【Cr3+胁迫对油菜幼苗抗氧化酶系统和MDA的影响】 油菜幼苗图片

　　摘要：在实验室条件下，研究不同浓度Ｃｒ３＋对油菜幼苗抗氧化酶（ＳＯＤ，ＰＯＤ，ＣＡＴ）活力和丙二醛（ＭＤＡ）含量的影响。结果表明，低浓度的Ｃｒ３＋能够提高ＳＯＤ、ＣＡＴ和ＰＯＤ的活性，而高浓度的Ｃｒ３＋降低ＳＯＤ、ＣＡＴ和ＰＯＤ的活性，ＳＯＤ、ＰＯＤ、ＣＡＴ活性峰值分别出现在Ｃｒ３＋浓度为８０ ｍｇ／Ｌ、８０ ｍｇ／Ｌ和１６０ ｍｇ／Ｌ时。随着Ｃｒ３＋浓度的增大，ＭＤＡ的含量呈现升高的趋势，且先慢后快。
　　关键词：油菜幼苗；Ｃｒ３＋；抗氧化酶系统；ＭＤＡ
　　中图分类号：Ｑ９４５．７８文献标识码：Ａ文章编号：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
　　
　　铬是环境中的重金属污染物之一，在农业生态系统中该物质大部分存在于土壤的表面，对植物生长具有直接影响［１］。目前，Ｃｒ３＋污染对农作物生长影响的研究开展得较多，如在水稻、萝卜等方面均有研究［２，３］，但对油菜生长的影响鲜见报道。以油菜幼苗为试验材料，研究不同Ｃｒ３＋浓度胁迫后油菜幼苗叶片中ＳＯＤ、ＰＯＤ、ＣＡＴ活性和ＭＤＡ含量的变化情况，以期探究Ｃｒ３＋对植物的毒害机理，从而为农业生产上预防Ｃｒ３＋的毒害提供一定的理论依据［４］。
　　１材料与方法
　　１．１试验材料
　　供试油菜品种为苏油１号。油菜种子经６％的Ｈ２Ｏ２浸泡消毒０．５ ｈ左右，用清水洗净后，放在清水中浸泡２４ ｈ左右。选取大小一致、饱满的种子，播种在铺垫有滤纸的盆中，放在培养箱中培养（２０℃）。待子叶张开，根系发育完好后，移栽到装有石英砂的花盆里，每盆８株。早晚用１／２Ｈaｏｇｌａｎｄ营养液浇灌。培育３０ ｄ后，在每个试验组中，选取生长健壮且长势一致的幼苗（每盆不少于４株）作为试验材料。用不同浓度的铬离子（１０、２０、４０、８０、１６０、３２０ ｍｇ／Ｌ）溶液进行喷施，并以不加Ｃｒ３＋的营养液为对照（ＣＫ）。处理７ ｄ后测定油菜叶片抗氧化酶的活性。每一处理组３次重复。
　　１．２试验方法
　　１．２．１ＭＤＡ含量的测定采用ＴＢＡ比色法，利用分光光度计进行［５］。
　　１．２．２抗氧化酶活性测定超氧化物歧化酶（ＳＯＤ）活性测定采用ＮＢＡ光还原法［５］。过氧化物酶（ＰＯＤ）活性测定采用愈创木酚法［６］。过氧化氢酶（ＣＡＴ）活性测定采用紫外吸收光谱法［７］。
　　２结果与分析
　　２．１Ｃｒ３＋胁迫对油菜幼苗叶片ＭＤＡ含量的影响
　　在逆境环境下，植物体内活性氧代谢会失衡，过多的活性氧等物质能够使植物细胞损伤，植物器官（如叶片等）遭受伤害等，在此过程中往往会发生膜脂过氧化。膜脂过氧化产物较多，其中ＭＤＡ就是细胞膜脂质过氧化的一个主要产物［８］。ＭＤＡ含量大小反映出膜系统受损程度，也表现出植物的抗逆性生长情况。
　　 图１显示在Ｃｒ３＋胁迫条件下，油菜幼苗叶片中的ＭＤＡ含量上升。但上升的幅度有所不同，在低浓度区间（１０～４０ ｍｇ／Ｌ）上升较缓，而高浓度的区间（８０～３２０ ｍｇ／Ｌ）上升较快。不过不同的处理浓度所表现的情况也不同，如１０、３２０ ｍｇ／Ｌ时，ＭＤＡ含量分别为对照的１１６．７％、４２２．２％。结果表明随着Ｃｒ３＋胁迫浓度的增加，植物体叶中ＭＤＡ含量增加，细胞膜系统受损程度增强。
　　２．２Ｃｒ３＋胁迫对油菜幼苗叶片ＳＯＤ活性的影响
　　ＳＯＤ是生物体内重要的清除活性氧自由基的酶之一，可以有效清除生物体内的氧自由基，防止生物膜脂质过氧化，对生物膜起到保护作用。因此其活性大小与植物抗逆性密切相关［８］。图２结果表明，Ｃｒ３＋对油菜的ＳＯＤ活性影响因浓度不同表现也不一样，低浓度（Ｃｒ３＋≤８０ ｍｇ／Ｌ）具激活效应，在此阶段随Ｃｒ３＋浓度增加ＳＯＤ活性增大，并于８０ ｍｇ／Ｌ Ｃｒ３＋时，达最大值，为对照的 ３７３．１％。而ＳＯＤ在高浓度（１６０、３２０ ｍｇ／Ｌ）Ｃｒ３＋胁迫下，其活性受到抑制而急剧下降，并出现低于对照组的现象，如Ｃｒ３＋浓度为３２０ ｍｇ／Ｌ时，其活性为对照的９４．１％。这也表明了ＳＯＤ的作用是有一定范围的。
　　２．３Ｃｒ３＋胁迫对油菜幼苗叶片ＣＡＴ活性的影响
　　在植物体中，ＣＡＴ主要存在于过氧化物酶体、线粒体和细胞质等处，是植物细胞内的另一个重要的抗氧化酶，其主要功能是清除细胞内过量的过氧化氢，将其分解为Ｈ２Ｏ等物质［８］。试验结果显示（图３），在不同Ｃｒ３＋的胁迫下ＣＡＴ活性变化也不同，其变化规律类似于ＳＯＤ，低浓度Ｃｒ３＋对ＣＡＴ的活性有激活效应；随着浓度增大，ＣＡＴ的活性也增大，并于１６０ ｍｇ／Ｌ Ｃｒ３＋时，达最大值，为对照的２９３.0％。但随胁迫浓度进一步增大，ＣＡＴ的活性也受到抑制，并出现低于对照组的现象，如Ｃｒ３＋浓度在３２０ ｍｇ／Ｌ时，其ＣＡＴ的活性为对照的９２．９％。这表明了低浓度铬离子胁迫时，使油菜体内产生较多的过氧化氢，作为一种自卫反应，ＣＡＴ上升提高清除过氧化氢的能力。当铬离子的浓度超过极限，过氧化氢明显增加，而ＣＡＴ活性不能相应提高，过多过氧化氢会产生更强活性的羟自由基和单线氧，给细胞造成更大的损伤，导致细胞防御活性相应减弱。
　　
　　．４Ｃｒ３＋胁迫对油菜幼苗叶片ＰＯＤ活性的影响
　　ＰＯＤ是主要存在于叶绿体中的专一的抗坏血酸过氧化物酶，可将Ｈ２Ｏ２分解为Ｈ２Ｏ等物质，减轻过氧化氢对机体的伤害，ＰＯＤ活性应激性变化也是反映植物受逆境胁迫程度的一个重要指标［８］。从图４可看出，在低浓度的Ｃｒ３＋胁迫下油菜幼苗体内ＰＯＤ活性逐渐增加，与对照组相比，处理组的１０、２０和４０ ｍｇ／Ｌ Ｃｒ３＋的ＰＯＤ活性分别为对照的１０３．３％、１２２．８％和１２９．６％，且当８０ ｍｇ／Ｌ Ｃｒ３＋时达最大，为对照的１８８．１％，而当铬离子浓度高于８０ ｍｇ／Ｌ时ＰＯＤ激活效应开始逐步下降，并于３２０ ｍｇ／Ｌ时达到最低，为对照的８５．２％。
本文为全文原貌 未安装PDF浏览器用户请先下载安装 原版全文 　　３结论与讨论
　　铬环境对植物生长是有影响的，且不同浓度铬污染对植物生长影响也不相同［１］。主要表现在影响植物体的活性氧的代谢平衡，如植物会产生高度反应性的活性氧，如超氧阴离子、羟自由基和单线氧等，这些物质在细胞中使生物膜发生脂质过氧化损伤，造成叶绿体与线粒体等细胞器的功能损害，最终导致细胞凋亡［９］。但植物体内也有一套相应系统的活性氧清除系统如ＰＯＤ、ＣＡＴ和ＳＯＤ等抗氧化酶来保护植物细胞免受活性氧的损伤，致使在通常情况下，细胞内的活性氧与防御系统之间保持着动态平衡。
　　ＳＯＤ是植物体内以活性氧为底物的酶，在活性氧代谢过程中处于重要地位，可以淬灭植物组织通过各种途径产生的超氧负离子的毒性，终止超氧负离子启动一系列自由基连锁反应所造成的生物膜伤害［１０］。ＳＯＤ活性高低与植物抗性大小有一定关系。在适度逆境诱导下，ＳＯＤ活性增大，可提高植物对逆性环境的适应性。试验中的油菜幼苗在低浓度Ｃｒ３＋（≤８０ ｍｇ／Ｌ）胁迫下，ＳＯＤ活性随Ｃｒ３＋浓度增加而增大，当浓度为８０ ｍｇ／Ｌ时，达到抗性峰值。在植物体中ＳＯＤ淬灭超氧负离子形成的Ｈ２Ｏ２是由ＣＡＴ酶来继续分解成Ｈ２Ｏ等无毒性物质，故其活性大小与植物对逆性环境的适应有密切关系。试验结果表明，ＣＡＴ的活性随Ｃｒ３＋浓度增加而增大，当浓度为１６０ ｍｇ／Ｌ时，达到抗性高峰，随后ＣＡＴ活性下降，这可能当Ｃｒ３＋浓度为１６０ ｍｇ／Ｌ时，达到抗逆与致伤害的临界点。ＰＯＤ是植物体中另一重要的抗性酶，可催化有毒物质氧化分解，是一种对环境因子比较敏感的酶［１１］。试验结果表明，低浓度Ｃｒ３＋（≤８０ ｍｇ／Ｌ），诱导其活性增大，当浓度为８０ ｍｇ／Ｌ时，达到抗性极值。ＣＡＴ、ＰＯＤ与ＳＯＤ组成的酶系统协调使植物体活性氧维持在一定水平上，而防止其毒害。莫灿坤等［１1］的铬对紫香糯、白糯玉米胁迫的生理生态反应与抗性差异研究和王涛等［１２］的铬对芹菜叶绿素及保护酶活性的影响研究的结果与试验结论类似。
　　由于酶的活性有一定阈值，当胁迫的Ｃｒ３＋浓度增大到一定浓度，ＳＯＤ、ＣＡＴ和ＰＯＤ的活性会出现下降的趋势，甚至出现低于对照组的现象，这也表明了ＳＯＤ、ＣＡＴ和ＰＯＤ对膜系统的保护作用是有一定限度的。ＭＤＡ是细胞膜脂质过氧化的产物之一，其含量高低反映出膜脂过氧化的水平和膜受伤害的程度，Ｃｒ３＋处理后，油菜幼苗叶片中出现保护酶失去原有的平衡，导致ＭＤＡ积累的情况。
　　
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