紫外輻射對孔石莼抗氧化酶活性及其同工酶表達的影響

李麗霞, 王秀靜, 趙吉強

(煙臺大學 生命科學學院, 山東 煙臺 264005)

紫外輻射對孔石莼抗氧化酶活性及其同工酶表達的影響

李麗霞, 王秀靜, 趙吉強

(煙臺大學 生命科學學院, 山東 煙臺 264005)

潮間帶海藻不可避免地要遭受UV-B的脅迫。本研究以孔石莼(Ulva pertusa)為試材, 研究了UV-B脅迫對其抗氧化酶體系中SOD、CAT、POX、APX、GR、GPX活性及前4種酶的同工酶表達的影響。結果顯示: SOD、CAT、POX酶活性應激反應較為迅速; APX活性始終保持較穩定水平; GR、GPX酶應激表達啟動稍晚, 酶活高峰在處理中期6d時出現。SOD同工酶譜有4條酶帶, 在UV-B3種劑量處理下, SODⅠ及SODⅡ同工酶活性有所增加; POXⅡ同工酶活性呈小幅增加; 在UV-B誘導下, CAT產生了2條新的同工酶譜帶CATⅠ及CATⅡ; APX同工酶僅有1條譜帶, 在UV-B處理下與對照差異不大。抗氧化成分AsA及GSH含量在處理前中期與對照相近。孔石莼的特定增長率(SGR)在1.6 kJ/(m2·d)、4.8 kJ/(m2·d)和9.6kJ/(m2·d)3種劑量UV-B輻射處理下均呈下降趨勢, 且在后兩種劑量處理下降低尤為顯著, 而相應的H2O2及TBARS含量呈不同程度增加。上述結果表明: 孔石莼對UV-B輻射具有一定程度的耐受性, 可以通過提高酶促過氧化體系活性來應答UV-B導致的氧化脅迫, 并且酶活性變化體現出劑量和時間效應。

UV-B輻射; 孔石莼(Ulva pertusa); 抗氧化體系; 同工酶

平流層中臭氧層的減薄是當今最引人注目的全球重大環境問題之一。由于臭氧層的侵蝕和破壞使到達地面的紫外線, 尤其是對生物具有顯著作用的紫外線B波段(ultraviolet-B, UV-B, 280-320nm)的輻射增強[1-2]。在我國, 總臭氧層也呈現顯著的降低趨勢[3-4]。近年來, 盡管導致臭氧降解的化學物質排放已受到控制, 但由于溫室氣體效應, 臭氧層的完全恢復將被延滯, 而基于一個全球氣候變化的模型預測, 最嚴重的臭氧層衰減將在2010～2019年發生[5]。

潮間帶是陸地生態系統和海洋生態系統的交錯地帶, 屬生物圈中最敏感的生態系統之一。生活于潮間帶的大型海藻要經受波動范圍最大的光輻射環境, 尤其在低潮時, 干露的大型海藻必將暴露于全光照條件下, 因而受到的UV-B輻射的直接危害將比淹沒時更加嚴重[6-7]。迄今, 關于UV-B輻射對潮間帶大型海藻的影響, 研究多集中在紫外輻射對海藻的生長[8]、光合作用[9]、DNA傷害[7,10]、單一抗氧化酶活性[11]等方面, 而迄今對潮間帶大型綠藻體內抗氧化保護體系及其同工酶對UV-B輻射增強時的響應尚缺乏系統研究。已經證明, 大量活性氧(Reactive oxygen species, ROS)在細胞內的生成及滯留是UV-B輻射對海藻產生毒性與傷害作用的主要緣故之一[12-13], 而當遭受到紫外脅迫時, 海藻中能夠誘導產生適應及修復的機制, 因此, 紫外輻射的危害在一定程度上是可忍受、可抵消、可避免的[14]。抗氧化系統是植物抗脅迫保護機制的一個主要組成部分, 其整體活性高低決定其對活性氧自由基的清除能力, 而這一能力與植物適應或抵抗脅迫能力的增加息息相關[13]。

孔石莼(Ulva pertusa)又名海白萊, 是潮間帶大型海藻的1種常見類型, 在我國各沿海地區分布廣泛, 具備生長快、適應環境能力強、營養豐富、方便易得等特性, 因而具有良好的綜合應用價值和經濟發展前景[15]。本文中, 筆者測定了孔石莼中各種重要的抗氧化酶(劑)活性及同工酶類型的增減規律, 結合過氧化氫(Hydrogen peroxide, H2O2)及硫代巴比妥酸活性物質(Thiobarbituric acid reactive substances, TBARS)的動態變化, 分析了UV-B輻射程度與同工酶表達趨勢及調控的相關性, 以期為進一步了解潮間帶大型海藻有效應對紫外光脅迫的生化機制及保護機理提供理論依據。

1 材料和方法

1.1 海藻和處理

孔石莼采集自青島太平角中潮帶, 采樣后立刻用消毒海水反復沖洗去除可見的附生物及沉積物。新鮮海藻用打孔器制備成直徑約1 cm的圓片, 約20 g鮮質量作為一個處理, 預培養于盛有2.5 L滅菌海水的玻璃缸中, 缸直徑為50 cm。海水持續充氣并每日更換。

經過3 d的預培養后, 海藻材料置于6個直徑為18 cm平皿內接受紫外輻射處理。采用北京師范大學生產的UV-B 型紫外輻射強度儀測定輻射強度。在預試驗的基礎上, 設計3種不同輻射劑量的處理組: 1.6 kJ/(m2·d)為輕度劑量 (Luv), 4.8 kJ/(m2·d)為中度劑量 (Muv), 9.6 kJ/(m2·d)為高度劑量UV-B輻射(Huv)[6]。對照(ck)采用正常日光燈管照射, 光強為 3 500 lx, 培養溫度保持在20～25℃, 光周期為12 h︰12 h。試驗周期為12 d。

1.2 生長測定

為測定生長情況, 20片新鮮海藻另培養于裝有300 mL海水的規格為500 mL的錐形瓶中, 每個處理3次重復組。按照2種海藻的最終濕質量來計算其特定生長率(specific growth rate, RSG), 計算公式為:

RSG(%/d)= (lnWT–lnW0)/t×100%

式中, WT和W0分別表示藻體的最終濕質量和初始濕質量(g); t為試驗周期(d)。

1.3 抗氧化酶活性測定

取1 g藻體材料用5 mL提取緩沖液(構成為0.05 mol/L pH=7.0的磷酸緩沖液PBS中包含1%PVP, 0.001 mol/L EDTA)在冰浴條件下研磨提取后, 14 000 r/min 離心15 min, 立即取上清液用于測定超氧化物歧化酶(Superoxide dismutase, SOD)、過氧化氫酶(Catalase, CAT)及過氧化物酶(Peroxidase, POX)活性。酶液保存及相應的活性測定都在0～4℃條件下進行, 設置3次重復, 每3 d測定1次。

SOD活性測定波長為560 nm, 依據氮藍四唑(Nitro blue tetrazolium, NBT)的光抑制反應[16]進行。CAT活性測定依據Chance等[17]的方法, 測定H2O2在240 nm下的降解速度。POX測定由于愈創木酚的形成導致470 nm下光吸收的增加[18]。

抗壞血酸過氧化物酶(Ascorbate peroxidase, APX)的提取緩沖液包含0.05 mol/L PBS (pH7.0), 0.001 mol/L EDTA, 0.002 mol/L AsA 及 1% PVP。APX的活性測定是檢測290 nm下基于抗壞血酸的氧化而使光吸收降低的速度[19]。

谷胱甘肽過氧化物酶(Glutathione peroxidase, GPX)及谷胱甘肽還原酶(Glutathione reductase, GR)的提取緩沖液中包括(0.055 mol/L pH=7.0 PBS; 0.001 mol/L EDTA-Na2; 1%PVP; 0.005 mol/LMgcl2; 0.001 mol/L AsA)。取適量材料加入提取液冰浴研磨勻漿, 4℃下10 000r/min離心10 min, 取上清酶液用于酶活測定。GPX測定基本參照黃愛纓等[20]的方法并略作改進,測定反應酶液在412 nm的光吸收值。GR測定方法參照Kn?rzer[21]的方法并作改進, 此方法是基于還原型輔酶Ⅱ的氧化反應在340 nm下的吸光度的減少來測量。

1.4 H2O2含量的測定

H2O2含量測定參照沙愛華等[22]的方法進行,并加以改進。提取液為預冷的冷丙酮液研磨勻漿后14 000 r/min離心20 min, 取上清加入反應物后測定吸光值A410。同樣方法制作H2O2標準曲線。

1.5 TBARS含量測定

取冷凍的海藻材料0.3 g用1%TCA溶液3 mL研磨提取, 14 000 r/min 離心10 min。TBARS含量計算參照Health及Packer[23]方法, 基于535 nm和600 nm的光吸收值來計算。

1.6 電泳及同工酶譜分析

電泳試驗均于處理12 d時進行, 采用非變性不連續垂直板聚丙烯酰胺凝膠電泳, 4℃下20 mA/gel穩流電泳。SOD同工酶染色方法參照Laemmli[24]的方法, 將凝膠在黑暗條件下于0.25 mmol/LNBT中浸泡20 min后, 置于含8 mmol/L EDTA 的0.05 mmol/L核黃素溶液中20 min, 曝光至藍紫色背景上出現透明條帶, 根據其對KCN及H2O2不同的敏感性進一步確認其同工酶譜帶的3種類型[25]。CAT同工酶染色根據Woodbury等[26]的方法, 將凝膠于0.003 3 mol/L H2O2中浸沒25 min后, 再放置于1% FeCl3和1% K3Fe (CN6)溶液中染色, 直至綠色條帶出現。POX同工酶染色時將凝膠在包含0.3% H2O2和0.002 mol/L聯苯胺的0.2 mol/L的醋酸溶液中染色20 min后, 褐色條帶顯現[27]。用于APX電泳檢測的條件與上述條件均相同, 但需在電泳緩沖液中包含0.002 mol/L的AsA, 以便使預電泳30 min讓AsA進入膠內。APX活性染色按照以下方式進行: 將凝膠浸沒于含0.002 mol/L AsA 的0.05 mol/L磷酸緩沖液(pH7.0)中30 min后, 于含0.004 mol/L AsA 及0.002 mol/L H2O2的0.05 mol/L PBS (pH7.0)中溫育20 min。最后轉移至包含0.002 5 mol/L NBT及0.03 mol/L TEMED的0.05 mol/L PBS (pH7.8)溶液中10 min左右, 直至APX譜帶顯現[28]。采用凝膠成像系統照相保存。

1.7 抗氧化成分抗壞血酸(Ascorbate, AsA)及谷胱甘肽(Glutathione, GSH)含量測定

參照Marschner等[29]的方法稍加改進測定AsA含量, 海藻材料用5%偏磷酸研磨提取, 24 000 r/min離心15 min, 取上清測定。GSH提取液為50 mmol/L pH=7.0的PBS溶液, 其中加入適量AsA, 測定反應體系在412nm處的光吸收值[30]。

1.8 數據分析

研究結果采用SPSS 19.0軟件進行單因素方差分析, 處理結果之間的多重比較采用Duncan’s檢驗方法。圖表采用Sigma Plot 10.0軟件繪制, 圖中的誤差棒表示基于3次重復值的均值標準差。

2 結果

2.1 特定增長率的變化

UV-B對孔石莼生長的影響見圖1。輕度劑量下SGR值呈下降趨勢, 但與對照并未達到差異顯著水平(P＞0.05); 中度劑量照射下的SGR值顯著下降(P＜0.05), 高度劑量輻射處理下降低更為顯著, 與對照之間的差異達到極顯著水平(P＜0.01)。

2.2 孔石莼抗氧化體系對UV-B輻射的響應

圖2顯示出孔石莼抗氧化體系的幾種關鍵酶對UV-B輻射的響應變化。在UV-B輻射誘導下, 前期SOD酶應激反應迅速, 其活性呈大幅度上升, 其中中度劑量處理下的酶活在3～6 d時均與對照組達到極顯著差異(P＜0.01); 輕度劑量脅迫下SOD活性也始終高于對照水平; 高度劑量處理下酶活性初期顯著升高, 隨脅迫時間進一步延長, 酶活明顯回落 (圖2a)。POX酶活性見圖2b。由圖可知, 在UV-B輻射處理初期, 輕度及中度劑量脅迫下POX活性增加顯著, 分別與對照達到極顯著(P＜0.01)及顯著水平(P＜0.05); 在處理中后期, 輕度脅迫下POX仍然與對照活性水平相近, 而中度及高度處理水平的酶活性顯著降低(P＜0.05); 在試驗期間對照的POX活性也表現出較大的變化幅度, 中期時(6 d) 酶活性最高。CAT活性在UV-B處理初期即誘導出較高的活性表達, 與對照值均達到顯著以上水平(P＜0.05); 在處理中期6 d時, 中度劑量UV-B處理下CAT活性達到峰值, 隨后明顯下降; 在處理后期, 不同劑量UV-B處理水平下的CAT酶仍維持較高活性水平, 與對照值之間差異顯著或極顯著(P＜0.05; P＜0.01, 圖2c)。圖2d顯示出孔石莼APX活性與上述酶活性變化規律不同, 除在9d時輕度劑量UV-B處理下活性短暫增加外(P＜0.05), 其他時間始終保持較穩定水平, 對照與3種輻射處理間差異皆不明顯(P＞0.05)。

圖1 UV-B處理下孔石莼的特定生長率Fig.1 SGR of Ulva pertusa following exposure to different doses of UV-B radiationsLuv、Muv、Huv分別表示輕度、中度及高度劑量UV-B輻射, Ck為對照, 下同Luv, Muv, and Huv indicate mild, moderate, and high doses of UV-B radiation, respectively; Ck is the control, the same below

GR酶活性在處理中期6 d時有較大幅度的升高,但其中僅有輕度UV-B脅迫下的GR酶活性與對照相比差異達到顯著水平(P＜0.05), 隨后呈現出緩慢下降的趨勢; 高度劑量UV-B處理下GR酶活性下降較多,至試驗期末12 d時活性顯著低于對照的相應值(P＜0.05, 圖2e)。UV-B處理下GPX 酶活性變化見圖2f。輕度及中度UV-B輻射誘導GPX酶活性先表現上升趨勢, 輕度UV-B輻射水平下上升幅度更大, 在處理6d時出現峰值 (P＜0.05); 中度劑量UV-B處理下后期GPX酶活急劇下降, 與對照差異顯著(P＜ 0.05); 而重度UV-B脅迫使GPX酶活性始終保持在較低水平。

2.3 UV-B輻射對孔石莼AsA及GSH含量的影響

圖2 不同劑量UV-B輻射下孔石莼SOD(a)、POX(b)、CAT(c)、APX(d)、GR(e)及GPX (f)酶的活性變化Fig. 2 Activities of SOD(a), POX(b), CAT(c), APX(d), GR(e), and GPX(f) in Ulva pertusa following exposure to different doses of UV-B radiation

圖3 UV-B輻射下孔石莼的AsA(a)及GSH(b)含量Fig. 3 AsA (a) and GSH (b) contents in Ulva pertusa following exposure to different doses of UV-B radiation

孔石莼體內抗氧化成分AsA及GSH含量在不同劑量UV-B輻射時的變化狀況如圖3所示。從圖3a可以看出, 處理初期及中期(3～6 d)時, 輕度及中度脅迫水平下AsA水平均呈上升趨勢, 并且中度處理的AsA含量升高幅度較大, 在6 d時與對照間的差異達到顯著水平(P＜0.05); 隨脅迫時間的延長, 各個處理下的孔石莼AsA水平均顯著降低(P＜0.05; P＜0.01)。由圖3b可知, UV-B輻射初始階段, 孔石莼體內GSH活性水平變化不明顯, 至處理9 d時, 高度劑量下處理的GSH含量明顯下降(P＜0.01); 至試驗期末12 d時, 中度UV-B輻射處理的GSH含量亦顯著地低于對照水平(P＜0.01), 而輕度UV-B處理的孔石莼的GSH含量雖然低于對照值, 但其差異并未達到顯著水平(P＞0.05)。

2.4 同工酶檢測

從圖4a可以看出孔石莼SOD同工酶有4條酶帶, 分別表示為SODⅠ、SODⅡ、SODⅢ、 SODⅣ。本研究進一步鑒定SODⅠ、SODⅢ及SODⅣ譜帶類型均為Mn-SOD, 而SODⅡ排除為Mn-SOD的可能,而未能準確鑒定為Fe-SOD或者CuZn-SOD。與對照組相比較, 3種UV-B劑量處理下孔石莼的SODⅠ及SODⅡ2條同工酶活性有所增加; 而SODⅢ與SODⅣ同工酶活性與對照組相比, 無明顯變化。由圖4b可知, POX同工酶主要有2條酶帶。輕、中度及重度UV-B照射使POXⅡ同工酶活性呈小幅增加; 同時在重度UV-B脅迫下POXⅠ同工酶活性有所下降。

圖4 孔石莼的SOD (a), POX (b), CAT(c) 及 APX (d)同工酶對UV-B輻射的響應Fig. 4 SOD (a), POX (b), CAT (c), and APX (d) isoforms in Ulva pertusa in response to exposure to UV-B radiation

孔石莼具有較高的CAT酶活性, 在同工酶譜上即表現為高亮度的條帶(圖4c)。在UV-B誘導條件下,除CATⅢ譜帶比相應對照明顯增強外, CAT酶還出現2條新的、較細的同工酶譜帶CATⅠ及CAT, Ⅱ且在低度及中度劑量下其活性高于高度劑量下相應的同工酶活性。

圖4d顯示出孔石莼APX同工酶的活性狀態, 在UV-B處理下APX酶僅有1條譜帶, 且與對照的APX活性差異不大。

2.5 UV-B輻射對孔石莼H2O2及TBARS含量的影響

由圖5a可知, 在不同劑量UV-B處理下孔石莼體內的H2O2含量并未快速積累, 處理后期9～12 d時,中度及高度劑量下的H2O2水平比對照顯著增加(P＜0.05), 而輕度UV-B輻射條件下H2O2含量始終與對照值差異不明顯(P＞0.05)。由圖5b可知, TBARS含量變化與H2O2水平的變化規律相似, 在試驗前期時, 3種劑量水平處理下的TBARS含量與相應對照差異不大, 隨處理時間延長, TBARS含量逐步升高, 6 d時高度劑量處理下TBARS含量與對照差異已達顯著水平(P＜0.05), 至12 d時, 輕度及中度劑量處理的TBARS含量也比對照顯著增加(P＜0.05)。

3 討論

圖5 UV-B輻射下孔石莼H2O2(a)及TBARS(b)含量Fig. 5 H2O2and TBARS contents in Ulva pertusa following exposure to different doses of UV-B radiation

活性氧(ROS)是植物生理生化代謝過程中不可避免的副產物。近年來研究表明, ROS清除系統的各組分之間存在共調節機制, 抗氧化酶的活性平衡對細胞內ROS的穩定水平起著關鍵作用, 改變這些酶的平衡就會誘發補償機制, 海藻抗UV-B輻射的能力與抗氧化系統間協同作用、基礎活性、應激性和敏感性差異等因素均有密切關系[31-32]。如在脅迫條件下, 抗壞血酸(AsA)減少, APX由于缺乏底物而失活或活性降低, 此時CAT會增加防止H2O2過度累積,同樣, CAT活性降低時, APX和GPX的轉錄水平增加使表達提高[33]。Kono等[34]指出因為O·2會抑制CAT活性, 而SOD在活性氧清除反應過程中第一個發揮作用, 可以歧化O2·, 故而SOD活性高的個體CAT活性也應該高。本研究結果基本符合這一結論。孔石莼SOD、CAT與POX活性應激反應較為迅速, 均在處理的前期顯著增加(圖2a、圖2b、圖2c), 而APX、GPX及GR等酶活性高峰在中后期出現(圖2d、圖2e、圖2f), 且低度及中度劑量下酶活性增加尤其明顯。這是UV-B 輻射脅迫誘導的結果, 可能是孔石莼細胞為了適應逆境脅迫條件的一種調節性應激梯度反應, 產生類似的“毒物興奮效應”。此種效應具有低劑量促進高劑量抑制特征, 是機體內穩態受到外界脅迫條件擾動后的響應, 即生物體在最初的抑制反應之后會出現補償效應, 這個補償效應可能會逐漸超過控制行為, 從而導致一種凈刺激效應[35]。該效應能夠在一定程度上使酶系統活性增加, 抑制活性氧在短期內爆發性累積, 從而增強孔石莼對UV-B脅迫的抵抗力; 但伴隨著輻射劑量的增加及輻射時間繼續延長, 藻體細胞內活性氧分子如H2O2會過量生成(圖5a), 最終超越了防御系統的清除能力, 此時,作為表示脂質過氧化程度的有效指示器TBARS含量亦顯著增加(圖5b), 表明細胞脂質過氧化程度加劇, 酶活部分喪失, 機體生長代謝受損。

進一步對連續測定的H2O2及TBARS含量與各類型、不同處理下酶活性相關分析表明, CAT活性與TBARS含量之間存在顯著的負相關關系(相關系數r =–0.9296); 高度劑量處理下GPX活性與H2O2含量之間亦存在顯著的負相關關系(相關系數r = –0.8924),其他抗氧化酶活性與活性氧之間的相關性并未達到顯著水平。解析其原因, 一方面在試驗期間內連續5次測定, 這些指標均表現為一定閾值內的動態性變化, 另一方面也同時印證孔石莼通過多種抗氧化酶協同作用來控制細胞內活性氧水平, 而并非由某一種酶發揮絕對核心作用。

作為抗氧化體系的另一主要成分, AsA具有多種抗氧化功能, 可以還原, 清除·OH, 猝滅及H2O2等從而使植物體內的活性氧維持在較低范圍[36]。此外, 海藻藻體內GSH含量能夠受到UV-B輻射的顯著影響, 并且其變化情況與輻射劑量及輻射時間的改變關系密切, 如海洋綠藻Ulva fasciata隨輻射劑量加大, AsA從較小值躍升至峰值并一直保持在較高水平; GSH含量隨輻射劑量加大, GSH含量也逐漸增大, 但超過一定范圍后, GSH含量反而又降至較低水平[11]。本文的研究結果與前人稍有不同。本試驗發現孔石莼具有較高的AsA及GSH基礎含量, 在低、中劑量時, 二者在處理的初中期均會被誘導升高,但高度劑量及較長時間的輻射脅迫又會使其含量呈下降的必然趨勢(圖3a, 圖3b), 這可能是由于試驗中輻射劑量不同及種間差異性導致。Roleda同樣指出對紫外線的敏感性取決于海藻的種類及生態型[37]。進一步相關性分析表明, 高度劑量處理下AsA含量與H2O2水平之間存在極顯著的負相關關系(相關系數r = –0.9848), 與TBARS含量之間則相關顯著(相關系數r = –0.9381)。

同工酶是催化反應相同而結構及理化性質不同的酶的分子類型, 是植物細胞代謝的重要調節成分。本研究中, 孔石莼不但表現出較高的SOD應激活性,并且SOD同工酶也在UV-B作用下發生了一定的改變。SOD是一種金屬蛋白酶, 根據其金屬輔基的不同又分為3種類型, 分別為Mn-SOD、Cu/Zn-SOD及Fe-SOD, 分布于細胞中的不同部位[38]。在本研究中,孔石莼中鑒定出SODⅠ、SODⅢ及SODⅣ譜帶類型均為Mn-SOD(圖4a)。有的研究者曾經報道O3及UV-B處理能夠誘導Cu/Zn-SOD, 但不能影響Mn-SOD[39]。然而, 本研究結果顯示Mn-SOD (SODI)在UV-B誘導下活性顯著增加, 這些實驗結果的差異, 亦可能為SOD同工酶的種間差異所導致。此外, 上述結果同時表明海藻中SOD同工酶對不同劑量紫外輻射的響應可以在轉錄及轉錄后水平。Sano等[40]研究發現,一種海藻Galdieria partita中至少含有兩種APX同工酶, 這是海藻細胞中關于APX同工酶的最早報道。本研究中, 孔石莼APX同工酶變化相對穩定(圖4d),而CAT酶同工酶活性相對較高, 在電泳圖上表現為高亮度的譜帶(圖4c), 表明藻體細胞具有一定的紫外保護能力, 能在一定程度上降低對藻體的傷害。筆者推測, 某些SOD或CAT保留或加強的同工酶與孔石莼對紫外的抗性緊密相關。

生長速率的變化亦被普遍用于衡量脅迫水平[41]。在本研究中, 輕度劑量導致輕微脅迫, 而中、高度劑量導致中度及嚴重脅迫。與中、高度劑量相比, 海藻在輕度劑量下SGR相對較高(圖1), 表明孔石莼能在較溫和的脅迫下保持一定生長速度, 而在更嚴重的脅迫下受到傷害。

綜上所述, 孔石莼中抗氧化系統在紫外處理下表現出不同程度的響應。SOD、POX、CAT及在紫外處理初期均有不同程度增加, GR、GPX、APX酶活性應激反應滯后, 在處理中、后期活性上升, 尤其在低度及中度劑量下上升幅度較大; 然而, 隨著紫外劑量的加大, 保護酶活性亦受抑, 正常代謝受阻,脂質過氧化產物累積, SGR不可避免呈降低趨勢。因此, 孔石莼通過提高抗氧化系統活性作為一種生化防御機制來應對紫外輻射所產生的氧化脅迫, 僅可在一定程度及一定范圍內發揮作用。

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Effect of UV radiation on the activities of antioxidant enzymes and their isoforms in Ulva pertusa (Chlorophyta)

LI Li-xia, WANG Xiu-jing, ZHAO Ji-qiang
(College of Life Sciences, Yantai University, Yantai 264005, China)

Jul. 5, 2016

UV-B radiation; Ulva pertusa; antioxidant system; isoenzyme

The marine ecosystem inevitably undergoes stress because of exposure to enhanced UV-B radiations. The response of the antioxidant defense system, including that of SOD, CAT, POX, APX, GR, and GPX, of the intertidal macroalgae Ulva pertusa to different doses of UV-B radiation and the first four isoenzyme patterns were investigated. SOD, CAT, and POX rapidly responded to UV-B radiation. The response significantly increased during the initial stage of UV-B treatments. The APX activity remained at a more stable level throughout the exposure. The responses of GR and GPX to UV-B stress were observed later, and an activity peak appeared on day 6. The enzymatic assay revealed four distinct bands of SOD, and SODⅠ and SODⅡ activities increased following exposure to UV-B radiation. The activity of POXⅡ isoenzyme slightly increased following the exposure to UV-B radiation. In addition, new bands of CATⅠ and CATⅡ were detected in response to UV treatments. Only one APX band was detected, and there was no significant difference with respect to Ck. The concentrations of antioxidants such as AsA and GSH were similar to those in the control during the early-to-medium term. SGR reduced following exposure to all three doses, including 1.6, 4.8, and 9.6 kJ/(m2·d), and significantly decreased in the latter two treatments. H2O2and TBARS concentrations significantly increased compared with those in the control. These data suggested that the protection mechanisms of the antioxidant defense system are partly inducible by UV-B to prevent damage and that the enzyme activities change in response to UV-B radiation in a time- and dose-dependent manner.

X171.5

A

1000-3096(2017)04-0001-09

10.11759/hykx20160528002

(本文編輯: 梁德海)

2016-07-05;

2016-11-13

國家自然科學基金青年項目(31300326)

[Foundation: National Natural Science Foundation of China , No.31300326]作者簡介: 李麗霞(1975-), 女, 河北行唐人, 副教授, 博士, 主要從事海藻抗逆性研究, 電話: 0535-6902638, E-mail: lilixianet@126.com