輻射增強(qiáng)對(duì)綠化樹種膜質(zhì)過氧化及抗氧化酶的影響

1、UV-C輻射增強(qiáng)對(duì)綠化樹種膜質(zhì)過氧化及抗氧化酶的影響陳忠林，馬溪平*，張利紅，王 杰遼寧大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，遼寧 沈陽 110036摘要：采用葉片試驗(yàn)法研究了模擬紫外輻射(UV-C)脅迫對(duì)3種綠化樹種葉片膜質(zhì)過氧化及抗氧化酶產(chǎn)生的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：UV-C輻射處理使連翹Forsythia suspensa Vahl和垂柳Salix babylonica葉片的葉綠素質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加，但使水蠟樹Fraxinus chinesis Roxb.葉片的葉綠素質(zhì)量分?jǐn)?shù)降低。UV-C輻射處理增加連翹和垂柳葉片的SOD活性，而水蠟的SOD活性則表現(xiàn)為先升高隨后降低的變化趨勢(shì)；輻射處理對(duì)水蠟樹和垂柳POD活性影響

2、不大，但使連翹POD活性先升高隨后降低；輻射處理明顯降低水蠟樹和連翹的CAT活性，而垂柳的則先升高后降低。輻射處理導(dǎo)致MDA含量增加。關(guān)鍵詞：綠化樹種；紫外-C輻射；抗氧化酶 中圖分類號(hào)：S154.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-2175（2006）05-1014-04環(huán)境問題已成為當(dāng)今人類面臨的主要挑戰(zhàn)之一，現(xiàn)代工業(yè)釋放出的大量污染氣體，使得大氣平流層中臭氧含量下降，導(dǎo)致到達(dá)地球表面的太陽紫外（UV）輻射增加，紫外輻射對(duì)人類、動(dòng)植物以及微生物等都會(huì)產(chǎn)生傷害1-2。UV又可分為UV-C（200280 nm），UV-B（280320 nm）和UV-A（320400 nm）。UV-C波長(zhǎng)短

3、，被臭氧層吸收，UV-B的一部分和UV-A可穿過大氣層到達(dá)地面。由于臭氧層變薄乃至臭氧空洞的形成導(dǎo)致地球上UV-B和UV-C輻射的增強(qiáng)。目前對(duì)UV-B給植物帶來的影響研究較多，但針對(duì)UV-C輻射增強(qiáng)的研究相對(duì)較少。在陸地生態(tài)系統(tǒng)中，增加UV-BC輻射可以影響植物物質(zhì)的產(chǎn)生和分解3。遠(yuǎn)紫外輻射(UV-BC)可使膜脂過氧化，葉綠體超微結(jié)構(gòu)受到破壞，葉綠體活性氧產(chǎn)額增加，PS電子傳遞活性下降4-5。UV-C對(duì)生物DNA損傷已有大量研究，杜英君等6研究表明，UV-C輻射降低紫杉活性氧清除系統(tǒng)的清除能力，導(dǎo)致丙二醛含量和膜相對(duì)透性增加，光系統(tǒng)電子傳遞活性顯著下降。Zacchini和Agazio7研究表明

4、UV-C輻射增強(qiáng)會(huì)引起煙草愈傷組織的氧化損傷。大量研究表明，植物的許多生理和發(fā)育過程受紫外輻射影響，但影響的機(jī)制尚缺乏研究。遠(yuǎn)紫外輻射對(duì)生物體產(chǎn)生損傷已有報(bào)道，但對(duì)樹木活體細(xì)胞誘發(fā)活性氧引起膜脂過氧化傷害機(jī)制研究不多5。本文研究了增加UV-C輻射對(duì)綠化樹木（垂柳、連翹和水蠟樹）葉片部分生理指標(biāo)的影響，為了解由于臭氧空洞形成造成UV-C輻射增強(qiáng)對(duì)植物產(chǎn)生的傷害提供理論依據(jù)。1 材料和方法1.1 材料選擇 取垂柳 Salix babylonica 、連翹 Forsythia suspensa Vahl. 和水蠟樹 Fraxinus chinesis Roxb. 3種綠化樹木的葉片，選擇樹齡、長(zhǎng)勢(shì)近

5、于一致，同向、同節(jié)位枝條的葉片為試材。1.2 材料處理 采當(dāng)年生無蟲斑、色澤一致的成熟葉片，洗凈、吸干水分，用作對(duì)照與處理材料，置于內(nèi)盛1/2 Hoagland營(yíng)養(yǎng)液的瓷盤中，正面朝上懸浮于營(yíng)養(yǎng)液之中。將葉片放置在0.5 kJ·m-2·s-1輻射劑量的UV-C (滅菌燈，254 nm)下進(jìn)行短期處理，即葉片距燈管40 cm處分別處理0、2、4、6 h，處理結(jié)束取葉片測(cè)定各項(xiàng)指標(biāo)。1.3 測(cè)定方法 葉綠素含量的測(cè)定采用乙醇丙酮混合液法8；SOD活性采用NBT光化還原法測(cè)定9；POD活性采用愈創(chuàng)木酚法8；CAT活性采用氧化還原滴定法10；MDA含量的測(cè)定采用硫代巴比妥酸（TBA

6、）比色法8。所有數(shù)據(jù)均為3次重復(fù)的平均值。2 結(jié)果與討論2.1 UV-C輻射增強(qiáng)對(duì)葉片葉綠素質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響由表1可以看出，UV-C輻射處理后不同樹種葉片葉綠素a、b及a/b變化不同。輻射處理使垂柳 Salix babylonica 和連翹 Forsythia suspensa Vahl. 葉綠素a、b質(zhì)量分?jǐn)?shù)降低，且隨輻射時(shí)間延長(zhǎng)，降低幅度加大，葉綠素a/b后期明顯增加；而水蠟樹 Fraxinus chinesis Roxb. 葉綠素質(zhì)量分?jǐn)?shù)的變化則相反，葉綠素a、b質(zhì)量分?jǐn)?shù)都逐漸增加，而葉綠素a/b則隨輻射處理時(shí)間逐漸降低；葉綠素質(zhì)量分?jǐn)?shù)是判定植物光合作用強(qiáng)弱的一個(gè)重要生理指標(biāo)。當(dāng)植物受到傷

7、害后，會(huì)導(dǎo)致葉綠體膜系統(tǒng)受損，而阻礙葉綠素的合成，致使葉綠素質(zhì)量分?jǐn)?shù)下降。UV-C輻射增強(qiáng)對(duì)3種樹木葉綠素質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響不同，這可能與各自對(duì)UV-C輻射的抗性強(qiáng)弱有關(guān)，其中機(jī)制有待進(jìn)一步研究。表1 UV-C輻射增強(qiáng)對(duì)葉片葉綠素質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響1)Table 1 Effects of enhanced UV-C radiation on the content of chlorophyll in leaves處理時(shí)間/h垂柳連翹水蠟樹Chla/(mg×g-1)Chlb/(mg×g-1)Chla/bChla/(mg×g-1)Chlb/(mg×g-1)Chla/

8、bChla/(mg×g-1)Chlb/(mg×g-1)Chla/b02462.0762.0462.0391.9760.5690.5510.5500.5273.653.713.713.751.9922.0471.8931.8870.9820.9760.9150.6582.032.102.072.871.4931.4941.6331.6020.4750.5140.5290.6063.142.913.092.641) 以鮮質(zhì)量計(jì)2.2 UV-C輻射增強(qiáng)對(duì)葉片抗氧化酶活性的影響圖2 UV-C輻射增強(qiáng)對(duì)葉片POD 活性的影響Fig. 2 Effects of enhanced UV-

9、C radiationon the activity of POD in leaves在許多逆境條件下，植物體內(nèi)活性氧代謝系統(tǒng)的平衡會(huì)受到影響，活性氧如O2-、OH、H2O2、O2等的產(chǎn)生量增加。體內(nèi)活性氧含量的升高能啟動(dòng)膜脂過氧化或膜脂脫氧化作用,從而破壞膜結(jié)構(gòu)。因此，植物體內(nèi)的抗氧化酶活性的高低與植物抗逆能力具有密切關(guān)系。SOD、POD、CAT是存在于植物細(xì)胞中最重要的清除自由基的酶類5。圖1 UV-C輻射增強(qiáng)對(duì)葉片SOD活性的影響Fig. 1 Effects of enhanced UV-C radiation on the activity of SOD in leaves不同樹木葉片

10、的SOD活性存在一定差異（圖1），其中水蠟葉片SOD活性最高，其次為垂柳，而連翹的最低。UV-C輻射增強(qiáng)對(duì)葉片SOD活性影響不同，在UV-C輻射下垂柳和連翹葉片的SOD活性逐漸升高，而水蠟樹葉片的SOD活性的變化趨勢(shì)是先升高隨后逐漸降低，輻射處理2 h時(shí)其SOD活性最高，與對(duì)照相比升高11.7%，隨著輻射時(shí)間延長(zhǎng)SOD活性降低，但在處理6 h時(shí)SOD活性仍比對(duì)照高5.2%。SOD在植物的 葉綠體、線粒體和 細(xì)胞質(zhì)中都有分布，它的主要功能是清除超氧化物自由基（O2-）。SOD活性的增強(qiáng)，表明樹木清除O2-的能力有所提高。也有研究表明，生物體合成SOD常受O2-濃度的影響，在O2-誘導(dǎo)下，SOD的

11、生物合成能力升高11，說明植物只要受到不利于生長(zhǎng)因素的干擾，植物體就會(huì)啟動(dòng)自身的保護(hù)機(jī)制最大限度減少傷害，但當(dāng)脅迫程度進(jìn)一步加大時(shí)，植物自身的調(diào)節(jié)系統(tǒng)被破壞，從而導(dǎo)致SOD活性降低，這應(yīng)該是輻射處理后期水蠟樹SOD活性降低的原因之一。UV-C輻射處理對(duì)3種樹木葉片的POD活性影響不同（圖2），其中垂柳和水蠟樹POD活性的變化不明顯，而連翹的POD活性在處理2 h時(shí)明顯高于對(duì)照，比對(duì)照升高155.3%，隨著處理時(shí)間的延長(zhǎng)，POD活性逐漸降低，但仍然高于對(duì)照。CAT可清除H2O2，主要存在于細(xì)胞的過氧化物體中12。從圖3（下頁）可看出，UV-C輻射增強(qiáng)明顯抑制連翹和水蠟樹葉片CAT活性，且隨著處理

12、時(shí)間的延長(zhǎng)，影響越明顯。但垂柳葉片CAT活性的變化趨勢(shì)與前二者不同，UV-C輻射初期CAT活性升高，隨著輻射時(shí)間的延長(zhǎng)，活性緩慢降低。2.3 UV-C輻射增強(qiáng)對(duì)葉片MDA含量的影響植物在逆境條件下會(huì)發(fā)生脂質(zhì)過氧化，丙二醛（MDA）已被確認(rèn)為是脂質(zhì)過氧化的產(chǎn)物，其含量的多少是脂質(zhì)過氧化強(qiáng)弱的一個(gè)重要指標(biāo)。UV-C輻射處理會(huì)引起樹木葉片MDA含量增加（圖4）。其中垂柳和連翹葉片MDA含量變化相同，都是在輻射處理4 h開始迅速升高，而水蠟樹在輻射處理初期變化不明顯，在輻射處理2 h后開始逐漸升高。MDA含量的增加說明葉片受到輻射傷害，細(xì)胞發(fā)生脂質(zhì)過氧化。圖4 UV-C輻射增強(qiáng)對(duì)葉片MDA含量的影響F

13、ig. 4 Effects of enhanced UV-C radiation on the content of MDA in leaves圖3 UV-C輻射增強(qiáng)對(duì)葉片CAT活性的影響Fig. 3 Effects of enhanced UV-C radiationon the activity of CAT in leaves由活性氧引起的氧化脅迫是綠色植物不可避免的現(xiàn)象。正常情況下，植物體內(nèi)的活性氧的產(chǎn)生和清除處于一種動(dòng)態(tài)的平衡狀態(tài)，抗氧化酶在這個(gè)過程中起著重要作用。從上述研究結(jié)果來看，在抵抗UV-C造成的損傷方面，SOD可能起主要作用，短期輻射處理使葉片SOD活性升高，提高了植物的抗

14、性，但隨輻射時(shí)間延長(zhǎng)，水蠟樹的SOD活性已經(jīng)開始降低(圖1)。連翹葉片POD對(duì)輻射有一定抗性，而垂柳和水蠟樹的POD變化不大；連翹和水蠟樹的CAT受輻射影響最明顯，在受到輻射脅迫后迅速降低（圖3）。綜合來看，不同樹種在受到輻射傷害時(shí)，會(huì)通過不同的抗氧化酶來清除活性氧，但抗氧化酶的清除能力也會(huì)隨著損傷加強(qiáng)而減弱，最終導(dǎo)致MDA含量的增加。參考文獻(xiàn)：1 CALDWELL M M, BJOM L O, BRONMAN J F, et al. Effects of increased solar ultraviolet radiation on terrestrial ecosystem J. J P

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23、e lipid peroxidationand antioxidant enzymes of greening treesCHEN Zhonglin，MA Xiping, ZHANG Lihong, WANG JieCollege of Resources and Environment, Liaoning University, Shenyang 110036, ChinaAbstract: The effect of simulated ultraviolet (UV-C) radiation stress on membrane lipid peroxidation and antiox

24、idant enzymes of three greening trees were examined with leaf. The result showed that the content of chlorophyll in Forsythia and willow were increased under UV-C radiation, but decreased in Fraxinus. The activities of SOD in Forsythia and Willow were increased, while in Fraxinus was increased firstly and then decreased; The activities of POD in Fraxinus and willow didnt change, but in Forsythia firstly increased and then decrease