Cr³⁺脅迫對油菜幼苗抗氧化酶系統和MDA的影響

摘要：在實驗室條件下，研究不同濃度Ｃｒ３＋對油菜幼苗抗氧化酶（ＳＯＤ，ＰＯＤ，ＣＡＴ）活力和丙二醛（ＭＤＡ）含量的影響。結果表明，低濃度的Ｃｒ３＋能夠提高ＳＯＤ、ＣＡＴ和ＰＯＤ的活性，而高濃度的Ｃｒ３＋降低ＳＯＤ、ＣＡＴ和ＰＯＤ的活性，ＳＯＤ、ＰＯＤ、ＣＡＴ活性峰值分別出現在Ｃｒ３＋濃度為８０ ｍｇ／Ｌ、８０ ｍｇ／Ｌ和１６０ ｍｇ／Ｌ時。隨著Ｃｒ３＋濃度的增大，ＭＤＡ的含量呈現升高的趨勢，且先慢后快。

關鍵詞：油菜幼苗；Ｃｒ３＋；抗氧化酶系統；ＭＤＡ

中圖分類號：Ｑ９４５．７８文獻標識碼：Ａ文章編號：0439－８114（２０11）08－1537-03

Effect of Cr3+ Stress on Antioxidant Enzyme and MDA of Rape Seedlings

ＷＡＮＧ Ｘｉａｏ－ｐｉｎｇ，ＨＵＡ Ｃｈｕｎ，ＷＵ Ｘｉａｎｇ－ｈｕａ，ＭＡＯ Ｓｈａｎ－ｇｕｏ

（Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｂｉｏｌｏｇｙ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ ａｎｄ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｎａｎｊｉｎｇ Ｘｉａｏｚｈｕａｎｇ Ｃｏｌｌｅｇｅ， Ｎａｎｊｉｎｇ ２１１１７１，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ different concentrations of Ｃｒ３＋ ｏｎ ａｎｔｉｏｘｉｄａｎｔ ｅｎｚｙｍｅ ｓｙｓｔｅｍｓ（SOD，POD，CAT） ａｎｄ ＭＤＡ ｗｅｒｅ ｓｔｕｄｉｅｄ ｕｎｄｅｒ ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ． Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ａｃｔｉｖｉｔｉｅｓ ｏｆ ＳＯＤ， ＣＡＴ ａｎｄ ＰＯＤ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ ｕｎｄｅｒ ｌｏｗ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎof Ｃｒ３＋ ｂｕｔ ｄｅｃｒｅａｓｅｄ ｕｎｄｅｒ ｈｉｇｈ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ． Ｔｈｅ ａｃｔｉｖｉｔｉｅｓ ｏｆ ＳＯＤ ａｎｄ ＰＯＤ ａｌｌ ｈａｄ ａ ｒｅｓｉｓｔａｎｔ ｐｅａｋ ａｔ ８０ ｍｇ/Ｌ Ｃｒ３＋， ａｎｄ ＣＡＴ ｒｅａｃｈｅｄ ｔｈｅ ｈｉｇｈｅｓｔ ｐｏｉｎｔ ａｔ １６０ ｍｇ/Ｌ Ｃｒ３＋． Ｔｈｅ ｃｏｎｔｅｎｔ ｏｆ ＭＤＡ ｔｅｎｄｅｄ ｔｏ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｗｉｔｈ ｔｈｅ Ｃｄ３＋ increasing ａｎｄ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ ｆａｓｔ ｆｏｌｌｏｗｅｄ ｂｙ ｓｌｏｗ．

Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： ｒａｐｅ seedling； Ｃｒ３＋； ａｎｔｉｏｘｉｄａｎｔ ｅｎｚｙｍｅ ｓｙｓｔｅｍ； ＭＤＡ

鉻是環境中的重金屬污染物之一，在農業生態系統中該物質大部分存在于土壤的表面，對植物生長具有直接影響［１］。目前，Ｃｒ３＋污染對農作物生長影響的研究開展得較多，如在水稻、蘿卜等方面均有研究［２，３］，但對油菜生長的影響鮮見報道。以油菜幼苗為試驗材料，研究不同Ｃｒ３＋濃度脅迫后油菜幼苗葉片中ＳＯＤ、ＰＯＤ、ＣＡＴ活性和ＭＤＡ含量的變化情況，以期探究Ｃｒ３＋對植物的毒害機理，從而為農業生產上預防Ｃｒ３＋的毒害提供一定的理論依據［４］。

１材料與方法

１．１試驗材料

供試油菜品種為蘇油１號。油菜種子經６％的Ｈ２Ｏ２浸泡消毒０．５ ｈ左右，用清水洗凈后，放在清水中浸泡２４ ｈ左右。選取大小一致、飽滿的種子，播種在鋪墊有濾紙的盆中，放在培養箱中培養（２０℃）。待子葉張開，根系發育完好后，移栽到裝有石英砂的花盆里，每盆８株。早晚用１／２Ｈaｏｇｌａｎｄ營養液澆灌。培育３０ ｄ后，在每個試驗組中，選取生長健壯且長勢一致的幼苗（每盆不少于４株）作為試驗材料。用不同濃度的鉻離子（１０、２０、４０、８０、１６０、３２０ ｍｇ／Ｌ）溶液進行噴施，并以不加Ｃｒ３＋的營養液為對照（ＣＫ）。處理７ ｄ后測定油菜葉片抗氧化酶的活性。每一處理組３次重復。

１．２試驗方法

１．２．１ＭＤＡ含量的測定采用ＴＢＡ比色法，利用分光光度計進行［５］。

１．２．２抗氧化酶活性測定超氧化物歧化酶（ＳＯＤ）活性測定采用ＮＢＡ光還原法［５］。過氧化物酶（ＰＯＤ）活性測定采用愈創木酚法［６］。過氧化氫酶（ＣＡＴ）活性測定采用紫外吸收光譜法［７］。

２結果與分析

２．１Ｃｒ３＋脅迫對油菜幼苗葉片ＭＤＡ含量的影響

在逆境環境下，植物體內活性氧代謝會失衡，過多的活性氧等物質能夠使植物細胞損傷，植物器官（如葉片等）遭受傷害等，在此過程中往往會發生膜脂過氧化。膜脂過氧化產物較多，其中ＭＤＡ就是細胞膜脂質過氧化的一個主要產物［８］。ＭＤＡ含量大小反映出膜系統受損程度，也表現出植物的抗逆性生長情況。

圖１顯示在Ｃｒ３＋脅迫條件下，油菜幼苗葉片中的ＭＤＡ含量上升。但上升的幅度有所不同，在低濃度區間（１０～４０ ｍｇ／Ｌ）上升較緩，而高濃度的區間（８０～３２０ ｍｇ／Ｌ）上升較快。不過不同的處理濃度所表現的情況也不同，如１０、３２０ ｍｇ／Ｌ時，ＭＤＡ含量分別為對照的１１６．７％、４２２．２％。結果表明隨著Ｃｒ３＋脅迫濃度的增加，植物體葉中ＭＤＡ含量增加，細胞膜系統受損程度增強。

２．２Ｃｒ３＋脅迫對油菜幼苗葉片ＳＯＤ活性的影響

ＳＯＤ是生物體內重要的清除活性氧自由基的酶之一，可以有效清除生物體內的氧自由基，防止生物膜脂質過氧化，對生物膜起到保護作用。因此其活性大小與植物抗逆性密切相關［８］。圖２結果表明，Ｃｒ３＋對油菜的ＳＯＤ活性影響因濃度不同表現也不一樣，低濃度（Ｃｒ３＋≤８０ ｍｇ／Ｌ）具激活效應，在此階段隨Ｃｒ３＋濃度增加ＳＯＤ活性增大，并于８０ ｍｇ／Ｌ Ｃｒ３＋時，達最大值，為對照的 ３７３．１％。而ＳＯＤ在高濃度（１６０、３２０ ｍｇ／Ｌ）Ｃｒ３＋脅迫下，其活性受到抑制而急劇下降，并出現低于對照組的現象，如Ｃｒ３＋濃度為３２０ ｍｇ／Ｌ時，其活性為對照的９４．１％。這也表明了ＳＯＤ的作用是有一定范圍的。

２．３Ｃｒ３＋脅迫對油菜幼苗葉片ＣＡＴ活性的影響

在植物體中，ＣＡＴ主要存在于過氧化物酶體、線粒體和細胞質等處，是植物細胞內的另一個重要的抗氧化酶，其主要功能是清除細胞內過量的過氧化氫，將其分解為Ｈ２Ｏ等物質［８］。試驗結果顯示（圖３），在不同Ｃｒ３＋的脅迫下ＣＡＴ活性變化也不同，其變化規律類似于ＳＯＤ，低濃度Ｃｒ３＋對ＣＡＴ的活性有激活效應；隨著濃度增大，ＣＡＴ的活性也增大，并于１６０ ｍｇ／Ｌ Ｃｒ３＋時，達最大值，為對照的２９３.0％。但隨脅迫濃度進一步增大，ＣＡＴ的活性也受到抑制，并出現低于對照組的現象，如Ｃｒ３＋濃度在３２０ ｍｇ／Ｌ時，其ＣＡＴ的活性為對照的９２．９％。這表明了低濃度鉻離子脅迫時，使油菜體內產生較多的過氧化氫，作為一種自衛反應，ＣＡＴ上升提高清除過氧化氫的能力。當鉻離子的濃度超過極限，過氧化氫明顯增加，而ＣＡＴ活性不能相應提高，過多過氧化氫會產生更強活性的羥自由基和單線氧，給細胞造成更大的損傷，導致細胞防御活性相應減弱。

．４Ｃｒ３＋脅迫對油菜幼苗葉片ＰＯＤ活性的影響

ＰＯＤ是主要存在于葉綠體中的專一的抗壞血酸過氧化物酶，可將Ｈ２Ｏ２分解為Ｈ２Ｏ等物質，減輕過氧化氫對機體的傷害，ＰＯＤ活性應激性變化也是反映植物受逆境脅迫程度的一個重要指標［８］。從圖４可看出，在低濃度的Ｃｒ３＋脅迫下油菜幼苗體內ＰＯＤ活性逐漸增加，與對照組相比，處理組的１０、２０和４０ ｍｇ／Ｌ Ｃｒ３＋的ＰＯＤ活性分別為對照的１０３．３％、１２２．８％和１２９．６％，且當８０ ｍｇ／Ｌ Ｃｒ３＋時達最大，為對照的１８８．１％，而當鉻離子濃度高于８０ ｍｇ／Ｌ時ＰＯＤ激活效應開始逐步下降，并于３２０ ｍｇ／Ｌ時達到最低，為對照的８５．２％。

３結論與討論

鉻環境對植物生長是有影響的，且不同濃度鉻污染對植物生長影響也不相同［１］。主要表現在影響植物體的活性氧的代謝平衡，如植物會產生高度反應性的活性氧，如超氧陰離子、羥自由基和單線氧等，這些物質在細胞中使生物膜發生脂質過氧化損傷，造成葉綠體與線粒體等細胞器的功能損害，最終導致細胞凋亡［９］。但植物體內也有一套相應系統的活性氧清除系統如ＰＯＤ、ＣＡＴ和ＳＯＤ等抗氧化酶來保護植物細胞免受活性氧的損傷，致使在通常情況下，細胞內的活性氧與防御系統之間保持著動態平衡。

ＳＯＤ是植物體內以活性氧為底物的酶，在活性氧代謝過程中處于重要地位，可以淬滅植物組織通過各種途徑產生的超氧負離子的毒性，終止超氧負離子啟動一系列自由基連鎖反應所造成的生物膜傷害［１０］。ＳＯＤ活性高低與植物抗性大小有一定關系。在適度逆境誘導下，ＳＯＤ活性增大，可提高植物對逆性環境的適應性。試驗中的油菜幼苗在低濃度Ｃｒ３＋（≤８０ ｍｇ／Ｌ）脅迫下，ＳＯＤ活性隨Ｃｒ３＋濃度增加而增大，當濃度為８０ ｍｇ／Ｌ時，達到抗性峰值。在植物體中ＳＯＤ淬滅超氧負離子形成的Ｈ２Ｏ２是由ＣＡＴ酶來繼續分解成Ｈ２Ｏ等無毒性物質，故其活性大小與植物對逆性環境的適應有密切關系。試驗結果表明，ＣＡＴ的活性隨Ｃｒ３＋濃度增加而增大，當濃度為１６０ ｍｇ／Ｌ時，達到抗性高峰，隨后ＣＡＴ活性下降，這可能當Ｃｒ３＋濃度為１６０ ｍｇ／Ｌ時，達到抗逆與致傷害的臨界點。ＰＯＤ是植物體中另一重要的抗性酶，可催化有毒物質氧化分解，是一種對環境因子比較敏感的酶［１１］。試驗結果表明，低濃度Ｃｒ３＋（≤８０ ｍｇ／Ｌ），誘導其活性增大，當濃度為８０ ｍｇ／Ｌ時，達到抗性極值。ＣＡＴ、ＰＯＤ與ＳＯＤ組成的酶系統協調使植物體活性氧維持在一定水平上，而防止其毒害。莫燦坤等［１1］的鉻對紫香糯、白糯玉米脅迫的生理生態反應與抗性差異研究和王濤等［１２］的鉻對芹菜葉綠素及保護酶活性的影響研究的結果與試驗結論類似。

由于酶的活性有一定閾值，當脅迫的Ｃｒ３＋濃度增大到一定濃度，ＳＯＤ、ＣＡＴ和ＰＯＤ的活性會出現下降的趨勢，甚至出現低于對照組的現象，這也表明了ＳＯＤ、ＣＡＴ和ＰＯＤ對膜系統的保護作用是有一定限度的。ＭＤＡ是細胞膜脂質過氧化的產物之一，其含量高低反映出膜脂過氧化的水平和膜受傷害的程度，Ｃｒ３＋處理后，油菜幼苗葉片中出現保護酶失去原有的平衡，導致ＭＤＡ積累的情況。

參考文獻：

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