銅脅迫對(duì)小麥幼苗過(guò)氧化氫清除酶的影響

張敏敏，趙瑛，張運(yùn)暉

（甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院生物技術(shù)研究所，甘肅蘭州 730070）

銅脅迫對(duì)小麥幼苗過(guò)氧化氫清除酶的影響

張敏敏，趙瑛，張運(yùn)暉

（甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院生物技術(shù)研究所，甘肅蘭州 730070）

以小麥品種寧春4號(hào)為指示材料，研究了濃度為100、300、500 μmol/L的CuCl2對(duì)小麥幼苗抗氧化酶（CAT、POD和APX）活性的影響。結(jié)果表明，隨著Cu2+脅迫濃度的增加，小麥幼苗葉片過(guò)氧化氫酶（CAT）和過(guò)氧化物酶（POD）活性顯著上升，且有相似的變化趨勢(shì)，在Cu2+脅迫濃度為300 μmol/L時(shí)活性最高。抗壞血酸過(guò)氧化物酶（APX）活性在100 μmol/L濃度下降低，由300 μmol/L增加到500 μmol/L時(shí)先升高后降低。

小麥幼苗；銅脅迫；過(guò)氧化氫酶；過(guò)氧化物酶；抗壞血酸過(guò)氧化物酶

銅（Cu）是植物生長(zhǎng)必需的元素，其不僅是生物體內(nèi)某些氧化酶的組分，而且還是光合作用過(guò)程中質(zhì)體藍(lán)素電子傳遞體的重要組分［1］。微量的銅可以保證植物正常生命活動(dòng)，但當(dāng)它在生物體內(nèi)富集的含量超過(guò)植物體所需時(shí)，就使植物體生理代謝紊亂，制約其生長(zhǎng)發(fā)育［2］。當(dāng)植物體受到重金屬的脅迫，會(huì)影響離子間的代謝平衡，產(chǎn)生超氧自由基，導(dǎo)致膜質(zhì)的過(guò)氧化作用，從而影響植物的生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程。但植物體受到金屬脅迫時(shí)，在其耐受范圍內(nèi)，會(huì)啟動(dòng)其體內(nèi)的一套防御體系，去應(yīng)對(duì)各種生理變化，如通過(guò)抗氧化酶（POD、APX和CAT）系統(tǒng)清除體內(nèi)產(chǎn)生的活性氧，維持其正常的生命活動(dòng)。我們以我國(guó)西北大面積種植的優(yōu)質(zhì)小麥品種寧春4號(hào)為材料，研究了銅脅迫對(duì)小麥幼苗過(guò)氧化氫清除酶的影響，分析比較相應(yīng)生理指標(biāo)的變化，試圖探明銅單一脅迫對(duì)小麥的毒性，以揭示銅污染對(duì)植物生理生化方面的造成的影響及其耐受機(jī)制，為提高作物品質(zhì)和治理重金屬污染提供參考依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 材料及方法

指示小麥品種為寧春4號(hào)。試驗(yàn)共設(shè)4個(gè)處理，處理1為清水對(duì)照（CK）；處理2為100 μmol/L Cu-Cl2；處理3為300 μmol/L CuCl2；處理4為500 μmol/L CuCl2。3次重復(fù)。

將小麥種子先用1g/kg的HgCl2表面消毒10min，然后用自來(lái)水沖洗24 h。挑取顆粒飽滿完整的種子，暗培養(yǎng)萌發(fā)24 h后種植于鋪有濾紙的培養(yǎng)皿中，按試驗(yàn)設(shè)計(jì)濃度分別向培養(yǎng)皿中加入CuCl2的1/4 Hoagland營(yíng)養(yǎng)液進(jìn)行脅迫處理，于25℃、12 h/12 h（光照/黑暗）和24000 Lx光照強(qiáng)度的培養(yǎng)箱中培養(yǎng)，6 d后取葉片分別測(cè)定相應(yīng)指標(biāo)。

1.2 測(cè)定方法

將0.5g小麥葉片剪碎。用2 mL 50 mmol/L PBS（pH 7.8，含0.1%PVP和0.1 mmol/L EDTA）提取液在4℃冰浴中研磨，12000 r/min下離心30min，取上層清液用于測(cè)定過(guò)氧化物酶（POD）和過(guò)氧化氫酶（CAT）活性。CAT活性的檢測(cè)參照Aebi的方法［3］，POD活性的檢測(cè)參照Rao的愈創(chuàng)木酚法［4］，抗壞血酸過(guò)氧化物酶（APX）的活性檢測(cè)參照Nakano和Asada的方法［5］。數(shù)據(jù)采用SPSS 13.0軟件處理，結(jié)果用平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤表示。采用Excel作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 Cu2+脅迫對(duì)小麥CAT活性的影響

從圖1可以看出，隨著Cu2+濃度增加，小麥葉片CAT活性呈先增加后減弱的趨勢(shì)。其中，Cu2+為100、300 μmol/L條件下，CAT活性與CK相比分別增加約24%、34%，Cu2+500 μmol/L脅迫則使CAT活性較對(duì)照升高20%。由此可見(jiàn)，低濃度的Cu2+脅迫可誘導(dǎo)小麥CAT活性升高，而高濃度的Cu2+處理對(duì)CAT活性的誘導(dǎo)作用減弱。

圖1 Cu2+對(duì)小麥葉片CAT活性的影響

2.2 Cu2+脅迫對(duì)小麥POD活性的影響

從圖2可以看出，隨著Cu2+脅迫程度的增加，小麥POD活性先升高后降低趨勢(shì)，各藥劑處理與對(duì)照差異均達(dá)到顯著水平（P＜0.05），其中Cu2+濃度為300 μmol/L時(shí)，POD活性達(dá)最高，較對(duì)照升高約138%；Cu2+為100、500 μmol/L時(shí)，分別較CK增加約41%、47%。說(shuō)明低濃度的Cu2+可脅迫誘導(dǎo)小麥POD活性升高，而高濃度的Cu2+處理對(duì)POD活性的誘導(dǎo)作用會(huì)減弱。

圖2 Cu2+對(duì)小麥葉片POD活性的影響

2.3 Cu2+脅迫對(duì)小麥APX含量的影響

從圖3可以看出，在Cu2+為300μmol/L的脅迫下，小麥幼苗APX活性最高，較CK約升高7%。當(dāng)Cu2+脅迫濃度為100 μmol/L、500 μmol/L時(shí)，小麥幼苗APX活性較對(duì)照降低約4%、3%，但差異不顯著。表明Cu2+濃度對(duì)小麥幼苗APX活性的影響不顯著。

圖3 Cu2+對(duì)小麥葉片APX活性的影響

3 小結(jié)與討論

1）隨著Cu2+脅迫濃度的增加，小麥幼苗葉片過(guò)氧化氫酶（CAT）和過(guò)氧化物酶（POD）活性均有顯著上升，且有相似的變化趨勢(shì)，其中Cu2+為300 μmol/L時(shí)活性最高。Cu2+濃度為100 μmol/L條件下，抗壞血酸過(guò)氧化物酶（APX）活性降低，Cu2+濃度由300 μmol/L增加到500 μmol/L時(shí)，APX活性先升高后降低。說(shuō)明銅脅迫使小麥幼苗抗氧化酶活性發(fā)生改變，保護(hù)細(xì)胞免受脅迫損傷。這可能與小麥自身抗氧化系統(tǒng)抵御外界脅迫，維持細(xì)胞正常的結(jié)構(gòu)與功能，保證其正常生長(zhǎng)有關(guān)［6］。

2）CAT普遍存在于植物體內(nèi)的所有組織中，是生物氧化過(guò)程一系列抗氧化酶的終端，具有很強(qiáng)的催化能力，能將H2O2分解為O2-和H2O［7］。POD是植物體內(nèi)廣泛存在的一種抗氧化酶類(lèi)，在植物呼吸中起重要作用，可以在一定程度內(nèi)降低活性氧對(duì)植物的傷害［8～9］。APX是植物氧化還原途徑的重要組分，是植物葉綠體中專一清除H2O2的關(guān)鍵酶［10～11］。小麥幼苗抵御Cu脅迫造成的氧化損傷時(shí)，CAT、POD、APX 3種抗氧化酶表現(xiàn)出了不同的變化趨勢(shì)，其中Cu2+對(duì)小麥葉片中CAT、POD的影響較為顯著，CAT、POD的變化趨勢(shì)趨同，出現(xiàn)先增加后減小的變化。但二者又有區(qū)別，POD的變化趨勢(shì)更大，可見(jiàn)CAT和POD對(duì)Cu毒害反應(yīng)的敏感性不同。而APX作為葉綠體內(nèi)重要的抗氧化酶，在Cu2+脅迫下變化并不明顯。因此，植物對(duì)不同金屬離子的抗氧化機(jī)制是不同的，不同的抗氧化酶可以發(fā)揮不同的抗氧化功能，這可能因脅迫程度和物種不同等造成。

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（本文責(zé)編：陳偉）

Effects of Copper Stress on Hydrogen Peroxide Scavebgubg Enzymes of Wheat Seedlings

ZHANG Min-min，ZHAO Ying，ZHANG Yun-hui
（Institute of Biotechnology Research，Gansu Academy of Agricultural Sciences，Lanzhou Gansu 730070，China）

The Ningchun 4 wheat was used as a material in this test，which studies the influence of the activity on wheat seedling antioxidant enzymes（CAT，POD and APX），under the different concentration（100 μmol/L，300 μmol/L，500 μmol/L、）CuCl2.The results showed that the increase of Cu stress concentration，the activity of wheat seedling leaves catalase（CAT）and peroxidase（POD）rises significantly，and have a similar changing trend.When the concentration of enzymatic is 300 μmol/L，enzymatic is the most active.But when ascorbic acid peroxidase（APX）is 100，μmol/L the activity of enzyme is living lower.And the concentration of enzymatic was 1 300 μmol/L and 500 μmol/L，it increases firstly，and then decreases.

Wheat seedlings；Cu stress；Catalase；Peroxidase；Ascorbic acid peroxidase

S512.1

A

1001-1463（2014）07-0042-03

10.3969/j.issn.1001-1463.2014.07.017

2014-04-18

張敏敏（1985—），女，甘肅武都人，研究實(shí)習(xí)員，主要從事農(nóng)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)與利用工作。聯(lián)系電話：（0）18693112939。