辐射增强对绿化树种膜质过氧化及抗氧化酶的影响

1、UV-C辐射增强对绿化树种膜质过氧化及抗氧化酶的影响陈忠林，马溪平*，张利红，王 杰辽宁大学资源与环境学院，辽宁 沈阳 110036摘要：采用叶片试验法研究了模拟紫外辐射(UV-C)胁迫对3种绿化树种叶片膜质过氧化及抗氧化酶产生的影响。实验结果表明：UV-C辐射处理使连翘Forsythia suspensa Vahl和垂柳Salix babylonica叶片的叶绿素质量分数增加，但使水蜡树Fraxinus chinesis Roxb.叶片的叶绿素质量分数降低。UV-C辐射处理增加连翘和垂柳叶片的SOD活性，而水蜡的SOD活性则表现为先升高随后降低的变化趋势；辐射处理对水蜡树和垂柳POD活性影响

2、不大，但使连翘POD活性先升高随后降低；辐射处理明显降低水蜡树和连翘的CAT活性，而垂柳的则先升高后降低。辐射处理导致MDA含量增加。关键词：绿化树种；紫外-C辐射；抗氧化酶 中图分类号：S154.1 文献标识码：A 文章编号：1672-2175（2006）05-1014-04环境问题已成为当今人类面临的主要挑战之一，现代工业释放出的大量污染气体，使得大气平流层中臭氧含量下降，导致到达地球表面的太阳紫外（UV）辐射增加，紫外辐射对人类、动植物以及微生物等都会产生伤害1-2。UV又可分为UV-C（200280 nm），UV-B（280320 nm）和UV-A（320400 nm）。UV-C波长短

3、，被臭氧层吸收，UV-B的一部分和UV-A可穿过大气层到达地面。由于臭氧层变薄乃至臭氧空洞的形成导致地球上UV-B和UV-C辐射的增强。目前对UV-B给植物带来的影响研究较多，但针对UV-C辐射增强的研究相对较少。在陆地生态系统中，增加UV-BC辐射可以影响植物物质的产生和分解3。远紫外辐射(UV-BC)可使膜脂过氧化，叶绿体超微结构受到破坏，叶绿体活性氧产额增加，PS电子传递活性下降4-5。UV-C对生物DNA损伤已有大量研究，杜英君等6研究表明，UV-C辐射降低紫杉活性氧清除系统的清除能力，导致丙二醛含量和膜相对透性增加，光系统电子传递活性显著下降。Zacchini和Agazio7研究表明

4、UV-C辐射增强会引起烟草愈伤组织的氧化损伤。大量研究表明，植物的许多生理和发育过程受紫外辐射影响，但影响的机制尚缺乏研究。远紫外辐射对生物体产生损伤已有报道，但对树木活体细胞诱发活性氧引起膜脂过氧化伤害机制研究不多5。本文研究了增加UV-C辐射对绿化树木（垂柳、连翘和水蜡树）叶片部分生理指标的影响，为了解由于臭氧空洞形成造成UV-C辐射增强对植物产生的伤害提供理论依据。1 材料和方法1.1 材料选择 取垂柳 Salix babylonica 、连翘 Forsythia suspensa Vahl. 和水蜡树 Fraxinus chinesis Roxb. 3种绿化树木的叶片，选择树龄、长势近

5、于一致，同向、同节位枝条的叶片为试材。1.2 材料处理 采当年生无虫斑、色泽一致的成熟叶片，洗净、吸干水分，用作对照与处理材料，置于内盛1/2 Hoagland营养液的瓷盘中，正面朝上悬浮于营养液之中。将叶片放置在0.5 kJ·m-2·s-1辐射剂量的UV-C (灭菌灯，254 nm)下进行短期处理，即叶片距灯管40 cm处分别处理0、2、4、6 h，处理结束取叶片测定各项指标。1.3 测定方法 叶绿素含量的测定采用乙醇丙酮混合液法8；SOD活性采用NBT光化还原法测定9；POD活性采用愈创木酚法8；CAT活性采用氧化还原滴定法10；MDA含量的测定采用硫代巴比妥酸（TBA

6、）比色法8。所有数据均为3次重复的平均值。2 结果与讨论2.1 UV-C辐射增强对叶片叶绿素质量分数的影响由表1可以看出，UV-C辐射处理后不同树种叶片叶绿素a、b及a/b变化不同。辐射处理使垂柳 Salix babylonica 和连翘 Forsythia suspensa Vahl. 叶绿素a、b质量分数降低，且随辐射时间延长，降低幅度加大，叶绿素a/b后期明显增加；而水蜡树 Fraxinus chinesis Roxb. 叶绿素质量分数的变化则相反，叶绿素a、b质量分数都逐渐增加，而叶绿素a/b则随辐射处理时间逐渐降低；叶绿素质量分数是判定植物光合作用强弱的一个重要生理指标。当植物受到伤

7、害后，会导致叶绿体膜系统受损，而阻碍叶绿素的合成，致使叶绿素质量分数下降。UV-C辐射增强对3种树木叶绿素质量分数的影响不同，这可能与各自对UV-C辐射的抗性强弱有关，其中机制有待进一步研究。表1 UV-C辐射增强对叶片叶绿素质量分数的影响1)Table 1 Effects of enhanced UV-C radiation on the content of chlorophyll in leaves处理时间/h垂柳连翘水蜡树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) 以鲜质量计2.2 UV-C辐射增强对叶片抗氧化酶活性的影响图2 UV-C辐射增强对叶片POD 活性的影响Fig. 2 Effects of enhanced UV-

9、C radiationon the activity of POD in leaves在许多逆境条件下，植物体内活性氧代谢系统的平衡会受到影响，活性氧如O2-、OH、H2O2、O2等的产生量增加。体内活性氧含量的升高能启动膜脂过氧化或膜脂脱氧化作用,从而破坏膜结构。因此，植物体内的抗氧化酶活性的高低与植物抗逆能力具有密切关系。SOD、POD、CAT是存在于植物细胞中最重要的清除自由基的酶类5。图1 UV-C辐射增强对叶片SOD活性的影响Fig. 1 Effects of enhanced UV-C radiation on the activity of SOD in leaves不同树木叶片

10、的SOD活性存在一定差异（图1），其中水蜡叶片SOD活性最高，其次为垂柳，而连翘的最低。UV-C辐射增强对叶片SOD活性影响不同，在UV-C辐射下垂柳和连翘叶片的SOD活性逐渐升高，而水蜡树叶片的SOD活性的变化趋势是先升高随后逐渐降低，辐射处理2 h时其SOD活性最高，与对照相比升高11.7%，随着辐射时间延长SOD活性降低，但在处理6 h时SOD活性仍比对照高5.2%。SOD在植物的 叶绿体、线粒体和 细胞质中都有分布，它的主要功能是清除超氧化物自由基（O2-）。SOD活性的增强，表明树木清除O2-的能力有所提高。也有研究表明，生物体合成SOD常受O2-浓度的影响，在O2-诱导下，SOD的

11、生物合成能力升高11，说明植物只要受到不利于生长因素的干扰，植物体就会启动自身的保护机制最大限度减少伤害，但当胁迫程度进一步加大时，植物自身的调节系统被破坏，从而导致SOD活性降低，这应该是辐射处理后期水蜡树SOD活性降低的原因之一。UV-C辐射处理对3种树木叶片的POD活性影响不同（图2），其中垂柳和水蜡树POD活性的变化不明显，而连翘的POD活性在处理2 h时明显高于对照，比对照升高155.3%，随着处理时间的延长，POD活性逐渐降低，但仍然高于对照。CAT可清除H2O2，主要存在于细胞的过氧化物体中12。从图3（下页）可看出，UV-C辐射增强明显抑制连翘和水蜡树叶片CAT活性，且随着处理

12、时间的延长，影响越明显。但垂柳叶片CAT活性的变化趋势与前二者不同，UV-C辐射初期CAT活性升高，随着辐射时间的延长，活性缓慢降低。2.3 UV-C辐射增强对叶片MDA含量的影响植物在逆境条件下会发生脂质过氧化，丙二醛（MDA）已被确认为是脂质过氧化的产物，其含量的多少是脂质过氧化强弱的一个重要指标。UV-C辐射处理会引起树木叶片MDA含量增加（图4）。其中垂柳和连翘叶片MDA含量变化相同，都是在辐射处理4 h开始迅速升高，而水蜡树在辐射处理初期变化不明显，在辐射处理2 h后开始逐渐升高。MDA含量的增加说明叶片受到辐射伤害，细胞发生脂质过氧化。图4 UV-C辐射增强对叶片MDA含量的影响F

13、ig. 4 Effects of enhanced UV-C radiation on the content of MDA in leaves图3 UV-C辐射增强对叶片CAT活性的影响Fig. 3 Effects of enhanced UV-C radiationon the activity of CAT in leaves由活性氧引起的氧化胁迫是绿色植物不可避免的现象。正常情况下，植物体内的活性氧的产生和清除处于一种动态的平衡状态，抗氧化酶在这个过程中起着重要作用。从上述研究结果来看，在抵抗UV-C造成的损伤方面，SOD可能起主要作用，短期辐射处理使叶片SOD活性升高，提高了植物的抗

14、性，但随辐射时间延长，水蜡树的SOD活性已经开始降低(图1)。连翘叶片POD对辐射有一定抗性，而垂柳和水蜡树的POD变化不大；连翘和水蜡树的CAT受辐射影响最明显，在受到辐射胁迫后迅速降低（图3）。综合来看，不同树种在受到辐射伤害时，会通过不同的抗氧化酶来清除活性氧，但抗氧化酶的清除能力也会随着损伤加强而减弱，最终导致MDA含量的增加。参考文献：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