重金屬鉻對植物酶系統(tǒng)影響的研究進展

張宇虹

（河南師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，河南新鄉(xiāng)　453000）

重金屬鉻對植物酶系統(tǒng)影響的研究進展

張宇虹

（河南師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，河南新鄉(xiāng)453000）

鉻是重金屬中最具危害性的元素之一，鉻污染影響植物的生理生化特性。本文綜述近年來重金屬鉻脅迫對植物酶系統(tǒng)影響的研究成果。

鉻；酶系統(tǒng)；植物；研究進展

正常生長條件下，植物體內(nèi)活性氧產(chǎn)生和清除處于平衡態(tài)，Cr6+脅迫擾亂細胞的氧化還原平衡并促進產(chǎn)生活性氧（ROS）而造成氧化性損傷，損害膜的結(jié)構(gòu)和功能，并擾亂代謝過程，最終抑制植物的生長[1]。Cr6+脅迫促進ROS的積累在一定程度上是由于其對電子傳遞鏈的組分如線粒體ATP合酶和擬南芥NADH泛醌氧化還原相關(guān)同源蛋白酶的調(diào)節(jié)，對葉綠體和線粒體的電子傳遞鏈產(chǎn)生了負面影響，但在分子水平上的毒性影響仍然不完全所知[2-3]。為應(yīng)付氧化毒害植物也產(chǎn)生了ROS清除機制，當(dāng)植物受到Cr6+毒害后，抗氧化系統(tǒng)活性發(fā)生相應(yīng)變化。包括過氧化氫酶（CAT）、過氧化物酶（POD）和超氧化物歧化酶（SOD）在內(nèi)的ROS清除酶是植物應(yīng)對氧化脅迫的一個重要的防御系統(tǒng)，能反映植物抗氧化和Cr6+耐受能力之間的親和程度。SOD將超氧陰離子O2-轉(zhuǎn)換成細胞中最穩(wěn)定的活性氧分子H2O2，過氧化物酶體中的CAT或POD則將H2O2去除?？箟难徇^氧化物酶（APX）是關(guān)鍵H2O2清除酶，它不同于只催化較高濃度H2O2的過氧化氫酶，其表達在鉻脅迫下增強，能夠保護葉綠體、對抗活性氧[4]。

SOD是生物體內(nèi)清除自由基的主要參與者，隨Cr6+脅迫濃度的增加，其活性大多表現(xiàn)為先升高后下降的兩個反應(yīng)階段?；钚陨叩脑蚩赡苁倾t刺激了植物體本身存在的SOD或誘導(dǎo)合成新的SOD，下降的原因可能是酶對其保護作用有一定限度，超過此限度酶活性就下降。水稻[5]、羅漢果[6]、旱傘草[7]等植物幼苗由于保護酶系統(tǒng)耐鉻脅迫能力較差，Cr6+脅迫濃度增加導(dǎo)致SOD活性一直下降。POD與CAT的活性隨脅迫濃度的增加逐漸升高，在Cr6+脅迫時發(fā)揮了更大作用。POD活性升高是由于植物體內(nèi)鉻達到一定濃度時，膜脂過氧化作用增強，植物體內(nèi)過氧化物（如過氧化氫等）濃度增加，即POD的底物濃度增加，從而使POD活性上升。CAT在低濃度Cr6+脅迫下活性增加緩慢，高濃度脅迫下增加較快?？赡苁且驗楦逤r6+脅迫下膜脂過氧化加劇、細胞受傷害程度增加，過氧化氫酶活性迅速升高以分解體內(nèi)產(chǎn)生的大量的過氧化氫根離子，以此保護植物細胞。

鉻脅迫對保護酶活性的影響與植物品種、抗性有關(guān)，如水稻[8]、羅漢果[6]受鉻脅迫抵抗能力較差，各種保護酶活性在低濃度鉻毒害時就幾乎全部下降。保護酶活性也隨植物本身的發(fā)育程度、器官、組織、部位而不同，如萬永吉[9]等對秋茄幼苗根系及葉片的研究表明：在有效防御Cr6+脅迫傷害方面，秋茄幼苗的根系比葉片具有更大的耐受性。

綜上所述，人們對于鉻毒害下植物保護酶系統(tǒng)的響應(yīng)機制已經(jīng)有了比較透徹的了解，植物在鉻脅迫下的反應(yīng)特性可以作為檢測土壤和水體受重金屬污染程度的重要指標(biāo)，為環(huán)境監(jiān)測提供有用的參考資料。同時，隨著對鉻脅迫下植物自身響應(yīng)機制和保護機制研究的不斷深入，未來將會培育和篩選出更高抗性的植物資源并且實施到生產(chǎn)當(dāng)中。

（收稿：2016-04-25）

[1]Maecka A,Jarmuszkiewicz Wa,Tomaszewska1 B.Antioxidative defense to lead stress in subcellular compartments of pea root cells[J].Acta Bioquimica Polonica,2001,48(3):687-98.

[2]Dixit V,Pandey V,Shyam R.Chromium ions inactivate electron transport and enhance superoxide generation in vivo in pea(Pisum sativum L.cv.Azad)root mitochondria[J].Plant,Cell&Environment, 2002,25(5):687-93.

[3]Keunen E,Remans T,Bohler S,et al.Metal-induced oxidative stress and plant mitochondria[J].International journal of molecular sciences, 2011,12(10):6894-918.

[4]Koussevitzky S,Suzuki N,Huntington S,et al.Ascorbate peroxidase 1 plays a key role in the response of Arabidopsis thaliana to stress combination[J].Journal of Biological Chemistry,2008.

[5]徐芬芬.鉻脅迫對水稻幼苗生長和生理特性的影響[J].雜交水稻, 2012,27(3):76-8.

[6]張永霞,石貴玉,李霞,等.鉻脅迫對羅漢果幼苗生理生化指標(biāo)的影響[J].中國農(nóng)學(xué)通報,2011,27(2):12-6.

[7]陳金發(fā).鉻脅迫對旱傘草生理生化特性的影響[J].濕地科學(xué),2014, 12(3):356-61.

[8]徐芬芬.鉻脅迫對水稻幼苗生長和生理特性的影響[J].雜交水稻, 2012,27(3):76-8.

[9]萬永吉,鄭文教,方煜,等.重金屬鉻(Ⅲ)脅迫對紅樹植物秋茄幼苗SOD,POD活性及其同工酶的影響[J].廈門大學(xué)學(xué)報:自然科學(xué)版, 2008,47(4):571-4.

2014年度河南師范大學(xué)校級大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練計劃(編號：20140138）

張宇虹（1996-），女，漢族，河南三門峽人，河南師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院2013級生物科學(xué)專業(yè)本科生。