戴云山黃山松、馬尾松針葉抗氧化酶活性的海拔梯度分布格局

祁麗霞, 劉金福,3, 黃嘉航, 蘇松錦, 洪　偉, 唐　蓉, 周姍姍

(1.福建農(nóng)林大學(xué)林學(xué)院；2.福建農(nóng)林大學(xué)海峽自然保護(hù)區(qū)研究中心;3.福建農(nóng)林大學(xué)計(jì)算機(jī)與信息學(xué)院,福建 福州 350002)

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戴云山黃山松、馬尾松針葉抗氧化酶活性的海拔梯度分布格局

祁麗霞1,2, 劉金福1,2,3, 黃嘉航2,3, 蘇松錦1,2, 洪偉1,2, 唐蓉1,2, 周姍姍1,2

(1.福建農(nóng)林大學(xué)林學(xué)院；2.福建農(nóng)林大學(xué)海峽自然保護(hù)區(qū)研究中心;3.福建農(nóng)林大學(xué)計(jì)算機(jī)與信息學(xué)院,福建 福州 350002)

摘要:以戴云山常見的2種親緣關(guān)系較近的松屬植物黃山松(Pinus taiwanensis)與馬尾松(Pinus massoniana)為研究對(duì)象，探討這2種植物針葉的抗氧化酶活性沿海拔梯度的差異及其分布規(guī)律.結(jié)果表明：黃山松、馬尾松針葉的丙二醛(MDA)含量差異顯著，馬尾松MDA含量高于同海拔黃山松.MDA含量沿海拔梯度變化呈現(xiàn)出一定的規(guī)律性，在海拔1 400~1 700 m，北坡黃山松MDA含量均高于南坡，隨著海拔的升高M(jìn)DA含量呈先上升后下降的趨勢(shì).馬尾松、黃山松抗氧化酶活性隨海拔的變化情況基本一致，過氧化物酶(POD)、過氧化氫酶(CAT)活性隨海拔的升高均呈先上升后下降再增強(qiáng)的趨勢(shì)；但超氧化物歧化酶(SOD)活性隨海拔的升高呈先升高后降低的趨勢(shì)，而在高海拔處未有明顯變化.

關(guān)鍵詞:黃山松; 馬尾松; 針葉; 抗氧化酶; 酶活性

海拔能影響植物的生長(zhǎng)發(fā)育、物質(zhì)代謝、結(jié)構(gòu)和功能[1].隨著海拔梯度的升高，環(huán)境因子會(huì)逐漸變得惡劣，如溫度降低，氣壓及 CO2分壓降低，光照強(qiáng)度增大.氣溫降低和輻射增加等因素不利于植物生長(zhǎng)[2].相應(yīng)地，在長(zhǎng)期適應(yīng)與進(jìn)化過程中，植物體內(nèi)形成了一套受遺傳制約的生理適應(yīng)機(jī)制.在逆境脅迫下，植物體內(nèi)抗氧化能力提高，包括低分子質(zhì)量抗氧化物質(zhì)(主要有抗壞血酸(AsA)、谷胱甘肽(GSH)、脯氨酸(Pro)等含量的提高和抗氧化酶(如過氧化物酶(POD)、超氧化物歧化酶(SOD)、過氧化氫酶(CAT)等)活性的增強(qiáng)，以抵御和清除活性氧，防止膜脂過氧化，保護(hù)細(xì)胞免受損傷[2-6].丙二醛(MDA)作為膜脂過氧化的最終產(chǎn)物，其含量常用來表示膜受到損傷的程度.因此逆境條件下抗氧化劑和抗氧化酶含量是植物能否適應(yīng)逆境的重要生理生化指標(biāo)[3-9].

黃山松與馬尾松分布廣闊，是我國東南部亞熱帶地區(qū)分布最廣泛的針葉樹種.對(duì)這2種植物針葉特性方面的研究多集中于針葉形態(tài)結(jié)構(gòu)、幼苗生理生態(tài)等方面[10-18]，而對(duì)其針葉抗氧化酶活性的研究較匱乏.己有研究表明由于地區(qū)適應(yīng)性或者表型可塑性的原因，對(duì)于單個(gè)物種的葉片功能性狀的種內(nèi)變異在很小的環(huán)境梯度內(nèi)就會(huì)發(fā)生[19-21].隨著全球氣候變暖趨勢(shì)的加劇及人為干擾的影響，戴云山黃山松群落呈現(xiàn)衰退趨勢(shì)，可能導(dǎo)致黃山松群落生物基因的缺失和黃山松群落生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性的破壞.因此，研究不同海拔間黃山松、馬尾松種內(nèi)和同一海拔種間的抗氧化酶活性差異，了解松屬植物對(duì)不同生境的適應(yīng)性及對(duì)未來環(huán)境變化的響應(yīng)，對(duì)保護(hù)松屬種群具有理論和實(shí)踐意義[22].本文對(duì)黃山松與馬尾松針葉抗氧化酶活性對(duì)海拔梯度的影響進(jìn)行研究，旨在揭示植物響應(yīng)海拔梯度環(huán)境的適應(yīng)方式與策略.

1材料與方法

1.1研究區(qū)概況

戴云山自然保護(hù)區(qū)于1985年建立，位于福建省德化縣境內(nèi)的上涌、赤水、大銘、雷鋒、南埕、桂陽六鎮(zhèn)交界處，東經(jīng)118°05′22″—118°20′15″，北緯25°38′07″—25°43′40″，總面積達(dá)13 472.4 hm2.戴云山山脈是福建兩大山脈之一，是福建中亞熱帶和南亞熱帶的自然分界，其中戴云山國家級(jí)自然保護(hù)區(qū)地處中亞熱帶向南亞熱帶的過渡區(qū)域，是中國單位面積生物多樣性程度最高的自然保護(hù)區(qū)之一，同時(shí)擁有 6 400 hm2原生性黃山松群落，是目前中國大陸分布最南端、面積最大、分布最集中、保存最完好的天然黃山松群落，也是中國最大的黃山松種質(zhì)基因基地.馬尾松(Pinusmassioniana)和黃山松(P.hwangshanensis)是分布于戴云山的松科替代種，黃山松主要生長(zhǎng)在海拔1 000~1 800 m；馬尾松僅在低海拔1 000~1 400 m有少量分布.戴云山位于中亞熱帶與南亞熱帶的過渡帶，為海洋季風(fēng)氣候區(qū)，氣候溫涼，四季分明，氣候垂直變化大，小氣候突出.保護(hù)區(qū)年平均氣溫15.6~19.5 ℃,年平均降雨量1 700~2 000 mm,相對(duì)濕度80%以上[23-25].

1.2樣品的采集與處理

根據(jù)戴云山黃山松與馬尾松沿海拔的分布范圍(黃山松主要生長(zhǎng)在海拔1 000~1 800 m；馬尾松僅在低海拔1 000~1 400 m有少量分布，且黃山松、馬尾松北坡的分布范圍集中在1 100 m以上)，于2014年3月在戴云山南北坡9個(gè)不同海拔梯度進(jìn)行GPS定位取樣，海拔梯度由低到高分別標(biāo)記為：S0(800~900 m)、S1(900~1 000 m)、S2(1 000~1 100 m)、S3—N3(1 100~1 200 m)、S4—N4(1 200~1 300 m)、S5—N5(1 300~1 400 m)、S6—N6(1 400~1 500 m)、S7—N7(1 500~1 600 m)、S8—N8(1 600~1 700 m)、S9—N9(1 700~1 856 m).在每個(gè)海拔梯度隨機(jī)選取5棵胸徑大小基本一致的黃山松與馬尾松成熟個(gè)體進(jìn)行采樣，并按東南西北4個(gè)方向分別采集針葉20束，混合后立即放入裝有冰袋的泡沫盒中，封裝后帶回實(shí)驗(yàn)室于4 ℃冰箱中保鮮.

1.3抗氧化酶活性的測(cè)定

分別稱取各待測(cè)葉片0.2 g，置于干燥并預(yù)冷的直徑為8 cm的研缽中.加入0.05 mol·L-1、pH 7.0的磷酸鈉緩沖液(PBS)2 mL(已加入聚乙烯毗咯烷酮(PVP))和少許石英砂，在冰裕中研磨至勻漿，然后轉(zhuǎn)移至10 mL的離心管中，研缽用2 mL PBS沖洗至無色為止.洗脫液一并裝入10 mL離心管，于4 ℃、1 5000g條件下離心15 min[26].

取上清液定容至4 mL，即為酶液，于4 ℃下保存，備用.

1.3.1MDA含量的測(cè)定采用硫代巴比妥酸TBA比色法[27].吸取以上酶液1.5 mL，加入2.5 mol·L-1TBA溶液2 mL，混勻之后在離心管里沸水浴上反應(yīng)15 min，出現(xiàn)氣泡后開始計(jì)時(shí)；然后迅速置于冰浴中冷卻，再以4 000 r·min-1轉(zhuǎn)速離心10 min；取上清液，測(cè)定其在532、600、450 nm波長(zhǎng)下的光密度值.

MDA含量/(μmol·g-1)=(6.45×(D532 nm-D600 nm)-0.56D450 nm)×V/W

式中，V為提取液的總體積；W為提取酶液的植物樣品的鮮重(0.2 g).

1.3.2SOD活性的測(cè)定SOD反應(yīng)體系見表1.

共2支對(duì)照管，對(duì)照管的酶液均用0.1 mL pH 7.8的PBS代替，混勻后將1支對(duì)照管置于暗處，標(biāo)記為對(duì)暗管，作為空白參比調(diào)零；其余各管置于4000 lx日光燈下反應(yīng)15 min，要求各管光照情況一致.然后立即置于暗處終止反應(yīng).分別測(cè)定其他各管在560 nm處的光密度.以NBT被抑制50%為1個(gè)酶活性單位，以鮮重酶單位(U·g-1·h)表示.

表1　SOD反應(yīng)體系

SOD活性=(D(CK)-D560 nm)×V/(D(CK)×W×Vt×50%)

SOD活性=(D(CK)-D560 nm)×4/(D(CK)×0.2×0.1×50%)=400(D(CK)-D560 nm)/D(CK)

式中，D(CK)為光照對(duì)照管在560 nm處的光密度；D560 nm為樣品管在560 nm處的光密度；V為提取酶液的總體積(4 mL)；W為提取酶液的植物樣品鮮重(0.2 g)；Vt為測(cè)定時(shí)加入酶液的體積(0.1 mL).

1.3.3過氧化氫酶(CAT)活性的測(cè)定采用紫外吸收法.反應(yīng)體系：各管分別加入pH=7.8的0.05 mol·L-1的PBS 3 mL、待測(cè)酶液0.1 mL，最后逐管加入0.1 mol·L-1的H2O20.9 mL;每加完1管立刻計(jì)時(shí)，并搖勻后迅速倒入石英比色皿中，在240 nm下測(cè)定光密度;每隔1 min讀數(shù)1次，共測(cè)4 min.待3支試管全部測(cè)定完后，計(jì)算酶活性(對(duì)照管以PBS緩沖液代替):

CAT活性=(ΔD240 nm×V)/(W×Vt×0.01×t)

CAT活性=(ΔD240 nm×4)/(0.2×0.1×0.01×t)

式中：V為酶提取液的總體積；W為提取酶液的樣品鮮重(0.2 g)；Vt為測(cè)定時(shí)加入酶液的體積(0.1 mL)；t為反應(yīng)時(shí)間(min).

1.3.4過氧化物酶(POD)活性的測(cè)定采用愈創(chuàng)木酚法[28].酶活性測(cè)定的反應(yīng)體系為： pH=5.5的0.05 mol·L-1PBS 2.9 mL、2% H2O21 mL、0.05 mol·L-1愈創(chuàng)木酚1 mL，最后加入酶液0.1 mL以啟動(dòng)反應(yīng).以加熱煮沸5 min的酶液為對(duì)照，反應(yīng)體系加入酶液后，立即置于34 ℃水浴中保溫3 min，然后在470 nm波長(zhǎng)下測(cè)定光密度.測(cè)定4 min，每分鐘測(cè)1次.以1 min內(nèi)D470 nm變化0.01為1個(gè)酶活性單位，以ΔD470 nm/(min·g-1)表示.

POD活性=(ΔD470 nm×V)/(W×Vt×0.01×t)

式中：ΔD470 nm為反應(yīng)時(shí)間內(nèi)光密度的變化；V為酶液提取的總體積；W為提取酶液的植物樣品鮮重；Vt為測(cè)定時(shí)加入酶液的體積(本試驗(yàn)取值0.1 mL).

1.4數(shù)據(jù)分析

采用SPSS 19.0軟件進(jìn)行分析，利用方差分析檢驗(yàn)針葉的MDA含量、SOD活性的差異.采用Excel 2007進(jìn)行作圖分析.

2結(jié)果與分析

2.1黃山松、馬尾松針葉MDA含量在南北坡的變化趨勢(shì)

由表1、2可知，馬尾松與黃山松針葉MDA含量隨海拔梯度的變化呈現(xiàn)出一定規(guī)律性，即隨海拔升高南北坡黃山松針葉MDA含量均呈現(xiàn)出先升后降的趨勢(shì)，且在同一海拔北坡MDA含量高于南坡；馬尾松MDA含量在南坡基本呈現(xiàn)出先升高后降低的趨勢(shì)，北坡MDA含量呈先降低后升高的趨勢(shì)，同一海拔北坡馬尾松MDA含量顯著高于南坡.方差分析結(jié)果表明，黃山松針葉MDA含量在南北坡的差異不顯著(F=3.106，P=0.108)，而馬尾松MDA含量在南北坡間差異極顯著(F=31.312，P<0.01).

2.1.1南坡針葉MDA含量隨海拔的變化由表2可知，在低海拔區(qū)(S0—S2)馬尾松針葉MDA含量總體上表現(xiàn)為先升后降的變化趨勢(shì)，在海拔S2處含量較低，但低于中海拔區(qū)(S3—S5)；中海拔區(qū)馬尾松MDA含量較低，且隨著海拔的升高呈先升后降的趨勢(shì)，在海拔S5處含量最低；黃山松針葉MDA含量隨海拔梯度的變化與馬尾松有所差異，中海拔區(qū)黃山松MDA含量隨海拔的升高而升高，其平均值為7.456 μmol·g-1；高海拔區(qū)(S6—S9)，黃山松MDA含量隨海拔的升高基本呈現(xiàn)出降低的趨勢(shì)，其平均值為8.337 μmol·g-1.黃山松MDA含量與馬尾松的比較結(jié)果表明，在S3—S4中海拔范圍內(nèi)，馬尾松MDA含量高于黃山松；在S5處黃山松MDA含量高于馬尾松，這可能是由于馬尾松在臨近海拔分布上限，受環(huán)境脅迫較強(qiáng)，產(chǎn)生較多的MDA.

表2　南坡黃山松—馬尾松針葉MDA含量隨海拔梯度的變化1)

1)同一列不同字母表示MDA含量差異達(dá)到顯著水平(P<0.05).

方差分析表明，黃山松針葉MDA在各海拔梯度上差異極顯著(F=23.187，P<0.01)，馬尾松MDA指標(biāo)在不同海拔間差異極顯著(F=125.269，P<0.01).

2.1.2北坡針葉MDA含量隨海拔的變化由表3可知，在中海拔區(qū)(N3—N5)，馬尾松針葉MDA含量隨著海拔升高呈現(xiàn)出先降低后升高的趨勢(shì)，在海拔N4處含量最低；與馬尾松不同，黃山松MDA含量在中海拔區(qū)呈現(xiàn)出升高趨勢(shì)，且平均含量低于高海拔區(qū).在高海拔區(qū)(N6—N9)，MDA含量隨海拔的升高而下降.表明黃山松針葉MDA含量在不同海拔上的差異極顯著(F=33.365，P<0.01).黃山松MDA含量與馬尾松對(duì)比，結(jié)果表明，在中海拔區(qū)(N3—N5)，同海拔馬尾松針葉MDA含量高于黃山松.

表3　北坡黃山松馬尾松MDA含量隨海拔梯度的變化1)

1)同一列不同字母表示MDA含量差異達(dá)到顯著水平(P<0.05);-表示該海拔處無該樹種.

2.2針葉抗氧化酶活性隨海拔梯度的變化趨勢(shì)

由表3、4可知，隨著海拔的升高，南坡馬尾松與黃山松的SOD含量均呈現(xiàn)出先升高后降低的趨勢(shì)；北坡2種植物的SOD含量較低，馬尾松SOD活性呈升高趨勢(shì)，而黃山松SOD活性呈降低趨勢(shì).方差分析表明，黃山松SOD含量(F=56.699，P<0.01)以及馬尾松SOD活性(F=21.217，P<0.01)在南北坡的差異均顯著.隨著海拔的升高，南坡黃山松CAT活性隨海拔的升高呈現(xiàn)出升—降—升的趨勢(shì)，馬尾松CAT含量在中低海拔區(qū)呈現(xiàn)出先升后降的變化趨勢(shì)；隨著海拔的升高，北坡黃山松CAT活性呈先降后升的變化趨勢(shì)，而馬尾松CAT含量呈下降趨勢(shì).黃山松CAT含量在南北坡差異不顯著(F=0.064，P=0.806)，馬尾松CAT含量在南北坡差異極顯著(F=21.857，P<0.01).隨海拔的升高，南坡馬尾松針葉POD活性基本呈升高的趨勢(shì)，黃山松針葉POD活性呈升—降—升的趨勢(shì)；北坡馬尾松針葉POD活性呈下降的趨勢(shì)，黃山松針葉POD活性呈現(xiàn)出先降后升的趨勢(shì).方差分析表明，黃山松(F=0.2，P<0.664)以及馬尾松(F=4.102，P=0.06)的POD活性在南北坡差異均不顯著.

2.2.1南坡針葉抗氧化酶活性在海拔梯度上的變化由表4、5可知，在低海拔區(qū)(S0—S2)，馬尾松針葉SOD活性隨海拔的升高而升高，但低于中海拔區(qū)；在中海拔區(qū)(S3—S5)，隨著海拔升高，SOD活性逐漸降低；黃山松針葉SOD活性隨海拔梯度的變化趨勢(shì)不同于馬尾松，中海拔區(qū)黃山松針葉SOD活性逐漸升高，平均活性為204.897 U·g-1·h；而在高海拔區(qū)(S6—S7)，SOD活性逐漸下降，平均活性為193.283 U·g-1·h.方差分析結(jié)果表明，南坡不同海拔梯度間馬尾松SOD活性差異均極顯著(F=532.574，P<0.01)，不同海拔梯度間黃山松SOD活性差異也達(dá)到極顯著水平(F=129.65，P<0.01).黃山松SOD活性與馬尾松的對(duì)比結(jié)果表明，在海拔S3處，馬尾松SOD活性高于同海拔黃山松，而在海拔S4、S5處黃山松的SOD活性高于馬尾松.總體上中海拔區(qū)這2種植物的SOD活性差異不顯著(F=2.816，P=0.113).

由表4、5可知，低海拔區(qū)，馬尾松針葉CAT活性隨著海拔的升高基本呈現(xiàn)出先降后升的趨勢(shì)，且高于中海拔區(qū).在中海拔區(qū)，隨海拔的升高，其CAT活性逐漸降低；黃山松CAT活性的變化趨勢(shì)與馬尾松有所不同，黃山松CAT活性在中海拔區(qū)呈先升高后降低的趨勢(shì)，平均值為53.333 U·min-1·g；高海拔區(qū)，其CAT活性隨海拔的升高而升高，平均值為40.833 U·min-1·g，中海拔CAT活性高于低海拔.黃山松的CAT活性與馬尾松的對(duì)比結(jié)果表明，在S4、S5海拔處黃山松CAT活性高于同海拔的馬尾松，但在中海拔區(qū)這2種植物的CAT活性差異不顯著(F=3.674，P=0.073).方差分析結(jié)果表明，南坡黃山松(F=43.139，P<0.01)以及馬尾松(F=73.941，P<0.01)針葉CAT活性均在海拔梯度間差異顯著.低海拔區(qū)，馬尾松針葉POD活性隨著海拔的升高呈先降后升的變化趨勢(shì)；中海拔區(qū)，隨著海拔的升高，馬尾松針葉POD活性基本呈增高趨勢(shì)，且中海拔區(qū)高于低海拔區(qū)；黃山松POD活性的變化趨勢(shì)不同于馬尾松，中海拔區(qū)，黃山松POD活性呈先降后升的變化趨勢(shì)，其平均值為26.667 U·min-1·g；高海拔區(qū)，黃山松POD活性基本呈升高的趨勢(shì)，其平均值為22.00 U·min-1·g.方差分析結(jié)果表明，黃山松POD活性(F=13.00，P<0.01)與馬尾松POD活性(F=5.883，P=0.006)在海拔梯度間差異顯著.中海拔區(qū)2種針葉植物的POD活性種間對(duì)比結(jié)果表明，中海拔區(qū)黃山松POD活性均高于同海拔馬尾松，且中海拔區(qū)這2種植物POD活性種間差異不顯著(F=0.062，P=0.806).

2.2.2北坡抗氧化酶活性在海拔梯度上的變化黃山松與馬尾松的SOD活性對(duì)比結(jié)果(表6、7)表明：中海拔區(qū)，馬尾松SOD活性隨海拔的升高逐漸升高，但在海拔梯度間無明顯差異(F=2.767，P=0.141).黃山松SOD活性在海拔N4處高于同海拔馬尾松，而在N5處其活性低于同海拔馬尾松.雙因素方差分析結(jié)果表明，北坡這2種植物的SOD活性差異不明顯(F=2.361，P=0.136)；中海拔區(qū)黃山松SOD活性隨海拔的升高而降低，其平均活性為93.501 U·g-1·h；高海拔區(qū)，黃山松SOD活性呈先升后降的趨勢(shì)，其平均活性為86.322 U·g-1·h，低于中海拔區(qū).方差分析結(jié)果表明，黃山松SOD活性在海拔梯度間差異極顯著(F=8.715，P=0.001).

表4　南坡黃山松針葉抗氧化酶活性隨海拔梯度的變化1)

1)同一列不同字母表示抗氧化酶活性差異達(dá)到顯著水平(P<0.05).

表5　南坡馬尾松針葉抗氧化酶活性隨海拔梯度的變化1)

1)同一列不同字母表示抗氧化酶活性差異達(dá)到顯著水平(P<0.05).

中海拔區(qū)這2種植物的CAT、POD活性種間對(duì)比結(jié)果(表6、7)表明：中海拔區(qū)，隨海拔的升高，馬尾松與黃山松針葉CAT、POD活性均呈降低趨勢(shì)，且馬尾松CAT活性高于同海拔黃山松，但差異不顯著(F=1.689，P=0.223).馬尾松POD活性低于同海拔黃山松，且差異顯著(F=9.494，P=0.012)；中海拔區(qū)黃山松針葉的CAT、POD活性均呈下降趨勢(shì)，CAT活性平均值為55.000 U·min-1·g，POD活性平均值為U·min-1·g；而在高海拔區(qū)這2種酶的活性均呈上升的趨勢(shì)，CAT活性平均值為57.5 U·min-1·g，POD活性平均值為22 U·min-1·g.方差分析結(jié)果表明，北坡馬尾松CAT活性在海拔梯度間無明顯差異(F=2.773，P=0.140)，POD活性在海拔梯度間差異顯著(F=24.333，P=0.001)；黃山松CAT活性在海拔梯度間差異顯著(F=12.45，P<0.01)，POD活性在海拔梯度間差異顯著(F=21.982，P<0.01).

表6　北坡黃山松針葉抗氧化酶活性隨海拔梯度的變化1)

1)同一列不同字母表示抗氧化酶活性差異達(dá)到顯著水平(P<0.05).

表7　北坡馬尾松針葉抗氧化酶活性隨海拔梯度的變化1)

1)同一行不同字母表示抗氧化酶活性差異達(dá)到顯著水平(P<0.05).

3討論

植物在環(huán)境的脅迫下，對(duì)環(huán)境的抵御力降低，破壞了活性氧的代謝平衡，導(dǎo)致活性氧大量產(chǎn)生，對(duì)膜質(zhì)、蛋白質(zhì)造成一定的損傷，體內(nèi)自由基產(chǎn)生具有細(xì)胞毒性的物質(zhì)(如MDA)[28-30].馬尾松和黃山松針葉MDA含量隨海拔的升高而提高，原因可能是隨海拔的升高，低溫脅迫程度增強(qiáng)，膜脂過氧化程度加劇.

黃山松、馬尾松針葉中的MDA含量隨著海拔的升高表現(xiàn)出先升后降的趨勢(shì)，表明隨海拔升高，針葉活性氧的產(chǎn)生與清除系統(tǒng)遭到破壞，膜受到了一定程度的傷害.而當(dāng)海拔升高到1 600 m后，MDA含量開始下降，1 800 m處的MDA含量達(dá)到最低，表明林線附近黃山松針葉膜受傷害的程度相對(duì)較小.由于黃山松長(zhǎng)期生長(zhǎng)在這樣的環(huán)境中，盡管林線附近的環(huán)境較低海拔更惡劣，黃山松已適應(yīng)了這種環(huán)境，形成了一定的保護(hù)機(jī)制.

Wildi et al[32]認(rèn)為，隨著海拔的升高，植物體內(nèi)的抗氧化系統(tǒng)有著各自不同的響應(yīng)模式.本試驗(yàn)中，隨著海拔的升高，南坡黃山松針葉中的POD、CAT活性表現(xiàn)出一致的規(guī)律性，即隨著海拔的升高呈先升高后降低再升高的趨勢(shì)，而SOD活性隨著海拔的升高呈先升高后降低的趨勢(shì).說明雖然隨著海拔的升高，溫度下降，氧含量降低，致使植物所受的脅迫程度加大，但同時(shí)也增強(qiáng)了植物內(nèi)部的保護(hù)系統(tǒng)，提高了活性氧的清除效率，從而使細(xì)胞內(nèi)的活性氧水平降低，使植物細(xì)胞受到的損傷減小.由于植物對(duì)環(huán)境的長(zhǎng)期適應(yīng)，較高海拔區(qū)植物體內(nèi)活性氧保持在較低水平，酶活性水平較低；而在高海拔區(qū)，太陽輻射以及紫外線使得植物體內(nèi)活性氧超出正常水平，底物濃度升高，抗氧化酶被誘導(dǎo)合成，使其活性增強(qiáng)，這與Polle et al[33]對(duì)高海拔地區(qū)挪威云杉針葉中抗氧化酶活性的研究結(jié)果相似.高海拔區(qū)SOD活性隨海拔的升高未呈現(xiàn)出明顯的升高趨勢(shì)，而呈現(xiàn)出降低的趨勢(shì)，但葉片中的CAT、POD活性并未降低，這有利于細(xì)胞質(zhì)中H2O2的清除.北坡POD、CAT、SOD活性隨著海拔的升高先下降后上升.可能是因?yàn)楸逼聹囟缺饶掀碌停捎邳S山松對(duì)北坡低溫環(huán)境的長(zhǎng)期適應(yīng)，使得體內(nèi)活性氧保持在較低水平，酶活性較低.與南坡相似，隨著北坡海拔梯度的升高，太陽輻射以及紫外線增強(qiáng)，體內(nèi)活性氧積累超過正常水平，抗氧化酶活性升高.本研究結(jié)果表明，隨著海拔的升高黃山松3種抗氧化酶活性的變化趨勢(shì)并不一致.植物抗氧化能力并不取決于單一的一種酶活性的變化，黃山松抗氧化酶系統(tǒng)之間可能存在一定的相互作用，這可能是黃山松適應(yīng)高海拔環(huán)境的重要生理機(jī)制之一.與黃山松相似，馬尾松隨海拔的上升，南坡CAT、SOD、POD活性隨著海拔的升高而升高，接近馬尾松分布上限時(shí)CAT、SOD活性又逐漸下降.北坡CAT、POD活性隨著海拔的升高而下降，SOD活性的變化并不明顯.這與汪曉峰等[6]對(duì)紅景天中AsA-POD酶的研究結(jié)果相類似，這可能是由于在惡劣環(huán)境條件下，植物體內(nèi)產(chǎn)生了大量活性氧，超出細(xì)胞自身的防御能力，嚴(yán)重破壞了細(xì)胞的結(jié)構(gòu)和功能，導(dǎo)致酶蛋白氧化變性、酶活性明顯降低.說明在不同海拔梯度上，馬尾松、黃山松抗氧化酶系統(tǒng)的變化主要受溫度的影響，隨著海拔的升高，溫度降低，植物通過增強(qiáng)酶活性來是適應(yīng)海拔上升的惡劣環(huán)境.

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(責(zé)任編輯:葉濟(jì)蓉)

The altitudinal gradient pattern of antioxidant enzyme activity inPinustaiwanensisandPinusmassoniananeedles

QI Lixia1,2, LIU Jinfu1，2,3, HUANG Jiahang2，3, SU Songjin1,2, HONG Wei1,2, TANG Rong1,2, ZHOU Shanshan1,2

(1.College of Forestry; 2.Cross-Strait Nature Reserve Research Center； 3.College of Computer and Information Science，F(xiàn)ujian Agriculture and Forestry University, Fuzhou, Fujian 350002, China)

Abstract:To elucidate the mechanism of adaptability to environment for needles, antioxidant enzyme activity of Pinus taiwanensis and Pinus massoniana at different altitude and slope aspect were compared in Daiyun Mountain. Results showed that MDA content of P.massonianawere was significantly higher than those of P.taiwanensis at the same altitude. Malondialdehyde content presented certain regularity along the altitude: MDA contents of P.taiwanensis at the northern slope were higher than those at the southern slope at altitude between 1400m and 1700m, after which MDA content increased and then went down. With increased elevation, catalase and peroxidase activities of two plants fluctuated in a similar patttern, which decreased after the first rise, and followed by a second rise to a higher level. Superoxide dismutase activity declined after a initial rise, and remianed at the same level at higher altitude. To summarize, this study provided insight into the mechanism of plant in response to stress and lay a foundation for adaptive strategy to climate change.

Key words:Pinus taiwanensis; Pinus massoniana; needles; antioxidant enzyme; enzyme activity

DOI:10.13323/j.cnki.j.fafu(nat.sci.).2016.01.007

中圖分類號(hào):Q948.15

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A

文章編號(hào):1671-5470(2016)01-0035-07

作者簡(jiǎn)介:祁麗霞(1989)，女，碩士.研究方向:森林生態(tài)學(xué)、森林旅游.通訊作者劉金福(1966-)，男，教授，博士生導(dǎo)師.研究方向：野生動(dòng)植物保護(hù)與利用.fjljf@126.com.

基金項(xiàng)目:福建省科技廳資助項(xiàng)目(2015Y0042).

收稿日期：2015-04-20修回日期：2015-10-15