二氧化硫對大豆幼苗抗氧化酶活性的影響

摘要：以中黃24大豆種子為材料，采用酶活性測定技術，初步研究了二氧化硫處理對大豆幼苗葉片細胞過氧化氫酶（CAT）、過氧化物酶（POD）、超氧化物歧化酶（SOD）的影響。結果表明，用60 mg/m3 SO2熏氣處理2 h后，大豆幼苗葉片細胞CAT活性先降低，后又逐漸恢復;POD和SOD的活性在SO2熏氣處理后升高。說明60 mg/m3 SO2熏氣處理對大豆幼苗細胞抗氧化酶活性的影響不同，這可能與大豆對SO2的抗性有關。

關鍵詞：SO2;大豆;抗氧化酶;影響

中圖分類號：S565.1? ? ? ? 文獻標志碼：A? ? ? ?文章編號：1001-1463（2020）02-0058-04

Abstract：Using Zhonghuang 24 soybean seeds as materials， the effects of SO2 treatment on the activities of antioxidant enzymes， especially CAT， POD and SOD in the leaves of soybean seedlings were elementary studied using assay of enzyme activities. The results showed that CAT activity of soybean seedling leaf cells first decreased， and then recovered gradually after fumigation with a concentration of 60 mg/m3 SO2 for 2 hours. The activity of POD and SOD increased after SO2 fumigation. It was suggested that 60 mg/m3 SO2 fumigation had different effects on antioxidant enzyme activity in soybean seedling cells， which might be related to SO2 resistance of soybean.

Key words：SO2;Soybean;Antioxidant enzymes;Effect

二氧化硫（SO2）是大氣主要污染物之一，全世界每年會排放大約15 000萬t SO2進入大氣[1 ]。SO2對植物的光合作用、呼吸作用、質膜透性、酶的活性、氣孔關閉、細胞凋亡等很多方面都有影響[2 - 3 ]。植物為了適應不良的生長環境，也形成了一些抗逆性機制[2 ]，有人從基因和分子水平上來探討植物對SO2的抗性機制[4 ]，但SO2對植物影響的機理和植物的抗逆機制還有待于進一步研究。抗氧化酶在植物抵御各種不良環境的過程中起著重要的作用，主要包括超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化物酶（POD）和過氧化氫酶（CAT）等，這些抗氧化酶的活性是判斷植物抗逆性的重要參數之一，SO2對植物抗氧化酶的影響對于揭示植物的抗逆機理有著重要的意義。大豆是重要的油料作物和經濟作物[5 - 7 ]，我們以大豆為材料，研究SO2處理對大豆幼苗主要抗氧化酶活性的影響，以探討大豆主要抗氧化酶與大豆的抗逆性之間的關系，為大豆抗SO2機理研究提供參考。

1? ?材料與方法

1.1? ?材料

指示大豆品種為中黃24，購自山東省臨沂市農資城。

1.2? ?方法

1.2.1? ? 幼苗培養? ? 準備直徑約18 cm的花盆10個，其中6盆用于實驗，4盆用于預實驗。

每個花盆中裝等量土壤（3 kg）。將大豆種植在花盆中，盡可能多播，種植后常規管理。大豆幼苗生長至約30 cm時，選擇生長狀況一致的花盆留苗18株。

1.2.2? ? SO2熏氣濃度的確定? ? 熏氣裝置及SO2氣體的獲得均采用孫建偉的方法[8 ]。選用4盆生長狀況大體相同的大豆幼苗進行預試驗，分別以濃度為20、40、60、80 mg/m3的SO2對大豆幼苗熏氣處理2 h，24 h后觀察大豆幼苗的生長狀況。選擇SO2濃度較低，但對大豆幼苗又有明顯的傷害癥狀的濃度作為試驗處理SO2濃度。通過預試驗，確定60 mg/m3為試驗SO2濃度。

1.2.3? ? SO2熏氣處理和酶液提取? ? 大豆幼苗生長至約30 cm時，用濃度為60 mg/m3的SO2熏氣對幼苗處理2 h，以不做任何處理的幼苗作為對照，試驗和對照各1盆，3次重復。熏氣處理完成后立即對試驗組和對照組幼苗葉片提取酶液，以后每隔24 h取樣1次，共取樣6次。用王愛國等[9 ]的方法提取酶液，分裝保存于-20 ℃冰箱備用。

1.2.4? ? 測定內容及方法? ? CAT活性采用波欽諾克[10 ]的方法測定，POD活性利用愈創木酚法進行測定[11 ]，SOD活性采用Giannoplitis等[12 ]的方法測定。最少測定3次，取平均值作為最終活性值。采用Excel作圖，分析酶活性的變化趨勢。

2? ?結果與分析

2.1? ?SO2熏氣處理對大豆苗CAT活性的影響

從圖1可以看出，試驗組大豆幼苗葉片細胞中的CAT活性在SO2熏氣處理剛結束時下降幅度比較大;從第2次取樣開始，試驗組的CAT活性與對照組的差距逐漸縮小，說明大豆幼苗CAT活性在逐漸恢復;到第5天時接近對照組水平，但試驗過程中試驗組大豆苗CAT活性均低于對照組。說明用60 mg/m3 SO2熏氣處理可使大豆幼苗中CAT的活性降低，但終止SO2熏氣處理后CAT活性又緩慢提高。

2.2? ?SO2熏氣處理對大豆苗POD活性的影響

從圖2可以看出，試驗組大豆幼苗葉片細胞中的POD活性在SO2熏氣處理結束時與對照組變化不大，從第2次取樣至取樣結束，試驗組的POD活性均高于對照組。說明用60 mg/m3 SO2熏氣處理后，大豆幼苗中POD的活性增強。

2.3? ?SO2熏氣處理對大豆苗SOD活性的影響

從圖3可以看出，試驗組大豆幼苗葉片細胞中的SOD活性在SO2熏氣處理結束時與對照組的SOD活性基本持平，但從第2次取樣至取樣結束，試驗組的SOD活性均都高于對照組。說明用60 mg/m3 SO2 熏氣處理可使大豆幼苗中SOD活性升高。

3? ?小結與討論

試驗結果表明，用濃度為60 mg/m3 SO2 熏氣處理大豆幼苗2 h，可使大豆幼苗葉片細胞過氧化氫酶（CAT）的活性降低，終止處理后，CAT活性逐漸恢復;使過氧化物酶（POD），超氧化物歧化酶（SOD）的活性升高。說明60 mg/m3 SO2熏氣處理對大豆幼苗不同細胞抗氧化酶活性的影響不同，這可能與大豆對SO2的抗性有關。

SO2是大氣中分布廣、影響大的污染物，SO2對植物的傷害作用，最先影響的是酶的活性，然后是細胞和組織的壞死。因此，測定SO2污染后酶活性的大小，或許是判斷植物受污染程度最靈敏的方法之? ?一[13 ]。植物受SO2污染后，植物細胞抗氧化酶的活性會發生相應的變化。其中，SOD、CAT、POD等植物細胞抗氧化酶在植物的抗性反應中具有非常重要的作用。SOD是植物細胞中最主要的抗氧化酶，其主要功能是使超氧化物陰離子自由基（O2-）發生歧化反應，生成過氧化氫和氧氣，從而消除超氧化物陰離子自由基（O2-）對細胞的毒害作用[14 ]。植物體中過氧化氫的清除需要依賴CAT和POD的共同作用。SOD和CAT是決定植物細胞對SO2抗性的關鍵酶類[15 ]，其活性大小與植物對SO2的抗性密切相關。

在低濃度的SO2處理下，植物體中抗氧化酶的活性隨著SO2處理濃度和時間的增加而升高[16 ]，但當植物出現明顯癥狀后，植物體的抗氧化酶的活性則會下降。不同的處理方式和試驗條件，也使得試驗結果有所不同。在本試驗中，所用的SO2濃度較高，已經出現明顯的傷害癥狀，所以CAT活性在SO2熏氣處理后是降低的，這與夏宗良等[17 ]的研究結果一致，即隨著SO2脅迫時間的延長，玉米幼苗葉片中過氧化氫酶的活性呈顯著下降趨勢。但本試驗中SO2熏氣處理可使植物細胞中POD的活性升高，這與黃芳等[18 - 19 ]的研究結果一致。同時，SO2處理也可顯著提高SOD活性[14 ]。

參考文獻：

[1] 周? ?琴.? 大氣中二氧化硫的污染及防治對策[J].? 內蒙古環境保護，2002（3）：12-13;21.

[2] 高登濤，李秋利，魏志峰，等.? 植物對二氧化硫脅迫反應與應答機制研究進展[J].? 廣東農業科學，2016，43（11）：27-35.

[3] 付寶春，魏愛麗，翟曉燕，等.? NO、ROS對SO2誘導的萬壽菊保衛細胞凋亡的調控[J].? 環境科學學報，2015，35（7）：2289-2296.

[4] SUYOUNG L，KYEONGSEONG C，SOYOUNG K，et al. Enhanced resistance to sulfur dioxide gas in transgenic petunia by stacking both SOD2 and? NDPK2? genes[J].? Korean? Journal? of Horticultural Science & Technology，2016，34（1）：154-162.

[5] 楊如萍，陳光榮，林漢明，等.? 大豆新品種隴黃2號選育報告[J].? 甘肅農業科技，2018（7）：1-3.

[6] 王興榮，張彥軍，李? ?玥，等.? 大豆新品種隴中黃 602 選育報告[J].? 甘肅農業科技，2019（5）：4-6.

[7] 李長亮，張國宏，陳光榮，等.? 221個大豆新品種（系）在甘肅河西灌區引種觀察初報[J].? 甘肅農業科技，2018（11）：37-40.

[8] 孫建偉.? 二氧化硫對玉米細胞保護酶活性的影響[J].? 江蘇農業科學，2008（6）：8-10.

[9] 王愛國，羅光華，邵從本，等.? 大豆種子超氧化物歧化酶的研究[J].? 植物生理學報，1983，9（1）：79-83.

[10] 波欽諾克X.H′.? 植物生物化學分析方法[M].? 荊家海，丁鐘榮，譯.? 北京：科學出版社，1981：203-207.

[11] 張志良，瞿偉菁.? 植物生理學實驗指導[M].? 北京：北京高等教育出版社，2003：56-58.

[12] GIANNOPLITIS CN，RICE SK.Superoxide dismutase. I. Purification and quantitative relationship with water-solute protein in seedlings[J].? Plant Physial，1997，59：315-318.

[13] 李維典，顏培輝.? 二氧化硫對植物體酶活性的影響[J].? 生態科學，1996（1）：117-119.

[14] 覃? ?鵬，劉飛虎，梁雪妮.? 超氧化物歧化酶與植物抗逆性[J].? 黑龍江農業科學，2002（1）：31-34.

[15] 夏宗良，薛瑞麗，武? ?軻，等.? 二氧化硫脅迫對不同抗性玉米幼苗活性氧代謝的影響[J].? 生態環境學報，2010，19（5）：1078-1081.

[16] 李秋利，高登濤，魏志峰，等.? 桃幼苗葉片葉綠素熒光特性和抗氧化酶活性對二氧化硫脅迫的響應[J].? 果樹學報，2018，35（11）：1374-1384.

[17] 夏宗良，劉全軍，武? ?軻，等.? 二氧化硫脅迫對玉米幼苗葉片膜脂過氧化和抗氧化酶的影響[J].? 玉米科學，2009，17（4）：51-54.

[18] 黃? ?芳，王建明，徐玉梅.? 二氧化硫污染對幾種作物的傷害研究[J].? 山西農業科學，2007（11）：14-18.

[19] 黃? ?芳，王建明，徐玉梅.? SO2對不同植物幾種酶活性的影響[J].? 山西農業科學，2005（3）：13-17.

（本文責編：陳? ? 偉）