干旱脅迫對玉米幼苗脂質(zhì)過氧化作用及保護(hù)酶活性的影響

1、 干旱脅迫對玉米幼苗脂質(zhì)過氧化作用及保護(hù)酶活性的影響王軍輝,查學(xué)強(qiáng),羅建平*,李楠(合肥工業(yè)大學(xué)生物與食品工程學(xué)院,安徽合肥230009 2 降,玉米萌發(fā)率及葉綠素含量呈現(xiàn)下降的趨勢,玉米幼苗H2O2與M D A含量呈現(xiàn)上升的趨勢,且干旱脅迫越嚴(yán)重趨勢越明顯;幼苗自由基清除相關(guān)酶活性的變化各不相同,SO D活性在干旱脅迫初期呈上升趨勢,后期呈下降趨勢,PO D與CA T活性在干旱脅迫初期變化不大,后期則呈下降趨勢。因此,干旱脅迫能加劇玉米幼苗膜脂過氧化從而引起膜的損傷,且膜脂過氧化的程度隨干旱脅迫的加大而加大,幼苗自由基清除相關(guān)酶活性在脅迫初期會(huì)上升以抵抗干旱脅迫,后期則下降,且不同的酶在抗干

2、旱脅迫中的作用不同。植物在干旱脅迫下保護(hù)酶系統(tǒng)的作用,可能是通過它們之間相互協(xié)調(diào)且保持一個(gè)穩(wěn)定的平衡態(tài)而進(jìn)行的。中圖分類號Q945.78文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號0517-6611(200615-3568-02E ffe c t o f D roug h t S tre s s on L ip id Pe ro x id a t ion a n d A c tiv ity o f C e ll D e fe n se E n zym e in M a ize Se ed lin gW ANG J un-h u i e t a l(S ch oo l o f F o od E n g i n e

3、e rin g an d B io tech n o lo gy,H e fe i U n ive rs ity o f T ech n o lo gy,H e fe i,An h u i230009A b s tra c t M a ize w ere g row nin p la stic po ts in a g re enh ou se un de r d iffe ren t w a te r con ten t in so il,i n c l u d in g9%,12%,15%,18%,21%and24%w a-ter con ten t inso il.G e rm i n

4、a tion ra te and con ten t o f H2O2,M D Aand ch lo roph y ll w ere m ea su red.A lso,en zym a tic an tiox i dan ts su ch a s SO D,PO D,CA T, e tc,w h ich cou l d cle an AO S and ex ist in p lan t ce lls,w e re s tud ied.T h e re su lts sh ow ed th a t g erm in a tionra te and ch lo roph y ll con ten

5、 t w ere decrea sed and H2O2an d M D A con ten t w e re in creased w ithth e in crea sin g o f w a te r con ten t o f so il.SO D ac tiv ities ra ised an d P O D an d CA T activ ities h ad n o sign ifican tly ch an g i nligh t d rou gh t-stress.B u t w ith m o re d rou gh t-s tre ss,th e y decreased.

6、T h is resu lts su gge sted th a t th e sy stemo f th e de fen se en zym e s p lay a k ey ro le th rou gh ba lan cin g a ll o f th e re spon d in g en zym e s un de r d rou gh t con d itioni n p lan ts.K e y w o rd s D rou gh t-stress;M a ize;G erm in a tion;G row th o f seed lin g干旱脅迫與植物膜脂過氧化及保護(hù)酶系統(tǒng)

7、關(guān)系的研究已受到普遍重視。植物在逆境條件下的膜脂過氧化反應(yīng)和保護(hù)酶系統(tǒng)包括超氧化物歧化酶(SOD、過氧化物酶(POD、過氧化氫酶(C A T和抗壞血酸氧化酶(APX等活性的變化,已廣泛用于植物對逆境的反應(yīng)機(jī)理的研究1,2。1975年F ridov ich提出生物自由基傷害學(xué)說,認(rèn)為植物體內(nèi)自由基大量產(chǎn)生會(huì)引發(fā)膜脂過氧化作用,造成細(xì)胞膜系統(tǒng)破壞,嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致植物細(xì)胞死亡3。植物細(xì)胞中存在著能清除活性氧自由基的保護(hù)酶系,如SOD、POD、CA T等,它們的協(xié)調(diào)作用能有效地清除O2-、OH-、OH、H2O2等自由基,防御著膜脂過氧化,從而使細(xì)胞膜免受其傷害,目前已經(jīng)有眾多關(guān)于這方面的報(bào)道2-5。玉米是

8、重要的經(jīng)濟(jì)農(nóng)作物,干旱是影響玉米生長發(fā)育和產(chǎn)量最重要因素之一,因此關(guān)于玉米干旱的生理反應(yīng)及抗性機(jī)理的研究具有積極意義。筆者擬系統(tǒng)考察干旱脅迫對玉米種子萌發(fā)、玉米幼苗脂質(zhì)過氧化作用及保護(hù)酶活性的影響,為闡明玉米的抗旱機(jī)理提供基礎(chǔ)資料。1材料與方法1.1 試驗(yàn)材料玉米種子購于安徽豐樂種子公司,品種為農(nóng)大108,純度99.0%,凈度90.0%,發(fā)芽率85%,水分13.0%,實(shí)測發(fā)芽率為96%。1.2水分梯度的選擇與種子生長管理水分梯度選擇與生長管理參照文獻(xiàn)報(bào)道5-7的方法:盆栽種植,每盆土重為2.5 k g,各種5g玉米種子。土壤為肥沃大田表土,用人工稱重的方法控水,水分梯度為9%、12%、15%、

9、18%、21%及24%(質(zhì)量百分比6個(gè)梯度。將培養(yǎng)盆放入培養(yǎng)室中(25±1,每天10h光照下連續(xù)培養(yǎng)。每個(gè)組分下至少設(shè)置5個(gè)重復(fù)?；痦?xiàng)目合肥工業(yè)大學(xué)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)基金資助。作者簡介王軍輝(1976-,男,廣西陸川人,博士,講師,從事生物技術(shù)研究。*通訊作者。收稿日期2006-05-091.3各種生理生化指標(biāo)測定培養(yǎng)7d后進(jìn)行各項(xiàng)指標(biāo)測定:H2O2含量測定按林植芳等8的方法,丙二醛(M DA含量測定按趙世杰等9的方法,超氧化物歧化酶(SOD活性測定用N B T光還原法,過氧化氫酶(C A T活性測定按V an R en sbu rg 等方法10,過氧化物酶(POD活性測定用愈創(chuàng)木酚法,葉綠

10、素含量測定參照張志良等11方法。2結(jié)果與分析2.1干旱脅迫對玉米種子萌發(fā)的影響種子在干旱條件下萌發(fā),由于水分供應(yīng)的不足,導(dǎo)致萌發(fā)率不高。因此萌發(fā)率的高低比較直觀地反映了不同干旱條件下玉米種子的萌發(fā)狀況。研究結(jié)果表明(圖1,玉米種子的萌發(fā)率隨干旱脅迫的加大而降低,在9%的土壤含水量最低,為21.4 %。圖1 干旱脅迫對玉米種子萌發(fā)率的影響2.2干旱脅迫對玉米幼苗脂質(zhì)過氧化的影響試驗(yàn)結(jié)果表明(圖2、3、4,隨著干旱程度的加大,玉米幼苗H2O2與M DA 含量呈上升趨勢,葉綠素的變化則相反,且干旱脅迫程度越大,趨勢越明顯。H2O2與M DA含量在9%土壤含水量時(shí)達(dá)到最大,葉綠素含量則達(dá)到最小,分別為

11、0.65m m o l/(gL、0.95m g/g和1.15m g/g。2.3干旱脅迫對玉米幼苗自由基清除相關(guān)酶活性的影響研究結(jié)果表明(圖5、6、7,S OD活性在干旱脅迫初期呈上升安徽農(nóng)業(yè)科學(xué),J ou rn a l o f A nh u i A g r i.S ci.2006,34(15:3568-3569,3571責(zé)任編輯孫紅忠責(zé)任校對孫紅忠 圖2 干旱脅迫對玉米幼苗H 2O 2含量的影響圖3 干旱脅迫對玉米幼苗M DA 含量的影響圖4 水分脅迫對玉米幼苗葉綠素含量的影響趨勢,在18%土壤含水量時(shí)達(dá)到最大,為337.6U /g ,后期呈下降趨勢,在9%土壤含水量時(shí)最小,為47.9U /g

12、 。POD 活性與CA T 活性在干旱脅迫初期變化不大,后期則呈下降趨勢,在9%土壤含水量時(shí)最小,分別為84.2和6.8U / g 。圖5 水分脅迫對玉米幼苗SO D 活性的影響3 討論大量研究指出,當(dāng)植物處于逆境條件(如高光強(qiáng)、干旱、鹽漬、高溫、冷凍、營養(yǎng)元素缺乏及衰老等都會(huì)導(dǎo)致植物細(xì)胞內(nèi)活性氧自由基產(chǎn)生和消除的平衡受到破壞而出現(xiàn)自由基積累,并由此引發(fā)或加劇了細(xì)胞的膜脂過氧化2,12。H 2O 2是植物體內(nèi)具有毒性的一種主要活性氧,其在體內(nèi)的積累會(huì)加速膜脂過氧化,并使蛋白質(zhì)降解12。M DA 是膜脂過氧化作用的主要產(chǎn)物之一,具有很強(qiáng)的細(xì)胞毒性,對膜和細(xì)胞中的許多生物功能分子如蛋白質(zhì)、核酸和酶

13、等均有很強(qiáng)的破壞作用,并參與破壞生物膜的結(jié)構(gòu)與功能2。因此,H 2O 2和M DA 含量高低是反映細(xì)胞膜脂過氧化作用強(qiáng)弱和質(zhì)膜破壞程度的重要指標(biāo)。同時(shí)植物在干旱條件下生長,植物中葉綠素合成受阻,葉綠素的降解加速,使葉綠素含量降低13。玉米在干旱脅迫下生長導(dǎo)致幼苗體內(nèi)活性氧的積累與膜脂過氧化的增加,葉綠素含量下降(圖2、3,從而對幼苗產(chǎn)生傷害,且隨著干旱脅迫的加大 ,幼苗損傷加大。圖6 水分脅迫對玉米幼苗PO D 活性的影響圖7 水分脅迫對玉米幼苗CA T 活性的影響在生物進(jìn)化過程中細(xì)胞內(nèi)形成了防御活性氧毒害的保護(hù)機(jī)制,即被稱為保護(hù)酶系統(tǒng)的超氧化物歧化酶、過氧化物酶、過氧化氫酶和非酶系統(tǒng)V it

14、E 、G SH 、A SA 等。SOD 、CA T 和POD 等酶類是細(xì)胞抵御活性氧傷害的重要保護(hù)酶系統(tǒng),它們在清除超氧自由基、過氧化氫和過氧化物以及阻止或減少羥基自由基形成等方面起著重要作用2,3。超氧化物歧化酶以催化O 2-發(fā)生歧化作用起到清除O 2-的解毒作用,超氧化物歧化酶將O 2-歧化產(chǎn)生的H 2O 2由細(xì)胞內(nèi)C A T 和POD 清除2,3。研究表明輕度干旱脅迫可以激活植物體內(nèi)酶促系統(tǒng),促進(jìn)酶活性的提高,而重度脅迫則導(dǎo)致這些保護(hù)酶活性下降,其變化與干旱程度呈正相關(guān)3,14。玉米在輕微干旱脅迫下,體內(nèi)S OD 提高,POD 與CA T 活性則變化不大,此時(shí)酶活性的提高與體內(nèi)活性氧自由

15、基的增加有關(guān),且清除主要由SOD 進(jìn)行,但進(jìn)一步的干旱則導(dǎo)致它們活性的下降(圖4、5、(下轉(zhuǎn)第3571頁965334卷15期 王軍輝等 干旱脅迫對玉米幼苗脂質(zhì)過氧化作用及保護(hù)酶活性的影響(上接第3569頁6,說明植物體內(nèi)保護(hù)酶系統(tǒng)的活力和平衡受到破壞,使活性氧累積,啟動(dòng)并加劇膜脂過氧化而造成整體膜的損傷。有關(guān)保護(hù)酶系統(tǒng)與植物耐旱關(guān)系的研究已有許多報(bào)道,結(jié)果都不盡相同。這可能與不同植物的抗旱能力不同,體內(nèi)的保護(hù)酶系統(tǒng)的活力及鈣離子等營養(yǎng)元素的含量、分布和抗氧化物質(zhì)含量等因子的不同都有關(guān)系15。保護(hù)酶系統(tǒng)對自由基的清除能力的變化可能是植物抗逆性的共同機(jī)制,植物體在逆境脅迫下保護(hù)酶的作用,可能是通過

16、它們之間相互協(xié)調(diào)且保持一個(gè)穩(wěn)定的平衡態(tài)所進(jìn)行的。參考文獻(xiàn)1山侖.旱地農(nóng)業(yè)技術(shù)發(fā)展趨向J.中國農(nóng)業(yè)科學(xué),2002,35(7:848-855.2李明,王根軒.干旱脅迫對甘草幼苗保護(hù)酶活性及脂質(zhì)過氧化作用的影響J.生態(tài)學(xué)報(bào),2002,22(4:503-507.3F R ID O V IC HI.S u pe rox id ed ism u ta seJ.A n n R e v B io ch em,1975,44:147-159.4王金玲,張憲政.玉米對干旱的生理反應(yīng)及抗性機(jī)理J.國外農(nóng)學(xué)-麥類作物,1994(5:44-47.5F L E N E T F,BO U N IO L S A,S AR A

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