達顯著水平。復水后，相比于重度干旱脅迫（土壤相對含水量為26%），2種牡丹葉片的POD活性均有所降低，且差異均達顯著水平。

2.3干旱脅迫對牡丹葉片CAT活性的影響

由圖3可知，隨著干旱脅迫程度的增加，洛陽紅、烏龍捧盛葉片的CAT活性均呈先上升后下降趨勢。當土壤相對含水量為46%時（中度干旱脅迫），2種牡丹葉片的CAT活性均最大。當土壤相對含水量為35%時 （重度干旱脅迫），與中度干旱脅迫相比，洛陽紅葉片的CAT活性下降但差異不顯著，烏龍捧盛葉片的CAT活性下降且差異顯著。復水后，與重度干旱脅迫（土壤相對含水量為26%）相比，2種牡丹葉片的CAT活性有所下降，且差異均顯著。

2.4牡丹葉片抗氧化保護酶活性間的相關性分析

由表1、表2可知，洛陽紅SOD活性與POD活性間存在顯著正相關，SOD活性與CAT活性間存在極顯著正相關，POD活性與CAT活性間相關性不顯著。烏龍捧盛SOD活性與POD活性間存在顯著正相關，SOD活性與CAT活性、POD活性與CAT活性間相關性不顯著。由此可知，牡丹在遭受干旱脅迫后，3種保護酶之間存在內在聯系及協同作用，以更好地清除活性氧，減少對細胞的傷害。

表1洛陽紅葉片3種抗氧化酶間的相關系數

指標相關系數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：“*”“**”分別表示顯著相關、極顯著相關。表2同。

3結論與討論

SOD、POD、CAT是植物細胞內抵御活性氧毒害的重要保護酶系統，它們具有清除超氧陰離子自由基、過氧化氫、羥自

表2烏龍捧盛葉片3種抗氧化酶間的相關系數

指標相關系數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能催化毒性較強的超氧陰離子自由基發生歧化反應，生成毒性較弱的H2O2、氧分子，H2O2由POD、CAT 2種酶清除[6]。當水分充足時，牡丹葉片內活性氧的產生與清除處于動態平衡；當水分不足時，動態平衡被打破，活性氧積累[11]。活性氧與細胞內的成分很容易發生反應，能夠直接或間接啟動膜脂過氧化反應，破壞磷脂雙分子層，傷害細胞膜系統，導致細胞損傷甚至死亡[10]。隨著干旱脅迫程度的加劇，洛陽紅、烏龍捧盛葉片的SOD活性均呈先升高后下降趨勢，這與前人關于白樺（Betula platyphylla）[7]、馬鈴薯（Solanum tuberosum）[12]、甘草（Glycyrrhiza uralensis）[10]的研究結果一致。中度干旱脅迫下，2種牡丹葉片的SOD活性開始升高，原因可能是隨著干旱脅迫加劇，牡丹葉片中超氧陰離子自由基積累，SOD可能受到超氧陰離子自由基增多的誘導因而活性顯著升高，以更好地清除超氧陰離子自由基[6]。POD、CAT均能清除H2O2，隨著干旱程度增加，洛陽紅、烏龍捧盛葉片的POD活性均呈先升高后下降趨勢，這與前人研究結果[13]一致。隨著干旱脅迫加劇，2種牡丹葉片的CAT活性均呈先上升后下降的趨勢，這與前人研究結果[14-15]一致。隨著水分脅迫的加劇，SOD、CAT活性均呈先升高后下降趨勢，這可能是由于許多抗氧化酶為誘導酶，干旱脅迫因子促進誘導酶合成的同時，也會對已合成酶的結構造成破壞，加快酶的分解速度，降低酶活性。干旱脅迫未達到一定程度時，抗氧化酶合成占優勢，當脅迫超過閾值后，抗氧化酶破壞占優勢[6]。植物體內抗氧化保護機制包括氧化酶系統、非酶系統，本試驗僅針對3種抗氧化保護酶進行了研究，抗壞血酸、類胡蘿卜素等抗氧化劑非酶系統也同樣值得研究[16]。

參考文獻：

[1]侯小改，段春燕，劉素云，等. 不同土壤水分條件下牡丹的生理特性研究[J]. 華北農學報，2007，22（3）：80-83.

[2]李永華，翟敏，李穎旭，等. 干旱脅迫下牡丹葉片光合作用與抗氧化酶活性變化[J]. 河南農業科學，2007（5）：91-93.

[3]邵小斌，朱朋波，陳翠竹，等. 牡丹溫室內催花栽培技術[J]. 江蘇農業科學，2008（6）：150-151.

[4]王建國. 中國牡丹[M]. 北京：中國林業出版社，2001：10-21.

[5]左敏，高素萍，王岑涅，等. 干旱脅迫對天彭牡丹生理生化和觀賞特性的影響[J]. 西南農業學報，2011，24（4）：1290-1293.

[6]杜潤峰，郝文芳，王龍飛. 達烏里胡枝子抗氧化保護系統及膜脂過氧化對干旱脅迫及復水的動態響應[J]. 草業學報，2012，21（2）：51-61.

[7]孫國榮，彭永臻，閻秀峰，等. 干旱脅迫對白樺實生苗保護酶活性及脂質過氧化作用的影響[J]. 林業科學，2003，39（1）：165-167.

[8]張志良，瞿偉菁. 植物生理學實驗指導[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，王根軒.干旱脅迫對甘草幼苗保護酶活性及脂質過氧化作用的影響[J]. 生態學報，2002，22（4）：503-507.

[11]趙麗英，鄧西平，山侖. 活性氧清除系統對干旱脅迫的響應機制[J]. 西北植物學報，2005，25（2）：413-418.

[12]抗艷紅，龔學臣，趙海超，等. 不同生育時期干旱脅迫對馬鈴薯生理生化指標的影響[J]. 中國農學通報，2011，27（15）：97-101.

[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，龔春梅，王剛，等. 干旱脅迫下荒漠植物紅砂葉片抗氧化特性[J]. 西北植物學報，2010，30（12）：2444-2450.

[15]逯久幸，李闖，李永華，等. 逐漸干旱對牡丹實生苗某些生理指標的影響[J]. 河南農業科學，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結論與討論

SOD、POD、CAT是植物細胞內抵御活性氧毒害的重要保護酶系統，它們具有清除超氧陰離子自由基、過氧化氫、羥自

表2烏龍捧盛葉片3種抗氧化酶間的相關系數

指標相關系數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能催化毒性較強的超氧陰離子自由基發生歧化反應，生成毒性較弱的H2O2、氧分子，H2O2由POD、CAT 2種酶清除[6]。當水分充足時，牡丹葉片內活性氧的產生與清除處于動態平衡；當水分不足時，動態平衡被打破，活性氧積累[11]。活性氧與細胞內的成分很容易發生反應，能夠直接或間接啟動膜脂過氧化反應，破壞磷脂雙分子層，傷害細胞膜系統，導致細胞損傷甚至死亡[10]。隨著干旱脅迫程度的加劇，洛陽紅、烏龍捧盛葉片的SOD活性均呈先升高后下降趨勢，這與前人關于白樺（Betula platyphylla）[7]、馬鈴薯（Solanum tuberosum）[12]、甘草（Glycyrrhiza uralensis）[10]的研究結果一致。中度干旱脅迫下，2種牡丹葉片的SOD活性開始升高，原因可能是隨著干旱脅迫加劇，牡丹葉片中超氧陰離子自由基積累，SOD可能受到超氧陰離子自由基增多的誘導因而活性顯著升高，以更好地清除超氧陰離子自由基[6]。POD、CAT均能清除H2O2，隨著干旱程度增加，洛陽紅、烏龍捧盛葉片的POD活性均呈先升高后下降趨勢，這與前人研究結果[13]一致。隨著干旱脅迫加劇，2種牡丹葉片的CAT活性均呈先上升后下降的趨勢，這與前人研究結果[14-15]一致。隨著水分脅迫的加劇，SOD、CAT活性均呈先升高后下降趨勢，這可能是由于許多抗氧化酶為誘導酶，干旱脅迫因子促進誘導酶合成的同時，也會對已合成酶的結構造成破壞，加快酶的分解速度，降低酶活性。干旱脅迫未達到一定程度時，抗氧化酶合成占優勢，當脅迫超過閾值后，抗氧化酶破壞占優勢[6]。植物體內抗氧化保護機制包括氧化酶系統、非酶系統，本試驗僅針對3種抗氧化保護酶進行了研究，抗壞血酸、類胡蘿卜素等抗氧化劑非酶系統也同樣值得研究[16]。

參考文獻：

[1]侯小改，段春燕，劉素云，等. 不同土壤水分條件下牡丹的生理特性研究[J]. 華北農學報，2007，22（3）：80-83.

[2]李永華，翟敏，李穎旭，等. 干旱脅迫下牡丹葉片光合作用與抗氧化酶活性變化[J]. 河南農業科學，2007（5）：91-93.

[3]邵小斌，朱朋波，陳翠竹，等. 牡丹溫室內催花栽培技術[J]. 江蘇農業科學，2008（6）：150-151.

[4]王建國. 中國牡丹[M]. 北京：中國林業出版社，2001：10-21.

[5]左敏，高素萍，王岑涅，等. 干旱脅迫對天彭牡丹生理生化和觀賞特性的影響[J]. 西南農業學報，2011，24（4）：1290-1293.

[6]杜潤峰，郝文芳，王龍飛. 達烏里胡枝子抗氧化保護系統及膜脂過氧化對干旱脅迫及復水的動態響應[J]. 草業學報，2012，21（2）：51-61.

[7]孫國榮，彭永臻，閻秀峰，等. 干旱脅迫對白樺實生苗保護酶活性及脂質過氧化作用的影響[J]. 林業科學，2003，39（1）：165-167.

[8]張志良，瞿偉菁. 植物生理學實驗指導[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，王根軒.干旱脅迫對甘草幼苗保護酶活性及脂質過氧化作用的影響[J]. 生態學報，2002，22（4）：503-507.

[11]趙麗英，鄧西平，山侖. 活性氧清除系統對干旱脅迫的響應機制[J]. 西北植物學報，2005，25（2）：413-418.

[12]抗艷紅，龔學臣，趙海超，等. 不同生育時期干旱脅迫對馬鈴薯生理生化指標的影響[J]. 中國農學通報，2011，27（15）：97-101.

[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，龔春梅，王剛，等. 干旱脅迫下荒漠植物紅砂葉片抗氧化特性[J]. 西北植物學報，2010，30（12）：2444-2450.

[15]逯久幸，李闖，李永華，等. 逐漸干旱對牡丹實生苗某些生理指標的影響[J]. 河南農業科學，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結論與討論

SOD、POD、CAT是植物細胞內抵御活性氧毒害的重要保護酶系統，它們具有清除超氧陰離子自由基、過氧化氫、羥自

表2烏龍捧盛葉片3種抗氧化酶間的相關系數

指標相關系數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能催化毒性較強的超氧陰離子自由基發生歧化反應，生成毒性較弱的H2O2、氧分子，H2O2由POD、CAT 2種酶清除[6]。當水分充足時，牡丹葉片內活性氧的產生與清除處于動態平衡；當水分不足時，動態平衡被打破，活性氧積累[11]。活性氧與細胞內的成分很容易發生反應，能夠直接或間接啟動膜脂過氧化反應，破壞磷脂雙分子層，傷害細胞膜系統，導致細胞損傷甚至死亡[10]。隨著干旱脅迫程度的加劇，洛陽紅、烏龍捧盛葉片的SOD活性均呈先升高后下降趨勢，這與前人關于白樺（Betula platyphylla）[7]、馬鈴薯（Solanum tuberosum）[12]、甘草（Glycyrrhiza uralensis）[10]的研究結果一致。中度干旱脅迫下，2種牡丹葉片的SOD活性開始升高，原因可能是隨著干旱脅迫加劇，牡丹葉片中超氧陰離子自由基積累，SOD可能受到超氧陰離子自由基增多的誘導因而活性顯著升高，以更好地清除超氧陰離子自由基[6]。POD、CAT均能清除H2O2，隨著干旱程度增加，洛陽紅、烏龍捧盛葉片的POD活性均呈先升高后下降趨勢，這與前人研究結果[13]一致。隨著干旱脅迫加劇，2種牡丹葉片的CAT活性均呈先上升后下降的趨勢，這與前人研究結果[14-15]一致。隨著水分脅迫的加劇，SOD、CAT活性均呈先升高后下降趨勢，這可能是由于許多抗氧化酶為誘導酶，干旱脅迫因子促進誘導酶合成的同時，也會對已合成酶的結構造成破壞，加快酶的分解速度，降低酶活性。干旱脅迫未達到一定程度時，抗氧化酶合成占優勢，當脅迫超過閾值后，抗氧化酶破壞占優勢[6]。植物體內抗氧化保護機制包括氧化酶系統、非酶系統，本試驗僅針對3種抗氧化保護酶進行了研究，抗壞血酸、類胡蘿卜素等抗氧化劑非酶系統也同樣值得研究[16]。

參考文獻：

[1]侯小改，段春燕，劉素云，等. 不同土壤水分條件下牡丹的生理特性研究[J]. 華北農學報，2007，22（3）：80-83.

[2]李永華，翟敏，李穎旭，等. 干旱脅迫下牡丹葉片光合作用與抗氧化酶活性變化[J]. 河南農業科學，2007（5）：91-93.

[3]邵小斌，朱朋波，陳翠竹，等. 牡丹溫室內催花栽培技術[J]. 江蘇農業科學，2008（6）：150-151.

[4]王建國. 中國牡丹[M]. 北京：中國林業出版社，2001：10-21.

[5]左敏，高素萍，王岑涅，等. 干旱脅迫對天彭牡丹生理生化和觀賞特性的影響[J]. 西南農業學報，2011，24（4）：1290-1293.

[6]杜潤峰，郝文芳，王龍飛. 達烏里胡枝子抗氧化保護系統及膜脂過氧化對干旱脅迫及復水的動態響應[J]. 草業學報，2012，21（2）：51-61.

[7]孫國榮，彭永臻，閻秀峰，等. 干旱脅迫對白樺實生苗保護酶活性及脂質過氧化作用的影響[J]. 林業科學，2003，39（1）：165-167.

[8]張志良，瞿偉菁. 植物生理學實驗指導[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，王根軒.干旱脅迫對甘草幼苗保護酶活性及脂質過氧化作用的影響[J]. 生態學報，2002，22（4）：503-507.

[11]趙麗英，鄧西平，山侖. 活性氧清除系統對干旱脅迫的響應機制[J]. 西北植物學報，2005，25（2）：413-418.

[12]抗艷紅，龔學臣，趙海超，等. 不同生育時期干旱脅迫對馬鈴薯生理生化指標的影響[J]. 中國農學通報，2011，27（15）：97-101.

[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，龔春梅，王剛，等. 干旱脅迫下荒漠植物紅砂葉片抗氧化特性[J]. 西北植物學報，2010，30（12）：2444-2450.

[15]逯久幸，李闖，李永華，等. 逐漸干旱對牡丹實生苗某些生理指標的影響[J]. 河南農業科學，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.