鎘脅迫對烤煙葉片抗氧化系統(tǒng)的影響

1、<p><b>　　河南農(nóng)業(yè)科學</b></p><p>　　鎘脅迫對烤煙葉片抗氧化系統(tǒng)的影響</p><p>　　袁祖麗, 吳中紅, 劉秀敏</p><p>　　( 河南農(nóng)業(yè)大學 生命科學 學院, 河南 鄭州 450002)</p><p><b>　　摘要:</b></p>

2、<p>　　通過水培試驗, 研究了不同濃度鎘脅迫( 0 mg / L , 5 m g/ L , 25 mg/ L, 50 mg / L ) 對烤煙葉片抗</p><p>　　氧化系統(tǒng)的影響。結(jié)果表明: 25 mg/ L 鎘脅迫下, 過氧化物酶( P OD ) 、超氧化物歧化酶( SOD ) 的活</p><p>　　性最大; 5 mg / L 時, 過氧化氫酶( CA T )

3、 、抗壞血酸過氧化物酶( A PX ) 及谷胱甘肽還原酶( GR ) 活性</p><p>　　最大; 隨著鎘濃度增大, 烤煙葉片抗氧化酶活性逐漸降低; 丙二醛( MD A ) 含量隨鎘濃度增大而逐漸</p><p><b>　　增加。</b></p><p>　　關(guān)鍵詞: 烤煙; 鎘脅迫; 活性氧; 抗氧化酶</p>&l

4、t;p>　　中圖分類號: S572 文獻標識碼: A 文章編號: 1004 3268( 2008) 07- 0043 04</p><p>　　E ffect s o f C adm ium S t ress o n A ctiv ity of A n tiox idan t</p><p>　　E nzy m es in Flu e cure d T o

5、 b acco L eav es</p><p>　　Y U A N Zu- li, WU Zhong- ho ng , L IU X iu- min</p><p>　　( Colleg e of L ife Sciences, H enan A g ricultur al U niver sity , Zheng zho u 450002, China)</p><

6、;p>　　Abstract: T he ef fect s of cadm ium st ress on act ive oxy gen- scaveng ing syst em in f lue- cured t obacco</p><p>　　leaves w ere st udied by hydr opo nics. T he result s show ed that t he act iv i

7、t ies o f perox idase ( PO D)</p><p>　　and superox ide dismut ase( SO D) reach m axima w hen t he concentr at ion of the cadmium was at</p><p>　　25mg / L ; T he act ivit ies of catalase( CA T

8、 ) and ascorbat e perox idase( A P X) and glut athione r educ-</p><p>　　t ase( G R) reach max im a w hen t he concent rat ion of t he cadm ium w as at 5mg/ L; A nt iox idant en-</p><p>　　zymes

9、act ivity co nsiderably incr eased at f irst , t hen declined; but m alondialdehy de( M DA ) g radual</p><p>　　ly enhanced w it h t he concent rat io ns o f the cadmium incr easing.</p><p>　　Key

10、 words: Cadmium st ress; F lue- cured to bacco; A ct ivat ed o xy gen; A nt-i ox idat iv e enzy mes</p><p>　　鎘( cadm ium ) 是一 種植物非 必需的 重金屬 元 害, 植物體內(nèi)有一套由抗氧化酶包括超氧化物歧化</p><p>　　素, 很容 易被根 吸收 且

11、部 分被 運輸 到地 上部 。 酶( SOD ) 、過氧化氫酶( CA T ) 、抗壞血 酸過氧化物</p><p>　　鎘污染可以對植物生長發(fā)育造成一系列傷害。有研 酶( A PX ) 和谷胱甘肽還原酶( G R) 等組成的高效抗</p><p>　　究表明, 重金屬脅迫影響植物生長發(fā)育的重要原因 氧化系統(tǒng)來抵御活性氧的攻擊。SOD 可清除超氧</p>

12、<p>　　之一是脅迫條件下植物體內(nèi)超氧陰離子( O2 ) 和過 陰離子( O2 ) 并能將其轉(zhuǎn)化為活性較弱的 H 2 O2 , 而</p><p>　　氧化氫( H 2 O ) 等活性氧( A O S) 的產(chǎn)生和清除平衡2 CA T , A PX 和 G R 清除 H2 O2 , 將其還原為水 。袁</p&

13、gt;<p>　　被打破后大量積累, 破壞蛋白質(zhì)、核酸和細胞膜等結(jié) 祖麗 等采用水培試驗研究了鎘對煙草葉片超微結(jié)</p><p>　　構(gòu), 干擾細胞的正常代 謝, 使植 物的生長和發(fā) 育受 構(gòu)及部分元素含量的影響, 嚴重玲 采用盆栽試驗</p><p>　　阻 。正常情況下植物體內(nèi)的活性氧和抗氧化系統(tǒng) 研究了煙草葉片膜保護酶系統(tǒng) SO D, PO D,

14、 CA T 對</p><p>　　之間存在動態(tài)平衡, 使活性氧保持在較低水平。植 土壤中鎘脅迫的響應, 高家合 通過營養(yǎng)液水培試</p><p>　　物在逆境脅迫下, 大量活性氧產(chǎn)生, 為了避免氧化傷 驗, 研究了不同濃度鎘對烤煙抗 氧化酶系統(tǒng) SO D,</p><p>　　收稿日期: 2008- 03- 25</p><p&g

15、t;　　基金項目: 河南省教育廳自然基金項目( 2006180012)</p><p>　　作者簡介: 袁祖麗( 1963-) , 女 , 河南南陽人, 副教授, 博士, 主要從事植物資源及污染生態(tài)方面的研究。</p><p><b>　　43</b></p><p>　　2008 年第 7 期</p><p>　　PO

16、 D 及 M DA 含量的影響, 雖然不少研究者從不同</p><p>　　側(cè)面研究了鎘脅迫對烤煙抗氧化能力的影響, 但仍</p><p>　　有許多不完善的方面, 沒有涉及 CA T , A PX 和 G R</p><p>　　對活性氧的清除。因此, 本試驗以烤煙品種云煙 85</p><p>　　為材料對抗氧化酶系統(tǒng)做了更全面的研究,

17、探討不</p><p>　　同濃度鎘脅迫對烤煙葉片抗氧化酶活性及膜脂過氧</p><p>　　化水平的影響, 旨在為深入了解重金屬毒害煙草的</p><p>　　機理及煙草抗重金屬脅迫機制提供理論依據(jù)。</p><p><b>　　1 材料和方法</b></p><p><b>　　圖

18、 1</b></p><p>　　不同濃度鎘脅迫對烤煙葉片 SOD 活性的影響</p><p><b>　　1. 1</b></p><p><b>　　試驗材料</b></p><p>　　試驗材料為烤煙品種云煙 85。營養(yǎng)液 的配制</p><p><b

19、>　　2. 2</b></p><p>　　鎘脅迫對烤煙葉片 PO D 活性的影響</p><p>　　試驗結(jié)果表明( 圖 2) , 烤煙葉片在不同濃度鎘</p><p>　　按 H oagland 配方配制。</p><p>　　1. 2 試驗設計</p><p>　　試驗共設 4 個處理: 在營

20、養(yǎng)液中加入 Cd( N O3 ) 2</p><p>　　配置成每升營養(yǎng)液中純鎘濃度為 0m g( 對照) , 5m g,</p><p>　　25 mg, 50 mg 的溶液, 每個處理重復 3 次。</p><p>　　1. 3 試驗方法</p><p>　　煙草種子經(jīng) 1% 高錳酸鉀消毒 15 min 后播種于</p>

21、<p>　　漂浮盤( 草炭 珍珠巖 蛭石= 3 1 1) 中, 放置于</p><p>　　光照 16 h/ d、光強 4 000 lx , 溫度 26 / 20 ( 晝/ 夜) 、</p><p>　　相對濕度 70% ~ 80% 的組培室中, 漂浮盤每天定時</p><p>　　通氣 3 h, 每隔 5 d 換一次新營養(yǎng)液。當幼苗長至 6&

22、lt;/p><p>　　片葉時, 取長勢一致的幼苗, 用流水仔細漂去根上泥</p><p>　　土, 再用去離子水沖洗 3 次, 移栽至營養(yǎng)液中, 移栽</p><p>　　后每天定時用加氧泵通氣 3 h, 培養(yǎng) 15 d 后移栽至按</p><p>　　試驗設計加入 Cd( NO3 ) 2 的營養(yǎng)液中, 處理 3 d 取樣。</p>

23、<p>　　1. 4 測定項目與方法</p><p>　　選取長勢一致植株, 取其相同葉位( 自下而上第</p><p>　　3 片) 中部葉片, 除去葉脈。SOD, MDA , CAT 按鄒琦</p><p>　　等的方法測定 ; POD 按照蕭浪濤等的方法測定 ;</p><p>　　GR 和 A PX 的測定按照宋

24、松泉 等的方法測定。</p><p>　　1. 5 數(shù)據(jù)處理</p><p>　　試驗數(shù)據(jù)用 DPS v 3. 01 專 業(yè)版軟件中試 驗設</p><p>　　計進行單因素統(tǒng)計分析。</p><p><b>　　2 結(jié)果與分析</b></p><p>　　2. 1 鎘脅迫對烤煙葉片 S

25、O D 活性的影響</p><p>　　由圖 1 可知, 隨著鎘脅迫濃度增 大, 烤煙 葉片</p><p>　　SOD 活 性呈 現(xiàn) 緩慢 先 升后 降 趨勢。當鎘 濃 度 為</p><p>　　5m g/ L 時, SO D 活性比對照增加 4. 6% 。其中鎘濃</p><p>　　度 為 25 m g/ L 時, SO D 活 性

26、 最 大, 較 對 照 增 加</p><p>　　6. 8% ; 當鎘 濃度 > 25 m g/ L 時, SO D 活 性開 始 下</p><p>　　降; 當鎘濃度高至 50 mg/ L 時, SO D 活性比 對照降</p><p>　　低 4. 4% 。各處理與對照間差異均不顯著。</p><p>　　脅迫下, PO D

27、活性呈現(xiàn)先升高后下降趨勢。當鎘濃</p><p>　　度為 5 mg/ L 時, P OD 活性比 對照增加 62% , 差異</p><p>　　顯著; 當鎘 濃度為 25 mg/ L 時, P O D 活性 最大, 其</p><p>　　P OD 活性 顯 著 高 于 另 外 3 個 處理; 當 鎘 濃度 為</p><p>　　50

28、 mg / L 時, P OD 活性顯著高于對照 61% 。5 mg / L</p><p>　　和 50 m g/ L 2 個處理間差異不顯著。</p><p>　　圖 2 不同濃度鎘脅迫對烤煙葉片 POD 活性的影響</p><p>　　2. 3 鎘脅迫對烤煙葉片 CA T 活性的影響</p><p>　　由圖 3 可 以看出, 隨

29、著鎘濃度的增大 CA T 活</p><p>　　性先升后降。其中鎘濃度為 5m g/ L 時, CA T 活性</p><p>　　最大, 較對照增加 16. 8% , 差異顯著; 當鎘濃度達到</p><p>　　25 mg / L 時, CA T 的活 性有所下降, 但 略高于對照</p><p>　　1. 8% , 差異不顯 著; 當

30、鎘濃 度為 50 mg/ L 時, CA T</p><p>　　活性顯著下降, 比對照低 22. 2% 。</p><p>　　圖 3 不同濃度鎘脅 迫對烤煙葉片 CAT 活性的影響</p><p>　　2. 4 鎘脅迫對烤煙葉片 A PX 活性的影響</p><p>　　由圖 4 可知, 烤 煙葉片在不同 濃度鎘脅 迫下,</p

31、><p><b>　　44</b></p><p><b>　　河南農(nóng)業(yè)科學</b></p><p>　　A PX 活性呈現(xiàn)緩慢先升高后下降的趨勢。在鎘濃</p><p>　　度為 5m g/ L 時, A PX 活 性 最 大, 顯 著 高 于 對 照</p><p>　　1

32、0. 8% ; 當鎘濃度為 25 mg / L 時, A P X 活性 較對照</p><p>　　增加 9. 1% , 差 異 顯 著; 當 鎘濃 度 為 50 mg/ L 時,</p><p>　　A PX 活性比 25 mg / L 下降 8. 5% , 但仍比對照增加</p><p>　　0. 5% , 和對照差異不顯著。</p><p&

33、gt;　　圖 4 不同濃度鎘脅迫對烤煙葉片 APX 活性的影響</p><p>　　2. 5 鎘脅迫對烤煙葉片 G R 活性的影響</p><p>　　試驗結(jié)果顯示 ( 圖 5) , 在不同 濃度鎘 脅迫下,</p><p>　　GR 活性先增加后減少。其中烤煙葉片在鎘濃度為</p><p>　　5m g/ L 時, GR 活性最大, 與

34、對照相比差異顯著, 比</p><p>　　對照高 31. 2% ; 當鎘濃度> 5 mg / L 時, G R 活性呈</p><p>　　逐漸下降趨勢; 但在鎘濃度為 25m g/ L 時, G R 活性</p><p>　　仍顯著高于對照 9% ; 在鎘濃度為 50 mg/ L 時, G R</p><p>　　活性略低于對照 0

35、. 3% , 兩者間差異不顯著。</p><p>　　圖 5 不同濃度鎘脅迫對烤煙葉片 GR 活性的影響</p><p>　　2. 6 鎘脅迫對烤煙葉片 M DA 含量的影響</p><p>　　由圖 6 可 知 , 隨 著 鎘濃 度 的 增 大 , 烤 煙 葉 片</p><p>　　圖 6 不同濃度鎘脅迫對 烤煙葉片 MDA 含量的

36、影響</p><p>　　M DA 含量逐漸升高。當鎘濃度 達到 50 mg/ L 時,</p><p>　　M DA 含 量 最 大, 比 對 照 增 加 57% ; 當 鎘 濃 度 為</p><p>　　5 mg / L 時 M DA 含量比對照升高 13. 5% ; 當鎘濃度</p><p>　　為 25 m g/ L 時, M DA

37、 含量比對照增加 25% 。各處</p><p>　　理間差異均達顯著水平。</p><p><b>　　3 結(jié)論與討論</b></p><p>　　試驗結(jié)果顯示, 隨著鎘脅迫濃度增大, 烤煙葉片</p><p>　　抗活性氧毒害的內(nèi)源保護酶( SO D, PO D, CA T ) 活</p><p

38、>　　性先升后降, 可能是低濃度鎘脅迫下, 生物體內(nèi)活性</p><p>　　氧增多, 抗氧化酶活性也應急性的升高, 共同組成能</p><p>　　夠有效清除活性氧的抗氧化系統(tǒng), 在一定程度上減</p><p>　　輕了活性氧對膜的傷害; 隨著鎘濃度的增大, 活性氧</p><p>　　增多, 超過了酶防御反應限度, 導致酶活性降低。

39、這</p><p>　　與薛泰麟等 、林匡飛等 、姚曉惠 、孫光聞</p><p><b>　　研究相一致。</b></p><p>　　A P X 以抗壞血酸 ( A SA ) 為底物 將 H 2 O 2 還原</p><p>　　為 H 2 O。O kmanen 等在擬南芥中發(fā)現(xiàn), A SA 含<

40、;/p><p>　　量不足時, A P X 活性低, 因此高活性 A PX 與高含量</p><p>　　A SA 一致。本試驗中, A PX 活性呈現(xiàn) 先升后降的</p><p>　　趨勢, 可能與 A SA 作為反應底物的濃度有關(guān), 低濃</p><p>　　度鎘脅迫下, A SA 具有還原和絡合重金屬的作用,</p><

41、p>　　能清除植物體內(nèi)受重金屬脅迫產(chǎn)生的活性氧。但重</p><p>　　金屬濃度超過一定界限時, A SA 濃度下降, A P X 活</p><p><b>　　性降低。</b></p><p>　　抗壞血酸( A SA ) - 谷胱甘肽 ( G SH ) 循環(huán)系統(tǒng)</p><p>　　是清除活性氧和自由 基的

42、重要途徑。A SA - G SH</p><p>　　循環(huán)系統(tǒng)可直接清除活性氧或通過產(chǎn)生非酶抗氧化</p><p>　　劑降低細胞內(nèi) 活性氧水 平 , 抑制膜 脂過氧 化作</p><p>　　用。G R 是 A SA - G SH 循環(huán)系統(tǒng)的一種關(guān)鍵酶, 它</p><p>　　能把氧化型谷胱甘肽( GSSG ) 還原成還原型谷胱甘&l

43、t;/p><p>　　肽( G SH ) 。植物細胞在較高濃度 G SH 時可有效還</p><p>　　原- S- S 健, 穩(wěn)定- SH 族, 使膜蛋白結(jié)構(gòu)穩(wěn)定 ,</p><p>　　G SH 可以清除因重金 屬誘導產(chǎn)生的活性氧 , 也</p><p>　　可作為合成植物螯合肽 ( phyt ochelatins, P Cs) 的原

44、</p><p>　　料 , 而 PCs 在解除重 金屬毒害過程 中有重要作</p><p>　　用。G R 在鎘濃度較低時活性上升, 濃度高時活性</p><p>　　下降。原因可能是低濃度鎘與 G SH 相結(jié) 合, 形成</p><p>　　金屬絡合物, 降低游離鎘離子含量, 提高 GR 活性,</p><p>

45、;　　而高濃度鎘能破壞 GSH 的結(jié)構(gòu), 且 GSH 與鎘的結(jié)</p><p>　　合能力有限, 使 G SH 清除 OH - 的能力和 GR 活性</p><p><b>　　下降。</b></p><p>　　本試驗結(jié)果表明, 鎘在 50 mg/ L 時, M DA 含量</p><p>　　最高, 這可能是在低濃度

46、鎘脅迫下, 烤煙葉片可通過</p><p><b>　　45</b></p><p>　　2008 年第 7 期</p><p>　　提高 SO D, P OD , CA T , GR , A PX 活性, 以清除由于</p><p>　　鎘脅迫產(chǎn)生 的活 性氧, 但 隨著 鎘濃 度增 大, SO D,</p>

47、;<p>　　PO D, CA T , G R, A P X 活性隨之下降, 高濃度鎘產(chǎn)生</p><p>　　的活性氧不能被及時清除, 進而啟動膜脂過氧化連</p><p>　　鎖反應, 對質(zhì)膜產(chǎn)生不 可逆的過氧化 傷害, 從 而使</p><p>　　MDA 從膜上釋放量增加, 這與 V ivek D ixit 等 觀</p>&

48、lt;p><b>　　點一致。</b></p><p><b>　　參考文獻:</b></p><p>　　[ 1] Salt D E, Pr ince R C, Picker ing I J. M echanisms o f cad-</p><p>　　mium mobility and accumulatio

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