聞志彬，張明理，2＊

（1中國科學(xué)院新疆生態(tài)與地理研究所中國科學(xué)院干旱區(qū)生物地理與生物資源重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，烏魯木齊830011；2中國科學(xué)院植物研究所，北京100093）

C4植物在葉肉細(xì)胞中由磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶（PEPC）催化羧化反應(yīng)形成C4二羧酸，進(jìn)入維管束鞘細(xì)胞中脫羧，釋放的CO2通過卡爾文循環(huán)被再固定；根據(jù)維管束鞘細(xì)胞中C4酸脫羧機(jī)理不同，C4植 物 分 為3 種 類 型，NADP 蘋 果 酸 酶（NADPME）型、NAD 蘋果酸酶（NAD－ME）型和PEP 羧激酶（PEPCK）型［1］。與C3植 物 相 比，C4植 物 在 高溫、強(qiáng)光和低水分條件下能保持高的光合速率［2－3］，因此C4植物往往能夠生存在更為嚴(yán)酷的高溫干旱地區(qū)［4－5］。

干旱缺水是中國西北干旱地區(qū)尤為突出的生態(tài)特征［6］，也是影響植物生長發(fā)育和限制植物分布的最重要的因素之一［7－8］，這主要是因?yàn)楦珊得{迫引起了植物活性氧產(chǎn)生和清除的失衡，以及植物各種代謝過程如光合作用的紊亂。荒漠植物由于長期生存在干旱環(huán)境，形成了一套抗氧化系統(tǒng)來保護(hù)其免受氧化損傷［9］。超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化氫酶（CAT）和過氧化物酶（POD）是植物體內(nèi)重要的活性氧的酶促清除系統(tǒng)。雖然許多研究已證實(shí)SODPOD－CAT 系統(tǒng)起到了防御氧化脅迫，保護(hù)植物細(xì)胞的作用［10－12］，脅迫處理下植物生理抗逆性與植物抗氧化酶活力密切相關(guān)［14］。但是，Cavalcanti等［13］研究表明豇豆在鹽脅迫下這3種酶并沒有在氧化脅迫中起到保護(hù)作用；周瑞蓮等研究表明沙米、歐亞旋覆花、蘆葦屬于無需抗氧化酶保護(hù)的沙生植物抗逆類型，在脅迫條件下抗氧化酶系統(tǒng)耐受力差而活力下降，但它們通過其他途徑來抵御逆境脅迫，如沙米、歐亞旋覆花在干旱到來時快速完成生活史［14］；也有研究表明POD 在干旱脅迫中并沒有起到積極的作用［9，15，16］。

植物光合作用對環(huán)境因子的變化高度敏感，植物受到干旱脅迫時光合作用被限制，凈光合速率下降［11］，其原因包括氣孔因素和非氣孔因素［17］。非氣孔因素包括葉綠體結(jié)構(gòu)發(fā)生變化、抗氧化酶活性和光合特征酶活性的下降等。PEPC、NADP－ME 和NAD－ME是C4植物光合作用碳代謝過程中的關(guān)鍵酶，但學(xué)者們關(guān)于它們對逆境脅迫的響應(yīng)有不同的觀 點(diǎn)。C4－NADP－ME 型 非 洲 狗 尾 草（Setaria sphacelata），隨著干旱脅迫加劇PEPC 活性緩慢增加，而NADP－ME活性下降［18］；C4－NADP－ME 型甘蔗屬（Saccharum sp．）植物的PEPC 和NADP－ME活性隨著干旱脅迫加劇均出現(xiàn)不同程度的下降［19］；C4－NADP－ME型玉米的PEPC 和NADP－ME 活性幾乎不受干旱脅迫的影響［20－21］；隨著干旱脅迫加劇，C4－PEPCK 型結(jié)縷草（Zoysia japonica）的PEPC 活性增加，而NADP－ME 和NAD－ME 活性基本沒有變化，C4－NAD－ME 型 狗 牙 根（Cynodon dactylon）隨著干旱脅迫加劇PEPC 活性和NAD－ME 活性有不同程度的增加，而NADP－ME 活性基本沒有變化［22］。

藜科植物中存在大量的C4植物［23］，脫羧類型主要是NADP－ME 和NAD－ME［24－25］。藜科植物多生活在荒漠及鹽堿土地區(qū)［26］，逐漸形成了適應(yīng)旱生的形態(tài)特征和生理機(jī)制［27－28］。因此藜科植物為我們研究不同光合類型C4荒漠植物適應(yīng)干旱環(huán)境的策略提供了很好的機(jī)會。本研究以2種荒漠C4草本植物薔薇豬毛菜（NADP－ME 型）和粗枝豬毛菜（NAD－ME型）［25］為對象，采用盆栽控水試驗(yàn)，測定2種C4植物在3種不同程度干旱脅迫下葉片含水量、C4光 合 作 用 特 征 酶（PEPC、NADP－ME 和NAD－ME）活性、丙二醛（MDA）含量以及抗氧化酶（SOD、POD 和CAT）活性的變化，旨在探討2種C4植物在干旱脅迫下C4光合特征酶的響應(yīng)特點(diǎn)和抗氧化脅迫能力，為理解不同類型C4荒漠植物適應(yīng)干旱逆境的生理生化機(jī)制提供一定的理論依據(jù)。

1 材料和方法

1．1 試驗(yàn)材料與水分控制

供試材料薔薇豬毛菜和粗枝豬毛菜的種子于2013年9月采自新疆烏魯木齊烈士陵園后山，4 ℃條件下保存。試驗(yàn)所用塑料盆規(guī)格為30cm（高）×26cm（內(nèi)徑），盆栽土壤采用3∶1（v∶v）混合的基質(zhì)土與沙土（取自古爾班通古特沙漠），田間持水量為24．5%。試驗(yàn)于2014年在中國科學(xué)院新疆生態(tài)與地理研究所進(jìn)行，在4月份將供試材料的種子在室外播種，采取自然光照，盆栽苗上方設(shè)防雨棚，并對植物進(jìn)行正常水分管理，確保植物植株生長良好。正式水分脅迫處理前1周進(jìn)行定苗，每盆保留3株。

待試驗(yàn)材料長至為10～12周，開始進(jìn)行干旱脅迫試驗(yàn)。試驗(yàn)共設(shè)4個土壤水分處理，分別為田間持水量的80%（正常，CK）、60%（輕度干旱脅迫，T1）、45%（中度干旱脅迫，T2）和35%（重度干旱脅迫，T3），每處理重復(fù)3次。正式處理期間，每天用稱重法補(bǔ)充損失的水分，使其維持在各預(yù)定脅迫條件，處理5d后于2014年8月2日上午11：00收集植株健康葉片，除部分葉片（用于葉片含水量的測定）立即拿回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行處理外，其余葉片凍存于液氮中用于各項(xiàng)生理指標(biāo)的測定。每一取樣3次重復(fù)。

1．2 測定指標(biāo)及方法

1．2．1 葉片含水量 取一定量的鮮葉，用電子天平稱取鮮重，然后放入105 ℃的烘箱內(nèi)烘10～20 min，再于80 ℃下烘8h，待達(dá)到恒重時，取出冷卻，稱其干重，鮮重與干重之差與鮮重之比的百分?jǐn)?shù)即為葉片含水量。重復(fù)3次測定。

1．2．2 葉片C4光合特征酶活性 酶的提取按Voznesenskaya等［29］的方法稍微改進(jìn)。取0．3g葉片樣品（鮮重）加少量的石英砂和2．0 mL 預(yù)冷的100mmol·L－1Tris－HCl緩沖液（內(nèi)含5%甘油、1%聚乙烯吡咯烷酮（PVP）、1 mmol·L－1EDTA、10mmol·L－1巰基乙醇，pH 7．8），在冰浴上迅速研磨成勻漿，4 ℃、15 000g下離心15min，取上清液待測。

PEPC活性的測定用酶偶聯(lián)法。反應(yīng)體系為1 mL，反應(yīng)混合液包含50 mmol·L－1Tris－HCl（pH 7．8）、10 mmol·LMgCl2、0．25 mmol·LEDTA、5．0 mmol·L－1NaHCO3、2．0 mmol·L－1DTT、4U MDH、0．1 mmol·L－1NADH 和2．0 mmol·L－1PEP，用酶液啟動反應(yīng)。以PEP的加入開始計時，用紫外分光光度計記錄340 nm 處NADH 光密度變化，計算PEPC 的活性［29］。重復(fù)3次測定。

NADP－ME、NAD－ME 活 性 測 定 反 應(yīng) 體 系1 mL，反應(yīng)混合液包含2．5mmol·L－1Tris－HCl（pH 8．3）、0．5mmol·L－1EDTA、2．5mmol·L－1蘋果酸、粗 酶 提 取 液、0．25 mmol·L－1NADP 或2．0 mmol·L－1NAD 和0．7 μmol·L－15 輔 酶A。NAD－ME、NADP－ME 均用5．0 mmol·L－1MnCl2啟動反應(yīng)。以粗酶液的加入開始計時，每分鐘光密度下降0．01為一個酶活單位，測定波長340nm 處光密度的變化，分別計算NAD－ME、NADP－ME 的活性［29，30］。每個指標(biāo)均重復(fù)3次。

1．2．3 葉片抗氧化酶活性和丙二醛含量 酶液制備時，取葉片鮮重0．5g，加少量石英砂和5 mL 預(yù)冷的磷酸緩沖液（0．05mol·L－1，pH＝7．8）冰浴研磨，雙層紗布過濾，4 ℃、15 000g下離心15min，上清液轉(zhuǎn)入10mL刻度試管中定容，于冰箱中保存?zhèn)溆?。SOD 活性用氮藍(lán)四唑法測定，以抑制NBT 光化學(xué)還原的50%為一個酶活性單位（U）；POD 活性采用愈創(chuàng)木酚法測定，以每分鐘內(nèi)470nm 下的光密度（A470）變化0．10為一個酶活性單位（U）；CAT活性采用紫外吸收法測定，以1min內(nèi)A240降低0．1為一個酶活性單位（U）；MDA 含量的測定采用雙組分光光度法［31－32］。

1．3 數(shù)據(jù)處理

使用SPSS 19．0軟件，對同種植物不同處理間的數(shù)據(jù)進(jìn)行單因素分析（one－way ANOVA）和多重比較（LSD）。

2 結(jié)果與分析

2．1 干旱脅迫對葉片含水量的影響

隨著干旱脅迫的加劇，2種C4植物葉片含水量呈現(xiàn)一致的逐漸下降的變化趨勢（圖1）。其中，與對照相比，薔薇豬毛菜和粗枝豬毛菜葉片含水量在輕度干旱脅迫下受到的影響不大，在中度干旱脅迫下分別顯著下降了21．8%和22．1%（P＜0．05），在重度干旱脅迫下分別顯著下降了42．1%和41．5%?？梢姡卸群椭囟雀珊得{迫顯著降低了薔薇豬毛菜和粗枝豬毛菜葉片含水量。

圖1 水分脅迫下2種C4 植物葉片含水量的變化CK、T1、T2 和T3 分別表示對照、輕度、中度和重度干旱脅迫處理；不同小寫字母表示種內(nèi)處理間在0．05水平存在顯著性差異；每個值是平均值±標(biāo)準(zhǔn)差；下同F(xiàn)ig．1 Changes of leaf water contents of two C4plants under soil drought stress CK，T1，T2and T3stand for control，mild drought stress，moderate drought stress，and severe drought stress；The normal letters indicate significant difference among intraspecific treatments；Value＝Mean±SD；The same as below

2．2 干旱脅迫對葉片C4 光合特征酶活性的影響

由圖2，A 可以看出，以單位葉綠素表示酶活性時，薔薇豬毛菜和粗枝豬毛菜PEPC 活性均隨干旱脅迫的加劇先緩慢增加，并在中度干旱脅迫達(dá)到最大值，然后在重度干旱脅迫急劇下降。其中，薔薇豬毛菜和粗枝豬毛菜PEPC酶活性在中度干旱脅迫下分別比對照升高3．9%和3．2%，在重度干旱脅迫下則分別比對照顯著降低27．2%和21．6%，而輕度干旱脅迫與對照、中度干旱脅迫之間差異均不顯著。可見，在一定程度干旱脅迫下，2 種C4植物葉片PEPC活性均增加，這可能是荒漠C4植物適應(yīng)干旱的一種策略。

圖2，B 顯 示，C4－NADP－ME 型 的 薔 薇 豬 毛 菜NADP－ME活性隨干旱脅迫程度的增加而逐漸下降；與對照相比，輕度干旱脅迫對NADP－ME 活性的影響不顯著，而中度和重度干旱脅迫則使NADPME活性分別顯著下降了21．4%和49．1%。而對于C4－NAD－ME 型的粗枝豬毛菜來講，其NADPME活性在充足水分條件（CK）下就非常低，僅有22．55μmol·mg－1·h－1，遠(yuǎn)低于同等條件下的薔薇豬毛菜（244．79μmol·mg－1·h－1）；隨干旱脅迫程度的加劇，粗枝豬毛菜NADP－ME 的活性變化不大，對照與各個干旱脅迫處理之間差異均不顯著，也明顯低于同樣處理下的薔薇豬毛菜。

圖2 水分脅迫下2種C4 植物葉片磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶（PEPC）、NADP－蘋果酸酶（NADP－ME）和NAD－蘋果酸酶（NAD－ME）活性的變化Fig．2 Changes of phosphoenolpyruvate carboxylase（PEPC），NADP－malic enzyme（NADP－ME），and NAD－malic enzyme（NAD－ME）activities and malondialdehyde（MDA）contents of two C4plants under soil drought stress

圖2，C顯示，粗枝豬毛菜NAD－ME活性隨干旱脅迫的加劇先增加后降低，對照以及各個干旱脅迫處理之間差異均顯著；與對照相比，其NAD－ME活性在輕度和中度干旱脅迫下分別顯著增加13．3%和25．8%，在重度干旱脅迫下則顯著降低了21．4%。對于C4－NADP－ME型的薔薇豬毛菜來講，其NADME活性在對照就非常低，僅有14．41μmol·mg－1·h－1，是同樣條件下粗枝豬毛菜NAD－ME 活性（86．45μmol·mg－1·h－1）的16．7%；干旱脅迫對薔薇豬毛菜NAD－ME 的活性影響不大，其活性在對照與各個干旱脅迫處理之間差異均不顯著，也明顯低于同樣處理下的粗枝豬毛菜（圖2，C）。以上結(jié)果說明不同光合類型C4植物葉片脫羧酶（NADPME 和NAD－ME）對干旱脅迫的響應(yīng)有明顯的差異。

2．3 干旱脅迫對葉片抗氧化酶活性和丙二醛含量的影響

兩種C4植物葉片SOD 活性隨干旱脅迫加劇呈逐漸下降趨勢（圖3，A）。其中，薔薇豬毛菜葉片SOD 活性隨干旱脅迫的加劇先緩慢下降然后快速下降，輕度干旱脅迫處理與對照之間差異不顯著，而中度和重度干旱脅迫處理分別比對照顯著下降了13．7%和49．3%（P＜0．05）；粗枝豬毛菜葉片SOD活性隨干旱脅迫加劇先快速下降后緩慢下降，輕度、中度和重度干旱脅迫處理分別比對照顯著下降了15．9%、34．9%和42．7%，而中度與重度干旱脅迫處理之間差異不顯著。可見兩種C4植物葉片中SOD在干旱脅迫下并沒有起到積極的抗氧化保護(hù)作用。

圖3 水分脅迫下2種C4 植物葉片超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化物酶（POD）及過氧化氫酶（CAT）活性和丙二醛（MDA）含量的變化Fig．3 Changes of superoxide dismutase（SOD），peroxidase（POD），and catalase（CAT）activities and malondialdehyde（MDA）contents of two C4plants under soil drought stress

同時，2種C4植物葉片POD 活性隨干旱脅迫加劇呈先增加后下降趨勢，且始終顯著高于對照（圖3，B）。其中，薔薇豬毛菜葉片POD 活性在中度干旱脅迫達(dá)到最大值，顯著高于重度干旱脅迫，而與輕度脅迫無顯著差異；POD 活性在輕度、中度和重度干旱脅迫下分別比對照顯著增加了33．8%、36．0%和13．6%。而粗枝豬毛菜葉片POD 活性在輕度干旱脅迫下即達(dá)到最大值，顯著高于中度與重度干旱脅迫處理，而后兩者之間差異不顯著；與對照相比，POD 活性在輕度、中度和重度干旱脅迫下分別顯著增加了42．4%、28．5%和11．7%（P＜0．05）。以上結(jié)果說明POD 對干旱脅迫反應(yīng)敏感，是這2種C4植物適應(yīng)干旱脅迫的主要抗氧化酶。

此外，薔薇豬毛菜葉片CAT 活性隨干旱脅迫的加劇先增加后下降（圖3，C），并在輕度干旱脅迫達(dá)到最大值，在重度脅迫下又降至對照水平，輕度與中度脅迫之間差異不顯著，但均顯著高于對照和重度脅迫處理，重度干旱脅迫與對照差異不顯著；與對照相比，CAT 活性在輕度和中度干旱脅迫下分別顯著增加了38．4%和26．6%，在重度干旱脅迫下則下降了10．1%。與薔薇豬毛菜表現(xiàn)不同，粗枝豬毛菜葉片CAT 活性隨干旱脅迫加劇先降低后增加（圖3，C），并在輕度干旱脅迫達(dá)到最低值（22．38 U·mg－1·min－1），比對照下降了7．7%，而在重度干旱脅迫（T3）下 達(dá) 到 最 大 值（32．67 U·mg－1·min－1），比對照增加了34．8%，但輕度、中度干旱脅迫處理的CAT 活性均與對照差異不顯著。可見粗枝豬毛菜葉片CAT 在防御干旱引起的氧化脅迫中起到了顯著保護(hù)作用，而薔薇豬毛菜葉片CAT 在重度干旱脅迫下沒有起到積極保護(hù)作用。

薔薇豬毛菜葉片MDA 含量隨干旱脅迫加劇先降低后增加再降低（圖3，D），并在輕度干旱脅迫達(dá)到最低值（4．30 U·mg－1），與對照相比下降了4．4%但未達(dá)到顯著水平（P＞0．05），而在中度干旱脅迫達(dá)到最大值（6．94U·mg－1），與對照相比顯著增加了54．4%。與薔薇豬毛菜稍有不同，粗枝豬毛菜葉片MDA 含量隨干旱脅迫加劇呈先增加后降低趨勢，但輕度干旱脅迫對MDA 含量影響不顯著；與對照相比，輕度、中度和重度干旱處理葉片MDA 含量分別增加了4．4%、58．9%和20．0%。以上結(jié)果說明中度和重度干旱脅迫均引起了2種植物葉片中顯著的氧化脅迫。

3 討 論

C4植物在葉肉細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)中由PEPC 催化羧化反應(yīng)形成草酰乙酸，PEPC 參與植物的光合碳固定以及三羧酸循環(huán)的碳回補(bǔ)功能［33］。本研究中2種C4植物葉片PEPC 活性隨干旱脅迫程度的加劇先緩慢增加，在中度干旱脅迫達(dá)到最大值，然后在重度干旱脅迫時急劇下降，這與干旱脅迫下C4－NADP－ME型非洲狗尾草［18］、C4－NAD－ME 型狗牙根 和C4－PEPCK 型 結(jié) 縷 草［22］葉 片PEPC 活 性 變 化趨勢類似。在輕度和中度干旱脅迫下，葉片PEPC活性的增加，可能來源于基因轉(zhuǎn)錄水平增加、蛋白合成增加或僅僅是來源于蛋白磷酸化水平的增加［34］。在一定程度干旱脅迫下，薔薇豬毛菜和粗枝豬毛菜葉片PEPC活性的增加可能是荒漠C4植物適應(yīng)干旱的一種策略，即干旱脅迫引起氣孔關(guān)閉造成CO2供應(yīng)減少，為了保障光合碳同化代謝過程的正常進(jìn)行，植物體通過提高PEPC酶的活性，從而使葉肉細(xì)胞內(nèi)維持一定的CO2羧化速率［22］。

蘋果酸酶（NADP－ME 和NAD－ME）催化蘋果酸氧化脫羧生成丙酮酸和CO2，是光合作用過程的重要酶。在本實(shí)驗(yàn)的對照以及各個干旱脅迫處理中，C4－NADP－ME 型薔薇豬毛菜葉片內(nèi)NAD－ME活性和C4－NAD－ME 型粗枝豬毛菜葉片內(nèi)NADPME活性都很低，并且它們基本不受干旱脅迫的影響，這與以前的報道研究一致［22］。薔薇豬毛菜NADP－ME活性隨干旱脅迫程度的增加而下降，這與干旱脅迫下C4－NADP－ME型非洲狗尾草［18］和甘蔗屬［19］葉片NADP－ME活性的變化趨勢一致，這可能是干旱脅迫下蛋白水解作用或表達(dá)下調(diào)引起的［13］。粗枝豬毛菜NAD－ME活性隨干旱脅迫程度的增加先增加后降低，這與干旱脅迫下C4－NADME型狗牙根葉片的NAD－ME 活性的變化趨勢相似［22］，這可能是由于干旱脅迫造成氣孔吸收CO2的能力減弱，為了維持光合暗反應(yīng)的正常進(jìn)行，植物體可能是通過提高NAD－ME 的活性，加強(qiáng)CO2的傳遞與固定，用于補(bǔ)償干旱脅迫造成的暗反應(yīng)中的不足。在重度干旱脅迫下，粗枝豬毛菜NAD－ME 活性大幅度下降，這可能是葉片含水量大幅度的下降造成蛋白降解、失活或是腺苷酸鹽水平或NADH／NAD＋比率的改變引起的［35］。

植物在受到干旱脅迫時，細(xì)胞體內(nèi)會產(chǎn)生大量的活性氧（如O2、H2O2）和膜脂過氧化物，導(dǎo)致膜脂過氧化水平提高，膜脂成分改變和膜的透性增加。SOD、POD、CAT 是植物體內(nèi)重要的活性氧的酶促清除系統(tǒng)成員，可以防御和減少活性氧對植物體的毒害［1］。SOD 主要負(fù)責(zé)清除體內(nèi)的超氧陰離子自由基，從而減輕超氧陰離子對植物體的傷害作用。本研究發(fā)現(xiàn)隨著干旱脅迫加劇兩種C4植物葉片SOD 活性呈下降趨勢，這與干旱脅迫下3種油料作物絹毛相思（Acacia holosericea）、洋紫荊（Bauhinia variegata）和鐵刀木（Cassia siamea）葉片SOD 活性的變化趨勢一致［36］，但與在其他荒漠植物中的研究有所不同，如紅砂葉片SOD 活性隨著干旱脅迫的增加而增加［9］，花棒葉片中SOD 活性隨水分脅迫程度的增強(qiáng)先顯著升高后降低［37］。本研究中2種C4植物葉片SOD 活性隨干旱脅迫加劇而降低，表明這2種C4植物在抵御干旱脅迫引起的氧化脅迫方面，SOD 并沒有起到積極的作用，可能是輔助其他抗氧化劑如抗壞血酸等來清除超氧陰離子自由基［16］。

POD 和CAT 是清除植物細(xì)胞內(nèi)H2O2的重要氧化酶類。2種C4植物葉片的POD 活性隨著干旱脅迫的加強(qiáng)先顯著增加后降低，但其在重度干旱脅迫下仍顯著高于對照，表明POD 對干旱脅迫反應(yīng)敏感，在防御氧化損傷中起到顯著的保護(hù)作用，是這2種C4植物適應(yīng)干旱脅迫的主要抗氧化酶，這與前人研 究略有不同。如油蒿［15］和 紅 砂［9］葉 片POD 的 活性也隨著干旱脅迫增強(qiáng)呈先增加后降低的趨勢，但是重度脅迫下該酶的活性均低于對照，推測在重度脅迫下POD 可能主要是參與了細(xì)胞壁成分的生物合成和木質(zhì)化而非保護(hù)植物組織免受H2O2的毒害［9，15］。2種C4植物CAT 對干旱脅迫具有不同的響應(yīng)特征，薔薇豬毛菜CAT 活性隨著干旱脅迫的加強(qiáng)先顯著增加后降低，重度干旱脅迫下比對照下降了10．1%，表明在輕度和中度干旱脅迫下薔薇豬毛菜葉片CAT 在清除H2O2時起到主要作用，而在重度干旱脅迫下清除H2O2的能力顯著下降。粗枝豬毛菜CAT 活性隨著干旱脅迫的加劇先降低后升高，在輕度和重度干旱脅迫下比對照分別下降7．7%和升高34．8%。CAT 活性在輕度脅迫下降低，可能是植物的一種避旱反應(yīng)，這在牛心樸子幼苗干旱脅迫研究中也有類似報道［10］，在中度和重度干旱脅迫下粗枝豬毛菜葉片CAT 在清除H2O2時起到重要作用，尤其是在重度干旱脅迫下該酶清除H2O2的能力顯著提高。

MDA 是膜脂過氧化的主要指標(biāo)，用來表示細(xì)胞膜脂過氧化程度。本研究中2種C4植物輕度干旱脅迫下的MDA 含量與對照差異不顯著，雖然此時薔薇豬毛菜葉片MDA 含量比對照有輕微下降，而粗枝豬毛菜葉片MDA 略有上升，但總體上顯示在干旱脅迫較輕時，植物抗氧化酶系統(tǒng)對膜脂過氧化起到了一定的防御和減少其傷害作用。2 種C4植物葉片的MDA含量在中度和重度干旱脅迫下都比對照顯著提高，并且重度干旱脅迫的MDA 含量顯著低于中度干旱脅迫，說明2種C4植物在干旱脅迫加劇時都表現(xiàn)出極強(qiáng)的抗氧化能力，這在其他荒漠植物如梭梭、沙拐棗［16］和紅砂［9］中也有類似報道。

綜上所述，2種光合類型C4荒漠植物薔薇豬毛菜和粗枝豬毛菜葉片C4光合特征酶和抗氧化酶對干旱脅迫的響應(yīng)方面，既有相似之處，表現(xiàn)在一定程度干旱脅迫下，它們的PEPC活性均有增加；SOD 并沒有起到積極的抗氧化保護(hù)作用；POD是這2種C4植物適應(yīng)干旱脅迫的主要抗氧化酶；又有不同之處，表現(xiàn)在不同光合類型C4植物葉片脫羧酶（NADP－ME和NAD－ME）對干旱脅迫的響應(yīng)有明顯的差異；粗枝豬毛菜葉片CAT 在防御干旱引起的氧化脅迫中起到了顯著保護(hù)作用，而薔薇豬毛菜葉片CAT 在重度干旱脅迫下沒有起到積極保護(hù)作用。

相比于C4－NADP－ME 型的薔薇豬毛菜來說，在一定程度干旱脅迫下，C4－NAD－ME 型粗枝豬毛菜葉片光合特征酶尤其是脫羧酶NAD－ME 活性顯著增加。植物體可能是通過提高NAD－ME 的活性，加強(qiáng)CO2的傳遞與固定，用于補(bǔ)償干旱脅迫造成的暗反應(yīng)中的不足［22］；同時粗枝豬毛菜葉片CAT 在防御干旱特別是重度干旱引起的氧化脅迫中起到了顯著保護(hù)作用，這些可能都是C4－NADME型比C4－NADP－ME型更能耐受干旱脅迫［38］的原因之一。本研究主要從2種光合類型C4荒漠植物下游的生理性狀對干旱脅迫的響應(yīng)上進(jìn)行初探，為進(jìn)一步篩選造成這些性狀差異的關(guān)鍵上游功能基因，深入探究不同類型C4荒漠植物適應(yīng)干旱逆境的機(jī)制提供資料。

致謝：感謝中國科學(xué)院新疆生態(tài)與地理研究所買文選博士在試驗(yàn)設(shè)計中提供的指導(dǎo)，以及中國科學(xué)院新疆生態(tài)與地理研究所研究生徐喆、張杰和李巖博士在樣品采集中給予的幫助。

［1］ 武維華．植物生理學(xué)（第2版）［M］．北京：科學(xué)出版社，2008：171－190，446－456．

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