簡述抗氧化酶活性與林木抗旱性的關(guān)系

趙言 蔣思 張宏 王云峰

[摘 要] 植物遭受干旱等逆境脅迫時(shí)，植物通過自身的抗氧化酶來抵御不良環(huán)境的侵襲。本文簡要概述了植物抗氧化酶的作用機(jī)理及研究進(jìn)展，為干旱地區(qū)篩選適合本地區(qū)林木品種做以參考。

[關(guān)鍵詞] 林木 抗旱 抗氧化酶

[中圖分類號(hào)] S31 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A [文章編號(hào)] 1003-1650 （2016）04-0106-01

植物受到干旱逆境脅迫時(shí)，細(xì)胞內(nèi)會(huì)產(chǎn)生大量的活性氧（ROS），植物的抗氧化酶對(duì)ROS的清除起重要的作用，抗氧化酶的活性變化既可以反應(yīng)植物對(duì)干旱脅迫的適應(yīng)性，也可以反應(yīng)細(xì)胞內(nèi)ROS代謝的平衡狀態(tài)[1]。本文概述了干旱脅迫下植物抗氧化酶系統(tǒng)的變化情況以及植物的抗逆能力，為干旱選擇適合本地區(qū)的林木品種提供理論依據(jù)。

1 抗氧化酶作用機(jī)理

活性氧是氧還原的中間產(chǎn)物O2·（超氧化物陰離子自由基）、1O2（高能態(tài)單線態(tài)養(yǎng)）、H2O2（過氧化氫）和·OH（羥基自由基）的統(tǒng)稱。如果ROS的產(chǎn)生與清除調(diào)節(jié)系統(tǒng)失調(diào)，植物就會(huì)因ROS的過量積累而造成傷害，植物細(xì)胞產(chǎn)生過量的ROS，會(huì)導(dǎo)致植物的膜系統(tǒng)、蛋白質(zhì)和DNA分子結(jié)構(gòu)受到損傷。

干旱脅迫下，·OH直接啟動(dòng)膜脂過氧化的自由基鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，反應(yīng)產(chǎn)生的脂質(zhì)氫化物繼續(xù)分解成低級(jí)氧化產(chǎn)物，例如丙二醛（MAD），其他活性氧也可通過其他途徑轉(zhuǎn)化為·OH啟動(dòng)自由基鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。超氧化物岐化酶（SOD）通過歧化反應(yīng)清除O2-， 形成過氧化氫（H2O2）與分子氧，過氧化氫酶（CAT）可以將H2O2轉(zhuǎn)化為H2O，還可以減少·OH形成，從根源遏制了鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的發(fā)生，過氧化物酶（POD）協(xié)助CAT一起清除H2O2，這三種保護(hù)酶共同組成了植物的防御系統(tǒng)，維持ROS的代謝平衡，保護(hù)膜結(jié)構(gòu)不受傷害，使植物在一定程度上抵抗水分脅迫。

2 林木抗氧化酶活性研究進(jìn)展

徐蓮珍[2]研究發(fā)現(xiàn)刺槐苗木整個(gè)生長期在輕度水分脅迫處理下SOD活性比較高，而CAT的活性在前期呈現(xiàn)了與SOD相似的升高的趨勢(shì)，在中后期，并且重度脅迫下，CAT活性增加速率最快，而SOD活性變化恰好相反，可見生長后期和重度水分脅迫下，刺槐通過增加CAT活性來提高抗旱能力，CAT對(duì)SOD的活性的降低起到了補(bǔ)充作用，也說明了刺槐對(duì)水分脅迫的忍耐力比較好。張怡[3]認(rèn)為飼料性和速生型的四倍體刺槐在干旱脅迫的后期SOD與CAT的活性極顯著超過對(duì)照水平，二倍體刺槐的保護(hù)酶活性比對(duì)照弱，我們可以據(jù)此在西北干旱地區(qū)選用四倍體刺槐造林，在中度和輕度干旱的地區(qū)仍可以選用傳統(tǒng)的二倍體刺槐品種來降低造林成本。井大煒[4]等研究發(fā)現(xiàn)，歐美I-107楊樹苗不同程度水分脅迫SOD和CAT的活性平均值變化規(guī)律為輕度脅迫>中度脅迫>重度脅迫，說明了楊樹苗在中度和重度干旱時(shí)對(duì)細(xì)胞膜的傷害較大，在選育品種時(shí)要避免使其遭受嚴(yán)重的水分脅迫。阿力木·沙比爾[5]通過分析3份新疆狗牙根新品系干旱脅迫下的保護(hù)酶變化，發(fā)現(xiàn)在干旱脅迫前期（3-30D）CAT活性緩慢變活，隨著脅迫時(shí)間的推進(jìn)，CAT極具升高，而SOD和POD的活性一直保持升高趨勢(shì)，他認(rèn)為這3份狗牙根新品系已經(jīng)形成了一定的耐旱機(jī)制，適合新疆地區(qū)生長。崔大練的研究發(fā)現(xiàn)，即便實(shí)在重度水分脅迫下，紫穗槐與俄羅斯大果沙棘的SOD與POD活性均顯著高于對(duì)照，這兩種植物有超強(qiáng)的抗旱能力，紫穗槐的POD活性增幅比俄羅斯大果沙棘大，說明紫穗槐的抗氧化能力更勝一籌。吳雪海發(fā)現(xiàn)在180m3/（666.7m2·a）和240m3/（666.7m2·a）水分處理下銀新楊的可溶性蛋白與脯氨酸含量明顯高于360m3/（666.7m2·a）和480m3/（666.7m2·a）水分處理，所以360m3/（666.7m2·a）是銀新楊的最佳的灌溉水量。楊淑紅認(rèn)為3種楊樹抗旱能力強(qiáng)弱依次為2025>中紅楊>全紅楊，葉片中的CAT和多酚氧化酶（PPO）活性與楊樹品種抗旱性的關(guān)系最密切，可作為評(píng)價(jià)楊樹抗旱性的首要生理指標(biāo)。

3 展望

抗養(yǎng)活酶的活性可以反映林木的抗旱能力。在栽植推廣前，可以根據(jù)前人的研究成果，選擇適合本地區(qū)的林木品種；也可通過測(cè)驗(yàn)不同梯度水分脅迫下林木的抗氧化酶的變化來選育品種，確定灌溉方法和程度。抗氧化酶活性作為判斷植物抗性強(qiáng)弱的指標(biāo)之一，可以指導(dǎo)品種選育和地方引種。

酶活性的變化敏感，與水分條件、樹種本身的特性、苗木的生長發(fā)育狀況均有關(guān)聯(lián)，所以只以一種或兩種酶活性的高低來判斷植物的抗性強(qiáng)弱是不科學(xué)的。

參考文獻(xiàn)

[1]Zhang J X，KirkhamM B.Drought-stress—induced changes in activities of super oxide dismutase，catalase，and peroxide inwheat species.Plant C Physiology，1994，35（5）：785-791.

[2]徐蓮珍.三個(gè)樹種抗旱生理生態(tài)特性的研究.西北農(nóng)林科技大學(xué)，2008：59-61.

[3]張怡，羅曉芳，沈應(yīng)柏.土壤逐漸干旱過程中刺槐新品種苗木抗氧化系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)變化.浙江林學(xué)院學(xué)報(bào)，2005，22（2）：166～169.

[4]井大煒，邢尚軍，馬海林，杜振宇，劉方春，馬丙堯.水分脅迫對(duì)歐美I—107 楊樹苗生理生化特性的影響.干旱區(qū)資源與環(huán)境，2015，29（1）：53-57.

[5]阿力木·沙比爾，阿不來提·阿不都熱依，齊曼·尤努斯，阿力甫·提力娃，伊斯拉·依達(dá)吾提.干旱脅迫對(duì)3份新疆狗牙根新品系保護(hù)酶的影響.新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)，2010，47（6）：1265-1269.