三种暖季型草坪草在干旱条件下脯氨酸含量和抗氧化酶活性的变化

三种暖季型草坪草在干旱条件下脯氨酸含量和抗氧化酶活性的变化 ------------------------------------------------------------------------------------------------ 三种暖季型草坪草在干旱条件下脯氨酸含量和抗氧化酶活 性的变化 卢少云 陈斯平 陈斯曼 梁 潇 郭振飞3 (华南农业大学生命科学学院,广州510642) 摘 要:测定了土壤干旱条件下矮生狗牙根、沟叶结缕草和地毯草相对含水量和相对电导率的变化。 结果表明,矮生狗牙根的耐旱性较强,沟叶结缕草次之,而地毯草对干旱敏感。干旱胁迫下,地毯草积累脯氨酸最多,沟叶结缕草次之,矮生狗牙根最少,草坪草的脯氨酸的积累与耐旱性呈负相关。地毯草超氧化物歧化酶(SOD)活性持续升高,过氧化氢酶(CAT)活性在短暂升高后降低,过氧化物酶(POD)活性降低;矮生狗牙根和沟叶结缕草的SOD活性先升后降,CAT和POD活性则维持较高水平,旱性与抗氧化酶活性有关。 关键词:草坪草;干旱;脯氨酸;抗氧化酶 中图分类号:S68814 文献标识码:A 文章编号:(2003)2灌溉是草坪养护的主要 措施 《全国民用建筑工程设计技术措施》规划•建筑•景观全国民用建筑工程设计技术措施》规划•建筑•景观软件质量保证措施下载工地伤害及预防措施下载关于贯彻落实的具体措施 之一,问题,,体内活性氧产生与清除的代谢系统失调,。植物为保护自身免受活性氧的伤害,形成了内源保 1〕护系统,,维护体内活性氧代谢的平衡〔。此外,植物在水分胁迫下 2〕,以抵抗伤害〔。近年来,冷季型草坪草对干旱、盐胁迫、高温和低温 —————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ 3,7〕〔,但对暖季型草的研究较少。 本文报道几种暖季型草坪草脯氨酸和抗氧化酶对土壤干旱的反应,探讨其抗旱性的生理机制。1 材料与方法 试验材料为地毯草〔Axonopuscompressus(Sw.)Beauv.〕、沟叶结缕草〔Zoysiamatrella(L.)Merr.〕和矮生狗牙根(Cynodondactylon×C.transvaalensis),草皮购自广州宏日园林工程有限公司草场。试验用土壤为按重量3?1的比例混合泥土和砂,每盆装入相同重量的土壤。将草皮裁成盆口(直径10cm)大小的面积分放在每盆中置于温室自然光照下,每天或隔天浇水,约2周修剪1次,3个月后用于试验。将土壤浇水至饱和,多余水分会从培养盆底孔流出。以后停止浇水,使土壤逐渐干 8,9〕10〕旱。干旱过程中测定相对含水量和相对电导率〔,脯氨酸含量〔,酶活性———015g叶片加入冷冻 的50mmol/L磷酸缓冲液(pH718),快速研磨,4?13000g离心10min,上清液定容至4mL,用于测 9〕定SOD、CAT和POD活性〔。定义抑制NBT光还原50%所需的酶量为SOD的1个酶活性单位。定义 光吸收值每min变化110为CAT和POD的1个酶活性单位。每次从5盆材料中取样,共重复3次。2 结果 211 3种草坪草的抗旱性 收稿日期:2002-07-12;修回日期:2002-10-21 基金项目:广东省科技攻关项目(C20302);国家“863”项目—————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ (2001AA244082) 3通讯作者Correspondenceauthor 园 艺 学 报 30卷304 相对含水量(RWC)和相对电导率常用作鉴定植物的耐(抗)旱性,RWC表示植物体的水分状况,相对电导率则反映植物受逆境伤害的程度。在停止浇水造成土壤逐渐干旱的过程中,3种草坪草的RWC均降低(图1)。而连续浇水的对照则维持在90%以上的稳定水平(结果未列出)。地毯草对干旱反应最明显,停止浇水后5d,RWC降低至7612%,6d时RWC降至3012%;沟叶结缕草的反应仅次于地毯草,在6、8和10d时,RWC分别降至7212%、4210%和2716%,而矮生狗牙根RWC较高,6、8和10d时分别为9214%、6512%和4119%(图1)。干旱条件下3种草的相对电导率变化也反映出矮生狗牙根的耐旱性最强、沟叶结缕草次之、地毯草对干旱最敏感。在停止浇水后8d,地毯草电导率升至8717%,沟叶结缕草为3017%,而矮生狗牙根仍维持在较低的水平,仅2017%(图1)。 212 干旱条件下脯氨酸的积累 在正常浇水条件(对照)下,3种草的脯氨酸含量都很低(结果未列出)。在停止浇水后4d内,沟叶结缕草和矮生狗牙根的脯氨酸含量变化不大,维持在对照水平,而地毯草的脯氨酸含量由2d的1018μg?g-1DM升至7713μg?g-1DM,提高了712倍;停止浇水后6d,3种草的脯氨酸含量均有所提高,但矮生狗牙根仍为最低(2918μg?g-1DM)。此后脯氨酸—————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ 大量积累(图1)。3种草的脯氨酸含量与它们的相对电导率成显著正相 关(相关系数分别为01972、01939、01998)。 213 干旱条件下抗氧化酶活性的变化 地毯草在干旱条件下SOD活性持续升高,至停止浇水后8d趋势; 沟叶结缕草和矮生狗牙根表现出先升后降的趋势 ,,(图2)。 图1 干旱对3种草坪草相对含水量、相对 电导率和脯氨酸含量的影响 Fig.1 Changesinrelativewatercontent,relativeelectrolyte leakageandporiliecontentinwarm2seasonturfgrasses subjectedtodroughtstress图2 干旱对3种草坪草SOD活性的影 响Fig.2 ChangesinSODactivityinwarm2seasonturfgrassessubjectedtodroughtstres s 干旱下3种草CAT活性均表现出先升后降的趋势,干旱初期 CAT活性受诱导,干旱后期(土壤严重干旱时)活性降低,耐旱性强的矮 生狗牙根和沟叶结缕草维持高水平CAT活性时间较长(图3)。 POD活性的变化在不同草坪草间差异较大。在干旱条件下耐旱性 弱的地毯草POD降低,耐旱性较强的沟叶结缕草和矮生狗牙根POD活 性持续升高,直至11d干旱程度严重时才降低(图4)。 3期 305 —————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ 图3 干旱对3种草坪草CAT活性的影响 Fig.3 ChangesinCATactivityinwarm2season turfgrassessubjectedtodrought stress图43Fig.4inarm2seasontostress 3 讨论 在干旱条件下,多年生黑麦草、高羊茅等叶片RWC明显降低,而相对 6电导率升高〔RWC降低幅度小,相对电导率上升慢,表明植物受伤害 13〕程度较轻〔。RWC降低幅度最小,相对电导率升高慢,表明其耐旱性 最强;沟叶结缕草次之,而地毯草对干旱反应最敏感,耐旱性最弱。 14〕植物遭受逆境后会积累脯氨酸。作为胞质渗透调节剂〔,脯氨酸积累的多少与植物抗逆性有关, 2〕可作为抗逆性筛选的指标〔。但也有研究表明,逆境下脯氨酸的积累是植物受伤害的结果,不宜作为抗 10,15〕〔16〕性筛选的指标〔。Marcum对7种草的研究表明,盐胁迫下脯氨酸的积累对渗透调节的贡献不大。 草地早熟禾耐盐性强的品种比耐盐性弱的品种积累的脯氨酸少,说明脯氨酸的积累是植物受伤害的结 17〕果,与草地早熟禾耐盐性无关〔。本文结果显示,耐旱性弱的地毯草中脯氨酸的积累对干旱更敏感,积 —————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ 累的量更大,脯氨酸的积累与植物受伤害程度成显著正相关,说明干旱下草坪草积累脯氨酸是伤害反 10〕应,与抗旱性无关,这与我们过去对水稻的研究结果〔一致。 干旱对SOD、CAT和POD活性影响,不同作者在不同植物上的研究结果颇为不同。Dhindsa等发现 18〕苔藓耐旱品种在缓慢干旱和快速干旱过程中SOD和CAT活性上升,而不耐旱品种活性下降〔。王振镒 等对玉米的研究表明,随土壤水势下降,抗旱性玉米SOD活性明显提高,而不抗旱玉米变化不大;两类 19〕品种玉米的POD活性均上升,但不抗旱品种上升幅度小〔。王宝山等发现小麦无论在轻度和严重干旱 20〕胁迫下,POD和CAT活性均呈上升趋势,抗旱品种上升幅度大〔。草地早熟禾和高羊茅在干旱条件下 SOD活性短暂升高后降低,CAT活性则随干旱时间的延长不断降低,因而认为干旱等逆境的伤害与抗氧 7〕化酶活性的降低导致膜脂过氧化加剧有关〔。高温对匍匐翦股颖的伤害也与抗氧化酶活性降低导致膜脂 4〕〔5〕过氧化水平升高有关〔,耐热品种比不耐热品种能维持较高的SOD和CAT活性,降低了氧化伤害。 本文结果表明,矮生狗牙根和沟叶结缕草具有较强的耐旱性与它们在干旱条件下能维持较高的清除H2O2的酶活性有关;地毯草对干旱敏感与它在干旱条件下SOD活性提高,而清除干旱产生的H2O2的—————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ 酶活性 园 艺 学 报 30卷306 较低,造成植物受H2O2的伤害有关。 参考文献: 1 蒋明义,郭绍川.水分亏缺诱导的氧化胁迫和植物的抗氧化作 用.植物生理学通讯,1996,32:144,150 2 汤章城,王育启,吴亚华,等.不同抗旱品种高梁苗中脯氨酸积累 的差异.植物生理学报,1986,12:154,162 3 梁慧敏,夏 阳,杜 峰,等.盐胁迫对两种草坪草抗性生理生化 指标影响的研究.中国草地,2001,23(5):27,304 LiuX,HuangB.Heatstressinjuryinrelationtomembranelipidperoxidationincreepingbentgrass.CropSci.,2000,40:503,510 5 HuangB,LiuX,XuQ.Supraoptimalsoiltemperaturesinducedoxidativestressinleavesofcreepingbentgrasscultivarsdifferinginheattolerance. CropSci.,2001,41:430,435 6 JiangY,HuangB.Effectsofcalciumonantioxidantactivitiesandwaterrelationsassociatedwithheattoleranceintwocoolseasongrasses.J.Exp. Bot.,2001,52:341,349 7 —————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ JiangY,HuangB.Droughtandheatstressinjurytotwocoolseasonturfgrassesinrelationtoantioxidantmetabolismandlipidperoxidation.Crop Sci.,2001,41:436,442 8 郭振飞,卢少云,李明启.三唑酮提高水稻幼苗抗旱性的效应.植 物学报,1997,39(6):541,545 9 郭振飞,卢少云,李宝盛,等.不同耐旱性水稻幼苗对氧化胁迫的 反应.植物学报,1997,39(8):748,752 10 刘娥娥,宗 会,郭振飞,等.干旱、盐和低温对水稻幼苗脯氨酸 含量的影响.热带亚热带植物学报,2000,8:235,23811 孙 彦,杨青 川,张英华.不同草坪草种及苗期抗旱性比较.草地学报,2001,9:16,20 12 HuangB,GaoH.Physiologicalresponsesofdiversetallfescuecultivarstodroughtstress.HortScience,1999,34:897901 13 卢少云,郭振飞,彭新湘,等.干旱条件下水稻幼苗的保护酶活 性及其耐旱性关系.华南农业大学学报,18(4):21,2514 DelauneyAJ,VermaDPS.Prolinebiosynthesisandosmoregulationinplants.PlantJ.,,4:21515 LiuJP,ZhuJK.Prolineaccumulationandsaltstress2inducedgeneexpressionin.Physiol.,1997, 114:591,596 16 MarcumKB.Salinitytolerancemechanismsofgrassesinthesubfamily,:1153—————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ ,1160 17 QianYL,WilhelmSJ,MarcumKB.Comparativetosalinitystress.CropSci.,2001,41: 1895,1900 18 DhindsaRS,MatoweW.Droughtosses:enzymaticdefenceagainstlipidperoxidation.J.Exp.Bot.,1981, 32:79,91 19 王振镒,,SOD和POD活力及同工酶的影响.西北农业大学学 报,1989,17(1):45,4920 王宝山,..山东师范大学学报(自然科学 版),1987,2(1):29, 39ResponsesofProlineContentandActivityofAntioxidantEnzymesinWarm2seasonTurfgrassestoSoilDroughtStress LuShaoyun,ChenSiping,ChenSiman,LiangXiao,andGuoZhenfei (LaboratoryforTurfgrassScience,CollegeofLifeScience,SouthChinaAgriculturalUniversity,Guangzhou510642,China) Abstract:Relativewatercontentandrelativeelectrolyteleakageofthreewarm2seasonturfgrasses,Tifdwarfbermudagrass(Cynodondactylon× C.transvaalensis),manilagrass〔Zoysiamatrella(L.)Merr.〕andcar2petgrass —————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ 〔Axonopuscompressus(Sw.)Beauv.〕 weremeasuredaftertheyweresubjectedtosoildroughtstress.ThedatashowedthatTifdwarfandmanilagrasshadhighlevelsofrelativewatercontent(RWC)andlowlevelsofrelativeelectrolyteleakage(REL),whereascarpetgrassshowedrapiddeclineofRWCandriseofRELundersoildroughtstress.Theresultsindicatedthatthedroughttolerancedecreasedinfollowingorder:Tifdwarf>manilagrass>carpetgrass.Prolinewasaccumulatedinabovethreespecieswithanegativecorrelationtodroughtstress,indi2catingthatprolineaccumulationinturfgrasseswasresultedfromtheinjurybydroughtstress.Carpetgrassshowedcontinuousincreaseinsuperoxidedismutase(SOD)activity,atransientriseofcatalase(CAT)activityandre2ductionofperoxidase(POD)activity,whichmayleadtoaccumulationofH2O2andthereforeinjurytoplants.TifdwarfandmanilagrasshadatransientriseofSODactivity,andprolongedincreaseinactivitiesofCATandPOD.Theresultsindicatedthatantioxidantenzymeswereassociatedtodroughttoleranceofwarm2seasonturfgrasses. Keywords:Warm2seasonturfgrasses;Droughtstress;Proline;Antioxidantenzymes ——————————————————————————————————————