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高温胁迫下不同龙须菜品系抗氧化能力的比较



全 文 :第56卷 第5期
 2010年10月
武汉大学学报(理学版)
J.Wuhan Univ.(Nat.Sci.Ed.)
Vol.56No.5 
Oct.2010,570~

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  收稿日期:2010-03-31   通信联系人 E-mail:zang_xiao_nan@yahoo.com.cn
基金项目:国家高技术研究发展计划(863)重大项目(2006AA10A413);教育部博士点基金新教师项目(20070423011);广东省汕头市科技
计划项目(2007-44);经济海藻良种产业化技术体系研究与示范(200803052)
作者简介:鹿 宁,女,硕士生,现从事藻类环境胁迫分子机理研究. E-mail:ninglu1018@126.com
文章编号:1671-8836(2010)05-0570-08
高温胁迫下不同龙须菜品系抗氧化能力的比较
鹿 宁1,臧晓南1,张学成1,陈伟洲2,张 璇1,顾颖慧1,李 清1,张 璐1
(1.中国海洋大学 海洋生命学院/海洋生物遗传育种教育部重点实验室,山东 青岛266003;
2.汕头大学 海洋生物研究所,广东 汕头515063)
  摘 要:以龙须菜耐高温新材料07-2、龙须菜良种981及野生型龙须菜3个品系为材料,研究在不同温度条件
下(24、28、32℃)其总抗氧化能力(T-AOC)、超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)、谷胱甘肽过氧化物酶
(GSH-PX)、过氧化物酶(POD)的活性变化,及抗坏血酸(维生素C)、维生素E、可溶性蛋白和丙二醛(MDA)的含量
变化.结果表明:高温胁迫条件下,981和07-2的总抗氧化能力均高于野生型,28℃时981上升幅度比野生型高
102.35%,07-2比野生型高18.86%;32℃时981比野生型上升幅度高17.87%,07-2则比野生型高73.52%.高温
胁迫条件下,无论是酶促抗氧化系统还是非酶促抗氧化系统981和07-2都不同程度地优于野生型.可见,高温胁迫
条件下981和07-2与野生型相比具有更强的清除活性氧的能力,表明抗氧化活性指标与龙须菜耐热性有相关性.
关 键 词:高温胁迫;龙须菜;抗氧化系统活性
中图分类号:Q 948.11   文献标识码:A
0 引 言
  龙须菜(Gracilaria lemaneiformis)是红藻门
(Rhodophyta),真 红 藻 纲 (Florideae),杉 藻 目
(Gigartinales),江蓠科(Gracilariaceae),江蓠属
(Gracilaria)的一个重要产琼胶物种[1].龙须菜适
宜栽培的海水温度为10~26℃,其最适宜生长的水
温为18~24℃[2],其在高温和低温条件下生长受
限.为延长龙须菜的生长期并提高产量,人们将青岛
的龙须菜移植到福建连江、广东汕头等南方海区栽
培[3,4].但由于龙须菜不能耐受高温,当海水温度过
高时,藻体就会溃烂,影响了龙须菜南移效果的充分
发挥.因此,耐高温品系的选育成为亟待解决的问
题.经过多年的探索和试验,耐高温良种981龙须菜
选育成功,使龙须菜的耐高温能力提高到26℃,981
龙须菜在南方海区得到了大面积推广和产业化应
用[4].本实验室在此基础上又诱变选育了一个耐高
温新品系07-2,使龙须菜的耐高温能力得到进一步
的提高[5].但目前高温胁迫对龙须菜的生理影响研
究开展的不多,耐高温龙须菜新材料相对于野生型
龙须菜哪些生理指标的改变与其获得耐热性密切相
关有待深入研究.
决定生物耐热性的因素很多,有研究认为高温
胁迫下植物体抗氧化防御系统的活性变化在植物的
耐热性中起着重要作用.依赖抗氧化系统的作用,生
物体能够通过抑制由高温产生的活性氧(ROS)的生
成,或缓解活性氧引起的损伤等途径来缓解生物体
内的氧化胁迫[6].植物的抗氧化系统由两部分组成:
酶促抗氧化系统和非酶促抗氧化系统.酶促抗氧化
系统包含各种抗氧化酶,主要有超氧化物歧化酶
(SOD)、过氧化氢酶(CAT)、过氧化物酶(POD)、谷
胱甘肽过氧化物酶(GSH-PX)等;非酶促抗氧化系
统包含各种抗氧化剂,主要有抗坏血酸(维生素C)、
维生素E、类胡萝卜素和脯氨酸等[7,8],它们均在增
强植物的抗逆性方面具有重要的作用.目前海藻中
这方面的研究开展的并不多,王悠等[9]对耐热海带
品种901和热敏感海带品种RC抗氧化系统活性与
耐热性的相关性研究表明,海带抗氧化系统的基础
活性与海带的耐高温性状之间并没有关系,该系统
对高温胁迫的响应差异是导致其耐热性差异的根本
原因;侯和胜等[10]研究了高温胁迫对条斑紫菜丝状
DOI:10.14188/j.1671-8836.2010.05.018
第5期 鹿 宁 等:高温胁迫下不同龙须菜品系抗氧化能力的比较
体的生长和生理影响,结果表明高温胁迫对抗氧化
系统中部分指标活性影响显著;而龙须菜中只有温
度对POD活性影响的报道,结果表明龙须菜 POD
对温度的变化极为敏感[11].
本研究选择了野生型龙须菜、耐高温新材料
07-2和981龙须菜良种在高温胁迫下抗氧化能
力的表现,分析一些抗氧化酶、抗氧化剂活力的
变化,及其与耐高温性之间的关系,研究龙须菜
耐热性的生理机制,为龙须菜耐高温品种的选育
提供参考.
1 材料与方法
1.1 材料
野生型龙须菜采自青岛湛山湾;良种981与新材
料07-2均采自连云港养殖场.所有龙须菜采集后除
去表面杂藻后在实验室充气培养,培养条件如下:光
强(50±5)μE·m
-2·s-1,光周期12L∶12D,温度(23
±1)℃,每周更换新鲜的改良的f/2培养液(将75.0
g/L的NaNO3和5.0g/L的NaH2PO4·H2O按1.0
mL与1.0L的比例加入灭菌的过滤海水中).
1.2 方法
1.2.1 高温胁迫
将龙须菜分装到装有新鲜培养液的锥形瓶中,
分别在24、28、32℃的恒温光照培养箱中(光强(50
±5)μE·m
-2·s-1,光周期12L∶12D,温度误差±
0.5℃)培养24,48,72h测定龙须菜体内抗氧化系
统活性.每组实验设置3个平行样,重复3次.
1.2.2 测定方法
可溶性蛋白测定采用考马斯亮蓝蛋白测定试剂
盒(A045),总抗氧化能力(T-AOC)测定试剂盒
(A015);超氧化物歧化酶(SOD)测试盒(A001);过氧
化氢酶(catalase CAT)测定试剂盒(A007);植物过氧
化物酶(POD)测定试剂盒(A084);谷胱甘肽过氧化物
酶(GSH-PX)测试盒(A005);抗坏血酸(维生素C)测
定试剂盒(A009);维生素E测定试剂盒(A008);丙二
醛(MDA)测定试剂盒(A003)均购自南京建成公司.
实验过程严格按照试剂盒说明书操作.
1.2.3 数据分析
原始数据的整理采用 Excel软件,以t-test对3
个龙须菜品系各项生理指标进行差异显著性分析.
2 结果与分析
2.1 高温胁迫条件下3种龙须菜可溶性蛋白含量、
丙二醛(MDA)含量及总抗氧化能力(T-AOC)变化
比较
2.1.1 可溶性蛋白含量变化比较
测定结果表明(图1),24℃野生型与981的可
溶性蛋白含量无显著性差异(p>0.05);07-2可溶
性蛋白含量低于野生型和981,差异显著(p<
0.05).随着温度升高,野生型的可溶性蛋白含量急
剧下降,28℃72h与初始值相比下降了29.01%;
32℃下降幅度最大,至 72h 较初始值下降了
49.97%.981的可溶性蛋白含量也随着温度的升高
而下降,32℃至72h下降了47.96%.07-2的可溶
性蛋白含量随着温度升高并无明显下降,28℃与
24℃相比并无显著差异(p>0.05);32℃24h小
幅上升后又逐渐下降,至72h较初始值下降了
33.00%.
图1 3种龙须菜可溶性蛋白含量变化比较
2.1.2 MDA含量变化比较
由图2可知,24℃3种龙须菜 MDA含量无显
著差异(p>0.05).随着温度升高三者含量都呈上
升趋势,但是增加幅度存在差异.28℃72h野生型
MDA含量较初始值增加了119.13%,981增加了
108.26%,而07-2仅增加了55.35%.32℃72h野
生型 较 初 始 值 增 加 了 241.20%,981 增 加 了
200.95%,07-2仅增加了171.74%.
2.1.3 T-AOC变化比较
T-AOC测定结果如图3所示,24℃时野生型
175
武汉大学学报(理学版) 第56卷
图2 3种龙须菜 MDA含量变化比较
图3 总抗氧化能力(T-AOC)变化比较
与981的总抗氧化能力相当,无显著性差异(p>
0.05),但07-2却明显低于野生型,二者差异显著
(p<0.05).随着温度升高,三者 T-AOC活性都呈
上升趋势.28℃时野生型在前48hT-AOC活力升
高,24h达最高值,较初始值上升了63.29%,随后
又下降;981至48h出现最高值,较初始值增加了
165.64%;07-2至24h出现最高值,较初始值增加
了92.15%,随后略有下降.32℃野生型24h出现
最大值,较初始值增加了102.48%,随后急剧下降;
981持续上升至48h才开始下降,48h达到最大
值,较初始值增加了120.35%;07-2的最大值也出
现在24h,较初始值增加了176.00%.
2.2 高温胁迫条件下3种龙须菜酶促抗氧化系统
活性变化比较
2.2.1 SOD活性变化比较
SOD活性测定结果如图4,24℃野生型SOD
活性高于981且二者差异极显著(p<0.01),07-2
明显高于野生型,二者差异也极显著(p<0.01).随
着温度升高SOD活力呈现不同变化趋势.28℃野
生型上升缓慢,至48h较初始值增加了31.12%;
981持续快速上升,至 72h 较初始值增高了
219.18%,远远高于野生型;07-2则呈平稳上升趋
势,至72h较初始值相比增加了35.33%.32℃野
生型只是在24h之内略微升高后就大幅下降,48h
较初始值降低39.93%;981至24h时比初始值增
加了97.06%,随后虽然下降但仍比初始值要高;
07-2则呈下降趋势,72h较初始值下降了38.42%.
2.2.2 CAT活性变化比较
由图5可知,24℃野生型CAT活力明显高于
981,二者差异显著(p<0.05),07-2略低于野生型,
二者差异不显著(p>0.05).28℃野生型24h活性
最强,较初始值增高了1.42倍,随后活性降低;981
持续上升至48h活性最强,较初始值增强了4.38
倍;07-2也是在24h活性最强,较初始值增加了1.42
倍.32℃野生型活性增强,至48h较初始值增加了
1.37倍,而后急剧下降;981与野生型变化趋势一
致,但48h比初始值增加了多达9.18倍;07-2在
24h活性最强,较初始值增加了2.68倍,随后活性略
有下降.
2.2.3 POD活性变化比较
如图6所示,24℃野生型POD活力明显高于
981,二者差异极显著(p<0.01);07-2仅略高于野
生型,二者差异并不显著(p>0.05).随着温度的升
高,三者变化趋势表现出了很大差异.28℃野生型
POD活力略微下降后又上升,72h较初始值增加了
69.04%;981则保持持续上升的趋势,72h比初始
值增加了222.15%;07-2也是持续上升,至72h较
初始值增加了74.80%.32℃野生型仍然是略微下
降后又出现上升,至48h活性最强,较初始值增加了
5 9.61%,随后又降低;981持续上升至48h,较初始
275
第5期 鹿 宁 等:高温胁迫下不同龙须菜品系抗氧化能力的比较
图4 3种龙须菜SOD活性变化比较
图5 3种龙须菜CAT活性变化比较
图6 3种龙须菜POD活性变化比较
值增加了258.06%,随后也呈现下降趋势;07-2则
是在略微下降后持续上升,至72h仍无下降趋势,
72h较初始值增加了96.71%.
2.2.4 GSH-PX活性变化比较
由图7可以看出,24℃野生型GSH-PX的活性
明显高于981,二者差异极显著(p<0.01);但07-2
与野生型活性相当,二者无显著差异(p>0.05).随
着温度升高,野生型与后两者呈现出完全相反的变
化趋势.28℃野生型呈下降趋势,最低值较初始值
相比下降了26.10%;981则表现出大幅度上升趋
势,48h较初始值上升了171.58%;07-2与981变
化 趋势一致,4 8h较初始值相比增强了60.99%.
图7 3种龙须菜GSH-PX活性变化比较
375
武汉大学学报(理学版) 第56卷
32℃野生型继续下降,最低值较初始值下降了
56.08%;981略微下降后持续上升,72h较初始值
上升了238.20%;07-2仍然与981变化趋势一致,
72h较初始值增加了138.10%.
2.3 高温胁迫条件下3种龙须菜非酶促抗氧化系
统活性变化比较
2.3.1 Vc含量变化比较
由图8可知,24℃野生型Vc含量略高于981,
但二者差异并不显著(p>0.05);而07-2明显高于
野生型,二者差异显著(p<0.05).28℃野生型 Vc
含量略有增加,最大值较初始值增加了71.25%;981
呈平 稳 增 加 的 趋 势,72 h 较 初 始 值 增 加 了
185.69%;07-2呈先增加后减少的趋势,24h最高
值较初始值增加了128.72%.32℃三者的Vc含量
都出现了急剧增加的现象,野生型72h较初始值增
加了524.91%;981在48h含量最高,较初始值增
加640.20%;07-2持续上升,72h较初始值增加了
370.81%.
2.3.2 Ve含量变化比较
由图9可以看出 Ve含量变化不如 Vc含量变
化明显,并且07-2的 Ve含量明显低于野生型和
981.24℃野生型 Ve含量明显低于981,二者差异
极显著(p<0.01);07-2Ve含量明显低于野生型,
且差异极显著(p<0.01).28℃野生型出现持续上
升的现象,72h较初始值增加了54.01%;981只有
小幅上升,较初始值仅增加了11.20%;07-2有小幅
的下降,72h较初始值降低了12.66%.32℃野生
型出现小幅的下降;981下降至24h又有所回升至
72h较初始值增加了14.01%;07-2变化趋势不稳
定且不明显.
图8 3种龙须菜Vc含量变化比较
图9 3种龙须菜Ve含量变化比较
3 讨 论
3.1 细胞受损程度与耐热性的关系
随着温度的升高3个龙须菜品系的可溶性蛋白
含量均下降(图1),其主要原因可能是高温胁迫能
引起植物体内蛋白质的变性和凝聚,从而使植物遭
受伤害,且高温条件下合成蛋白质的酶失活,因此蛋
白质在高温胁迫下表现出随温度升高而下降的趋
势.其中良种981和新材料07-2的可溶性蛋白含量
的下降幅度均小于野生型,表明与野生型相比它们
对高温具有一定的抵御能力,在高温下不会像野生
型那么敏感;并且07-2的可溶性蛋白含量在胁迫初
期还略有升高,可能是由于其对高温胁迫做出了积
极的响应,产生了大量的热激蛋白等的原因.
高温胁迫下,藻体活性氧自由基的积累会引起
膜脂过氧化,膜脂过氧化产生丙二醛(MDA),MDA
含量间接反映膜受损程度[10].随着温度的升高3个
品系的龙须菜 MDA含量均增加,增加幅度呈野生
型>981>07-2,表明高温胁迫下981和07-2具有
475
第5期 鹿 宁 等:高温胁迫下不同龙须菜品系抗氧化能力的比较
较强的清除活性氧的能力,使其藻体内活性氧的积
累小于野生型,从而很好地避免了藻体受到严重损
伤,使藻体可以在一定范围内耐受高温.
龙须菜在高温下的可溶性蛋白和 MDA含量变
化,与其他藻类的研究结果相似[9,10],表明高温胁迫
条件下细胞受损程度与藻类的耐热性具有重要相关
性.
3.2 抗氧化系统活性与耐热性的关系
正常环境下生长的植物体内活性氧产生和猝灭
处于动态平衡,高温胁迫往往导致活性氧代谢平衡
破坏,为了避免活性氧过量对植物的伤害,清除活性
氧的抗氧化防御系统活性随之变化[12].实验中随着
温度的升高3种龙须菜T-AOC都呈先升高后下降
的趋势,虽然07-2的基础活性较另外两者要低,但
是高温胁迫下其上升幅度比野生型和981都要大
(32℃上升幅度07-2>981>野生型).这就说明新
材料07-2和良种981对高温响应能力强于野生型,
但3者都不能够耐受长时间的高温胁迫,随着胁迫
时间延长(长于48h)T-AOC降低.
SOD、CAT、POD、GSH-PX、Vc、Ve等均是活
性氧的有效清除剂,它们的活性高低与植物的抗逆
性相关[13].本实验中3个品系龙须菜的抗氧化酶活
性变化存在差异,但总体趋势保持一致.高温胁迫
下,981和07-2的SOD活性在28℃均增强,明显高
于野生型;32℃三者的SOD活性均不同程度下降,
其中野生型较981和07-2下降幅度更大.CAT活
性在高温胁迫下则呈现先升高后下降的变化趋势,
并且981和07-2增加幅度均大于野生型.三者的
POD活性在高温胁迫下都有上升的趋势,但07-2
和981上升幅度明显高于野生型.GSH-PX与前几
项指标不同,高温胁迫下野生型GSH-PX呈下降趋
势,而981和07-2则上升.高温条件下981和07-2
的Vc含量增加幅度很大,并且远远高于野生型.但
3个品系的Ve含量在高温胁迫下变化幅度却较小,
这暗示Ve可能在龙须菜消除高温胁迫伤害中所起
作用不大.
结合3个龙须菜品系对高温的耐受能力,分析
抗氧化系统活性与耐高温性能的关系,可以进一步
看出,24℃是3个龙须菜品系都能耐受的温度,该
温度下3种龙须菜抗氧化指标虽然高低不同,但与
耐高温能力无直接相关性,表明龙须菜抗氧化系统
的基础活性与其耐高温性状之间并无决定性关系.
28℃ 是07-2的耐受温度,超出了981和野生型龙
须菜的耐受温度,该温度下,981龙须菜的抗氧化活
性迅速增强,其抗氧化指标值显著高于野生型和
07-2,野生型的抗氧化活性虽然有所增强,但其抗氧
化指标值显著低于其他二者.32℃对于3种龙须菜
来说都是高温胁迫温度,在该温度下,981龙须菜依
然保持了很高的抗氧化活性,07-2的抗氧化活性开
始增强,其部分抗氧化酶(POD,GSH-PX)活性相对
于28℃的增加幅度显著高于其他二者,而野生型龙
须菜的抗氧化指标值开始下降.总的看来,高温条件
下07-2和981的抗氧化活性指标均不同程度地优
于野生型,而且随着温度的升高,07-2的部分抗氧
化指标的增强幅度高于其他二者.此结果与其他植
物中的研究结果[14~16]一致,表明抗氧化系统活性与
龙须菜耐热性之间也具有重要的相关性.
此外,抗氧化酶活性不同时间的检测结果表明,
龙须菜中各种抗氧化酶对高温胁迫的响应速度和作
用时间并不相同.CAT的活性在高温胁迫下迅速升
高,24~48h活性达最大值,48h后CAT活性下
降;POD和GSH-PX的活性在高温胁迫初期(24h
内)升高不明显,24h后活性迅速升高,72h后活性
仍呈上升趋势;SOD活性则随高温胁迫时间延长逐
渐升高.据此推断在高温胁迫初期,首先CAT活性
增强,随后POD和GSH-PX活性增强,参与到抗氧
化作用中,SOD活性则在整个过程中持续稳定增
强,消除自由基对龙须菜的伤害.
植物遭受高温胁迫时其内部生理变化机制是一
个非常复杂的过程,除抗氧化系统外还有热激蛋白,
信号传导系统等其他因子也对高温胁迫做出响
应[17],需要把各个独立的研究因子有机地联系起
来,才能更深入了解龙须菜耐高温机制,为此我们还
需进行更加细致和深入的研究.
4 结 论
高温胁迫下,龙须菜良种981和新材料07-2的
抗氧化系统特别是酶促抗氧化系统能维持较高水
平,可能与龙须菜抵御高温的能力有关;野生型的抗
氧化酶活性短暂增强,随后就因持续抑制或钝化而
大幅下降.因此抗氧化生理生化指标可望作为检测
龙须菜耐高温能力差异的依据.
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Comparison of Antioxidant Activities of Different Strains of
Gracilaria lemaneiformis under High-Temperature Stress
LU Ning1,ZANG Xiaonan1,ZHANG Xuecheng1,CHEN Weizhou2,
ZHANG Xuan1,GU Yinghui 1,LI Qing1,ZHANG Lu1
(1.Colege of Marine Life Sciences,Ocean University of China/Key Laboratory of
Marine Genetics and Breeding,Ministry of Education,Qingdao 266003,Shandong,China;
2.Marine Biology Institute,Shantou University,Shantou 515063,Guangdong,China)
  Abstract:To compare the antibioxidant activities of three strains of Gracilaria lemaneiformis,inclu-
ding new heat-resistant material 07-2,strain 981and wide-type,the variations of their total antioxidant ca-
pacity(T-AOC),superoxide dismutase(SOD),catalase(CAT),glutathione peroxidase(GSH-PX),per-
oxidase(POD),Vc,Ve,soluble protein and maleic dialdehyd(MDA)under different high temperatures
(24,28,32℃)were studied.The results showed that under heat stress the T-AOC of 07-2and 981were
stronger than that of wide type.At 28℃,the T-AOC of 981increased 102.35% more than that of wide-
type,and the T-AOC of 07-2increased 18.86% more than that of wide-type.At 32℃,the T-AOC of 981
increased 17.87% more than that of wide-type,and the T-AOC of 07-2increased 73.52% more than that
of wide-type.Under high temperature,no matter the enzymatic antioxidant activity or the non-enzymatic
antioxidant activity of both 07-2and 981were better than that of wide type.These results indicate that the
ability of scavenging ROS of 07-2and 981was higher than that of wide type under high temperature.The
results also suggest that antioxidant system activity was responsible for the heat-resistant ability of
Gracilaria lemaneiformis.
Key words:high-temperature stress;Gracilaria lemaneiformis;antioxidant system activities
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