全 文 ：动植物生产
中国农学通报 第23卷 第 10期 2007年 10月
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一氧化氮对铜、镉胁迫下平邑甜茶幼苗
活性氧代谢的影响
段凯旋 1,杨洪强 1,2,冉 昆 1,姜倩倩 1,由淑贞 1
（1山东农业大学园艺学院，泰安 271018；2作物生物学国家重点实验室，泰安 271018）
摘 要:利用一氧化氮供体硝普纳(sodium nitroprusside,SNP),研究了一氧化氮对铜、镉胁迫下平邑甜茶
幼苗的活性氧代谢的影响。结果表明:在200μM的CuCl2或CdCl2处理下,25~200uM的SNP能够提
高平邑甜茶幼苗根系和叶片的SOD,POD活性,降低根系和叶片的超氧阴离子(O-2)产生速率及丙二醛
(MDA)含量,表明适当浓度的一氧化氮可以通过提高部分抗氧化酶活性来缓解铜、镉胁迫对平邑甜茶幼
苗的伤害。
关键词:一氧化氮;铜;镉;平邑甜茶;活性氧代谢
中图分类号:S661.1文献标识码:A
Effect of Nitric Oxide on Reactive Oxygen Metabolism of Malus hupehensis Rehd.
Seedlings Under Copper and Cadmium Stress
Duan Kaixuan1, YangHongqiang1,2, Ran Kun1, JiangQianqian1, You Shuzhen1
（1College ofHorticulture, ShandongAgriculture University, Taian 271018；
2State KeyLaboratoryofCrop Biology, Taian P.R.C271018)
Abstract: This article used NO donor SNP to study the reactive oxygen species metabolism influence of ni-
tric oxide on Malus hupehensis (Pamp)Rehd. under copper and cadmiumstress. The results showed that un-
der 200μMCuCl2or CdCl2, 25~200uMSNP could enhance the activity of SOD, POD in root and leaf, de-
crease the content of MDA and the speed of O-2produc ion. This indicated that nitric oxide of proper con-
centration could reduce the damage ofcopper and cadmiumto M.hupehensis seedlings by increasing the ac-
tivityofantioxidant enzymes.
Key words: Nitric oxide, Copper, Cadmium, Malus hupehensis (Pamp)Rehd., Reactive Oxygen Species
基金项目：国家自然科学基金(30571285 & 30671452)项目。
第一作者简介:段凯旋，男，1984年出生，山东省鱼台县人，硕士研究生，研究方向为果树生理与分子生物学。
通讯作者：杨洪强，男，1965年出生，山东省泗水县人，教授，博士生导师，博士，从事果树生理与分子生物学研究，已负责完成国家自然科学基金和中
国博士后科学基金项目各一项，还完成苹果根系、激素、生态农业、土壤有机质及水分生理等方面的多项省科研项目。目前正主持两项国家自然科学
基金和一项山东省中青年科学家基金。获省科技进步二等奖两项，省教委理论成果奖一项，主编《绿色无公害果品生产》,《有机园艺》等书，参编《苹果
学》、《果树研究法》、《山东果树》等专著和全国统编教材5部，在《科学通报》、《Acta Horticulturea》等刊物上发表论文60余篇，获山东省青年科技
奖和中国农学会青年科技奖各一次，多次在全国或国际性学术会议上做大会发言。通信地址：271000 山东省泰安市山东农业大学园艺学院。Tel：
0538-8249304，E-mail：hqyang@sdau.edu.cn。
收稿日期:2007-08-08，修回日期：2007-08-10。
近年来，随着工业和采矿业的发展，土壤重金属
(Cd、Cu、Zn、Ni等)污染越来越严重，严重影响植物的
生长发育以及农作物的产量和品质[1,2]，这对生态环境
和食品安全都构成了严重的威胁，果树生产也面临同
样问题，因此如何控制和减轻重金属对土壤的污染和
对农业生产的危害是当前亟待解决的问题。
一氧化氮（nitricoxide，NO）是生物体内一种重要
的信号分子，参与植物对非生物胁迫的调节，能缓解盐
胁迫对水稻、小麦和玉米的伤害作用[3~5]，还能通过诱
导气孔关闭来提高小麦的抗旱性[6]，也能缓解镉胁迫
对玉米叶的伤害[7]。过量的重金属是一种非生物胁迫，
一方面通过阻断一些重要生物分子的功能基团或者替
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图1 SNP对铜胁迫下根系和叶片SOD活性的影响
1: Hoagland 营养液（对照 1，CK1）；2: 4mM NaNO2+200mM CuCl2（对照 2，CK2）；3: 200mM CuCl2；4: 25mM SNP+200mM CuCl2；5: 50mM
SNP+200mM CuCl2；6: 100mM SNP+200mM CuCl2；7: 200mM SNP+200mM CuCl2；8: 400mM SNP+200mM CuCl2；
换一些重要的金属离子而干扰植物的正常代谢 [8]，另
一方面又可通过Fenton反应产生的活性氧（ROS）造
成植物细胞损伤[9]。活性氧代谢在环境胁迫引起的伤
害中起重要作用，研究以苹果实生砧木平邑甜茶为试
材，采用水培法研究NO供体对铜、镉胁迫下平邑甜茶
活性氧代谢的影响。
1材料与方法
1.1试验时间、地点
研究试验于2007年在山东农业大学果树激素研
究室进行。
1.2材料
选用饱满的平邑甜茶种子，用饱和漂白粉溶液消
毒15min，洗净后浸泡过夜，4℃冰箱层积约40d，然后
播种于12cm×18cm营养钵，基质为草炭:珍珠岩:蛭石
=3:1:1，待幼苗长至6~8片真叶时进行试验。
1.3试验处理
选取生长一致的平邑甜茶幼苗，在去离子水中饥
饿24h，然后放入用Hoagland营养液配的处理液中进
行处理。处理24h后分别取根系和叶片，液氮速冻，
-70℃冰箱冷冻贮藏备用。
铜胁迫处理：（1）Hoagland营养液（对照1，CK1）；
（2）4μM NaNO2+200μM CuCl2（对照 2，CK2）；（3）
200μMCuCl2；（4）25μMSNP+200μMCuCl2；（5）50μM
SNP+200μM CuCl2；（6）100μM SNP+200μM CuCl2；
（7）200μM SNP + 200μM CuCl2；（8）400μM SNP +
200μMCuCl2。
镉胁迫处理：（1）Hoagland营养液（对照1，CK1）；
（2）4μM NaNO2+200μM CdCl2（对照 2，CK2）；（3）
200μMCdCl2；（4）25μMSNP+200μMCdCl2；（5）50μM
SNP+200μM CdCl2；（6）100μM SNP+200μM CdCl2；
（7）200μM SNP+200μM CdCl2；（8）400μM SNP+
200μMCdCl2。
1.4测定方法
超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）活性
和丙二醛含量、蛋白质含量的测定参照赵世杰等[10]的
《植物生理学实验指导》，超氧阴离子产生速率按照王
爱国[11]等的方法。
2结果与分析
2.1 SNP对铜、镉胁迫下平邑甜茶幼苗SOD活性的影响
2.1.1 SNP对铜胁迫下根系和叶片SOD活性的影响 从
图 1可以看出，与对照（CK1）相比，200μM的 CuCl2
单独处理能提高根系和叶片 SOD的活性，而 4μM
NaNO2与200μMCuCl2混合处理时（CK2）与CuCl2单
独处理结果相差不大，说明SNP的副产物NaNO2对
CuCl2处理不起作用；而不同浓度的SNP与CuCl2混
合处理却能不同程度地提高根系和叶片中的SOD活
性，并且根系反应敏感于叶片，即在 25μM就达到活
性高峰，而叶片在50μM达到高峰。
2.1.2 SNP对镉胁迫下根系和叶片SOD活性的影响 图
2的结果表明，与对照（CK1）相比，4μMNaNO2与
200μMCdCl2混合处理（CK2）以及200μM的CdCl2
单独处理的SOD活性都明显低于对照（CK1），当用
SNP与CdCl2混合处理时，SOD活性虽然也低于对照
（CK1），但与CK2和CdCl2单独处理的相比有上升的
趋势，并且根系在50μM达到峰值，而叶片在100μM
达到高峰。
比较图1和图2可以看出，相比于对照（CK1），
CdCl2降低了SOD的活性，而CuCl2处理使SOD活性
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图3 SNP对铜胁迫下根系和叶片POD活性的影响
1、2、3、4、5、6、7、8同图1
图4 SNP对镉胁迫下根系和叶片POD活性的影响
1、2、3、4、5、6、7、8同图2
上升。
2.2 SNP对铜、镉胁迫下平邑甜茶幼苗POD活性的影
响
2.2.1 SNP对铜胁迫下根系和叶片POD活性的影响 从
图 3可以看出，与对照 CK1相比，4μM NaNO2与
200μMCuCl2混合处理（CK2）以及200μM的CuCl2
单独处理的POD活性都有所升高，当用SNP处理后，
POD活性比对照升高更加明显，其中根系在25μM即
达到高峰，而叶片在50μM时活性最高。
2.2.2 SNP对镉胁迫下根系和叶片POD活性的影响 从
图4的结果可以看出，相比于对照(CK1)，4μMNaNO2
与 200μM CdCl2混合处理（CK2）以及 200μM的
CdCl2单独处理对POD活性的影响不明显，但不同浓
度的SNP处理能不同程度地提高POD活性，且根系
在50μM时活性最高，叶片在100μM时活性最高。
比较图3和图4可以看出，CuCl2能较大地提高
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图5 SNP对铜胁迫下根系和叶片超氧阴离子产生速率的影响
1、2、3、4、5、6、7、8同图1
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图6 SNP对镉胁迫下根系和叶片超氧阴离子产生速率的影响
1、2、3、4、5、6、7、8同图2
POD活性，而CdCl2对POD活性影响较小，且较小浓
度的SNP（根25μM，叶50μM）即能使CuCl2胁迫下
使POD活性达到最高，而CdCl2胁迫下，SNP浓度在
50μM和100μM时达到最高。
2.3 SNP对铜、镉胁迫下平邑甜茶幼苗超氧阴离子产
生速率的影响
2.3.1 SNP对铜胁迫下根系和叶片超氧阴离子产生速
率的影响 图5的结果显示，与对照CK1相比，4μM
NaNO2+ 200μM CuCl2混合处理（CK2）以及 200μM
的CuCl2单独处理均提高了根和叶片中的超氧阴离子
产生速率，SNP处理的超氧阴离子产生速率比之CK2
和CuCl2单独处理有所下降，但仍高于对照CK1；根系
在25μM时降到最低，而叶片在50μM时最低。
2.3.2 SNP对镉胁迫下根系和叶片超氧阴离子产生速
率的影响 从图 6的结果可以看出，4μM NaNO2+
200μM CdCl2混合处理（CK2）以及 200μM的 CdCl2
单独处理后，超氧阴离子产生速率明显高于对照
CK1，而SNP处理可在一定程度上降低超氧阴离子产
生速率，但仍比CK1要高，并随浓度升高有先下降后
上升的趋势。根系反应仍敏感于叶片，在25μM时超
氧阴离子产生速率就已开始明显降低。
比较图5和图6可以看出，CdCl2处理的超氧阴
离子产生速率明显高于CuCl2处理，且CuCl2胁迫下
较小浓度的SNP（根25μM，叶50μM）使超氧阴离子
产生速率降到最低，而 CdCl2胁迫下，SNP浓度在
50μM和100μM时降到最低。
2.4 SNP对铜、镉胁迫下平邑甜茶幼苗MDA含量的
影响
2.4.1 SNP对铜胁迫下根系和叶片MDA含量的影响 活
性氧通过引起膜质过氧化而损伤植物细胞，MDA的
膜质过氧化产物，其含量可反映细胞受伤害的情况。从
图 7可以看出，4μM NaNO2与 200μM CuCl2混合处
理（CK2）以及 200μM的 CuCl2单独处理的 MDA含
量均明显高于对照(CK1)，用SNP处理后，MDA含量
虽然也高于对照，但与CK2和CuCl2单独处理的相
比，25~100μM的SNP能相对降低MDA的含量，并且
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图7 SNP对铜胁迫下根系和叶片MDA含量的影响
1、2、3、4、5、6、7、8同图1
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图8 SNP对镉胁迫下根系和叶片MDA含量的影响
1、2、3、4、5、6、7、8同图2
根系在50μM时降到最低，叶片在100μM时最低，而
400μM的SNP却使叶片中的MDA含量升高。
2.4.2 SNP对镉胁迫下根系和叶片MDA含量的影响 从
图8可以看出，与对照（CK1）相比，4μMNaNO2与
200μMCdCl2混合处理（CK2）以及200μM的CdCl2单
独处理的MDA含量均有所升高，SNP处理的MDA含
量虽也高于对照CK1，但与CK2以及CdCl2单独处理
相比，25~200μM的SNP却能降低MDA的含量，但随
着浓度的升高SNP的效果降低；另外，根系与叶片相
比，在SNP处理下，叶片MDA含量变化比根系明显。
比较图7和图8可以看出，CuCl2和CdCl2处理均
使根系和叶片中的MDA含量明显升高，而SNP均能
降低两种胁迫下的MDA含量，表明NO可以缓解铜、
镉胁迫对平邑甜茶幼苗的伤害。
3讨论
铜是可变价金属离子，参与了光合作用等许多生
理过程，但是过量的铜又会对植物产生毒害作用[12]，植
物体内的铜可通过Haber-Weiss和Fenton反应促使细
胞产生羟自由基和过氧化氢[13]，它们能引发脂质和蛋
白质的过氧化，从而干扰植物的正常生理代谢[14,15]。镉
虽然不能像铜一样直接诱导活性氧的生成，但它能刺
激脂氧合酶和NADPH氧化酶活性升高，使细胞内超
氧阴离子和过氧化氢等生成增加，另外，镉还可攻击抗
氧化酶并使其活性下降，活性氧代谢失衡，从而导致细
胞内活性氧水平升高 [16,17]。研究结果表明，200μM的
CdCl2和200μM的CuCl2单独处理都导致了超氧阴离
子的积累和膜脂过氧化，并且CdCl2处理比CuCl2处
理的超氧阴离子产生速率快。这可能是因为镉牵移性
强，对植物体引起毒害作用快于铜[18]。
SNP是NO的一种供体，0.5mM的SNP约能释放
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2.0μM的NO[19]。适当浓度的NO可减轻盐害、干旱、低
温、低温、臭氧和紫外线等对植物细胞的损伤[20]；NO还
可提高镉胁迫下向日葵CAT、APX、GR的活性，从而
可清除过量的过氧化氢[21]。研究结果表明，25~200μM
的 SNP能不同程度的提高铜、镉胁迫下根和叶的
SOD、POD活性，降低MDA含量以及超氧阴离子的产
生速率，并且不同处理对SNP的浓度反应有差别，根
比叶更敏感。但当 SNP浓度达到 400μM时，SOD、
POD活性下降，MDA、超氧阴离子产生速率升高，这
说明高浓度的SNP对植物细胞也具有伤害作用。
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（责任编辑：陶冶之）
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