干旱胁迫对3种木本植物酶活性的影响

张宝，李越，刘双智，焦健，李永强

(辽宁省建昌县林业局，辽宁 葫芦岛 118200)



干旱胁迫对3种木本植物酶活性的影响

张宝，李越，刘双智，焦健，李永强

(辽宁省建昌县林业局，辽宁 葫芦岛 118200)

为研究植物对干旱胁迫的适应能力，采用人工模拟干旱胁迫的方式，以金叶莸、圆柏和忍冬为材料，分析其过氧化氢酶、过氧化物酶和多酚氧化酶在干旱处理下活性的变化。结果表明：3种绿化植物过氧化氢酶活性的变化随着干旱胁迫的加剧总体趋势大致相同，在处理的第1～10天酶活性缓慢下降，处理的第10～20天酶活性变化剧烈，第10～14天，3种绿化植物酶活性急速上升，并在14d时达到最大值，14～20d酶活性又大幅度下降。过氧化物酶活性的变化趋势也大致相同，从第1～14天都呈现缓慢波动上升的趋势，14～20天，3种植物的酶活性都急速上升，圆柏的酶活性最高。3种植物在活性氧防御系统中，3种酶协同作用，但前期起主要作用的是过氧化物酶和多酚氧化酶，过氧化物酶起互补作用，在重度胁迫下发挥主要作用。

干旱胁迫；植物；酶活性

干旱逆境中植物受损伤，是干旱造成了植物细胞膜系统的破坏，植物体内过剩自由基的毒害会引发膜脂过氧化作用，造成膜系统的损伤。为清除活性氧，植物体内进化出了抗氧化物系统。超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)和过氧化物酶(POD)通过清除自由基，可减轻和阻断脂质过氧化作用，保护植物细胞膜质膜免受损伤。

近些年来，木本植物在干旱胁迫下的生理响应及抗旱机理方面的研究取得了可喜进展，为培育高抗旱树种提供了一定的理论基础和参考依据。

1　试验地概况

试验地设置在北京市西山脚下的北京植物园内。植物园位于116°28′E，40°1′N，海拔67m，土壤pH值为7～7.5；年平均气温为12.8 ℃，年降雨量为526mm，1月均温为-3.3 ℃，7月均温为26.8 ℃，1月极端最低温度为-13.8 ℃，7月极端最高温度为37.7 ℃，相对湿度为61%。园内栽培露天木本植物15万余株、500余种；露天草本植物200余种；温室植物200余种。试验在植物园内的温室进行。

2　材料与方法

2.1植物材料

试验采用3种常见木本植物，基本情况见表1。

表1　试验材料基本情况

注：*为冠幅

2.2试验方法

人工模拟干旱试验藤本忍冬、常绿针叶乔木圆柏和灌木金叶莸。每种植物选择20株3～4年生、长势比较旺盛、大小和株型基本一致的苗木，在4月初(部分在前一年秋冬季)移入花盆中，花盆的规格为高30cm×盆口直径32cm，土壤为苗圃土和少量珍珠岩混合物，在苗木移入花盆后，定期浇水，进行常规管理，确保苗木生长良好。观测阶段为7—9月，控水开始前将苗木浇透水，从控水的第1天开始，不再进行水分补充，在干旱的过程中，每4d取叶片对各指标进行测定。

2.3测定指标

土壤含水量：利用水分速测仪TDR测定，每盆3次重复，每种测定3盆。

过氧化物酶活性：过氧化物酶活性采用愈创木酚比色法测定：

反应体系包括2.9mL0.05 mol·L-1磷酸缓冲溶液，1.0mL2%H2O2，1.0mL0.05mol·L-1愈创木酚和0.1mL酶液，3次重复。用722型分光光度计在470nm波长下测吸光度值变化， 30s读1次，共读6次。

过氧化氢酶活性测定：过氧化氢酶活性采用紫外吸收法测定。

多酚氧化酶活性：PPO采用邻苯二酚比色法测定。

2.4数据处理与分析

运用MicrosoftExcel应用程序和DPS数据处理系统进行数据处理和分析。

3　结果和分析

3.1干旱胁迫中土壤水分含量的变化

表2　随干旱胁迫土壤含水量的变化　%

从表2中可以看出，3个种土壤水分随时间推移逐渐下降。试验初期(正常水分状态)，忍冬土壤含水量为35.7%，圆柏为38.9%，而金叶莸为36.6%。

方差分析表明，3种木本植物在试验初期土壤水分含量差异不显著。在干旱胁迫第5天，土壤含水量都下降，此时忍冬土壤含水量为25.1%，圆柏为34.1%，而金叶莸为27.0%。圆柏下降幅度最小，可能与针叶树种叶片耗水小有关。此时3个种土壤含水量差异显著。干旱胁迫第10天，土壤含水量大幅度下降，忍冬、圆柏和金叶莸的下降幅度分别达到73.5%、71.2%和72.2%。干旱胁迫第14天，忍冬、圆柏和金叶莸土壤水分分别下降89.9%、86.0%和86.1%。此时土壤中可利用水分受到严重限制，直到干旱胁迫的第20天，3种绿化植物都出现严重萎蔫死亡症状。3种绿化植物土壤含水量从干旱的第10天开始，差异均不显著(见表3)。

表3　3种绿化植物土壤含水量方差分析

3.23种木本植物过氧化氢酶活性的变化

图1　过氧化氢酶活性变化

随着干旱胁迫加剧，3种木本植物过氧化氢酶活性的变化如图1。由图1可知，3种植物过氧化氢酶活性的变化总体趋势大致相同，在处理的第1～10天酶活性的变化缓慢，但都在下降，推测是对干旱胁迫处理的适应。但处理的第10～20天酶活性变化剧烈，从第10～14天3种植物酶活性急速上升，并在14天时达到最大值，14～20天酶活性剧烈下降，推测可能是这段时间干旱处理程度加重，导致酶的承受能力达到极限。

过氧化氢酶能消除细胞内过多的过氧化氢，维持其在一个比较低的水平，从而保护细胞膜的结构。试验表明，3个树种的过氧化酶活性表现出与干旱胁迫的程度和时间相关的规律性变化，而且活性值都处于较高的水平，说明3个树种的过氧化酶的抗氧化作用比较明显，方差分析结果(P=0.954 7>0.05)表明，3种植物的酶活性变化差异不显著。

3.33种木本植物过氧化物酶活性的变化

图2　过氧化物酶活性变化

过氧化物酶普遍存在于植物组织中，是活性氧防御体系成分之一。其活性与植物的代谢强度及抗旱、抗病能力有一定的关系。3种植物的过氧化物酶活性的变化趋势大致相同，从第1～14天都呈现缓慢上升的趋势，但忍冬和金叶莸的酶活性在第10～14天稍下降，14～20天3种植物的酶活性都急速上升。

过氧化物酶能消除细胞内过多的过氧化物，使其维持在一个比较低的水平，从而保护细胞膜的结构。3个树种的过氧化物活性表现出与干旱胁迫的程度和时间相关的规律性变化，但酶活性值在干旱处理的第1～14天，一直维持在较低的水平，在干旱胁迫的后期，主要是干旱处理的第14～20天，过氧化物酶活性大量增加，说明3个树种的过氧化物酶在严重干旱阶段发挥其抗氧化作用明显，方差分析结果(P=0.647 4>0.05)表明，3种植物的酶活性变化差异不显著。

3.43种木本植物多酚氧化酶活性的变化

多酚氧化酶(PPO)是与植物体内酚类物质含量有着密切关系的一种酶，其活性直接影响植物内酚类物质的含量变化，为植物体内酚类物质代谢的参与酶。在正常水分条件下，3种绿化植物的多酚氧化酶活性大，且3种绿化植物变化不完全一致。干旱胁迫的第1～14天，3种绿化植物的酶活性变化趋势基本相同，第1～5天多酚氧化酶活性有稍微下降，从5～14天酶活性缓慢上升，金叶莸在干旱胁迫处理的14d，多酚氧化酶活性达到最大值，而后下降。而圆柏和忍冬从干旱处理的第5天到干旱处理的后期，一直保持平缓增加。

图3　多酚氧化酶活性变化

4　结论

3种植物的过氧化氢酶、过氧化物酶和多酚氧化酶变化的趋势大致相同，三者起着协同保护的作用，过氧化氢酶的活性远高于过氧化物酶，说明过氧化氢酶在植物抗氧化前期的作用远大于过氧化物酶，过氧化氢酶的活性开始下降时，过氧化物酶的活性却开始上升，说明二者发挥主要作用的时间不同，过氧化物酶在重度干旱下发挥较大的作用。

综合以上，3种植物在活性氧防御系统中，3种酶协同作用，但前期起主要作用的是过氧化物酶和多酚氧化酶，过氧化物酶起互补作用，在重度胁迫下发挥主要作用；金叶莸的过氧化物酶和多酚氧化酶在同一时间出现峰值，说明金叶莸的抗旱能力最低；而圆柏和忍冬过氧化物酶的峰值出现在过氧化物酶和多酚氧化酶之后，但忍冬2种酶的活性均高于圆柏，说明忍冬的抗旱能力高于圆柏。

EffectsofDroughtStressonActivityofEnzymeforThreeKindsofWoodyPlant

ZhangBao,LiYue,LiuShuangzhi,JiaoJian,LiYongqiang

(BureauofForestryinJianchangCounty,LiaoningProvince,Huludao118200,China)

Inordertostudyadaptationofplantondroughtstress,adoptingmanualsimulationdroughtstress,Caryopteris×dandonensis ‘worcesterGold’,Sabina chinensisandLonicera japonicaasmaterials,changesofactivitiesforcatalase,peroxidase&polyphenoloxidaseunderdroughttreatmentwereanalyzed.Resultshowsthatthegeneraltrendofchangesofactivitiesforcatalaseofthreekindsoflandscapingplantisapproximatelythesamewiththeexacerbateofdroughtstress;enzymeactivitydeclinesslowlyfromthefirsttothetenthdays.Enzymeactivitychangesseverelyfromthe10thtothe20thday;enzymeactivityofthreekindsoflandscapingplantrisesrapidlyduring10-14d,beingthemaximumvalueatthe14thday;enzymeactivitydroppedsignificantlyduring14-20d;changingtrendofactivitiesforcatalaseareapproximatelythesame,appearedupwardtrendofslowfluctuationsduring1-14d;enzymeactivityofthreekindsofplantrisesrapidlyduring14-20dandtheactivityofSabina chinensisisthehighest.Indefensesystemsofreactiveoxygen,threekindsofenzymesynergy,peroxidaseandpolyphenolplayamajorroleinprophase;theoxidase,whichplaysacomplementaryroleand,playamajorroleunderseverestress.

droughtstress;plant;activityofenzyme

1005-5215(2016)05-0061-03

2015-12-23

张宝(1987-)，男，河北衡水人，大学，助理工程师，现从事林业技术工作.

Q945.78

Adoi:10.13601/j.issn.1005-5215.2016.05.023