氧化胁迫

氧化胁迫（共7篇）

氧化胁迫 篇1

多环芳烃 (PAHs) 是一类对生态环境有严重影响的持久性有机污染物, 由于其化学结构稳定、容易沿食物链富集且其中有相当一部分具有强的致癌性和遗传、免疫抑制毒性[1,2,3], 因此被国际社会列为优先监测和重点控制的污染物。海洋环境中的PAHs大多来源于近岸陆源排污和能源利用过程, 而近年来海上原油生产和沿海石化工业的发展以及各种泄漏事故造成近岸海域及沉积物中的PAHs浓度不断升高, 对海岸带生物类群构成了严重威胁, 有文献记录中国海域海洋贝类对石油烃的富集系数可达1.4×103[4], 马继臻等[5]调查了东海沿岸9个区域石油烃对6种贝类的污染情况, 结果显示贝类体内石油烃质量分数为1.28~37.6 mg·kg-1 (湿质量) , 平均为10.78 mg·kg-1, 苗晶晶等[6]发现10μg·L-1的苯并芘会对栉孔扇贝 (Chlamys Farreri) 的鳃和消化盲囊造成严重损伤, 王清等[7]发现苯并芘胁迫会显著提高文蛤 (Meretrix meretrix) 血细胞的死亡率, 丁鉴峰等[8]指出自然海区的石油烃污染物显著诱导了菲律宾蛤仔 (Ruditapes philippinarum) 体内的谷胱甘肽表达, 表现了较强的免疫毒性。国外科学家发现PAHs的遗传毒性体现在可以共价结合并破坏水生生物的DNA[9,10]。科学界一般认为, 3个及以上苯环稠和形成的PAHs才具有较高的环境风险, 对海洋生物的潜在危害较大[11,12,13], 因此目前的关注点大多集中于三环以上的PAHs, 而对三环以下PAHs的生物毒性研究较少。萘是由2个苯环构成的最简单的PAHs, 在化学工业中应用非常广泛, 但其致毒作用长久以来未得到重视, 特别是萘对海洋生物的毒性研究至今鲜见报道, 因此开展萘的生态毒理学研究具有十分重要的现实意义。

PAHs进入生物体以后会发生代谢转化, 产生一系列中间产物和活性氧自由基, 对生物体施加氧化胁迫并造成损伤。组织的抗氧化酶系统构成了抵御活性氧的第一道防线[14], 超氧化物歧化酶 (SOD) 和过氧化氢酶 (CAT) 是保护细胞免受氧化损伤的关键酶, 分别在清除O2-和H2O2方面起重要作用, 二者虽然存在于细胞的不同部位, 但均具有易受诱导、广谱表达的特性;碱性磷酸酶 (AKP) 是生物体内一种重要的水解酶, 主要参与磷元素代谢, 但近年来其在指示氧化胁迫方面的应用逐渐得到研究者认可;丙二醛 (MDA) 是膜质过氧化的主要产物, 其含量高低可直接表征生物膜系统遭受氧化损伤的程度, 是目前应用非常普遍的海洋污染生物监测指标[15]。

环文蛤 (Cyclina sinensis) 是中国近海常见的双壳贝类, 可以作为海岸带环境理想的指示生物。文章以环文蛤作为试验生物, 研究了在不同浓度萘静态暴露条件下环文蛤软体部SOD、CAT、AKP活性和MDA生成量的变化, 探讨萘对环文蛤的致毒机理, 不仅为贝类养殖的环境毒理学研究提供理论基础, 还可为实施PAHs生物监测提供更多的试验证据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

从浙江温州沿海养殖场采集大小均匀、平均壳高为 (4.1±0.2) cm的环文蛤作为试验材料, 以小球藻 (Chlorella vulgaris) 作为饵料在实验室暂养驯化7 d, 期间小球藻投喂密度约1.0×106个·m L-1, 每日投饵2次, 每次200~250 m L。培养基为人工配方海水, 盐度34±1, p H 7.6±0.1, 硝态氮 (NO3-N) 质量浓度为0.31~0.36 mg·L-1、铵态氮 (NH4-N) 质量浓度为0.14~0.17 mg·L-1、亚硝态氮 (NO2-N) 质量浓度为0.008~0.010 mg·L-1、活性磷 (PO4-P) 质量浓度为0.010~0.113 mg·L-1。暂养容器为60 L玻璃培养箱, 每日换水1/2并用软管吸底清除贝类排泄物和沉积藻体, 培养阶段采用连续曝气方式, 水温控制在22~24℃, 采用自然光照。

1.2 目标污染物

萘, 分子式C10H8, 是具有特殊气味的晶体, 不溶于水, 半数致死量 (LD50) =490 mg·kg-1 (大鼠经口) , 属低毒类物质。该试验用萘购自天津市计量监督检测科学研究院 (分析纯) , 以丙酮 (分析纯) 作为助溶剂, 配制1 g·L-1的萘-丙酮溶液作为母液贮藏备用, 正式试验时稀释成相应浓度的工作液使用。

1.3 萘胁迫试验

1.3.1 将驯化好的环文蛤置于预先充分曝气的5 L水槽中培养, 并确定污染物浓度。

每个水槽放置15个环文蛤个体, 培养期间环境条件除不曝气外与1.1所述相同。试验液相体系每日更换, 保持污染物浓度恒定。

1.3.2 根据文献调研和预试验设定该研究的污染物浓度, 设置3个萘浓度梯度, 每个浓度设3个平行, 同时做空白对照 (control) 和最高溶剂对照 (ac-etone control) [16]。

萘的正式试验质量浓度分别为2mg·L-1、8 mg·L-1和32 mg·L-1, 试验周期为15d, 每隔5 d取样一次, 测定环文蛤SOD、CAT、AKP活性和MDA质量摩尔浓度。

1.4 生化标志物测定

分别在第0、第5、第10和第15天从各试验组中随机挑选3个环文蛤, 解剖后取出软体部, 在预冷的生理盐水环境下对软体部进行整体组织破碎[m (软体部) ∶V (生理盐水) =1∶9], 然后在4℃条件下3 000 r·min-1离心10 min, 取上清液测定SOD、CAT、AKP活性和组织可溶性总蛋白、MDA质量摩尔浓度。将每毫克组织蛋白在1 m L反应液中SOD抑制率达50%时所对应的SOD量定义为1个SOD酶活力单位 (U) ;将每毫克组织蛋白每秒钟分解1μmol H2O2的量定义为1个CAT酶活力单位 (U) , 将每克组织蛋白在37℃与基质作用15min产生1 mg酚定义为1个AKP酶活力单位 (U) 。SOD、CAT活性以酶活单位·毫克蛋白-1 (U·mg-1) 表示, AKP活性以酶活单位·克蛋白-1 (U·g-1) 表示, MDA质量摩尔浓度以纳摩尔·毫克蛋白-1 (nmol·mg-1) 表示。所有指标测试方法均参照商品化试剂盒 (购自南京建成生物工程研究所) 说明, 吸光度值使用UV-1240紫外-可见分光光度计测定。

1.5 数据处理

所有的生化指标结果均以平均值±标准误 (±SE) 表示 (n=3) 。使用SPSS 17.0软件进行单因素方差分析 (One-Way ANOVA) 和LSD多重比较检验 (LSD post-hocmultiple comparison tests) 判断不同浓度萘胁迫对生化指标的效应。另外, 借助双变量Pearson相关性分析 (bivariate Pearson correlation analysis) 研究萘胁迫与生化指标之间的相关性。

2 结果与分析

分析结果显示, 空白对照和最高溶剂对照之间的差异不显著 (P>0.05) , 说明以丙酮作为助溶剂合适, 不会对试验结果的有效性造成干扰, 试验效应由萘的作用产生。试验结束前, 萘质量浓度为32 mg·L-1的处理组中环文蛤陆续全部死亡, 表明32 mg·L-1的萘对环文蛤有很强的致死效应。由于死亡个体的生化标志物无实际意义, 因此缺失第15天时32 mg·L-1浓度组的测定数据。

2.1 萘对SOD活性变化的影响

多数处理组的SOD活性显著高于对照组 (图1-a) , 表明萘胁迫对SOD有较强的诱导表达作用, 且胁迫时间越长SOD活性越强。第5天时各污染物处理组间的SOD活性差异不显著 (P>0.05) , 说明萘胁迫对SOD的诱导具有一定的时滞性;第10天时SOD活性随萘质量浓度升高而显著增强 (P<0.05) , 32 mg·L-1组的SOD活性分别是2 mg·L-1组和8 mg·L-1组的1.63倍和1.22倍;至第15天时SOD诱导率达到峰值, 但是活性却与萘的质量浓度呈现相反变化, 此时8 mg·L-1组的SOD活性仅为2 mg·L-1组的44%。

2.2 萘对CAT活性变化的影响

CAT也是生物体内一种关键的氧化防御酶, 但在该研究中CAT的诱导活性远低于SOD, 整个试验过程中CAT活性水平仅为SOD的2%~8.2%。试验中CAT活性随暴露时间延长表现出升高-降低-升高的变化趋势, 而且存在低浓度促进诱导高浓度抑制表达的现象 (图1-b) 。第5天时CAT活性与萘质量浓度呈显著的负向变化 (P<0.05) , 2 mg·L-1组分别为是8 mg·L-1组和32 mg·L-1组的2.67倍和6.4倍, 但是随着试验的继续CAT水平锐减;至第10天时CAT活性降至第5天时的13%~60%, 此后CAT活性逐渐回升;第15天时已恢复到接近第5天时的水平, 但是2 mg·L-1组显著高于8 mg·L-1组 (P<0.05) 。

2.3 萘对AKP活性变化的影响

环文蛤AKP活性随萘胁迫时间延长表现出先升高后降低的趋势。第5天时活性水平显著高于第10和第15天 (P<0.05) , 其中8 mg·L-1组AKP活性达到试验期峰值, 分别为2 mg·L-1组和32 mg·L-1组的2.25倍和2.34倍, 此后各处理组活性急剧下降且组间差异不显著 (P>0.05) ;第10天时各组AKP活性仅为第5天时的4.1%, 从第10至第15天AKP一直保持低水平稳态 (图1-c) 。

2.4 萘对MDA生成量变化的影响

MDA是细胞膜质过氧化的产物, 反映细胞氧化损伤的程度。试验前期组织生成的MDA极少且各处理组间无显著差异 (P>0.05) , 表明萘未对细胞膜结构造成严重破坏, 随着时间推移, 萘的毒害作用逐渐显现, 第10天时各处理组的MDA生成量达到峰值, 分别为第5天时各组的12~15倍, 随后组织MDA急剧减少;第15天时下降到接近第5天时的水平 (图1-d) 。

3 讨论

3.1 生化指标的变化规律探讨

隋亚栋[17]发现蒽对菲律宾蛤仔的SOD、CAT活力影响存在一个随暴露时间延长先诱导后抑制的过程, 而该研究中SOD活性随暴露时间延长活性持续增强, CAT活力表现升高-降低-升高的变化趋势, 这可能与不同物种抗氧化酶的诱导表达模式和污染物的化学结构及毒性差异有关。PAHs刺激生物体合成AKP的研究报道较少, 黄周英等[18]指出痕量 (10 ng·L-1) 三丁基锡不影响文蛤AKP活性表达, 余群等[19]发现硒 (Se4+) 浓度在高于和低于12.5 mmol·L-1时对华贵栉孔扇贝 (Chlamys nobilis) AKP分别产生激活和抑制作用, 这与Se4+和AKP相互作用影响酶分子空间构象有关。这些结果虽与该研究中AKP先诱导后抑制的变化趋势不尽相同, 但也说明了不同物种间AKP的诱导变化存在很大差异。该试验结果显示, 环文蛤MDA水平先升高后降低, 表明膜结构的受损程度先升后降, 暗示生物体抵御氧化胁迫的过程具有一定的时滞性, 这与其他学者的结论有所不同[20,21], 可能是因为生物体的保护机制存在种间差异。

PAHs进入生物体会转化生成一系列的中间活化产物和活性氧自由基, 对细胞、组织施加氧化胁迫, 然后诱导体内的防御酶类特别是抗氧化酶表达, 此过程虽然存在普遍性, 但不同污染物对不同物种抗氧化酶的诱导效应却千差万别, 同时污染物发挥毒性作用取决于暴露的强度和时间, 也取决于生物种类的敏感性[22], 这暗示存在着目标生物-污染物-生化指标的映射路径。

3.2 生化指标间的相关性分析

为探究生化指标间的变化规律, 进行了双变量的Pearson相关分析, 结果见表1。

SOD和CAT是保护细胞免受氧化损伤并获得组织抗性的关键酶, 分别在清除氧离子 (O2-) 和过氧化氢 (H2O2) 方面起重要作用。在该研究中SOD和CAT在受到萘诱导后活性激增, 而且在整个试验周期内都维持了高水平, 虽然表达规律和表达量不尽一致但是却呈现协同作用 (R=0.439, P<0.01) , 说明2种酶在环文蛤应对氧化胁迫的过程中发挥了基本一致的功能;AKP主要在生物体磷酸基团转移和代谢过程中发挥作用, 是细胞免疫系统的重要组分, 试验中AKP在5 d内呈高活性状态, 起到了重要的免疫功能, 而5 d后活性锐减至较低水平且与SOD的诱导活性表现拮抗关系 (R=-0.571, P<0.01) , 表明AKP与SOD之间存在着作用时间和功能效应的差异, 暗示环文蛤的组织抗性相较于免疫活性可能在抵御氧化胁迫的过程中发挥更为重要的作用;MDA是脂质过氧化的产物, 表征了细胞膜系统氧化损伤的程度, 该研究中AKP和CAT活性均与MDA生成量负相关 (R=-0.490, P<0.01) , 说明这2种酶能有效中和活性氧, 降低细胞MDA生成, 保护细胞膜结构的完整性, 同时暗示两者在抑制膜质过氧化方面可能有相近的作用位点和作用机制。

注:**.差异极显著Note:**.very significant difference

3.3 PAHs的生态风险和对人体健康的影响

该研究发现一定质量浓度的萘 (32 mg·L-1) 对环文蛤有强致死效应, 说明萘在环境中具有较高的潜在风险, 而目前有研究表明食用海产品是人体摄入PAHs的主要途径之一[23], 因此开展海洋生物体PAHs残留的人体暴露风险评价具有十分重要的现实意义。目前该领域的研究成果较为分散, 主要原因就是尚未建立PAHs污染物的标准分析方法和健康风险的普适评价体系, 使已有工作有较大的异质化差别, 很难进行纵向和横向比较。因此针对以上问题, 有必要继续深入探索以健全生物体PAHs监测和人体暴露风险评价体系, 并在毒性试验基础上开展医学范畴的临床研究和流行病学调查, 以便更合理、有效地评估PAHs对环境、生物和人体健康的影响。

4 展望

化学物质对生物的毒性作用具有高度复杂性, 要想全面、深入地阐释污染物的毒性效应和生物体的响应机理, 分子水平的研究不可或缺, 因此十分有必要在测定生化指标基础上开展污染物的分子生态毒理学研究。目前已有不少学者从事这方面的工作, 国外有人尝试使用单细胞凝胶电泳技术 (彗星试验) 检测多环芳烃和多氯联苯对生活在英吉利海峡的比目鱼遗传物质的损伤效应[24], 也有专家使用放射性32P (磷) 后标记技术研究苯并芘对紫贻贝 (Mytilus edulis) 细胞DNA加合物形成的影响[25], MCCLAIN等[26]研究了苯并芘暴露24 h后虹鳟 (Oncorhynchus mykiss) CYP1A1基因的诱导表达, 还有学者发现苯并芘、多氯联苯1254和二氧芑能够诱发欧洲鳗鲡 (Anguilla anguilla) 体内红细胞的DNA双链断裂和细胞程序化死亡 (programmed cell death) [27]。靳永轩等[28]借助实时定量PCR技术研究了石油烃暴露对栉孔扇贝CYP4基因表达的作用, 畅悦等[29]利用基因芯片技术研究了嗜热四膜虫 (Tetrahymena thermophila) 在3种环境激素类污染物 (二氯二苯三氯乙烷、三丁基锡、2378-四氯二苯并二噁英) 胁迫下的基因组表达谱和功能网络, 这些成果也为该试验的后续研究提供了借鉴。

氧化胁迫 篇2

盐胁迫对沙枣幼苗抗氧化酶活性和膜脂过氧化的影响

采用NaCl模拟盐胁迫处理沙枣幼苗,测定了超氧化物岐化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)、过氧化物酶(POD)活性和丙二醛(MDA)含量的变化.结果表明:在盐胁迫下,沙枣幼苗的SOD活性呈现出降-升-降的趋势,在NaCl浓度为2.0%时,出现活性高峰;随着盐浓度的增加,SOD活性下降;当NaCl浓度达到4.0%时,其活性低于对照.POD活性呈现出先上升后下降的趋势,NaCl浓度为2.0%时,POD活性达到最大值.CAT活性的`变化趋势与POD相似.随着NaCl浓度的增加,MAD的含量开始下降;当盐浓度为0.4%时,MDA含量最低;随后,MDA含量上升.这说明,在一定程度的盐胁迫下,沙枣幼苗通过提高抗氧化酶活性和降低膜脂过氧化来减轻活性氧对植物细胞的损伤.

作 者：彭立新 周黎君 冯涛 李慧 阎国荣 PENG Li-xin ZHOU Li-jun FENG Tao LI Hui YAN Guo-rong  作者单位：彭立新,冯涛,李慧,阎国荣,PENG Li-xin,FENG Tao,LI Hui,YAN Guo-rong(天津农学院,园艺系,天津,300384)

周黎君,ZHOU Li-jun(天津农学院,园艺系,天津,300384;安徽省农业科学研究院,合肥,230031)

刊 名：天津农学院学报 英文刊名：JOURNAL OF TIANJIN AGRICULTURAL COLLEGE 年，卷(期)： 16(4) 分类号：Q946 关键词：沙枣   盐胁迫   抗氧化酶活性  

氧化胁迫 篇3

关键词：外源一氧化氮；铬胁迫；玉米；生理活性

中图分类号： S513.01文献标志码： A文章编号：1002-1302（2015）09-0122-02

收稿日期：2014-09-16

重金属污染已成为世界发展的难题，铬是生物体内的微量元素之一，铬的毒性大小与化合价有关，六价铬的毒性较高。目前，铬已成为环境污染的五大金属元素之一，我国制定的《重金属污染综合防治“十二五”规划》已把铬污染的治理列在其中。一氧化氮（NO）是一种活性分子，在生物体内广泛分布，具有多种生理功能，它是一种新型的植物生长调节物质和植物信号传递链成员，广泛参与植物生长发育的许多过程，能够对各种逆境胁迫作出应答反应。目前，关于一氧化氮对重金属胁迫的缓解效应主要集中在镉的研究上，而关于一氧化氮缓解铬对玉米（Zea mays L.）的毒害作用未见报道。

1材料与方法

1.1试验材料

选用齐玉4号玉米（购买于黑龙江省齐齐哈尔市种子公司）为试验材料。

1.2试验方法

1.2.1发芽挑选饱满均一的玉米种子，消毒，漂洗干净，用蒸馏水浸种12 h后放到垫有干净滤纸的直径为15 cm的培养皿中，置于恒温培养箱中暗发芽。

1.2.2移栽玉米出芽后转栽到花盆中，每盆植苗8株，每天浇适量的水。

1.2.3重金属处理方法选取长势良好的玉米幼苗进行胁迫试验。Cr6+供体为三氧化铬，试验共设7组处理，分别为对照（T0）、10 mg/L Cr6+（T1）、10 mg/L Cr6++0.05 mmol/L SNP（T2）、10 mg/L Cr6++0.1 mmol/L SNP（T3）、10 mg/L Cr6++0.2 mmol/L SNP（T4）、10 mg/L Cr6++0.4 mmol/L SNP（T5）、10 mg/L Cr6++0.8 mmol/L SNP（T6）。

1.2.4测定方法叶绿素含量的测定按混合液法进行测定[1]；采用愈创木酚法测定过氧化物酶（POD）活性[2]，超氧化物歧化酶（SOD）活性的测定采用NBT光化还原法[2]，过氧化氢酶（CAT）活性的测定采用碘量法[3]；硫代巴比妥酸法测定丙二醛含量[2]。

1.2.5试验数据处理试验数据采用SPSS 18.0 One-way ANOVA；采用Microsoft Excel 2003软件作图。

2结果与分析

2.1NO对铬胁迫下玉米幼苗叶绿素含量的影响

植物进行光合作用的主要色素是叶绿素，其含量可以反映光合作用能力。对Cr6+和SNP处理的玉米幼苗叶绿素含量进测定结果如图1所示。当用10 mg/L Cr6+处理玉米幼苗时，叶绿素含量大为降低，仅为对照的47.31%，且差异显著（P<0.05）；加入不同浓度SNP处理的叶绿素含量均有所增加，表明胁迫有所缓解。方差分析结果显示，当硝普钠的浓度（0.05 mmol/L）较低时，缓解作用有限，与10 mg/L Cr6+处理的叶绿素含量差异不显著（P>0.05），其余浓度的处理均达到了显著水平，其中硝普钠的浓度为0.4 mmol/L时，缓解效果最好，为对照的82.51%；当硝普钠的浓度进一步增大到08 mmol/L时，叶绿素含量又下降。从以上分析可以看出，虽然NO能够在一定程度上缓解Cr6+的毒害作用，但是这种缓解效应是有限的。

2.2NO对铬胁迫下玉米幼苗SOD活性的影响

SOD在生物体内可以清除超氧负离子产生的H2O2，消除或减弱活性氧对膜脂的破坏力。SOD活性变化如图2所示，当用10 mg/L Cr6+处理时，SOD活性增强，表明植物体受到了外界环境的胁迫，SOD开始增强保护自身。当加入不同浓度的硝普钠后，SOD先减弱后增强，当浓度（<0.2 mmol/L）较低时表现为减弱，当浓度超过0.4 mmol/L时开始增强。

2.3NO对铬胁迫下玉米幼苗POD活性的影响

过氧化物酶的主要作用是清除H2O2和过氧化物，因此，POD在生物体内的抗氧化代谢中起重要作用[4]。当玉米幼苗用10 mg/L Cr6+胁迫时，POD活性迅速增强（图3），比对照高51.57%。当加入硝普钠后，POD活性表现为先减弱后增强，其中POD活性的最低值出现在0.1 mmol/L处，当浓度达到0.2 mmol/L时，POD活性增强。

2.4NO对铬胁迫下玉米幼苗CAT活性的影响

CAT普遍存在于植物中，可清除代谢产生的H2O2，以避免H2O2积累对细胞的氧化破坏作用，其活性与植物抗逆性有关。如图4所示，当用10 mg/L Cr6+处理时，活性增强，比对照高22.17%。加入硝普钠后，当SNP的浓度低于 0.2 mmol/L 时，CAT活性减弱；当SNP的浓度高于 0.4 mmol/L 时，CAT活性增强。

2.5NO对铬胁迫下玉米幼苗MDA含量的影响

由图5可见，当玉米幼苗受到10 mg/L Cr6+胁迫时，MDA含量显著增大，高出对照59.22%。当加入不同浓度的SNP后，MDA的含量有所下降，当SNP浓度为0.2 mmol/L时下降到最低，但是仍然高于对照。方差分析结果显示，当SNP浓度为0.05 mmol/L时的MDA含量与10 mg/L Cr6+胁迫时差异不显著，说明0.05 mmol/L SNP没有起到缓解效应。而当SNP浓度（>0.4 mmol/L）较高时，MDA含量又有所增加，说明高浓度的SNP对MDA起到了刺激效应。

3结论与讨论

NO具有信号分子的作用，能够减少非生物胁迫下植物体内活性氧簇的积累，缓解各种胁迫造成的氧化损伤，从而增强植物的适应能力[5]。光合作用是植物生存的基础，叶绿素含量是衡量植物光合作用的重要指标，Cr6+胁迫下玉米幼苗叶绿素含量显著下降，当施加NO后叶绿素含量提高了。Laspina等发现，0.1 mmol/L SNP处理可以显著缓解Cd胁迫对向日葵幼苗生长和叶绿素含量的抑制[6]，本试验也得出了相似的结论，可见植物的抗氧化酶系统对生物体起重要的保护作用。本试验中Cr6+胁迫下玉米幼苗3种抗氧化酶SOD、POD和CAT活性显著增强，表明植物体受到胁迫后，3种酶对植物体具有保护作用。施加NO后，当SNP浓度低于0.2 mmol/L 时，SOD和CAT的活性减弱；而POD的活性在SNP浓度小于0.1 mmol/L时表现为减弱的趋势，说明低浓度的SNP能够缓解逆境的胁迫。而当SNP浓度较高时，对植物体却产生了毒害作用。很多学者认为，SNP对植物存在剂量效应，低浓度有缓解效应而高浓度有害[7]，本试验也得出了相同的结论。细胞膜脂过氧化的程度由MDA体现，Cr6+胁迫下玉米幼苗MDA含量显著提高，当加入不同浓度SNP后，细胞膜脂氧化程度有所缓解，可能是因为NO抑制了植物对Cr6+的吸收，从而对植物的伤害减轻。

本试验中受Cr6+胁迫玉米幼苗加入SNP后，对植物体的胁迫起到了缓解作用，但0.05 mmol/L SNP缓解作用不明显，0.1、0.2 mmol/L SNP 起到了缓解效应，而高浓度（0.4、08 mmol/L）SNP对植物有毒害作用。

参考文献：

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[6]Laspina N V，Groppa M D，Tomaro M L，et al. Nitric oxide protects sunflower leaves against Cd-induced oxidative stress[J]. Plant Science，2005，169（2）：323-330.

氧化胁迫 篇4

1 材料与方法

1.1 材料与处理

供试材料为菊花品种“龙盛”。温室内温度为20℃~25℃。把扦插生根的菊花苗 (长约8cm) 定植于营养钵中 (1钵1株) , 基质为珍珠岩:蛭石:草炭为1:1:1。培养约20d后, 挑选长势均匀的植株, 用蒸馏水冲洗干净整个植株叶片, 待水分蒸发后, 用10mmol·L-1Ca Cl2溶液喷雾整个植株叶片, 对照用蒸馏水喷雾, 以不滴液为标准, 每隔1d喷1次, 连喷3次后控水, 使土壤相对含水量达到30%~35%后, 放入光照培养箱中并保持土壤相对含水量不变, 昼夜温度分别为22℃和18℃, 昼夜光照长度分别为14h和10h。从放入光照培养箱当天开始, 每隔2d采集自顶端向下第5~6节叶片, 直接测定或部分样品放入超低温冰箱备用, 待测各项指标。每处理10株, 3次重复。

1.2 测试指标和方法

可溶性糖采用恩酮比色法测定;可溶性蛋白质用考马斯亮蓝法测定;叶绿素含量用80%丙酮提取, 紫外分光光度计 (UV-240) 测定;细胞膜透性用电导率仪 (DDS-11A) 测定电导率, 以相对电导率 (REC) 表示细胞膜透性;丙二醛 (MDA) 含量用硫代巴比妥法 (TBA) 测定;脯氨酸 (Pro) 采用磺基水杨酸提取, 茚三酮比色法测定;超氧化物歧化酶 (SOD) 活性采用氮蓝四唑 (NBT) 光氧化还原50%的酶量为1个活力单位;过氧化物酶 (POD) 活性采用愈创木酚比色法测定;过氧化氢酶 (CAT) 活性采用高锰酸钾滴定法测定;硝酸还原酶 (NR) 采用活体法测定。各项生理生化指标采用常规测定方法3次重复。数据用DPS处理软件进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 干旱胁迫下Ca2+对菊花叶片可溶性糖、可溶性蛋白质和叶绿素含量的影响

干旱胁迫下对照和Ca2+处理的可溶性蛋白质含量都出现先下降后上升再下降的趋势, 但是Ca2+处理的可溶性蛋白质含量比对照明显增加。干旱胁迫下菊花叶片叶绿素含量总体出现下降趋势, 但是Ca2+处理的叶片叶绿素含量在干旱初期 (0~4d) 基本没有变化。

2.2 干旱胁迫下Ca2+对相对电导率 (REC) 、丙二醛 (MDA) 以及脯氨酸 (Pro) 含量的影响

REC是反映细胞膜受伤害程度的重要指标。随着干旱胁迫时间的延长, 对照和Ca2+处理的REC都出现上升趋势, 但Ca2+处理比对照上升幅度显著减小。对照和Ca2+处理的MDA含量都出现先上升后下降再上升的趋势, 但是Ca2+处理的MDA含量总体比对照减少。这说明Ca2+对于降低膜透性, 缓解干旱胁迫下菊花体内的活性氧积累具有一定的作用。脯氨酸是细胞中的一种重要的渗透调节物质, 大量积累有助于植物在干旱条件下积累溶质、降低渗透势、维持膨压。对照和Ca2+处理的Pro含量随着干旱胁迫时间的推移都出现逐渐增加的趋势, 但是Ca2+处理的Pro含量与对照相比明显减少。

2.3 干旱胁迫下Ca2+对超氧物歧化酶 (SOD) 、过氧化物酶 (POD) 和过氧化氢酶 (CAT) 活性的影响

对照的SOD活性在干旱处理第4天出现一次高峰, 而后迅速下降, 但是Ca2+处理的SOD活性在干旱处理第6天时出现一次高峰, 而后下降幅度也比对照显著减小。对照和Ca2+处理的POD活性变化趋势与SOD活性变化基本相似。随着干旱胁迫时间的推移, 对照和Ca2+处理的CAT活性都逐渐上升, 在干旱胁迫第6天和第8天时较高, 之后逐渐下降, 但Ca2+处理的CAT活性比对照增加。

2.4 干旱胁迫下Ca2+对硝酸还原酶 (NR) 活性的影响

干旱胁迫下, 对照的NR活性从干旱胁迫第4天开始迅速下降, 而Ca2+处理的NR活性在干旱胁迫第4天为止保持上升趋势, 而后逐渐下降, 但下降幅度比对照减小。

3 试验结果

干旱胁迫下可溶性糖先增加后减少, 这可能是由于干旱胁迫初期光合速率的迅速下降, 光合产物的运输受阻, 所以叶片可溶性糖积累较多, 而干旱胁迫后期, 随着呼吸速率的增加, 光合产生的有机物消耗, 出现可溶性糖含量迅速降低。但Ca2+处理的可溶性糖含量比对照明显增加, 这表明干旱胁迫下外源Ca2+能促进光合产物的运转, 使菊花维持较长时间的正常代谢过程。

对照和Ca2+处理的可溶性蛋白质含量总体呈现下降趋势, 但在干旱胁迫第4天时略有所增加, 这可能与新诱导产生“干旱胁迫蛋白”有关, 但有待进一步深入研究。

Ca处理的叶绿素含量在干旱初期没有变化, 后期下降幅度比对照显著减小。这说明Ca2+可以防止叶绿体结构遭受破坏, 提高叶绿体膜的稳定性。

Ca2+处理的Pro含量比对照上升幅度增加。这说明干旱胁迫条件下外源Ca2+处理促进Pro合成和积累, 增加植物组织和器官的持水性, 提高了菊花的抗旱能力。

Ca2+处理的MDA含量比对照有所减少, 说明在干旱胁迫下外源Ca2+处理对于降低膜透性, 保护细胞膜的完整性, 缓解干旱胁迫下菊花体内的活性氧和MDA含量的增长具有一定的作用。

Ca2+处理的菊花叶片SOD、POD和CAT活性比对照显著增加。说明干旱胁迫下Ca2+防止菊花体内过氧化氢和超氧阴离子等活性氧的大量积累, 保证较长时间细胞膜系统的稳定性和细胞的正常生理代谢, 而CAT活性变化趋势与SOD和POD活性变化趋势明显不同, 可能是由于Ca2+对不同的酶影响不同, 而且不同的酶在植物体内的防御机制不同。

氧化胁迫 篇5

关键词：模拟酸雨；富营养化；复合胁迫；水葫芦；抗氧化酶

中图分类号： Q945.78文献标志码： A文章编号：1002-1302（2015）11-0430-03

收稿日期：2015-05-11

基金项目：江苏省高校自然科学研究重大项目（编号：12KJA180003）；江苏省高校生物学优势学科建设工程（编号：2014-PAPD）。

作者简介：和华龙（1989—），男，河南周口人，硕士研究生，主要从事植物生理学研究。E-mail：hualonghe@foxmail.com。

通信作者：薛建辉，教授，博士生导师，主要从事森林生态学研究。Tel：（025）85427220；E-mail：jhxue@njfu.edu.cn。中国是继欧美之后世界上出现的第三大酸雨区，酸雨面积约占国土面积的40%[1]，而富营养化湖泊的比例更是高达60%[2]。酸雨和富营养化的危害日益严重，对我国的生态环境、经济发展和居民健康造成了巨大威胁[3]。研究酸雨和富营养化复合胁迫对水生植物的影响，探索水生植物在富营养化条件下对酸雨的响应机制，从而选择合适的水生植物用于水环境修复，具有十分重要的意义。在逆境条件下，植物体内活性氧代谢失调，自由基大量积累，可导致膜系统损伤，进一步造成细胞的代谢功能丧失和死亡[4-5]。植物体内存在一整套的抗氧化系统，它能使活性氧的产生和清除处于一种动态平衡的状态，从而维持植物的正常生长[6-7]。其中，抗氧化酶发挥着重要作用，包括超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化氢酶（CAT）和过氧化物酶（POD）[8-9]。目前，国内外关于酸雨对植物影响的研究较多，但是酸雨和富营养化复合胁迫对植物抗氧化酶系统的影响则鲜见报道[10]。本研究以水葫芦为对象，利用水培法，探讨了在富营养化条件下酸雨对水葫芦叶片抗氧化酶系统的影响，以期为富营养化水体的生态修复以及适宜水生植物的选择提供理论依据。

1材料与方法

1.1材料

水葫芦，学名凤眼蓝（Eichhornia crassipes），原产于南美洲亚马逊河流域，雨久花科凤眼蓝属，是一种漂浮性水生植物。水葫芦根系发达呈须状，叶柄膨大而中空，叶子直立而光滑，花为蓝色喇叭状。水葫芦适应性强，是净化水质的良好植物，但其繁殖迅速，难以根除，会导致生态环境恶化[11]。试验在南京林业大学下蜀林场温室内进行，选取生长健康并且一致的水葫芦幼苗置于塑料周转箱（长50 cm、宽38 cm、 高30 cm） ，箱内盛30 L营养液。

1.2方法

1.2.1营养液营养水平设置营养液采用Hoagland改良配方，以处理过的高纯水配制。水培1个月后，选取生长健康并且一致的水葫芦分为3组，再分别用不同营养水平的营养液培养。营养液设置低富营养化（N1）、中富营养化（N2）、高富营养化（N3）3个水平，其中铁盐和微量元素的配方与Hoagland营养液一致。各营养液的成分和含量见表1。

1.2.2模拟酸雨处理水平设置酸雨母液采用1 mol/L硫酸与2 mol/L硝酸等体积混合而成，以处理过的高纯水配制。模拟酸雨设置3个水平，分别为pH值7.0、4.0、2.0。模拟酸雨处理采用喷雾法，用喷雾器向水葫芦叶片喷洒酸雨。在叶面喷洒酸雨量为20 mm（相当于中雨），喷洒时间为30 min。喷洒酸雨时须缓慢，以叶片不滴液为标准，同时为防止污染营养液，喷后更换营养液。每组水葫芦样品喷洒模拟酸雨3次，隔1 d喷1次，处理完成后的第2天，随机选取新鲜叶片进行生理指标测定。

1.2.3生理指标测定参考李合生的方法[12]，分别测定水葫芦叶片的SOD、CAT、POD活性。SOD活性以抑制氮蓝四唑（NBT）光化还原50%为1个酶活性单位（U/g），CAT活性以D240 nm每分钟减少0.1为1个酶活性单位[U/（g·min）]，POD活性以D470 nm每分钟增加0.01为1个酶活性单位 [U/（g·min）]。每组水葫芦样品测定3个重复，每个重复均取自不同的样品。

1.3数据分析

利用Excel和SPSS软件进行数据处理和分析。

2结果与分析

2.1复合胁迫对SOD活性的影响

从图1可见，模拟酸雨处理后，SOD活性在pH值4.0水平下高于pH值7.0水平，在pH值2.0水平下低于pH值7.0水平。同时SOD活性在N2水平下低于N1水平，在N3水平下低于N2水平。且SOD活性从N2水平至N3水平下降的幅度要大于从N1水平至N2水平下降的幅度。由此可见，同等营养水平下，随着pH值的下降，SOD活性先上升后下降，总体呈下降趋势。同时，同等酸雨水平下，随着营养水平的提高，SOD活性呈下降趋势，并且下降幅度越来越大。表明酸雨胁迫和富营养化胁迫对水葫芦叶片SOD活性均有一定的抑制作用，而且富营养化胁迫扩大了酸雨胁迫的不利影响。

2.2复合胁迫对CAT活性的影响

从图2可见，模拟酸雨处理后，CAT活性在pH值40水平下高于pH值7.0水平，在pH值2.0水平下低于pH值7.0水平。同时CAT活性在N2水平下低于N1水平，在N3水平下低于N2水平。且CAT活性从N2水平至N3水平下降的幅度要大于从N1水平至N2水平下降的幅度。由此可见，同等营养水平下，随着pH值的下降，CAT活性先上升后下降，总体呈下降趋势。同时，同等酸雨水平下，随着富营养化水平的提高，CAT活性呈下降趋势，并且下降幅度越来越大。表明酸雨胁迫和富营养化胁迫对水葫芦叶片CAT活性均有一定的抑制作用，而且富营养化胁迫扩大了酸雨胁迫的不利影响。

nlc202309030023

2.3复合胁迫对POD活性的影响

从图3可见，模拟酸雨处理后，POD活性在pH值4.0水平下高于pH值7.0水平，在pH值2.0水平下高于pH值4.0水平。同时POD活性在N2水平下高于N1水平，在N3水平下高于N2水平。且POD活性从N2水平至N3水平升高的幅度要大于从N1水平至N2水平升高的幅度。由此可见，随着pH值的下降和富营养化水平的提高，POD活性均呈上升趋势，并且上升幅度越来越大。表明酸雨胁迫和富营养化胁迫对水葫芦叶片POD活性均有一定的促进作用，而且富营养化胁迫扩大了酸雨胁迫的不利影响。

2.4SOD、CAT与POD活性变化的相关性分析

从表2可以看出，对SOD、CAT与POD 3种酶活性的变化进行相关性分析，分析结果相关系数较大。其中，SOD与CAT活性呈极显著正相关，SOD与POD活性呈不显著负相关，CAT与POD活性呈显著负相关。表明SOD、CAT与POD之间存在一定的协调作用。

表2SOD、CAT、SOD活性变化的相关系数

指标SODCATPODSOD1.000CAT0.9971.000POD-0.773-0.7901.000

3讨论

研究结果表明，酸雨会导致植物体内超氧阴离子自由基（O-2· ）等活性氧大量积累，对蛋白质、糖脂和核酸等维持生物功能的大分子结构造成破坏，特别是膜结构中的蛋白质，造成细胞膜脂质过氧化，膜透性增加，大量营养离子外渗，从而影响了植物正常的生理代谢[13-14]。酸雨对许多植物产生伤害的临界点在pH值3.5，对植物生长和生物量影响的临界点在pH值3.0至pH值2.0之间[15]，本试验结果与之相符。

SOD主要存在于细胞质和线粒体中，可以催化 O-2· 发生歧化反应，生成H2O2和O2[16]。SOD作为一种诱导酶，其活性受底物 O-2· 浓度的影响[17]。本试验中随着酸雨pH值的下降，SOD活性先上升后下降，总体呈下降趋势。表明酸雨处理后，水葫芦叶片中 O-2· 产生增多，促进了SOD活性的增强；但随着pH值进一步下降，SOD活性逐渐受到抑制[18]。

CAT主要存在于过氧化氢体中，可将H2O2迅速分解为H2O和O2[19]。CAT和SOD协同作用，可清除植物体内过量的 O-2· 和H2O2[20]。本试验中，随着酸雨pH值的下降，CAT活性先上升后下降，总体呈下降趋势。表明酸雨处理后，水葫芦叶片中由SOD催化产生的H2O2增多，促进了CAT活性增强；但随着pH值进一步下降，CAT活性逐渐受到抑制[21]。

POD广泛存在于植物体内，可以将H2O2分解为H2O和O2[22]。POD作为活性较高的适应性酶，能够反映植物生长发育的特点、体内代谢状况以及对外界环境的适应性，是植物衰老到一定阶段的产物，甚至可以作为衰老指标[23]。本试验中随着酸雨pH值的下降，POD活性呈上升趋势。表明酸雨处理后，水葫芦叶片中H2O2的产生增多，促进了POD活性的增强，POD在初期表现为保护效应。但随着pH值进一步下降，POD参与了活性氧的生成和叶绿素的降解，并引发脂质过氧化，虽然活性继续增强，但是表现为伤害效应[24]。

目前有关富营养化对植物造成伤害的机理的研究较少。一般认为，富营养化造成浮游生物和细菌大量繁殖，导致水体透明度降低，下层水体植物的光合作用受到影响[25]。此外，藻类死亡后不断沉积，腐烂分解，释放有毒物质，同时消耗大量溶解氧，致使需氧生物难以生存[26]。最后，随着富营养化程度的增加，水体不断恶化，水生环境失去平衡[27]。

本试验中，随着富营养化水平的提高，SOD、CAT活性均呈下降趋势，POD活性呈上升趋势，并且三者的变化幅度越来越大。表明富营养化胁迫抑制了SOD、CAT活性，促进了POD活性，而且富营养化胁迫扩大了酸雨胁迫的不利影响[28]。

对SOD、CAT与POD这3种酶活性的变化进行相关性分析，SOD与CAT活性呈极显著正相关，CAT与POD活性呈显著负相关。表明酸雨处理后，水葫芦叶片中 O-2· 增多，首先SOD将 O-2· 分解为H2O2和O2，然后CAT将H2O2继续分解为H2O和O2。SOD与CAT协调作用，共同清除了水葫芦叶片中过量的活性氧。但是当pH值进一步下降时，SOD与CAT活性受到抑制，而POD参与到活性氧的生成中，活性继续上升。

综上所述，由于抗氧化酶的作用，水葫芦对于pH值较高的酸雨有一定的耐受性，而对pH值较低的酸雨则会受到伤害。此外，酸雨还会影响水葫芦对营养元素的吸收，加剧水体的富营养化进程，而富营养化又会扩大酸雨的不利影响。水葫芦抵抗酸雨胁迫的临界pH值尚不确定。酸雨和富营养化复合胁迫对水葫芦抗氧化酶的影响可以通过抗氧化酶活性的变化来分析，但其具体生物学机制有待进一步研究阐明。

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氧化胁迫 篇6

1材料与方法

1.1材料

供试材料为2份高耐低磷(511和178)和2份低磷高度敏感(492和9782)的玉米自交系;供试供试磷素营养液为Hoagland全素营养液[10]和Hoagland缺磷液。

1.2方法

1.2.1试验设计试验于2014年4月,在西昌学院农业科学学院教学实习基地进行。

播种前准备新鲜河沙,测定河沙有效磷含量为2.97mg·kg-1。河沙装入30×28cm的黑色塑料盆,每份自交系对照和处理分别播种8盆,每盆7粒。出苗至3叶1心前浇自来水,3叶1心后定植每盆5株,此时以Hoagland全素营养液[10]和Hoagland缺磷液分 别浇灌作 为对照和 处理,每7d浇1次,每次每盆约300mL,另据盆内河沙的干湿程度和植株水分状况适当浇水。拔节期后定植每盆3株,因拔节期时敏感型自交系濒临死亡, 从拔节期起处理组改用含磷10μmol·L-1的Hoagland营养液浇灌。

1.2.2测定项目及方法1生物学性状调查:分别在玉米苗 期 (处理后21d)、拔节期 (处理后42d)、吐丝期(处理后70d)和灌浆期(处理后98 d)统计植株存活叶数,测量株高和茎粗,每处理调查测定5株。随后剪取叶片提取酶液,最后剪下植株地上部分装入牛皮纸袋,带回实验室烘干称重。

2酶液提取与测定:于上午9∶00取样,苗期和拔节期取植株最新全展叶,吐丝期和灌浆期取穗位叶,每个处理取3片叶,用剪刀剪下叶片放入冰盒带回实验室。去除叶片主脉,剪碎混匀,称取约0.3g放入预冷的研钵中,加入2 mL预冷的pH7.8磷酸缓冲液和少量石英砂于冰浴上研磨成匀浆,转移至10 mL离心管,用磷酸缓冲液冲洗研钵2次并转入离心管,使最终体积为6mL。 4℃下12 000r·min-1离心10min,上清液4℃低温保存用于抗氧化酶活性及丙二醛和可溶性糖含量的测定,参照李合生的方法[11]在Thermo Electron Corporation全波长酶标仪上测定相关指标。

3数据处理与分析:性状耐低磷系数=低磷胁迫下某性状调查(测定)值 /正常供磷条件下某性状调查(测定)值。

耐低磷综合指数 =0.2×(存活叶耐低磷系数+株高耐低磷系数+茎粗耐低磷系数)+0.4× 地上部干重耐低磷系数[12]。

以抑制NBT光还原50%为1个SOD活性单位,以每分钟A470上升0.01为1个POD活力单位。

式中:U为酶活力单 位;Ack为对照吸 光度; As为样品吸光度;V为酶液总体积(mL);

Vs为酶液加入量 (μL);W为叶片鲜重 (g); A2- A1为吸光度 的增加值;t2-t1为反应时间(min)。

相对酶活性指低磷胁迫下的酶活性与对照酶活性的比值,相对MDA含量和相对可溶糖含量指低磷胁迫下的含量与对照含量的比值。用Excel2003进行数据处理与作图,用SPSS17.0进行显著性检验。

2结果与分析

2.1低磷胁迫对玉米地上部生物学性状阶段性变化的影响

从表1可知,自交系492和9782苗期综合指数分别为0.56和0.63,可见此时敏感型自交系已因缺磷而受到严重影响。拔节期为玉米营养生长迅速阶段,此时,敏感自交系的下部叶片严重枯死、株高下降,自交系受低磷胁迫的总体影响加大,综合指数大幅度下降。拔节期至灌浆期,综合指数变幅不大,但低磷胁迫延迟植株的生育期,敏感自交系尤 为明显。 苗期至灌 浆期,511、178、 492、9782的综合指数平均值分别为0.73、0.80、 0.47、0.40,即自交系的总体耐低磷能力为178> 511>492>9782。

2.2低磷胁迫对玉米叶片SOD活性阶段性变化的影响

正常供磷条件下,玉米苗期SOD活性最低, 随后酶活性逐渐升高,511、178和492的SOD活性从苗期至灌浆期一直持续上升,灌浆期达最大值。9782的SOD活性在吐丝期最高,灌浆期略有下降。低磷胁迫下,SOD活性总体表现为先高于对照后低于对照。4个自交系分别在苗期(S1)、 拔节期(S2)、吐丝期(S3)和灌浆期(S4)的相对SOD活性平均值分别为1.90、0.93、0.76、0.61。

*、**、***分别表示与对照间在0.05、0.01、0.001水平差异显著。下同。 *,** and*** mean significant difference at 0.05,0.01and 0.001levels.The same below.

耐敏自交系SOD活性受低磷胁迫影响程度不同。耐性自交系SOD活性受低磷胁迫的影响较小,511和178的SOD活性分别仅在苗期和灌浆期与对照的差异显著和极显著。敏感自交系492和9782苗期SOD活性因低磷胁迫大幅度上升,分别为对照的2.88倍和3.06倍,极显著高于对照,但从拔节期起就一直低于对照,492拔节期和吐丝期显著低于对照,灌浆期极显著低于对照, 9782吐丝期和灌浆期都极显著低于对照。从苗期至灌浆期,自交系511、178、492和9782相对SOD活性平均值分别为0.98、0.97、0.75、0.72。

2.3低磷胁迫对玉米叶片POD活性阶段性变化的影响

正常供磷条件下,玉米叶片POD活性变化趋势为苗期较低,拔节期最低,拔节期至灌浆期连续大幅度上升。低磷处理与对照的阶段变化特征相似,不同自交系POD活性随生育进程变化的规律比较一致。4个自交系出苗期、拔节期、吐丝期和灌浆期相 对POD活性的平 均值分别 为1.33、 1.02、0.66、0.62。

低磷胁迫下,耐性自交 系511和178苗期POD活性上升幅度 略大于敏 感自交系,拔节期POD活性仍略高于对照,并在吐丝期和灌浆期保持较大的 相对POD活性。 敏感自交 系492和9782的POD活性自拔节期开始低于对照,吐丝期和灌浆 期都极显 著低于对 照。 自交系511、 178、492和9782,苗期至灌浆期相对POD活性平均值分别为0.86、0.91、0.65、0.59。

2.4低磷胁迫对玉米叶片MDA含量阶段性变化的影响

正常供磷条件下,玉米叶片MDA含量随生育进程而 不断增加。 低磷胁迫 下,4个自交系MDA含量始终高于对照,苗期、拔节期、吐丝期和灌浆 期相对MDA含量分别 平均为1.18、 1.77、1.52、1.60,即低磷胁迫促进了玉米叶片的膜脂过氧化。

耐敏自交系MDA含量因低磷胁迫的增幅不同。低磷胁迫下,耐性自交系511在四个生育期MDA含量与对照差异都不显著;178仅在灌浆期显著高于对照。敏感自交系492拔节期至灌浆期都显著或极显著高于对照,9782苗期就显著高于对照,拔节期后一致极显著高于对照。511、178、 492和9782苗期至灌浆期的MDA含量分别平均为对照的1.17倍、1.45倍、1.91倍、1.87倍, 即敏感自交系叶片膜脂化加剧程度大于耐性自 交系。

2.5低磷胁迫对玉米叶片可溶性糖含量阶段性变化的影响

正常供磷条件下,玉米叶片可溶性糖含量在拔节期最低,拔节期后持续上升。低磷胁迫下,可溶性糖含量总体表现为早期高于正常供磷,后期低于正常供磷,苗期、拔节期、吐丝期和灌浆期相对可溶性糖含量平均值分别为1.24、1.85、1.10、 0.77。

不同磷效率自交系可溶性糖含量因低磷胁迫而升降的时间和幅度明显不同,耐性自交系511和178苗期至吐丝期一直高于对照,灌浆期才显著或极显著低于对照。敏感自交系492苗期和拔节期高于对照,灌浆期极显著低于对照;9782苗期至吐丝期与对照差异不显著,灌浆期极显著低于对照。可见,低磷胁迫下耐性自交系可溶性糖含量增加幅度较大,增加持续时间较长,511、178、 492、9782相对可溶性糖 含量分别 平均为1.19、 1.21、0.98、0.84。

3讨论与结论

大量研究表明,植物的抗逆性强弱与抗氧化酶的活性有一定关系,但抗氧化酶系在逆境胁迫下的反应是复杂的。抗氧化酶活性的变化方向和幅度可能因胁迫类型、植物物种或品种的耐逆性甚至植株部位不同而不同,也会因为逆境胁迫的强度以及发生时期和持续时间长短而不同。植物在逆境胁迫下一般表现为抗氧化酶活性上升和MDA含量增加。但当胁迫超过一定范围或持续一定时间后抗氧化酶活性便会下降,而MDA含量则持续上升。耐性品种在相应逆境胁迫下一般能在较长 时间维持 较高的抗 氧化酶活 性,而MDA含量的增加幅度相对较小。因此,植物在逆境胁迫下的抗氧化酶活性和MDA含量的高低常被看作品种耐逆性强弱的生理指标。

矿质元素的缺乏也会引起植物体内活性氧代谢不平衡和相应清除系统的改变。有关低磷胁迫对植物氧化胁迫的产生及抗氧化酶系的变化已有不少研究。可以肯定,抗氧化酶系的变化及其对活性氧的清除也是植物耐低磷的生理机制。有关低磷胁迫下玉米抗氧化酶活性变化的研究报道较少,且多是对低磷胁迫短期内的研究[6,7,8,9]。但低磷胁迫属于慢性伤害,对植株的影响存在长期缓慢累积效应,因此关于低磷胁迫下抗氧化酶活性在各生育期的变化特征的研究对于揭示玉米磷效率差异机理可能更为重要。本研究表明,低磷胁迫下,玉米叶片SOD和POD活性表现为早期高于对照后期 低于对照,MDA含量始终 高于对照。 比较而言,耐低磷自交系SOD和POD活性受低磷胁迫影响 较小,MDA含量增幅 较小,178的SOD活性仅在 灌浆期与 对照差异 极显著,POD活性在整个试验期间与对照差异都不显著,MDA含量仅在灌浆期 极显著高 于对照。511的SOD活性仅在苗期与对照的差异显著,POD活性在苗期显著高于对照,吐丝期和灌浆期显著低于对照, MDA含量在整个 试验期间 与对照差 异都不显 著。耐性自交系可能因为对缺磷反应比较迟缓, 所以胁迫早期SOD活性上升幅度小于敏感自交系,但胁迫下的SOD和POD活性都能在吐丝期和灌浆期较长时间内维持在较高水平,这可能有利于延缓其在低磷胁迫下的衰老进程而保证植株长期而稳定的生长发育,植株茎叶营养转移到籽粒的时间也就较长,因此最终能获得较高产量。 敏感自交系对低磷胁迫早期反应强烈,SOD活性上升幅度大于耐性自交系,但随胁迫时间延长, SOD活性迅速下降而低于对照,在生育后期酶活性下降幅度明显大于耐性自交系,且敏感自交系的相对POD活性始终低于耐性自交系。此外,敏感自交系在低磷胁迫下的MDA含量在较长时间内持续高于对照,MDA的积累可能抑制了SOD和POD活性,从而促使抗氧化酶系统丧失功能, 进一步加重膜系统受损,这势必削弱植株的长势, 加速其衰老进程。

氧化胁迫 篇7

1 材料与方法

1.1 苜蓿种子处理

卫星搭载和未搭载的龙牧801苜蓿种子,由黑龙江省畜牧研究所提供。卫星搭载苜蓿种子于2008年10月15日—11月2日经返回式科学与技术实验卫星搭载,经17 d的空间诱变处理后返回地面,于2009年5月份将搭载和未搭载的种子种植于齐齐哈尔大学植物园。

1.2 试验设计

1.2.1 愈伤组织的诱导和继代培养

取种子经卫星搭载和未搭载的苜蓿叶片,流水下冲洗1~2 h,用0.1%Hg Cl2消毒8~10 min,用无菌水冲洗4~5次,用无菌滤纸吸取叶片上的水分,切割成0.5 cm2小块,接种于MS+l.0 mg/m L 2,4-D+0.5 mg/m L6-BA+30 g蔗糖+8.5 g琼脂(p H值为5.8)愈伤组织诱导的培养基中,于25℃恒温培养箱中培养。培养20 d后,选取黄白色、新鲜、松嫩的愈伤组织,切割成0.5 cm3小块,转接到继代培养基(培养基同上)中,继代2次后的材料就可作为试验材料。

1.2.2 愈伤组织的聚乙二醇(PEG)诱导胁迫

取种子经卫星搭载和未搭载的苜蓿叶片愈伤组织,分别接种到含有20%和30%聚乙二醇(PEG)的半致死浓度液体培养基中,胁迫处理10 d后转接到MS固体培养基中,对存活的愈伤组织继代培养3~4次。

1.2.3 酶活性的测定

对4份材料(未搭载1、搭载2、PEG胁迫未搭载3、PEG胁迫搭载4)进行酶活性的测定。过氧化物酶(POD)活性的测定采用愈创木酚法,超氧化物歧化酶(SOD)活性的测定采用氮蓝四唑(NBT)光化还原法[2,3],均重复测定3次。

1.2.4 同工酶的分析

参照吴少伯[4]的方法,对各处理苜蓿叶片愈伤组织进行聚丙烯酰胺凝胶垂直平板电泳。POD染色采用醋酸联苯胺法染色;SOD参照罗广华等[5]的方法将凝胶片进行染色,采用氮蓝四唑(NBT)与吩嗪二甲酯硫酸盐(PMS)法进行分析。

1.3 数据的统计分析

采用SPSS17.0统计软件对数据进行统计分析,对同工酶谱带采用Band Scan软件进行分析。根据酶谱计算迁移率(Rf),绘制酶谱模式图。

Rf=r/R。式中:Rf为酶带迁移率,r为从“电泳泳道”点样点到电泳酶带的距离,R为从“电泳泳道”点样点到溴酚蓝指示剂的距离。

2 结果与分析

2.1 酶活性的变化

见图1、图2。

注:1~4分别代表未搭载、搭载、PEG胁迫未搭载、PEG胁迫搭载;字母不同表示差异显著(P<0.05)。

由图1、图2可以看出:与对照组相比,搭载苜蓿愈伤组织POD活性和SOD活性显著高于未搭载对照组(P<0.05),搭载的POD活性和SOD活性也显著高于PEG胁迫未搭载(P<0.05)。说明卫星搭载提高了苜蓿愈伤组织POD和SOD活性,增加了苜蓿叶片对干旱环境的抵抗能力。

注:1~4分别代表未搭载、搭载、PEG胁迫未搭载、PEG胁迫搭载;字母不同表示差异显著(P<0.05)。

2.2 POD酶谱带分析

见279页彩图3。

从279页彩图3可以看出:苜蓿愈伤组织经不同处理后,POD同工酶酶谱电泳图谱存在着明显的差异,苜蓿愈伤组织中POD酶带大多数集中在迁移率为0.08~0.49的范围内,此区的酶带比较集中、活性较强。未搭载和PEG胁迫搭载的苜蓿愈伤组织有相同的酶谱带,即A1=0.08、A2=0.16、A3=0.28、A4=0.36、A5=0.49。卫星搭载的苜蓿愈伤组织POD同工酶较未搭载增加1条酶带,即B2。在0.51~0.91范围内,PEG胁迫搭载的苜蓿愈伤组织酶带较未搭载的酶带数多2条;PEG胁迫搭载的愈伤组织出现了新的酶带,即B2=0.71和B3=0.91,但酶活性较弱。

2.3 SOD酶谱带分析

见279页彩图4。

如279页彩图4可以看出:不同处理苜蓿愈伤组织SOD酶谱中存在着明显差异,苜蓿愈伤组织中SOD酶带大多数集中在迁移率为0.07~0.54的范围内,此区的酶带比较集中、活性较强;未搭载和PEG胁迫搭载的苜蓿愈伤组织有相同的酶谱带,即A1=0.07、A2=0.27、A3=0.42和A4=0.54,此区域内酶的活性较强。卫星搭载的苜蓿愈伤组织SOD同工酶较未搭载的增加2条酶带,即B2、B4。在0.61~0.93范围内,PEG胁迫搭载苜蓿愈伤组织的酶带数较PEG胁迫未搭载的多2条,PEG胁迫搭载的酶谱中出现了新的酶带B3和B4,但酶活性较弱。

3 讨论

植物组织器官内的各种保护酶类主要有SOD和POD等。其中SOD是植物体内清除活性氧自由基等的第一道防线,在植物内发挥着十分重要的作用。POD同样也是一种植物体内具有保护性的酶类,它可以分解植物体内超标的过氧化物,减少对生物的氧化伤害,通过催化H2O2与一些底物发生氧还反应。研究显示,POD和SOD活性越高,植物的抗逆能力随之增强[5,6]。

苜蓿愈伤组织对干旱环境的适应能力主要取决于愈伤组织中POD和SOD活性的强弱。苜蓿愈伤组织POD和SOD同工酶谱带的变化可能是空间环境激活了某些相关酶基因表达的结果。本试验中,PEG胁迫的苜蓿愈伤组织中POD和SOD活性显著高于未胁迫,搭载的苜蓿愈伤组织中的POD和SOD活性明显高于未搭载。说明PEG胁迫和卫星搭载提高了苜蓿愈伤组织的抗旱性。

注:1~4分别代表未搭载、卫星搭载、PEG胁迫未搭载、PEG胁迫搭载。

注:1~4分别代表未搭载、卫星搭载、PEG胁迫未搭载、PEG胁迫搭载。

摘要：为了进一步研究卫星搭载对苜蓿同工酶的影响,试验对卫星搭载和未搭载的苜蓿愈伤组织进行聚乙二醇(PEG)胁迫,测定过氧化物酶(POD)和超氧化物歧化酶(SOD)活性及同工酶酶谱的变化。结果表明:卫星搭载和PEG胁迫均显著提高了苜蓿愈伤组织POD和SOD活性(P<0.05)。卫星搭载的苜蓿愈伤组织POD和SOD同工酶比未搭载分别增加1,2条酶带;经PEG胁迫后,卫星搭载的苜蓿愈伤组织酶谱带均增加1条。说明卫星搭载和PEG胁迫可以提高苜蓿愈伤组织的抗旱性。

关键词：紫花苜蓿,太空搭载,聚乙二醇(PEG),抗旱性,过氧化物酶(POD),超氧化物歧化酶(SOD)

参考文献

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[2]李合生.植物生理生化实验原理和技术[M].北京:高等教育出版社,2006.

[3]程玲,邱永福,刘兵,等.PEG胁迫下高羊茅幼苗几个生理生化指标的变化[J].长江大学学报(自然科学版),2011,8(1):227-230,288.

[4]吴少伯.植物组织中蛋白质及同功酶的聚丙烯酰胺凝胶盘状电泳[J].植物生理学通讯,1979(1):30-33.

[5]罗广华,王爱国.植物SOD的凝胶电泳及活性的显示[J].植物生理学通讯,1983(6):44-45.