SO2脅迫對大葉黃楊和貼梗海棠膜脂過氧化及保護(hù)酶的影響

何 瑞，徐玉梅

（山西農(nóng)業(yè)大學(xué)信息學(xué)院，山西太谷030801）

SO2是我國當(dāng)前主要的大氣污染物，其主要來源于煤、石油等天然氣的燃燒及含硫礦物的冶煉等。隨世界對能源及自然資源需求的不斷增加，SO2對生物和環(huán)境造成的危害日趨嚴(yán)重。近年來，SO2對植物的危害逐年增加，主要對植物細(xì)胞產(chǎn)生氧化傷害，而膜脂過氧化（lipid peroxidation，LP）被認(rèn)為是測定氧化傷害程度的可靠指標(biāo)[1]。

植物體內(nèi)的抗氧化系統(tǒng)是決定植物細(xì)胞對SO2脅迫抗性的關(guān)鍵因素，超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化物酶（POD）、過氧化氫酶（CAT）是抗氧化系統(tǒng)中重要的保護(hù)酶，這些抗氧化酶能清除機體內(nèi)的活性氧，有利于植物維持體內(nèi)活性氧產(chǎn)生與猝滅的動態(tài)平衡，從而阻止膜脂過氧化的進(jìn)程，減輕其對細(xì)胞的傷害[2]。

近年來，國內(nèi)外關(guān)于SO2對植物生理生化影響的報道很多[3]，但對園林綠化樹種的研究相對較少。在研究SO2對園林植物敏感性研究的基礎(chǔ)上，確定了大葉黃楊為抗性樹種，貼梗海棠為敏感樹種[4]。本試驗主要對在不同的SO2脅迫濃度和持續(xù)時間條件下，大葉黃楊和貼梗海棠的SOD，POD，CAT 等保護(hù)酶活性以及膜質(zhì)過氧化產(chǎn)物MDA 含量、質(zhì)膜透性的變化進(jìn)行了測定[5-6]，研究這些指標(biāo)的動態(tài)變化及其對SO2抗性的相互聯(lián)系，旨在為探討這些指標(biāo)作為評價樹種對SO2抗性的可行性提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

貼梗海棠和大葉黃楊均采自山西農(nóng)業(yè)大學(xué)校園。選取生長勢均勻一致、無病蟲斑的樹種，剪下20 cm 長的枝條，經(jīng)適當(dāng)疏剪后，立即插入盛有knop 營養(yǎng)液的三角瓶中待用。

1.2 SO2 熏氣處理方法

在體積為0.474 m3密閉容器中，用0.10，0.50，1.00 mg/L 3 個SO2質(zhì)量濃度對2 種植物進(jìn)行4 h熏氣處理。每個處理3 次重復(fù)，對照放入同樣條件而無SO2的熏氣裝置中。分別在熏氣結(jié)束后0，20，30，44，54 h 采樣測定其生理生化指標(biāo)。

1.3 生理生化指標(biāo)測定方法

超氧化物陰離子自由基（O2－）測定參照王愛國等[7]的方法進(jìn)行；細(xì)胞膜透性的測定采用電導(dǎo)儀法；MDA 含量的測定采用硫代巴比妥酸比色法；SOD 酶活性的測定采用NBT 光還原法；POD酶活性測定采用愈創(chuàng)木酚法[8]；CAT 酶活性測定采用高錳酸鉀滴定法[9]。

2 結(jié)果與分析

2.1 SO2 對O2-產(chǎn)生速率的影響

試驗結(jié)果（圖1，2）表明，經(jīng)過0.10，0.50 和1.00 mg/L 的SO2處理4 h 后，貼梗海棠和大葉黃楊的O2－產(chǎn)生速率均增加，貼梗海棠O2－產(chǎn)生速率的增加比率遠(yuǎn)大于大葉黃楊，且隨SO2質(zhì)量濃度的增加，O2－產(chǎn)生速率的增加比率呈增加趨勢。在處理初期，2 種植物的O2－產(chǎn)生速率都急劇增加，即產(chǎn)生了氧爆現(xiàn)象；貼梗海棠的O2－產(chǎn)生速率在后期下降；大葉黃楊中的O2－產(chǎn)生速率在中期略有下降，后期又略有回升，出現(xiàn)了雙峰現(xiàn)象。

2.2 SO2 對細(xì)胞膜相對透性的影響

試驗結(jié)果（圖3，4）表明，貼梗海棠和大葉黃楊經(jīng)SO2處理后，2 種植物的細(xì)胞膜透性均增加，而且貼梗海棠細(xì)胞膜相對透性增加比率大于大葉黃楊。不同質(zhì)量濃度的SO2處理對葉片細(xì)胞膜相對透性的增加比率不同，基本上細(xì)胞膜相對透性的增加比率隨SO2質(zhì)量濃度的增加呈上升趨勢。0.10，0.50，1.00 mg/L 這3 種質(zhì)量濃度對大葉黃楊處理4 h 后細(xì)胞膜相對透性的增加比率依次為3.944%，10.772%和16.811%。3 種質(zhì)量濃度處理貼梗海棠后，其細(xì)胞膜相對透性的增加比率依次為6.475%，17.818%和24.086%。

2.3 SO2 對葉片MDA 含量的影響

試驗結(jié)果（圖5，6）表明，貼梗海棠和大葉黃楊，經(jīng)SO2處理4 h 后，葉片的MDA 含量均比對照增加，且貼梗海棠的MDA 含量的增加比率大于大葉黃楊。分析不同質(zhì)量濃度SO2對植物的影響可看出，無論是貼梗海棠還是大葉黃楊，MDA含量的增加比率均隨SO2質(zhì)量濃度的增加呈升高趨勢。這表明貼梗海棠和大葉黃楊在SO2脅迫時產(chǎn)生了膜脂過氧化作用，貼梗海棠及高質(zhì)量濃度的SO2對植物脂質(zhì)過氧化作用的程度更高。

2.4 SO2 對保護(hù)酶活性的影響

試驗結(jié)果（圖7，8）表明，貼梗海棠和大葉黃楊經(jīng)SO2處理4 h 后，葉片體內(nèi)的POD 活性均上升，抗性植物大葉黃楊增加比率較敏感植物貼梗海棠大。脫離處理后，POD 活性均出現(xiàn)一個應(yīng)激上升的過程，隨后下降，但是抗性植物大葉黃楊出現(xiàn)應(yīng)激的時間要比貼梗海棠早。

試驗結(jié)果（圖9，10）表明，貼梗海棠和大葉黃楊經(jīng)SO2處理4 h 后，葉片內(nèi)的SOD 活性均升高，但是大葉黃楊的增加比率比貼梗海棠大。隨SO2質(zhì)量濃度的增加，SOD 活性的增減比率增加；用0.1，0.5，1.0 mg/L SO2處理后，大葉黃楊SOD 增加比率依次為17.620%，25.303%，30.392%；貼梗海棠SOD 的增加比率依次為5.515%，11.184%和14.858%。2 種植物在處理后20 h，SOD 活性均出現(xiàn)一個增加峰值，其中，敏感植物貼梗海棠的SOD 活性的增幅在后期下降。而抗性植物大葉黃楊的SOD 活性在后期則呈上升趨勢。

試驗表明（圖11，12），貼梗海棠和大葉黃楊經(jīng)SO2處理4 h 后，葉片體內(nèi)的CAT 活性均下降，且貼梗海棠的下降幅度大于大葉黃楊。CAT 活性的下降比率隨SO2質(zhì)量濃度的增加而增加。

3 結(jié)論與討論

植物在逆境條件下會產(chǎn)生大量的活性氧（O2－，H2O2，·OH 和1O2等），體內(nèi)POD，SOD 等保護(hù)酶難以清除，從而使植物細(xì)胞內(nèi)膜發(fā)生過氧化作用或脫脂作用，使質(zhì)膜受到損害，透性改變，損傷膜系統(tǒng)，植物受到傷害[10-12]。丙二醛（MDA）是細(xì)胞內(nèi)膜脂過氧化或脫脂的產(chǎn)物，會嚴(yán)重?fù)p傷細(xì)胞的生物膜，降低膜中不飽和脂肪酸的含量，使膜的流動性降低。質(zhì)膜是細(xì)胞與環(huán)境之間物質(zhì)交換的界面，它能調(diào)節(jié)和控制細(xì)胞內(nèi)外物質(zhì)的運輸和交換。當(dāng)植物處于逆境脅迫時，其選擇透過機能受損，透性增大，使細(xì)胞內(nèi)一些可溶性物質(zhì)外滲，破壞了酶及代謝作用原有的區(qū)域性，這是植物受害的原因之一。MDA 含量和細(xì)胞膜相對透性是反映細(xì)胞質(zhì)膜透性的2 個重要生理指標(biāo)[13]。

本試驗結(jié)果表明，SO2處理使貼梗海棠和大葉黃楊產(chǎn)生O2－的速率、MDA 含量和細(xì)胞膜相對透性均增加，而且貼梗海棠的增加比率比大葉黃楊大，這可能與大葉黃楊對SO2的抗性強有關(guān)。隨SO2質(zhì)量濃度的增加，這3 個指標(biāo)的增加比率均呈升高趨勢。說明用這3 個指標(biāo)作為監(jiān)測SO2污染程度具有一定的實際意義。

自由基傷害學(xué)說[14-15]認(rèn)為，在正常情況下，植物細(xì)胞中存在著活性氧的產(chǎn)生和清除2 個過程。逆境脅迫會促進(jìn)活性氧產(chǎn)生，損傷膜系統(tǒng)[10]。有些酶如超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化物酶（POD）和過氧化氫酶（CAT）等可清除活性氧自由基，從而防止自由基的毒害，為此將它們稱為保護(hù)酶系統(tǒng)[16]。作為酶系統(tǒng)的重要組成成分，硫過多會直接或間接地對自由基清除系統(tǒng)酶的活性產(chǎn)生影響；又由于硫參與作物的呼吸作用和光合作用的電子傳遞以及次生代謝物的產(chǎn)生等過程，其含量的增減必然會影響到植物體內(nèi)活性氧的產(chǎn)生和清除[17]。超氧化物歧化酶（SOD）是一種重要的自由基清除酶。一些學(xué)者認(rèn)為，SOD 同植物的抗污性密切相關(guān)，SOD 含量高的葉片，抗性強，較晚出現(xiàn)傷害癥狀[18-19]。

本研究結(jié)果表明，經(jīng)SO2處理后，貼梗海棠和大葉黃楊的SOD 和POD 活性均上升，抗性植物大葉黃楊的增加比率大于敏感植物貼梗海棠，隨SO2質(zhì)量濃度的增加，SOD 和POD 活性的增加比率升高。脫離處理后，POD 活性均出現(xiàn)一個應(yīng)激上升的過程，隨后下降，抗性植物大葉黃楊出現(xiàn)應(yīng)激反應(yīng)早于貼梗海棠。SOD 作為主要的抗氧化酶之一，在保護(hù)細(xì)胞膜免受氧化損傷中具有特殊重要的意義，在SO2脅迫下，O2－產(chǎn)生速率增加，SOD 酶活性升高，使植物體內(nèi)活性氧的清除達(dá)到平衡，從而防止活性氧的積累對細(xì)胞膜造成的損傷。貼梗海棠和大葉黃楊經(jīng)SO2處理后，CAT 活性下降，且隨SO2質(zhì)量濃度的增加下降比率增加。

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