外源H2O2引發(fā)對(duì)燕麥種胚線粒體AsA-GSH循環(huán)的影響

李紅玉， 王雅聰， 夏方山， 李尹琳， 王聰聰， 王 勃， 董寬虎

(1.山西農(nóng)業(yè)大學(xué)科研管理部， 山西 太谷 030801； 2.山西農(nóng)業(yè)大學(xué)草業(yè)學(xué)院， 山西 太谷 030801； 3.中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)草業(yè)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，北京 100193)

草種業(yè)是關(guān)系國(guó)家穩(wěn)定發(fā)展的戰(zhàn)略性和基礎(chǔ)性產(chǎn)業(yè)，是促進(jìn)草牧業(yè)長(zhǎng)期高質(zhì)量發(fā)展和保障國(guó)家生態(tài)安全的根本所在[1-2]，而種子是植物種質(zhì)資源有效保存的重要載體，也是其創(chuàng)新利用的重要原材料[3]，其質(zhì)量好壞是決定我國(guó)草種業(yè)發(fā)展水平高低的關(guān)鍵因素[4]。然而，種子從發(fā)育形成至貯藏結(jié)束的整個(gè)過程一直進(jìn)行著各種有氧代謝反應(yīng)，并產(chǎn)生眾多對(duì)其種胚細(xì)胞有害的活性氧(Reactive oxygen species，ROS)自由基[5]，從而導(dǎo)致種子活力在生理成熟期最高，其后會(huì)在貯藏過程中逐漸下降，乃至完全喪失[5-7]。H2O2被認(rèn)為是動(dòng)植物體內(nèi)調(diào)節(jié)ROS代謝反應(yīng)的動(dòng)態(tài)核心位點(diǎn)，其含量升高是導(dǎo)致貯藏植物種子活力降低的直接決定因素[8-9]。同時(shí)，H2O2還具有維持植物細(xì)胞穩(wěn)態(tài)的作用，是調(diào)節(jié)植物生長(zhǎng)發(fā)育的重要小分子信號(hào)物質(zhì)之一，不僅能促進(jìn)植物種子的萌發(fā)及其幼苗生長(zhǎng)，還能提高植物苗期的抗逆能力[10]。研究發(fā)現(xiàn)，H2O2對(duì)植物種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)的影響與其濃度、處理時(shí)間及植物種類(品種)均具有密切關(guān)系，且低濃度會(huì)表現(xiàn)出促進(jìn)作用，而高濃度則表現(xiàn)出抑制作用[11-13]，但其具體的作用機(jī)制還不清楚[14]，同時(shí)種子活力喪失的內(nèi)在機(jī)理也不完全清晰[15]。因此，利用引發(fā)技術(shù)來探究外源H2O2如何影響植物種子活力具有重要意義。

線粒體不僅是動(dòng)植物細(xì)胞重要的記憶基礎(chǔ)，還是其能量合成及物質(zhì)代謝的中心部位[16-17]，也是維持種子活力及萌發(fā)等生命活動(dòng)的動(dòng)力之源。線粒體被認(rèn)為是種子細(xì)胞內(nèi)ROS產(chǎn)生的主要來源，也是ROS攻擊的首要目標(biāo)，因而其結(jié)構(gòu)及呼吸功能會(huì)不可避免地發(fā)生紊亂[18-19]。研究老芒麥(Elymussibiricus)[15-16]、大豆(Glycinemax)[20]、燕麥(Avenasativa)[21-22]、水稻(Oryzasativa)[23]及榆樹(Ulmuspumila)[24]等植物種子的活力喪失均發(fā)現(xiàn)，線粒體H2O2的大量增加導(dǎo)致了線粒體數(shù)量明顯減少、內(nèi)外膜模糊、嵴消失、基質(zhì)變稀等問題，其細(xì)胞色素氧化酶和蘋果酸脫氫酶等線粒體功能標(biāo)志酶活性也降低，使其呼吸供能能力受阻。經(jīng)修復(fù)后的老化種子線粒體結(jié)構(gòu)會(huì)變得完整清晰，其細(xì)胞色素氧化酶和蘋果酸脫氫酶活性也會(huì)得到明顯改善[9]。種胚線粒體內(nèi)抗壞血酸-谷胱甘肽(Ascorbic acid-glutathione，AsA-GSH)循環(huán)是種子線粒體內(nèi)清除ROS的主要途徑[16,21]，其抗氧化能力強(qiáng)弱直接決定了植物種子活力水平的高低，種胚線粒體AsA-GSH循環(huán)的抗氧化能力越強(qiáng)，其種子活力水平則越高，種胚線粒體AsA-GSH循環(huán)的抗氧化能力越弱，其種子活力水平則越低[9,20]。然而，外源H2O2處理對(duì)種子萌發(fā)及幼苗生長(zhǎng)的研究已在黃瓜(Cucumissativus)[11]、小白菜(Brassicachinensis)[12]、花生(Arachishypogaea)[13]、燕麥[14]等植物中有報(bào)道，但種胚線粒體AsA-GSH循環(huán)如何變化至今尚未見報(bào)道，因而H2O2調(diào)控種子萌發(fā)及幼苗生長(zhǎng)的內(nèi)在機(jī)理仍不清楚。因此，本試驗(yàn)采用引發(fā)技術(shù)來探討外源H2O2對(duì)燕麥種胚線粒體AsA-GSH循環(huán)抗氧化能力的影響規(guī)律，以期為H2O2調(diào)控植物種子活力變化的內(nèi)在機(jī)制提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試種子來源

供試燕麥種子品種為‘太陽神’，2018年3月于北京正道農(nóng)業(yè)股份有限公司購買，初始發(fā)芽率98%左右，獲取后于-20℃條件貯藏至2019年3月開展試驗(yàn)。

1.2 外源H2O2引發(fā)處理

將燕麥種子含水量參照文獻(xiàn)[25]的方法調(diào)整至10%(鮮重基礎(chǔ))左右，將其分為每份約10 g，然后在室溫黑暗條件下用200 mL濃度分別為0 mol·L-1，0.96 mol·L-1，1.92 mol·L-1，3.84 mol·L-1和7.68 mol·L-1的H2O2浸泡0 h(CK)，6 h，12 h和18 h后，蒸餾水快速洗3次，并用干凈濾紙吸掉種皮表面的水分，最后室溫、黑暗環(huán)境中風(fēng)干2 d，含水量約10%(鮮重基礎(chǔ))時(shí)密封，并保存于4℃下備用。每個(gè)處理重復(fù)4次。

1.3 線粒體的提取與純化

線粒體的提取與純化參照Yin等[26]的方法進(jìn)行，剝?nèi)∥? h的燕麥完整種胚200個(gè)，并置于預(yù)冷的冰浴研缽內(nèi)，研磨前加入提前預(yù)冷的線粒體提取液20 mL，研磨約5 min后用4層紗布進(jìn)行過濾，之后經(jīng)反復(fù)離心和洗滌后獲得線粒體的懸浮液，將懸浮液再用1∶2的Percoll梯度分離液純化。所有試驗(yàn)過程均要在1℃～4℃條件下進(jìn)行，純化后的線在中間體放置于4℃?zhèn)溆?，且每次提取的線粒體最多保存1 d。

1.4 測(cè)定指標(biāo)及方法

超氧化物歧化酶(Superoxide dismutase，SOD)活性參考Rao和Sresty[27]的方法測(cè)定，抗壞血酸過氧化物酶(Ascorbate peroxidase，APX)、脫氫抗壞血酸還原酶(Dehydroascorbate reductase，DHAR)活性均參考Nakano和Asada[28]的方法測(cè)定，單脫氫抗壞血酸還原酶(Monodehydroasorbate reductase，MDHAR)活性參考Arrigoni等[29]的方法測(cè)定，谷胱甘肽還原酶(Glutathione reductase，GR)活性參考Esterbauer和Grill[30]的方法測(cè)定，可溶性蛋白和H2O2含量均使用南京建成生物工程研究所生產(chǎn)的試劑盒進(jìn)行測(cè)定，丙二醛(Malondialdehyde，MDA)含量則參考Bailly等[31]的方法測(cè)定。所有指標(biāo)測(cè)定過程中均采用1 mL反應(yīng)體系加入10 μL純化線粒體勻漿(含蛋白約20 μg)。

1.5 數(shù)據(jù)分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)整理和作圖采用軟件Excel 2010進(jìn)行，多重比較則采用Duncan’s法利用SPSS 21.0軟件進(jìn)行，結(jié)果以“平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤”表示。

2 結(jié)果與分析

2.1 外源H2O2引發(fā)下燕麥種胚線粒體H2O2和MDA含量的變化

由圖1可知，引發(fā)6 h～18 h時(shí)，燕麥種胚線粒體H2O2和MDA含量均隨著H2O2引發(fā)濃度的增加而上升，并均在7.68 mol·L-1顯著高于其他H2O2引發(fā)濃度(P<0.05)；引發(fā)12 h和18 h的燕麥種胚線粒體H2O2和MDA含量在各個(gè)濃度之間存在顯著變化(P<0.05)。H2O2引發(fā)濃度為0 mol·L-1時(shí)，燕麥種胚線粒體H2O2含量隨引發(fā)時(shí)間延長(zhǎng)無顯著變化，而其MDA含量在引發(fā)18 h時(shí)則顯著(P<0.05)高于CK；濃度為0.96 mol·L-1時(shí)，燕麥種胚線粒體H2O2和MDA含量均顯著高于CK(P<0.05)，其H2O2和MDA含量在引發(fā)6 h和12 h間均無顯著變化，其H2O2在引發(fā)12 h和18 h間也無顯著變化，而其MDA含量則在引發(fā)18 h時(shí)顯著高于引發(fā)12 h(P<0.05)；濃度為3.84 mol·L-1和7.68 mol·L-1時(shí)，燕麥種胚線粒體H2O2和MDA含量均在各個(gè)引發(fā)時(shí)間之間存在顯著差異(P<0.05)。

圖1 外源H2O2引發(fā)下燕麥種胚線粒體H2O2(A)和MDA(B)含量變化Fig.1 Changes of H2O2 (A) and MDA (B) contents in embryonic mitochondria of oat seeds after exogenous H2O2priming注：不同大寫字母代表相同引發(fā)時(shí)間下各濃度間差異顯著(P<0.05)；不同小寫字母表示相同的濃度下各引發(fā)時(shí)間之間差異顯著(P<0.05)。下圖同Note:Different capital letters mean significant differences at the 0.05 level among different concentrations at same priming time；Different small letters mean significant differences at the 0.05 level among different priming time with same concentrations. The same as below

2.2 外源H2O2引發(fā)下燕麥種胚線粒體SOD活性的變化

引發(fā)6 h～18 h時(shí)，燕麥種胚線粒體SOD活性會(huì)隨H2O2濃度增加呈先升后降的趨勢(shì)(圖2)；引發(fā)6 h和12 h時(shí)，其SOD活性均在1.92 mol·L-1時(shí)顯著高于其他濃度(P<0.05)；引發(fā)6 h時(shí)，濃度為0.96 mol·L-1～7.68 mol·L-1H2O2引發(fā)的燕麥種胚線粒體SOD活性均顯著高于濃度為0 mol·L-1時(shí)(P<0.05)；引發(fā)12 h時(shí)，濃度為0.96 mol·L-1～3.84 mol·L-1H2O2引發(fā)的燕麥種胚線粒體SOD活性顯著高于H2O2引發(fā)濃度為0 mol·L-1時(shí)(P<0.05)；引發(fā)18 h時(shí)，燕麥種胚線粒體SOD活性在H2O2濃度為0.96 mol·L-1時(shí)顯著高于其他H2O2引發(fā)濃度(P<0.05)，而H2O2引發(fā)濃度為7.68 mol·L-1時(shí)則顯著低于濃度為0 mol·L-1時(shí)(P<0.05)。H2O2濃度為0 mol·L-1時(shí)，燕麥種胚線粒體SOD活性隨引發(fā)時(shí)間的延長(zhǎng)無顯著變化；H2O2濃度為0.96 mol·L-1時(shí)，燕麥種胚線粒體SOD活性隨引發(fā)時(shí)間的延長(zhǎng)呈上升趨勢(shì)，均顯著高于CK(P<0.05)，并在引發(fā)18 h時(shí)顯著高于其他引發(fā)時(shí)間(P<0.05)；H2O2濃度為1.92 mol·L-1時(shí)，燕麥種胚線粒體SOD活性隨引發(fā)時(shí)間的延長(zhǎng)呈先上升后下降的趨勢(shì)，均顯著高于CK(P<0.05)，并在引發(fā)6 h和12 h時(shí)顯著高于引發(fā)18 h(P<0.05)；H2O2濃度為3.84 mol·L-1和7.68 mol·L-1時(shí)，燕麥種胚線粒體SOD活性均隨引發(fā)時(shí)間的延長(zhǎng)呈下降趨勢(shì)，但在濃度為3.84 mol·L-1時(shí)引發(fā)6 h～18 h均顯著高于CK(P<0.05)，而濃度為7.68 mol·L-1時(shí)引發(fā)18 h則顯著低于CK(P<0.05)。

圖2 外源H2O2引發(fā)下燕麥種胚線粒體SOD活性變化Fig.2 Changes of SOD activities in embryonic mitochondria of oat seeds under exogenous H2O2priming

2.3 外源H2O2引發(fā)下燕麥種胚線粒體APX活性的變化

引發(fā)6 h～18 h時(shí)，燕麥種胚線粒體APX活性會(huì)隨H2O2濃度增加呈先升后降的趨勢(shì)(圖3)；引發(fā)6 h時(shí)，燕麥種胚線粒體APX活性在H2O2濃度為3.84 mol·L-1時(shí)顯著高于其他H2O2引發(fā)濃度(P<0.05)，在濃度為7.68 mol·L-1時(shí)顯著低于濃度為0 mol·L-1時(shí)(P<0.05)；引發(fā)12 h時(shí)，燕麥種胚線粒體APX活性在H2O2引發(fā)濃度為0.96 mol·L-1～3.84 mol·L-1時(shí)顯著高于H2O2引發(fā)濃度為0 mol·L-1時(shí)(P<0.05)，且H2O2引發(fā)濃度為1.92 mol·L-1時(shí)顯著高于其他H2O2引發(fā)濃度(P<0.05)，H2O2引發(fā)濃度為7.68 mol·L-1時(shí)則顯著低于H2O2引發(fā)濃度為0 mol·L-1時(shí)(P<0.05)；引發(fā)18 h時(shí)，燕麥種胚線粒體APX活性在H2O2濃度為0.96 mol·L-1時(shí)顯著高于其他H2O2引發(fā)濃度(P<0.05)，H2O2引發(fā)濃度為3.84 mol·L-1和7.68 mol·L-1時(shí)則顯著低于濃度為0 mol·L-1時(shí)(P<0.05)。H2O2濃度為0 mol·L-1時(shí)，燕麥種胚線粒體APX活性在引發(fā)6 h～18 h后均顯著高于CK(P<0.05)；H2O2引發(fā)濃度為0.96 mol·L-1時(shí)，燕麥種胚線粒體APX活性隨引發(fā)時(shí)間的延長(zhǎng)而顯著上升(P<0.05)，在引發(fā)18 h時(shí)顯著高于其他引發(fā)時(shí)間(P<0.05)；H2O2引發(fā)濃度為1.92 mol·L-1時(shí)，燕麥種胚線粒體APX活性隨引發(fā)時(shí)間的延長(zhǎng)呈先上升后下降的趨勢(shì)，且均顯著高于CK(P<0.05)，并在引發(fā)12 h時(shí)顯著高于其他引發(fā)時(shí)間(P<0.05)；H2O2引發(fā)濃度為3.84 mol·L-1和7.68 mol·L-1時(shí)，燕麥種胚線粒體APX活性均隨引發(fā)時(shí)間的延長(zhǎng)呈下降趨勢(shì)，但在濃度為3.84 mol·L-1時(shí)引發(fā)6 h和12 h均顯著高于CK(P<0.05)，引發(fā)18 h時(shí)則顯著低于CK(P<0.05)，而濃度為7.68 mol·L-1時(shí)引發(fā)6 h～18 h時(shí)均顯著低于CK(P<0.05)。

圖3 外源H2O2引發(fā)下燕麥種胚線粒體APX活性變化Fig.3 Changes of APX activities in embryonic mitochondria of oat seeds under exogenous H2O2priming

2.4 外源H2O2引發(fā)下燕麥種胚線粒體MDHAR活性的變化

引發(fā)6 h～18 h時(shí)，燕麥種胚線粒體MDHAR活性均會(huì)隨H2O2濃度增加呈先升后降的趨勢(shì)(圖4)；引發(fā)6 h時(shí)，燕麥種胚線粒體MDHAR活性在H2O2濃度為3.84 mol·L-1時(shí)顯著高于其他H2O2引發(fā)濃度(P<0.05)，而在濃度為7.68 mol·L-1時(shí)顯著低于濃度為0 mol·L-1時(shí)(P<0.05)；引發(fā)12 h和18 h時(shí)，燕麥種胚線粒體MDHAR活性均在濃度為0.96 mol·L-1時(shí)顯著高于其他H2O2引發(fā)濃度(P<0.05)，H2O2引發(fā)濃度為1.92 mol·L-1～7.68 mol·L-1時(shí)顯著低于濃度為0 mol·L-1時(shí)(P<0.05)。H2O2濃度為0 mol·L-1時(shí)，燕麥種胚線粒體MDHAR活性在引發(fā)0 h～18 h時(shí)無顯著變化；H2O2引發(fā)濃度為0.96 mol·L-1時(shí)，燕麥種胚線粒體MDHAR活性隨引發(fā)時(shí)間的延長(zhǎng)呈先上升后下降趨勢(shì)，在引發(fā)12 h時(shí)顯著高于其他引發(fā)時(shí)間(P<0.05)；H2O2引發(fā)濃度為1.92 mol·L-1～7.68 mol·L-1時(shí)，燕麥種胚線粒體MDHAR活性隨引發(fā)時(shí)間的延長(zhǎng)而顯著下降(P<0.05)，濃度為1.92 mol·L-1和3.84 mol·L-1時(shí)引發(fā)6 h的燕麥種胚線粒體MDHAR活性顯著高于CK(P<0.05)，而引發(fā)12 h和18 h的燕麥種胚線粒體MDHAR活性則顯著低于CK(P<0.05)，濃度為7.68 mol·L-1時(shí)引發(fā)6 h～18 h的燕麥種胚線粒體MDHAR活性均顯著低于CK(P<0.05)。

圖4 外源H2O2引發(fā)下燕麥種胚線粒體MDHAR活性變化Fig.4 Changes of MDHAR activities in embryonic mitochondria of oat seeds under exogenous H2O2priming

2.5 外源H2O2引發(fā)下燕麥種胚線粒體DHAR活性的變化

引發(fā)6 h～18 h時(shí)，燕麥種胚線粒體DHAR活性均會(huì)隨H2O2濃度增加呈先升后降的趨勢(shì)(圖5)；引發(fā)6 h時(shí)，燕麥種胚線粒體DHAR活性在H2O2濃度為0.96 mol·L-1和1.92 mol·L-1時(shí)顯著高于其他H2O2引發(fā)濃度(P<0.05)；引發(fā)12 h時(shí)，燕麥種胚線粒體DHAR活性在濃度為0.96 mol·L-1時(shí)顯著高于其他H2O2引發(fā)濃度(P<0.05)，H2O2引發(fā)濃度為7.68 mol·L-1時(shí)顯著低于濃度為0 mol·L-1時(shí)(P<0.05)；引發(fā)18 h時(shí)，燕麥種胚線粒體DHAR活性也在濃度為0.96 mol·L-1時(shí)顯著高于其他H2O2引發(fā)濃度(P<0.05)，濃度為3.84 mol·L-1和7.68 mol·L-1時(shí)均顯著低于濃度為0 mol·L-1時(shí)(P<0.05)。H2O2引發(fā)濃度為0 mol·L-1時(shí)，燕麥種胚線粒體DHAR活性在引發(fā)18 h時(shí)顯著高于CK(P<0.05)；H2O2引發(fā)濃度為0.96 mol·L-1時(shí)，燕麥種胚線粒體DHAR活性在引發(fā)6 h～18 h時(shí)均顯著高于CK(P<0.05)，并在引發(fā)6 h和12 h時(shí)顯著高于引發(fā)18 h時(shí)(P<0.05)；H2O2引發(fā)濃度為1.92 mol·L-1～7.68 mol·L-1時(shí)，燕麥種胚線粒體DHAR活性隨引發(fā)時(shí)間的延長(zhǎng)而顯著下降(P<0.05)；濃度為1.92 mol·L-1時(shí)引發(fā)6 h～18 h的燕麥種胚線粒體DHAR活性均顯著高于CK(P<0.05)，且引發(fā)6 h和12 h時(shí)顯著高于引發(fā)18 h(P<0.05)；濃度為3.84 mol·L-1時(shí)引發(fā)6 h和12 h的燕麥種胚線粒體DHAR活性仍顯著高于CK(P<0.05)；濃度為7.68 mol·L-1時(shí)引發(fā)6 h的燕麥種胚線粒體DHAR活性顯著高于CK(P<0.05)，而引發(fā)12 h和18 h時(shí)均顯著低于CK(P<0.05)。

圖5 外源H2O2引發(fā)下燕麥種胚線粒體DHAR活性變化Fig.5 Changes of DHAR activities in embryonic mitochondria of oat seeds under exogenous H2O2priming

2.6 外源H2O2引發(fā)下燕麥種胚線粒體GR活性的變化

引發(fā)6 h～18 h時(shí)，燕麥種胚線粒體GR活性均會(huì)隨H2O2濃度增加呈先升后降的趨勢(shì)(圖6)；引發(fā)6 h時(shí)，燕麥種胚線粒體GR活性在H2O2濃度為1.92 mol·L-1時(shí)顯著高于其他H2O2引發(fā)濃度(P<0.05)，H2O2引發(fā)濃度為7.68 mol·L-1時(shí)顯著低于濃度為0 mol·L-1時(shí)(P<0.05)；引發(fā)12 h時(shí)，燕麥種胚線粒體GR活性在濃度為0.96 mol·L-1時(shí)顯著高于其他H2O2引發(fā)濃度(P<0.05)，濃度為7.68 mol·L-1時(shí)則顯著低于濃度為0 mol·L-1時(shí)(P<0.05)；引發(fā)18 h時(shí)，燕麥種胚線粒體GR活性也在濃度為0.96 mol·L-1時(shí)顯著高于其他H2O2引發(fā)濃度(P<0.05)，而在濃度為7.68 mol·L-1顯著低于濃度為0 mol·L-1時(shí)(P<0.05)。H2O2引發(fā)濃度為0 mol·L-1時(shí)，燕麥種胚線粒體GR活性隨引發(fā)時(shí)間延長(zhǎng)無顯著變化；H2O2引發(fā)濃度為0.96 mol·L-1時(shí)，燕麥種胚線粒體GR活性隨引發(fā)時(shí)間延長(zhǎng)呈先上升后下降的趨勢(shì)，且均顯著高于CK(P<0.05)，并在引發(fā)12 h時(shí)顯著高于引發(fā)6 h和18 h時(shí)(P<0.05)；H2O2引發(fā)濃度為1.92 mol·L-1～7.68 mol·L-1時(shí)，燕麥種胚線粒體GR活性隨引發(fā)時(shí)間的延長(zhǎng)而顯著下降(P<0.05)；濃度為1.92 mol·L-1時(shí)引發(fā)6 h～18 h的燕麥種胚線粒體GR活性均顯著高于CK(P<0.05)，且引發(fā)6 h時(shí)顯著高于引發(fā)12 h和18 h(P<0.05)；濃度為3.84 mol·L-1時(shí)引發(fā)6 h和12 h的燕麥種胚線粒體GR活性仍顯著高于CK(P<0.05)；濃度為7.68 mol·L-1時(shí)引發(fā)6 h～18 h的燕麥種胚線粒體GR活性均顯著低于CK(P<0.05)。

圖6 外源H2O2引發(fā)下燕麥種胚線粒體GR活性變化Fig.6 Changes of GR activities in embryonic mitochondria of oat seeds under exogenous H2O2priming

3 討論

低濃度H2O2是植物細(xì)胞內(nèi)的小分子信號(hào)物質(zhì)，可促進(jìn)其抵御各類非生物脅迫，而高濃度H2O2則會(huì)誘導(dǎo)其細(xì)胞程序性死亡[32]。因此，種子活力的喪失主要是以H2O2為代謝核心的ROS過量積累導(dǎo)致抗氧化能力下降所造成的[33-34]，這已在燕麥種子老化[21,35]及其活力修復(fù)[3,9,22]研究中得到驗(yàn)證。然而，低濃度H2O2處理促進(jìn)黃瓜[11]、小白菜[12]和花生[13]等植物種子在非生物脅迫下萌發(fā)及幼苗生長(zhǎng)則主要依賴其抗氧化能力的提升。本試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，燕麥種胚線粒體H2O2含量雖在低濃度(0.96 mol·L-1)的外源H2O2引發(fā)下顯著(P<0.05)高于CK，但其SOD，APX，MDHAR，DHAR及GR活性也均顯著(P<0.05)高于CK，并維持一個(gè)相對(duì)較高的水平，其MDA含量也維持在相對(duì)較對(duì)的水平，這說明此時(shí)燕麥種胚線粒體AsA-GSH循環(huán)的抗氧化能力仍能夠緩解H2O2含量增加造成的脂質(zhì)過氧化損傷，因而其種子活力水平下降幅度不大[14]。相反，燕麥種胚線粒體SOD，APX，MDHAR，DHAR及GR活性均在高濃度(3.84～7.68 mol·L-1)的外源H2O2引發(fā)下出現(xiàn)顯著(P<0.05)下降，這表明燕麥種胚線粒體AsA-GSH循環(huán)已沒有能力來維持其H2O2的正常水平，因而其H2O2含量會(huì)顯著(P<0.05)增加，且其MDA含量也顯著(P<0.05)升高，并達(dá)到一個(gè)相對(duì)較高的水平，燕麥種子活力水平也大幅地顯著(P<0.05)降低[14]。這說明燕麥種胚線粒體AsA-GSH循環(huán)的抗氧化能力是維持其H2O2平衡、降低其脂質(zhì)過氧化損傷的重要途徑，且低濃度H2O2能夠提高種胚線粒體AsA-GSH循環(huán)的抗氧化能力，而高濃度H2O2則會(huì)降低其抗氧化能力，這與老芒麥[15-16]、大豆[20,36]和燕麥[21]等植物種子老化研究的發(fā)現(xiàn)類似。

研究發(fā)現(xiàn)，外源H2O2濃度高低及其處理時(shí)間長(zhǎng)短均對(duì)植物種子的萌發(fā)及幼苗生長(zhǎng)具有重要影響[14]。本試驗(yàn)中，同一引發(fā)時(shí)間下，燕麥種胚線粒體內(nèi)SOD，APX，MDHAR，DHAR和GR活性均隨著引發(fā)時(shí)間的延長(zhǎng)呈先升后降的趨勢(shì)，而其H2O2和MDA含量則隨著引發(fā)時(shí)間的延長(zhǎng)呈上升趨勢(shì)，這說明外源H2O2對(duì)燕麥種胚線粒體AsA-GSH循環(huán)抗氧化能力的影響與其引發(fā)時(shí)間有密切關(guān)系。引發(fā)6 h的燕麥種胚線粒體內(nèi)SOD，DHAR和GR活性在濃度為1.92 mol·L-1時(shí)保持最高水平，其APX和MDHAR活性在濃度為3.84 mol·L-1仍保持最高水平，而引發(fā)18 h的燕麥種胚線粒體SOD，APX，MDHAR，DHAR及GR活性均在濃度為0.96 mol·L-1時(shí)才保持最高水平，這說明引發(fā)時(shí)間越短，造成燕麥種胚線粒體AsA-GSH循環(huán)抗氧化能力下降的H2O2濃度就越高，而引發(fā)時(shí)間越長(zhǎng)則相反。因此，外源H2O2引發(fā)的時(shí)間越長(zhǎng)則引起燕麥種子活力顯著(P<0.05)下降的H2O2濃度就越低[14]。

4 結(jié)論

外源H2O2引發(fā)造成了燕麥種胚線粒體H2O2和丙二醛含量的升高，而種胚線粒體AsA-GSH循環(huán)對(duì)燕麥種子在外源H2O2引發(fā)下清除H2O2發(fā)揮著重要作用，且其抗氧化能力與外源H2O2的引發(fā)濃度和時(shí)間具有密切關(guān)系，低濃度(<0.96 mol·L-1)外源H2O2引發(fā)時(shí)間越短，其抗氧化酶活性的提升幅度就越小，引發(fā)時(shí)間越長(zhǎng)，其抗氧化酶活性的提升幅度就越大；高濃度(>3.84 mol·L-1)外源H2O2引發(fā)時(shí)間越短，其抗氧化酶活性的下降就越慢，而引發(fā)時(shí)間越長(zhǎng)，其抗氧化酶活性的下降則越快。