Cr3+胁迫对油菜幼苗抗氧化酶系统和MDA的影响

Cr3+胁迫对油菜幼苗抗氧化酶系统和MDA的影响摘要：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８０ｍｇ／Ｌ、８０ｍｇ／Ｌ和１６０ｍｇ／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；ＭＤＡEffect of Cr3+ Stress on Antioxidant Enzyme and MDA of Rape SeedlingsＡｂｓｔｒａｃｔ：Ｅｆｆｅｃｔｏｆdifferent concentrations of Ｃｒ３＋ｏｎａｎｔｉｏｘｉｄａｎｔｅｎｚｙｍｅｓｙｓｔｅｍｓ（SOD，POD，CAT）ａｎｄＭＤＡｗｅｒｅｓｔｕｄｉｅｄｕｎｄｅｒｌａｂｏｒａｔｏｒｙｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ．ＴｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｔｈｅａｃｔｉｖｉｔｉｅｓｏｆＳＯＤ，ＣＡＴａｎｄＰＯＤｉｎｃｒｅａｓｅｄｕｎｄｅｒｌｏｗｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎof Ｃｒ３＋ｂｕｔｄｅｃｒｅａｓｅｄｕｎｄｅｒｈｉｇｈｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ．ＴｈｅａｃｔｉｖｉｔｉｅｓｏｆＳＯＤａｎｄＰＯＤａｌｌｈａｄａｒｅｓｉｓｔａｎｔｐｅａｋａｔ８０ｍｇ/ＬＣｒ３＋，ａｎｄＣＡＴｒｅａｃｈｅｄｔｈｅｈｉｇｈｅｓｔｐｏｉｎｔａｔ１６０ｍｇ/ＬＣｒ３＋．ＴｈｅｃｏｎｔｅｎｔｏｆＭＤＡｔｅｎｄｅｄｔｏｉｎｃｒｅａｓｅｗｉｔｈｔｈｅＣｄ３＋increasing ａｎｄｉｎｃｒｅａｓｅｄｆａｓｔｆｏｌｌｏｗｅｄｂｙｓｌｏｗ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｒａｐｅseedling；Ｃｒ３＋；ａｎｔｉｏｘｉｄａｎｔｅｎｚｙｍｅｓｙｓｔｅｍ；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０．５ｈ左右，用清水洗净后，放在清水中浸泡２４ｈ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３０ｄ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、３２０ｍｇ／Ｌ）溶液进行喷施，并以不加Ｃｒ３＋的营养液为对照（ＣＫ）。

处理７ｄ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（１０～４０ｍｇ／Ｌ）上升较缓，而高浓度的区间（８０～３２０ｍｇ／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、３２０ｍｇ／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＋≤８０ｍｇ／Ｌ）具激活效应，在此阶段随Ｃｒ３＋浓度增加ＳＯＤ活性增大，并于８０ｍｇ／ＬＣｒ３＋时，达最大值，为对照的３７３．１％。

而ＳＯＤ在高浓度（１６０、３２０ｍｇ／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３２０ｍｇ／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１６０ｍｇ／ＬＣｒ３＋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３２０ｍｇ／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４０ｍｇ／ＬＣｒ３＋的ＰＯＤ活性分别为对照的１０３．３％、１２２．８％和１２９．６％，且当８０ｍｇ／ＬＣｒ３＋时达最大，为对照的１８８．１％，而当铬离子浓度高于８０ｍｇ／Ｌ时ＰＯＤ激活效应开始逐步下降，并于３２０ｍｇ／Ｌ时达到最低，为对照的８５．２％。

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＋（≤８０ｍｇ／Ｌ）胁迫下，ＳＯＤ活性随Ｃｒ３＋浓度增加而增大，当浓度为８０ｍｇ／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１６０ｍｇ／Ｌ时，达到抗性高峰，随后ＣＡＴ活性下降，这可能当Ｃｒ３＋浓度为１６０ｍｇ／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＋（≤８０ｍｇ／Ｌ），诱导其活性增大，当浓度为８０ｍｇ／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。

参考文献：［１］王威，刘东华，蒋悟生，等．铬污染地区环境对植物生长的影响［Ｊ］．农业环境保护，２００２，２１（３）：２５７－２５９．［２］林植芳，李双顺，林桂珠，等．水稻叶片的衰老与超氧化歧化酶活性及脂质过氧化作用的关系［Ｊ］．植物学报，１９８４，２６（６）：６０５－６１５．［３］王小平，华春，贲爱玲，等．Ｃｒ３＋胁迫对萝卜幼苗生长的影响［Ｊ］．西北农业学报，２００９，１８（２）：２２１－２２４．［４］费庆华，邱多生．苏油一号特征特性及栽培技术［Ｊ］．上海农业科技，２００１（６）：４４－４５．［５］张志良，瞿伟菁．植物生理学实验指导［Ｍ］．第三版．北京：高等教育出版社，２００３．２６８－２６９．［６］李合生．植物生理生化实验原理和技术［Ｍ］．北京：高等教育出版社，２０００．１６５－１６９．［７］郝再彬，苍晶，徐仲．植物生理实验技术［Ｍ］．哈尔滨：哈尔滨出版社，２００２．２０４－２０５．［８］潘瑞炽．植物生理学［Ｍ］．第五版．北京：高等教育出版社，２００４．２８２－２８６．［９］ＰＲＡＳＡＤＴＫ．Ｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆｃｈｉｌｌｉｎｇ－ｉｎｄｕｃｅｄｏｘｉｄａｔｉｖｅｓｔｒｅｓｓｉｎｇｉｎｊｕｒｙａｎｄｔｏｌｅｒａｎｃｅ：ｃｈａｎｇｅｓｉｎａｎｔｉｏｘｉｄａｎｔｓｙｓｔｅｍ，ｏｘｉｄａｔｉｏｎｏｆｐｒｏｔｅｉｎｓａｎｄｌｉｐｉｄｓａｎｄｐｒｏｔｅａｓｅａｃｔｉｖｉｔｉｅｓ［Ｊ］．ＴｈｅＰｌａｎｔＪ，１９９６，１０：１０１７－１０２６．［１０］王爱国，罗光华．植物的超氧化物自由基与羟胺反应的定量关系［Ｊ］. 植物生理学通讯，１９９０，２６（６）：５５－５７．［１１］莫灿坤，周希琴．紫香糯、白糯玉米对铬胁迫的生理生态反应与抗性差异研究［Ｊ］．农业与技术，２００７，２７（５）：３９－４４．［１２］王涛，牛志峰，杜慧玲．铬对芹菜叶绿素及保护酶活性的影响［Ｊ］山西农业大学学报（自然科学版），２００６，２６（３）：２５９－２６１．。