毕业职称论文：暗处理和自然光修复对菹草(Potamogeton crispus)叶片过氧化物酶和.doc

暗处理和自然光修复对菹草(Potamogeton crispus)叶片过氧化物酶和过氧化氢酶活性的影响陈小峰1，兰策介 2 ，马亦兵1，刘平平1，刘从玉1，柴夏1(1南京中科水治理有限公司，南京 210008；2南京农业大学植物保护学院，南京 210095）摘 要：以自然光为对照，在预先进行暗处理，然后进行光修复的条件下，对菹草（Potamogeton crispus）过氧化物酶（POD）和过氧化氢酶（CAT）活性及其与处理时间的关系进行了初步研究。结果表明：POD活性随着暗处理时间的延长而增强，随着光修复时间的延长而减弱；暗处理与对照相比，菹草叶片POD活性之间差异不显著；光修复与对照相比，前三天内POD活性差异不显著，随着光修复时间的延长， POD活性出显著差异（*P0.05）。CAT活性在暗处理和光修复中都一直低于对照值；暗处理开始两天，活性开始上升，达到最大值后开始下降，与对照菹草叶片CAT活性比较，前六天差异显著（*P0.05），第七天为差异极显著（*P0.01）；在光修复过程中， CAT活性第一天明显下降，与对照相比，除第三天表现出差异性显著（*P0.05）以外，其它均差异不显著。关键词： 菹草；过氧化物酶；过氧化氢酶；暗处理；自然光修复中图分类号：Q948.112+.1Effect of natural light recovery on the activity of peroxidase and catalase of Potamogeton crispusChen Xiao-feng 1， Lan Ce-jie 2 ，Ma Yi-bing1，Liu Ping-ping1，Liu Cong-yu1，Chai Xia1（1. .Nanjing Zhongke Water Treatment Limited Company, Nanjing 210008 , China；2. Plant Protection College of Nanjing Agriculture University , Nanjing 210095 , China）Abstract：The effects of dark treatment and light recovery compared with natural light on the relation between the activity of POD and CAT with treatment time were studied in this paper. The results showed that the activity of POD increased with the prolongation of dark treatment time and decreased with the light recovery time. No significant difference was found in the activity of POD between the control and dark treatment. The same result was gained in the first three days of the recovery times. But the POD activity in the latter recovery days showed significant difference (*P0.05) compared with the control. The CAT activity was lower，but the change trend of CAT activity under the dark treatment and recovery accorded with that in the natural light .The enzyme activity began to increase and reached the maximum in two days, showing significant difference (*P0.05) in the first six days and notable significant difference (*P0.01) in the seventh day respectively compared to the natural control. During the light recovery days, the CAT activity decreased in the first day and was no significant difference compared to control, but showing significant difference (*P0.05) in the third day.Key words：Potamogeton crispus; peroxidase; catalase; dark treatment; light recovery菹草(Potamogeton crispus)为眼子菜科(Potamogetonaceae)多年生沉水草本植物,世界广布种,生于湖沼、河沟、池塘和稻田等水体,为我国沉水植物优势种1。目前，我国多数水体受到污染，水体透明度降低，沉水植物在生长过程中得不到生长所需的光照强度，影响植物正常生长的各种生理代谢，导致沉水植物的种群恢复困难，使得基金项目：国家“863”计划太湖项目“太湖水污染控制与水体修复”课题(2002AA601013)资助。作者简介：陈小峰（1979-），男，安徽安庆人，硕士研究生，研究方向为水生植物生态。通讯作者：陈小峰，E-mail:污染水体的生态系统功能恢复进程受阻。多数研究表明，水生植物，尤其是沉水植物是保持水体清澈、维持水生生物多样性等的关键因素。因此，沉水植物及其与环境相互影响机制已成为水体生态修复中一个重要的研究方向。过氧化氢酶（CAT）和过氧化物酶(POD)都是植物细胞内保护酶系统中重要的酶2-3，主要作用为清除H2O2和其他过氧化物。大量研究表明, CAT 和POD作为植物细胞内的保护性酶，不仅与植物抵御不良环境条件如低温等有关4-5，而且与植物抵御各种病害和环境中某些营养元素胁迫以及植物抗衰老有关69。很多学者都以 CAT 活性变化来研究植物的生长发育10-11和植物的选育工作12-13。近年来，应用植物细胞内膜系统保护酶来反映沉水植物处于不利环境下受胁迫的程度已经有些研究，但研究沉水植物受弱光胁迫，以及自然光修复过程的报道较少。本文以过氧化氢酶（CAT）和过氧化物酶(POD) 为逆境指标，研究了菹草在弱光条件下和光修复过程中的生长状况，目的为菹草在水体生态系统修复中的应用提供科学依据。1材料与方法1.1 实验材料与处理供试菹草(Potamogeton crispus)植株采自太湖北部湖湾五里湖。采回的幼苗移栽到白色塑料桶中（90L），培养水和底泥也取自五里湖，水在使用前用300目筛绢网过滤，除去藻类与杂质。菹草在温室大棚内培养一个半月后开始试验。试验时间为2005年3月-2005年7月，在位于五里湖边的中国科学院南京地理与湖泊研究所“863”项目野外站点进行。试验开始时首先对植株进行7天的暗处理，然后进行4天的自然光修复，以自然光下生长的菹草植株为对照，试验均设三个重复。试验各组除光照外，其它环境条件基本一致。每天下午5：30-6：00取样，连续取11天。叶片样均取自植株顶端，每个培养桶取3个重复，然后测定其POD、CAT活性。1.2 实验方法过氧化物酶（POD）活性测定参照文献14。过氧化氢酶（CAT）活性测定参照文献15。每次测定时间在晚间实验室内进行，以减少温度对酶活性的影响。用Excel2000软件计算试验结果，所有数据均利用SPSS统计软件进行单因素方差分析，并用字母法标记16。酶活力大小分别用A(POD)FW/460nmmin-1g-1FW、A(CAT)FW/240nmmin-1g-1FW表示。2结果与分析2.1 过氧化物酶（POD）活性在暗处理、自然光修复过程中动态变化从图1中可以看出，暗处理菹草叶片POD活性变化趋势显著，随着暗处理时间的延长，POD活性显著增强，在自然光下生长的对照菹草叶片的POD活性变化不显著。在开始处理四天里，与对照菹草叶片相比，暗处理叶片的POD酶活性较低；从第三天开始，暗处理菹草叶片POD酶活性开始上升，到达第四天以后，酶活性高于对照菹草叶片的酶活性。从POD活性整个变化的趋势可以说明，菹草植株经过暗处理，其叶片POD酶活性随着处理时间的延长，酶活性显著增强。与暗处理相比，对照条件下的菹草叶片POD酶活性变化不是很明显，酶活性的上下变化幅度不显著。暗处理七天以后，对暗处理菹草植株进行光修复，让其在自然光下生长四天。同样以自然光下生长的菹草植株为对照，研究叶片POD酶活性的变化趋势（图2），从结果可以看出，随着光修复时间增加，POD酶活性下降，从第四天开始，活性低于对照。对照条件下的菹草叶片POD酶活性变化不显著。 Fig.1 Changes of the activity of peroxidase（POD）under the dark treatment time Fig.2 Changes of the activity of peroxidase（POD）under the light recovery time2.2 过氧化氢酶（CAT）在暗处理、自然光修复过程中动态变化以处理时间为横坐标，CAT酶活性大小为纵坐标，制成曲线见图3、4。从图3可以看出，在暗处理条件下， 菹草叶片CAT活性一直低于对照；其变化趋势与对照一致，但暗处理抑制了菹草叶片酶活性的上升。与对照一样，在处理第二天，酶活性达到最大值，然后开始下降，暗处理条件下菹草叶片CAT活性从第四天开始缓慢上升。同样对暗处理菹草植株进行四天的自然光修复，观察CAT酶在光修复过程中的变化，以自然光为对照。结果表明（图4），在光修复过程中，CAT酶活性始终低于对照值，两组酶活性的变化趋势缓和、一致，上下变化幅度不明显。Fig.1 Changes of the activity of catalase（CAT）under the dark treatment time Fig.2 Changes of the activity of catalase（CAT）under the light recovery time2.3 POD活性随暗处理、自然光修复时间的差异性变化对暗处理与对照、光修复与对照POD酶活性数据进行统计分析（表1），结果表明在暗处理时间内，暗处理与自然光（对照）菹草叶片之间POD活性差异不显著；在光修复开始三天，处理与对照之间POD酶活性差异不显著，随着处理时间的延长，在光修复第四天，表现为差异显著（*P0.05）。表1 不同处理POD活性差异性分析Table 1 Analysis of variance among the activity of POD with the different treatments处理天数 days1234567对 照 CK暗处理Dark treatment0.077aa0.0050.058aa0.0020.08aa0.00130.066aa0.0080.078aa0.0090.06aa0.0010.071aa0.0030.07aa0.0090.08aa0.0030.094aa0.0030.072aa0.0030.092aa0.0050.073aa0.0070.108aa0.002对 照 CK光修复Light recovery0.073aa0.0070.108aa0.0020.086aa0.0040.093aa0.0010.076aa0.0070.084aa0.0020.081aa0.0070.069aa0.0060.08ab0.0050.055ab0.003注：相同的大写和小写字母分别表示a=0.01和a=0.05水平差异不显著（Duncan检验） Note：The same capital and small letters indicate no significant difference at a=0.01 and a=0.05 levels respectively （Duncan test）2.4 CAT活性与暗处理、自然光修复时间的差异性变化对暗处理与对照、光修复与对照CAT酶活性数据进行统计分析（表2），结果表明暗处理对CAT活性影响很大，与对照相比，在处理前六天时间里，CAT酶活性表现出差异性显著（*P0.05），第七天二者之间的差异性表现为极显著（*P0.01）。对暗处理菹草植株进行光修复试验，随着光修复时间的延长，与对照相比，CAT酶活性在第一、二、四天表现为差异不显著，而在第三天表现为差异显著（*P0.05）。表2 不同处理CAT活性差异性分析Table 2 Analysis of variance among the activity of POD with the different treatments处理天数 days1234567对 照 CK暗 处 理Dark treatment0.0053ab0.00050.0032ab0.00080.0064ab0.00080.0044ab0.00060.0056ab0.00080.004ab0.00010.0051ab0.00050.0019ab0.00010.0045ab0.00020.0021ab0.00040.004ab0.00050.0024aa0.00050.0044AB0.00030.0024AB0.0001对 照 CK光修复Light recovery0.0044AB0.00010.0024ab0.00010.0037aa0.00020.0028aa0.000310.0033aa0.00020.0024aa0.00030.0037ab0.00030.0027ab0.000250.0032aa0.000150.0025aa0.00016注：相同的大写和小写字母分别表示a=0.01和a=0.05水平差异不显著（Duncan检验） Note：The same capital and small letters indicate no significant difference at a=0.01 and a=0.05 levels respectively （Duncan test）3讨论植物生理生化指标对逆境条件的适应性变化比形态指标更为直接、迅速17-21，关于各项生理生化指标可否作为植物抗逆境能力的指标报道很多，但结果并不一致22-23。根据本试验结果，与对照相比，在暗处理条件下，POD活性表现为明显的上升趋势，第四天以后，其活性高于对照菹草叶片的活性；CAT活性一直低于对照值。 POD、CAT活性变化可以作为菹草是否处于逆境的指标，但对于能否作为鉴定耐暗性强弱的指标，有待进一步试验验证。植物在长期的进化过程中,体内同时存在两种主要的抗氧化系统，它们在一定范围内及时清除机体内过多的活性氧，以维持自由基代谢的动态平衡，其中SOD、POD、CAT组成了植物体内有效清除活性氧的酶系统24-25。对菹草而言，暗处理和光修复则降低了CAT活性，即削弱了抗氧化酶对活性氧的清除能力和增加了活性氧对植物细胞伤害的可能性。光修复后,CAT一直维持在暗处理后的低活性水平上，因此与对照相比，光修复引起CAT活性降低是由于暗处理而引起的。植物体内源保护系统抗胁迫能力是决定植物对逆境胁迫响应特征的关键因素26。由于酶的活性有一个阈值,CAT、POD对膜系统的保护作用是有一定限度的27。在暗处理过程中，POD活性上升很快，解除暗处理后，酶活性开始下降，说明在暗胁迫下酶活性的提高起到一种保护作用，及时清除机体内过多的活性氧，以维持自由基代谢的动态平衡。随着暗胁迫的解除，植物在正常条件下生长，体内的酶活性物质开始下降。可能引起POD酶活性下降的原因是，在逆境条件下超过一定的时间，酶蛋白遭到破坏而使其活性下降。但是，在光修复条件下，POD活性在下降到正常水平后仍继续下降，以及与对照相比，暗处理和光修复只引起CAT活性的降低，没有引起趋势的变化，即CAT活性没有响应环境的变化。因此若将POD、CAT活性作为菹草是否处于逆境的指标，这些问题仍需进一步研究。References:1 Jian YX(简永兴),Wang JB( 王建波),He GQ(何国庆), Chen JK(陈家宽) . 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